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論文

TENDL-2017 benchmark test with iron shielding experiment at QST/TIARA

権 セロム*; 今野 力; 太田 雅之*; 落合 謙太郎*; 佐藤 聡*; 春日井 敦*

Fusion Engineering and Design, 144, p.209 - 214, 2019/07

先進核融合中性子源A-FNSの核設計で重要な20MeV以上の核データライブラリ検証のために、QST/TIARAの40MeV, 65MeV準単色中性子入射鉄遮蔽実験を使ってTENDL-2017のベンチマークテストを行った。計算で得られた中性子スペクトルに30MeV付近で不自然な山が生じることが見つかった。この原因を詳細に調べた結果、30MeV中性子入射の$$^{54}$$Fe, $$^{56}$$Fe, $$^{58}$$Feの2次中性子スペクトルデータに問題があり、不自然な山が生じることを明らかにした。同じ問題がTENDL-2017, TENDL-2015, FENDL-3.1dの多くの核種で起こっていることもわかった。

論文

Operation and commissioning of IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) LIPAc injector

奥村 義和*; Gobin, R.*; Knaster, J.*; Heidinger, R.*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Cara, P.*; Chauvin, N.*; Chel, S.*; Gex, D.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02A739_1 - 02A739_3, 2016/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.49(Instruments & Instrumentation)

IFMIFは40MeV/125mAの重水素ビームを発生する2基の線形加速器を用いた核融合材料照射施設である。日欧の幅広いアプローチ活動のもとで、原型加速器(LIPAc)を用いた実証試験が開始されており、その目標は9MeV/125mAの連続重水素ビームを発生することである。フランスで開発された入射器は、既に日本の六ヶ所の国際核融合研究開発センターに搬入され、2014年から運転と試験が開始されている。これまでに、100keV/120mAの連続水素ビームを0.2$$pi$$.mm.mradのエミッタンスのもとで生成することに成功している。

論文

Measurement of ion species in high current ECR H$$^+$$/D$$^+$$ ion source for IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility)

神藤 勝啓; Sen$'e$e, F.*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Chauvin, N.*; Gobin, R.*; 一宮 亮; 伊原 彰; 池田 幸治; 春日井 敦; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02A727_1 - 02A727_3, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.23(Instruments & Instrumentation)

A high current ECR ion source producing 140 mA/100 keV D$$^+$$ ion beams for IFMIF accelerator is now under commissioning at Rokkasho in Japan, under the framework of ITER Broader Approach (BA) activities. The ion source for IFMIF is required to produce positive deuterium ion beams with a high D$$^+$$ ratio. After the mass separation in LEBT consisting of two solenoids, the D$$^+$$ ratio should be higher than 95 % with less molecular ions and impurity ions at the entrance of RFQ linac to be installed downstream. The ion species have been measured by Doppler shift spectroscopy between the two solenoids. With hydrogen operation in pulsed and CW modes, the H$$^+$$ ratio increases with RF power or plasma density and reached 80% at 160 mA/100 keV. The value was compared with that derived from the emittance diagram for each ion species measured by an Alison scanner installed nearby the viewport for the spectroscopy in the LEBT. It was found that the spectroscopy gives lower H$$^+$$ ratio than the emittance measurement.

論文

IFMIF原型加速器(LIPAc)入射器の現状

神藤 勝啓; 市川 雅浩; 高橋 博樹; 近藤 恵太郎; 春日井 敦; Gobin, R.*; Sen$'e$e, F.*; Chauvin, N.*; Ayala, J.-M.*; Marqueta, A.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.493 - 495, 2015/09

