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石澤 明宏*; 井戸村 泰宏; 今寺 賢志*; 糟谷 直宏*; 菅野 龍太郎*; 佐竹 真介*; 龍野 智哉*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 前山 伸也*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 92(3), p.157 - 210, 2016/03
幅広いアプローチ協定に基づいて国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)の計算機シミュレーションセンター(CSC)に設置された高性能計算機システムHeliosは、2012年1月に運用を開始し、日欧の磁気核融合シミュレーション研究に供用され、高い利用率の実績を示すとともに、炉心プラズマ物理から炉材料・炉工学にわたる広い分野で多くの研究成果に貢献している。本プロジェクトレビューの目的は、国内の大学や研究機関においてHeliosを利用して進められているシミュレーション研究プロジェクトとその成果を一望するとともに、今後予想される研究の進展を紹介することである。はじめにIFERC-CSCの概要を示した後、各研究プロジェクト毎にその目的、用いられる計算手法、これまでの研究成果、そして今後必要とされる計算を紹介する。
小林 貴之; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 池田 亮介; 小田 靖久; 和田 健次; 日向 淳; 横倉 賢治; 星野 克道; et al.
Proceedings of 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2015) (USB Flash Drive), 3 Pages, 2015/08
JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)用にジャイロトロン開発を行っている。高出力、長パルス試験を行い、110GHzと138GHzの2つの周波数において、1MW/100秒の出力を得ることに世界で初めて成功した。この結果により、JT-60SAに求められるジャイロトロンの性能を、完全に満たした。また、空胴共振器、コレクター及び不要高周波の吸収体の熱負荷を実験的に評価した結果、熱負荷の観点では、更なる高出力での運転が、両方の周波数で可能であることを示した。さらに、上記2周波数に加えた付加的な周波数として、82GHzでの発振が、これまでのところ、0.4MW/2秒まで得られている。110/138GHzにおける1.5MW以上の出力や、82GHzにおける1MW出力を目指した大電力試験が進展中であり、最新の成果について報告する。
小林 貴之; 森山 伸一; 横倉 賢治; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 星野 克道; et al.
Nuclear Fusion, 55(6), p.063008_1 - 063008_8, 2015/06
被引用回数：25 パーセンタイル：77.57(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)のため、高出力、長パルス発振を110GHzと138GHzの両方で実現するジャイロトロンを開発した。2周波数で運転可能なジャイロトロンとして、世界で初めて、1MW、100秒間の発振を両周波数で実証した。三極型電子銃を用いてアノード電圧又は電子のピッチファクターの最適化することが、2周波数で高出力と高効率を得るために重要であった。また、本ジャイロトロン内部での損失は、今後の1.5MW以上での発振を想定した場合でも十分に小さいと予測される結果が得られた。さらに、上記2周波数はJT-60SAにおいては第二高調波として入射されるが、基本波として使用可能な82GHzでの発振についても、0.4MWで2秒まで実証した。これらのジャイロトロン開発の成果により、JT-60SAにおけるECH/CD装置の適用可能領域の大幅な拡張に寄与することが期待される。
小林 貴之; 森山 伸一; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.
EPJ Web of Conferences, 87, p.04008_1 - 04008_5, 2015/03
被引用回数：5 パーセンタイル：83.62(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60SAの幅広いプラズマ放電条件において電子サイクロトロン加熱(ECH)・電流駆動を可能とするため、110GHz及び138GHzを選択的に出力可能な2周波数ジャイロトロンの開発を原子力機構で進めている。JT-60SAに向けた開発目標である1MWで100秒発振を実現するための発振調整及びコンディショニング運転が順調に進んでいる。これまでのところ、1MW/10秒、0.51MW/198秒の発振が両周波数で得られた。加えて、上記2周波数ジャイロトロンにおいて、付加的な周波数として82GHzの発振(0.3MW/20ミリ秒)を実証し、JT-60SAにおける基本波を用いたECHの可能性を示した。
横倉 賢治; 森山 伸一; 小林 貴之; 平内 慎一; 澤畠 正之; 寺門 正之; 日向 淳; 和田 健次; 佐藤 福克; 星野 克道; et al.
