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論文

Progresses in development of the ITER edge Thomson scattering system

谷塚 英一; Bassan, M.*; 波多江 仰紀; 石川 正男; 嶋田 恭彦; Vayakis, G.*; Walsh, M.*; Scannell, R.*; Huxford, R.*; Bilkova, P.*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 8(12), p.C12001_1 - C12001_10, 2013/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:34.98(Instruments & Instrumentation)

In ITER, the edge Thomson scattering system (ETS) is one of the primary diagnostic systems for measuring electron temperature and electron density profiles of edge plasma. In order to provide a high throughput of scattered light against a low throughput of neutron and $$gamma$$ ray from plasma, collection optics with a labyrinthine optical path in the port plug was designed. A combination of in-situ calibration (using two lasers with different wavelengths) and periodic calibration (using a super-continuum light source illuminating shutter rear-plate covered with a diffusive material) would provide accurate measurements in ITER against the degradation of spectral transmissivity due to the harsh radiation environment and sputtering/contamination of the first mirror. Specifications of subsystems were determined from assessments of measurement error. It was confirmed that the ETS will work in ITER with the specifications achieved by present technologies.

論文

Development of divertor IR thermography for ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 草間 義紀

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2402147_1 - 2402147_5, 2013/11

ダイバータIRサーモグラフィーはITER計画において日本が調達する計測装置の一つであり、その概念設計の進展について報告する。光学系に関して、ミラーサイズを小さくし、迷路構造を設けることで計測要求の空間分解能と中性子遮蔽をともに満たす新しい光学系の設計を進めている。必要とされる測定精度を実現するために、検出信号と各種ノイズ(制動放射光,検出器ノイズ,光学部品の熱ノイズ等)を評価した。制動放射光は600$$^{circ}$$C以下の低温領域を除き、検出光よりも低くなる見通しである。壁からの反射光については、光学シミュレーションソフト「LightTools」を用いた計算を開始した。観測信号からダイバータ板の表面温度分布を導出する詳細なデータ処理方法、光学系のその場校正手法等の結果についても議論する。

論文

福島第一原子力発電所事故を巡る放射線防護上の諸課題と今後の展開; 若手,学生より、アンケート結果等を含めて

荻野 晴之*; 谷 幸太郎*; 河野 恭彦; 嶋田 和真*; 藤通 有希*

保健物理, 46(3), p.197 - 204, 2011/09

平成23年6月16日、「福島第一原子力発電所事故対応シンポジウム,1; 原子力防災対策とその基準」において、「若手,学生より、アンケート結果等を含めて」と題し、テーマ別討論で取り上げられた3テーマ(屋内退避・避難,安定ヨウ素剤投与,飲食物摂取制限)以外に特に重要と考えられる5つのテーマに対する若手・学生有志の考えや学生を対象としたアンケート結果について報告した。本稿では、シンポジウムにおける著者らの発表内容に基づき、若手・学生有志が抽出した課題や、本事故が保健物理を学ぶ学生に与えたインパクトについて述べる。

口頭

福島第一原子力発電所事故における内部被ばく管理に対する若手からの提言

河野 恭彦; 荻野 晴之*; 小池 裕也*; 藤原 慶子*; 嶋田 和真*; 谷 幸太郎*; 藤通 有希*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故を巡る諸課題について、内部被ばく管理に焦点を当てて、若手と学生の有志で検討を行った。その結果、(1)甲状腺のスクリーニングレベル、(2)ホールボディカウンタ、(3)バイオアッセイの3つの重要なテーマを抽出した。本発表では、各テーマに関して、福島第一原子力発電所事故を受けての対応経緯を述べるとともに、今後対応すべき課題・対策、そして最後にわれわれ若手の提言を述べさせていただく。

