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高橋 幸司; 石塚 悦男; Moeller, C. P.*; 林田 一徳*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 林 健一*; 今井 剛
Fusion Engineering and Design, 66-68, p.473 - 479, 2003/09
被引用回数：11 パーセンタイル：57.86(Nuclear Science & Technology)核融合装置用ランチャーの健全性確認のために、ランチャー前方に可動ミラーを設置する先端可動型ランチャーモックアップを製作し、可動ミラー用冷却配管の動作試験及びベアリングの中性子照射効果を調べる試験を行った。何れもITERと同等の条件下で行い、冷却配管の応力は最大で60MPaで許容応力より十分低いことを実証し、また計算結果と合うことも確認した。ベアリング性能に中性子照射の影響もなく、先端可動型の有効性を実証した。後方に可動ミラーを設置する遠隔駆動型ランチャーのモックアップの大電力放射試験を行い、角度0-10
において0.5MW-3sec and 0.2MW-10secの放射に成功した。実験中及び実験後に放電や性能劣化は見られず。こちらも有効性を確認した。この結果を基に、実機と同等レベルのランチャーを設計し製作した。
梶原 健; 池田 佳隆; 坂本 慶司; 春日井 敦; 関 正美; 森山 伸一; 高橋 幸司; 今井 剛; 満仲 義加*; 藤井 常幸
Fusion Engineering and Design, 65(4), p.493 - 499, 2003/07
被引用回数：14 パーセンタイル：33.33(Nuclear Science & Technology)JT-60の電子サイクロトロン(ECRF)加熱装置において、110GHzジャイロトロンの1.2MW
4秒大電力運転を実現した。この加熱装置では、ジャイロトロンを発振させるために電圧一定制御の無い主電源と電圧制御を有する加速電源を組合せている。ジャイロトロンの特徴はダイヤモンド出力窓と寄生発振抑制用の高周波吸収体を内蔵していることであり、JT-60プラズマを負荷として運転を行った。ジャイロトロンの動作条件の最適化等により、従来の高周波吸収体を内蔵しないジャイロトロンでの最大値1MW2秒を大幅に越え、世界最高レベルの発振に成功した。また長パルス運転においては、ジャイロトロンのビーム電流が減少するものの、発振中は出力減少がなく、その間、発振効率が上昇することを明らかとした。今後、プラズマを用いた運転パラメータの最適化により、さらなる進展が期待できる。
高橋 幸司; Moeller, C. P.*; 坂本 慶司; 林 健一*; 今井 剛
Fusion Engineering and Design, 65(4), p.589 - 598, 2003/07
被引用回数：22 パーセンタイル：78.37(Nuclear Science & Technology)ECH/CDシステム用遠隔駆動型ランチャーは長さ4632mm,断面が47.545.7mm
の矩形導波管と導波管入口に位置する可動ミラーからなり、その原理検証のために大電力試験を行った。放射角度範囲0-10で低電力結果と一致するガウシアン形状のRFビーム放射を確認した。また、0.5MW-3.0sec, 0.2MW-10secという大電力長パルス放射にも成功した。ランチャー内で、実験中のアークや実験後のダメージは確認されず、遠隔駆動型ランチャーの大電力放射・伝送を実証するとともにその有効性を確証した。
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：26 パーセンタイル：81.09(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。
牛草 健吉; 井手 俊介; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 鎌田 裕; 藤田 隆明; 池田 佳隆; 内藤 磨; 松岡 守*; 近藤 貴; et al.
Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.255 - 277, 2002/09
被引用回数：14 パーセンタイル：24.24(Nuclear Science & Technology)JT-60における非誘導電流駆動及び高性能定常運転に関する研究成果をまとめた。低域混成波電流駆動(LHCD)により3.5MAの大電流駆動,3.61019m-2A/Wの高効率電流駆動,自在な電流分布制御性を実証した。近接条件,高速電子挙動等の基礎研究によりLHCD物理の解明に貢献した。負イオン源中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)実験により、中性粒子ビーム電流駆動に関する研究を著しく進展させた。駆動効率1.51019m-2A/Wを達成し、1MAの電流駆動に成功した。弱磁場励起Oモード電子サイクロトロン波による局所電流駆動を実証し、駆動効率0.51019m-2A/W,0.2MAの電流駆動を達成するとともに、新古典テアリング不安定性の抑制に成功した。これらの成果に基づき、高
pHモード及び負磁気シアプラズマという2つの高性能定常運転方式を開発した。これらの運転方式は、高い閉じ込め性能を有するほぼ定常状態の電流分布を完全電流駆動の状態で持続できるものである。高い規格化密度や高い核融合積を有する完全電流駆動高性能定常運転方式で達成した。
常松 俊秀; 関 昌弘; 辻 博史; 奥野 清; 加藤 崇; 柴沼 清; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 坂本 慶司; 今井 剛; et al.
