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論文

22A beam production of the uniform negative ions in the JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 畑山 明聖*; 柴田 崇統*; 山本 崇史*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; et al.

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.616 - 619, 2015/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:27.12(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAのプラズマ加熱および電流駆動装置として利用する世界最大の負イオン源では、要求値となる22Aの大電流負イオンビームの100秒生成を目指している。そのためには、40cm$$times$$110cm(全1000穴)のビーム引出面積から生成されるビームの一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの親粒子である水素原子および水素イオンをより一様に生成するために、磁場分布・高速電子分布計算結果および実験結果に基づいて、従来の横磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造に改良した。これにより、全プラズマ電極に対する一様な領域は、従来よりも1.5倍まで改良し、この一様な領域からJT-60SAの要求値を満たす22Aのビーム生成を可能にした。このときのビーム電流密度は210A/m$$^{2}$$であり、これはITERの負イオン源にて要求される200A/m$$^{2}$$をも満たすビーム生成に成功した。

論文

Progress in long-pulse production of powerful negative ion beams for JT-60SA and ITER

小島 有志; 梅田 尚孝; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

Nuclear Fusion, 55(6), p.063006_1 - 063006_9, 2015/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:8.89(Physics, Fluids & Plasmas)

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による100秒を超える負イオン生成・加速の実証を目指した研究を進めている。まず、JT-60SA用負イオン源の負イオン生成部のプラズマ閉じ込め用磁石配置を変更することにより、生成されたプラズマの密度分布を一様化することに成功した。これにより、引出領域の83%から一様な負イオンビームを生成し、これまでの最高値17Aを大きく超える32Aの負イオン電流を1秒間引き出すことに成功した。この磁場配位とこれまでに開発した長時間負イオン生成用温度制御型プラズマ電極を適用し、さらに負イオン電流のフィードバック制御手法を用いることにより、15Aの大電流負イオンビームを100秒間維持することに成功した。これは、JT-60SAの定格の68%の電流に相当し、パルス幅は定格を満たしている。また、ITER用高エネルギー加速器の開発に向けては、負イオンビームが加速途中で電極に衝突して生じる熱負荷を低減するだけでなく、負イオンと同時に引き出される電子を熱的に除去することが重要であった。今回、冷却構造を改良することにより従来の5倍の電子熱負荷を許容できると共に、残留磁場で偏向する負イオンビームの軌道制御機構を組み合わせて、新しい引出部を開発した。その結果、700keV、100A/m$$^{2}$$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。

報告書

JT-60中性粒子入射加熱装置の解体

秋野 昇; 遠藤 安栄; 花田 磨砂也; 河合 視己人*; 椛澤 稔; 菊池 勝美*; 小島 有志; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.

JAEA-Technology 2014-042, 73 Pages, 2015/02

JAEA-Technology-2014-042.pdf:15.1MB

日欧の国際共同プロジェクトであるJT-60SA計画に従い、JT-60実験棟本体室・組立室及び周辺区域に設置されている中性粒子入射加熱装置(NBI加熱装置)の解体・撤去、及びその後の保管管理のための収納を、2009年11月に開始し計画通りに2012年1月に終了した。本報告は、NBI加熱装置の解体・収納について報告する。

論文

Improvement of uniformity of the negative ion beams by Tent-shaped magnetic field in the JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02B314_1 - 02B314_4, 2014/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:48.46(Instruments & Instrumentation)

負イオン中性入射装置では、JT-60SAにて要求される22Aの大電流を生成するために、負イオン源内の負イオンビームの一様性を改善する必要がある。本研究では、イオン源の磁場構造を従来のカスプ磁場配位からテント型磁場配位に改良した。磁場構造を改良することによって、負イオンビームの一様性を負イオンの生成効率を劣化させることなく、10%以下に改善することができた。

論文

Origin of non-uniformity of the source plasmas in JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 井上 多加志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405146_1 - 2405146_4, 2013/11

