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論文

22A beam production of the uniform negative ions in the JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 畑山 明聖*; 柴田 崇統*; 山本 崇史*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; et al.

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.616 - 619, 2015/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:28.02(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAのプラズマ加熱および電流駆動装置として利用する世界最大の負イオン源では、要求値となる22Aの大電流負イオンビームの100秒生成を目指している。そのためには、40cm$$times$$110cm(全1000穴)のビーム引出面積から生成されるビームの一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの親粒子である水素原子および水素イオンをより一様に生成するために、磁場分布・高速電子分布計算結果および実験結果に基づいて、従来の横磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造に改良した。これにより、全プラズマ電極に対する一様な領域は、従来よりも1.5倍まで改良し、この一様な領域からJT-60SAの要求値を満たす22Aのビーム生成を可能にした。このときのビーム電流密度は210A/m$$^{2}$$であり、これはITERの負イオン源にて要求される200A/m$$^{2}$$をも満たすビーム生成に成功した。

論文

Progress in long-pulse production of powerful negative ion beams for JT-60SA and ITER

小島 有志; 梅田 尚孝; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

Nuclear Fusion, 55(6), p.063006_1 - 063006_9, 2015/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:9.28(Physics, Fluids & Plasmas)

原子力機構では、JT-60SAやITERで利用する中性粒子入射装置の開発に向けて、大型高エネルギー負イオン源による100秒を超える負イオン生成・加速の実証を目指した研究を進めている。まず、JT-60SA用負イオン源の負イオン生成部のプラズマ閉じ込め用磁石配置を変更することにより、生成されたプラズマの密度分布を一様化することに成功した。これにより、引出領域の83%から一様な負イオンビームを生成し、これまでの最高値17Aを大きく超える32Aの負イオン電流を1秒間引き出すことに成功した。この磁場配位とこれまでに開発した長時間負イオン生成用温度制御型プラズマ電極を適用し、さらに負イオン電流のフィードバック制御手法を用いることにより、15Aの大電流負イオンビームを100秒間維持することに成功した。これは、JT-60SAの定格の68%の電流に相当し、パルス幅は定格を満たしている。また、ITER用高エネルギー加速器の開発に向けては、負イオンビームが加速途中で電極に衝突して生じる熱負荷を低減するだけでなく、負イオンと同時に引き出される電子を熱的に除去することが重要であった。今回、冷却構造を改良することにより従来の5倍の電子熱負荷を許容できると共に、残留磁場で偏向する負イオンビームの軌道制御機構を組み合わせて、新しい引出部を開発した。その結果、700keV、100A/m$$^{2}$$の負イオンビームを従来の7倍以上長いパルス幅である60秒間維持することに成功した。

報告書

JT-60中性粒子入射加熱装置の解体

秋野 昇; 遠藤 安栄; 花田 磨砂也; 河合 視己人*; 椛澤 稔; 菊池 勝美*; 小島 有志; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.

JAEA-Technology 2014-042, 73 Pages, 2015/02

JAEA-Technology-2014-042.pdf:15.1MB

日欧の国際共同プロジェクトであるJT-60SA計画に従い、JT-60実験棟本体室・組立室及び周辺区域に設置されている中性粒子入射加熱装置(NBI加熱装置)の解体・撤去、及びその後の保管管理のための収納を、2009年11月に開始し計画通りに2012年1月に終了した。本報告は、NBI加熱装置の解体・収納について報告する。

論文

Improvement of uniformity of the negative ion beams by Tent-shaped magnetic field in the JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02B314_1 - 02B314_4, 2014/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.42(Instruments & Instrumentation)

負イオン中性入射装置では、JT-60SAにて要求される22Aの大電流を生成するために、負イオン源内の負イオンビームの一様性を改善する必要がある。本研究では、イオン源の磁場構造を従来のカスプ磁場配位からテント型磁場配位に改良した。磁場構造を改良することによって、負イオンビームの一様性を負イオンの生成効率を劣化させることなく、10%以下に改善することができた。

