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今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 87(4), p.043512_1 - 043512_6, 2016/04
本研究は、Dodel-Kunz法(反対の円偏波レーザー光を用いてファラデー回転量を測定する偏光測定法)に対するファラデー効果とコットン・ムートン効果のカップリングの影響を評価したものである。カップリングが小さいとき(つまり、ファラデー効果が大きく、偏光係数
が約1に近いとき)は、Dodel-Kunz法の計測信号を代数的に表現することができることを示し、理論的にカップリング効果が無視できないことを明らかにした。カップリングが大きいとき(
1)、カップリングの計測信号に対する影響を数値的に評価した。ITER相当の条件(トロイダル磁場5.3T、プラズマ電流15MA、プラズマ小半径2m、電子密度10
m
、波長119
m)の場合、純ファラデー回転量とDodel-Kunz法の計測信号の差は1度のオーダーであった。したがって、他の偏光測定法と同様に、Dodel-Kunz法もファラデー効果とコットン・ムートン効果の影響を受けると結論付けられる。
laser interferometer/polarimeter system in JT-60SA笹尾 一; 河野 康則*; 荒川 弘之; 佐久間 猛; 今澤 良太; 久保 博孝; 伊丹 潔
Journal of Instrumentation (Internet), 11, p.C02082_1 - C0208_11, 2016/02
poplarimeter system→polarimeter system
河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B.*
プラズマ・核融合学会誌, 92(2), P. 145, 2016/02
ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第29回会合が、平成27年11月2日-6日の日程でITER機構(フランス)において開催された。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況:「壁反射光の影響評価」については、可視・近赤外域の光学計測への影響評価及び緩和手法について集中的に討議を行い、解決に向けた見通しを得るとともに、今後共同実験にて評価モデルの検証を進める方針とした。「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、RF放電を用いたクリーニング技術について、不純物堆積とクリーニングを繰り返した場合でも単結晶金属ミラーでは問題が無いとの実験結果が報告された。(2)ITPA共同実験の実施状況:「プラズマ対向第一ミラーの環境試験」、「損失アルファ粒子計測のための放射化プローブの環境試験」、「X線結晶イメージング分光計測と荷電交換再結合分光計測との比較実験」及び「新方式の動的シュタルク分光計測の検証実験」等について、それぞれ進展が報告されるとともに2016年の計画について検討が行われた。次回会合は、平成28年6月に、ノボシビルスク(ロシア)にて開催することとなった。
今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 87(1), p.013503_1 - 013503_7, 2016/01
被引用回数：6 パーセンタイル：31.35(Instruments & Instrumentation)ITERポロイダル偏光計のために回転波長板Stokes偏光計を開発した。本手法のための一般化された解析モデル及びFPGA(プログラマブルロジックデバイスの一種)に適した実時間解析アルゴリズムを提案する。一般化された解析モデルは、波長板の回転に同期した任意の現象を考慮できるため、波長板の位相遅延が一様で無くても高精度な測定が可能となる。可視光線を用い、波長板の品質が悪い条件で実験した結果、最大測定誤差及び確度はそれぞれ3.5%及び1.2%であった。このときの波長板の回転速度は20,000rpmであり、Stokesパラメタ-測定の時間分解能は3.3msである。また、解析にあたっては提案した解析アルゴリズムを使用した。次に、ソフトウェアエミュレーションによって、提案した解析アルゴリズムが実時間(時間分解の10ms)で測定可能であることを確認した。以上により、ITERポロイダル偏光計で目標としている、遠赤外光レーザーを用いた実時間高精度回転波長板Stokes偏光計の開発に見通しを得た。
山本 剛史; 橋本 慰登*; 北澤 真一; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 杉江 達夫; 小川 宏明; 竹内 正樹; 河野 康則; 伊丹 潔
Fusion Engineering and Design, 96-97, p.1012 - 1016, 2015/10
