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論文

Development of a high power wideband polarizer for electron cyclotron current drive system in JT-60SA

三枝 幹雄*; 小山 岳*; 松原 史明*; 滝井 啓太*; 佐井 拓真*; 小林 貴之; 森山 伸一

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.577 - 582, 2015/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.14(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA用電子サイクロトロン加熱電流駆動装置で採用が期待される2周波数ジャイロトロン用に110GHzと138GHzで使用可能な大電力広帯域マイターベンド型偏波器の開発を行った。マイターベンドに組み込んだ2種類(偏波面回転用と楕円偏波の軸比制御用)の回折格子の溝の深さは、2周波数に対して数値計算により最適化を行った。低電力試験の結果から、偏波面回転用と楕円偏波の軸比制御用の偏波器を組み合わせて、2周波数で全偏波が発生できる事を確認した。また熱応力の評価は有限要素法で行った。偏波面回転用マイターベンド型偏波器の大電力試験を110GHzで0.24MW、3秒まで行い、偏波器のジュール損失の回転角依存性が理論と矛盾しないことを確認した。

論文

レーザー加工トーチを用いた配管表面肉盛溶接技術の研究

寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔; 森山 拓*; 松田 宏康*

保全学, 13(4), p.87 - 94, 2015/01

New maintenance technique was proposed using a hand-held laser torch for aging chemical plants and power plants. The hand-held laser torch was specially designed to be able to access limited tubular space in various cases. A composite-type optical fiberscope was composed of a center fiber for beam delivery and surrounded fibers for visible image delivery. Laser irradiation on a work pieces with the best accuracy of filler wire was carried out. And, we found that the optimized wire-feed speed was 2 mm/s in laser cladding. We succeeded to make a line clad on the inner wall of 23 mm tube. This technique was discussed to be applied to the maintenance for cracks or corrosions of tubes in various harsh environments.

論文

Observation of ion cyclotron emission owing to DD fusion product H ions in JT-60U

佐藤 翔一*; 市村 真*; 山口 裕資*; 片野 誠*; 今井 康隆*; 村上 達也*; 三宅 勇一郎*; 横山 拓郎*; 森山 伸一; 小林 貴之; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 5, p.S2067_1 - S2067_4, 2010/12

JT-60Uで観測されるイオンサイクロトロン放射(ICE)のなかで、入射したDビームに起因するICE(D)と核反応生成(FP)イオンに起因するICEでは、トロイダル方向の波数が異なり、FPイオンによるICEは有限な波数を持つことがこれまでに観測されている。この性質を利用して、ICE(D)の2倍高調波と分離してICE(H)を同定した。ICE(H)が観測される条件を明らかにすることを目的として、実験条件の特定とEPOCコードを用いて軌道の計算をしている。

論文

Status of JT-60SA tokamak under the EU-JA broader approach agreement

松川 誠; 菊池 満; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 林 孝夫; 東島 智; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井手 俊介; 石田 真一; et al.

Fusion Engineering and Design, 83(7-9), p.795 - 803, 2008/12

 被引用回数:16 パーセンタイル:74.37(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAは、日欧の幅広いアプローチの下で建設する完全超伝導トカマク装置で、ITERや原型炉への貢献を目指している。2007年の両極の国会批准後、実質的には既に建設段階に移行している。JT-60SAは、既存の建屋,電源,プラズマ加熱装置,計測装置などの、JT-60U設備の最大限の有効利用が前提であり、完全に新作する主たる機器は本体装置のみである。最大プラズマは電流5.5MAで、プラズマ主半径3.06m,アスペクト比2.65,非円形度1.76,三確度0.36である。最大プラズマ加熱入力41MW,プラズマ電流のフラットトップ時間は100秒間である。本論文では、トカマク装置本体だけでなく、プラズマ加熱装置や遠隔保守装置の設計などについても言及するとともに、EUとの技術的な議論を踏まえて行った超伝導導体に関する最近の設計変更案などを紹介し、装置の全体像を明らかにする。

論文

Study on stabilization effect of neutral soft donor on trivalent lanthanide and actinide dicarboxylate complexes by time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy

佐々木 隆之*; 久保 新太郎*; 小林 大志*; 桐島 陽*; 木村 貴海; 窪田 卓見*; 高木 郁二*; 森山 裕丈*

Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences, 6(1), p.51 - 54, 2005/07

