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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:28.02(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:9.28(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:49.42(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

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:11.05(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。

口頭

JT-60SAに向けた中性粒子入射装置の解体作業及び手順

小又 将夫; 椛澤 稔; 藻垣 和彦; 河合 視己人; 関 則和; 根本 修司; 花田 磨砂也; 西澤 功*; 大槻 信一*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構の核融合実験装置JT-60Uは2008年8月にシャットダウンし、装置全体を超伝導化のために改造した後、2016年にファーストプラズマを着火する予定である。主力加熱装置である中性粒子入射装置(NBI)に関しては、再利用することを前提に設計が進められている。本研究会では、JT-60U本体周りに設置されているNBI装置の解体作業及び手順について報告する。

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。

口頭

JT-60U中性粒子入射装置の解体・改造手順

藻垣 和彦; 花田 磨砂也; 河合 視己人; 椛澤 稔; 秋野 昇; 小又 将夫; 薄井 勝富; 大麻 和美; 菊池 勝美; 清水 達夫; et al.

no journal, , 

JT-60Uの次期装置である超電導コイル核融合装置(JT-60SA)において、既存のNBI加熱装置は再使用される。このため、同装置は解体撤去された後、長期保管される。同装置を含むJT-60U装置は平成22年度より本格的に解体撤去されるが、本体室からの物品の搬出ルートの確保を目的に、平成21年11月$$sim$$平成22年1月中にかけて、搬出ルートの中央にある負イオンNBI用高電位テーブル(HVT)を撤去する。撤去対象となるHVTは負イオン源へ電力を供給する電源盤を収納するものであり、4階構造の超大型構造体である。HVTは2-4階の電源収納筐体とその筐体を大地から絶縁し支持する絶縁柱で構成されている。HVTの大きさは長さ13.1m,幅5.6m,高さ10mであり、電源を含めた総重量は約150トンである。コスト削減や工期短縮のために、ソース電源収納用筐体と絶縁柱を含む支持筐体に2分割し、撤去する。HVT内部の電源を含めた収納用筐体の重量は130トンであり、一括撤去のために筐体の構造材であるH鋼を補強するとともに、吊り金具を8か所溶接した。その後、吊り位置を自由に変えることが可能な天秤を用いて仮吊りすることによって、収納用筐体と支持筐体を分割した。分割作業期間中はHVTの転倒防止のため、分割した箇所を専用の仮受け架台で支持しながら作業を進めた。すべての連結ボルトを取り外した後、仮受け架台を外し、除染後に別の建屋に運び出し、残った1階の支持筐体を撤去する。本稿では、超大型構造体であるHVTの放射線管理区域からの搬出について報告する。

口頭

テント型磁場配位によるJT-60負イオン源の負イオンビームの非一様性の改善

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

負イオン中性入射装置(N-NBI)では、JT-60SAにて要求される22Aの大電流を長時間(100秒)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無く、10%以下に改善することができた。

口頭

NBシステムの調達活動の現状

戸張 博之; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 前島 哲也; 梅田 尚孝; 阿部 宏幸; 照沼 勇斗; et al.

no journal, , 

原子力機構はITER計画における日本国内機関として、イタリア・パドバに建設中ITER中性粒子入射装置実機試験施設(NBTF)の調達を実施している。NBTFはITERに先立ち1MeV, 40Aの負イオンビーム加速技術の確立を実証するための試験施設であり、日本は、1MV絶縁変圧器や直流発生器等の加速電源高電圧部、及び絶縁フィードスルーの役割を担うHVブッシングの調達を担当している。いずれの機器もITERに不可欠な高電圧機器であるが、実現のためには既存の技術レベルをはるかに超えた要求があったため、要素技術開発を進めてきた。1MV絶縁変圧器に関しては2重構造の碍子を用いた絶縁方式を新たに考案し、HVブッシングに関しては世界最大のアルミナセラミック絶縁管の成形技術とロウ付け技術を開発し、それぞれ要求満たすための要素技術を確立した。これらのR&D及び詳細設計を進展させ、2012年より調達を開始した。2013年より機器製作が開始され、現在予定通り進んでいる。2015年までに機器製作を完了させ、2016年にはパドバのNBTFサイトへの輸送、並びに据え付けを実施し、2017年中の運転開始の予定である。

口頭

JT-60負イオン源のテント型磁場配位によるビーム一様性の改善

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

世界最大のビーム引出面積を有する大型JT-60負イオン源では、ビームの一様性改善がJT-60SAの要求値である22Aの大電流の負イオン生成のための重要課題である。本研究では、従来の横磁場配位からテント型方式を基にした新たな磁場配位に改良した。これにより、非一様な負イオン生成の原因であった、プラズマ生成に必要な高速電子の偏在化を改善した。その結果、負イオンの一様な領域を、従来の磁場配位では全プラズマ電極の45%であったものを、中央3枚の電極にあたる60%にまで改善し、JT-60SAにて要求される22Aのビーム生成に成功した。

