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。

ITER ECRH upper launcher torus diamond window; Prototyping, testing and qualification

Schrech, S.*; Aiello, G.*; Meier, A.*; Strauss, D.*; 池田 亮介; 小田 靖久; 坂本 慶司; 高橋 幸司; Scherer, T.*

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.593 - 596, 2015/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.02.002

The diamond window assembly is part of the ITER primary vacuum boundary and acts as the first tritium barrier and therefore it is classified as Safety/Protection Important Component. It consists of an ultra-low loss CVD diamond disk mounted in a system of metallic parts and has to fulfil adequate transmission capability for high power mm-waves. High power RF experiments with a 1st prototype had shown parasitic heating due to small gaps in the housing. 2nd prototype is equipped with inserted waveguide structures, which cover gaps in the metallic structure of the window housing. From high power RF-measurements with a 0.86 MW/100 s pulse a loss tangent of 7.110 could be estimated, corresponding to an increase of temperature of only 120 mK between inlet and outlet of the cooling system. A new prototype will be built, which is designed to fit to the single HELICOFLEX sealed waveguide structures of the ex-vessel mm-system of the EC Upper Launcher.

Gyrotron development for high-power, long-pulse electron cyclotron heating and current drive at two frequencies in JT-60SA and its extension toward operation at three frequencies

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

https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/6/063008

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。

Bipartite magnetic parent phases in the iron oxypnictide superconductor

平石 雅俊*; 飯村 壮史*; 小嶋 健児*; 山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 池田 一貴*; Miao, P.*; 石川 喜久*; 鳥居 周輝*; 宮崎 正範*; et al.

Nature Physics, 10(4), p.300 - 303, 2014/04

https://doi.org/10.1038/nphys2906

High-temperature (high-) superconductivity appears as a consequence of the carrier-doping of an undoped parent compound exhibiting antiferromagnetic order; thereby, ground-state properties of the parent compound are closely relevant to the superconducting state. On the basis of the concept, a spin-fluctuation has been addressed as an origin of pairing of the superconducting electrons in cuprates. Whereas, there is growing interest in the pairing mechanism such as an unconventional spin-fluctuation or an advanced orbital-fluctuation due to the characteristic multi-orbital system in iron-pnictides. Here, we report the discovery of an antiferromagnetic order as well as a unique structural transition in electron-overdoped LaFeAsOH (), whereby another parent phase was uncovered, albeit heavily doped. The unprecedented two-dome superconducting phases observed in this material can be interpreted as a consequence of the carrier-doping starting from the original at and advanced at parent phases toward the intermediate region. The bipartite parent phases with distinct physical properties in the second magnetic phase provide us with an interesting example to illustrate the intimate interplay among the magnetic interaction, structural change and orbital degree of freedom in iron-pnictides.

Development of multi frequency gyrotron and study of high power transmission line in JAEA

小田 靖久; 池田 亮介; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司

no journal, , 

The recent scope of high power gyrotorn development in JAEA was experiment of the multi frequency gyrotron. This gyrotron was designed to produce RF beam of 170 GHz, 137 GHz and 104 GHz. These cavity modes for multi frequency operation were selected to adjust the transparent frequency of the output window and internal mode converter. The long pulse operation of gyrotorn was examined. RF power generated by the gyrotron was coupled into the transmission line and multi frequency operation was demonstrated. The transmission power was measured.

ITER電子サイクロトロン波加熱・電流駆動用170GHz/1MWジャイロトロン開発の進展

池田 亮介; 梶原 健; 小田 靖久; 高橋 幸司; 青木 貴志; 大島 克己; 坪田 直明; 小林 貴之; 森山 伸一; 坂本 慶司

no journal, , 

ITERに向けて170GHz/1MWジャイロトロンの開発を進めている。発振モードTEを用いたジャイロトロンでは、発振出力/発振時間/総合効率が1MW/800s/55%などITERの要求性能を実現してきたが、将来的に1MWを十分に超える性能を有するジャイロトロンを実現するには共振器における熱負荷の増大が懸念された。そのため、共振器径を広げて、より高次数の発振モードを用いた低熱負荷のジャイロトロン開発を進めている。開発中のジャイロトロンではTEを採用しており、利点として熱負荷低減だけでなく、共振器磁場強度を変えることでTEにて137GHz、TEにて104GHzの発振をほぼ同じ放射角度でダイヤモンド窓を無反射で抜けることができる多周波数ジャイロトロンの特性を有する。現在、170GHz発振を中心に動作試験を進めており、2秒発振試験ではビーム電圧80kV、ビーム電流56Aの条件にて発振出力/発振効率/総合効率1。2MW/27%/43%、長パルス試験では発振出力/発振時間/総合効率870kW/100s/41%を得ている。

