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論文

Development of structures for ITER toroidal field coil in Japan

井口 将秀; 千田 豊; 高野 克敏; 河野 勝己; 齊藤 徹; 中嶋 秀夫; 小泉 徳潔; 峯村 敏幸*; 小方 大成*; 小川 剛史*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203305_1 - 4203305_5, 2012/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:50.28(Engineering, Electrical & Electronic)

日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)はITERの建設において、トロイダル磁場(TF)コイル構造物(以下、TF構造物)すべての製作を担当する。TF構造物調達活動の一環として、原子力機構はTF構造物の材料品質確認、及び製作技術の検討及び検証活動を行ってきた。原子力機構は日本機械学会が2008年に制定した核融合炉設備規格超電導マグネット構造規格(JAME S KA1 2008)(以下、JSME規格)のTF構造物製造適用を提案しており、JSME規格の実用性を検証するために、実規模試作用に製作したステンレス鍛鋼品に対する品質確認試験を4Kにて実施し、JSME規格との比較を実施した。また、製作技術検討活動として、FMYJJ1ワイヤを使用した狭開先TIG溶接の溶接施工法の検証、溶接能率向上のためのFMYJJ1以外のワイヤの適用可能性の検討、TF構造物施工法確認のためにTF構造物の小規模及び実規模試作を行ってきた。本発表ではこれらの活動結果について報告する。

論文

Validation of welding technology for ITER TF coil structures

千田 豊; 井口 将秀; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*; Gallix, R.*

Fusion Engineering and Design, 86(12), p.2900 - 2903, 2011/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:35.08(Nuclear Science & Technology)

ITER TFコイル構造物はコイルに発生する電磁力を極低温(約4K)で支持するために、極厚の高強度・高靱性ステンレス鋼製容器と支持構造物で構成されている。原子力機構は2008年より極厚のステンレス鋼に対する基礎的な溶接試験を開始し、TFコイル構造物の製造に関する技術的課題を検証するために、主要部材の実機大部分模型体の試作(インボード側及びアウトボード側各1体)を計画している。本論文では実機製作前に溶接技術を検証し、製造設計を行うために実施した、溶接試験の結果及び実機大部分模型体の試作状況を紹介する。

論文

Validation of fablicability for ITER TF coil structures

千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*

Proceedings of 2011 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/07

ITER TFコイル構造物はコイルに発生する電磁力を極低温(約4K)で支持するために、極厚の高強度・高靱性ステンレス鋼容器と支持構造物で構成されている。原子力機構は2008年度より極厚のステンレス鋼に対する基礎的な溶接試験を開始し、TFコイル構造物の製造に関する技術課題を検証するために、主要部材の実機大部分模型体の試作を行った。また、これらの検証試験と並行して日本機械学会において核融合設備規格超伝導マグネット規格(JSME規格)の制定に寄与した。本論文ではJSME規格の概要を紹介すると同時に、これまで実施した試験及び試作によって得られたTFコイル構造物の製作性検証結果を紹介する。

論文

高コントラスト・高ビーム品質・高強度レーザーの開発

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一*; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 38(9), p.669 - 675, 2010/09

高強度レーザーの時間・空間制御技術に関するレビューである。時間制御技術は主パルスと背景光の強度比を向上させる高コントラスト化であり、先駆けて開発した高エネルギーシード型低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法について紹介する。空間制御技術は高エネルギービームの空間強度均質化であり、回折光学素子を用いた手法について紹介する。これらの手法の特徴を詳細に紹介するとともに、これらの制御技術を用いて得られた時間・空間特性についても報告する。

論文

High-contrast (10$$^{10}$$), high-intensity (500 TW) J-KAREN laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

JAEA-Conf 2010-002, p.18 - 21, 2010/06

従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器(CPA)と光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を組合せた高強度フェムト秒レーザーシステムの開発を行い、パルス圧縮前で30Jを超える高い増幅エネルギーを得た。再パルス圧縮することで約500TW級の高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。低利得のOPCPAを用いることにより、サブナノ秒の時間領域において10桁を超えるコントラスト、ナノ秒の時間領域において12桁程度の高いコントラストを得た。また、高エネルギー励起用グリーンレーザーの空間パターンを回折光学素子により制御し、ほぼ完全なフラットトップの空間プロファイルを得た。このシステムにより粒子加速などの高強度レーザーと物質との相互作用の実験的研究が進展するものと期待される。

論文

High spatiotemporal-quality petawatt-class laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

Applied Optics, 49(11), p.2105 - 2115, 2010/04

 被引用回数:37 パーセンタイル:13.53(Optics)

