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論文

ITERだより,50

森山 節子; 梶田 信*; 閨谷 譲

プラズマ・核融合学会誌, 91(3), p.231 - 232, 2015/03

ITER機構が公募した「ITERプラズマ計測における、不純物の放射モデリングの専門家による技術支援」の受注業務について、ITERと日本の大学との間でエキスパート契約を締結して業務を進めた。この業務を実施するにあたっての業務の位置づけや苦労した点などの経験及び受注した業務の成果についてまとめた。核融合研究開発部門は、イーター(ITER)の主要機器であるトロイダル磁場コイルに用いる高性能な超伝導導体を開発し、量産技術の確立により日本が分担する全導体の製作を完了した。ITER機構が認めた評価試験でも良好な性能を実証したことで、製作が無事完了した。第21回ITER企業説明会を2月4日に東京で開催した。様々な分野で原子力機構の各発表者が説明した。講演後には参加された企業の方から多くの質問があり、活発な意見交換が行われた。

論文

Fatal damages due to breakdown on a diagnostic mirror located outside the vaccum vessel in JT-60U

梶田 信*; 波多江 仰紀; 佐久間 猛; 高村 秀一*; 大野 哲靖*; 伊丹 潔

Plasma and Fusion Research (Internet), 7(Sp.1), p.2405121_1 - 2405121_4, 2012/09

Recently, enhancement of the initiation of arcing on divertor surfaces has been pointed out due to the surface morphology change and transient heat loads, such as ELMs and disruptions. Inside the vacuum vessel, it seems that the arcing has been frequently observed, and the existences are more or less recognized. However, it is likely that arcing or breakdown phenomena take place not only inside the vessel, but also outside the vessel. In this study, we will report that a diagnostic mirror in JT-60U, which was located outside the vacuum vessel, for Thomson scattering measurement optics in JT-60U has been seriously damaged by some discharge phenomena. Because the damages were so fatal that the mirror had to be replaced after the breakdown. Details of the characteristics of the damage are revealed from the observation of the trails. Furthermore, the mechanism to cause the damages is discussed based on the observation. Many fine trails were found on the surface. The trails could be categorized into two different types with respect to the trail width. It is thought that surface discharge was initiated on the mirror. The mechanisms to lead the damages were discussed based on the observation. This study issues warning on the components to be installed in ITER and future fusion devices both inside and outside the vacuum vessel.

論文

Development of prototype YAG laser amplifier for the edge Thomson scattering system in ITER

波多江 仰紀; 林 利光; 谷塚 英一; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.253 - 258, 2010/08

An edge Thomson scattering system for ITER is a diagnostic system which measures electron temperature and density at the peripheral region in the plasma (r/a $$>$$ 0.85). Required measurement ranges for the electron temperature and density are 50 eV $$<$$ T$$_{e}$$ $$<$$ 10 keV and 5$$times$$10$$^{18}$$ $$<$$ n$$_{e}$$ $$<$$ 3$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$, respectively. The spatial and the temporal resolutions are 5 mm and 10 ms, respectively. A high-energy (5 J) and high repetition-rate (100 Hz) Q-switch Nd:YAG laser system is necessary to satisfy measurement requirements above. We have been developing the YAG laser system for ITER. We have developed a prototype high-power laser amplifier. Since the laser efficiency of solid-state laser is low in generally ($$sim$$ 2%), heat removal from the amplifier is crucial. In the amplifier design, we carried out heat analysis to optimize the cooling design. To realize 5 J of output energy, more than 1.6 J of energy needs to be extracted from one laser rod. In the initial laser amplification test, the extracted energy was limited $$sim$$1.4 J by a lateral depumping effect. We have changed a cooling flow tube for the laser rod made by borosilicate glass to samarium-doped glass in order to deplete an infrared light emission. The Sm-doped flow tube was successfully suppressed the lateral depumping, and consequently the extracted energy reached up to 1.76 J. We have obtained a prospect of the real laser amplifier production from the results.

