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錦織 良; 小島 有志; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 吉田 雅史; 市川 雅浩; 平塚 淳一; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2401014_1 - 2401014_4, 2016/03
ITERやJT-60SAにおける中性粒子入射装置では、多孔多段(MAMuG)加速器による高エネルギー、大電流ビームの安定供給が要求されている。これらの加速器の設計に向けては、真空放電で決まる耐電圧の予測が重大な課題となっており、原子力機構では、MAMuG加速器をの耐電圧を物理理解に基づいて設計するために、真空放電の物理過程の研究を実施している。これまでの研究成果から、この真空放電は電界放出電子による暗電流が起点となっていると考えている。しかし、F-N理論によれば、暗電流は電界増倍係数
によって決まるが、これまでは実験的にしか求めることができなかった。そこで、今回、の決定機構を調べるために、MAMuG加速器の大面積電極の電界の異なる3つの領域で独立に暗電流を測定した。その結果、は電極のコンディショニングと共に低下するが、絶縁破壊電界Eによって表される実効電界Eが一定で1MV/mmであることが分かった。これは、小型電極から求めた実効電界Eよりも1桁大きい値であり、面積の依存性を示唆していると考えている。このEの値を利用することにより、絶縁破壊電界時におけるを求めることができ、暗電流の評価と耐電圧の予測を関連付けることができると考えている。
小島 有志; 花田 磨砂也; Jeong, S. H.*; Bae, Y. S.*; Chang, D. H.*; Kim, T. S.*; Lee, K. W.*; Park, M.*; Jung, B. K.*; 藻垣 和彦; et al.
Fusion Engineering and Design, 102, p.81 - 87, 2016/01
被引用回数：8 パーセンタイル：47.39(Nuclear Science & Technology)原子力機構では、JT-60SAで利用する中性粒子入射装置の実現に向けて、高出力長パルスの正イオン源を開発中であり、今回、JT-60SAの要求値を超える2MWの正イオンビームを100秒間生成することに成功した。本実験は、「日本原子力研究開発機構と韓国国立核融合研究所との間の核融合研究開発に関する協力のための取決め」に基づいた共同実験として韓国原子力研究院において実施した。その結果、ビームの生成時間が30秒を超えると、イオンを生成するための放電ガス圧の変化がビーム電流値の時間的変化を引き起こすことが分かった。さらに、ビーム電流が変化するため、ビーム電流値とイオン源加速電極の電圧配分で決まるビームの収束性が時間とともに悪化していることが判明した。この収束性の悪化により、ビームの一部が加速電極に衝突し、電極の熱負荷が過大となり、加速電極間で絶縁破壊が発生し、ビーム生成時間が制限されていることが初めて分かった。そこで、イオン源の動作ガス圧を制御してビーム電流の時間的変動を低減するとともに、加速電極電圧の配分を細かく調整することでビーム収束性の悪化を抑えて熱負荷を低く保ち、2MWのビームを100秒間生成することに成功した。これらの長時間運転手法の開発と実証により、JT-60SAでの100秒運転に見通しがついた。
小島 有志; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 梅田 尚孝; 平塚 淳一; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; Grisham, L. R.*; NB加熱開発グループ
AIP Conference Proceedings 1655, p.060002_1 - 060002_10, 2015/04
被引用回数：6 パーセンタイル：84.50(Physics, Applied)JT-60SA用負イオン源に向けては、22Aの大電流負イオンを100秒間生成することが大きな課題である。負イオンを長時間効率よく生成するためには、これまでの研究の結果、セシウム原子層が形成されることで負イオン生成が促進されるプラズマ電極の温度を、200
C程度の高温に維持する必要があることが分かっている。そこで、1気圧で高沸点を有するフッ素系冷媒をプラズマ電極内に循環させて温度を制御する手法を開発し、目標の電流密度(120-130A/m
)を100秒間維持する原理実証に成功した。その結果を基に、全引出領域において電極温度を制御する実機プラズマ電極を製作し、試験を開始した。初期結果として、原理実証用電極と同様の制御時定数が得られ、プラズマ電極の全引出領域において、温度を一定に制御することに成功した。また、セシウムを導入して負イオン電流量を増大させ、現在までに70%の出力に相当する15Aの大電流負イオンビームを100秒間一定に生成することに成功している。
小島 有志; 花田 磨砂也; 井上 多加志; NB加熱開発グループ; 山納 康*; 小林 信一*
Journal of the Vacuum Society of Japan, 56(12), p.502 - 506, 2013/12
JT-60NNBIの負イオン源は加速ギャップを調整することにより加速器の低耐電圧を克服し、500keVビームを3Aまで生成することに成功した。しかし、JT-60SAに利用する次期負イオン源では、ビーム光学と耐電圧の両方に最適な加速ギャップ調設計するため、ギャップ長と耐電圧の関係を決定する隠れた物理パラメーターを理解する必要がある。その一つとして、実機負イオン源の大面積多孔電極及び小型電極を用いて、平坦部の3倍近い局所高電界が生成している加速電極孔の数の-0.15乗に従って耐電圧性能が変化することを明らかにした。さらに、電極孔周りのエッジを平滑化することにより、局所高電界分布を緩和し、耐電圧性能が改善できることを明らかにした。これらの結果、真空長ギャップ放電に支配されている真空耐電圧に対する電界分布の影響という新たな知見を得て、JT-60SA用負イオン源加速電極の設計データを取得することに成功した。
