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報告書

ITER準拠制御システムによるジャイロトロン制御システムの開発と運用

大島 克己; 小田 靖久; 高橋 幸司; 寺門 正之; 池田 亮介; 林 一生*; 森山 伸一; 梶原 健; 坂本 慶司

JAEA-Technology 2015-061, 65 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2015-061.pdf:24.28MB

原子力機構では、ITERのEC H&CDシステムの開発に向け、ITERのPlant Control Design Handbookに準拠したジャイロトロン運転システムローカル制御システムのプロトタイプ開発を行った。本システムは、ITER CODAC Core Systemを使用して開発し、ジャイロトロン運転システムの状態遷移管理と監視をはじめ、ジャイロトロンの発振のための電源システムのタイミング制御と運転波形収集の機能を実装した。本システムを用いて、ITERのジャイロトロン運転システムに準拠した電源構成にて、ITER用170 GHzジャイロトロンの大電力発振シーケンスをITER準拠機材で制御する実証試験に成功した。現在、本システムを運用してジャイロトロンの調達に伴う性能確認試験を進めている。本報告書は、ITER準拠制御システムによるジャイロトロン運転システムの概要、基本設計及び機能の詳細、及び最新の運用結果についてまとめたものである。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,52

篠原 孝司; 林 伸彦; 諫山 明彦; 宮戸 直亮; 浦野 創; 相羽 信行

プラズマ・核融合学会誌, 91(12), p.797 - 800, 2015/12

2015年秋季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する5グループの会合が各グループ独立に開催された。「高エネルギー粒子物理」はウィーン(オーストリア)で開催し日本からは4名の参加があった。「統合運転シナリオ」は合肥(中国)で開催し日本からは2名の参加があった。「MHD安定性」はナポリ(イタリア)で開催し日本からは1名の参加があった。「輸送と閉じ込め物理」および「ペデスタル物理」はガルヒング(ドイツ)で開催し日本からは輸送3名(内TV会議参加2名)、ペデスタル3名の参加があった。それぞれ、各極の関係者と国際装置間比較実験やITERの物理に関する今後の課題、及び各グループの活動計画の議論が行われた。これらの会合の概要をまとめて報告する。なお、次回会合は2016年の春季に各グループ独立に開催する予定である。

論文

Integrated modelling of toroidal rotation with the 3D non-local drift-kinetic code and boundary models for JT-60U analyses and predictive simulations

本多 充; 佐竹 真介*; 鈴木 康浩*; 吉田 麻衣子; 林 伸彦; 神谷 健作; 松山 顕之; 篠原 孝司; 松永 剛; 仲田 資季; et al.

Nuclear Fusion, 55(7), p.073033_1 - 073033_11, 2015/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.24(Physics, Fluids & Plasmas)

The integrated simulation framework for toroidal momentum transport is developed, which self-consistently calculates the neoclassical toroidal viscosity (NTV), the radial electric field $$E_r$$ and the resultant toroidal rotation $$V_phi$$ together with the scrape-off-layer(SOL)-physics based boundary model. The coupling of three codes, the 1.5D transport code, TOPICS, the 3D equilibrium code, VMEC and the 3D $$delta f$$ drift-kinetic equation solver, FORTEC-3D, makes it possible to calculate the NTV due to the non-axisymmetric perturbed magnetic field caused by toroidal field coils. Analyses reveal that the NTV significantly influences $$V_phi$$ in JT-60U and $$E_r$$ holds the key to determine the NTV profile. The sensitivity of the $$V_phi$$ profile to the boundary rotation necessitates a boundary condition modelling for toroidal momentum. Owing to the high-resolution measurement system in JT-60U, the $$E_r$$ gradient is found to be virtually zero at the separatrix regardless of toroidal rotation velocities. Focusing on $$E_r$$, the boundary model of toroidal momentum is developed in conjunction with the SOL/divertor plasma code D5PM. This modelling realizes self-consistent predictive simulations for operation scenario development in ITER.