日本原子力研究開発機構核融合研究開発部門では、加速器駆動型中性子源を用いた核融合炉材料開発施設である国際核融合炉材料照射施設(IFMIF)の工学実証のための原型加速器の開発を青森県六ケ所村で進めている。この加速器は入射器、RFQ及び超伝導リナックで構成された重陽子線形加速器であり、9MeV/125mAの連続ビーム生成を目指している。入射器はフランス原子力庁サクレー研究所(CEA Saclay)で開発され、2012年秋まで100keV/140mAの陽子及び重陽子の連続ビーム試験を行った。この入射器を青森県六ケ所村の国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)に搬送し、2013年末より入射器の据付作業の開始、2014年11月に陽子ビームの生成に成功した。その後、イオン源のコンディショニングを行いながらビーム試験を実施してきた。本発表では六ヶ所サイトで実施してきたビーム試験の結果など入射器の現状について報告する。

論文

IFMIF/EVEDA RFQライナック用RFカプラーの耐電力試験

前原 直; 助川 圭一*; 只野 秀哉*; 春日井 敦; 鈴木 寛光; 阿部 和彦*; 奥 隆司*; 杉本 昌義

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1140 - 1142, 2015/09

国際核融合中性子照射施設(IFMIF)加速器系の工学設計工学実証活動((EVEDA)では、重陽子イオンビーム125mAを9MeVまで定常運転で加速するためにInjector(100kV-140mA)、運転周波数175MHzを採用したRFQライナック(0.1-5.0MeV-130mA)と超伝導RFライナック(5.0MeV-9MeV-125mA)の開発を進めている。RFQライナックでは8つのRFインプットカプラーを用いて1.4MWレベルのRF電力入射が要求されている。このために6 1/8インチ同軸導波管をベースにループアンテナを採用した定常化RFカプラーの設計を行った。この設計ではループアンテナ内部、内部導体及び高周波窓に冷却チャンネルを設けて常水圧にて数kWレベルの熱除去を施した。試作したRFカプラーの耐電力試験ではHigh-Q load circuitを用いて定在波による耐電力試験を行い、等価的なRFパワー200kW-14秒のCW運転を実証した。この200kW-CW運転のためにはパルス幅1msec Duty 1/2において5日間のRFエージングよる脱ガスを行いカプラーの高周波窓やRFコンタクト部からのガス放出に問題無いことを実証した。本講演では、試作したRFインプットカプラーのHigh-Q load circuitを用いた耐電力試験について発表する。

論文

IFMIF/EVEDA用大電流加速器の進捗

奥村 義和*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Cara, P.*; Chauvin, N.*; Chel, S.*; Gex, D.*; Gobin, R.*; Harrault, F.*; Heidinger, R.*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.203 - 205, 2015/09

日欧協力のもと、国際核融合中性子照射施設(IFMIF)の工学設計工学実証活動(EVEDA)が2007年から開始されている。IFMIFにおける最大の開発課題は、40MeV/250mA/CWの重水素イオンビームを発生できる大電流加速器であり、現在、その原型加速器(9MeV/125mA/CW)の試験を六ヶ所村の国際核融合研究センターにおいて段階的に実施している。試験は日欧の事業チームメンバーと、入射器を担当したフランスサクレー研究所などの欧州ホームチーム,日本ホームチームのメンバーから構成される原型加速器統合チームが担当している。入射器については、2014年から試験を開始し、現在までに100keV/120mA/CWの水素イオンビームを0.3$$pi$$mm.mrad以下のエミッタンスで生成することに成功している。2015年には、高周波四重極加速器(RFQ)用高周波電源の搬入据付が開始され、入射器の試験の終了とともにRFQ本体の据付も開始される予定である。本稿では、入射器の実証試験の結果とともに、RFQ,超伝導リニアック,高周波電源,ビームダンプ等の現状について報告する。

論文

日本原子力研究開発機構のアウトリーチ活動の取り組み

春日井 敦

プラズマ・核融合学会誌, 91(2), p.125 - 131, 2015/02

日欧協力で進めている幅広いアプローチ活動(BA活動)の国内実施機関として核融合エネルギー研究開発の中心的な役割を担う日本原子力研究開発機構の、これまでのBA活動に関するアウトリーチ活動の取り組みについて紹介し、アンケートなどの結果を元に、これまでの活動の成果を分析するとともに、今後原型炉に向けた国民の合意形成にどう取り組むべきか方向性を示す。