論文

Origin of non-uniformity of the source plasmas in JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 井上 多加志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405146_1 - 2405146_4, 2013/11

本研究では、JT-60負イオン源の端部から引き出される負イオンビームの密度が低い原因を明らかにするために、負イオン源内での負イオン生成の元となる水素イオン及び水素原子の密度分布を静電プローブ及び分光計測にて調べた。またフィラメントから電子の軌道分布を計算コードにて求めた。その結果、負イオンビームの密度が低くなる原因は、電子のB$$times$$grad Bドリフトによって負イオンが非一様に生成されるためであることがわかった。また、負イオンビームが電子数の多い端部では高密度の負イオンを、電子数の少ない反対側の端部では低密度の負イオンを引き出すために歪んでしまい、接地電極に当たっていることも明らかとなった。

論文

Progress in development and design of the neutral beam injector for JT-60SA

花田 磨砂也; 小島 有志; 田中 豊; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 秋野 昇; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.835 - 838, 2011/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.9(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAにおいては、12基の正イオン中性粒子入射装置(NBI)と1基の負イオンNBIを用いて、合計30MWの重水素原子を100秒間プラズマへ入射することが要求されている。正イオンNBIにおいては、1基あたり1.7MW, 85keVの重水素原子の入射に向けて、既存の正イオンNBIの電源の一部や磁気シールドを改造する設計を進めている。電源に関しては設計をほぼ完了し、改造機器の仕様を決定した。磁気シールドに関しては工学設計をほぼ完了し、今後、製作設計を開始する予定である。500keV, 10MW入射が要求されている負イオンNBIにおいては、同装置の心臓部である負イオン源の開発を強力に進めている。負イオン源内の真空絶縁を改善することによって、負イオン源の耐電圧を従来の400kVから設計電圧である500kVに大幅に改善した。加えて、イオン引き出し面積の約20%を用いたビーム生成実験において、2.8A, 500keVの水素負イオンビーム生成に成功した。本結果は1A以上の負イオンビームを500keV以上のエネルギーまで加速した世界初の成果である。開発に加えて、設計・調達においても、500kV加速電源の改造設計を完了し、2010年度から調達を開始する。

論文

Development of the JT-60SA Neutral Beam Injectors

花田 磨砂也; 小島 有志; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 椛澤 稔; et al.

AIP Conference Proceedings 1390, p.536 - 544, 2011/09

JT-60SAにおいては、12基の正イオン中性粒子入射(NBI)装置と1基の負イオンNBI装置を用いて、合計30-34MWの重水素中性粒子ビームを100秒間プラズマへ入射することが要求されている。正イオンNBIに関しては、JT-60SAの設計値である1基あたり2MW, 85keVの重水素中性粒子ビームの入射を達成している。その際、イオン源やイオンダンプ等のビームライン機器は、100秒入射が要求されるJT-60SAで既存の装置を改造することなく再使用できる見通しを得ている。また、10MW, 500keV入射が要求されているJT-60SAの負イオンNBI装置のための開発においては、500keV, 2.8Aの水素負イオンビーム生成に成功している。これは、1A以上の負イオンビームを500keV以上のエネルギーまで加速した世界初の成果である。今後、実験装置を整備し、負イオンの100秒間生成のための開発研究を実施する予定である。

論文

Development and design of the negative-ion-based NBI for JT-60 Super Advanced

花田 磨砂也; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 井上 多加志; 河合 視己人; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 小又 将夫; 小島 有志; 藻垣 和彦; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.208 - 213, 2010/08