本研究では、JT-60負イオン源の端部から引き出される負イオンビームの密度が低い原因を明らかにするために、負イオン源内での負イオン生成の元となる水素イオン及び水素原子の密度分布を静電プローブ及び分光計測にて調べた。またフィラメントから電子の軌道分布を計算コードにて求めた。その結果、負イオンビームの密度が低くなる原因は、電子のB$$times$$grad Bドリフトによって負イオンが非一様に生成されるためであることがわかった。また、負イオンビームが電子数の多い端部では高密度の負イオンを、電子数の少ない反対側の端部では低密度の負イオンを引き出すために歪んでしまい、接地電極に当たっていることも明らかとなった。

論文

Progress in development and design of the neutral beam injector for JT-60SA

花田 磨砂也; 小島 有志; 田中 豊; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 秋野 昇; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.835 - 838, 2011/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.72(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAにおいては、12基の正イオン中性粒子入射装置(NBI)と1基の負イオンNBIを用いて、合計30MWの重水素原子を100秒間プラズマへ入射することが要求されている。正イオンNBIにおいては、1基あたり1.7MW, 85keVの重水素原子の入射に向けて、既存の正イオンNBIの電源の一部や磁気シールドを改造する設計を進めている。電源に関しては設計をほぼ完了し、改造機器の仕様を決定した。磁気シールドに関しては工学設計をほぼ完了し、今後、製作設計を開始する予定である。500keV, 10MW入射が要求されている負イオンNBIにおいては、同装置の心臓部である負イオン源の開発を強力に進めている。負イオン源内の真空絶縁を改善することによって、負イオン源の耐電圧を従来の400kVから設計電圧である500kVに大幅に改善した。加えて、イオン引き出し面積の約20%を用いたビーム生成実験において、2.8A, 500keVの水素負イオンビーム生成に成功した。本結果は1A以上の負イオンビームを500keV以上のエネルギーまで加速した世界初の成果である。開発に加えて、設計・調達においても、500kV加速電源の改造設計を完了し、2010年度から調達を開始する。

論文

Development of the JT-60SA Neutral Beam Injectors

花田 磨砂也; 小島 有志; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 椛澤 稔; et al.

AIP Conference Proceedings 1390, p.536 - 544, 2011/09

JT-60SAにおいては、12基の正イオン中性粒子入射(NBI)装置と1基の負イオンNBI装置を用いて、合計30-34MWの重水素中性粒子ビームを100秒間プラズマへ入射することが要求されている。正イオンNBIに関しては、JT-60SAの設計値である1基あたり2MW, 85keVの重水素中性粒子ビームの入射を達成している。その際、イオン源やイオンダンプ等のビームライン機器は、100秒入射が要求されるJT-60SAで既存の装置を改造することなく再使用できる見通しを得ている。また、10MW, 500keV入射が要求されているJT-60SAの負イオンNBI装置のための開発においては、500keV, 2.8Aの水素負イオンビーム生成に成功している。これは、1A以上の負イオンビームを500keV以上のエネルギーまで加速した世界初の成果である。今後、実験装置を整備し、負イオンの100秒間生成のための開発研究を実施する予定である。

論文

Achievement of 500 keV negative ion beam acceleration on JT-60U negative-ion-based neutral beam injector

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.

Nuclear Fusion, 51(8), p.083049_1 - 083049_8, 2011/08

 被引用回数:35 パーセンタイル:10.93(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60NNBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されていることが大きな問題であった。そこで、負イオン源内の真空絶縁距離を調整し、単段の要求性能を超える各段200kVを保持することに成功した。この結果を踏まえて負イオン源を改良し、従来よりも短いコンディショニング時間で500kVの印加に成功し、設計値である490kVを加速電源の限界である40秒間絶縁破壊することなく保持することにも成功した。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施し、従来410keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。また、486keVのビームでの負イオン電流値は18m離れたカロリーメーターで2.8A(84A/m$$^{2}$$)が得られた。通常、過度のギャップ長延長はビーム光学の劣化を引き起こすが、今回のギャップ長ではビーム光学の大きな劣化がないことを計算及び実験で確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。

論文

Demonstration of 500 keV beam acceleration on JT-60 negative-ion-based neutral beam injector

