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報告書

Fusion-neutron diagnostic on the microwave tokamak experiment

小川 俊英; 大麻 和美; 星野 克道; 小田島 和男; 前田 彦祐

JAERI-M 94-021, 45 Pages, 1994/02

JAERI-M-94-021.pdf:1.33MB

Microwave Tokamak Experiment(MTX)で行なった中性子計測について、MTXトカマクでの較正実験結果とMTXプラズマの中性子測定結果を報告する。中性子計数管とポリエチレン中性子減速材を用いた全中性子発生率測定系は、当初の設計通りに10$$^{8}$$個/秒以上の中性子発生率領域に対応できた。$$^{252}$$Cf中性子線源をトカマク真空容器内に置いて較正実験を行ない、検出器の感度係数を決定した。ジュール加熱時のプラズマから1$$times$$10$$^{11}$$個/秒程度の中性子発生率が測定され、輸送解析コードによる計算と良い一致を示した。プラスチック・シンチレータを用いた高時間分解能測定系は、測定精度を確保できる範囲内で、200マイクロ秒までの時間分解能が得られた。しかし、ピーク出力1GW、パルス幅20ナノ秒程度のFELマイクロ波に対する応答速度としては十分でなく、FELマイクロ波入射時のイオンの応答は検出できなかった。

論文

Nonlinear absorption of high power free-electron-laser-generated microwaves at electron cyclotron resonance heating frequencies in the MTX tokamak

S.L.Allen*; M.D.Brown*; J.A.Byers*; T.A.Casper*; B.I.Cohen*; R.H.Cohen*; M.E.Fenstermacher*; J.H.Foote*; E.B.Hooper*; C.J.Lasnier*; et al.

Physical Review Letters, 72(9), p.1348 - 1351, 1994/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:72.93(Physics, Multidisciplinary)

電子サイクロトロン周波数(140GHz)の大出力マイクロ波($$>$$1GW,20ns)の高密度プラズマ(2.4$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$)中での吸収・伝播の実験結果の報告である。吸収は非線型理論で予測されるように大出力領域では減少することが初めて見出された。しかし、マイクロ波ビームを磁力線に平行方向に広げることにより、大出力マイクロ波の吸収は、線型吸収程度まで著しく改善することがわかった。

論文

Suppression of disruptions with ECH on JFT-2M

星野 克道; 森 雅博; 山本 巧; 玉井 広史; 荘司 昭朗; 三浦 幸俊; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 川島 寿人; et al.

Radio Frequency Power in Plasmas; AIP Conf. Proceedings 289, p.149 - 156, 1994/00

JFT-2MトカマクでのECH(電子サイクロトロン加熱)によるディスラプション抑制実験に関する招待講演である。プラズマ小半径の70%の位置を局所的に加熱するとディスラプションが防げることを見い出した。この加熱の無い場合には、モードの周波数が小さくなりディスラプションに至るが、局所加熱を行なうとモードの周波数が上がりディスラプションが抑制されている。磁気島の回転周波数に合わせていろいろなタイミングで上記局所加熱を行なった結果、上記位置は磁気島位置に対応し、磁気島の局所加熱がディスラプション抑制の主因であることを見出した。

論文

Avoidance of q$$_{a}$$=3 disruption by electron cyclotron heating in the JFT-2M tokamak

星野 克道; 森 雅博; 山本 巧; 玉井 広史; 荘司 昭朗; 三浦 幸俊; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 川島 寿人; et al.

Physical Review Letters, 69(15), p.2208 - 2211, 1992/10

 被引用回数:70 パーセンタイル:90.37(Physics, Multidisciplinary)

JFT-2Mトカマクでパワー70~80kWの電子サイクロトロン加熱により、安全係数q$$_{a}$$=3で出現するMHDディスラプションが抑制・回避されることが見出された。抑制は、電子サイクロトロン共鳴層がq=2位置付近の幅1cm程度の領域にあるときにのみ起きることが特徴である。観測されたこの狭い抑制領域は、磁気島の加熱が抑制に効くことを示唆している。さらに、この領域の加熱は、密度限界で起きるディスラプションの抑制にも有効であることが見出された。

論文

Development of a diagnostic system for high power microwave(FEL) electric fields in the microwave tokamak experiment

尾田 年光*; 小田島 和男; 多幾山 憲*; J.H.Foote*; K.Mizuno*; 小川 俊英; 佐藤 国憲*; 大麻 和美; 星野 克道; 前田 彦祐; et al.