論文

Integrated modeling of toroidal rotation with the 3D non-local drift-kinetic code and boundary models for JT-60U analyses and predictive simulations

本多 充; 佐竹 真介*; 鈴木 康浩*; 吉田 麻衣子; 林 伸彦; 神谷 健作; 松山 顕之; 篠原 孝司; 松永 剛; 仲田 資季; et al.

Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 8 Pages, 2014/10

The integrated framework for toroidal momentum transport is developed, which self-consistently calculates the neoclassical toroidal viscosity (NTV), the radial electric field $$E_r$$ and resultant toroidal rotation together with the scrape-off-layer (SOL) physics-based boundary model. The coupling of three codes, TOPICS, VMEC and FORTEC-3D, can calculate rotation caused by the NTV due to the non-axisymmetric perturbed magnetic field caused by toroidal field coils. It is found that the NTV influences toroidal rotation in JT-60U and $$E_r$$ holds the key to determine the NTV profile. The sensitivity of the toroidal rotation profile to the boundary rotation necessitates the boundary condition modeling. From the measurement in JT-60U, the $$E_r$$ gradient is found to be insensitive at the separatrix. Focusing on $$E_r$$, the boundary model of toroidal momentum is developed in conjunction with the SOL/divertor plasma code. This modeling realizes self-consistent predictive simulations for operation scenario development in ITER.

論文

Elaboration of the system based code concept; Activities in JSME and ASME, 1; Overview

浅山 泰; 宮川 高行*; 堂崎 浩二*; 神島 吉郎*; 林 正明*; 町田 秀夫*

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 7 Pages, 2014/07

本論文は、原子力プラントの構造規格基準への適用を目指して開発が進められているシステム化規格に関する日本機械学会(JSME)および米国機械学会(ASME)における活動について述べた4件のシリーズ発表の第1報である。まず、システム化規格概念について簡潔に示した後、荷重・耐力係数設計法に基づく信頼性評価法およびJSMEで開発中の高速炉の静的機器用信頼性評価ガイドラインなど、同概念に適合するように構築されつつある構造健全性評価法について述べる。さらに、ASMEボイラーおよび圧力容器規格委員会に設置されたJSME/ASME Joint Task Group for System Based Codeにて開発中の液体金属冷却炉用の供用期間中検査規格についても述べる。本規格は、ASME規格Section XI Division 3の代替規定を定めるものである。

論文

ITER準拠制御システムによるジャイロトロンローカル制御システムの開発

小田 靖久; 大島 克己; 中本 崇志*; 橋本 慰登*; 山本 剛史; 林 一生*; 池田 幸治; 池田 亮介; 梶原 健; 高橋 幸司; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 90(7), p.365 - 373, 2014/07

原子力機構では、ITERのECシステムの開発に向け、ITERのPlant Control Design Handbookに準拠したジャイロトロン運転システムのローカル制御システムのプロトタイプ開発を行った。本システムは、ITER CODAC Core Systemを使用して開発し、ジャイロトロン運転システムの状態遷移管理と監視をはじめ、ならびにジャイロトロンの発振のための電源システムのタイミング制御と運転波形収集の機能を実装した。本システムを用いて、ITERのジャイロトロン運転システムに準拠した電源構成にて、ITER用170GHzジャイロトロンの大電力発振シーケンスをITER準拠機材で制御する実証試験を行い、大電力RF発振を確認した。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,45

林 伸彦; 相羽 信行; 諫山 明彦; 篠原 孝司; 本多 充

プラズマ・核融合学会誌, 90(6), p.352 - 355, 2014/06

2014年の春季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する5つの会合(「MHD安定性」、「高エネルギー粒子物理」、「統合運転シナリオ」、「輸送と閉じ込め物理」、「ペデスタル物理」)が開催された。各会合の概要をまとめて報告する。なお、次回会合は、2014年の秋季のIAEA国際会議直後に開催する予定である。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,42

