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論文

Overview of high priority ITER diagnostic systems status

Walsh, M.*; Andrew, P.*; Barnsley, R.*; Bertalot, L.*; Boivin, R.*; Bora, D.*; Bouhamou, R.*; Ciattaglia, S.*; Costley, A. E.*; Counsell, G.*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

The ITER device is currently under construction. To fulfil its mission, it will need a set of measurement systems. These systems will have to be robust and satisfy many requirements hitherto unexplored in Tokamaks. Typically, diagnostics occupy either a removable item called a port plug, or installed inside the machine as an intricate part of the overall construction. Limited space availability has meant that many systems have to be grouped together. Installation of the diagnostic systems has to be closely planned with the overall schedule. This paper will describe some of the challenges and systems that are currently being progressed.

論文

Progress in the ITER physics basis, 7; Diagnostics

Donn$'e$, A. J. H.*; Costley, A. E.*; Barnsley, R.*; Bindslev, H.*; Boivin, R.*; Conway, G.*; Fisher, R.*; Giannella, R.*; Hartfuss, H.*; von Hellermann, M. G.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S337 - S384, 2007/06

 被引用回数:247 パーセンタイル:22.22(Physics, Fluids & Plasmas)

「ITER物理基盤」は、その名の通りITERプラズマの物理基盤を与えるために編纂されたレビュー論文であり、Nuclear Fusion誌の特集号として1999年に発刊された。本「ITER物理基盤の進展」は、「ITER物理基盤」発刊以降に得られた研究開発成果を纏めたレビュー論文である。そのうち、第7章は、ITERにおけるプラズマ計測について包括的に取り扱うものである。主な項目は以下の通り。(1)ITERでの計測に対する要求性能,(2)ITERに適用する計測の原理と手法,(3)ITERでの計測の実現のために必要な技術開発項目,(4)ITERトカマク装置への計測機器の統合,(5)「ITER物理基盤」で提起された主要課題の進展状況,(6)ITERにおける計測性能の評価,(7)将来の核融合炉に向けてITERで学習すべき課題。

論文

Progress in the ITER physics basis, 1; Overview and summary

嶋田 道也; Campbell, D. J.*; Mukhovatov, V.*; 藤原 正巳*; Kirneva, N.*; Lackner, K.*; 永見 正幸; Pustovitov, V. D.*; Uckan, N.*; Wesley, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S1 - S17, 2007/06

 被引用回数:478 パーセンタイル:0.06(Physics, Fluids & Plasmas)

「ITER物理基盤の進歩」は、1999年に出版された「ITER物理基盤」の改訂版である。「ITER物理基盤」には、燃焼プラズマ性能を予測するための方法論や物理R&Dを通じて国際協力のもとで進められた、トカマクプラズマについての実験,モデリング及び理論研究の成果がまとめられている。また、1998年の設計のITERの予測結果も記述され、さらに残された重要な研究課題も指摘されている。これらの研究課題は、国際トカマク物理活動(ITPA)を通じて国際協力で引き続き検討が進められた。当初のITPAの参加国はEU,日本,ロシア、そして米国である。ITPAによって進められた研究の成果によって性能予測及び制御に関する新しい方法論が得られ、それらの方法論を新しく設計されたITERに適用した。新しいITERは改訂された技術的目標のもとで再設計されているが、核融合エネルギーの科学技術的成立性の統合的実証を行う、という目的は満足する。

論文

The Design and implementation of diagnostic systems on ITER

Costley, A. E.*; Walker, C. I.*; Bertalot, L.*; Barnsley, R.*; 伊丹 潔; 杉江 達夫; Vayakis, G.*

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

プラズマ対向壁とプラズマに対する測定要求を満たすために、ITER計測システムは電磁気計測,中性子計測,光学計測,マイクロ波計測,分光計測,ボロメータ計測,プローブ計測,圧力計測,ガス分析などを行う約40の異なった計測システムから構成される。本システムの各コンポーネントの多くは厳しい環境に置かれると同時に、ITERが核融合装置になるということに起因し、厳しい工学的必要条件を満たす必要がある。そのため、システムの設計と実装は大きな挑戦的開発を必要とする。これまで、広範な設計と技術開発、及び計測システムの実装技術研究が行われてきた。例えば、ミラー等の計測用コンポーネントを設置すると同時に、中性子遮蔽を行うために、ポートプラグを上部ポート及び赤道ポートに挿入する設計開発を進めてきた。本論文では、ITER計測システム設計開発の困難な点をまとめ、その解決方法を述べる。また、ITER測定要求に対する本計測システムの性能を評価する。