Proc. of the 1992 Int. Conf. on Plasma Physics, Vol. 16C, Part II, p.II1191 - II1194, 1992/00

米国ローレンスリバモア国立研究所で進められている自由電子レーザー(FEL)マイクロ波を用いたMTX計画において、FELマイクロ波の電界を測定するレーザ補助粒子プローブ分光装置(LAPPS)を開発した。LAPPSはヘリウム中性粒子ビーム源、色素レーザ装置及び分光装置からなる。シュタルク効果を用い、プラズマ中の電界測定のため準安定ヘリウム原子での禁制線遷移による誘起螢光を測定する。測定する光量を充分得るためには、プラズマ中心部で充分な量のヘリウム原子が必要で、LAPPSでは50kV、0.2~0.4Aである。これはMTXトカマクのポートサイズから決っている値ギリギリである。原研における試験でビーム中の3重場準安定原子の密度を測定した。この結果よりMTXの本番測定においても充分測定可能であるとの感触を得た。

報告書

MTX用大出力マイクロ波電界測定装置の磁気遮蔽

山田 進一*; 小田島 和男; 石田 裕泰*; 加根魯 和宏*; 守 和彦*; 大森 俊道*; 尾田 年充*; 大麻 和美; 小川 俊英; 星野 克道; et al.

JAERI-M 91-112, 61 Pages, 1991/07

JAERI-M-91-112.pdf:1.68MB

日米協力MTX計画において原研が製作する自由電子レーザーからのマイクロ波電界測定器に使用する磁気遮蔽の設計および試験結果について述べる。これまで1000ガウスレベルの高磁場における磁気遮蔽の設計方法については確立した手法が無かったが、本論文においては、磁性体を多層に分割して遮蔽計算を行う「仮想分割遮蔽計算」を開発して必要とされる磁気遮蔽の厚みを決定した。その結果はコンピューターによる計算及び一様静磁場中での実験結果と比較して満足すべき値であった。

論文

Studies of improved confinement on JFT-2M

三浦 幸俊; 相川 裕史; 星野 克道; 河西 敏; 河上 知秀; 川島 寿人; 前田 彦祐; 松田 俊明; 森 雅博; 小田島 和男; et al.

Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1990, Vol.1, p.325 - 333, 1991/00

JFT-2Mにおいて観測される閉込め改善モード(H-mode,Improved L-mode,Counter NB injection Pellet with H-mode)は、その実現に異なる手段を用いているが、密度分布から2つの改善モードに大別できる。1つはプラズマ周辺に急峻な密度および温度分布を持つH-modeであり、他はプラズマ中心から急な密度分布を持つ改善モードである。L/H遷移の研究から、H-modeプラズマは、プラズマ周辺ポロイダルラーマー半径程度に-150V/cmの径電場が形成されていること、およびプラズマ周辺イオンの速度分布関数が、H$$_{alpha}$$/D$$_{alpha}$$光の減少より先に起こっていることを明らかにした。Ergodic Magnetic Limiterの実験で、H-modeの不純物の増大をおさえた、定常なH-modeを実現でき、その運転領域を明らかにし、H-modeの制御性を示すことができた。

論文

Impurity behavior during the H-mode in JFT-2M

小川 宏明; 河西 敏; 玉井 広史; 川島 寿人; 上杉 喜彦*; 山内 俊彦; 森 雅博; 三浦 幸俊; 鈴木 紀男; 仙石 盛夫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 59(11), p.3962 - 3976, 1990/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:46.79(Physics, Multidisciplinary)

