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鈴木 貞明; 関 正美; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 平内 慎一; 石井 和宏*; 長谷川 浩一; 森山 伸一
JAEA-Technology 2007-055, 27 Pages, 2007/09
JAEA-Technology-2007-055.pdf:4.18MB
JT-60U高周波加熱装置の一つである低域混成波(LHRF)加熱装置では、過大なプラズマからの熱負荷によるダメージを避けるために、アンテナ先端部に炭素製グリルを取り付けた新たな取り組みでプラズマ実験が行われている。しかし、プラズマ実験後の観察では、一部に放電痕が見つかったために、アーク検出器及び可視画像検出の高性能化による保護インターロックの強化に取り組んだ。アーク検出器では、光検出の応答速度及び分解能を高めるために増幅回路の改良を行った。また、可視画像検出では、PC画像処理を導入しプラズマによる発光と放電光を区別してon-off制御する機能を新たに追加した。本報告書は、LHRF加熱装置における保護インターロックシステムの改良についてまとめたものである。
横倉 賢治; 森山 伸一; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 石井 和宏*; 佐藤 文明
JAEA-Technology 2007-045, 22 Pages, 2007/07
JAEA-Technology-2007-045.pdf:6.1MB
大電力用ミリ波電力測定装置は、主伝送路の導波管内を伝搬する高周波を直接誘電体に透過させ、誘電体で損失する高周波エネルギーから透過電力を算出する新しい発想の高周波計器であり、高次モードや偏波の変化に計測値が鈍感な特徴を持つ。また、検出素子を適切に選択することで、kW
MW級の広範囲の電力測定に柔軟に対応することができる。本報告では、大電力ミリ波による高周波損失が極めて小さい材料を検出素子として選択し、その発熱特性と耐電力性能を評価した結果について記述する。これらの検討結果をもとに、JT-60U, JT-60SA電子サイクロトロン加熱装置への実用化に向けたプロトタイプ電力測定装置の設計と製作を実施したので報告する。
石井 和宏; 関 正美; 篠崎 信一; 長谷川 浩一; 平内 慎一; 鈴木 貞明; 佐藤 文明; 森山 伸一; 横倉 賢治
JAEA-Technology 2007-036, 30 Pages, 2007/07
JAEA-Technology-2007-036.pdf:17.06MB
JT-60UのLHアンテナは、効率的に高周波(RF)をプラズマへ入力するために、プラズマと近い位置に設置され、常にプラズマと相互作用している。そのため、ステンレス鋼製のLHアンテナ先端の開口部は、プラズマからの過大な熱負荷による損傷やRF放電による損傷が発生し、問題となっていた。その対策としてLHアンテナ先端部に耐熱性に優れた炭素製グリルを取付けることにより、先端部の損傷を軽減できる耐熱化LHアンテナを開発し、プラズマへのパワー入射実験を世界で初めて行った。炭素製グリルからの放出ガスによるRF放電が懸念されたので、初期のRFコンディショニングは慎重に行い、十分な脱ガスを実施した。その結果、RF電力として16MJの入射エネルギーの達成に成功した。また、電流駆動用LHアンテナとして要求される、十分に高いプラズマ電流駆動性能(約1.6
10
A/W/m
)を持つことを実証した。
森山 伸一; 横倉 賢治; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 石井 和宏; 佐藤 文明; 谷 孝志; 五十嵐 浩一; 下野 貢; et al.
no journal, ,
電子サイクロトロン加熱(ECH)装置で用いるミリ波帯の方向性結合器は導波管内の不要モードや偏波に 敏感に反応して結合度等が変化するために適用範囲の広いパワー計測法とは言えない。この問題を解決するため、JT-60本体とECH装置導波管の真空を隔て、ミリ波を透過する窓として使用しているCVDダイアモンドディスクが、誘電正接によって発熱することを利用してパワーを測定する新しい手法の開発を行っている。ミリ波はHE11モードで伝送されるため、パワー密度が大きいディスク中心部にピークした発熱分布となる。しかしダイアモンドの熱伝導率が非常に高い(2kW/mK)ことを利用して、温度測定の可能なディスク端の温度変化から準実時間でパワーを見積もることを目指している。ディスクの発熱分布と熱伝導に関するモデル計算を行って、ディスク端温度の時間変化率を予想し、この変化率から求めたパワー波形より、測定の応答時間を0.2秒程度にできること明らかにした。これにより、時間応答性の高い極細熱電対を用いることにより、JT-60への実入射パワーを準実時間で測定できる見通しが得られた。
関 正美; 澤畠 正之; 篠崎 信一; 平内 慎一; 鈴木 貞明; 長谷川 浩一; 下野 貢; 横倉 賢治; 石井 和宏; 佐藤 文明; et al.
