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論文

Designing a prototype of the ITER pulse scheduling system

山本 剛史; 米川 出*; 太田 和也*; 細山 博己*; 橋本 慰登*; Wallander, A.*; Winter, A.*; 杉江 達夫; 草間 義紀; 河野 康則; et al.

Fusion Engineering and Design, 87(12), p.2016 - 2019, 2012/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:20.56(Nuclear Science & Technology)

パルススケジューリングシステムは、ITERのプラズマ運転に必要なパラメータの設定及び管理・承認を行うためのシステムである。JT-60Uなどの運転経験をもとに、ITERのプラズマ運転に対する要求を分析し、必要な機能の設計を行った。ITERで要求される、パラメータの変更や再利用に柔軟に対応できるシステムを設計することができた。また、パラメータ間の合理性を検査する機能及び入力値を自動計算して設定する機能など、オペレーターを支援する機能を提案した。

論文

Improvement of the real-time processor in JT-60 data processing system

坂田 信也; 清野 公広; 佐藤 稔; 小湊 俊治; 末岡 通治; 細山 博己; 川俣 陽一

Fusion Engineering and Design, 84(7-11), p.1680 - 1683, 2009/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.95(Nuclear Science & Technology)

JT-60データ処理設備実時間処理計算機(RTP)は、JT-60における実時間帰還制御系ループの一部であり、1997年のシステム運用開始移行、JT-60実験放電で生成されるプラズマの高性能化に対応するため、実時間帰還制御時のパラメータとなる計測データ収集項目の追加や演算処理の高速化等、システム改良,機能拡張を継続的に実施してきた。しかし、現システムでは、CPUの処理能力、及びシステムの老朽化等の問題から、さらなる改良が困難な状況になりつつある。本報告では、これまでのシステム開発,改良,機能拡張に得られた知見、及び現システムにおける課題から得られたシステム要件を基盤とした次期システム設計案、及びプロトタイプシステムの開発による現システムの改良について報告する。

論文

Off-axis current drive and real-time control of current profile in JT-60U

鈴木 隆博; 井手 俊介; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 石川 正男; 関 正美; 松永 剛; 波多江 仰紀; 内藤 磨; 濱松 清隆; et al.

Nuclear Fusion, 48(4), p.045002_1 - 045002_9, 2008/04

 被引用回数:35 パーセンタイル:81.18(Physics, Fluids & Plasmas)

$$beta$$プラズマにおいて高い閉じ込めと安定性のための電流分布の最適化を目指して、周辺電流駆動を用いた安全係数最小値$$q$$$$_{rm min}$$の実時間制御システムを開発した。低域混成波の入射パワーを制御することで、時間的に変化する目標値にそって$$q$$$$_{rm min}$$を1.3から1.7まで制御した。本制御を新古典テアリングモード(NTM)のある高$$beta$$放電に適用したところ、安全係数最小値が2を超えたときにNTMと共鳴する磁気面が消えてNTMは安定化され蓄積エネルギーは16%上昇した。さらに、周辺部での中性粒子ビーム電流駆動(NBCD)による駆動電流分布を初めて測定した。モーショナルシュタルク効果計測によると駆動電流は周辺部に空間的に局在しており、中性子放出分布計測によっても同様の結果を得た。NBCD電流総量はACCOMEコードによる理論計算と合う一方で、電流駆動位置は計算結果より外側にずれていることが明らかになった。

論文

Control of current profile and instability by radiofrequency wave injection in JT-60U and its applicability in JT-60SA

諫山 明彦; 鈴木 隆博; 林 伸彦; 井手 俊介; 濱松 清隆; 藤田 隆明; 細山 博己; 鎌田 裕; 長崎 百伸*; 大山 直幸; et al.

AIP Conference Proceedings 933, p.229 - 236, 2007/10

電流分布及び不安定性を制御することは、高ベータプラズマを維持するうえで重要である。JT-60Uでは、2GHz帯の低域混成波(LH)入射装置を用いた実時間電流分布制御、及び110GHz電子サイクロトロン波(EC)入射装置を用いた新古典テアリング不安定性(NTM)の安定化を行った。実時間電流分布制御においては、モーショナル・シュタルク計測により実時間で安全係数を測定し、LH波を最適なパワーで入射するシステムを開発した。その結果、LH波入射により安全係数の極小値$$q_{rm min}$$を指令値通りに制御することに成功した。NTM安定化に関しては、EC電流駆動により$$m/n=2/1$$のNTMの安定化を行った($$m$$, $$n$$はそれぞれポロイダルモード数、及びトロイダルモード数)。特に、ECCD位置の違いによる安定化効果及び不安定化効果を実験的に明らかにした。また、TOPICSコードを用いてNTMの時間発展のシミュレーションを行った結果、実験において観測されたNTMの安定化及び不安定化が再現されることを明らかにした。また、TOPICSコードを用いてJT-60SAにおけるNTM安定化のシミュレーションを行った。シミュレーションにおいて必要となる未定乗数はJT-60UのNTM実験により得られたものを用いた。その結果、EC波入射角度を最適化すると、空間的に非常に局在化した電流駆動が得られ低いEC波パワーでNTMが安定化できることが明らかになった。

論文

Off-axis current drive and current profile control in JT-60U

鈴木 隆博; 井手 俊介; 及川 聡洋; 藤田 隆明; 石川 正男*; 関 正美; 松永 剛; 武智 学; 内藤 磨; 濱松 清隆; et al.