分光的手法を用いてJFT-2MのHモード中の不純物の挙動の研究を行なった。Edge-Localized Modes(ELMs)が発生しないHモードでは、高電離イオンのスペクトル線の発光強度が時間とともに増加するのに対し低電離イオンのスペクトル線の発光強度はHモード遷移直後に減少し、その後時間的に一定値となる。また、鉄イオン密度の空間分布測定等により、金属不純物ばかりではなく軽元素不純物も、ELMsの発生していないHモード時には、プラズマ中心に集中することが明らかとなった。またELMsの発生したHモード時では、これらの不純物集中が、ELMsの発生とともに低減されることが明らかとなった。

論文

Ion Bernstein wave experiment on JFT-2M tokamak

玉井 広史; 小川 俊英; 松本 宏; 小田島 和男; 相川 裕史; 星野 克道; 河西 敏; 河上 知秀; 川島 寿人; 近藤 貴; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 29(10), p.L1911 - L1914, 1990/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.21(Physics, Applied)

JFT-2Mトカマクにおけるイオンバーンシュタイン波加熱実験(IBW)の報告である。アンテナ負荷抵抗はプラズマがアンテナに近づくにつれて上昇し、Hモード時は、周辺密度が下がることによって減少した。IBWによる水素イオンの加熱が観測されたが、同時に、スクレイプオフ層の電子加熱も起きており、これは輻射損失の増大をもたらし、この結果、エネルギー閉じ込めは、同一条件における従来型のモード変換加熱に比べ低い値を示した。またHモードプラズマへIBWを入射したところ、きわめて短時間の内に不純物の蓄積が起こり、Hモードプラズマ状態を持続できなかった。

論文

Neutron diagnostic for MTX

小川 俊英; 大麻 和美; 星野 克道; 小田島 和男; 前田 彦祐; マイクロウエーブトカマク実験チーム

Review of Scientific Instruments, 61(10), p.3181 - 3183, 1990/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:49.55(Instruments & Instrumentation)

MTX計画用中性子計測器の製作、測定を行なった。MTX計画は、米国ローレンスリバモア研究所で行われている、自由電子レーザ(FEL)を使ったトカマクプラズマ加熱実験で、短パルス(50ns以下)、大出力(数GW)のマイクロ波を用いるところに特徴がある。この実験のために、2つのタイプの中性子計測器を準備した。1つは、全中性子発生率の時間変化を測定し、イオン温度を評価するためのもので、5種類の検出感度の異なる比例計数管や核分裂計数管で構成される。10$$^{8}$$~10$$^{13}$$n/sの中性子発生率レンジをカバーする予定である。もう1つは、FELパルスに対するイオンの応答を測定するためのもので、プラスチック・シンチレータを用いている。十分な中性子束が得られれば、100kHz程度の時間分解能が期待される。

報告書

Design of neutron diagnostic for MTX

小川 俊英; 大麻 和美; 星野 克道; 小田島 和男; 前田 彦祐

JAERI-M 90-105, 19 Pages, 1990/07

JAERI-M-90-105.pdf:0.6MB

ローレンスリバモア研究所で行われているマイクロ波によるトカマクプラズマ加熱実験に使用するための中性子計測システムの設計を行なった。この実験には高時間分解能の測定が重要であるが、そのためにプラスチックシンチレータを使った早い時間応答の検出系と、比例計数管や核分裂計数管を用いた全中性子発生率測定系を準備している。

報告書

MTX microwave-electric-field diagnostic

小田島 和男; 大麻 和美; 志甫 諒; 尾田 年充*; 多幾山 憲*; K.Mizuno*; J.H.Foote*; D.G.Nilson*; S.L.Allen*; T.A.Casper*