no journal, ,
JT-60Uの研究目的は、良好な閉込を長時間維持することである。高性能の閉込には、非誘導電流駆動や高い割合の自発電流の実現,高プラズマ圧力の達成が重要であり、LH装置やEC装置を用いた電流分布制御や局所加熱が中心的な役割を果たす。そこで、LH及びECの長パルス入射が不可欠であるが、LHの性能を決めるアンテナが、熱負荷により長パルスでの入射が困難になってきていた。そこで、アンテナ性能の回復とアンテナへの熱負荷対策として、耐熱性が高い炭素材をアンテナ形状にして取付ける世界で初めての開発を行った。コンディショニングを注意深く進めた結果、880kW-18秒を達成した。電流駆動を行うことができ、電流駆動用アンテナとしての性能も発揮できた。しかしLHアンテナの先端部をチェックしたところ、炭素製先端部には昇華は見られなかったが、炭素製先端部とステンレス製アンテナ間に、放電によりダメージが見られるところがあった。原因は、電気接触が不完全になり、高周波放電が発生したからと推測された。ダメージが進展した原因は、放電時の光を検知する保護機能が十分に働かなかったからであった。今後、高周波放電のきっかけをなくすために、電気接触の改良を図る構造や電気接触子を開発して行く。
鈴木 貞明; 長谷川 浩一; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 平内 慎一; 石井 和宏; 関 正美; 森山 伸一; 横倉 賢治
no journal, ,
JT-60高周波加熱装置(LHRF)は、アンテナ先端部に耐熱性を高めるために開発した炭素製グリルを取り付けて実験運転を行ってきた。その後、先端部を観察したところ、炭素製グリルには損傷はなかったが、炭素製グリルを取り付けるステンレス製ベース部に溶融が見られた。その原因の一つとして、先端部付近での放電がアーク検出器で正常に検出されず、放電が持続し、ベース部を保護できなかったと考えられた。そこで、こうした損傷等を最小限に抑えるためにアーク検出器の改良や可視画像による保護システムの開発を行った。
森山 伸一; 藤井 常幸; 関 正美; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 篠崎 信一; 寺門 正之; 平内 慎一; 長谷川 浩一; 下野 貢; et al.
no journal, ,
JT-60U電子サイクロトロン加熱(ECH)装置(出力3MW, 5秒,周波数110GHz)では、JT-60Uでのプラズマ高性能化研究を推進するために、ジャイロトロン(発振出力1MW, 5秒)の長パルス発振技術,実時間での高周波パワー計測技術等の開発を行っている。長パルス発振技術では、ジャイロトロンのアノード電圧の調整により発振を制御する方式を開発し、これまでに例のない発振停止から再び発振させる制御に成功した。また、発振出力0.5MWで25秒までのパルス幅を達成した。さらに、3kV程度の幅でアノード電圧を変調して、変調周波数3kHzまでの出力変調を実現した。高周波パワー計測技術では、人工ダイヤモンド製高周波窓の端部温度上昇から高周波パワーを逆算する方法を開発した。高周波の誘電損失によりダイヤモンド円板の中心部が加熱されるが、ダイヤモンドの極めて高い熱伝導率により端部温度計測から時間遅れの少ない(応答時間0.6秒程度)パワー計測が可能なことを実証した。
平内 慎一; 横倉 賢治; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 石井 和宏; 佐藤 文明; 長谷川 浩一; 森山 伸一
no journal, ,
JT-60U電子サイクロトロン加熱(ECH)装置は、周波数110GHzの高周波によりJT-60Uプラズマに対し局所加熱/電流駆動を行い、閉じ込め性能を向上させるものである。ECH装置は、大電力の高周波を発生する大電力発振系,発生した高周波を伝送する伝送系及びプラズマに入射するアンテナなどから構成される。ECH装置の長パルス入射運転には、伝送機器での高周波放電を抑制して高周波を効率よく伝送させることが最も重要な課題である。本発表では、実際の長パルスプラズマ入射試験(0.5MW, 20秒)における伝送機器の温度上昇,真空窓による放電などのエージング過程での問題点と、それを解決するために行った真空排気系の改良,アーク検出器の整備などの放電防止対策及び新ダミーロードの導入について報告する。
山本 巧; 藤井 常幸; 池田 佳隆; 花田 磨砂也; 森山 伸一; 坂本 慶司; 渡邊 和弘; 松川 誠
no journal, ,
JT-60U及びJT-60SAにおけるプラズマ加熱・電流駆動装置の開発状況について報告する。JT-60Uにおいては、110GHz, 4MWのECRF, 2GHz帯, 7MWのLHRF, 100MHz帯, 10MWのICRFの高周波装置が整備されており、それぞれの主要機器の開発が長年に渡り行われている。一方、JT-60Uの主加熱装置である、100keV, 40MWの正イオンNBIが整備されるとともに、500keV, 10MWの負イオンNBI装置の開発が進められている。最近では、定常プラズマの研究開発に向けて、NBI及びEC装置のパルス幅の伸長を行っている。JT-60Uを超伝導コイルに改修するJT-60SA計画では、プラズマ加熱・電流駆動装置としてNBIとECRF装置が計画されており、既存の装置の増力・改造と新たに整備する140GHzのECRF装置により、41MW, 100秒の加熱パワーをプラズマ中に入射し、定常高ベータプラズマの研究開発に貢献する計画である。また、日韓協力の下で、NBI及びECの加熱装置の定常運転技術にかかわる開発協力を進めている。
