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論文

Time evolution of negative ion profile in a large cesiated negative ion source applicable to fusion reactors

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 平塚 淳一; 市川 雅浩; 渡邊 和弘; Grisham, L. R.*; 津守 克嘉*; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02B144_1 - 02B144_4, 2016/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:44.58(Instruments & Instrumentation)

ITERおよびJT-60SAのような大型負イオン源では、大面積の引出領域から大電流負イオンビームを生成するために、負イオン生成を高めるセシウム(Cs)を供給する。しかし、この大型負イオン源内のCsの挙動と、負イオン生成の空間分布との関係は実験的に明らかにされていない。そこで、ITER級の大きさを有するJT-60負イオン源内のCsおよび負イオン生成の空間分布の時間変化を調べた。その結果、Csの供給量0.4gまでCsの指標となるCsの発光強度、および負イオン生成に変化はなかった。これは、Csが供給口付近の水冷されたイオン源内壁に吸着しているものと考えられる。その後、Csの発光強度および負イオン生成は供給口直下付近の引出領域から増加した。Csの中性・イオン輸送計算の初期結果によると、負イオン生成が増加し始めた領域と、供給口付近でプラズマによりイオン化したCsの輸送位置は概ね一致した。さらにCsを供給し続けることで負イオン生成の増加した領域は徐々に拡大し、供給量約2gで一様な大電流ビームを生成した。以上の結果より、負イオン生成にはイオン化したCsの輸送が重要な役割を担っていることが分かった。

論文

Development of a negative hydrogen ion source for spatial beam profile measurement of a high intensity positive ion beam

神藤 勝啓; 和田 元*; 西田 睦聡*; 出村 康拡*; 佐々木 大地*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 金子 修*; 木崎 雅志*; 笹尾 眞實子*

AIP Conference Proceedings 1390, p.675 - 683, 2011/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.19

A negative ion beam probe system has been proposed as a new tool to diagnose beam profiles of high intensity positive ion beams such as the high intensity continuous-wave (CW) D$$^+$$ beam for the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF). To monitor beam profile of the positive ion beam from a remote position, a negative ion beam is injected into the positive ion beam perpendicularly, and the negative-ion-beam attenuation due to the beam-beam interaction is measured at each point. In a low barycentral energy region, the additional electrons of the negative ions with the small electron affinity are easily detached by collisions with the positive ions. To validate the system capability, an experimental study with a low-energy intense He$$^+$$ beam system has been started for the proof-of-principle (PoP) experiment. For the probe beam source, an H$$^-$$ ion source to produce the H$$^-$$ beam with a rectangular shape of 70 mm $$times$$ 2 mm has been designed and assembled. The long side of the rectangle can cover the entire cross section of the He$$^+$$ beam around the focal point, while the short side should be thin not to disturb the target beam. It is installed on a small test stand to measure the beam quality of the H$$^-$$ beam. Experimental results of the H$$^-$$ beam extracted from the small source will be presented.

論文

A Negative ion beam probe for diagnostics of a high intensity ion beam

神藤 勝啓; 和田 元*; 金子 修*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 笹尾 眞實子*; 木崎 雅志*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.999 - 1001, 2010/05

大出力正イオンビームのプロファイルを診断するための新方式として、われわれは負イオンビームプローブシステムを提案した。IFMIFの2本の線形加速器は加速器駆動型中性子源として、各々が40MeV/125mA連続重陽子ビームを供給する。連続運転中は極大電流ビームと高放射線レベルのために、ビーム光学やメンテナンス等の観点からビーム輸送系で通常の診断方式による測定は困難である。高エネルギー粒子との衝突により容易に付加電子が脱離する負イオンのビームを正イオンビームに対して遠方より垂直に入射して、ビーム=ビーム相互作用による負イオンビームの減衰量を各位置で調べることにより、ビームプロファイルを診断することが可能になる。われわれは平成21年度よりこの新しいビームプロファイルモニターシステムの原理検証実験を開始した。本発表では、その実験原理及び方法、本研究のために製作したシート状ビーム生成用水素負イオン源の性能評価とともに、IFMIFビーム輸送系への応用の見通しについて報告する。

