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論文

Vacuum insulation and achievement of 980 keV, 185 A/m$$^{2}$$ H$$^{-}$$ ion beam acceleration at JAEA for the ITER neutral beam injector

戸張 博之; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 大楽 正幸; 梅田 尚孝; 山中 晴彦; 土田 一輝; 武本 純平; 渡邊 和弘; 井上 多加志; et al.

Plasma Science and Technology, 15(2), p.179 - 183, 2013/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:94.34(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER NBI用負イオン加速器及びHVブッシング開発において1MV真空絶縁が共通課題である。HVブッシングでは、外径1.56mのセラミックリングとその外周にFRPリングを二重配置し、これを5段積み重ねて1MVを絶縁する。二重構造ゆえ絶縁体周辺に三重点が複数存在する。これら三重点の電界を同時に低減するために、電界解析により形状を選定した3つの電界緩和部品の組合せる電界緩和構造を考案した。これを1段分の実規模モックアップに適用し耐電圧試験を実施したところ、定格の120%の-240kVを安定に保持し、ITERで要求される絶縁性能を実証した。MeV級加速器では、加速器内に存在する段差や端部における局所的な電界集中により十分な耐電圧性能が得られていなかった。そこで、電極間距離の延伸,端部曲率の増大を図り、電界を低減させ、真空中で1MVの安定保持を達成した。また、加速器内の磁場及び空間電荷反発によりビーム偏向を補正する電極を用いることで、ビームの電極への衝突を抑制し、ITER要求値をほぼ満足する980keV, 185A/m$$^{2}$$の負イオンビーム加速に成功した。

報告書

ブンゼン反応溶液の密度及びポリヨウ化水素酸の粘性率

久保 真治; 吉野 公二*; 武本 純平*; 笠原 清司; 今井 良行; 小貫 薫

JAEA-Technology 2012-037, 20 Pages, 2013/01

JAEA-Technology-2012-037.pdf:17.29MB

熱化学水素製造法ISプロセスにかかわる物性データベース整備の一環として、ブンゼン反応溶液である硫酸相溶液及びヨウ化水素相溶液の密度データを取得した。濃度0$$sim$$45wt%の硫酸及び同液に(I$$_{2}$$+HI)を0$$sim$$2mole%混入させた模擬硫酸相溶液、また、ポリヨウ化水素酸(I$$_{2}$$: 0$$sim$$17mole%, HI: 1$$sim$$15mole%)及び同液にH$$_{2}$$SO$$_{4}$$を0$$sim$$2mole%混入させた模擬ヨウ化水素相溶液について、振動式密度計を用いて、5$$sim$$60$$^{circ}$$Cの温度範囲の密度を測定した。さらに、測定データの解析から、いずれの溶液についても、新たに定義したヨウ素原子分率を用いることにより、ヨウ素及びヨウ化水素の濃度が液密度に与える効果を統一的に表現できることを見いだし、この知見をもとに、組成及び温度から密度を推算する実験式を得た。また、これまで知見のなかったポリヨウ化水素酸の粘性率について、I$$_{2}$$: 0$$sim$$17mole%, HI: 1$$sim$$15mole%の組成範囲において、振動式粘度計を用いて、5$$sim$$40$$^{circ}$$Cの温度範囲の実測データを取得し、組成及び温度から粘性率を推算する実験式を得た。

論文

Voltage holding study of 1 MeV accelerator for ITER neutral beam injector

谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 武本 純平; 戸張 博之; 土田 一輝; 山中 晴彦; 渡邊 和弘; 小島 有志; et al.

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02B121_1 - 02B121_3, 2012/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:45.76(Instruments & Instrumentation)

原子力機構では、ITER NBIで要求される1MeV, 200A/m$$^{2}$$の負イオン加速実証のため、MeV級加速器の開発を行っている。このような高パワー加速実現のためには、加速器の耐電圧向上が一つの鍵となる。本研究では、MeV級加速器の耐電圧特性試験で得られた知見に基づき、電極間ギャップの延長や支持枠角部の曲率を増加させるなど、耐電圧改善のための改造を行った。その結果、真空中での1MV保持に成功した。さらに、磁場や空間電荷反発により偏向するビーム軌道を電子抑制電極の孔ずれにより補正した結果、ビームの電極への衝突が抑制され、ビーム電流が増加するとともにビーム加速時の耐電圧が向上した。これらの加速器改良により、負イオンビームのエネルギー,電流はITER要求値にほぼ相当する980keV, 185A/m$$^{2}$$まで増加した。

論文

Study of beamlet deflection and its compensations in a MeV accelerator

柏木 美恵子; 井上 多加志; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; Grisham, L. R.*; 大楽 正幸; 武本 純平; 戸張 博之; 土田 一輝; 渡邊 和弘; et al.