吉田 麻衣子; 篠原 孝司; 林 伸彦; 諫山 明彦; 神谷 健作

プラズマ・核融合学会誌, 89(12), p.887 - 889, 2013/12

2013年の秋季に、国際トカマク物理活動(ITPA)に関する5グループ(高エネルギー粒子物理、輸送と閉じ込め物理、統合運転シナリオ、ペデスタル物理、MHD安定性のトピカルグループ)の会合が開催された。高エネルギー粒子物理トピカルグループ会合は、中国の北京市で開催され、参加者は約30名、発表件数は28件であった。輸送と閉じ込め物理トピカルグループ、統合運転シナリオトピカルグループ、ペデスタル物理トピカルグループは、福岡県の春日市で開催され、パラレル合同セッションが半日設けられた。輸送と閉じ込め物理トピカルグループ会合の参加者数は36名、発表件数はパラレル合同セッションも含めて43件であった。ペデスタル物理トピカルグループ会合の参加者は35名、統合運転シナリオトピカルグループ会合の参加者数は30名であった。MHD安定性トピカルグループ会合は、中国の合肥市で開催され、参加者は51名であった。ぞれぞれのグループにおいて、ITERでの課題解決に向けた研究報告や議論がなされた。次回の会合は2014年の春季に開催予定である。

報告書

「ふげん」燃料被覆管を用いた人工海水浸漬試験及び強度特性評価

山県 一郎; 林 長宏; 益子 真一*; 佐々木 新治; 井上 賢紀; 山下 真一郎; 前田 宏治

JAEA-Testing 2013-004, 23 Pages, 2013/11

JAEA-Testing-2013-004.pdf:8.59MB

東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所の事故において、使用済燃料プールに保管されていた使用済燃料は、瓦礫の落下・混入や海水注入等、通常の運転時ではあり得ない環境に晒された。使用済燃料プール中の燃料集合体の健全性や、共用プール移送後の長期間保管における健全性の評価に資するため、新型転換炉「ふげん」にて使用されたジルカロイ-2燃料被覆管を用い、使用済燃料プールの模擬水として2倍に希釈した人工海水を用いた、液温80$$^{circ}$$C、浸漬時間約336時間の浸漬試験を実施した。得られた主な結果は以下の通りであり、本試験条件において照射済みジルカロイ-2燃料被覆管への人工海水浸漬による機械的特性への影響はなく、顕著な腐食も生じないことを確認した。(1)浸漬前後の試料表面の外観に明確な変化は見られず、試料外表面近傍の酸化層等においても明確な変化は見られず、浸漬試験による顕著な表面腐食の進行はない。(2)引張強さ及び破断伸びは浸漬前後で有意な変化はなく、浸漬試験による機械的特性へ有意な影響はない。(3)照射済み試料を遠隔操作で浸漬試験及び引張試験を行うための手法を確立した。

論文

走査型電子顕微鏡(SEM)用の断層中軸部小型定方位試料の作製法

島田 耕史; 亀高 正男*; 中山 一彦; 瀬下 和芳; 田中 義浩; 林 俊夫*; 田中 遊雲; 下釜 耕太*; 岡崎 和彦*

地質学雑誌, 119(11), p.727 - 731, 2013/11

脆弱で細粒かつ少量の断層中軸部の試料から、できるだけ多くの微細構造観察機会を得ると共に、化学分析等に供せられる試料量を確保する観点から、微小な試料の走査型電子顕微鏡(SEM)の利用は有効と考えられる。その際に課題となるのは、脆弱な試料の定方位情報を保持させたまま、SEMの試料室へ入れる方法の確立であり、実用上可能とされ得る迅速な試料採取方法の確立である。本稿では、ステープラー(ホチキス)の針を、互いに直角な小平面を持っている事を活かした定方位用の枠として用い、特殊な薬品や高度な備品類の使用を抑え、野外での迅速な定方位試料採取、貴重な試料からの採取を可能とする、SEM観察用定方位試料作製手法の手順を紹介する。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,40

諫山 明彦; 朝倉 伸幸; 林 伸彦; 篠原 孝司; 本多 充; 大山 直幸

プラズマ・核融合学会誌, 89(6), p.430 - 433, 2013/06

国際トカマク物理活動(ITPA)において、「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」、「統合運転シナリオ」、「MHD安定性」、「高エネルギー粒子」、「輸送と閉じ込め物理」、「ペデスタル物理」に関するトピカルグループの会合が2013年3-4月に開催された。本稿はこれらの会合の報告である。今回の会合では、各トピカルグループにおける国際共同実験、ワーキンググループ活動、研究開発に関する報告のほか、ITERの運転初期からタングステン・ダイバータを導入したときの影響及び留意しておくべき点などについて議論が行われた。