被引用回数：5 パーセンタイル：35.46(Nuclear Science & Technology)日本国内機関では、ITER計画において6種類のプラズマ計測装置の調達を担当している。原子力機構では、ITER標準ソフトウェアを用いて、統括制御機能、シーケンス制御管理機能及びデータ収集機能を含むITER計測装置用計装制御システムを開発した。統括制御機能は、センサーの健全性検査、計測条件の設定及び計測条件間の一貫性検査といった計測のための内部処理を管理する。我々は、Python言語を用いてフローチャートからEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)のコードを生成するツール及びシーケンス制御管理機能を開発した。EPICSは、運転手順のトリガー及び進行を示すために使用される。シーケンス制御管理機能は、EPICSを用いてプラント状態の変化を監視することにより、運転手順の進行を管理する。EPICSと運転手順の関連付けは、上記ツールにより自動的に行われる。我々は、熱電対計測システムに関して、上記の計装制御システムの性能を検証した。また、さらに複雑な計測装置向けに本設計を適用していく予定である。
河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B.*
プラズマ・核融合学会誌, 91(8), P. 565, 2015/08
ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第28回会合が、平成27年5月19日-22日の日程で核融合科学研究所(土岐市)において開催された。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況:「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、RF放電を用いたクリーニング技術について、ITERでは60MHzのRF放電を採用予定であり(従来は13.8MHz)、今後の開発の必要性が認識された。「損失アルファ粒子計測の検討」については、ITER機構での取り組み状況が報告され、従来の可視/赤外イメージ計測に加え、可動プローブ計測を検討していることが報告された。(2)日本における計測開発の進展: ITER, JT-60SA, LHD, GAMMA10/PDX等における計測開発の現状について広範な報告及び活発な議論が行われ、それぞれ着実に進展していることが認識された。次回会合は、平成27年11月に、ITER機構にて開催することとなった。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
Journal of Computational Physics, 292, p.208 - 214, 2015/07
被引用回数：7 パーセンタイル：40.92(Computer Science, Interdisciplinary Applications)本研究はプラズマ境界が固定された場合のプラズマ平衡を解く新しい手法を提案する。プラズマ境界が固定された場合のプラズマ平衡は固定境界問題と呼ばれ、同問題は有限要素法を用いて解くことが一般的である。しかしながら、有限要素法には微分量(磁場)のメッシュ間の不連続、メッシュ生成やメッシュと格子のマッピングなどの高精度化及び高速化に課題がある。本研究では、境界要素法を発展させたRBF-MFS法と放射基底関数で解を近似するKansa法に着目した。両方法はメッシュを使用しないためメッシュレス法と呼ばれ、上記の有限要素法の課題が回避可能である。本研究では、メッシュレス法を固定境界問題に適用する方法を考案し、有限要素法よりも高精度かつ高速にプラズマの平衡解を得られることを初めて示した。
河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B. J.*
プラズマ・核融合学会誌, 91(1), P. 76, 2015/01
ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第27回会合が、平成26年11月3日-7日の日程でフランスのITER機構において開催された。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況: 「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、磁場環境下(3.5T)においても、RF放電(13.56MHz)を用いたミラークリーニングが有効であることが報告された。「壁反射光の光学計測への影響評価」については、JETでの高分解能分光計測実験において、測定対象であるスクレイプオフ層でのバルマーアルファ線発光成分と背景光である壁反射光成分との分離に成功したことが報告された。(2)日本における計測開発の進展: 原子力機構におけるITERマイクロフィッションチェンバー、ITER赤外サーモグラフィー、ITER計測装置用計装制御システム及びJT-60SA炭酸ガスレーザー偏光計の開発の進展について、また、核融合科学研究所におけるYAGレーザーディスパーション干渉計の開発の進展についてそれぞれ報告があった。次回会合は、平成27年5月に、日本(核融合科学研究所)にて開催することとなった。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