Fusion Science and Technology, 42(1), p.75 - 93, 2002/07
被引用回数：1 パーセンタイル：9.54(Nuclear Science & Technology)ITER(国際熱核融合実験炉)工学設計活動における日本の工学技術の研究開発活動と成果について、欧州,日本,ロシア,米国の国際協力により実施されたITERの設計結果と合わせて述べる。ITERを構成する主要機器のうち、超伝導コイル,真空容器,高熱流束プラズマ対向機器,中性粒子入射装置,大電力のミリ波を発生するジャイロトロン等について、ITER実機に外挿可能な規模のモデル試験体を開発・製作・試験するプロセスを通じてITERに必要な新技術が開発された。日本で得られた主な成果は、13T, 640MJのニオブ・スズを用いた超伝導コイル技術,高さ15m,横幅9mの真空容器技術,20MW/mの熱流束を処理できるCuCrZr製の冷却管技術,31mA/cmの電流密度を有する負イオン源技術と1MeVのイオン加速器技術及び1MWの出力機能を有するジャイロトロン技術である。
森 雅博; 荘司 昭朗; 荒木 政則; 斎藤 啓自*; 仙田 郁夫; 大森 順次*; 佐藤 真一*; 井上 多加志; 大野 勇*; 片岡 敬博*; et al.
日本原子力学会誌, 44(1), p.16 - 89, 2002/01
ITER(国際熱核融合実験炉)計画は、日本・米国・欧州・ロシアの政府間協定の下に核融合エネルギーの科学的・工学的実証を目指す実験炉を国際共同で実現しようというプロジェクトである。1992年7月以来9年間に亘り建設のために必要なすべての技術的データの作成を目的とする工学設計活動(EDA)を進めてきたが、2001年7月に当初の目標を達成して完了した。次の段階に進むこの時期に、EDAの概要と主要な成果をまとめておくことは、我が国の研究者が広くEDAの成果を評価し活用するうえでも、また、今後期待されるITERの建設・運転に向けた活動に多くの研究者が参画するための共通の基盤を築くうえでも必要と考えられる。本報告ではこのような趣旨に基づき、ITER工学設計活動の概要,工学設計及び工学RandDの成果,安全性に関する検討について、外部の研究者が全体像を掴むことを意図して記述されている。
関 正美; 森山 伸一; 梶原 健; 池田 佳隆; 坂本 慶司; 今井 剛; 藤井 常幸
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.5, p.337 - 341, 2002/00
JT-60U用ECRFシステムは、プラズマ加熱や電流駆動を目的として、大電力の高周波(110GHz)を入射する装置である。大電力の高周波は、主電源の安定性が1%程度でも、エネルギー回収型のジャイロトロンにより効率良く発振できていた。しかし、1MW以上の大電力の発振のために、加速電圧を高くすると過渡的に高くなったボディー電圧により加速電源での過電流が発生し運転の障害となっていた。そこで、加速電圧の立ち上がり速度を10から50msへ最適化することにより、安定な発振を得た。1MWの発振を2秒程度に伸ばす場合には、寄生発振によるビーム電流の急激な増加が問題であった。寄生発振対策として、RF吸収体をジャイロトロン内部に取付ける改良を行い、1.1MW-3.2秒の発振に成功した。アンテナへと導く伝送系は、約60mの円形導波管からなり伝送効率は約60%と低かったが、導波管の敷設を精度良く再度実施することで、80%の高い伝送効率を達成できた。これらの成果により、2.8MWの大電力入射による負磁気シアプラズマの加熱を実施し、約13keVの高電子温度の発生に成功した。
森山 伸一; 池田 佳隆; 梶原 健; 関 正美; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 今井 剛; 藤井 常幸; JT-60チーム
AIP Conference Proceedings 595, p.322 - 325, 2001/11
JT-60Uにおける電子サイクロトロン波加熱装置は、1999年に1本の1MW電子管を用いた1系統から開始し、2000年には3本の電子管に増力された。この間、電子管としては1MW2秒もしくは0.8MW3.2秒の発振出力を達成するとともに、総プラズマ入射としては~1.6MW3秒を得た。今回、よりプラズマ圧力の高い状態でMHD的な不安定性抑制を行い、プラズマ性能のさらなる向上を図るため、新型アンテナを含めた1系統の増力を行った。これにより入射電力を2MW以上を目指す。このアンテナは、プラズマ放電中に、ポロイダル/トロイダルの2方向に波の入射角度を制御できる特長を有している。本年4月に、この新系統によるプラズマ入射が実施された。講演では、新系統の設計とプラズマ加熱の初期結果を報告する。