第2アミン,エーテル酸素などの中性ドナーを含むジカルボン酸とEu, Am及びCmなどの3価f元素との安定度定数を25$$^{circ}$$C、0.1M過塩素酸ナトリウム溶液中で溶媒抽出法により決定し、6種類のカルボン酸(グルタル酸,ジグルコール酸,イミノ二酢酸,エチレンジアミン二酢酸など)を系統的に比較検討した。さらに、時間分解レーザー誘起蛍光分光法により、1:2錯体中のEu(III)の内圏水和数を決定した。以上のデータに基づいて、f元素の錯形成におけるソフトドナー原子の役割とアクチノイドとランタノイドの選択性に関する多重ソフトドナー原子の影響について議論した。

論文

The 110-GHz electron cyclotron range of frequency system on JT-60U; Design and operation

池田 佳隆; 春日井 敦; 森山 伸一; 梶原 健*; 関 正美; 恒岡 まさき*; 高橋 幸司; 安納 勝人; 濱松 清隆; 平内 慎一; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.435 - 451, 2002/09

 被引用回数:24 パーセンタイル:82.32(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uにおける局所加熱と電流駆動を目的として、電子サイクロトロン周波数(ECRF)加熱装置を設計,開発し、運転を行った。周波数は、弱磁場側からの基本波Oモードを入射する110GHzを採用した。本システムは、単管出力1MWレベルのジャイロトロンを4本,その大電力を伝送する4本の伝送系,さらに2基のアンテナから構成される。エネルギー回収機構とダイヤモンド出力窓が、ジャイロトロンの特徴である。エネルギー回収機構を利用するとともに、その発振動作を考慮して高圧電源の改造を行うことにより、主電源が一定電圧制御の無いJT-60高周波加熱設備においてもジャイロトロンの発振を可能とした。またダイヤモンド出力窓の採用により、伝送系の伝搬モードに効率よく変換できる出力モードを実現し、低損失導波管の採用とあわせ、60mの長距離伝送においても約75%の高効率伝送を実現した。2基のアンテナは、高周波の入射方向をプラズマ放電中に制御可能であり、これにより局所的な加熱/電流分布制御を実現した。2000年には3系統によりプラズマ総入射パワー1.5~1.6MW,3秒までの運転を行い、電子温度15keVの達成や、MHD制御等の実験に用いられた。2001年には4系統のシステムが完成し、約3MWレベルの運転が実施された。

論文

Development and operation of the Lower Hybrid Range of Frequency system on JT-60U

関 正美; 池田 佳隆; 前原 直; 森山 伸一; 内藤 磨; 安納 勝人; 平内 慎一; 下野 貢; 篠崎 信一; 寺門 正之; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.452 - 466, 2002/09

 被引用回数:14 パーセンタイル:67.53(Nuclear Science & Technology)

JT-60U用低域混成波(LHRF)システムの開発及び運転結果について総合的にレビューする。LHRFシステムは、2GHz帯で1MWの大出力クライストロンを24本持ち、3つの通常型アンテナを用いて約8MWの入射を行った。電流駆動効率や放射スペクトラム制御性の改善及び入射電力の向上のため、既存のアンテナを3分岐型へ、さらに12分岐型のアンテナへと開発を進めた。12分岐型アンテナでは、既存の伝送系導波管数を1/4に削減でき、システムの簡素化に成功した。さらに7MWの入射電力を実現するほか、3.6MAの世界最高の非誘導駆動電流や3.5$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-2}$$AW$$^{-1}$$の世界最高の電流駆動効率を達成した。アンテナからのガス放出は、コンディショニングを行うことで、約1$$times$$10$$^{-6}$$Pam$$^{3}$$/sm$$^{2}$$と低くすることができ、従来から使用されて来た専用の真空排気装置を不要とできることを実証した。アンテナとプラズマの結合可能距離は、中性ガスを注入することで遠隔化できることを明らかにした。JT-60UのLHRFシステムは、世界をリードする電流駆動研究の原動力として稼動し、上記の成果をあげ、さらに次世代のLHRFアンテナの設計指針を与えるなど大きく貢献している。

論文

Initial results of electron cycloton range of frequency (ECRF) operation and experiments in JT-60U

池田 佳隆; 春日井 敦; 高橋 幸司; 梶原 健; 諫山 明彦; 井手 俊介; 寺門 正之; 篠崎 信一; 横倉 賢治; 安納 勝人; et al.