プラズマ・核融合学会誌, 90(11), p.743 - 747, 2014/11
核燃焼プラズマのパラメータでは、従来のレーザー偏光法では考慮されていないファラデー効果とコットン・ムートン効果のカップリング及び相対論効果を考慮する必要がある。ITERの条件において、カップリング及び相対論効果がある場合でも、レーザー偏光法を用いて電流分布が誤差10%以内に再構築可能であることを示した。また、相対論効果がファラデー効果を弱める一方、コットン・ムートン効果を強めるという特性に着目し、レーザー偏光計測装置のデータ(偏光方位角と偏光楕円率角)から電流密度、電子密度及び電子温度の分布を再構築する手法を考案した。この手法は、少数の計測器で当該プラズマパラメータを得られることを示しており、DEMO炉をはじめ将来の核融合発電炉への適用が有望であると考えられる。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 6 Pages, 2014/10
レーザー偏光法を用いて核燃焼プラズマの電流密度、電子密度、電子温度を同時に再構築することが可能であること及び総プラズマ電流を測定可能であることを明らかにした。また、ITERのレーザー偏光計測装置で想定されている計測精度に基づき、計測誤差が平衡再構築で得られる分布量の誤差に与える影響を評価した。計測視線数が15でレーザーの波長が1種類(119m)の場合、再構築後の誤差は電流密度、電子密度、電子温度についてそれぞれ12%, 8.4%, 31%であった。誤差を低減する方法として、視線数を増やすことや波長の種類を増やすことが考えられる。波長の種類を増やす場合は、ファラデー効果とコットンムートン効果のカップリングの大きさが異なる波長を適切に選択することが重要である。例えば、15視線
3波長(57, 119, 171m)を用いると、誤差は3.8%, 3.9%, 22%に低減できることを明らかにした。上記の手法をプラズマ制御に適用する場合の課題が再構築に要する計算時間である。本研究では、メッシュレス法に着目し、グラッドシャフラノフ方程式を高速に解く手法を開発した。同一精度の解を得る場合、本手法は有限要素法よりも10
100倍程度高速であった。これらは、定常運転を想定した将来の核融合炉への適用が有望な手法である。
笹尾 一; 荒川 弘之*; 久保 博孝; 河野 康則; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 85(8), p.086106_1 - 086106_3, 2014/08
被引用回数：2 パーセンタイル：10.18(Instruments & Instrumentation)A new method to magnify a small polarization angle with brazed gratings has been developed. In the method, difference in diffraction efficiency for S and P polarization components is used. The magnification dependence on the incident angle can be small by arranging the grating in Littrow layout. A magnification with a factor 2.7 has been demonstrated for a 10.6 m CO laser beam as expected from a calculation. The method is applicable in many polarimetry fields.
河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B.*
プラズマ・核融合学会誌, 90(7), P. 431, 2014/07
ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第26回会合が、平成26年5月19日-22日の日程で韓国の浦項工科大学校において開催された(出席: 36名、内訳/日本: 5名、韓国: 17名、米国: 1名、EU: 5名、中国: 3名、ロシア: 4名、ITER機構: 1名、インド:不参加)。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況:「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、RF放電(13.56MHz)を用いたミラークリーニング技術の磁場環境下(3.5T)での実証試験計画(スイス)について、真空チャンバーが完成し、初期実験が順調に開始されたことが報告された。「壁反射光の光学計測への影響評価」については、光線追跡法を適用することで、測定信号から壁反射光成分とプラズマ発光成分を分離可能なことが示され、今後の進展に期待が寄せられた。(2)各極における計測開発の進展: 日本からは、日本が調達するITER計測装置の開発の進展、イメージングボロメータのITERへの適用性検討状況、JT-60SA及び大型ヘリカル装置における計測装置の開発状況について報告された。韓国からは、同国が調達するITER計測装置の開発状況をはじめ、ECEイメージング計測のKSTARにおける最新成果及びITERへの適用性検討結果等が報告された。