口頭

合理的な放射線防護体系の確立を目指して; 国際標準を今後どのように取り入れるべきか

荻野 晴之*; 河野 恭彦; 嶋田 和真*; 谷 幸太郎*; 藤通 有希*

no journal, , 

日本における放射線防護の考え方は、国際放射線防護委員会(ICRP)の主勧告を尊重しており、これまでは主に1990年勧告に基づいてきた。現在は放射線審議会基本部会において、2007年勧告の国内制度取入れに関する審議が行われており、重要な項目については2011年1月に第二次中間報告書として審議結果が纏められた。さらに、日本は現在、福島原子力事故による緊急時被ばく状況や現存被ばく状況が広範囲に渡って存在するという未経験の条件の中での放射線防護の実践という新たな課題に直面している。本発表では、上記に対する若手研究会と学友会の考えを述べる。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 今澤 良太; 小川 宏明; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 佐藤 和義; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する6つの計測装置の開発について進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)マイクロフィッションチェンバー:MIケーブルの真空フィードスルー部の試作を行い、真空リーク量はITERの要求を満足することを確認した。(2)周辺トムソン散乱計測装置:真空容器内のレーザービームダンプ及びポートプラグ内光学機器の設計を進めるとともに、電子温度の非等方性を診断するための新しい測定法を提案した。(3)ポロイダル偏光計:プラズマ立ち上げ時及びプラズマ燃焼時における電流分布計測精度を評価し、ITERの計測要求を満足するために必要な偏光計測精度を明らかにした。(4)ダイバータ不純物モニター:水平ポート光学系について、出射瞳径を大きくするとともに、耐放射線性の高い色消しレンズを採用した設計を行い、期待できる検出光量を従来より16倍増加させた。(5)ダイバータ熱電対:外側ダイバータターゲット側面への熱電対の固定方法に関する試作試験を開始した。(6)ダイバータIRサーモグラフィー:観測ポートが、従来のダイバータポートから水平ポートに変更されることに対応し、解決すべき課題の整理を行うとともに、概念設計を開始した。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 小川 宏明; 今澤 良太; 小野 武博; 近藤 貴; 石川 正男; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する計測装置の開発の進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)周辺トムソン散乱計測装置: 原型YAGレーザー装置の開発を進め、ITERの要求性能(出力:5J、繰り返し:100Hz)を上回る性能(出力:7.66J、繰り返し:100Hz)を達成した。光学素子数が少ない新型ポリクロメーターを考案し、電子温度及び電子密度の計測精度向上に見通しを得た。(2)ダイバータサーモグラフィー: ダイバータ板の温度計測における空間分解能の評価を行い、視野の中心部ではITERの要求性能である3mmを満足する初期結果を得た。(3)ポロイダル偏光計: 光源遠赤外レーザー光を計測室からポートプラグまで伝送する光学装置の設計を行い、建屋をはじめ他設備との取合い検討を進めた。(4)ダイバータ不純物モニター: 上部ポートプラグ内光学機器の機械設計を行い、充分な冷却性能が得られることを示した。(5)マイクロフィッションチェンバー: ITER機構との間で調達取決めを締結し、おもに真空容器内機器を対象とする予備詳細設計を開始した。

口頭

Development of divertor IR thermography for ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 草間 義紀

no journal, , 

ITER計画において、日本が調達する計測装置であるダイバータIRサーモグラフィーの概念設計の進展について報告する。計測要求に基づき光学系の概念設計を行い、その性能を評価した。ダイバータ観測視野角は外側用で2.5$$^{circ}$$、内側用で4.0$$^{circ}$$として、外側及び内側ダイバータ板とバッフルを十分に広く観測できるものとした。空間分解能は観測する波長に対する依存性があるものの、視野中心部において計測要求の3mmを満たすものとした。また、光学系のミラーの核発熱は第1ミラーを除き0.1W/cc以下となり、冷却できる見通しを得ている。今後、空間分解能と中性子遮蔽が両立する光学系の最適化,光学系の透過率や観測面の放射率の校正手法の開発及び機械設計等の課題に取り組んでいく。

口頭

Development of divertor IR thermography for ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 伊丹 潔

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する計測装置の一つであるダイバータIRサーモグラフィーの開発を進めている。計測要求に基づいて、システム設計,光学設計,検出光子数の評価を行った。検出系は二色系と分光系からなり、ダイバータの表面温度はこれらのデータを組合せて導出する予定である。内側と外側のダイバータ板を観測する2つの光路を設け、ダイバータ板上で3mmの空間分解能を満たすようにした。光学系においてドッグレッグ構造を作ることで、インタースペースでの停止後線量率を従来の光学系のそれから約半減させた。また、タングステンのような低い放射率を仮定し、検出器における光子数を評価したところ、500$$^{circ}$$C以下の低温領域を除き、3$$mu$$mと5$$mu$$mの波長帯において制動放射光より高い光子数が得られる見通しである。

