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

http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2015_03/jspf2015_03-232.pdf

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。

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

http://www.jspf.or.jp/JPFRS/PDF/Vol9/jpfrs2010_09-253.pdf

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 10 keV and 510 n 310 m, 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 ( 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 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.

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

https://doi.org/10.1088/1742-6596/227/1/012002

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 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.

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

http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2009_10/jspf2009_10-684.pdf

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300C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150Cでは緩やかに減少し、壁温80C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。

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

https://doi.org/10.1063/1.2969285

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(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、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、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。

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。

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

https://doi.org/10.1063/1.2164461

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。

Separation of exhumation and post-intrusion cooling with thermochronology, Al-in-Hbl geobarometry, and numerical thermal modeling; An Example from Central Japan

南 沙樹*; 末岡 茂; 福田 将眞; Malatesta, L.*; 河上 哲生*; 東野 文子*; 梶田 侑弥*; 田上 高広*

no journal, , 

The Tanigawa-dake area, in the southern end of the Northeast Japan arc, hosts such granites of late Miocene to Pliocene ages ranging from 6.0-5.5 Ma, ca 4.0 Ma to 3.3-3.2 Ma (zircon U-Pb). Previous studies also reported zircon (U-Th)/He dates (ZHe) of 3.3-1.4 Ma and apatite (U-Th-Sm)/He (AHe) dates of 2.8-1.0 Ma for these young granites and the Cretaceous granites. Exhumation rates of 0.3-1.7 mm/yr were estimated by AHe dates and assumption of constant geothermal gradients of 40-60 K/km. However, the AHe dates might reflect initial cooling phase of the young plutons as well as cooling derived from exhumation, potentially leading to an overestimation of exhumation rates in the Tanigawa-dake area. This study aims to constrain a more reliable exhumation history. We applied two methods for the youngest pluton (ca 3.3 Ma): (1) Al-in-Hbl geobarometry to estimate the emplacement depth and (2) 1D numerical simulation of geothermal structure based on heat advection-diffusion-production equation to explore the best cooling/exhumation histories consistent with the reported zircon U-Pb age, ZHe and AHe dates. As a result of Al-in-Hbl geobarometry, solidification pressures of 0.9-2.6 kbar were estimated. Emplacement depths derived from these pressures are 3.4-9.5 km. Exhumation rates were calculated to be 1.0-2.9 mm/yr for the youngest pluton, assuming an intrusive age of ca 3.3 Ma. In the 1D heat advection-diffusion-generation model, the best exhumation rates are ca 1.2 mm/yr and the best emplacement depth is ca 4.0 km. Comparing with the exhumation rate estimated from the AHe age of ca 1.0 Ma in the same pluton, the exhumation rates by geobarometry are equal to or higher than the rate by AHe date. Similarly, the modeled rate fits with the exhumation rate by AHe age. This indicates that the initial cooling was finished by the time of the AHe date for ca 3 Ma pluton, i.e., the previous geothermal structure in this area had relaxed to the current one.

Improved exhumation history estimates for the Pliocene Tanigawa-dake granites using thermochronometry, Al-in-Hbl geobarometry and 1D heat numerical modeling

南 沙樹*; 末岡 茂; 福田 将眞; Malatesta, L.*; Kohn, B. P.*; 河上 哲生*; 東野 文子*; 梶田 侑弥*; 田上 高広*

no journal, , 

We attempt to constrain a reliable exhumation history for the youngest plutons, central Tanigawa-dake area, using two methods: (1) Al-in-Hbl geobarometry to estimate emplacement depths and (2) 1D numerical simulation to explore the best exhumation/cooling histories that fit the reported zircon U-Pb, zircon and apatite (U-Th)/He (ZHe and AHe) dates. As a result of Al-in-Hbl geobarometry, solidification pressures of 0.9-2.6 kbar were obtained. Emplacement depths of 3.4-9.5 km were estimated from the pressures and a crustal density of 2.7 g/cm. Exhumation rates were calculated to be 1.0-2.9 mm/yr for the youngest pluton, assuming an intrusive age of ca. 3.3 Ma. As a result of the 1D numerical simulation, the best exhumation rate is estimated to be ca. 1.2 mm/yr and the best emplacement depth is ca. 4.0 km. Comparing with the AHe-derived exhumation rate (0.8-1.7 mm/yr) in the same pluton, the geobarometry-derived exhumation rate (1.0-2.9 mm/yr) are comparable or higher. The modeled exhumation rate (1.2 mm/yr) is within the range of the exhumation rates estimated by the AHe age. This indicates that the AHe date of the ca. 3.3 Ma pluton does not reflect the initial cooling but exhumation. Consequently, the exhumation rate calculated from the AHe dates and current geothermal gradient were consistent with those obtained from the combination of geobarometry, zircon U-Pb dating and numerical thermal modeling.

ITER周辺トムソン散乱計測用ポリクロメーターの設計検討

梶田 信; 波多江 仰紀

no journal, , 

ITER周辺トムソン散乱計測では、広い温度・密度領域を網羅する計測システムを構築する必要がある。本研究においては、ITERの周辺トムソン散乱計測に用いる分光器(ポリクロメーター)の設計検討結果を報告する。干渉フィルターを用いたポリクロメーターはYAGレーザーを用いたトムソン散乱計測に広く用いられており、ITER周辺トムソン散乱計測においても同様の手法を用いる。ポリクロメーターの設計検討においては、フィルターの数と波長分割領域の決定が重要になる。制動輻射による高いバックグランド光によるノイズを考慮し、計測誤差評価を行った。その結果、フィルター枚数が増加するに従い計測誤差は小さくなるものの、フィルター枚数が6-7枚程度以上では誤差の大きさはほとんど変化しないことから、ポリクロメーターは6-7枚程度のフィルターを用いた構造が実用上妥当だと考えられる。