論文

High priority R&D topics in support of ITER diagnostic development

Donn$'e$, A. J. H.*; Costley, A. E.*; ITPA Topical Group on Diagnostics*

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

ITERにおいては、厳しい計測環境や工学的な要請並びに高い計測信頼性の要求のため、計測開発は大きな挑戦である。国際トカマク物理活動(ITPA)によって優先課題に挙げられた多くの研究開発が実施された。この論文では、これらの優先課題について、以下の項目の最近の成果に焦点を当てて報告する。(1)中性子及びアルファ粒子発生分布計測の要求性能のレビューと可能な計測手法の評価,(2)閉じ込められているアルファ粒子及び損失するアルファ粒子のエネルギー及び密度分布計測法の開発,(3)計測装置の建設に用いられる材料や検出器に対する追加照射試験の内容と測定項目の決定,(4)光学システムに用いられるプラズマ対向ミラーの寿命の決定,(5)ダストの測定性能の検討並びにダスト及び第一壁の損耗の候補計測法についての評価,(6)プラズマ平衡を同定するために用いられる磁気コイルに対する照射効果の評価,放射線環境下で精度よく定常磁場を測定するための新しい計測法の開発の支援。

論文

Overview of goals and performance of ITER and strategy for plasma-wall interaction investigation

嶋田 道也; Costley, A. E.*; Federici, G.*; 伊尾木 公裕*; Kukushkin, A. S.*; Mukhovatov, V.*; Polevoi, A. R.*; 杉原 正芳

Journal of Nuclear Materials, 337-339, p.808 - 815, 2005/03

 被引用回数:47 パーセンタイル:3.97(Materials Science, Multidisciplinary)

ITERは燃焼プラズマの研究と実現を目的とした核融合実験炉である。その特徴は、加熱パワーのほとんどがアルファ加熱によって供給されるということである。ITERは現在運転中の装置からの顕著なステップであり、かつ核融合炉開発において不可欠のステップである。ITERの成功は、プラズマ壁相互作用の制御のいかんにかかっていると言っても過言ではない。ITERは熱束,粒子束及び時間スケールにおいて現在の装置を一桁ないし二桁上回るからである。ITERにおけるプラズマ壁相互作用の制御の戦略として、セミクローズ・ダイバータ,強力な燃料補給と排気,ディスラプション及びELM制御,交換可能なプラズマ対向材料、及び段階を追った運転などを計画している。

論文

Progress in physics basis and its impact on ITER

嶋田 道也; Campbell, D.*; Stambaugh, R.*; Polevoi, A. R.*; Mukhovatov, V.*; 朝倉 伸幸; Costley, A. E.*; Donn$'e$, A. J. H.*; Doyle, E. J.*; Federici, G.*; et al.

Proceedings of 20th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2004) (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

この論文では、物理基盤の最近の進展によって、ITERの性能予測がどのように影響されるかを要約する。これまで懸案であった課題についての進展、及びハイブリッド及び定常運転シナリオが新たに開発されたことによってITERの目標達成はより確実となった。安全係数が4付近において電流分布を調整することにより、標準のHモードよりも閉じ込めを改善し、壁無し条件でのベータ限界にまでベータを上昇させることが可能であることが実験で明らかになった。この結果をITERに適用すると、12MA程度の低いプラズマ電流で、ELMが小さく、Qが10以上で1000秒以上の長パルス運転が可能である。電流減衰時間及びハロー電流に関する指針を実験データベースから導出してディスラプションの解析を行った。保守的な仮定を用いても真空容器内機器の電磁力は設計目標を下回り、ITERの設計がディスラプションに伴う力に対して十分な耐性を持つことを明らかにした。