口頭

ITER用計測装置開発のための中性子輸送解析

石川 正男; 嶋田 恭彦; 竹内 正樹; 今澤 良太; 谷塚 英一; 小川 宏明; 波多江 仰紀; 杉江 達夫; 河野 康則; 近藤 貴; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する計測装置(ポロイダル偏光計測,周辺トムソン散乱計測,ダイーバータ不純物モニタ,IRサーモグラフィー)の開発のために実施した中性子輸送解析の結果を報告する。ITER運転中に発生する中性子・$$gamma$$線による、各装置のプラズマ対向ミラーの核発熱量は、現在の設計条件の下では1w/cc程度と評価された。さらに、光路の径を変更し、遮蔽効果を変更することで、光学ミラーの核発熱量がどの程度変化するかを調べた。現在、これらの結果をもとに熱解析を実施し、光学ミラーの冷却機構の開発を進めている。また、ポートプラグに設置される機器については、そのメンテナンスのためにインタースペースと呼ばれる領域での運転停止約12日後の線量率(停止後線量率)を100$$mu$$Sv/h以下にする必要がある。このため、中性子輸送解析による停止後線量率の評価をもとにした遮蔽構造の設計を実施し、停止後線量率を100$$mu$$Sv/h以下にできる見通しが立った。

口頭

ITERのためのダイバータIRサーモグラフィーの開発

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 伊丹 潔

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する計測装置の一つであるダイバータIRサーモグラフィーの開発を進めている。計測要求に基づいて、システム設計、光学設計、検出光子数の評価を行った。検出系は二色系と分光系からなり、ダイバータ板の表面温度はこれらのデータを組合せて導出する予定である。内側と外側のダイバータ板をそれぞれ観測する2つの光路を設け、ダイバータ板上で3mmの空間分解能を満たすようにした。光学系においてドッグレッグ構造を作ることで、インタースペースでの停止後線量率を従来の光学系のそれから約半減させた。また、ダイバータ板の候補であるタングステンにおいて、表面での分光放射率を0.2と仮定し検出器における光子数を評価した。その結果、低温領域を除き、3$$mu$$mと5$$mu$$mの波長帯において背景光(制動放射光)より高い光子数が得られる見通しを得た。

口頭

Progress of diagnostics development in JAEA

河野 康則; 杉江 達夫; 小川 宏明; 東條 寛; 谷塚 英一; 今澤 良太; 波多江 仰紀; 濱野 隆; 佐久間 猛; 竹内 正樹; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(JAEA)におけるプラズマ計測装置の開発の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1) ITERダイバータ赤外サーモグラフィーの設計の現状、(2) ITERダイバータ不純物モニターの設計の現状、(3) JT-60SAトムソン散乱計測装置の集光光学系の設計の改良、(4) ITER周辺トムソン散乱計測装置用レーザービームダンプの設計・解析の進展、(5)レーザー偏光法を用いた磁場、電子密度分布及び電子温度分布の同時計測法の考案

口頭

Development of the ITER diagnostic systems by JADA

伊丹 潔; 河野 康則; 波多江 仰紀; 石川 正男; 小川 宏明; 杉江 達夫; 山本 剛史; 近藤 貴; 北澤 真一; 谷塚 英一; et al.

no journal, , 

The first ITER diagnostic procurement arrangement for Micro Fission Chambers was concluded in April in 2012. The MFC is a pencil size gas counter containing fission material (235U) and will be installed upper and lower outboard behind the blanket module in the two toroidal locations. Design activities toward the preliminary design review, expected in the next year, are being carried out. Following the conceptual design review in 2012, JAEA/JADA concluded the procurement arrangement of Poloidal Polarimeter, Edge Thomson Scattering, Divertor IR Thermography and Divertor Impurity Monitor with the ITER Organization and JAEA in this August. Conceptual design of the supervisory systems for the ITER diagnostic systems in JADA is being studied. The conceptual design is being implemented and tested by using a CODAC cubicle.