小島 有志; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 吉田 雅史; 平塚 淳一; NB加熱開発グループ
no journal, ,
原子力機構では、JT-60SAやITERで利用する中性粒子入射装置の開発に向けて、大型高エネルギー負イオン源を開発中であり、100秒を超える負イオンの長時間生成・加速の実現を目指した研究開発を進めている。高エネルギー化に向けては、負イオン源で利用する大面積多孔加速電極の真空耐電圧を実験的に明らかにした結果、JT-60SAやITERで要求される500keV, 1MeVの高エネルギービームの加速に成功した。負イオン生成の長時間化に向けては、セシウム添加時の負イオン生成面であるプラズマ電極を高温に維持する技術を開発した結果、負イオン生成効率が減少する時定数が30sから100秒以上に改善し、15Aの大電流負イオンを従来よりも3倍以上長い100秒間生成することに世界で初めて成功した。長時間の負イオン加速に向けては、負イオンビームや電子が電極に衝突して生じる熱負荷の低減及び熱除去が重要であり、ITER級の電子熱負荷を許容できる冷却性能を持つ引出電極を開発し、残留磁場で偏向する負イオンビームの軌道制御技術を組み合わせて、負イオンビームの透過率を改善した新しい引出部を開発した。その結果、700keV, 100A/mの負イオンビームを従来の7倍以上長いパルス幅である60秒間維持することに成功した。
小島 有志; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; NB加熱開発グループ
no journal, ,
JT-60SAに向けては、22Aの大電流負イオンを100秒間生成することが大きな課題である。負イオンを長時間効率よく生成するには、Csの付着したプラズマ電極の温度を200C程度に維持する必要があるが、従来の慣性冷却型プラズマ電極では、パルスと共に電極温度が上昇することが問題であった。そこで、高温フッ素系冷媒をプラズマ電極内に循環させるシステムを開発した。その結果、7秒程度の短い時定数でプラズマ電極の温度を一定に制御することが可能となり、要求値の9割である120A/mの高密度負イオンビームを、100秒間生成することに成功した。
小島 有志; NB加熱開発グループ
no journal, ,
原子力機構では、JT-60SAやITERで利用する中性粒子入射装置の開発に向けて、大型高エネルギー負イオン加速器を開発中であり、100秒を超える負イオンの長時間生成・加速の実現を目指した研究開発を進めている。これまで、高エネルギー負イオンの長パルス加速に向けては、多孔多段加速器の耐電圧の改善及び多孔ビームの軌道補正による熱負荷の低減が大きな課題となっていた。耐電圧については、大面積多孔電極の面積、孔数、段数が耐電圧に与える影響を系統的に調べており、その結果を基に加速器を改良し、JT-60SAやITERで要求される500keV, 1MeVの高エネルギービームの加速に成功すると共に多孔多段加速器の耐電圧設計手法を確立した。また、多孔ビームの軌道補正に関しては、光軸変位による軌道補正手法を3次元軌道計算により多孔ビームに適用し、加速器内の磁場による負イオンビームの偏向を補正する手法を開発した。さらに、ITER級の電子熱負荷を許容できる冷却性能を持つ引出電極に偏向補正手法を組み合わせた新しい引出部を開発した。その結果、加速器内部での熱負荷を電源出力の12%に抑制し、ITER用加速器の設計よりも低い熱負荷を実現した。これにより、700keV、100A/mの負イオンビームを従来の7倍以上長いパルス幅である60秒間維持することに成功した。これは、JT-60SA級の高エネルギー密度ビームの長パルス加速と同等であり、現在ITER級の長パルス加速を目指した研究開発を継続中である
小島 有志; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; NB加熱開発グループ
no journal, ,
JT-60SA用負イオン源に向けては、22Aの大電流負イオンを100秒間生成することが大きな課題である。負イオンを長時間効率よく生成するためには、これまでの研究の結果、セシウム原子層が形成されることで負イオン生成が促進されるプラズマ電極の温度を、200C程度の高温に維持する必要があることが分かっている。そこで、1気圧で高沸点を有するフッ素系冷媒をプラズマ電極内に循環させて温度を制御する手法を開発し、目標の電流密度(120-130A/m)を100秒間維持する原理実証に成功した。その結果を基に、全引出領域において電極温度を制御する実機プラズマ電極を製作し、試験を開始した。初期結果として、原理実証用電極と同様の制御時定数が得られ、目標値の22Aの負イオン生成のパルス幅を10秒間まで伸長し、今回開発した電極の性能に問題が無いことが確認できた。今後、さらにパルス幅を伸長し、100秒間を目指す。
小島 有志; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 井上 多加志; 柏木 美恵子; NB加熱開発グループ
no journal, ,
JT-60SA用負イオン源において22Aの負イオンビームを100秒間生成を実証するため、新たに実機電源を利用したテストスタンドを建設した。本テストスタンドでは、セシウム添加による負イオンの表面生成を定常的に維持する温度制御型プラズマ電極の開発や、負イオンビームの不均一性に起因する電極熱負荷の改善を行う。今回検討を行った結果、高温フッ素系冷媒によりプラズマ電極を冷却し、負イオン生成が劣化するよりも早い時定数の10秒程度で、負イオン生成に最適な270度の温度を定常的に維持できることがわかった。さらに、磁石配置を対称にして高速電子のドリフトを制御することにより、不均一性が30%から10%にまで改善できることがわかった。また、本テストスタンドにおいて初期実験を行った結果、磁石配置を改善していない状態で生成される不均一なプラズマを再現し、計算結果がその電子温度分布と矛盾しないことを確認した。これにより、計算によって最適化された磁場配位において一様な分布が得られる見通しを得た。