論文

Toroidal interferometer/polarimeter density measurement system on ITER

近藤 貴; Costley, A. E.*; 杉江 達夫; 河野 康則; Malaquias, A.*; Walker, C. I.*

Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3420 - 3422, 2004/10

 被引用回数:21 パーセンタイル:24.88(Instruments & Instrumentation)

ITERにおいて線平均電子密度測定のために、CO$$_{2}$$レーザー干渉計/偏光計(波長$$lambda$$=10.6$$mu$$m)の設計開発を進めている。従来の設計では、振動補正用レーザーとしてCOレーザー($$lambda$$=5.3$$mu$$m)を使用していたが、波長の短いCOレーザーでは、真空容器内に設置する逆反射鏡の反射率低下が予想される。そこで、JT-60Uで開発し、実験で定常的に使用して信頼性を得た2波長CO$$_{2}$$レーザーシステム($$lambda$$=10.6$$mu$$m, 9.3$$mu$$m)をITERの干渉計/偏光計に採用した。この2波長CO$$_{2}$$レーザーシステムをITERへ適用した設計を行い、ITERで要求される必要条件(精度1%,時間分解能1ms)を満たすことを示した。

論文

Overview of physics basis for ITER

Mukhovatov, V.*; 嶋田 道也; Chudnovskiy, A. N.*; Costley, A. E.*; Gribov, Y.*; Federici, G.*; Kardaun, O. J. F.*; Kukushkin, A. S.*; Polevoi, A. R.*; Pustovitov, V. D.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(12), p.235 - 252, 2003/12

 被引用回数:41 パーセンタイル:19.07(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERはDT燃焼によって約0.5GWの核融合エネルギーを発生する最初の磁場閉じ込め装置である。最近の2, 3年の間に得られた研究成果によって、ITERのHモード運転においてQ$$>$$10を達成できることがほぼ確実となった。それらには、三角形度を高くすることによって得られたグリーンワルド密度付近における良好なHモード閉じ込め,理論モデルに基づく炉心プラズマ閉じ込めの予測の改良,D/Tイオンとヘリウム中性粒子との弾性衝突を考慮したダイバータモデル計算によるヘリウム灰除去効率の改善,NTM(新古典テアリング・モード)のフィードバック制御による$$beta$$値の改善,ELM物理の理解の進展とELM緩和法の開発,ディスラプション緩和法の検証などがある。ITERはその機動性を用いて定常及び中間領域(ハイブリッド)運転を行うことも可能である。この論文においては、おもに誘導運転のプラズマ性能、及び定常運転のために要請される性能について議論を行う。

論文

Spectroscopic diagnostics for ITER

杉江 達夫; Costley, A. E.*; Malaquias, A.*; Walker, C.*

プラズマ・核融合学会誌, 79(10), p.1051 - 1061, 2003/10

ITERでは、可視からX線領域の広い波長領域を、受動的及び能動的分光計測システムを駆使して測定し、プラズマの中心,周辺,スクレープオフ層、及びダイバータ領域での、不純物の種類,不純物の密度/流入束,イオン温度,プラズマ回転速度,実効電荷,安全係数等を求める。能動的分光計測の例としては、イオン温度,プラズマ回転速度,不純物密度を測定する荷電交換分光があるが、ITER用に最適化した1MeVの加熱用中性粒子ビームでは、荷電交換断面積が小さくなり測定が不可能である。そのためITERでは、最適なエネルギー100keVの計測専用中性粒子ビームが設置される。加熱用中性粒子ビームは、モーショナル・シュタルク効果偏光計での安全係数分布計測に利用される。一方、計測用ミラー,観測窓,光ファイバーなどの計測機器要素が、現存の核融合実験装置に比べて2桁以上高い放射線(中性子,$$gamma$$線等)や高エネルギー粒子にさらされ、反射率や透過率などの性能が劣化することが懸念されている。これらの計測機器要素に対する放射線及び粒子照射効果は、ITER工学R and Dの中で精力的に研究され、多くの基礎データが得られ、耐放射線性機器も開発された。分光計測システムは、それらの結果を十分に反映させて、設計が進められている。

論文

Spectroscopic measurement system for ITER divertor plasma; Divertor impurity monitor