JAERI-M 90-088, 65 Pages, 1990/06

JAERI-M-90-088.pdf:1.38MB

米国ローレンスリバモア国立研究所(LLNL)においてすすめられている自由電子レーザのマイクロ波を用いてプラズマを加熱する実験計画・MTX計画において、プラズマ中のFELマイクロ波の電界を測定する計画が日米の協力で進められている。現在は測定原理にもとづき、設計1部では製作が始まっている。本報告書はその測定原理と、作業の現状について報告する。

論文

Effect of electrostatic field on energy conversion efficiency in high current Raman ragime free electron laser

岸本 泰明; 小田 久子*; 志甫 諒; 小田島 和男; 前田 彦祐

Journal of the Physical Society of Japan, 59(1), p.118 - 129, 1990/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.84(Physics, Multidisciplinary)

高電流ラマン動作領域自由電子レーザーにおいて、エネルギー変換効率に対する縦方向の静電場の効果が調べられた。粒子間に反作用を及ぼす静電相互作用は、特に高電流領域で動重力ポテンシャル中での捕捉電子の周期的な旋回運動を妨げることがわかった。捕捉電子の不規則な回転は輻射場からエネルギーを持ち去る非捕捉電子を増加させる。その結果、長いウィグラー長に渡って平均化されたエネルギー変換効率は、捕捉理論から予測される値よりも低い値にとまることが明らかになった。

論文

自由電子レーザーのプラズマ加熱・電流駆動への応用

小田島 和男

日本原子力学会誌, 31(10), p.1093 - 1097, 1989/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

ミリ波自由電子レーザーは核融合研究において、これまで不可能であった数値GHz、数MWの電子サイクロトロン共鳴加熱を可能にし、周波数可変、絶縁破壊から開放された大出力電力密度を可能にするとともに、閉じ込め研究に対してもこれまでにない新しい領域を開く革新的な手段となる可能性をもっている。この可能性を実験的に確かめるべく米国ローレンスリバモア国立研究所においてMTX計画がスタートした。

論文

Observation of direct electron heating by the fast waves in the low-hybrid range of frequencies in the JFT-2M tokamak

山本 巧; 上杉 喜彦; 川島 寿人; 星野 克道; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 近藤 貴; 前田 彦祐; 松田 俊明; et al.

Physical Review Letters, 63(11), p.1148 - 1151, 1989/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:75.33(Physics, Multidisciplinary)

電子サイクロトロン加熱されたプラズマ中に、位相制御型4ループ列アンテナによって、速波を励起した時、速波と電子の有効な結合を観測した。この結合は、電子サイクロトロン放射を増加し、ループ電圧を降下させた。これらの結果は、ループアンテナ間の位相差及び電子密度に依存した。V$$_{ph}$$/V$$_{eo}$$~3、及びf$$_{o}$$/f$$_{LH}$$(0)~0.38の条件下で20%の速波の吸収効率が得られた。これらの実験結果は、電子のランダウ減衰による理論的予測とよく一致した。

論文

H mode observed in the JFT-2M tokamak with edge heating by electron cyclotron waves

星野 克道; 山本 巧; 川島 寿人; 鈴木 紀男; 上杉 喜彦; 森 雅博; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 松田 俊明; et al.

Physical Review Letters, 63(7), p.770 - 773, 1989/08

 被引用回数:24 パーセンタイル:80.58(Physics, Multidisciplinary)

電子サイクロトロン波の周辺加熱のみによりJFT-2MトカマクでHモードが生成した。追加熱パワーのしきい値は120kWと低く、これはJFT-2Mで観測された最小のパワーである。これらの実験事実は、プラズマ中心部の追加加熱パワー無しにHモードが生成されることをはっきりと示し、また、Hモードの機構は、プラズマ周辺部の電子温度上昇に密接に関連していることを示している。

報告書

Energy conversion efficiency in high current Raman regime free electron laser(FEL), I; Single mode analysis