口頭

ITER中性子束モニタ用マイクロフィッションチェンバーの詳細設計のための核解析

石川 正男; 竹田 恵吾*; 近藤 貴; 嶋田 恭彦

no journal, , 

ITERのマイクロフィッションチェンバー(MFC)計測システムは、プラズマから発生する中性子の総量を計測し、それを基に核融合出力を評価することを目的とする中性子計測装置である。MFCはブランケットモジュールと真空容器との間の外側上部及び下部に設置されるが、プラズマからの距離が近いため、プラズマ位置の変動により個々のMFCの測定感度に変化が生じる。本研究では、ITER機構との協議の中で新たに設定されたMFCの設置位置において、中性子輸送解析コード(MCNP)を用いた核解析を実施し、プラズマ位置の変化に影響なく、プラズマからの中性子発生量を正確に得るための手法を検討した。その結果、プラズマ位置の変化に影響しない出力を得るためには、上下のMFCそれぞれの変化の重みを考慮に入れた線形結合を取ることで、プラズマが移動した場合でも誤差3%以内で出力を一定に保てることが分かった。

口頭

Design and development of the edge Thomson scattering system in ITER

波多江 仰紀; 谷塚 英一; 嶋田 恭彦; 石川 正男; 伊丹 潔

no journal, , 

JAEA has been developing the edge Thomson scattering system (ETS) in ITER, and the preliminary design phase has already started. The ETS is a primary diagnostic system for measuring electron temperature and electron density profiles in ITER. We present three current topics: collection optics, laser beam dump, and YAG laser. Collection optics, which is a key component of ETS, is installed in a diagnostic port connected to ITER vacuum vessel, and this optics collects extremely feeble light of Thomson scattering. From the neutron shielding point of view, the collection optics must have labyrinth-like optical path built by shielding material and mirrors, and the volume of optical path must be minimized. On the other hand, labyrinth-like optical path deteriorates optical performance. Balance of neutron shielding and optical performance are crucial for the burning plasma diagnostics. We found that a collection optics design satisfies required performances both optical design and neutron shield by the optimization of optical design and shielding design. In this design, shut-down dose rate as required a neutron shield performance is less than 100 $$mu$$Sv/h at the interspace just after the diagnostic port. And spatial resolution is 5 mm.

口頭

Progress of diagnostics development in JAEA

河野 康則; 竹内 正樹; 東條 寛; 北澤 真一; 山本 剛史; 竹山 茂治; 谷塚 英一; 今澤 良太; 佐久間 猛; 嶋田 恭彦; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構におけるプラズマ計測装置の開発の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1)ITERダイバータ赤外サーモグラフィーの開発の進展、(2)ITERダイバータ熱電対の開発の進展、(3)ITER計測装置のための計装制御系の開発の進展、(4)ダブルパストムソン散乱を用いた高精度電子温度計測法の開発の進展。

口頭

Development of divertor IR thermography for ITER

杉江 達夫; 竹内 正樹; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 勝沼 淳*; 北澤 大輔*; 大森 啓介*; 伊丹 潔

no journal, , 

ITERダイバータIRサーモグラフィーは、赤外線領域の光を分光測定することにより、ITERのダイバータ板表面及びバッフル表面の温度(200$$^{circ}$$C-3600$$^{circ}$$C)分布及び入熱分布を計測する装置であり、20$$mu$$sの高時間分解能及び3mmの高空間分解能を有し、主にプラズマ先進制御及び物理研究に用いることを目的とした装置である。本サーモグラフィーは、3$$mu$$m帯及び5$$mu$$mを使った2色系と1.5-5.0$$mu$$mを測定波長範囲とする分光系の2つの測定系から構成される。ITERの環境に対応するために、耐放射線性、放射線遮蔽、除熱対策、熱歪対策、粒子照射軽減対策等を考慮した設計を進めるとともに、遠隔光軸調整機構及び較正機構の設計開発を進めている。光学設計では、3mmの空間分解能を得られる見通しが得られた。また、ミラー等の光学素子からの放射がバックグラウンドとして測定すべきダイバータ板等からの放射に重畳する影響についての評価を行い、除熱を考慮した設計を進めている。また、較正機構に関しては、設計に取り入れることを目的にして、IRレーザーを使った較正手法の試験を進めている。発表では設計開発の現状及び解決すべき課題について述べる。