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

モーショナルシュタルク効果偏光計を用い、中性粒子ビーム(NB)による周辺部駆動電流密度分布を初めて測定し、空間的に局在化していることを明らかにした。電流駆動位置は中性子分布計測と合致し、全駆動電流は表面の周回電圧の減少と合致する。周辺部での電流駆動はプラズマ中心部の安全係数を上げプラズマの性能を制限する不安定性を抑制することができる。LH波による周辺部電流駆動を用い、安全係数最小値(qmin)の実時間制御システムを開発した。本システムを高$$beta$$プラズマ($$beta$$N=1.7, $$beta$$p=1.5)に適用し、qminを上昇させて不安定性を抑制した結果、蓄積エネルギーは16%上昇した。

論文

Advanced data handling for plasma profile control in JT-60

米川 出; 末岡 通治; 細山 博己*; 川俣 陽一; 鈴木 隆博; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 81(15-17), p.1897 - 1903, 2006/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.25(Nuclear Science & Technology)

高ベータプラズマの不安定性を回避する手段としてプラズマ電流分布の実時間制御の導入が実施され始めている。実時間分布制御における全体の処理時間は、入力信号であるMSE計測,プラズマ位置,形状を算出するシステム及び分布制御計算機での演算処理時間とプラズマ制御系内のデータ通信を含めても十ミリ秒程度でなければならない。一方、位置(R,Z)と時間の関数となる分布量データは、データサイズが大きいことから、転送時間の短縮や保存容量の最小化を図ることが必要である。プラズマ規格化小半径(r)を導入して位置の次元を1つ減らし、(j(t),$$rho$$(t))の2次元時系列データとすることによりデータ量の縮小を図った。さらに$$rho$$の刻みを固定化することで、従来と同じ1次元時系列データとして取り扱うことが可能となり、放電条件設定等のマンマシンインターフェースを利用することができる。この報告では分布量制御における3次元時系列データの簡略取り扱い法についてその技術的な事項をハードウエア構成とともに述べることとする。

論文

Status and prospect of JT-60 plasma control and diagnostic data processing systems for advanced operation scenarios

栗原 研一; 米川 出; 川俣 陽一; 末岡 通治; 細山 博己*; 坂田 信也; 大島 貴幸; 佐藤 稔; 清野 公広; 小関 隆久

Fusion Engineering and Design, 81(15-17), p.1729 - 1734, 2006/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:68.77(Nuclear Science & Technology)

トカマク型磁気核融合研究は、国際熱核融合実験炉ITERの国際共同建設へと一歩前に進もうとしている中、JT-60を含む既存のトカマク型実験装置は、ITERや将来の核融合発電炉に向け、さらなる先進的運転シナリオの探求を行うことが期待されている。このような状況の中、以下に示す実験上の課題がJT-60において十分検討あるいは克服されなければならないことがわかる。すなわち、高性能のプラズマを定常に維持する方法やほぼ完全にプラズマの不安定性を回避する方法を明確にするという課題である。これを動機としてJT-60では、プラズマ実時間制御及び計測データ収集系のソフトウエアからハードウエアに渡る大規模改造を実施してきた。特に、先進的運転シナリオの探求に不可欠な開発が実施され、一部は既に完成している。これらの開発では、高速ボード計算機を大容量のリフレクティブメモリーを用いたネットワークに接続するという方式を採用した。以上の制御・計測データ収集系開発の結果報告に加えて、これまで20年間に及ぶJT-60を用いたトカマクプラズマ実験運転の経験を踏まえて、核融合発電炉を視野に入れた将来のプラズマ制御・計測データ収集システム構想を試みる。