前原 直; 森本 巌*; Zheng, X.*; 渡辺 聡彦*; 山本 昌則*; 坂本 慶司; 志甫 諒
信学技報, 101(415), p.61 - 66, 2001/11
原研では線形誘導加速器によるkA級電子ビームを用いたミリ波発振研究を行ってきた。1MeVの加速器では45GHz帯の自由電子レーザ(FEL)発振研究成果としてRF出力6MWまた世界最高利得の65dB/mを達成し、9.8GHz帯の後進波型発振(BWO)では国内最高RF出力210MWを達成した。また現在2MeVの加速器を用いた9.4GHz帯FEL発振研究を進めており、これまでの原研における大出力ミリ波の発振研究を総括するとともにその応用研究について講演する。
mode with depressed collector庄山 裕章; 坂本 慶司; 林 健一*; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 池田 幸治; 假家 強*; 満仲 義加*; 今井 剛
Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 40(8B), p.L906 - L908, 2001/08
被引用回数：29 パーセンタイル：71.86(Physics, Applied)170GHz大電力ジャイロトロンを用いて安定な1.1MWの発振を達成した。発振モードはTEであり、CW運転可能なモードである。発振効率は32%であり、減速コレクター運転により総合効率として57%に達した。発振効率を低下させるビームトンネル(電子銃とキャビティの間の電子ビームが通過する筒)での寄生発振をRF吸収体を装備することにより抑制した。この結果は核融合装置に求められる1MW長パルスジャイロトロンの開発に大きなインパクトを与えるものである。
三枝 幹雄*; 菊池 祐介*; 武井 奈帆子*; 金澤 貞善*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 今井 剛
Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.505 - 510, 2001/01
被引用回数：12 パーセンタイル：63.33(Nuclear Science & Technology)電子サイクロトロン電流駆動を高効率で行うためには、ミリ波帯の電磁波を各入射角ごとに最適な楕円偏波で入射する必要がある。この最適な楕円偏波を作成するために用いる偏波器を、従来の2枚のシステムから1枚に削減が可能な提案を行う。またその際のプラズマ中の正常波と異常波の励起効率の評価を行う。
春日井 敦; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 梶原 健; 庄山 裕章; 池田 幸治; 恒岡 まさき; 池田 佳隆; 藤井 常幸; 假家 強*; et al.
Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.399 - 406, 2001/01
被引用回数：18 パーセンタイル：75.17(Nuclear Science & Technology)原研ではITER R&Dのもとで、ITER用170GHzジャイロトロンの開発を行っている。これまでに、ダイヤモンド窓の開発などにより、世界のトップデータとなる出力約0.5MWで8秒間の出力を達成した。次のステップとしてジャイロトロンのビームトンネルを改良し、発振効率を28%まで改善させた。さらに、1MW-10秒を目標とした次期170GHzジャイロトロンを製作し、現在発振実験を行っている。また170GHzジャイロトロンの開発をベースに、JT-60Uでの電子サイクロトロン加熱/電流駆動のための、周波数110GHz、ダイヤモンド窓搭載ガウシアンビーム出力ジャイロトロンを製作し、プラズマへの応用を開始した。これまでに出力1MWで0.6秒の発振が得られている。
諫山 明彦; 池田 佳隆; 井出 俊之; 鈴木 隆博; 森山 伸一; 高橋 幸司; 梶原 健; 及川 聡洋; 濱松 清隆; 鎌田 裕; et al.