AIP Conference Proceedings 1390, p.457 - 465, 2011/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:12.88

原子力機構では、5段の多孔多段電極(MAMuG)加速器を用いて、ITERの設計値である1MeV, 200A/m$$^{2}$$の水素負イオンビーム加速を目指している。最近の耐電圧試験で加速器内の局所的な電界集中を低減するために金属間ギャップを延長した結果、真空耐電圧が大幅に改善し、1MVで4000秒の電圧保持に成功した。これに伴い、ビームエネルギーも800keVから900keVレベルに増加したが、ギャップ長を長くしたために磁場と空間電荷反発で生じるビーム偏向が加速器内で顕著になり、ビームが電極に衝突し、絶縁破壊を誘発していることが明らかとなった。そこで、3次元マルチビームレット解析で、ビーム偏向量を明らかにし、その補正方法を検討した。この結果、磁場による偏向補正のために電子抑制電極の各孔に0.8mmの孔軸変位を、さらに空間電荷反発の補正のために孔部周辺に厚み1mmの電界補正板を設けることで、1MeVのビームを補正できる見込みを得た。この偏向補正法を加速器に組み込み、偏向試験を進めており、これらの結果を報告する。

論文

ITER中性粒子ビーム入射装置用超高圧電源システムの開発

土田 一輝; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 武本 純平; 山中 晴彦; 井上 多加志

電気学会研究会資料,原子力研究会(NE-11-001$$sim$$004・006$$sim$$010), p.17 - 22, 2011/09

ITERプラズマの加熱と電流駆動のために大電力の中性粒子ビーム入射装置(NBI)が計画されており、日本は1MVの発生,伝送,サージ抑制にかかわる主要な機器(超高圧直流発生器,高電圧ブッシングなど)の技術開発と調達を担当している。講演では、NB電源システム開発の全貌と、1MV絶縁のための冷却水用絶縁配管,世界最大径の大型セラミックを用いたブッシングなどの要素技術開発の進展を報告する。

論文

Development of full-size mockup bushing for 1 MeV ITER NB system

戸張 博之; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 大楽 正幸; 渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 山中 晴彦; 武本 純平; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

ITER NBI用高電圧(HV)ブッシングは、ガス絶縁方式である-1MV高圧電源伝送系と真空中に設置する負イオン源及び静電加速器の間の圧力隔壁であり、かつ電力を絶縁導入する重要な機器である。原子力機構では、これまでに5段重ねのHVブッシングの絶縁材に用いる世界最大(外径1.56m)の大口径セラミックの開発に成功した。また、サンプル試験や強度解析を行い、セラミックと金属を一体化する接合技術の開発を進めてきた。そして今回、この大口径セラミックに適用可能な厚肉コバール材を用いたロウ付け接合技術の開発に成功した。さらに、大口径セラミック,金属フランジなどを一体に組み上げHVブッシングの1段分を実サイズで模擬したモックアップを試作し、耐電圧試験を実施した。その結果、1段あたりの定格電圧の20%上回る240kVを1時間以上に渡り安定に保持し、ITER NBIで要求される絶縁性能を実証した。

論文

1 MV holding and beam optics in a multi-aperture multi-grid accelerator for ITER NBI

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 小島 有志; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; Hemsworth, R. S.*; 水野 貴敏*; 武本 純平; 田中 政信*; 田中 豊*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

原子力機構の多孔多段加速器では、ITERの中性粒子入射装置に必要な1MeV, 200A/m$$^{2}$$の負イオンビーム加速を目指している。耐電圧試験では、加速器の耐電圧は理想的な電極の耐電圧の半分程度であることがわかった。複雑な構造を有する電極や電極支持部の局所的な電界集中が問題であると考え、電極間ギャップを延長し、電極支持部の端部の曲率を大きくして電界集中を抑えた。その結果、真空耐電圧が改善し、1MVで4000秒の電圧保持を達成した。ビーム加速でも、従来の796keV, 0.32A (140A/m$$^{2}$$)から879keV, 0.36A (157A/m$$^{2}$$)に大きく進展した。一方、ビーム加速試験では、磁場とビーム間の空間電荷反発によりビームが曲げられて電極に衝突し、ビームエネルギー・電流減少の原因となっていた。3次元ビーム解析において、このビームの偏向量を明らかにして孔ずれと電界補正板を用いたビーム偏向補正方法を設計し、加速器試験でこの補正法が有効に機能することを確認した。