論文

Full high-power modulation on a 170 GHz 1 MW ITER gyrotron with a triode magnetron injection gun

梶原 健; 坂本 慶司; 小田 靖久; 林 一生*; 高橋 幸司; 春日井 敦

Nuclear Fusion, 53(4), p.043013_1 - 043013_5, 2013/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:41.17(Physics, Fluids & Plasmas)

A 5 kHz full power modulation experiment is demonstrated on a 170 GHz gyrotron. 5 kHz high power and beam on/off modulation is achieved by employing a fast short-circuited switch between the anode and the cathode of the triode type electron gun (single anode switch). Lower heat load on the cavity and the collector compared to CW operation realizes more than 1 MW oscillation with 1 MW designed gyrotron. The maximum achieved power is 1.16 MW with electrical efficiency of 48%. In the high efficiency operation, an unwanted mode oscillation is observed at the start-up phase of each pulse, which is induced by slow voltage rise time of the anode. For faster rise up of the anode voltage, another fast switch is inserted between an anode voltage divider and the anode electrode (double anode switch). In the experiment, it is shown that the successful fast start up of the anode voltage and the minimized unwanted mode generation.

論文

Tectonic shortening and coeval volcanism during the Quaternary, northeast Japan arc

梅田 浩司; 伴 雅雄*; 林 信太郎*; 草野 友宏

Journal of Earth System Science, 122(1), p.137 - 147, 2013/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:77.94(Geosciences, Multidisciplinary)

自然現象の将来予測(外挿予測)に伴う不確実性を検討するためには、現在の変動傾向がどの程度の過去まで遡れるかを明らかにすることが重要となる。本研究では、東北日本弧の火山活動を事例に、過去200万年間の火山の分布,マグマ噴出量,噴火様式,岩石の化学組成等の時間変化を解析した。その結果、約1Ma(現在から100万年前頃)を境に、(1)噴火様式の変化、(2)マグマ噴出量の増大、(3)マグマ化学組成の変化が認められる。これらのことから、現在の東北日本弧の火山活動のパターンは中期更新世まで遡ることができると考えられる。

論文

Ground-state configuration of the $$N=157$$ nucleus $$^{259}$$No

浅井 雅人; 塚田 和明; 阪間 稔*; 羽場 宏光*; 市川 隆敏*; 石井 康雄; 豊嶋 厚史; 石井 哲朗; 西中 一朗; 永目 諭一郎; et al.

Physical Review C, 87(1), p.014332_1 - 014332_6, 2013/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:57.51(Physics, Nuclear)

$$^{259}$$Noの基底状態のスピン・パリティ,中性子軌道配位を$$alpha$$崩壊核分光により初めて実験的に同定した。$$^{259}$$Noは、これまでにスピン・パリティや一粒子軌道配位が同定された原子核の中で最も中性子数の多い原子核である。本研究により$$^{259}$$Noの基底状態と娘核$$^{255}$$Fmの231.4keV励起準位の中性子軌道配位が9/2$$^{+}$$[615]と同定され、この領域の原子核における中性子一粒子軌道のエネルギー間隔と順序が明らかになった。中性子数$$N$$=157における9/2$$^{+}$$[615]基底状態の出現は、$$N$$=152と$$N$$=162に存在する変形殻ギャップ間の中性子軌道のエネルギー順序が中性子数が増えるにつれて大きく変化していることを示唆している。

論文

Effects of local toroidal field ripple due to test blanket modules for ITER on radial transport of thermal ions