岸本 泰明; 小田 久子*; 志甫 諒; 小田島 和男; 前田 彦祐

JAERI-M 89-088, 27 Pages, 1989/07

JAERI-M-89-088.pdf:0.78MB

高電流ラマン領域自由電子レーザーにおいて、エネルギー変換効率に対する静電場の効果が、実空間1次元の増幅コードを用いて調べられた。粒子間に反作用を及ぼす静電場は、動重力ポテンシャルに捕捉された電子の周期的な旋回運動を妨たげ、そのため捕捉粒子は幅射場から運動エネルギーを得ながら非捕捉粒子に変化して行くことが明らかになった。その結果、長いウィグラー長に渡って平均されたエネルギー変換効率は、捕捉理論から予測される値よりも近い値に止まる。さらに、軸方向の有限なビームのエネルギー広がりは、非線形性の強い捕捉状態では静電力を弱める働きがあり、そのため、高電流の作動領域であっても捕捉粒子の周期的な旋回運動を回復させることがわかった。

報告書

Observation of H-mode by edge heating solely by electron cyclotron heating in a divertor configuration of JFT-2M tokamak

星野 克道; 山本 巧; 川島 寿人; 鈴木 紀男; 上杉 喜彦; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 松田 俊明; 三浦 幸俊; et al.

JAERI-M 89-038, 7 Pages, 1989/03

JAERI-M-89-038.pdf:0.29MB

電子サイクロトロン加熱(ECH)のみによるJFT-2Mプラズマの周辺加熱でHモード生成を観測した。Hモード遷移のパワーのしきい値は120kWと低く、これはJFT-2Mトカマクで観測された最低のしきい値である。このようなプラズマの周辺加熱のみで、中心部の追加熱パワー無しにこのような低いパワーでHモード遷移が起きることは驚嘆に値する。これらの事実は、Hモードの機構はプラズマのごく周辺部(セパラトリクス近傍)に関係していることを明白に示すものである。

報告書

Experimental observation of ion Bernstein wave heating on JFT-2M tokamak

玉井 広史; 小川 俊英; 松本 宏; 小田島 和男

JAERI-M 89-036, 28 Pages, 1989/03

JAERI-M-89-036.pdf:0.72MB

JFT-2Mトカマクにおいて、将来の実験炉プラズマを加熱するのに有効な外側励起の一種である、イオンバーンシュタイン波加熱実験を行った。プラズマ結合抵抗は電子密度が低いほど、またプラズマがアンテナに近づく程高くなった。加熱に起因するプラズマ蓄積エネルギーのわずかな増加が観測される一方、入力パワーを上回る幅射損失の顕著な増大により150kW以上の入力に対し安定なプラズマを維持することが不可欠であった。プラズマのバラメータサーベイ及び中性粒子ビームとの組み合わせ等により、輻射損失を低減できる条件を捜したが、顕著な改善は見られなかった。またわずかなパワーでもHモードプラズマを2モードに効率良く逆遷移させるなど、現状では、イオンバーンシュタイン波を有効な加熱手段として維持して行く好材料は得られなかった。

報告書

Characteristics of edge localized mode in JFT-2M H-mode

松本 宏; R.J.Goldston*; 船橋 昭昌; 星野 克道; 川島 寿人; 河上 知秀; 前田 彦祐; 的場 徹; 松田 俊明; 三浦 幸俊; et al.

JAERI-M 89-020, 26 Pages, 1989/03

JAERI-M-89-020.pdf:1.0MB

JFT-2MのHモードプラズマにおいて観測される周辺振動現象の特性について明らかにした。ELMは周辺電子密度に大きな影響を与えるが、電子温度への影響は、セパラトリック面の近傍を除くと少ないことが、ECE測定より明らかとなった。ELMの起きる実験的条件、制御方法を明らかにし、まとめた。まず、重水素プラズマ中では、一般にELMは起きにくいが、密度が低くなると起きる。また、重水素プラズマに比べ、水素プラズマ中ではELMは起きやすい。このELMは加熱入力を増すことにより制御できる。またプラズマ電流をたち下げることにより抑制でき、たち上げることにより、ELMを生成できることが明らかにされた。ELMのMHD特性を磁気プローブ信号の解析により明らかにした。

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