口頭

ITER用周辺トムソン散乱計測装置の詳細設計のための核解析

嶋田 恭彦; 石川 正男; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 伊丹 潔

no journal, , 

ITER計画において、原子力機構が調達する周辺トムソン散乱計測装置(ETS)の詳細設計のための核解析を実施した。ETSはプラズマにレーザーを入射させ、プラズマ中の電子に散乱された光を集め分析することで、プラズマ周辺部の電子密度及び電子温度の分布測定を行う計測装置である。ETSの計測システムはレーザー入射系と集光光学系から構成される。このうち、集光光学系のミラーは、プラズマからの放射線を受けることで核発熱により変形し、計測精度が劣化する恐れがある。そこで、遮蔽性能を維持しつつ光学ミラーの核発熱を低減するため、ミラーの材質による影響を調べた。その結果、第一ミラーと呼ばれるプラズマ対向ミラーの材質をモリブデンからステンレスに変更することで、核発熱量を約25%低減できることが分かった。また、その他のミラーについては、材質をアルミニウムにすることで、ステンレスを使用した場合よりも核発熱量を約65%低減できることが分かった。このように、核解析を実施することで各々のミラーで使用する最適な材質を決定することができた。講演では、集光光学系の核解析の詳細と共にレーザー入射系に対して行った核解析の結果も報告する。

口頭

ITERダイバータ赤外サーモグラフィーの開発

杉江 達夫; 竹内 正樹; 竹山 茂治; 石川 正男; 嶋田 恭彦

no journal, , 

ITERダイバータIRサーモグラフィーは、赤外線領域の光を分光測定することにより、ITERのダイバータ板表面及びバッフル表面の温度(200度-3600度)分布及び入熱分布を計測する装置であり、0.02msの高時間分解能及び3mmの高空間分解能を有し、主にプラズマ先進制御及び物理研究に用いることを目的とした装置である。本サーモグラフィーは、3ミクロン帯及び5ミクロン帯を使った2色系と1.5-5.0ミクロンを測定波長範囲とする分光系の2つの測定系から構成される。また、ITERの環境に対応するために、耐放射線性、放射線遮蔽、除熱対策、熱歪対策、粒子照射軽減対策等を考慮した設計を進めている。光学設計では、本サーモグラフィーの占有空間内で、3mmの空間分解能が得られる光学系を構成できる見通しが得られた。また、プラズマ対向第一ミラーからの放射がバックグラウンドとして測定すべきダイバータ板からの放射に重畳する影響についての評価を行った。また、較正に関しては、ITERのベーキング時において、熱電対の測定結果を用いて行うが、設計に取り入れることを目的にしてIRレーザーを使った較正手法の試験を進めている。発表では設計開発の現状及び解決すべき課題について議論する。

口頭

ITER周辺トムソン散乱計測装置の開発

谷塚 英一; 波多江 仰紀; 嶋田 恭彦; 伊丹 潔

no journal, , 

ITER周辺トムソン散乱計測装置の開発として、これまでに、2系統のレーザー増幅器を同時運転することにより、ITERの目標性能である出力5 J、繰り返し100Hzの発振を達成していた。最近、2系統のレーザーを交互に運転し、レーザーの発振周期と半波長板の回転周期を同期させ、レーザー光路中で2本のビームを同軸かつ同一偏光にするビーム合成器を開発した。これを用いることにより、2系統の増幅器の片方に不具合が生じた場合でもトムソン散乱計測を継続できるだけでなく、プラズマ中にレーザーを入射するための貫通孔の面積を小さくでき、炉心からポート外へ出る中性子束を低減できる。さらに、入射したレーザービームを終端するビームダンプの開口面積を有効に使用できる。一方、ビームダンプは、ITERの真空容器中に設置するため、使用可能空間が極めて小さい。高出力のレーザービームを入射することによるビームダンプ表面の損傷が課題である。損傷を避けるため、単位面積当たりのレーザーエネルギー吸収密度を低減できるように、ビームダンプ内部に多数の屈曲板を平行に並べた構造を採用する。入射角及び偏光を変えてレーザー照射実験を行い、上記設計方針の妥当性を確認した。

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