JAEA-Technology 2014-002, 64 Pages, 2014/03
JAEA-Technology-2014-002.pdf:6.83MB
導波管内を伝搬する大電力ミリ波が誘電体を透過した時の誘電損失を誘電体の温度上昇として測定し、伝送ミリ波の電力密度空間分布と伝送電力を計測できる装置を開発した。本装置は、伝送電力が1MWにも及ぶ核融合研究用の電子サイクロトロン加熱(ECH)装置での使用を念頭に置いているが、広い分野への応用も考えられる。本装置の基本的概念は、真空コルゲート導波管に損失の小さい数ミリメートルの空間ギャップを設けておき、その空間ギャップへ断熱支持した誘電体ディスクを一時的に挿入し、短パルスのミリ波を透過させた後素早く引抜き(約0.2秒)、その温度分布を赤外線カメラで測定することで、ディスクを透過したミリ波の分布を推定するものである。一方、ディスクの収束平衡温度から全透過損失を見積もり、伝送電力の評価も可能である。計測試験では、整合器ミラーの角度のずれによる不要モードの発生を電力密度分布の変化として捉えることに成功した。この成果は、整合器を真空に保ったままミラーの調整を行う他、運転中のECH装置の伝送系での意図しない不要モードの発生を検出可能とするなど、本装置が有効であることを示すものである。
森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 星野 克道; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 横倉 賢治; 澤畠 正之; 寺門 正之; 日向 淳; et al.
Fusion Engineering and Design, 88(6-8), p.935 - 939, 2013/10
被引用回数：4 パーセンタイル：32.48(Nuclear Science & Technology)JT-60SAの電子サイクロトロン周波数帯(ECRF)加熱電流駆動装置に用いるアンテナとして、冷却水リークの可能性を極めて小さくできるようにミラーを直線駆動する形式を提案している。駆動機構,ベロー等の主要構成要素の実施可能性については、既にモックアップを製作して確認した。今回、ミラー駆動シャフトの支持機構として固体潤滑剤を使用した金属滑り軸受けを利用する設計を行い、モックアップに組み込んだ。一般的なボールベアリングと比較して、シャフトの回転と直線運動を1つの軸受で実現できる利点がある。真空排気した状態での駆動試験を行って固体潤滑剤が真空性能に与える影響を質量分析によって調べた。一方、JT-60SAの典型的実験シナリオにおけるECRF加熱・電流駆動特性を計算で評価し、アンテナの準光学的な設計について確認した。
小林 貴之; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.
Fusion Science and Technology, 63(1T), p.160 - 163, 2013/05
被引用回数：7 パーセンタイル：49.28(Nuclear Science & Technology)JT-60SAに向けて、110GHzの電子サイクロトロン波加熱装置(ECRF装置)に、135
140GHz帯の第2周波数を加えた2周波数化開発を進めている。特に、2周波数ECRF装置の重要機器である2周波数ジャイロトロンの開発を行った。JT-60SA用の第2周波数は上記周波数帯の中で、ジャイロトロン設計の観点から138GHzとした。110GHzと138GHzの2周波数で、1MW以上の長時間出力が可能なジャイロトロンを実現するため、ジャイロトロンの主要部位であるダイヤモンド窓,空胴共振器,準光学モード変換器の設計を行った。離散的な特性を持つ各機器のパラメータ群の中から最適な条件を見つけ、その条件で設計を行った結果、両方の周波数について、1MW以上の長時間出力が可能な設計結果が得られた。上記設計に基づき、新規ジャイロトロンを製作し、初期的な試験を行った結果、ほぼ期待通りの出力が得られ、設計に大きな問題がないことを確認した。
小林 貴之; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.
Proceedings of 37th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2012) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2012/09
JT-60SAに向けて新たに2周波数(110GHz及び138GHz)ジャイロトロンの開発を開始した。空胴共振器の設計において、高出力,長時間運転に重要な、1MW以上の出力、30%以上の効率、1.4kW/cm
以下のピーク熱負荷が、両周波数について得られた。さらに、発振した導波管モードのミリ波を空間伝送モードへと変換するモード変換器の設計において、両周波数で高い変換効率(110GHzでは96.8%、138GHzでは98.3%)が得られた。この変換効率は、以前に長パルス運転実績のある110GHzジャイロトロンにおける変換効率(96.5%)より高く、高出力,長時間運転に適した設計結果が得られた。上記設計に基づき、新規ジャイロトロンを製作し、調整運転を2012年6月中旬より開始した。これまでのところ、低めのビーム電流(10A)及びビーム電圧(75kV)で、予定通り約200kWの出力を得て、設計に大きな問題がないことを確認した。