報告書

ITER中性粒子入射装置用直流-1MV電源回路の過渡解析

山本 昌則; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 武本 純平; 山下 泰郎*; 井上 多加志

JAEA-Technology 2010-029, 60 Pages, 2010/08

JAEA-Technology-2010-029.pdf:10.49MB

ITER用中性粒子入射装置電源は、エネルギー1MeVで電流40Aの負イオンビームを加速するための-1MV超高電圧直流電源システムである。原子力機構はITER国内機関(JADA)として、-1MV超高電圧発生部,冷却水絶縁供給用高電位デッキ2, -1MV絶縁トランス,電力トランスミッションライン,サージ抑制機器,現地での電源試験のための機器等、主要な超高電圧機器の調達を担当する。中性粒子入射装置を安定に動作させるためには、イオン源加速部で発生する放電破壊時に電源から加速部へ流入するサージエネルギーを抑制し、加速部が放電破壊によって損傷されることを防ぐことが必要である。このために、電源回路にはサージ抑制機能が必要となる。ITER中性粒子入射装置電源のサージ特性について、最新のITERサイト機器配置等の諸条件を考慮した等価回路を作成し、回路解析コードEMTDCを用いてサージ抑制機器の最適化設計を行った。その結果、放電破壊の際のイオン源加速部への流入エネルギーをITERの要求値50J以下に対して25J程度に抑制できることを確認した。これによって、ITER用NBI電源における要求性能を満足するサージ抑制機能の実現の見通しを得た。

論文

Design of a -1 MV dc UHV power supply for ITER NBI

渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.

Nuclear Fusion, 49(5), p.055022_1 - 055022_5, 2009/05

 被引用回数:20 パーセンタイル:33.86(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER中性粒子入射装置には-1MVの直流電源システムが必要であり、日本とEUが分担して製作する計画である。原子力機構は、日本国内機関としてITER中性粒子入射装置電源システムのうち、-1MVの直流超高圧発生部,伝送系, -1MV絶縁変圧器,サージ抑制装置などの超高電圧の主要な機器を分担する。これまでに、これら機器の設計を行った。インバータ電源の周波数については、回路定数から150Hzが適切な値であることを示し、採用された。直流超高圧の絶縁については、長時間の電界分布の変化を考慮し、その主要な機器の設計を行った。サージ抑制機能についても、回路解析を行い、サージブロッカによるエネルギー吸収素子や抵抗素子を適用することにより、負荷である加速器への流入エネルギーを20ジュール程度以下に抑制できることを確認した。

論文

-1 MV DC UHV power supply for ITER NBI

渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 7 Pages, 2008/10

ITER中性粒子入射装置の電源システムにおける日本の調達分担は、-1MV発生部,伝送部系,-1MV絶縁変圧器など超高圧の主要機器である。これらの1MV超高圧電源機器の設計開発について報告する。本NBI電源は、これまでにない超高圧に加えて負荷がイオン源加速器であるため負荷短絡が頻発するという特殊性を持つ。ビームを安定に加速するためには、まず超高圧電源の絶縁を確実に行うことが必要であり変圧器や伝送系の絶縁設計によって機器構造を決定した。さらに、負荷短絡時の加速器保護のためのサージ抑制機能についてサージブロックコアと接地側抵抗素子の併用による新たなサージ抑制方式を提案し、流入エネルギーを抑制する回路構成とした。これら、調達に向けての主要な技術課題を検討し機能仕様を作成した。

口頭

高温ガス炉による水素製造,9; 熱化学法ISプロセス開発,オンライン計測法の検討

武本 純平; 吉野 公二; 久保 真治; 笠原 清司; 高橋 才雄*; 日野 竜太郎

no journal, , 

熱化学法ISプロセスは高温かつ腐食性の物質を取り扱うため、長期間安定な運転制御を行ううえで、非接触のオンラインプロセス変量の計測が不可欠である。とくに密度は、基本的なプロセス変量として重要であり、放射線を利用して測定する方法に注目して、さまざまな密度に調整した模擬プロセス溶液を放射線密度計で計測し、ISプロセスへの適用性を検討した。その結果、元素ごとの放射線吸収量の違いによる誤差はあるものの、放射線密度計による測定値と真の密度の関係は線形を示していることが明らかになり、水及び硫酸で校正した放射線密度計を用いて、ポリヨウ化水素酸溶液密度を非接触かつオンラインで測定可能なことを確認した。