論文

Design study of the divertor Thomson scattering system for JT-60SA

梶田 信*; 波多江 仰紀; 伊丹 潔; 大野 哲靖*; 仲野 友英

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.157 - 162, 2010/08

Feasibility study of the divertor Thomson scattering measurement system for JT-60SA is carried out. A case study of different optical configuration reveals that both laser transmission optics and collection optical system are to be embedded in the lower narrow port plug. From the perspective of the laser induced damage threshold, the size and the material for the laser transmission mirror are assessed. Moreover, the performance of the detection system with using polychromator is investigated by use of numerical method, and the transmission wavelength ranges of optical filters are optimized. It is shown that four detector channels are at least necessary for the polychromator, and the measurement accuracy becomes best when the detector channel is six.

論文

Progress in development of the advanced Thomson scattering diagnostics

波多江 仰紀; Howard, J.*; 海老塚 昇*; 吉田 英次*; 中塚 正大*; 藤田 尚徳*; 成原 一途*; 山田 一博*; 舟場 久芳*; 平野 洋一*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 227, p.012002_1 - 012002_6, 2010/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:69.52

We have developed new technologies for an advanced Thomson scattering diagnostics to meet various requirements for understanding physical phenomena in fusion plasmas. These technologies for the advanced Thomson scattering diagnostics may contribute future Thomson scattering diagnostics. For example, a polarization interferometer is applicable for T$$_{e}$$ measurement with wide range and imaging measurement. A multipass Thomson scattering and high average power laser employing SBS-PCM may improve the S/N ratio and repetition rate for the measurement, and allows measurement with high spatial resolution. An SBS-PC is a promising technology for LIDAR to generate short laser pulse. A Cr, Nd:YAG will be used for high-efficiency and high average power laser system. Fully relativistic formulae will contribute to the spectrum analysis with wide Te range. A guideline to optimize wavelength channels will be useful for a design of spectrometer.

論文

Optimization of optical filters for ITER edge Thomson scattering diagnostics

梶田 信; 波多江 仰紀; 内藤 磨

Fusion Engineering and Design, 84(12), p.2214 - 2220, 2009/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:56.98(Nuclear Science & Technology)

ITER周辺トムソン散乱計測装置においては、光学フィルターと検出器としてアバランシェフォトダイオードを用いたポリクロメーターを検出系に使用する予定である。本論文では、数値計算により得られる電子温度の誤差を指標として、光学フィルターの透過波長領域の最適化を行った。本計測装置では、高い電子温度領域まで計測する必要があり、トムソン散乱スペクトルは短波長側まで広がるため、$$D_{alpha}$$線のようなプラズマからの発光スペクトル線を除去することが重要になる。誤差評価の結果、高い温度の領域での誤差を抑えるためには、$$D_{alpha}$$線以下の短波長領域のフィルターが重要であることが明らかになり、さらに、フィルター数が7枚以上になると、透過波長帯域が1064nm以上のフィルターが広い温度領域での平均的な誤差を減少させるのに有効であることが明らかになった。

論文

核融合炉内複雑環境におけるトリチウム蓄積挙動の実験的研究

上田 良夫*; 日野 友明*; 大野 哲靖*; 高木 郁二*; 仲野 友英; 田辺 哲朗*; 梶田 信*; 福本 正勝

プラズマ・核融合学会誌, 85(10), p.684 - 694, 2009/10

特定領域科学研究費補助金「核融合炉実現を目指したトリチウム研究の新展開」のレビューの一部を発表代表者は担当し、JT-60Uの30秒Hモード放電における水素蓄積量と壁温,炭化水素発生量との関係について述べた。グリンワルド密度の50%程度の放電ではプラズマ容器の温度の違いによって水素の蓄積傾向が異なった。すなわち、壁温300$$^{circ}$$Cではショットを繰り返すごとに水素蓄積量は減少したが、壁温150$$^{circ}$$Cでは緩やかに減少し、壁温80$$^{circ}$$Cではほとんど増減しなかった。他方、グリンワルド密度の70%以上の高密度放電では壁温によらず水素蓄積量はショットを繰り返すごとに上昇した。この高密度放電ではダイバータ板からの炭化水素発生量の増加とともに水素蓄積量は増加した。これは、発生した炭素が再び堆積する際に水素を取り込み水素の蓄積量を増加させたためと解釈される。