大山 直幸; 浦野 創; 篠原 孝司; 本多 充; 滝塚 知典; 林 伸彦; 鎌田 裕; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 52(11), p.114013_1 - 114013_9, 2012/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:80.51(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERのテストブランケットモジュール(TBM)に起因する局所トロイダル磁場リップルが熱化イオンの径方向輸送に与える影響を完全3次元磁場起動追跡モンテカルロコード(F3D-OFMC)を使って調べた。ITERプラズマ条件下でのシミュレーションの結果、TBMの個数を増加すると、TBMに起因する局所トロイダル磁場リップルによる粒子損失が線形に増加することがわかった。一方、1つのTBMポートにおける局所磁場リップルの値を増加させた場合、粒子損失の増加はとても急であった。粒子損失量の比較から、ITERプラズマ条件であるTBMポート三か所は、1つのTBMポートのリップル率を1.7倍に増加したことに対応する。

論文

Core transport properties in JT-60U and JET identity plasmas

Litaudon, X.*; 坂本 宜照; de Vries, P. C.*; Salmi, A.*; Tala, T.*; Angioni, C.*; Benkadda, S.*; Beurskens, M. N. A.*; Bourdelle, C.*; Brix, M.*; et al.

Nuclear Fusion, 51(7), p.073020_1 - 073020_13, 2011/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:59.42(Physics, Fluids & Plasmas)

内部輸送障壁の発生機構や構造形成は、装置や運転シナリオによって多様性があることが知られている。その多様性を理解するために、装置サイズがほぼ同じのJT-60と英国のJET装置において、同様の運転シナリオで形成した内部輸送障壁の輸送特性の比較を行った。特に、両装置のプラズマ形状,規格化衝突周波数,規格化ラーモア半径等の無次元変数を揃えた場合に着目した。その結果、内部輸送障壁の形成機構については、共通の形成条件があるが、定常状態での密度分布に大きな差異があることが明らかになった。この差異は、中心付近の磁気シアの違いに起因していると考えられる。

論文

Three dimensional atomic image of TlInSe$$_{2}$$ by X-ray fluorescence holography

三村 功次郎*; 細川 伸也*; 八方 直久*; Hu, W.; 林 好一*; 脇田 和樹*; 石井 啓文*; 吉村 政人*; Jeyakanthan, J.*; Mamedov, N.*

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 9, p.273 - 276, 2011/07

Three dimensional (3D) atomic images around the Tl atoms in single crystal TlInSe$$_{2}$$ thermoelectric material in the incommensurate phase were reconstructed by using Tl LIII X-ray fluorescence holography measured at room temperature. Comparison of the experimentally obtained 3D images with the theoretically calculated ones suggests that only the Tl atoms have large spatial fluctuations, which are related to the incommensurate phase of this material.

論文

Three-dimensional atomic images of TlInSe$$_{2}$$ thermoelectric material obtained by X-ray fluorescence holography

細川 伸也*; 八方 直久*; 林 好一*; 三村 功次郎*; 脇田 和樹*; Hu, W.; 石井 啓文*; 吉村 政人*; Jeyakanthan, J.*; Mamedov, N.*

Japanese Journal of Applied Physics, 50(5), p.05FC06_1 - 05FC06_2, 2011/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:75.1(Physics, Applied)

Three dimensional (3D) atomic images around the Tl atoms in single crystal TlInSe$$_{2}$$ thermoelectric material in the incommensurate phase were reconstructed by using Tl $$L$$$$_{rm III}$$ X-ray fluorescence holography measured at room temperature. In the obtained 3D image, the In atoms are clearly visible at the proper positions in the normal phase. However, the Tl atomic images are also observed but very weak. By comparing the experimental image with a theoretically calculated one, it is concluded that only the Tl atoms have large spatial fluctuations, which are related to the incommensurate phase of this material.

報告書

核融合原型炉SlimCSの概念設計

飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.

JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MB
JAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB

発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m$$^{2}$$とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。

論文

ITPA会合報告,29

諫山 明彦; 榊原 悟*; 古川 勝*; 松永 剛; 山崎 耕造*; 渡邊 清政*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; 田村 直樹*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 86(6), p.374 - 377, 2010/06

この会合報告は、2010年春に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"MHD安定性","輸送と閉じ込め物理","統合運転シナリオ","ペデスタル物理"及び"高エネルギー粒子物理"の計5グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

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