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

JT-60N-NBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されているのが問題であった。そこで、加速電極の間隔を拡げて、負イオン源内の最短の真空絶縁距離である支持枠角部の電界集中を低減した結果、単段の要求性能を超える200kVを保持することに成功し、設計指標となっていた大型の負イオン源では小型電極よりも6から7倍程度長い真空絶縁距離が必要であることが明らかになった。その理由として電極の面積が100倍異なることだけでなく、1080個もある電極孔や支持枠等の局所電界の電界分布が影響していることが小型電極の実験結果から予測される。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施した結果、従来420keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。ギャップ長を増加させたことによりビーム光学が劣化して電極熱負荷が増大することが懸念されたが、今回のギャップ長の範囲ではビーム光学の劣化がないことを確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。

論文

Development and design of the negative-ion-based NBI for JT-60 Super Advanced

花田 磨砂也; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 井上 多加志; 河合 視己人; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 小又 将夫; 小島 有志; 藻垣 和彦; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.208 - 213, 2010/08

原子力機構では、JT-60SAに向けた負イオンNBI装置の開発及び設計を進めている。特に、開発に関しては、500keV, 22Aの重水素負イオンビームの生成に向けて、既存のJT-60負イオン源を改良し、JT-60負イオンNBI装置に取り付けて、試験を行っている。現在、開発の最優先課題である負イオン源の高エネルギー化を精力的に進めている。負イオン源内の電極間のギャップ長を従来よりも伸張することによって、イオン源に印加可能な加速電圧を従来の400kVから要求性能である500kVまで改善した。加えて、イオン引き出し領域の1/5を用いて、世界に先駆けて、500keV, 3Aの高エネルギー水素負イオンビームの生成に成功した。負イオン源の高エネルギー化と並行して、JT-60SAにおける100秒入射に向けて、既設のJT-60負イオンNBI装置の長パルス化を図った。負イオン源内の電極熱負荷を従来より20%低減し、同装置の限界である30秒入射を実現した。その結果、入射時間とパワーの積である入射エネルギーは世界最大値80MJに到達し、プラズマの高性能化に大きく貢献した。

報告書

FCA-XVII-1炉心によるMOX燃料高速炉ベンチマーク実験

安藤 真樹; 飯島 進*; 大井川 宏之; 桜井 健; 根本 龍男*; 岡嶋 成晃; 大杉 俊隆*; 大野 秋男; 早坂 克久; 袖山 博志

JAEA-Data/Code 2006-006, 67 Pages, 2006/03

JAEA-Data-Code-2006-006.pdf:6.08MB

新型燃料高速炉の研究開発の一環として、金属燃料高速炉模擬実験(FCA-XVI-1及びXVI-2炉心)と比較する参照データを取得することを目的として、従来型燃料であるMOX燃料を用いた高速炉の模擬体系(FCA-XVII-1炉心)においてベンチマーク実験を実施した。測定した核特性量は、臨界性,反応率比,サンプル反応度価値,ナトリウムボイド反応度効果及び$$^{238}$$Uドップラー効果である。また、広範な炉型に対応した実験データを取得することを目的として、FCA-XVII-1炉心の一部を変更した以下の実験を実施した。(1)プルトニウム組成を変化させた体系でのナトリウムボイド反応度効果の測定,(2)軸方向ブランケット部をナトリウム層に置き換えた体系でのナトリウムボイド反応度効果の測定,(3)窒化物燃料を模擬した燃料領域を設けた体系での各種特性量の測定。本報告書は、これら実験の測定方法と結果及び解析手法をまとめたものである。

論文

Diagnostics system of JT-60U

杉江 達夫; 波多江 仰紀; 小出 芳彦; 藤田 隆明; 草間 義紀; 西谷 健夫; 諫山 明彦; 佐藤 正泰; 篠原 孝司; 朝倉 伸幸; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.482 - 511, 2002/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:96.97(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uの計測診断システムは、約50の計測装置から構成されている。近年、プラズマパラメータの半径方向の分布計測が精度よく行なわれるようになった結果、プラズマの内部構造が明らかになった。また、ミリ波反射計/電子サイクロトロン放射計測により、電子密度/電子温度揺動の測定が行なわれ、プラズマ閉じ込めに関する理解が進展した。さらに、電子温度,中性子発生率,放射パワー,電子温度勾配等の実時間制御実験が、関係する計測装置のデータを利用して行なわれた。これらの計測,及び実時間制御を駆使することにより、高性能プラズマを実現することができた。次期核融合実験炉用計測装置としては、炭酸ガスレーザ干渉計/偏光計,及び協同トムソン散乱計測装置を開発している。