論文

Engineering and maintenance studies of the ITER diagnostic upper port plug

佐藤 和義; 大森 順次; 近藤 貴; 波多江 仰紀; 梶田 信*; 石川 正男; 閨谷 譲; 海老沢 克之*; 草間 義紀

Fusion Engineering and Design, 84(7-11), p.1713 - 1715, 2009/06

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

ITERの計測装置は、中性子遮蔽構造を兼ね備えたポートプラグと呼ばれる構造体に組み込まれる。日本が調達を予定している上部ポートプラグは長さ約6m,重量約22tの片持ち構造であるため、構造健全性を評価することは必須である。このため、ディスラプション時における電磁力解析結果をもとに三次元モデルを用いて変位及び応力を評価した。ポートプラグ先端に荷重を与え静/動解析により変位量を求めたところ、最大変位約9mm,動的拡大係数1.45が得られた。これはポートとの隙間20mmに対して製作・組立誤差を考慮すると設計裕度はほとんど見込めない。このため、ブランケット遮蔽モジュール先端にスリットを3本設け電磁力の低減を図ったところ、変位量は5mm以下に低減できることがわかった。一方応力については、局所的に高応力箇所は認められたものの、補強等で低減できる範囲であることがわかった。以上の結果から、ポートプラグは応力上の問題はなく、変位抑制対策を取ることで健全性を確保できる見通しを得た。また、ポートプラグの保守・組立時のシナリオについて検討し、内部フレーム及び把持機構を設けることにより、シナリオが成立する見通しを得た。

論文

Design study of polychromators for ITER edge Thomson scattering diagnostics

梶田 信; 波多江 仰紀; 草間 義紀

Review of Scientific Instruments, 79(10), p.10E726_1 - 10E726_4, 2008/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:20.5(Instruments & Instrumentation)

ITERの周辺トムソン散乱計測装置においては、光学フィルターと検出器としてアバランシェフォトダイオードを用いたポリクロメーターを検出系に使用する予定である。本研究では、数値計算により得られる電子温度の誤差を指標として、光学フィルターの透過波長領域の最適化を行った。本計測装置では、高い電子温度領域($$sim$$10keV)まで計測する計画であるが、トムソン散乱スペクトルは短波長側まで広がるため、$$D$$$$_{alpha}$$線のようなプラズマからの発光スペクトル線を除去することが重要になる。誤差評価の結果、高い温度領域での誤差を抑えるためには、$$D$$$$_{alpha}$$線以下の短波長領域のフィルターが重要であることが明らかになった。さらに、レーザーの波長である1064nm以上の波長領域のフィルターが計測誤差を抑えるために有効であることが示唆された。

論文

Assessment of laser transmission mirror materials for ITER edge Thomson scattering diagnostics

梶田 信; 波多江 仰紀; Voitsenya, V.*

Plasma and Fusion Research (Internet), 3, p.032_1 - 032_7, 2008/06

ITER周辺トムソン散乱計測用のレーザー伝送用金属ミラーの材料評価を行った。熱伝導方程式を用いて、レーザーパルス照射による温度上昇を計算した。数値計算とこれまでに報告されているレーザー照射損傷の閾値(LIDT)のデーターとの比較から、ミラー材料に適する材料の議論を行った。反射率が高いという観点から、金,銀,銅が有望な材料と考えられる。数値計算結果からマルチパルスの効果を考慮したLIDTを評価し、銀の場合にはおよそ5cm$$times$$10cm程度の大きさのミラーが必要であることが明らかになった。

報告書

Design study of the optical system in the port plug for edge Thomson scattering diagnostics for ITER