原子力機構では、JT-60SAに向けた負イオンNBI装置の開発及び設計を進めている。特に、開発に関しては、500keV, 22Aの重水素負イオンビームの生成に向けて、既存のJT-60負イオン源を改良し、JT-60負イオンNBI装置に取り付けて、試験を行っている。現在、開発の最優先課題である負イオン源の高エネルギー化を精力的に進めている。負イオン源内の電極間のギャップ長を従来よりも伸張することによって、イオン源に印加可能な加速電圧を従来の400kVから要求性能である500kVまで改善した。加えて、イオン引き出し領域の1/5を用いて、世界に先駆けて、500keV, 3Aの高エネルギー水素負イオンビームの生成に成功した。負イオン源の高エネルギー化と並行して、JT-60SAにおける100秒入射に向けて、既設のJT-60負イオンNBI装置の長パルス化を図った。負イオン源内の電極熱負荷を従来より20%低減し、同装置の限界である30秒入射を実現した。その結果、入射時間とパワーの積である入射エネルギーは世界最大値80MJに到達し、プラズマの高性能化に大きく貢献した。

口頭

100秒入射に向けた中性粒子ビーム入射加熱装置電源改造

薄井 勝富; 菊池 勝美; 能登 勝也; 遠藤 安栄; 佐々木 駿一; 河合 視己人; 花田 磨砂也

no journal, , 

原子力機構の核融合実験装置JT-60Uは2008年8月にシャットダウンし、装置全体を超電導化のために改造した後、2016年にファーストプラズマを着火する予定である。主力加熱装置である中性粒子入射装置(NBI)に関しては、100秒間入射することが求められている。既存のNBI装置の電源定格は10$$sim$$30秒であり、100秒化に向けて、改造のための設計と並行して、既存設備の限界性能を把握するための試験を実施している。本稿では、JT-60SAに向けたNBI用電源設備の改造及び限界性能試験結果について報告する。

口頭

JT-60SAに向けたNBI装置の解体・改造計画

花田 磨砂也; 河合 視己人; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 薄井 勝富; 藻垣 和彦; 佐々木 駿一; 菊池 勝美; 大島 克己; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構においては、平成22年度から本格的な解体作業に着手する予定である。NBIにおいては、解体撤去品の多くは、放射線管理区域で保管・管理された後、JT-60SAにおいて再使用される。平成21年11月から平成22年1月中旬の期間には、解体の準備作業として、本体室からの物品の搬出ルートを確保することを目的に、搬出ルートの中央部分に設置されている高電位テーブル(HVT、重量150トン)を撤去する。HVTに加えて、負イオン源の保守ステージや高電圧ブッシングも平成21年11月から平成22年1月中旬の期間に撤去する。その後、平成22年中期までに、本体室の中性子遮蔽体や真空容器周りの計測装置を撤去し、その後真空容器の周りに設置されている正イオンNBI装置の解体を始める。10基の垂直正イオンNBIタンクすべてを撤去し、そのうち、JT-60SAで再使用される8基は再使用のための養生を行った後、放射線管理区域内で保管・管理する。また、4基の接線正イオンNBIタンクは本体室内で保管・管理される。NBI装置を含む真空容器周辺機器を撤去した後に、真空容器本体を撤去する予定である。本発表では、日本で最初に実施する大型核融合装置の解体のうちでも、最も高い技術力が必要となるNBI装置の解体について報告する。

口頭

100秒入射に向けた負イオン中性粒子ビーム入射装置電源改造

佐々木 駿一; 薄井 勝富; 菊池 勝美; 遠藤 安栄; 久保 直也; 河合 視己人; 花田 磨砂也

no journal, , 

日本原子力研究開発機構において、現在の核融合実験装置JT-60Uを改修し、超伝導コイルを用いたJT-60SAを製作する。JT-60SAでは、中性粒子入射装置(NBI装置)のビームパルス幅を現行の30秒から100秒に延ばすことが要求されており、長パルス運転に対応できるように各電源設備を改造する必要がある。100秒化に向けて、改造のための設計検討と並行して、既存設備の限界性能を把握するための試験を実施した。N-NBI電源設備の100秒化改造の検討を行った結果、加速電源に関しては、GTOインバータの出力制御方式の改造と、ブリーダ抵抗器の高抵抗化改造が必要であることがわかった。フィラメント電源は電源盤の大型化によるレイアウトの変更等の改造が必要であるが、その他の負イオン生成部の電源及び引出電源は、各電源の一部の構成機器を交換すれば100秒化が可能であることがわかった。本稿では、ブリーダ抵抗器の改造方針を明確にするために実施した限界試験結果及び加速電源GTOインバータ,負イオン生成部電源及び引出電源の100秒化改造検討結果について報告する。