論文

A Proposal of benchmark calculation on reactor physics for metallic fueled and MOX fueled LMFBR based upon mock-up experiment at FCA

大井川 宏之; 飯島 進; 桜井 健; 岡嶋 成晃; 安藤 真樹; 根本 龍男; 加藤 雄一*; 大杉 俊隆

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(2), p.186 - 201, 2000/02

高速炉用断面積の信頼性評価を目的としたFCA臨界実験に基づくベンチマーク計算問題を提案した。対象とした炉心は、金属燃料高速炉模擬炉心のXVI-1及びXVI-2炉心、並びにMOX燃料高速炉模擬炉心のXVII-1炉心である。計算を行う炉物理パラメータは、臨界性、反応率比、プルトニウム及びB$$_{4}$$Cのサンプル反応度価値、ナトリウムボイド反応度価値、$$^{238}$$Uのドップラー反応度価値である。簡単な2次元拡散計算を行うだけで実験と計算を比較できるように、均質原子数密度と各種の補正係数を与えた。補正係数の妥当性は計算方法及び使用する核データファイルを変更することにより検証した。

論文

Attenuation of high-energy neutral hydrogen beams in high-density plasmas

鈴木 慎悟*; 白井 稔三; 根本 正博; 飛田 健次; 久保 博孝; 杉江 達夫; 逆井 章; 草間 義紀

Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(12), p.2097 - 2111, 1998/00

 被引用回数:45 パーセンタイル:17.06(Physics, Fluids & Plasmas)

高エネルギー中性水素原子ビームをプラズマ中に入射したときの、ビーム阻止断面積及びビームの突き抜け率を、各衝突素過程に対する最新の推奨断面積を用いて求めた。計算の結果、励起準位を経由する多段階電離過程が、ビームの減衰過程に重要であることがわかった。また、ビームの突き抜け率の計算値は、JT-60Uの実験値とよく一致した。さらに、ビーム阻止断面積を簡単に求めるための解析的公式を開発した。

論文

Recent progress in ICRF heating experiments on JT-60U

三枝 幹雄; 木村 晴行; 藤井 常幸; 森山 伸一; 根本 正博*; 佐藤 正泰; 濱松 清隆; 細金 延幸; 伊世井 宣明; 鎌田 裕; et al.

Proc. of the 20th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics,Vol. 17C,Part III, p.III_989 - III_992, 1993/00

ICRF加熱によるのこぎり波型不安定性の安定化実験をJT-60Uで行った。プラズマへの高周波入力は、加熱効率の良い($$pi$$,0)モードにて、定格出力5MW、プラズマをアンテナから20cm以上離して加熱できる(0,0)モードにて、4.4MWまで入射できた。のこぎり波型不安定性は、4.8MWのICRF単独加熱により、1.5秒間まで安定化できた。また、3MA、4$$tau$$の低qプラズマにて、高電子密度領域(ne≒5$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$)まで安定化できることも確認できた。高周波加熱に伴なうプラズマからの放射損失の増加も、高周波入力に対して10%以下に抑えることができた。

論文

Control of impurity and hydrogen-deuterium dilution by wall conditioning in JT-60U

嶋田 道也; 逆井 章; 芳野 隆治; 鎌田 裕; 久保 博孝; 杉江 達夫; 辻 俊二; 中村 博雄; 根本 正博; 小出 芳彦; et al.