近年の高強度レーザー発生技術の急速な進展により、ペタワット(PW)級のピーク出力を有するレーザー装置が開発され、粒子加速,高エネルギー物理等多くの研究に利用されようとしている。このようにレーザー装置の高強度化が進むとともに、実際の応用に向けての研究開発として、時間構造や空間構造の向上に移行しつつある。本論文では、高強度レーザーの時間制御技術として背景光抑制、及び空間制御技術としてビーム均質化を原子力機構で開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。

論文

"J-KAREN"高強度・高コントラストレーザー

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 岡田 大; 笹尾 一; 若井 大介*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

JAEA-Conf 2009-007, p.97 - 100, 2010/03

レーザー駆動粒子加速をはじめとした超高強度光利用研究を推進するために、高コントラスト・高強度レーザーシステムの整備を進めている。高いコントラストを得るために光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を前置増幅器として高強度チタンサファイアレーザーに導入している。また、高い集光強度を得るためにレーザー媒質の熱歪みを低減させる必要があり、このため最終段増幅器のチタンサファイア結晶を100Kと低温に冷却している。パルス幅1nsに伸張されたマイクロジュールの高いエネルギーのシード光は、OPCPA前置増幅器により10mJまで増幅され、その後、チタンサファイア前置増幅器で300mJ、チタンサファイア主増幅器で3Jまで増幅される。最後にパルス圧縮器により、30fsのパルス幅まで再圧縮される。OPCPAを用いることで、ピコ秒の時間領域において10桁以上の高いコントラストを達成した。また、結晶を冷却することで、f/3放物面鏡によって8ミクロン(e-2 spot)$$times$$6ミクロン(e-2 spot)まで集光が可能となり、10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$の高いピーク強度を達成している。

論文

Generation of above 10$$^{10}$$ temporal contrast, above 10$$^{20}$$W/cm$$^2$$ peak intensity pulses at a 10 Hz repetition rate using an OPCPA preamplifier in a double CPA, Ti:sapphire laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; 金沢 修平; 匂坂 明人; 大東 出; et al.

AIP Conference Proceedings 1153, p.3 - 6, 2009/07

レーザー駆動粒子加速をはじめとした超高強度光利用研究を推進するために、高コントラスト・高強度レーザーシステムの整備を進めている。高コントラスト・高ピーク出力を両立させるため、前置増幅器に過飽和吸収体によりASEペデスタルを除去された高エネルギー・クリーンパルスをシード光とした光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)、後段にチタンサファイアチャープパルス増幅器を用いたシステムを開発している。パルス幅1nsに伸張されたマイクロジュールの比較的高いエネルギーのシード光は、OPCPA前置増幅器により10mJまで増幅され、その後、チタンサファイア前置増幅器で300mJ、チタンサファイア主増幅器で3Jまで増幅される。チタンサファイア主増幅器では熱負荷を低減させるために、結晶は100Kまで冷却されている。この結果、メインパルス前のピコ秒の時間領域において10$$^{10}$$桁以上の高いコントラストを達成するとともに、放物面鏡で集光することにより10$$^{20}$$W/cm$$^2$$以上の高い集光強度を10Hzの繰り返し動作で得た。

論文

PIV measurement of a flow field in a narrow gap between wire-wrapped fuel rod in FBR

越智 大輔*; 染矢 聡*; 大島 宏之; 岡本 孝司*

Proceedings of 6th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-6) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2008/11

高速増殖炉の高い安全性・効率を確保するには、高精度な熱流動数値解析手法の開発、及び、実測データを用いた数値解析手法の検証が必要である。本研究では、数値解析手法検証用のデータを取得することを目的に、高速増殖炉燃料ピンバンドルを模擬した7本ピンバンドル体系熱流動計測装置を用い、PIVによる速度場計測を実施した。ヒーター加熱有り/無し、あるいは、流量を変更したそれぞれの条件において、燃料ピン間の狭隘流路における流速データを取得することに成功した。

論文

Velocity and temperature measurements of water flow in a wire-wrapped rod bundle system using temperature sensitive particles

染矢 聡*; 越智 大輔*; 大島 宏之; 岡本 孝司*

Proceedings of 6th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-6) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2008/11

燐光剤を合成した感温粒子(Temperature Sensitive Particle)を用い、高速増殖炉燃料ピンバンドルを模擬した7本ピンバンドル体系熱流動試験装置により速度・温度場同時計測を実施した。本計測では、感温粒子にパルスレーザーを照射し、高速度カメラで撮影した燐光画像から速度場を算出するとともに、時々刻々と減衰する燐光強度から温度を同時に評価した。これにより、数値解析手法の検証に有用なデータを取得した。

口頭

変形燃料ピンバンドル内熱流動評価手法に関する研究,1; ピンバンドル内側の速度場計測

越智 大輔*; 染矢 聡*; 岡本 孝司*; 大島 宏之; Li, Y.*; 吉田 智*

no journal, , 

高速増殖炉の高い安全性・効率を確保するには、高精度かつ実用的な熱流動場の予測手法が不可欠であり、その開発には要求される予測精度以上の精度を持つ実測データが必要である。本研究では、高速増殖炉燃料ピンバンドルを模擬した7本ピンバンドル体系熱流動計測装置を用い、速度場計測を実施した。