杉江 達夫; Costley, A. E.*; Malaquias, A.*; Medvedev, A.*; Walker, C.*

Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07

本システムは、ダイバータ部での不純物粒子の同定と、粒子流入束の二次元測定等を主な目的としており、プラズマ制御に欠かせない計測システムの一つである。200nmから1000nmの広い波長領域の光を分光計測する。このシステムは、目的の違う異なった三種類の分光器で構成される。(1)不純物の種類をモニターする分光器,(2)粒子束の空間分布を高速測定する分光器、それと(3)イオン温度及び粒子の運動エネルギーを測定する高分散分光器である。二次元測定はダイバータカセット内部にモリブデン製ミラーを設置し、互いに交差する視野と水平ポート及び上部ポートからの視野を使って実現させる。一方、計測用ミラー,観測窓等の計測機器要素が、現存の核融合実験装置に比べて2桁以上高い放射線(中性子,$$gamma$$線等)や高エネルギー粒子にさらされ、反射率や透過率などの性能が劣化することが懸念されている。これらの計測機器要素に対する放射線及び粒子照射効果は、ITER工学R&Dの中で精力的に研究され、多くの基礎データが得られ、耐放射線性機器も開発された。本システムの設計は、それらの結果を十分に反映させて進められている。

論文

Prospects for $$alpha$$-particle diagnostics by CO$$_{2}$$ laser collective Thomson scattering in ITER

近藤 貴; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; 杉江 達夫; Costley, A. E.*; 三浦 幸俊; Lee, S.*

Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07

燃焼プラズマでの支配的な熱源である$$alpha$$粒子の挙動を理解するために、$$alpha$$粒子の密度とエネルギースペクトルの空間の分布を測ることが必要とされている。そこで、ITERの$$alpha$$粒子測定のために、パルス炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱(CTS)システムを開発している。ITERでは加熱ビームイオン(E=1MeV)は、接線方向に入射され、$$alpha$$粒子で類似した速さを持つ。しかし、CTS測定は一般的に、同じ速さを持つビームイオンと$$alpha$$粒子を識別することができない。この問題を解決するため、ビームイオンと$$alpha$$粒子を区別できる垂直散乱配置を提案した。この配置のCTSが、ビームイオンによってマスクされることなく$$alpha$$粒子を分析できることを計算により示した。また、垂直散乱配置によるビーム線とレシーバー・システムの予備的な設計を示す。さらに、JT-60Uプラズマを使ったCTSシステムの原理実証実験について示す。

論文

Toroidal interferometer/polarimeter density measurement system for long pulse operation on ITER

近藤 貴; 河野 康則; Costley, A. E.*; Malaquias, A.*; 杉江 達夫; Walker, C.*

Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07

ITERの電子密度測定に用いられる、炭酸ガスレーザー干渉計/偏光計システムの設計の現状について報告する。干渉計/偏光計システムは長時間のプラズマ放電の密度の実時間制御の参照信号に用いられるので、高い信頼性が要求される。従来の設計では、レーザーの光源として炭酸レーザー(波長10.6$$mu$$m)と一酸化炭素ガスレーザー(波長5.3$$mu$$m)の組合せを用いていた。しかし、波長の短い一酸化炭素ガスレーザーは、真空容器内に設置する逆反射鏡の反射率の低下が懸念される。反射率低下を抑えて信頼性を向上させるため、JT-60Uで開発した2波長炭酸ガスレーザー(波長9.3$$mu$$m,10.6$$mu$$m) を用いた干渉計/偏光計のITERへの導入を検討した。2波長炭酸ガスレーザーは、反射率の低下の観点からは有利であるが、波長が近接しているために従来設計の干渉計/偏光計より密度分解能が劣る。そこで、ITERでは同位体炭酸ガスを用いた2波長炭酸ガスレーザー(波長9.0$$mu$$m,12.1$$mu$$m)を使用することを提案した。この同位体レーザーの使用により、JT-60Uの干渉計/偏光計より密度分解能が約2倍向上することを示した。また、逆反射鏡の真空容器内部への設置方法、並びにレーザー光路の実時間制御の技術的課題について解決策を示し、本計測システムの信頼性を向上させた。

論文

Plasma diagnostics for ITER-FEAT

海老澤 克之*; Costley, A.*; Donn$'e$, A. J. H.*; Janeschitz, G.*; 河西 敏; Malaquias, A.*; Vayakis, G.*; Walker, C. I.*; 山本 新; Zavariaev, V.*