論文

IFMIF/EVEDA加速器制御系の開発状況

高橋 博樹; 成田 隆宏; 西山 幸一; 宇佐美 潤紀; 榊 泰直; 春日井 敦; 小島 敏行*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.799 - 802, 2014/10

IFMIF/EVEDA加速器の制御システムは、CCS(Central Control System), LAN(Local Area Network) PPS(Personnel Protection System), MPS(Machine Protection System), TS(Timing System), LCS(Local Control System)の6サブシステムで構成されており、日本の実施機関である原子力機構はCCS, LAN, PPS, MPSおよびTSの5システムの設計・開発を進めてきた。そして特にハードワイヤで機器と接続されるPPS, MPS, TSにおいては、テストベンチを開発し、欧州において入射器との接続試験を実施し、その性能・機能の確認を行ってきた。現在、日本で実施される加速器のコミッショニング試験の最初として、入射器の据付および調整運転が進められており、制御系においては欧州でのテストベンチの試験結果をもとに、調整試験後に行われる入射器コミッショニング試験開始に向け、制御系各システムの開発、整備を進めている。本件では、PPSの入射器コミッショニング試験に特化した追加機能および各システムの開発、整備状況を報告する。

論文

IFMIF/EVEDA原型加速器用入射器の現状

神藤 勝啓; 市川 雅浩; 高橋 康之*; 久保 隆司*; 堤 和昌; 菊地 孝行; 春日井 敦; 杉本 昌義; Gobin, R.*; Girardot, P.*; et al.

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1009 - 1012, 2014/10

加速器駆動型中性子源を用いた核融合炉材料開発施設である国際核融合炉材料照射施設(IFMIF)の工学実証のための原型加速器の開発が進められている。この加速器は入射器、RFQ及び超伝導リナックで構成された重陽子線形加速器であり、9MeV/125mAの連続ビーム生成を目指している。入射器はフランス原子力庁サクレー研究所(CEA Saclay)で2012年秋まで100keV/140mAの陽子及び重陽子の連続ビーム試験を行った。ビーム試験終了後、この入射器は青森県六ケ所村の国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)に搬送された。IFERCでIFMIF/EVEDA原型加速器として駆動するための第一段階として、2014年夏より更なる品質向上を目指した入射器のビーム試験を行うために2013年末より入射器の据付作業を開始した。本発表ではCEA Saclayでのビーム試験の結果、IFERCでの入射器の据付状況について報告する。

論文

Design and operation of TE$$_{31,12}$$ high power gyrotron

梶原 健; 小田 靖久; 高橋 幸司; 春日井 敦; 坂本 慶司

Fusion Science and Technology, 63(1T), p.35 - 39, 2013/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Nuclear Science & Technology)

A high power gyrotron is designed and tested. The design is based on the TE$$_{31,8}$$ 1 MW gyrotron. The higher power design is realized by choosing TE$$_{31,12}$$ higher order oscillation mode, because the larger n (= 12) number gives lower loss on the cavity wall, which allows more than 1 MW oscillation. Since, the beam radius at cavity is same for TE$$_{31,8}$$ and TE$$_{31,12}$$, the electron gun, beam tunnel and collector can be same as TE$$_{31,8}$$ gyrotron. The cavity, mode converter and internal mirrors are optimized for TE$$_{31,12}$$ oscillation. An initial test of the TE$$_{31,12}$$ high power gyrotron is performed in JAEA test stand. It is successfully achieved stable 1 MW operation (1030 kW/2s). The longest shot is 550 kW/198s.