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.351 - 363, 2001/01

 被引用回数:35 パーセンタイル:91.25(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uの高周波加熱として、電子サイクロトロン(EC)波による局所加熱/電流駆動の初期運転及び実験結果を報告する。本システムは、固体電流スイッチと高安定加速電源を従来の高周波加熱装置に付加することによりEC波を発振させるものであり、現在まで発振出力1MW,2秒,プラズマ入射電力0.75MW,2秒に成功した。局所加熱においては、アンテナの準光学可動鏡により、プラズマ中心から端まで、約15cmの中で加熱位置を制御できることを確認するとともに、入射の偏波条件を最適化することで、0.75MW,0.3秒の入射で中心電子温度を4.4keV上昇することに成功した。さらにNBIによる高$$beta_{p}$$ HモードプラズマにEC波を入射し、中心電子温度を約10keVに維持することを確認した。

論文

Recent RF activities on JT-60U

池田 佳隆; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 井手 俊介; 今井 剛; 諫山 明彦; 岩瀬 誠; 春日井 敦; 近藤 貴; 草間 義紀; et al.

AIP Conference Proceedings 485, p.279 - 287, 1999/09

最近のJT-60Uにおける高周波実験の成果を報告する。低域混成波(LHCD)では、閉じ込めの良い負磁気シア配位を、4.7秒定常的に保持することに成功した。またLHCD単独による中心電子温度11keVを越える高温プラズマ加熱を確認した。イオンサイクロトロン波(ICRF)では、負磁気シア配位での、ICRFによる高速イオンの閉じ込め減少の原因を明らかにするとともに、粒子補給の少ない状態での負磁気シア特性を調べた。電子サイクロトロン波(ECH)では、大型トカマクとして初めて、入射に成功するとともに、局所加熱制御及び中心加熱において、5.5keVの高温プラズマ加熱に成功した。

論文

High-power test of the all-metal supports for a center conductor of an ITER ICRF antenna

森山 伸一; 木村 晴行; 藤井 常幸; 三枝 幹雄*; 今井 剛; 山本 巧; 新井 宏之*; 太田 完治*

Fusion Engineering and Design, 45(1), p.31 - 40, 1999/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:21.95(Nuclear Science & Technology)

ITER R&Dタスク「ICRFアンテナ及び真空部伝送系開発」に基づき、ITERアンテナ用全金属支持体の実サイズモックアップを設計、製作し、試験を行った。まず、広い周波数帯域で高周波特性が最適となる支持体間の間隔を、2台のモックアップを用いた低電力高周波測定により求めた。間隔2.625mの時、40-85MHzの全帯域でVSWR$$<$$2.3、最重要帯域である55-65MHzではVSWR$$<$$1.8の良好な特性が得られた。続いて60MHzの大電力高周波を用いて耐電圧試験を行い、目標としていた発生電圧40kVを上回る42.5kV、1秒間(100msでは45.5kV、1msでは55kV)を達成し、製作したアンテナ全金属支持体のモックアップがITERのICRFアンテナに十分適用可能な性能を有することを確かめた。

論文

Real-time impedance matching by frequency feedback control in Ion Cyclotron Range of frequency heating experiments in JT-60U and future tokamaks

森山 伸一; 木村 晴行; 藤井 常幸; 山本 巧; 三枝 幹雄*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 37(11), p.6204 - 6209, 1998/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.92(Physics, Applied)

JT-60ICRF加熱装置において、アンテナ-伝送ライン間のインピーダンス整合の実時間制御を実現する、周波数フィードバック制御システムを設計、製作し、実験においてその有効性を確認した。ICRF加熱実験において、プラズマパラメータの変化によるアンテナインピーダンスの変化は避けられないが、このとき発生する反射電力は大電力の入射を行う上で大きな障害となる。JT-60では周波数フィードバック制御システムを用いてインピーダンス整合を実時間で自動的に行い、反射電力を低く保つことに成功した。8系統のアンテナ電流導体に1周波数の高周波を給電するシステムでの周波数フィードバック制御では、安定して全系統の反射を低く保つことは容易ではないが、これをアルゴリズムを工夫したデジタル制御を用いて実現した。ITERのICRF加熱装置においても多系統1周波数のシステムが設計されており、本方式が有効であると考えられる。