梶田 信; 波多江 仰紀; 勝沼 淳*; 草間 義紀

JAEA-Technology 2007-064, 60 Pages, 2008/01

JAEA-Technology-2007-064.pdf:5.65MB

ITER周辺トムソン散乱計測装置において、ポートプラグに設置する光学系の設計研究を行った。設計に際しては、核融合反応により発生する中性子や$$gamma$$線など、放射線によって使用可能な光学部品が制限される。プラズマ近傍の先端部光学系では金属ミラーのみ使用可能であり、光学ファイバーは先端部光学系から距離を離して設置される真空窓の外でのみ使用可能となる。本設計研究においては、先端部光学系に三枚の金属ミラーを用い、その後リレー光学系でポート外部へとイメージを伝送する構成とした。ファイバー結合光学系においては、反射方式や屈折方式では十分な性能を得ることができないことが明らかになった。色収差を補正し、かつファイバーの結合特性を向上させるために、反射方式と屈折方式の利点を合わせたカタディオプトリック方式を用いた二つの光学系を設計し、両者のスペックと性能の比較を行った。スポットダイアグラムなどの結果から、カタディオプトリック方式の光学系における結像性能を議論する。

論文

Plasma-assisted laser ablation of tungsten; Reduction in ablation power threshold due to bursting of holes/bubbles

梶田 信; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 坂口 亙*; 西島 大*

Applied Physics Letters, 91(26), p.261501_1 - 261501_3, 2007/12

 被引用回数:39 パーセンタイル:80.19(Physics, Applied)

ヘリウム照射損傷を受けたタングステンのナノ秒レーザーを用いたアブレーションを、分光法を用いて調べた。表面温度が十分に高い状態($$ge$$1500$$sim$$1600K)で、タングステンにヘリウムプラズマを照射すると表面にサブマイクロサイズのホール/バブルの形成が確認された。損傷なしのタングステンからは1J/cm$$^{-2}$$以下では発光が観測されないが、ヘリウム照射を行ったタングステンからの発光は閾値が$$sim$$0.2J/cm$$^{-2}$$と著しく減少した。レーザー照射によるホール/バブルの破裂が、アブレーション閾値の減少を生む原因となっていると考えられる。

論文

Comparison of He I line intensity ratio method and electrostatic probe for electron density and temperature measurements in NAGDIS-II

梶田 信*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英

Physics of Plasmas, 13(1), p.013301_1 - 013301_9, 2006/01

 被引用回数:49 パーセンタイル:85.54(Physics, Fluids & Plasmas)

静電プローブを用いたプラズマ計測では、特に低温プラズマで電流-電圧特性に異常がみられ、電子温度・密度の評価が難しくなる場合がある。一方、電子温度・密度は分光計測(中性ヘリウムの発光線の強度比を用いる)からも評価することができる。この2つの計測法で得られた電子温度・密度を比較するため、名古屋大学のダイバータシミュレータNAGDIS-IIでヘリウムプラズマを用いて実験を行った。その結果、電子温度・密度ともに分光計測から得られた値の方がわずかに大きかった。この理由を放射輸送などの効果を取り入れた解析コードにより議論する。

口頭

ヘリウム線強度比を用いた電子温度密度計測法と静電プローブ法との比較

梶田 信*; 大野 哲靖*; 岡本 征晃*; 仲野 友英; 高村 秀一*

no journal, , 

静電プローブを用いたプラズマ計測では、特に低温プラズマで電流-電圧特性に異常がみられ、電子温度・密度の評価が難しくなる場合がある。一方、電子温度・密度は分光計測(中性ヘリウムの発光線の強度比を用いる)からも評価することができる。この2つの計測法で得られた電子温度・密度を比較するため、名古屋大学のダイバータシミュレータNAGDIS-IIでヘリウムプラズマを用いて実験を行った。その結果、電子温度・密度ともに分光計測から得られた値の方がわずかに大きかった。この理由を放射輸送などの効果を取り入れた解析コードにより議論する。

口頭

ダイバータ模擬装置NAGDIS-IIにおけるヘリウム線強度比を用いた電子温度・密度計測法の検証実験

梶田 信*; 大野 哲靖*; 平石 剛大*; 仲野 友英; 高村 秀一*

no journal, , 

静電プローブを用いたプラズマ計測では、特に低温プラズマで電流-電圧特性に異常がみられ、電子温度・密度の評価が難しくなる場合がある。一方、電子温度・密度は分光計測(中性ヘリウムの発光線の強度比を用いる)からも評価することができる。この2つの計測法で得られた電子温度・密度を比較するため、名古屋大学のダイバータシミュレータでヘリウムプラズマを用いて実験を行った。その結果、電子温度・密度ともに分光計測から得られた値の方がわずかに大きかった。この理由を放射輸送などの効果を取り入れた解析コードにより議論する。