口頭

JT-60SAに向けた中性粒子入射装置の電源増力

薄井 勝富; 花田 磨砂也; 佐々木 駿一; 遠藤 安栄; 関 宏*

no journal, , 

原子力機構では、超伝導トカマクを利用して高性能プラズマを長時間保持するために、JT-60Uに超伝導コイルを用いたJT-60SAへ改修する計画が進められている。JT-60SAでは、中性粒子入射装置(NBI)を100秒間安定に入射することが要求され、この要求に対して、大幅な改造が見込まれる負イオンNBI装置の加速電源(500kV, 64A)を現行の運転時間10秒、繰返し率1/60から100秒、さらに1/30へ増力するための改造に着手しており、平成25年度までに同電源の心臓部である高速遮断機能(1/10000秒)を担うインバータ電源盤の増設を完了する。本講演では、JT-60SAに向けたNBI電源設備の設計及び調達について報告する。

口頭

JT-60負イオン生成電源の長パルス運転

佐々木 駿一; 遠藤 安栄; 照沼 勇斗; 花田 磨砂也; 小島 有志

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、超伝導トカマクを利用して高性能プラズマを長時間保持するために、JT-60Uに超伝導コイルを用いたJT-60SAへ改修する計画が進められている。本計画に従って、負イオン源を利用した中性粒子加熱装置(N-NBI装置)においては、既設の電源やビームライン機器等を改造し、現在の定格入射時間10秒を100秒へ更新することが要求されている。電源設備に関しては、既存の短パルス用電源設備を必要最小限の改造で長パルス入射に対応する。既に一部電源の長パルス化改造を実施しており、今回、長パルス化改造済みの電源の長パルス実証試験及び改造未実施の電源の限界試験を実施した。本発表では、JT-60SAに向けたN-NBI用負イオン生成電源の改造及び長パルス実証試験の結果について報告する。

口頭

テント型磁場配位によるJT-60負イオン源の負イオンビームの非一様性の改善

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

負イオン中性入射装置(N-NBI)では、JT-60SAにて要求される22Aの大電流を長時間(100秒)生成するために、負イオン源内の負イオンビームの一様性を改善する必要がある。本研究では、イオン源の磁場構造を従来のカスプ磁場配位からテント型磁場配位に改良した。磁場構造を改良することによって、負イオンビームの一様性を負イオンの生成効率を劣化させること無く、10%以下に改善することができた。

口頭

JT-60N-NBI加速電源の長パルス化改造

佐々木 駿一; 花田 磨砂也; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 清水 達夫

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、核融合実験装置JT-60Uを超伝導コイル化するJT-60SAを製作中である。JT-60SAでは、負イオン中性粒子入射装置(N-NBI装置)のビームパルス幅を定格の10秒から100秒へ延ばすことが要求されている。本要求に対応するため、N-NBI加速電源の構成機器であるインバータの改造を実施した。改造後、無負荷通電試験を行い、JT-60SAの定格である-500kV, 100秒通電を達成した。本稿では、N-NBI加速電源の長パルス化改造及び無負荷通電試験の結果について報告する。

口頭

JT-60負イオン源のテント型磁場配位によるビーム一様性の改善

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

世界最大のビーム引出面積を有する大型JT-60負イオン源では、ビームの一様性改善がJT-60SAの要求値である22Aの大電流の負イオン生成のための重要課題である。本研究では、従来の横磁場配位からテント型方式を基にした新たな磁場配位に改良した。これにより、非一様な負イオン生成の原因であった、プラズマ生成に必要な高速電子の偏在化を改善した。その結果、負イオンの一様な領域を、従来の磁場配位では全プラズマ電極の45%であったものを、中央3枚の電極にあたる60%にまで改善し、JT-60SAにて要求される22Aのビーム生成に成功した。