森山 和広*; 村木 啓太*; 柿間 博武*; 阿部 浩之; 内田 裕久*
no journal, ,
水素吸蔵合金の水素吸収反応過程において、合金表面の状態は非常に重要である。通常、水素吸蔵合金の表面上には酸化被膜や水酸化被膜が形成され、その結果、気相反応では水素分子,電気化学反応では水分子の解離が著しく阻害され、水素吸収速度が低下することが知られている。過去に合金表面へKOH, LiOH, NaOHによるアルカリ処理やフッ化水素処理などといった化学処理や、電子線照射により表面改質が図られることを見いだしている。今回、La
, Ceといった、金属イオンによるイオン照射を実施し、合金表面改質を試みるとともに、照射及びKOHによるアルカリ処理が水素吸蔵材料であるMmNi
の初期水素吸収速度に与える影響を調べた。その結果、金属イオン照射に加えKOH処理されたMmNi材料は未照射材料に比べ、吸蔵開始1分の時点で300倍以上の機能性向上を示すことがわかった。これは、照射直後のMmNiは表面活性な状態で、真空の照射後に大気にさらされることで表面に酸化膜が形成され、その後のKOH処理により表面酸化皮膜中に侵入したカリウム原子が水素と表面との解離を促すことにより反応が促進され、吸蔵能の向上につながったためと考えられる。
森山 和広*; 村木 啓太*; 岸本 雅彦*; 阿部 浩之; 原木 岳史*; 内田 裕久*
no journal, ,
水素吸蔵合金の材料表面改質の手法として、電子線照射をとりあげ、電子線の照射雰囲気がMmNi
系水素吸蔵合金の電気化学的水素吸収放出特性に及ぼす影響について調べた。それぞれの照射雰囲気(大気,真空中,Heガス雰囲気中)と水素吸収速度の関係を比較すると、未照射サンプルと比べ大気中照射、真空中照射の順で水素吸収速度が向上した。しかし、He雰囲気中照射では水素吸収速度が、未照射と比べ変化が見られなかった。照射サンプル表面層のXPS分析を行った結果、大気中と真空中照射サンプルではLaとCeの酸化物が表面層にランダムに形成されており、これら酸化物層が水素吸収速度に寄与している可能性が示唆された。
徳平 真之介*; 森山 和広*; 阿部 浩之; 内田 裕久*
no journal, ,
水素吸蔵合金の電気化学的水素反応は、合金試料の表面状態によって異なるため、表面状態をコントロールすることは非常に重要である。本研究では、表面改質を目的に、電子線照射が水素吸蔵の初期反応速度へ及ぼす影響について調べた。その結果、未照射に比べ、電子線照射サンプルの方が水素吸蔵初期反応速度が5倍速くなる結果が得られた。XPS測定を行ったところ、LaOとCeOの酸化物が表面層に形成されていることがわかり、これら希土類元素の酸化物層によって水素吸蔵反応が促進させられたと考えられる。
阿部 浩之; 森山 和広*; 徳平 真之介*; 内田 裕久*; 大島 武
no journal, ,
イオン照射によって材料表面改質させることで、水素吸蔵能の向上を図った。本研究では、水素吸蔵能として初期水素吸蔵反応速度に着目し、単色プロトンビーム照射と多段のエネルギーでプロトン照射した場合について比較した。サンプルは実用材料(MHバッテリーの負極材)等に利用されているミッシュメタルを用い、プロトンのエネルギーは30, 100, 350keVとした。その結果、単色プロトンビームを5.010
cm
照射した場合、未照射に比べ24倍の初期水素吸蔵反応速度の向上が見られた。さらに、30, 100, 350keVプロトンビームを単色ビームとトータルドーズを合わせ(それぞれ、2.010, 1.510, 1.510cm)て多段照射した場合、単色エネルギー照射に比べ2倍程度吸蔵速度が向上することが見いだされた。このことから、単色エネルギーによる特定深部への高濃度欠陥導入より、多段エネルギーを用いた表面からある程度の厚さを持った欠陥層を形成する方が初期水素吸蔵反応速度の向上に有効であることが示唆された。
阿部 浩之; 森山 和広*; 村木 啓太*; 柿間 博武*; 内田 裕久*
no journal, ,
水素吸蔵材料(合金)の表面では大気中において酸化被膜や水酸化被膜が形成される。その結果、気相反応では水素分子の解離が、液相反応では水分子の解離が著しく阻害され、水素吸収速度が低下することが一般的に知られている。そのため、水素吸蔵材料の水素吸収反応において表面がどのような状態であるかが重要になってくる。本研究では、KOHによるアルカリ処理とイオン照射(La, Ce)による表面処理が水素吸蔵材料の初期水素吸収速度に及ぼす影響を調べた。希土類イオン照射により活性化した表面は酸化被膜が形成されるが、アルカリ処理を施すことで、表面に形成した酸化被膜中にカリウム原子が侵入し、これが水素の解離を促すことによって、反応が促進されることが明らかとなった。照射量が一定量を超える希土類イオン照射とその後のアルカリ処理を組み合わせることで、吸蔵能向上が得られることが判明した。