論文

Design and power test of a new hybrid RF generator composed of a tetrode and a solid-state driver for ICRH

森山 伸一; 藤井 常幸; 木村 晴行; 三枝 幹雄; 山本 巧; 前原 直; 小川 芳郎*; 奥津 平二*; 小林 則幸*

Fusion Technology 1994, 0, p.549 - 552, 1995/00

ITER等の次世代トカマクの加熱装置として、有力な候補であるイオンサイクロトロン帯高周波(IC)加熱装置には、高出力、高効率、広帯域の高周波源が必要である。この要求を満たし、四極管一本と全固体入力回路で構成された新型高周波源を開発中である。四極管は増幅率の大きいカソード接地動作とし、コントロールグリッドを、電界効果トランジスタ(FET)を用いたスイッチング回路によって駆動する。周波数の切り換えに用いる可動素子が従来型高周波源で12~14個必要なのに対して、新型高周波源は合計4個でよいので高速で高信頼性の機構が実現できる。高周波源の構成が単純になるので、冷却装置、補助電源の簡略化が可能で設置面積を小さくでき、出力電力あたりのコストを抑えることができる。原理検証として、すでに1993年に4個のFETと東芝製8F76Rを用いて70MHzにおいて9kWの出力を確認している。今回、ITERのIC加熱装置の周波数範囲である20~90MHzでのMW級動作を念頭に置き、24個のFETを用いた設計を行った。これに基づいて試作した固体入力回路の動作試験を行い、1MWの出力が可能な発生電圧を確認した。

論文

High coupling performance of JT-60U ICRF antennas

三枝 幹雄; 森山 伸一; 藤井 常幸; 木村 晴行; 佐藤 正泰; 細金 延幸; 根本 正博; 山本 巧

Nuclear Fusion, 34(2), p.276 - 282, 1994/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:60(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60U ICRFアンテナの極めて良好な結合特性が確認され、加熱に適した逆相モードにて5MWまでの加熱入力が達成された。逆相モードでは、1~5.5$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$の広い平均電子密度領域にて、アンテナのファラデーシールドからプラズマのセパラトリックスまでを13cmまで離した状態で約4$$Omega$$の結合抵抗が観測され、良好な加熱結果が得られた。これらの結果は、核融合炉用アンテナの設計に対して、プラズマから第一壁やファラデーシールドへの熱負荷の低減に大きく寄与しうる。一方同相モードでは、ファラデーシールドからセパラトリックスまでを33cmまで離しても結合抵抗がなお5$$Omega$$程度得られたが、加熱効率は逆相に比べ著しく低かった。

論文

First results of JT-60U ICRF heating system

森山 伸一; 藤井 常幸; 三枝 幹雄; 安納 勝人; 横倉 賢治; 五十嵐 浩一*; 寺門 正之; 木村 晴行; 山本 巧

Fusion Technology 1992, Vol.1, p.584 - 588, 1993/00

JT-60UICRF加熱装置は、92年1月に運転を開始した。結合特性、インピーダンス整合及びパワーアップに関して計算と比較して報告する。開口面積が旧アンテナの約3倍ある新2$$times$$2ループアンテナはJT-60で加熱効率の良かった($$pi$$,0)位相加熱に最適化を行って設計され、N$$_{11}$$=3である。新アンテナにより、セパラトリクス・第1壁距離約10cmと比較的距離大の場合でもne=1~2$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$のプラズマに対し5$$Omega$$程度の十分な結合抵抗が得られた。周波数帰還制御と1スタブ+位相器の新インピーダンス整合系との組み合わせで良好な整合が得られた。初期実験において1.5MW0.5秒(116MHz)の入射を達成した。アンテナでの発生電圧が1kV$$_{p}$$程度のパワー領域で入反射電力の振動を観測した。これはマルチパクタ放電に起因する電力一定帰還制御の振動と見られるが、400kWレベルまで瞬時にパワーを立ち上げることで、その影響は回避できた。