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.545 - 550, 2001/01

 被引用回数:18 パーセンタイル:28.59(Instruments & Instrumentation)

ITER-FEATの運転制御、物理診断に必要な計測として、磁気、中性子、光学、輻射、分光、マイクロ波干渉、計測用中性粒子入射、圧力、静電圧等を網羅する計測系を計画している。これらは過酷な環境に耐え、高度な計測性能を満たさなければならない。特に真空容器内側に設けるセンサは高い中性子及び$$gamma$$線束、熱負荷、プラズマ周辺からの中性粒子衝撃、ほかの機器で侵食された物質の再付着を考慮する必要がある。また真空容器外側にある複雑な伝送路と計測機器は、真空境界との整合性、トリチウム閉じ込め健全性、保守等の要求を満たすものでなければならない。上記条件を踏まえ、測定技法の選定、照射実験データに基づく材料選定、ITER向けR&Dの成果をもとに工学設計を進めている。本発表は各種計測系に要求される性能、代表的な計測系を示すとともに残された課題にも触れ、ITER計測系全体の概要を紹介するものである。

論文

Impact of irradiation effects on design solutions for ITER diagnostics

山本 新; 四竈 樹男*; Belyakov, V.*; Farnum, E.*; Hodgson, E. R.*; 西谷 健夫; Orlinski, D.*; Zinkle, S.*; 河西 敏; Stott, P.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 283-287(1), p.60 - 69, 2000/12

 被引用回数:59 パーセンタイル:3.3

ITER国際熱核融合実験炉の計測機器要素のうちで高放射線環境下で使用が予想されるセラミック絶縁材,窓材,光ファイバー,鏡材,線材、そして、磁気プローブ,ボロメータなどの諸特性(電気,光,熱,機械特性など)に与える放射線の影響が、日,米,欧,露の4極により、ITERのR&Dタスク協定に基づいて実験的に調べられた。現在、それらのデータを用いて、計測機器の性能評価,放射線遮蔽を含む計測機器設計作業及び保守シナリオ検討などを十分に行える段階に達している。この講演においては、ITERのEDA工学設計活動を通じてなされた計測要素に対する照射効果の研究に関連する活動及び成果をレビューする。そのレビューを通じて、4極の活動が、中央設計チームを中核とする活動により有機的に結合され、R&D資源の効率化がもたらされたこと、また各々の極の研究内容の深化がもたらされたことを具体的な例を上げて述べる。

口頭

Scheme of in-situ sensitivity calibration for divertor impurity monitor in ITER

杉江 達夫; Costley, A. E.*; 小川 宏明; 河西 敏; Walker, C.*

no journal, , 

本モニターは、波長200nmから1000nmの範囲の分光計測により、ダイバータ部での不純物粒子の同定と、粒子流入束の測定を行うことを主な目的としている。プラズマからの光を分光器に導くために、プラズマに近接して計測用第1ミラーを設置するが、放射線,粒子、及びダストに晒されるため、反射率等の性能劣化が生じる。性能劣化を減少させるための設計が施されているが、完全に性能劣化を防ぐことは不可能である。精度良い測定を行うためには、ミラーを含めた測定光学系の性能劣化を常時定量的に把握しておく必要がある。そのためには、測定光学系が設置されている強い放射環境下において、遠隔操作により本モニターの測定系のその場感度較正を行う技術の開発が必要不可欠である。今回、大きさ200ミクロンのレトロリフレクター(逆進鏡)を多数並べたマイクロ・レトロレフレクター・アレイを、較正時に計測用第1ミラーの前面に移動させ、外部から測定用光学系を通して標準光源の光を本アレイに照射し、戻って来た光を測定して測定系の感度較正を行うシステムを設計した。これにより、第1ミラーに凹面/凸面鏡を使った非対称光学系においても入射光が元の位置に正確に戻って来るようになった。また、得られる信号強度(S/N比)も十分に大きく、本システムにより高い放射線環境における遠隔操作による感度較正が可能となる。ポスターでは、感度較正システムの詳細を示し、今後解決しなければならない問題について議論する。

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