論文

Development of negative ion based neutral beam injector toward JT-60SA

田中 豊; 花田 磨砂也; 小林 薫; 鎌田 正輝; 木崎 雅志

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.8, p.1547 - 1550, 2009/09

JT-60SAでは、10MWの中性粒子ビームを100秒入射する負イオンNBI(N-NBI)が求められており、N-NBIにおける最近のR&D結果について報告する。高パワー・長パルス入射には、3段加速の負イオン源における耐電圧性能の改善と電極熱負荷の低減が課題である。耐電圧性能の改善には、放電破壊位置の特定が必要である。そのため、負イオン源大気側に取り付けている外部球ギャップの発光を利用し、絶縁破壊位置を特定するシステムを開発した。電極熱負荷は、内側ビームレットの空間電化によって、外側ビームレットが外向きに偏向し、電極に衝突することが原因である。電界補正板を引き出し電極に取り付け、加速電界を補正することにより、電極熱負荷を許容値の5%まで抑制することに成功した。

論文

Energy spectra of bremsstrahlung X-rays emitted from an FRP insulator

田中 豊; 池田 佳隆; 花田 磨砂也; 小林 薫; 鎌田 正輝; 木崎 雅志; 秋野 昇; 山納 康*; 小林 信一*; Grisham, L. R.*

IEEE Transactions on Plasma Science, 37(8), p.1495 - 1498, 2009/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:4.64(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60負イオン源の耐電圧は、FRP絶縁体の真空沿面放電により制限されていることが示唆されており、耐電圧改善には真空沿面放電の理解が必要である。真空沿面放電では、電子エネルギーが重要なパラメータであるものの、計測が困難なために、電子のエネルギーはほとんど実測されていなかった。そこで、本研究では、FRP沿面から放射された制動放射X線のエネルギー分布を測定し、それから電子のエネルギーを評価し、電子の挙動を明らかにした。FRP沿面からのX線のエネルギースペクトルを、3か所の視線において計測し、電極間放電のスペクトルと比較した。アノード付近のX線スペクトルは、電極間の場合と似ており、単一エネルギー電子によるものであることが判明した。カソード付近のX線スペクトルは、アノード付近と比べ、ピーク位置が低エネルギー側にシフトしていた。これは、カソード近傍における低エネルギー電子の生成を示すものである。

論文

Electrons in the negative-ion-based NBI on JT-60U

木崎 雅志; 花田 磨砂也; 鎌田 正輝; 田中 豊; 小林 薫; 笹尾 真実子*

AIP Conference Proceedings 1097, p.344 - 352, 2009/03

大面積・多孔型電極を用いた加速管中で発生する剥離電子の軌道を水平方向の磁場の非一様性を考慮して3次元計算コードを用いて計算した。水平方向の磁場の非一様性により電極の外側で発生した剥離電子が接地電極で失うエネルギーは電極中央で発生した剥離電子が接地電極で失うエネルギーの2倍以上になることがわかった。ただし、接地電極全体の熱負荷は、磁場の非一様性が顕著に現れる領域が負イオンビームの引き出し面積に比べ小さいことから一様な磁場を仮定した場合の熱負荷の1.25倍であった。

口頭

JT-60U用負イオンNBI装置における電子の挙動

木崎 雅志; 花田 磨砂也; 鎌田 正輝; 田中 豊; 笹尾 真実子*

no journal, , 

高出力のビームをプラズマに長パルス入射する際の課題の一つは負イオン加速器の電極熱負荷である。電極熱負荷はおもに加速途中の負イオンから剥離した電子の一部が加速管内に形成された磁場により偏向され電極に衝突することに起因することが、これまでの負イオン源の開発研究によって明らかにされている。これまでの開発研究では、電極中央部の磁場が一様な領域における電子の挙動は詳しく調べられているが、磁場が不均一である実際の大面積イオン源内の電子の挙動については十分に調べられていない。本研究では、世界最大の大面積電極を有するJT-60U負イオン加速器内の剥離電子の軌道について詳細に調べた。その結果、電極中央部では磁場が相対的に大きく、剥離電子が磁場によって大きく偏向されるために、剥離した位置に近い電極に衝突する。電極端部では、磁場が相対的に小さく、剥離電子の磁場による偏向量が小さく、剥離した位置に近い電極に衝突することなく、下流に設置されている電極に衝突する。このために、電極端で発生した電子のパワー損失は、第二加速電極と接地電極においては、電極中央で発生した電子に比べて2倍以上高くなることがわかった。