口頭

Development of plasma heating and current drive systems for JT-60U and JT-60SA

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。

口頭

JT-60UにおけるD-D反応生成プロトンに起因するICEの研究

佐藤 翔一*; 市村 真*; 山口 裕資*; 片野 誠*; 今井 康隆*; 村上 達也*; 三宅 勇一郎*; 横山 拓郎*; 森山 伸一; 小林 貴之; et al.

no journal, , 

JT-60Uで観測されるイオンサイクロトロン放射(ICE)のなかで、入射したDビームに起因するICE(D)と核反応生成(FP)イオンに起因するICEでは、トロイダル方向の波数が異なり、FPイオンによるICEは有限な波数を持つことがこれまでに観測されている。この性質を利用して、ICE(D)の2倍高調波と分離してICE(H)を同定した。ICE(H)が観測される条件を明らかにすることを目的として、実験条件の特定とEPOCコードを用いて軌道の計算をしている。

口頭

大電力ミリ波帯広帯域偏波器の開発研究

佐井 拓真*; 松原 史明*; 滝井 啓太*; 小山 岳*; 三枝 幹雄*; 小林 貴之; 森山 伸一

no journal, , 

核融合プラズマの加熱電流駆動方式の一つである電子サイクロトロン電流駆動方式において、電流駆動効率を最大にするためには、入射電磁波を磁力線に対して最適な角度でかつ、特定の楕円偏波で入射する必要がある。最適な楕円偏波を発生させるには、2個の反射型回折格子(TwisterとCircular Polarizer)を用いた偏波器が必要である。従来は単一の周波数に対応した偏波器が用いられていたが、近年、2周波数ジャイロトロン(110,138GHz)の開発に伴い、広帯域で利用可能な偏波器が必要となった。まず数値計算で最適設計を行った後、TwisterとCircular Polarizerのモックアップを設計・製作し、低電力試験で偏波特性を求め、この2枚を組み合わせて生成される偏波をポアンカレ球上にプロットし、全ての偏波が生成可能であることを確認した。また大電力試験をジャイロトロンの発振周波数110GHz、出力約0.24MW、発振幅3sまで行い、偏波器のジュール損失の回転角依存性が理論と矛盾しないことを確認することができた。

口頭

大電力ミリ波帯広帯域偏波器の開発研究

佐井 拓真*; 松原 史明*; 石田 義貴*; 三枝 幹雄*; 小林 貴之; 森山 伸一

no journal, , 

2周波数ジャイロトロン(110,138GHz)の開発に伴い、広帯域で使用可能なJT-60SA電子サイクロトロン波帯加熱電流駆動装置用の偏波器の開発を行った。広帯域マイターベンド型偏波器はTwisterとCircular Polarizerで構成されており、低電力用モックアップ偏波器を用いて、2周波数において任意の偏波が調整可能であることを低電力試験及び計算により確認した。次に110GHz, 0.25MW, 3sでの大電力試験を行い、偏波器とマイターベンド部分での耐電力特性とジュール損失の回転角依存性の評価を行った。また、大電力試験用Twisterの低電力試験を行い、楕円長軸の回転角τが任意に調整可能であることを確認すると同時に、偏波器の小型化・低コスト化を目指して、構造設計の見直して、及びその構造での熱応力解析を行った。その結果、大電力偏波器の小型軽量化に一定の目途がついた。

口頭

JT-60SA電子サイクロトロン加熱電流駆動装置用広帯域偏波器の開発の進展

堀江 直之*; 佐井 拓真*; 大森 航平*; 三枝 幹雄*; 小林 貴之; 森山 伸一; 安良田 寛*; 宇野 毅*

no journal, , 

JT-60SAの電子サイクロトロン加熱電流駆動装置に用いる偏波器の開発を行っている。偏波器は周波数依存性のあるミリ波コンポーネントであるため、110GHz及び138GHzの両周波数での実験運転を想定している同装置では、広帯域化が開発のポイントである。また、導波管当たり1MWのパワーを100秒間伝送することを想定しているため、ミリ波の損失を抑え、発熱を効果的に冷却する機構も重要である。本開発研究では、既に良好なミリ波性能を計算と低電力試験で確認しているプロトタイプについて、熱応力解析を行うために計算コードを開発・計算するとともに、JT-60SAジャイロトロンを用いた1MW級の大電力試験を行って、発熱を評価した。

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