論文

Full high-power modulation on a 170 GHz 1 MW ITER gyrotron with a triode magnetron injection gun

梶原 健; 坂本 慶司; 小田 靖久; 林 一生*; 高橋 幸司; 春日井 敦

Nuclear Fusion, 53(4), p.043013_1 - 043013_5, 2013/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:41.17(Physics, Fluids & Plasmas)

A 5 kHz full power modulation experiment is demonstrated on a 170 GHz gyrotron. 5 kHz high power and beam on/off modulation is achieved by employing a fast short-circuited switch between the anode and the cathode of the triode type electron gun (single anode switch). Lower heat load on the cavity and the collector compared to CW operation realizes more than 1 MW oscillation with 1 MW designed gyrotron. The maximum achieved power is 1.16 MW with electrical efficiency of 48%. In the high efficiency operation, an unwanted mode oscillation is observed at the start-up phase of each pulse, which is induced by slow voltage rise time of the anode. For faster rise up of the anode voltage, another fast switch is inserted between an anode voltage divider and the anode electrode (double anode switch). In the experiment, it is shown that the successful fast start up of the anode voltage and the minimized unwanted mode generation.

報告書

東日本大地震のJ-PARC中性子源ステーションに対する影響

酒井 健二; 坂元 眞一; 木下 秀孝; 関 正和; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; 直江 崇; 春日井 好己; 達本 衡輝; et al.

JAEA-Technology 2011-039, 121 Pages, 2012/03

JAEA-Technology-2011-039.pdf:10.87MB

本報告では、東日本大震災の発生時におけるJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源ステーションの挙動,被害,復旧状況を調査し、本ステーションの緊急事態に対する安全設計について検証する。大震災発生時、MLFでは、幾つかの機器で大きな揺れを検知した後、外部電源が喪失し、全循環システムが自動停止した。水素は設計通り屋外に放出され、機器異常による水銀,水素,放射性ガスの漏えいも生じなかった。一方、激しい揺れは、遮蔽体ブロックのずれ、建屋周辺の地盤沈下による外部供給配管の破断を引き起こした。この配管破断による圧縮空気の圧力低下は、水銀ターゲット台車固定装置などに影響を及ぼしたが、主要機器の大きな破損までは至らなかった。これらの結果は、本ステーションの緊急事態に対する安全設計の妥当性を実証できたとともに、幾つかの改善点も見いだされた。

論文

Influence of Great East Japan Earthquake on neutron target station in J-PARC

酒井 健二; 二川 正敏; 高田 弘; 坂元 眞一; 前川 藤夫; 木下 秀孝; 関 正和; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; et al.

Proceedings of 20th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-20) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2012/03

本報告では、東日本大震災の発生時におけるJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源ステーションの挙動、被害状況を調査する。大震災発生時、MLFでは幾つかの機器で大きな揺れを検知した後、外部電源が喪失し、全循環システムが自動停止した。水素は設計通り屋外に放出され、機器異常による水銀, 水素, 放射性ガスの漏えいも生じなかった。一方、激しい揺れは遮蔽体ブロックのずれ、建屋周辺の地盤沈下による外部供給配管の破断を引き起こした。この配管破断による圧縮空気の喪失は、圧空シリンダーを用いた固定装置や空気操作弁などに影響を及ぼしたが、主要機器の大きな破損までは至らなかった。これらの結果は、本ステーションの緊急事態に対する安全設計の妥当性を実証した。

論文

Development of dual-frequency gyrotron with triode magnetron injection gun

梶原 健; 小田 靖久; 春日井 敦; 高橋 幸司; 坂本 慶司

Applied Physics Express, 4(12), p.126001_1 - 126001_3, 2011/12

 被引用回数:25 パーセンタイル:21.35(Physics, Applied)

A dual frequency gyrotron is designed and tested in JAEA. The design is based on a 170 GHz single frequency gyrotron with a triode magnetron injection gun (MIG). The other frequency of 137 GHz is selected in order to use 1.853 mm thickness single disk output window. The cavity modes for 170 GHz and 137 GHz are TE$$_{31,11}$$ and TE$$_{25,9}$$, respectively. They are selected for a high efficiency internal mode converter. In short pulse experiments, the maximum power of more than 1.3 MW with high efficiency for both frequencies are achieved. These results show the successful design of the dual frequency gyrotron with the triode MIG.