口頭

ITER NB用HVブッシングの性能検証試験

大楽 正幸; 戸張 博之; 阿部 宏幸; 関 則和; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 山中 晴彦; 梅田 尚孝

no journal, , 

ITER中性粒子入射装置実機試験施設(NBTF)の建設がイタリア・パドバで進行中であり、日本はHVブッシング及び1MV電源高圧部の調達を担当している。HVブッシングは、最大1MVが印加された電力供給用導体を真空中のビーム源に繋ぎ込む絶縁碍子である。本発表では、基本構造はITER中性粒子入射装置用HVブッシングと同一ながら、品質確認を検証するために要所をO-リングシールを用いて分解可能構造としたNBTF用HVブッシングの工学設計と性能検証試験の結果について報告する。

口頭

JT-60負イオン源でのビーム一様性改善に向けた磁場構造最適化

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

JT-60SAのプラズマ加熱・電流駆動装置で利用する世界最大の負イオン源では、22Aの大電流負イオンビームを100秒間生成することが求められている。そのためには、45cm$$times$$110cmのビーム引出面積から生成させる負イオンビームの空間一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの素となるプラズマをより一様にするため、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、従来の磁場構造において45%であったものを、60%にまで改善した。さらに、その一様な領域からJT-60SAにて要求される22Aのビーム生成に成功した。

口頭

Development of DC ultra-high voltage insulation technology for ITER NBI

戸張 博之; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 小島 有志; 大楽 正幸; 関 則和; 阿部 宏幸; 梅田 尚孝; 山中 晴彦; et al.

no journal, , 

ITERおよびJT-60SAの中性粒子入射装置(NBI)に向けた技術開発の進展を報告する。ITER NBIの高電圧電源用1MV絶縁変圧器開発では、1MVを変圧器から引き出すブッシング開発が課題であった。従来技術では製作不可能な巨大な碍子が必要となったため、新たに絶縁ガスを封入したFRP絶縁管の内部に碍子製の小型コンデンサーブッシングを装着する同軸構造の複合型ブッシングを考案した。これにより安価で入手製の高い1MV絶縁変圧器を実現した。また、直流1MV高電圧導体を真空中に導入するHVブッシング開発では、内部に設置される大面積の円筒電極間の耐電圧特性を詳細に調べ、面積の効果を考慮した絶縁特性をモックアップ試験で明らかにし、HVブッシングの絶縁設計指針を構築した。また、負イオンの長時間生成と加速に向けて、高沸点の流体を用いた負イオン源内のプラズマ電極の温度制御技術の開発、並びに負イオンの偏向を補正する電極を組み込んだ冷却性能強化型負イオン引出部を開発した。その結果、15Aの負イオンビームを100秒生成および従来の2ケタ増となるビームエネルギー密度40MJ/m$$^{2}$$を達成した。

口頭

ITER級大型負イオン源でのビーム一様・安定生成に向けた研究開発

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 平塚 淳一; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

no journal, , 

ITERやJT-60SAといった核融合炉用負イオン源では、1mを超える大面積の引出領域から負イオンビームを安定かつ一様に生成することが要求されている。そこで、ITER用負イオン源(1280孔)とほぼ同数の孔数を有し、引出領域が1m$$times$$0.5mのJT-60負イオン源(1080孔)を用いたビームの一様生成試験を実施した。その結果、JT-60負イオン源の従来の磁場構造をテント型構造に改良することで、ビームの一様性を従来よりも20%改善した。さらに、その一様な領域から32Aビーム生成を実証した。これは、ITER負イオン源の孔数で換算すると、約38Aに匹敵し、ITERの要求値である40Aのビーム生成の見通しを得ることができた。

口頭

ITER NBTF用HVブッシングの設計と製作の進展

戸張 博之; 大楽 正幸; 小島 有志; 梅田 尚孝; 阿部 宏幸; 関 則和; 柴田 直樹; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也

no journal, , 

原子力機構では、ITER中性粒子入射装置(NBI)の開発を目的としたイタリア・パドバに建設中の実機試験施設(NBTF)用HVブッシングの調達を担当している。HVブッシング内部の限られた空間に大面積、かつ多段の円筒導体からなる5層の静電スクリーンを設置して100万ボルトを真空中で絶縁する。大面積、かつ多段構造の電極の耐電圧特性はこれまで明らかになっていなかったが、今回実機大のモックアップ電極を用いてこれを明らかにし、HVブッシングの絶縁設計に適用した。2015年9月までにHVブッシングの製作、組み立てが完了した。現在、完成したHVブッシングの耐電圧試験を行っており、静電スクリーン1層ずつの耐電圧が定格の1.2倍の24万ボルト以上であることを確認した。今後、HVブッシング全体の耐電圧試験を行い、100万ボルトの絶縁性能を確認した後、NBTFサイトへ輸送する。

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