諫山 明彦; 小林 貴之; 横倉 賢治; 下野 貢; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 日向 淳; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 7(Sp.1), p.2405029_1 - 2405029_5, 2012/05
電子サイクロトロン(EC)波は、プラズマの狭い領域を加熱・電流駆動することができることから、電子加熱や電流分布制御のほか不安定性制御にも用いられる。また、プラズマ着火や壁洗浄などにも有用である。JT-60SAにおいては9基のEC波入射装置が装備され上記のすべての目的で使用される。JT-60SAのEC波入射装置はJT-60Uの設備(周波数: 110GHz)を最大限利用して構築されるが、JT-60SAにおいて要求される性能を満足するために開発運転が継続的に行われている。本講演では、最近のEC波入射装置の進展、特にジャイロトロン開発及び加熱・電流駆動特性解析の結果を述べる。JT-60SAにおいて要求される「ジャイロトロン1基あたり出力1MW、出力時間100秒」を目指してジャイロトロンのモード変換器を改良した。開発運転を進めた結果、出力1MWのもとでの出力時間が2009年には17秒、2010年には31秒に伸長した。ジャイロトロン内の各部の温度は許容温度以下で飽和していることからパルス幅の伸長が可能であると考えられる。また、JT-60SAの最大磁場(2.3T)においてプラズマ中心部を加熱・電流駆動することを目的として2周波数ジャイロトロンの開発を2011年に開始した。計算コードによる加熱・電流駆動解析、及び発振モード・出力窓厚の設計計算から、第2周波数を138GHzとした。高磁場を生成する超伝導磁石を含めてジャイロトロンの製作が現在進行中であり、2012年3月に据え付けられる予定である。
小林 貴之; 諫山 明彦; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 佐藤 文明; 和田 健次; 横倉 賢治; 下野 貢; 澤畠 正之; et al.
Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.763 - 767, 2011/10
被引用回数：6 パーセンタイル：44.28(Nuclear Science & Technology)JT-60SAの電子サイクロトロン波加熱装置アンテナ開発の進展を報告する。本アンテナにはポロイダル方向,トロイダル方向へのビーム入射角度の大きな自由度を持つ駆動機構が、100秒間のパルス幅を実現するための高い信頼性を持ったミラー冷却機構とともに求められる。現在、直線駆動型アンテナ方式によるランチャー(アンテナ,サポート及び駆動機構)の機械,構造設計を進めている。ポロイダル入射角度を変化させるための長尺ベローズと、トロイダル入射角度を変化させるためのベローズが本アンテナの重要な要素である。駆動部の試験体を製作してその性能を検証した結果、ポロイダル及びトロイダル入射角度として、それぞれ-10度から+45度, -15度から+15度の範囲を駆動できるアンテナが成立することを確認した。この角度はJT-60SAで求められる角度範囲と合致しており、本アンテナの実現に見通しが得られた。また、本アンテナの熱、構造解析の結果についても報告する。
星野 毅; 寺井 隆幸*
Fusion Engineering and Design, 86(9-11), p.2168 - 2171, 2011/10
被引用回数：57 パーセンタイル：96.83(Nuclear Science & Technology)核融合炉の燃料となるトリチウムは、6-リチウム(
Li)と中性子との核反応により生産するが、天然のリチウムにはLiが約7.6%しか存在せず、必要なトリチウム量を確保するためにはより高濃縮のLiが必要となる。これまで、既存のアマルガム法よりも高効率で環境性に適したLi濃縮技術の実用化を目指し、イオン液体を含浸した有機隔膜を用いてLiを濃縮する新技術の研究開発を行ったが、含浸させたイオン液体が溶脱する現象が観察された。そこで、イオン液体の溶脱を低減させるため、両端に保護膜を施した改良隔膜を用いて耐久性試験を行った。保護膜としてフィオンを使用した場合、有機隔膜中のイオン液体残存率は87%と保護膜なしの場合のイオン液体残存率63%を大きく上回る結果が得られた。よって、Liイオンを透過させ、かつイオン液体を透過させない保護膜をイオン液体含浸有機隔膜の両端に用いることで、高耐久性を有する隔膜の製作に見通しを得ることができた。
Li enrichment using an ionic-liquid impregnated organic membrane星野 毅; 寺井 隆幸*
Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.696 - 699, 2011/10