報告書

JT-60プラズマ物理量分布の実時間制御システムの開発

末岡 通治; 鈴木 隆博; 細山 博己

JAEA-Technology 2006-022, 44 Pages, 2006/03

JAEA-Technology-2006-022.pdf:3.61MB

JT-60では、プラズマ位置・形状などの平衡制御,中性子発生率・プラズマ電子温度・プラズマ電子密度などの粒子供給・加熱制御等のさまざまな実時間制御に加え、新たにプラズマ内部の分布量を実時間で制御することが計画された。この分布量帰還制御を実施するためには放電条件設定において、これまでの制御量時系列データと異なり、空間点(r, z)それぞれに対応した制御量の時系列となる分布量プレプログラムのデータ設定が必要となる。この分布量データは、放電条件データ量の増大をもたらすため、放電条件設定上の工夫を必要としていた。また、実時間制御の面では、分布量帰還制御ロジックが開発途上であり、今後さまざまな改良・追加が行われることが容易に予想できること、及び既存プラズマ制御系への影響を最小限に抑えることなどに配慮しなければならない。そこで、(1)放電条件作成のために専用GUI(Graphical User Interface)システム,(2)既存実時間制御計算機システムから独立した分布量実時間制御専用システムを開発する方針とした。その結果、昨年実験での供用を開始し、既にフィードバック制御実験としての結果を得る段階まで到達した。本報告では、分布量実時間帰還制御システムのGUI機能,ハードウェア構成,制御アルゴリズム,実験結果データのデータベース化、及び初期の実験成果等について報告する。

論文

The Basic methods for understanding of plasma equilibrium toward advanced control

栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 細山 博己*; 米川 出; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 井手 俊介; JT-60チーム

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.527 - 536, 2005/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:55.58(Nuclear Science & Technology)

トカマク型核融合研究は、実験炉ITERを国際協力で製作する段階へと一歩踏み出そうとしている中で、JT-60を含む既存のトカマク装置は、さらなる先進的運転シナリオを求めて実験探究することが期待されている。そのようなシナリオをJT-60のプラズマ実験で検証するために、プラズマ平衡状態を把握する基本的な方法群を、ITERへの応用も視野にいれつつ開発して来ている。一部は既に完成しているが、以下の課題も残っている。すなわち、(1)実時間かつ高精度でプラズマ断面全体像を再構築する機能(プラズマ全電流や磁気軸なども含む)。(2)構造物に流れる渦電流も考慮する機能。(3)断面内のプラズマ電流分布も実時間で制度よく再構築する機能。(4)DT燃焼時には、プラズマ近傍には耐放射線性に優れたピックアップコイルセンサーを設置し信号積分して磁場に変換する。同時に遠方には耐放射線性に劣る絶対磁場計測センサーを配置し、遠方定常センサーで近傍センサー用積分器を時折補正することになるが、その補正演算機能。以上4項目である。シンポジウムでは、これらの方法をJT-60における実験結果やITER体系での計算とともに示す。また、それらの議論に基づき、ITERや核融合発電実証プラントにおけるプラズマ平衡制御の未来像についての予想を試みる。

論文

Recent RF experiments and application of RF waves to real-time control of safety factor profile in JT-60U

鈴木 隆博; 諫山 明彦; 井手 俊介; 藤田 隆明; 及川 聡洋; 坂田 信也; 末岡 通治; 細山 博己*; 関 正美; JT-60チーム

AIP Conference Proceedings 787, p.279 - 286, 2005/09

JT-60において、低域混成波による電流駆動とモーショナルシュタルク効果による安全係数分布計測を用いた実時間安全係数分布制御システムを開発した。実時間制御のクロックである10ms以内で安全係数分布を高速に評価するための計算手法を開発し、精度よく安全係数分布を計算できることを示した。低域混成波の位相制御により電流駆動位置を制御した。中心での安全係数$$q(0)sim1$$の正磁気シアプラズマを対象に$$q(0)sim1.3$$の正磁気シア安全係数分布を目標として制御を行ったところ、安全係数分布は目標分布に近づき、$$q(0)sim1.3$$の状態を低域混成波が安定に入射されている間(3秒間)維持した。電子サイクロトロン波による新古典テアリングモードの安定化及び、プラズマの着火・立ち上げについても本招待講演において報告する。

論文

JT-60プラズマ分布量制御のための新GUIの開発

末岡 通治; 細山 博己*; 鈴木 隆博; 米川 出; 栗原 研一

平成16年度大阪大学総合技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2005/03

JT-60では、これまでプラズマ位置・形状などの平衡制御,中性子発生率・プラズマ電子温度・プラズマ電子密度などの粒子供給・加熱制御と、さまざまな実時間制御を実施してきたが、それに加えて新たにプラズマ内部の電流分布を実時間で制御する実験を実施することとなった。この制御を実現するためには、これまでの1次元時系列データ(制御量)とは異なり、(位置(r,z),制御量)といった分布量プレプログラム(3次元時系列)のデータ設定が大量に必要となる。このデータは、設定が複雑であるばかりか、他のパラメータとの相互関係も重要となり、放電条件を設定する者にとって大きな負担となる。そこで、これらの問題を解決するために、専用のGUI(Graphical User Interface)を開発した。このGUIは、電流分布の表現形式に規格化量を導入することなどで次元を減らし、3次元時系列データを複数の1次元時系列データとして設定するという工夫をはじめ、画面設計の試行錯誤を経て、昨年実験での供用を開始し、既にフィードバック制御実験としての結果を得る段階まで到達した。本報告では、この全く新しいGUI構築の技術的特徴について詳細に述べるとともに、課題の摘出を行う。

論文

Steady state high $$beta_{rm N}$$ discharges and real-time control of current profile in JT-60U

鈴木 隆博; 諫山 明彦; 坂本 宜照; 井手 俊介; 藤田 隆明; 竹永 秀信; Luce, T. C.*; Wade, M. R.*; 及川 聡洋; 内藤 磨; et al.