ITER CODAC準拠制御システムによるITER用ジャイロトロンの発振シーケンス制御の実証試験

小田 靖久; 池田 亮介; 梶原 健; 大島 克己; 林 一生*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; Purohito, D.*; Henderson, M.*

no journal, , 

ITERの電子サイクロトロン加熱電流駆動システムは、170GHzのミリ波をプラズマに対して20MW入射する設計であり、24本の1MW出力ジャイロトロンの運転を予定している。日本は24本のうち8本のジャイロトロンを調達するが、これに伴いITERで動作させるためのジャイロトロン制御システムの開発が必要となる。今回、そのITER用ジャイロトロン制御装置の開発を目的として、原子力機構が有するジャイロトロン試験装置の電源システムに接続し、170GHzジャイロトロンの発振実験を行った。制御系は、ITERのプラント制御デザインハンドブック(PCDH: Plant Control Design Handbook)で指定されるシステム構成に準じており、世界的に見ても、ITER CODAC(計測・制御系)の体系で実際の機器を駆動する初めての例である。また、この試験では、新たに開発した電子ビーム加速電源を用いていることも特長であり、ITERジャイロトロンシステムの調達に向け大きな進展が得られた。

Prototype development for gyrotron local controller and integration test plan

小田 靖久; 大島 克己; 池田 亮介; 梶原 健; 高橋 幸司; 林 一生*; 坂本 慶司; Purohito, D.*; Henderson, M.*

no journal, , 

To develop the gyrotron local controller for ITER, a prototype controller was developed according to ITER CODAC standard hardware and software. The prototype controller was installed into JAEA gyrotron test stand for test operation using a high power gyrotron. JAEA gyrotron test stand includes several high-voltage(HV) power-supplies(PS). Since every PS has different ramp-up time sequence, the controller adjusts the start-up timing of each PS for synchronization. The integration test of gyrotron local controllers and other subsystem controllers is planned. The functional architecture design of ITER EC plant control system was started and the EPICS-based interface of subsystem controllers will be implemented for integration test. In JAEA test stand, integration test of the gyrotron, the transmission line, and the equatorial launcher controller is planned.

Development of 170 GHz / 1 MW Gyrotron system for ITER in JAEA

池田 亮介; 梶原 健; 小田 靖久; 高橋 幸司; 小林 貴之; 森山 伸一; 坂本 慶司

no journal, , 

TEモードによるジャイロトロンは、170GHzのみならず137GHzや104GHzの発振においても、ダイヤモンド窓をほぼ無反射で透過し、かつミラーの向きを変えることなしに同一方向にビームを放射することが可能な多周波数発振管の特徴を有する。5秒以下の短パルス発振試験では、170GHz/137GHz/104GHzにおける発振出力/発振効率/電力効率が各々1.2MW/27%/43%、810kW/25%/40%、720kW/25%/38%を得た。長パルス試験では170GHzにて発振出力870kW、最大100秒までの発振を実現した。35mの長距離伝送試験では、HEモード純度測定を行い、MOU出口において170GHz: 94.5%, 137GHz: 93%, 104GHz: 92%に対して、伝送端にて各々91%, 88%, 95%が得られ、HEモード純度の低損失伝送を実現した。

Development of EC system components for steady state plasma operation

小田 靖久; 池田 亮介; 高橋 幸司; 梶原 健; 坂本 慶司; Gandini, F.*; Darbos, C.*; Purohit, D.*; Henderson, M.*

no journal, , 

For steady state plasma operation, EC H&CD system components, such as transmission line (TL), are required to be compliant with high power CW operation. One of issues of EC H&CD TL for steady state operation is the deformation of TL system due to thermal load by high power operation. The controllability of TL components during RF operation is another issue for steady state operation. In JAEA, ITER relevant TL was examined for long pulse operation up to 1,000 sec using a 170 GHz high power gyrotron.