被引用回数：38 パーセンタイル：93.02(Materials Science, Multidisciplinary)核融合炉の燃料となるトリチウムは、6-リチウム(Li)と中性子との核反応により生産するが、天然のリチウムにはLiが約7.6%しか存在せず、必要なトリチウム量を生産するためにはより高濃縮のLiが必要となる。Li濃縮技術としては水銀を用いたアマルガム法が海外にて使用されているが、日本では水銀による環境汚染の観点から大量製造が可能な手法は確立されていない。そこで、Liイオンを選択的に透過させるイオン液体に着目し、Li同位体分離技術への適応を探る予備的試験を行った。本法は、Liイオンのみを透過させる特性を持つイオン液体を含浸した有機隔膜を電気透析セルに装荷し、通電することによりLiを分離濃縮するもので、予備的試験の結果、アマルガム法(同位体分離係数:約1.06)を凌ぐ1.2以上の同位体分離係数が得られた。本結果より、イオン液体含浸有機隔膜による電気透析方式のLi同位体分離法は、実用的な濃縮Li製造方法として期待が持てることを明らかにした。
星野 毅; 加藤 剣一*; 名取 ゆり*; 及川 史哲; 中野 菜都子*; 中村 和*; 佐々木 一哉*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 蓼沼 克嘉*
Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.684 - 687, 2011/10
被引用回数：52 パーセンタイル：96.13(Materials Science, Multidisciplinary)Li
TiO
は日本におけるITERテストブランケットモジュール(TBM)に装荷するトリチウム増殖材料の候補材料として選定されている。本材料は水素添加ガス雰囲気中で高温・長時間、中性子照射されるため、水素により還元されにくく、Liの蒸発及び核的燃焼に対する耐久性が要求される。そこで、LiTiOよりLi/Ti比が大きく、しかもLiTiOの結晶構造を持つ先進トリチウム増殖材料であるLi添加型LiTiO(Li
TiO
)の開発を行った。水酸化リチウム一水和物とメタチタン酸を回転混合させることにより、常温にて始発原料同士の固相反応を進行させ、ゲル状とした。このゲル状試料を焼成したLi添加型LiTiOは、無添加LiTiOのXRD回折ピークと一致し、他の不純物等による相は観察されなかった。さらに、Li/Ti分析結果から、合成前後のLi/Ti比はほぼ一致した。これらの結果より、従来の固相合成法に常温固相合成反応を取り入れることで、高温・長時間使用時においても化学的に安定なITER-TBM用Li添加型LiTiOが合成可能となることを初めて明らかにした。
小林 貴之; 諫山 明彦; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 佐藤 文明; et al.
Nuclear Fusion, 51(10), p.103037_1 - 103037_10, 2011/10
被引用回数：19 パーセンタイル：62.41(Physics, Fluids & Plasmas)電子サイクロトロン波加熱装置(ECRF装置)において、運転開始直後の短時間(100ミリ秒程度)にアノード電圧を制御することにより電子のピッチファクターを最適化することで効率を向上させる新手法を開発した。これにより高出力化の課題であったコレクタ熱負荷を低減することが可能となり、世界で初めて1.5MW, 4秒間のジャイロトロン出力を達成した。このときのコレクタ熱負荷は従来より約20%低いことが確認され、今後さらに長パルス化が可能と考えられる。長パルス運転を制限したジャイロトロン内の不要高周波による熱負荷を低減するため、モード変換器を改良したジャイロトロンを製作して、既に調整運転を開始し1MW出力で31秒までパルス幅が伸張した。また、課題であった不要高周波は約1/3に低減できたことが実験的に確認され、近い将来の定常運転に見通しが得られた。これらの成果はJT-60SAに向けたECRF装置の高出力・長パルス化に大きく貢献するものである。
小林 貴之; 森山 伸一; 諫山 明彦; 星野 克道; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 梶原 健; 小田 靖久; 春日井 敦
電気学会研究会資料,原子力研究会(NE-11-6), p.11 - 15, 2011/09
ITERやJT-60SA等の磁場閉じ込め核融合装置におけるプラズマ加熱・電流駆動のため、高周波加熱装置の開発が行われている。これまでの高周波加熱装置開発の実績及び現状と、将来の装置で求められる性能を示す。また、原子力機構における最近の電子サイクロトロン波加熱装置開発、特にJT-60SAに向けた開発の進展及び課題について報告する。
大島 貴幸; 藤田 隆明; 関 正美; 川島 寿人; 星野 克道; 柴沼 清; Verrecchia, M.*; Teuchner, B.*
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.620 - 624, 2010/08