口頭

He I線強度比を用いたトカマクプラズマの電子温度,電子密度の評価

平石 剛大*; 岡本 征晃*; 梶田 信*; 長谷部 優*; 大野 哲靖*; 高村 秀一*; 仲野 友英

no journal, , 

He I線強度比を用いて電子温度・密度を高速で計測する方法を開発した。その手法を初めてJT-60トカマクプラズマに対して適用した結果を報告する。主プラズマ周辺部で発生したモードによる熱・粒子の吐き出しに伴い、ダイバータプラズマの電子温度が減少し、少し遅れて密度が増加する様子が観測された。この電子温度と密度の波形は、ダイバータ板に熱・粒子パルスが到達し、中性粒子が放出され、それが電離される際にプラズマがエネルギーを失い、また電離によってプラズマ密度が上昇した、と解釈される。

口頭

JT-60Uダイバータプラズマの電子温度と電子密度のELMによる変化

仲野 友英; 朝倉 伸幸; 大野 哲靖*; 梶田 信*; 川島 寿人; 久保 博孝; 清水 勝宏; 藤本 加代子

no journal, , 

3本の中性ヘリウムの発光線強度比から電子温度と電子密度を10マイクロ秒の時間分解能で測定した。ELMに伴う$$D_alpha$$線発光強度の上昇とともに電子温度が低下し、電子密度が増加した。その後、緩やかに電子温度は上昇し電子密度は減少して、$$D_alpha$$線発光強度上昇の直前の値に戻った。この波形からELMによる熱・粒子負荷のためダイバータ板から粒子が放出され、それを電離するためにプラズマのエネルギーが失われ温度が低下し、プラズマが生成されるために密度が上昇したと解釈される。

口頭

ヘリウムバブル・ホールが形成されたタングステン表面へのレーザー照射実験

梶田 信; 大野 哲靖*; 高村 秀一*

no journal, , 

本研究ではITERの計測装置で用いられる予定の金属ミラー材料の開発・評価のために、タングステンへのレーザー照射による損傷の評価を行った。タングステンへのヘリウムプラズマの照射によりバブル・ホールが形成されたタングステン表面へのレーザー照射実験を行った。数nsのパルス幅のヤグレーザー及びサブmsのパルス幅のルビーレーザーの照射に伴う表面損傷の影響を実験的に調べた。加えて、レーザー照射に伴う物理現象を解明するために、熱伝導方程式を用いてモデル計算を行い、短パルスの場合には熱負荷に伴いホールの上部が溶け、ホールが爆発している可能性が示唆された。

口頭

タングステン材料へのプラズマとパルスレーザーの複合照射効果

梶田 信

no journal, , 

ITERの計測装置で用いられる予定の金属ミラー材料の開発・評価のために、タングステンへのレーザー照射による損傷の評価を行った。タングステンへのヘリウムプラズマの照射により、バブル・ホールが形成されたタングステン表面に対するパルス幅数ナノ秒のYAGレーザー及びパルス幅サブミリ秒のルビーレーザーの照射損傷を実験的に調べた。加えて、レーザー照射に伴う物理現象を解明するために、熱伝導方程式を用いてモデル計算を行った。YAGレーザーの場合にはホールの破裂の繰り返しにより表面損傷が促進されていく一方で、ルビーレーザーの場合には、レーザーアニーリングの効果により表面損傷の回復が起こることが明らかになった。

口頭

原子力バックエンド事業における民間活力を利用した新しいビジネスモデルの構築,2; プロジェクトの社会的波及効果とリスクの検討

吉田 憲正*; 梶田 晋吾*; 鳥井 弘之*; 長谷川 信; 芦田 敬

no journal, , 

2007年春の年会での報告に続いて、構築したビジネスモデルでプロジェクトを実施する場合の社会的波及効果と事業を行ううえでのリスクについて評価を行った。さらに、評価結果に基づいたリスク分担・回避策等の枠組みの検討も行った。

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