口頭

JT-60負イオン源でのビーム一様性改善に向けた磁場構造最適化

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

JT-60SAのプラズマ加熱・電流駆動装置で利用する世界最大の負イオン源では、22Aの大電流負イオンビームを100秒間生成することが求められている。そのためには、45cm$$times$$110cmのビーム引出面積から生成させる負イオンビームの空間一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの素となるプラズマをより一様にするため、従来の横磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造に改良した。これにより、全プラズマ電極に対する一様な領域は、従来の磁場構造において45%であったものを、60%にまで改善した。さらに、その一様な領域からJT-60SAにて要求される22Aのビーム生成に成功した。

口頭

Optimization of the magnetic configlation toward large current beam production in the JT-60SA negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 平塚 淳一; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

no journal, , 

JT-60SA負イオン源では、JT-60SAにて要求される大電流負イオンビームの長時間生成を達成するための研究課題の一つであるビームの一様性改善を進めている。これまでに従来の磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造を用いることで、一様な負イオンビーム生成が可能となった。それと同時に、負イオン生成効率が向上するとともに電子の引出抑制効率が劣化した。本研究ではこれらの原因を解明するために、磁場構造と負イオンの親粒子である水素イオン、原子および電子との関係を調べた。その結果、新たな磁場構造を用いることで生じたフィルター磁場強度の減少によって、水素イオンや原子のプラズマ電極への流入量が増大し、負イオン生成効率が向上したことが分かった。他方、この減少により、プラズマ電極近傍での電子密度が増大して、電子の引出抑制効率が劣化することも分かった。ただし、5枚すべての引出電極の電子による熱負荷は一様で、引出電極の設計の範囲内であった。以上の結果より、改良後の磁場構造が有用であることが分かった。今後この磁場構造を用いて22A、100秒負イオンビーム生成を目指す。

口頭

JT-60SAに向けた中性粒子入射装置の開発及び調達の進展

花田 磨砂也; 小島 有志; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 佐々木 駿一; 根本 修司; 清水 達夫; 大関 正弘; 大麻 和美; et al.

no journal, , 

34MW, 100秒入射が要求されるJT-60SA用中性粒子(NB)入射装置の開発の現状を報告するものである。JT-60SA用の正イオンNB(P-NB)装置の開発は、これまでに順調に進展し、一基当たり85keV, 2MWの中性粒子を100秒間入射する見通しを得ている。これにより、12基合計の入射パワーは24MWが可能となる。負イオンNB(N-NB)装置に関しては、負イオン源の性能を改善することによって、これまでに、JT-60SAの要求性能である22A(ビーム電流値)、500keV(ビームエネルギー)、100秒(生成時間)を個別に達成している。さらに、大電流負イオンビームの長時間生成試験を実施し、これまでに15A, 100秒ビームを達成している。

口頭

ITER級大型負イオン源でのビーム一様・安定生成に向けた研究開発

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 平塚 淳一; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

no journal, , 

ITERやJT-60SAといった核融合炉用負イオン源では、1mを超える大面積の引出領域から負イオンビームを安定かつ一様に生成することが要求されている。そこで、ITER用負イオン源(1280孔)とほぼ同数の孔数を有し、引出領域が1m$$times$$0.5mのJT-60負イオン源(1080孔)を用いたビームの一様生成試験を実施した。その結果、JT-60負イオン源の従来の磁場構造をテント型構造に改良することで、ビームの一様性を従来よりも20%改善した。さらに、その一様な領域から32Aビーム生成を実証した。これは、ITER負イオン源の孔数で換算すると、約38Aに匹敵し、ITERの要求値である40Aのビーム生成の見通しを得ることができた。

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