JT-60SA計画では、日欧に分散する原子力機構とEUがCADを使用し、調達機器の設計が進められている。CADデータは、機器ごとにファイルサーバで管理されるが、それらを共通のデータとして扱うには、日本の実施機関である原子力機構のイントラとは物理的に切り離されたJT-60SA用の独立ネットワークを日欧間で構築することとした。このたび、VPN暗号化技術を使い、ネットワークセキュリティを維持しつつ、低価格で、機動性の高いネットワークを目指して開発を進め、2009年7月に、那珂とEUガルヒンとの間でVPN通信を開通させた。設計統合の進捗に合わせて、日欧のネットワークインフラの共有化を段階的に構築していく予定である。さらに、JT-60SAの運転開始時には、BA活動を同センターで展開するIFERCプロジェクトと協力して、六ヶ所サイトからJT-60SAへの遠隔実験参加の試験を行うことが計画されており、また、JT-60SA実験時には、EUから大規模な実験データへアクセスすることも想定する必要があることから、今後は、遠隔実験参加にかかわる技術開発への貢献も視野に入れ開発を進める。
ガス穴に生育するブナの年輪中
C濃度堀内 一穂*; 千葉 拓児*; 星野 安治*; 大山 幹成*; 田中 孝幸; 天野 光*
JAEA-Conf 2010-001, p.71 - 74, 2010/03
世界有数の火山性COガス放出域として知られている青森県八甲田カルデラにおいて、ブナの年輪中C濃度へ及ぼす火山性COガスの影響を調べた。ブナ試料C濃度は、同時代の大気C濃度と調和的に、1991年から2001年に向って減少する傾向があった。カルデラ内試料のC濃度はカルデラ外の対照試料より低い値を示し、年輪のCを利用した化石COガスの局地的動態解明への可能性を示す結果となった。しかしながら、対照試料との差は最大で14‰であった。これは、火山性COガスが最大4.4ppm混入した結果である。この低い混入は、COを吸収する樹幹が、火山性COの放出孔より数メートル上空に存在することによると考えられる。
TiO additives for ITER-TBM星野 毅; 加藤 剣一*; 名取 ゆり*; 中村 和*; 佐々木 一哉*; 林 君夫; 寺井 隆幸*; 蓼沼 克嘉*
Fusion Engineering and Design, 84(2-6), p.956 - 959, 2009/06
被引用回数：46 パーセンタイル：93.9(Nuclear Science & Technology)高温・長時間使用の条件においても安定に使用可能な核融合炉固体ブランケット用先進トリチウム増殖材料の開発を目指し、LiTiOよりLi/Ti比の大きいLiTiOを添加したLiTiO合成法の探索を行った。始発粉末としてLiOH・HOとTiOを使用した場合は、合成反応中にLiの蒸発が生じ、合成前後のLi/Tiの比率が少なくなり、合成後の試料にはLiTiO相が確認されなかった。しかしながら、LiOH・HOとHTiOを始発粉末として使用した際は、合成前後のLi/Tiの比率が一致する結果となり、LiTiO相も確認できた。以上、本研究により先進トリチウム増殖材料として期待されるLiTiO添加型LiTiOを安価で大量に合成する方法を確立した。
星野 毅; 佐々木 一哉*; 土谷 邦彦; 林 君夫; 鈴木 晶大*; 橋本 拓也*; 寺井 隆幸*
Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.1098 - 1101, 2009/04
水素により還元されにくく、Liの核的燃焼に対する耐久性,トリチウム増殖比が向上した先進トリチウム増殖材の開発を目指し、LiTiOよりLi添加量の大きい(LiO/TiO比が1.0より大きい)チタン酸リチウムの合成法の探索を行った。リチウムエトキシド(LiO-CH
)又はリチウムプロポキシド(LiO-i-CH
)とテトラチタンプロポキシド(Ti(O-i-CH))をLiO/TiO比が2.0になるようにアルコール溶媒にて混合した後、加水分解を行い、得られたゲルを5%H-He雰囲気中にて、800
C・6時間の条件にて焼成を行ったところ、水素により還元されず、Liの核的燃焼に対する耐久性が高いと考えられる試料の合成に成功したことを、熱天秤等を利用した材料特性評価により確認した。
TiO
in hydrogen atmosphere星野 毅; 安本 勝*; 土谷 邦彦; 林 君夫; 西村 秀俊*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*
Fusion Engineering and Design, 82(15-24), p.2269 - 2273, 2007/10
被引用回数：53 パーセンタイル：94.98(Nuclear Science & Technology)チタン酸リチウム(LiTiO)は、核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料の第1候補材料である。LiTiOは水素により還元されるため、トリチウムを回収する際のスイープガス中に含まれる水素により還元されにくいLiTiOの開発は重要である。本研究では、水素により還元されにくい増殖材料として期待できる、LiTiOを製作し、非化学量論性及び蒸発特性を調べた。定比のLiTiO(LiO/TiO=1.00)よりLi量を多くしたLiTiO(LiO/TiO=1.05)を製作した結果、水素還元による酸素欠損がほとんどなく、Liを含む蒸発蒸気種の平衡蒸気圧への影響も少ないことから、高温・長時間使用時における試料の結晶構造の変化が小さくなり、化学的に安定して使用できることがわかった。