Journal of Nuclear Materials, 196-198, p.164 - 167, 1992/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:27.31

JT-60Uにおいては壁調整/洗浄の方法としてTDC、ヘリウムグロー。低密度放電、ディスラプティブ放電等を用いている。また壁温300$$^{circ}$$Cまでのベーキングが可能である。これまでに以下のことが明らかになった。(1)40時間のD$$_{2}$$TDCによって酸素不純物は半減した。(2)ヘリウムグロー放電導入によって酸素不純物は半減した。(3)ベーキング温度を300$$^{circ}$$Cから150$$^{circ}$$Cに低下させると酸素及び炭素不純物が1/4~1/3に低減した。(4)1時間のヘリウムグローによってダイバータ板の粒子リサイクリングが半減した。(5)水素による重水素希釈率H/H+Dは重水素TDCを1時間行うことにより0.6から0.3に半減し、500ショットの重水素放電の後0.1-0.2に落ちついた。

論文

Measurements of neutral beam stopping for hydrogen and helium in JT-60 plasma

飛田 健次; 伊藤 孝雄; 逆井 章; 草間 義紀; 小原 祥裕; 塚原 美光; 根本 正博; 河野 康則; 久保 博孝; 竹内 浩; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 32(6), p.429 - 441, 1990/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:50.31(Physics, Fluids & Plasmas)

水素及びヘリウムビームのシャインスルーを測定した。測定に用いられた水素ビームは、フルエネルギー140keV、ビーム成分比7%(140keV):32%(70keV):61%(47keV)であり、3$$times$$$$^{13}$$cm$$^{-3}$$以上の電子密度を持つプラズマに対するシャインスルーは、H(IS)の断面積から計算した値より小さかった。電子密度(3.1-5.0)$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-3}$$、実効電荷数1.6-2.5のとき、ストッピング断面積を20%増加させると、シャインスルーの測定値を説明できた。この結果は、水素ビームのストッピング過程に多重励起を考慮すべきであることを示す。測定から求めた多重励起による断面積の増分は、Janevらが計算から求めた値と矛盾しない。また、160~190keVのヘリウムビームのストッピングには、多重励起の影響が見られなかった。

論文

Ion temperature measurements in JT-60 plasmas by active beam scattering

飛田 健次; 草間 義紀; 根本 正博; 竹内 浩; 吉田 英俊; 逆井 章; 久保 博孝; 小出 芳彦; 杉江 達夫; 伊藤 孝雄; et al.

Nuclear Fusion, 28(10), p.1719 - 1726, 1988/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:45.41(Physics, Fluids & Plasmas)

能動粒子線散乱法を用いて、JT-60のジュール加熱およびNBI加熱プラズマのイオン温度及び不純物測定を行った。

論文

The JT-60 diagnostic system

横溝 英明; 竹内 浩; 杉江 達夫; 荻原 徳男; 佐藤 正泰; 長島 章; 大麻 和美; 中村 幸治; 西谷 健夫; 閨谷 譲; et al.

Fusion Engineering and Design, 5, p.117 - 138, 1987/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:18.91

JT-60のプラズマを計測するための診断・計測機器を開発・製作し、現在稼働させている。これら診断、計測機器の特徴、及びデータ処理設備、並びに計測用共通設備に付いてまとめた。

口頭

JT-60SAに向けたNBI装置の解体・改造計画

花田 磨砂也; 河合 視己人; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 薄井 勝富; 藻垣 和彦; 佐々木 駿一; 菊池 勝美; 大島 克己; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構においては、平成22年度から本格的な解体作業に着手する予定である。NBIにおいては、解体撤去品の多くは、放射線管理区域で保管・管理された後、JT-60SAにおいて再使用される。平成21年11月から平成22年1月中旬の期間には、解体の準備作業として、本体室からの物品の搬出ルートを確保することを目的に、搬出ルートの中央部分に設置されている高電位テーブル(HVT、重量150トン)を撤去する。HVTに加えて、負イオン源の保守ステージや高電圧ブッシングも平成21年11月から平成22年1月中旬の期間に撤去する。その後、平成22年中期までに、本体室の中性子遮蔽体や真空容器周りの計測装置を撤去し、その後真空容器の周りに設置されている正イオンNBI装置の解体を始める。10基の垂直正イオンNBIタンクすべてを撤去し、そのうち、JT-60SAで再使用される8基は再使用のための養生を行った後、放射線管理区域内で保管・管理する。また、4基の接線正イオンNBIタンクは本体室内で保管・管理される。NBI装置を含む真空容器周辺機器を撤去した後に、真空容器本体を撤去する予定である。本発表では、日本で最初に実施する大型核融合装置の解体のうちでも、最も高い技術力が必要となるNBI装置の解体について報告する。

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