口頭

JT-60U負イオン源の耐電圧改善

田中 豊; 花田 磨砂也; 小林 薫; 秋野 昇; 棚井 豊*; 木崎 雅志

no journal, , 

JT-60U負イオン源は、500keVのD$$^{-}$$ビームの生成を目標としているが、負イオン源加速管の耐電圧が不十分であるため、これまでの実績値は350keVとなっていた。そのため、本研究では、負イオン源の耐電圧改善へ向けて、実機負イオン源と電極サンプルの耐電圧試験を実施した。負イオン源の耐電圧試験では、加速電極を取り外すことにより、イオン源一段あたりの耐電圧が130kVから170kVに上昇することが確認され、加速電極が耐電圧劣化の原因であることが判明した。この加速電極の問題点として、冷却配管の固定に使用されている銀ローの影響,電極孔における電界集中の影響が挙げられる。そのため、銀ロー電極と多孔電極のサンプルを製作し、それらの耐電圧試験を実施した。その結果、無酸素銅電極と比べ、銀ロー電極では耐電圧10%低下・コンディショニング時間5倍、多孔電極では、耐電圧20%低下という結果が得られた。これらの結果から、加速電極の形状(銀ローのシールド,電極間隔,電極孔エッジ部の曲率)の最適化により、耐電圧の改善や、コンディショニング時間の短縮が可能であることが判明した。

口頭

負イオンビームを用いた高エネルギービームプロファイル診断,2

神藤 勝啓; 和田 元*; 西田 睦聡*; 出村 康拡*; 佐々木 大地*; 津守 克嘉*; 木崎 雅志*; 西浦 正樹*; 金子 修*; 笹尾 眞實子*

no journal, , 

現在計画中のIFMIF(国際核融合材料照射施設)で用いられる大強度重陽子加速器などのビーム診断は、高放射線環境下で行われることが予想される。前回、ビームプロファイル測定の新しいツールとして、負イオンビームプローブ法を提案した。負イオンビームを正イオンビームに対して垂直に入射して、ビーム同士の相互作用による負イオンビームの荷電交換及び散乱を観測することで、正イオンビームプロファイルを診断する。この原理検証実験を行うために、平成21年度までにプローブ用H$$^{-}$$イオン源を設計・製作してきた。平成22年度は、同志社大学でテストベンチを立ち上げてH$$^{-}$$イオン源より引き出されたビーム品質の測定を行った。その後、イオン源を核融合科学研究所に搬送して、総合工学実験棟NBIテストスタンドで行われてきた大強度強集束He$$^{+}$$イオン源より引き出されたビームを用いた原理検証実験を行うための準備を行っている。イオン源より引き出されたH$$^{-}$$ビームはHe$$^{+}$$ビームと交差後、荷電変換によりH$$^{0}$$及びH$$^{+}$$の混合ビームとなるため、静電分離型粒子検出器を通して、アルミナ蛍光板(デマルケストAF995R)からの発光強度より、プロファイルを調べる。本発表では、この準備状況,今後の予定を報告する。

口頭

Development of a beam profile monitor using a negative ion probe beam for high intensity positive ion beams

神藤 勝啓; 和田 元*; 西田 睦聡*; 木崎 雅志*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 金子 修*; 笹尾 眞實子*

no journal, , 

大出力正イオンビームのビームプロファイルを診断するための新しい方式として、負イオンビームプローブシステムを提案してきた。核融合科学研究所のNBIテストスタンドにおいて行われている負イオンビームプローブシステムの原理検証実験の現状について報告する。引き出されるビームの形状が長方形の水素負イオン源がテストスタンドに設置されており、イオン源より引き出された水素負イオンビームの前電流量を測定した。3kVの引き出し電圧で10マイクロアンペアの水素負イオンビームを引き出すことができた。

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