AIP Conference Proceedings 595, p.267 - 274, 2001/00
JT-60Uでは1999年よりECRF実験を開始し2000年には入射装置を3ユニットに増強した。各ユニットは、CPDジャイロトロン,計2枚のダイアモンド窓,可動鏡,偏波偏光器,コルゲート導波管等から構成されている。入射パワー・入射時間とも着実に進展し2000年には3ユニットから3秒間入射することに成功した。このECRF装置を用いて次の結果が得られた。(1)新古典テアリング不安定性の完全な抑制に成功した。最適な入射角は放電中の可動鏡スキャンにより決定した。また、実時間で不安定性を検出しEC波を入射する制御システムを構築して安定化実験も行った。(2)EC波による駆動電流分布を実験的に評価し計算コードの結果とよく一致することを示した。(3)EC波の入射方向や入射位置を変えることにより鋸歯状振動が制御できることを示した。
庄山 裕章; 坂本 慶司; 林 健一*; 春日井 敦; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 假家 強*; 満仲 義加*; 今井 剛
信学技報, 100(506), p.39 - 44, 2000/12
ITER,JT-60U等の大型核融合装置における電子サイクロトロン共鳴加熱及び電流駆動装置の発振源として大電力、長パルス、高効率の100GHz帯ジャイロトロンの開発を行い、これまでにエネルギー回収運動による効率50%発振、超高次モードを用いた1MW発振、数MW/連続出力で使用可能な人工ダイヤモンド出力窓の開発等の成果を得てきた。最近では、長パルス化に向けてさらなる発振効率の向上を図るために、SiCビームトンネル付170GHzジャイロトロンを開発し、1.1MW/57%の発振を達成した。
今井 剛; 坂本 慶司
NEW DIAMOND, 15(1), p.26 - 27, 1999/11
原研におけるミリ波帯の大電力出力用ダイヤモンド窓の開発の進展について概要を述べる。ダイヤモンドはミリ波帯での伝送損失(発熱)が極めて小さく、熱伝導率が極めて高いことから、理想的な出力窓であったが大口径の板状の高品質人工ダイヤの製造が難しかった。最近大口径の厚肉のものが製造可能となり、その特性を生かした人工ダイヤモンド窓の開発に成功した。さらに、その窓を大電力のミリ波の発振器であるジャイロトロンに適用し大きな成果を挙げた。
坂本 慶司; 今井 剛
産業と電気, (557), p.7 - 13, 1999/02
大電力ミリ波発振源であるジャイロトロンを、原研でこれまで行ってきた研究開発の成果を交えながら一般向けに解説する。まず、ジャイロトロンを開発する目的として、核融合炉について説明し、1MW、100GHz帯ジャイロトロンが必要な理由を述べる。次にジャイロトロンの概要、発振原理を説明し、原研でこれまで達成した成果、すなわちエネルギー回収型ジャイロトロンの成功による効率50%の達成、超高次モードによる1MW発振の達成、人工ダイヤモンド窓開発の成功及びこれを用いたジャイロトロンの開発の現状等を順次解説する。
坂本 慶司; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 今井 剛; 假家 強*; 満仲 義加*
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.208 - 212, 1999/01
被引用回数：69 パーセンタイル：94.22(Instruments & Instrumentation)大型の人工ダイヤモンドを用いたジャイロトロン用大電力電磁波出力窓を開発し、170GHzジャイロトロンへの搭載に成功した。人工ダイヤモンドは、熱伝導が1800W/mK以上と非常に大きく(銅の約5倍)、電磁波の吸収係数も従来材料に比べ低い。このため、従来、出力窓の急激な温度上昇により制限されていたジャイロトロン出力の大幅な向上が期待できる。ここで用いた出力窓の口径は83mm、厚みは2.23mmである。除熱構造は、熱伝導が高いため、周辺を水で冷却する方式とし、従来除熱のため窓を2枚用いて間に冷却材を流していたいわゆる表面冷却構造に比べ、大幅に簡素化され、信頼性が向上した。この窓を用いたことにより、ジャイロトロン出力として520kWで6.2秒、450kWで8秒を得、窓温度の上昇も約5秒で安定化した。これは、170GHzジャイロトロンの長パルス動作の限界であった出力170kWを大幅に上回るものであり、同時に出力エネルギーの世界記録を更新するものである。また、実験では500kWで1秒以上の動作1300回、累積出力エネルギー1.3GJを行い、出力窓及びジャイロトロンともに問題は生じなかった。
恒岡 まさき; 春日井 敦; 池田 幸治; 坂本 慶司; 今井 剛; 藤田 秀男*; 浅香 敏夫*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*; et al.
Int. J.Electronics, 86(2), p.233 - 243, 1999/00
被引用回数：11 パーセンタイル：58.08(Engineering, Electrical & Electronic)本論文は原研で開発したエネルギー回収型ジャイロトロン用主電源システムに関するものである。この電源容量は5MWで最大100KV,50Aの直流電源である。ジャイロトロン用電源では負荷であるジャイロトロンの異常発生時に10J以下の許容エネルギーで遮断しなくてはならない。従来はクローバスイッチを用いて電源を高速短絡して保護していたが、本電源には直流100KV,100A,360A遮断のIGBTスイッチを開発し採用した。また、ジャイロトロンは高速にビーム電源が立ち上がるため、直流電圧を制御する交流サイリスタスイッチの制御に状態フィードバック制御と負荷電流フィードフォワード制御を採用した。この電源はシリーズレギュレータ等の高ロス機器を採用せずに実現化された電源であり、効率も95%以上を確保している。
今井 剛; 坂本 慶司
EMC: electro magnetic compatibility: solution technology: 電磁環境工学情報, (127), p.27 - 34, 1998/11
ミリ波帯の大電力の発振管であるジャイロトロンについて、原研における最近の研究開発の成果を中心に、原理、開発経緯と現状、応用と今後の展望について述べる。特に、原研が世界に先駆けて技術開発に成功したエネルギー回収による高効率化と人工ダイヤモンド窓による高出力化の成果について報告する。