柴田 欣秀; 諫山 明彦; 松永 剛; 河野 康則; 宮本 斉児*; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; JT-60チーム
Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.2), p.3402084_1 - 3402084_5, 2014/06
トカマク装置におけるディスラプション現象ではプラズマ電流が急激に減少する電流クエンチが存在する。この電流クエンチ時にはプラズマ電流の減衰率に比例して真空容器等に電磁力が発生するため、プラズマ電流の減衰を抑制する必要がある。今までの研究においては電流クエンチ初期では電子温度分布の変化が電流減衰時間を決定していることが明らかにされている。本研究では電流クエンチ初期以降のプラズマ電流の減衰に電子温度が与える影響を調べるため、ディスラプションコードDINAを用いて電流クエンチ全体のシミュレーションを実施した。電流クエンチの初期は計測された電子温度分布を、初期以降は仮定した電子温度分布を用いて計算を行った。電子温度が計測できている最後の時刻以降は変化しないと仮定した場合、計測されたプラズマ電流値と近い時間変化が得られた。しかし、電流クエンチ初期以降では電子温度は計測限界値以下まで減少しているため、今回用いた仮定は実際の状況とは異なる。また、プラズマ断面積の振る舞いも実際に評価したものとは異なっていた。プラズマ電流の減少は様々なパラメータが関与するため、電子温度分布の影響を切り分ける必要がある。DINAコードを使用して様々な電子温度モデルで計算することにより、電子温度がプラズマ電流の減衰に与える影響を調査した結果を発表する。
山本 剛史; 橋本 慰登*; 芹沢 保典*; 稲本 修治*; 佐藤 和義; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 河野 康則
Fusion Engineering and Design, 89(5), p.532 - 535, 2014/05
被引用回数：1 パーセンタイル：7.80(Nuclear Science & Technology)計測装置は、ITERのプラズマ制御や物理研究に欠かすことができない。ITER計測装置の統括制御システムは、ITERの中央制御システムからの指令に基づき、計測装置内の機器の制御を管理する重要なシステムである。著者らは、ITERの規格・基準に従いながら、計測装置の制御に関する要求事項を満たす統括システムを設計した。ITERでは、制御システムの構築にEPICSと呼ばれる制御・通信ライブラリを用いることとなっている。著者らは計測装置内の機器の運転の手順をフローチャートで記述し、それをEPICSへ変換する機能を考案した。これにより運転手順の容易な記述と制御システムの製作者の誤りをできる限り回避することが可能となった。また、中央制御システムとの規定された通信手順を基本に、計測装置に必要な機器の較正のために中央制御システムの制御指令を内部で模擬する機能及び計測機器の設定情報を管理するデータベースを設計した。さらに、ITERや計測機器の運転状態に対応して機器の運転制限値や機器間のインターロックを切り替える仕組みを提案した。
北澤 真一; 山本 剛史; 河野 康則; 伊丹 潔
Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.2), p.3405049_1 - 3405049_4, 2014/05
ITERプロジェクトで、日本の国内機関は、外側垂直ターゲット用のダイバータ熱電対システムの調達を予定している。ダイバータ熱電対は、プラズマ対向面であるダイバータの表面温度を直接的に計測するための機器であり、日本が調達するダイバータ外側垂直ターゲットへの装着を予定している。熱電対自体は、温度計測に汎用に用いられる機器であるが、超高真空、高放射線場のITER環境下で、高い信頼性で計測を行わなければならないために、その装着方法や取り扱いには高度な技術開発が必要となる。また、日本の調達の中には、ITER標準のダイバータ熱電対制御システムが含まれており、その開発も行わなければならない。この発表では、我々が、これまでに準備してきたITER調達のためのダイバータ熱電対の研究開発の現状報告を行う。
柴田 欣秀; 諫山 明彦; 宮本 斉児*; 河上 翔*; 渡邊 清政*; 松永 剛; 河野 康則; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; JT-60チーム
Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(4), p.045008_1 - 045008_8, 2014/04