口頭

高温ガス炉による水素製造,4; 熱化学法ISプロセス開発,オンライン計測法の検討

武本 純平; 吉野 公二*; 今井 良行; 久保 真治; 笠原 清司; 高橋 才雄*; 日野 竜太郎

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスの計測技術開発の一環として、ブンゼン反応で生成する硫酸に富む多成分(HI, I$$_{2}$$, H$$_{2}$$O, H$$_{2}$$SO$$_{4}$$)溶液における微量成分(HI, I$$_{2}$$)をオンラインで検出するため、本溶液に対する吸光光度定量方法の適用を検討した。0.1mMレベルの低濃度領域ではヨウ化物イオンとヨウ素が定量可能であり、ヨウ素濃度0.01$$sim$$0.05Mの比較的濃厚な濃度域では、600nm付近の可視吸収をヨウ素濃度の指標にできる。

口頭

幅広いアプローチ活動の拠点としての六ヶ所BAサイトの整備

奥村 義和; 大平 茂; 江尻 伸太郎; 武本 純平; 内海 重雄*; 木村 愛*

no journal, , 

日欧の幅広いアプローチ協定の下、日本原子力研究開発機構が、日本の実施期間として、青森県六ヶ所村を拠点とし国際核融合エネルギー研究センター及び国際核融合材料照射施設の工学実証・工学設計活動の事業を実施する計画である。この事業を行うためのサイト整備及び研究施設等の建設工事を平成20年より本格的に行う。本発表においては、六ヶ所BAサイト及び各建物の概要を紹介し、サイトの現状及び今後の予定について述べる。

口頭

ITER NBI -1MV超高電圧電源の設計検討

武本 純平; 渡邊 和弘; 山本 昌則; 井上 多加志; 坂本 慶司; 山下 泰郎*

no journal, , 

日本は、ITER NBIの電源システムのうち、-1MV直流発生器, -1MV絶縁トランス,伝送部,サージ抑制部,高電位デッキ等の主要な超高電圧機器の調達を担当する。これまでに、この電源を分担するEU及びITER機構と協力して、機能仕様をほぼ確定した。現在、より詳細な電源機器設計を進めるとともに、ITERトカマク建屋内外の設備レイアウト,全体工程,仏国内法規・規制等の制約を考慮しつつ、絶縁,接地,サイト搬入,据付調整,試験方法等を総合的に検討・設計統合する段階にある。

口頭

ITER NBIに向けたフルサイズモックアップブッシングの真空絶縁試験

戸張 博之; 井上 多加志; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 梅田 尚孝; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 武本 純平; 渡邊 和弘; 坂本 慶司

no journal, , 

ITER NBIの高電圧ブッシングは、絶縁ガス中で伝送される電力及び冷却水を真空中に設置されるイオン源,加速器に100万ボルトを絶縁しつつ供給する絶縁導入部である。高電圧ブッシングは絶縁材を5段重ねにした構造であり、内部に多くの配管,配線が貫通するため絶縁材には外径1.56mのセラミックリングが必要である。しかしながら、従来の技術で製作できるセラミックリングは1m程度が限界であった。また、セラミックリングが真空とガスの境界になるため、セラミックと金属を接合し、密閉する必要があるが、これほど大型セラミックの接合方法は確立していなかった。そこで、新たなセラミック成形法及び大型セラミックリングと金属の接合方法を開発した。さらに、絶縁材と金属の接合部を起点とする放電を抑制する電界緩和部品を開発し、ITER NBIと同規模の大型絶縁体を試作した。真空中で大型絶縁体の耐電圧試験を行ったところ、24万ボルトを1時間以上にわたり安定に保持し、ITER NBIで要求される絶縁性能を実証した。