口頭

高速増殖炉のピンバンドル内側の速度場計測

越智 大輔*; 染矢 聡*; 大島 宏之; 岡本 孝司*

no journal, , 

高速増殖炉の高い安全性・効率を確保するには、高精度かつ実用的な炉心熱流動評価手法が不可欠であり、その開発には要求される予測精度以上の精度を持つ実測データが必要である。本研究では、解析結果検証用データの取得のために、高速炉燃料ピンバンドルを模擬した7本ピンバンドル体系の試験装置を製作し、水流動実験を実施した。実験では、高時間分解能で熱流動場の軸流方向速度分布データをPIV法により取得した。

口頭

高コントラスト,高品質ビーム,PW級J-KARENレーザー

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

高強度レーザー技術の進展により、10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$を超える高い集光強度が実現できるようになった。しかしながら、出力パルスの時間構造において、主パルスに先立って6桁から8桁程度強度の低いプリパルスが存在する。このため、プリパルスによりターゲットが破壊されたり、プリプラズマが生成され主パルスとターゲットとの相互作用を妨げる。われわれは光パラメトリックチャープパルス増幅法(OPCPA)を改良し、高強度チタンサファイアレーザーに世界に先駆けて導入することで、主パルスに付随するプリパルスを主パルスに対して11桁以上抑制することに成功した。また、ほぼ一様な強度の高いビーム品質で500TW級の高い強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。

口頭

高強度レーザーの高コントラスト・高ビーム品質技術

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

ペタワット(1千兆ワット)のピーク強度を有する超高強度レーザーの小型化,信頼性の向上に伴い、レーザー駆動粒子加速をはじめとした相対論領域の超高強度利用研究が推進されている。このような利用研究を推進するうえで極めて重要なのは、コントラスト(メインパルスとそれに付随する背景光の強度比)である。光パラメトリックチャープパルス増幅法を改良し、高強度チタンサファイアレーザーに世界に先駆け導入することで不必要なノイズ成分をメインパルスに対して1000億分の1以下に抑えることに成功したので紹介する。また、高効率増幅や信頼性などの向上のために回折光学素子を導入し、空間的にほぼ完全なフラットトップの良好なパターンを得ることができたので併せて報告する。

口頭

ITER TFコイル構造物の溶接技術検証(溶接性試験)

千田 豊; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*

no journal, , 

フランスで建設が開始された国際熱核融合実験炉(ITER)の中核機器であるトロイダル磁場(TF)コイルは日本が開発した高強度・高靱性ステンレス鋼を使用した大型溶接構造物となり、大別してコイル容器と支持構造物で構成される。原子力機構では平成20年度から溶接試作作業を開始し、今後2年間の期間で実機製作前の構造物の実規模試作を進める。本講演では、溶接性試験の結果、及び実機構造物製作の課題と実規模試作計画を報告する。

口頭

Demonstration of a temporally and spatially high quality petawatt-lass laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 金沢 修平; et al.

no journal, , 

近年の高強度レーザー技術の急速な進展に伴い、世界各国で超高強度ピーク出力を有するレーザー装置が開発され、多くの研究に利用されようとしている。実際の応用を考えたとき、ピーク出力向上のみならず時間構造や空間構造,ビーム安定性が重要となる。本講演では、高強度レーザーの空間制御技術として背景光の抑制,空間制御技術としてビーム均質化、及びレーザー光路の自動制御化を原子力機構において開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。

口頭

Demonstration of a high spatiotempral-quality petawatt-class Ti:sapphire CPA laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一*; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 金沢 修平; et al.

no journal, , 

フロントエンドとして高エネルギー・高コントラストシード光を用いて低利得で動作させた光パラメトリックチャープパルス増幅器を独自に設計・試作し、PW級のレーザーシステムに実際に導入することで、10$$^{-11}$$オーダーの高いコントラスト動作を実証した。また、主パルス近傍のコントラストを劣化させる原因として、(1)ASE,(2)パラメトリック蛍光,(3)高次の位相歪み,(4)ランダム位相ノイズ,(5)OPCPAについて考察し、得られた実験データと理論計算との比較・評価を行った。これらより劣化の原因は、ランダム位相ノイズ、及びOPCPAノイズが複合しておきたものと考えられ、軽減するためには周波数依存で空間的に位相ノイズが存在し、しかもレーザーショット事のふらつき等を考えるとレーザー自身の制御だけでは難しく、パルス圧縮後にプラズマミラーの利用等が必要となることが明らかとなった。

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