被引用回数：3 パーセンタイル：13.68(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uのディスラプションにおいて、電流クエンチ初期のプラズマ電流の減衰をディスラプションシミュレーションコード(DINA)と計測された電子温度分布を用いて計算した。電流減衰時間が短い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は既にピークしており、電流クエンチ中にあまり変化しなかった。一方、電流減衰時間が長い放電では、熱クエンチ直後の電子温度分布は電流減衰時間が短い放電に比べて広がりを持っており、電流クエンチ中に電子温度分布の収縮が観測された。そのような放電では、プラズマ外部インダクタンスはほとんど変化しないが、プラズマ内部インダクタンスの増加がDINAコードの計算でも観測された。一連の計算により、プラズマ内部インダクタンスの増加は、周辺領域の電子温度が減少し、プラズマ中心に電流が拡散することにより発生していることが分かった。また、本研究ではDINAコードを用いることにより、プラズマ周辺部の電子温度の加熱を用いることによりプラズマ電流の減衰時間を長くする方法を提案した。
荒川 弘之; 東條 寛; 笹尾 一; 河野 康則; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 85(4), p.043508_1 - 043508_9, 2014/04
本研究では、光周波数コムレーザー干渉計を用いた、プラズマ電子密度の新しい計測手法の開発を行った。光周波数コムレーザーの特性を利用することで、高密度プラズマの計測が、フリンジジャンプエラーなしで行うことができる。ノイズ解析のためのシミュレーションを行い、幅広い波長域を持つレーザー発振器と、低ノイズの位相検波器を用いることが、計測された密度の不確定性を小さくするために効果的であることがわかった。
河野 康則; 伊丹 潔; 川端 一男*; 草間 義紀; 笹尾 眞實子*; Peterson, B.*; 間瀬 淳*
プラズマ・核融合学会誌, 90(2), P. 164, 2014/02
ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第25回会合が、平成25年10月15日-18日の日程で仏国サン・ポール・レ・デュランスのITER機構において開催された(出席:約80名、内訳/日本:5名、米国: 4名、韓国: 2名、EU: 23名、中国: 3名、ロシア: 8名、インド: 6名、ITER機構:約25名)。会合では、最重要課題である「損失アルファ粒子計測手法の開発」、「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」、「壁反射光の光学計測への影響」及び「プラズマ制御システムに関する計測要求の検討」に対する取り組み状況を中心に議論を行った。会合の初日には、ITER機構のプログレス会合が開催され、同機構におけるITER計測装置の設計検討の状況について報告・議論が行われた。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔; 草間 義紀
Nuclear Fusion, 54(1), p.013012_1 - 013012_8, 2014/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Fluids & Plasmas)本研究は、磁場閉じ込めプラズマの安定性に関連する指標である安全係数を高精度に算出する手法を提案する。安全係数は磁気面上での周回積分で定義されるが、この周回積分を計算する際の課題が二つあった。一つ目は計算格子点上のポロイダル磁束の情報(離散的な情報)から積分路となる等高値線(滑らかな曲線)を求めることであり、二つ目は特異点(被積分関数が無限大に、積分路が点に漸近)となる磁気軸での計算である。一つ目の課題を解決する方法として、磁場の情報を拘束条件とした補間方法を考案した。二つ目の課題を解決する方法として、磁気軸以外の安全係数の値から外挿する手法を考案した。安全係数の定義から、磁気軸において
(
は安全係数、
はプラズマ小半径)となることに利用した外挿を行う。以上の二つの解決方法を組み合わせることにより、高精度な安全係数分布の算出が可能となる。従来の手法と異なり、微小領域でのポロイダル磁束の線形性を仮定していないため、磁気軸付近であっても精度が低下しないという特徴を有している。
河上 翔*; 柴田 欣秀; 渡邊 清政*; 大野 哲靖*; 諫山 明彦; 滝塚 知典*; 河野 康則; 岡本 征晃*
Physics of Plasmas, 20(11), p.112507_1 - 112507_6, 2013/11
被引用回数：2 パーセンタイル：8.25(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uでは、ネオンガスパフディスラプションの電流クエンチの初期フェイズにおけるプラズマ電流減衰時間は、内部インダクタンスの増加率によって大きく影響されることが分かっていた。このフェイズにおいて内部インダクタンスが増加する理由を調べるために、電子温度(抵抗率)分布と電流密度分布の時間変化に着目し、数値計算を実施した。その結果、内部インダクタンスが増加する理由を解明した。電流クエンチ開始直後の電流密度分布は、数値計算で得られる定常状態での電流密度分布より広い分布をしており、電流密度分布はその後中心ピークした形へ変化していき、それに伴い内部インダクタンスが増加することを明らかにした。