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

JT-60Uは2003年に制御系の長放電時間化改造を行い、高$$beta$$プラズマの定常化を達成した。規格化圧力2.5のプラズマを不安定性の発生なしで、電流分布が定常に達する15.5秒間(電流拡散時間の9.5倍)維持した。また、不安定性の発生し易い位置と不安定性を引き起こす圧力勾配の大きな位置をずらすような電流分布を実現することで、さらに高い規格化圧力3を準定常(電流拡散時間の3.3倍)維持することに成功した。適切な電流分布を実現することが高性能プラズマにとって重要であるので、電流分布の実時間制御システムを開発し、安全係数分布を目標値まで制御することに成功した。

論文

JT-60プラズマ電流分布実時間制御計算機システムの開発

細山 博己*; 末岡 通治; 鈴木 隆博

KEK Proceedings 2003-16 (CD-ROM), 4 Pages, 2004/02

トカマク型核融合装置JT-60では、プラズマ性能の向上を目指してプラズマ電流分布を制御する実験が計画されている。プラズマ電流分布制御は、プラズマ制御パラメータ,プラズマ最外殻磁気面データ,トロイダル磁場コイル電流値,プラズマ電流値、及びプラズマ内部磁場計測信号等の入力データから実時間で電流分布または安全係数分布を算出し、その結果から所定の分布になるようにより高い電流密度分布、または安全係数が最小となる位置にアクチュエータであるLHRF(Lower Hybrid Radio Frequency)パワーを入射するものである。そのシステムを構築し、前述した制御ロジックを専用の計算機に組込み、その初期実験を行った。本発表では、そのシステム概要,ハードウェア構成,ソフトウェア機能,今後の課題について報告する。

論文

JT-60Uプラズマ断面形状実時間可視化システムの運転経験

細山 博己*; 末岡 通治; 川俣 陽一

平成14年度東京大学総合技術研究会技術報告集, p.359 - 361, 2003/03

トカマク型核融合装置JT-60Uでは、真空容器内部に閉じ込められたプラズマの断面形状を精度良く制御することがプラズマのエネルギー閉じ込め性能の向上やプラズマ断面形状の解析評価において必要不可欠である。JT-60Uではプラズマの断面形状を実時間で視覚的に捉えるため、プラズマ断面位置形状を実時間で求め、動画可視化する「JT-60Uプラズマ断面形状実時間可視化システム」を開発した。本システムは、プラズマ粒子供給及び加熱に関する制御を行う計算機システム,プラズマ断面位置形状実時間制御を行うプラズマ平衡制御計算機システムとともにJT-60Uのプラズマ実時間制御システムを構成する。JT-60Uプラズマ断面形状実時間可視化システムは、高精度なプラズマ断面位置形状同定手法であるコーシー条件面法を用いて実時間でプラズマ断面位置形状を算出し、プラズマ平衡制御計算機システムと連係してプラズマ断面位置形状の実時間制御を行う。また同時に算出するプラズマ最外殻磁気面からプラズマ断面位置形状を描画用モニタに実時間表示する。本発表では、コーシー条件面法を用いたプラズマ断面位置形状同定処理を実際のプラズマ制御に適用した結果発生した不具合事例について報告する。

口頭

厳密解に基礎を置く新プラズマ電流分布再構築法の開発

栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 細山 博己; 鈴木 隆博; 藤田 隆明; 竹永 秀信; 井手 俊介; 鎌田 裕

no journal, , 

トカマク型核融合装置において、トロイダル電流場を表す特殊関数の級数形式で電流分布厳密解を構成した後、内部の力学的平衡条件及び外部電磁気計測条件から高速に電流分布を再構築する新しい方法「境界付き固有関数展開法」の研究開発報告である。昨年は、平衡条件を組込むことで、MSE信号を使わずに外部の磁場計測だけでピークから凹状まで通常想定されるあらゆる電流分布を精度よく再構築できることを示した。これを踏まえて今学会では、信号ノイズの電流分布再構築誤差への影響,負敷シア放電や電流ホールなどの特殊な分布を持つ実験の生データを用いた再構築結果、非線形最適化問題における反復解法の高速化などについて報告する。

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