論文

Repetitive gyrotron operation for ITER

梶原 健; 小田 靖久; 春日井 敦; 高橋 幸司; 坂本 慶司; Darbos, C.*; Henderson, M. A.*

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.955 - 958, 2011/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:39.29(Nuclear Science & Technology)

A repetitive operation corresponding to ITER is performed 8 successive days. The pulse width is 600 sec and the interval is 20-30 min. The output power is 800 kW. The electrical efficiency including depressed collector is 53-57%. The total shots are 88 shots. The successful 600 s shots are 72 shots. Therefore, the gyrotron reliability is measured as 82%. Shot by shot stability of the voltage, current, power and frequency is measured. The successful of the stable 72 shots shows that the present gyrotron system can be utilized for ITER operation.

論文

Progress of high-power and long-pulse ECRF system development in JT-60

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:14 パーセンタイル:35.31(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。

論文

核融合エネルギーシステム実現のための先進的大電力技術

春日井 敦; 山内 邦仁

電気学会研究会資料,原子力研究会(NE-11-001$$sim$$004・006$$sim$$010), p.1 - 3, 2011/09

核融合エネルギーシステム実現のための先進的大電力技術調査専門委員会において調査・検討されたこれらの先進的大電力技術の一部を紹介し、核融合エネルギー技術の広がりと学術分野や産業分野への貢献を明らかにするとともに、今後期待される新技術創出への課題と展望を明らかにする。

論文

核融合のための高周波加熱装置の開発

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。

論文

A One-dimensional propagation of shock wave supported by atmospheric millimeter-wave plasma

小田 靖久; 山口 敏和*; 白石 裕也*; 小紫 公也*; 梶原 健; 高橋 幸司; 春日井 敦; 坂本 慶司

Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 32(6), p.877 - 882, 2011/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:50.49(Engineering, Electrical & Electronic)

A shock wave supported by an atmospheric breakdown plasma caused by a high-power millimeter-wave beam was studied. The shadow graph image in a shock tube visualized the one-dimensional shock-wave generated by the millimeter-wave breakdown in atmosphere for the first time. It was revealed that a normal shock wave propagated through the tube at the constant velocity while it was detached from the ionization front of the plasma whenever the propagation velocity of the ionization front was supersonic or subsonic. And it was visually clarified that the atmospheric millimeter-wave breakdown had the combined structure of the normal shock wave and the heating region of the millimeter-wave plasma. The measured pressure of the shock front was as equal as the normal shock which propagated at measured Mach number.

論文

High power millimeter wave experiment of ITER relevant electron cyclotron heating and current drive system

高橋 幸司; 梶原 健; 小田 靖久; 春日井 敦; 小林 則幸*; 坂本 慶司; Doane, J.*; Olstad, R.*; Henderson, M.*

Review of Scientific Instruments, 82(6), p.063506_1 - 063506_7, 2011/06

 被引用回数:17 パーセンタイル:26(Instruments & Instrumentation)

ITER相当の電子サイクロトロン加熱電流駆動システム(ITER EC H&CD)の大電力実験を行った。システムは、170GHz, 1MWジャイロトロン、短距離・長距離の伝送系、ITERランチャー(アンテナ)モックアップから構成される。伝送系は、整合器,コルゲート導波管,6個のマイターベンド,導波管スイッチ,遮断弁からなり、ランチャーモックアップは、現設計に基づいて構築した。伝送系については、ITER仕様を超える1MW/800秒の伝送、0.5MW/1000秒という定常伝送に成功し、大電力・長パルス伝送による伝送系のダメージもなく、実験中、系内の放電も観測することはなかった。伝送効率は96%と、これについても仕様を超える結果を得た。ランチャーモックアップについては、ミリ波放射仕様である20-40度の放射角可変性を実証した。これらの結果は、ITER EC H&CDシステムの実現可能性を証明するものである。

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