口頭

ITER NBI用フルサイズモックアップブッシングの真空耐電圧試験

戸張 博之; 井上 多加志; 大楽 正幸; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 武本 純平; 坂本 慶司

no journal, , 

ITER NBIの高電圧ブッシングは、ガス絶縁型の高圧電源伝送系を真空中に設置されるイオン源,加速器に接続する100万ボルト絶縁導入部であり、かつ圧力隔壁の役割を果たす。高電圧ブッシングは絶縁材である高純度セラミックリングを5段重ねにした構造である。内部に多くの配管,配線が互いに絶縁して配置するため外径1.56mのセラミックリングが必要である。しかしながら、従来の技術で製作できるセラミックリングは1m程度が限界であった。また、セラミックリングが真空とガスの境界になるため、セラミックと金属を接合し、密閉する必要があるが、これほど大型セラミックの接合方法は確立していなかった。そこで、今回新たなセラミック成形法及び大型セラミックリングと金属の接合方法を開発した。さらに、絶縁材と金属の接合部を起点とする放電を抑制する電界緩和部品を開発し、ITER NBIと同規模の大型絶縁体を試作した。真空中で大型絶縁体の耐電圧試験を行ったところ、24万ボルトを1時間以上に渡り安定に保持し、ITER NBIで要求される絶縁性能を実証した。

口頭

ITER中性粒子入射装置電源の開発と調達

渡邊 和弘; 武本 純平; 山中 晴彦; 土田 一輝; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 井上 多加志; et al.

no journal, , 

ITERではプラズマ加熱・電流駆動装置として、エネルギーが1MeVで1基あたりの入射パワーが16.5MWの中性粒子入射装置(NB)2基が設置される。また、実機建設に先立ち、実機と同一仕様のNB試験装置(NBTF)をイタリア・パドバに建設し、性能試験を実施することが合意されている。これらの装置の直流1MV高圧電源の主要部を日本国内機関(JADA)が分担する。これまでに、日本が分担する機器である直流-1MV高圧発生器, -1MV絶縁変圧器, -1MV伝送系などを中心とする機器についての主要機器仕様を確定し、調達協定の準備を進めている。さらに、EU側の機器との電気的及び機械的取合いについて議論し、大筋で合意を得ている。

口頭

ITER中性粒子ビーム入射装置高電圧デッキ用ウオーターチョークの開発

土田 一輝; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 武本 純平; 井上 多加志; 田中 滋*; 山下 泰郎*

no journal, , 

ITER中性粒子ビーム加熱装置において大電力ビームを長時間発生するために負イオン源や加速器の冷却は不可欠である。これらの機器は、-1MVの高電位にあるため、冷却水供給系に絶縁性確保のためのウォーターチョークを設置する必要がある。特に、ITER用ウオーターチョークでは、冷却水圧が高く(2MPa)、冷却水戻り温度が高温(65$$^{circ}$$C)で電気伝導度が高く純水冷却水中のリーク電流が大きい(数十mA)、など厳しい条件が果される。これらの条件においても十分な耐電圧性能を確保するため、「高耐水圧」「高耐電圧」「高耐食性」の特徴を持つウォーターチョーク用セラミック絶縁管を開発した。開発したセラミック絶縁管を用いて機械試験及び耐電圧試験に供し、当該品がITER用ウオーターチョークで必要とされる絶縁性能(110kV/本)を持っており、冷却水中に150mAのリーク電流が流れてもフランジやロー付け水シール部における金属材料の腐食や溶解が小さい見通しを得た。

口頭

ITER用負イオン中性粒子ビーム入射装置の開発

渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 大楽 正幸; 武本 純平; 谷口 正樹; 土田 一輝; 戸張 博之; 山中 晴彦; 井上 多加志; et al.

no journal, , 

ITERでは、核融合プラズマの加熱と電流駆動のために一基あたり1MeVで16.5MWの大パワーを入射する負イオンを用いた中性粒子ビーム入射装置(NBI)の建設が計画されている。ITER NBIとそれに先だって建設されるNBI試験装置(NBTF)について、特に日本が分担する主要な機器を中心にそれらの開発の課題や開発の状況について報告する。

口頭

ITER中性粒子入射装置用超高圧電源調達の進展

山中 晴彦; 渡邊 和弘; 土田 一輝; 戸張 博之; 武本 純平; 井上 多加志

no journal, , 

原子力機構は国際熱核融合実験炉ITERのための日本国内機関(JADA)として、欧州国内機関(EUDA)との協力のもと、ITERプラズマの加熱・電流駆動のための高エネルギー中性粒子ビーム入射装置の研究開発を進めている。原子力機構は中性粒子ビームのもととなる負イオンを1MeVまで加速するために、直流-1MVを発生させることができる超高圧直流電源を供給する。この超高圧電源の設計と開発の現状を、JADAのITERへの貢献として報告する。中でもウォータチョークのためのセラミック絶縁管及び-1MV絶縁変圧器のR&Dの状況をトピックスとして報告する。

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