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Litak, A.*; 坂本 慶司; Thumm, M.*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(12), p.124002_1 - 124002_14, 2011/12
被引用回数：28 パーセンタイル：74.65(Physics, Fluids & Plasmas)Progress in the worldwide development of high-power gyrotrons for magnetic confinement fusion plasma applications is described. After technology breakthroughs in research on gyrotron components in the 1990s, significant progress has been achieved in the last decade, in particular, in the field of long-pulse and continuous wave (CW) gyrotrons for a wide range of frequencies. At present, the development of 1MW-class CW gyrotrons has been very successful, these are applicable for self-ignition experiments on fusion plasmas and their confinement in the tokamak ITER. For this progress in the field of high-power long-pulse gyrotrons, innovations such as the realization of high-efficiency stable oscillation in very high order cavity modes, the use of single-stage depressed collectors for energy recovery, highly efficient internal quasi-optical mode converters and synthetic diamond windows have essentially contributed. The total tube efficiencies are around 50% and the purity of the fundamental Gaussian output mode is 97% and higher.
小林 則幸; Bigelow, T.*; Bonicelli, T.*; Cirant, S.*; Denisov, G.*; Heidinger, R.*; Henderson, M.*; Hogge, J.-P.*; Piosczyk, B.*; Ramponi, G.*; et al.
AIP Conference Proceedings 933, p.413 - 416, 2007/10
2001年工学設計活動終了以降、電子サイクロトロン加熱電流駆動装置の設計は、物理的理解の進みや取り合い条件変更に従い、変化してきた。定格20MWの高周波電力を4台の上部ランチャー又は1台の水平ランチャーにより入射する。どちらのランチャーも、高周波ビームの広い入射角度変化が必要なため、ランチャー先端近くに回転ミラーを置く方式を用いる。高周波ビームの変調と3極が供給する170GHzジャイロトロンに対応する自由度を考慮し、IGBTによるパルスステップモジュレータで構成した直流高圧電源を使用の予定である。ジャイロトロンからの高周波は直径63.5mmのコルゲート導波管でランチャーまで伝送し、上部ランチャーと水平ランチャーとの間で導波管スイッチにより伝送方向を切り替える。加熱電流駆動装置には、3台の127.5GHzジャイロトロンと専用直流高圧電源から成り、初期電離を補助するスタートアップ装置がある。水平ランチャーからスタートアップ用高周波を入射するため、3台の170GHzジャイロトロンと伝送系を共用する。信頼性のあるITER用電子サイクロトロン加熱電流駆動装置を確立するため、大電力長パルスに耐える機器の研究開発を行っている。
高橋 幸司; Illy, S.*; Heidinger, R.*; 春日井 敦; 南 龍太郎; 坂本 慶司; Thumm, M.*; 今井 剛
Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.305 - 310, 2005/11
被引用回数：13 パーセンタイル：65.42(Nuclear Science & Technology)核融合炉におけるECランチャー用銅コーティングダイヤモンド窓を開発した。ダイヤモンド窓は周辺冷却で設計するが、そのディスクエッジに銅コーティングを施し、エッジが破損したとしても冷却水が伝送系内に浸透しないという機能を持つ。また、冷却構造を付加するためにディスクエッジにアルミロウ付けでインコネル製筒を接合するが、銅コーティングはそのロウ付け部の腐食防止にも効果的である。この窓の冷却性能を調べるため、170GHz、大電力伝送実験を行った。高周波パワーは55kW、パルス幅は3.0秒である。この時の温度上昇は45度程度となり、tan
=4.4
10
,熱伝導率1.9kW/m/Kでの計算結果とよく一致する。実験で使用したダイヤモンドは誘電損が通常より20倍程高く(4.410)、今回の実験で得られた温度上昇(誘電損失)は、実際使用する高品質ダイヤモンドにおける1MW伝送と同レベルである。本実験結果から、銅コーティングは冷却性能を阻害しないことを実証した。また、窓エッジ破損によるトラブルも回避できるという観点から、銅コーティングによりダイヤモンド窓の信頼性が向上したと言える。
高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛; 春日井 敦; Heidinger, R.*; Thumm, M.*; Moeller, C. P.*
Proceedings of IAEA TM on ECRH Physics and Technology for ITER (CD-ROM), 7 Pages, 2003/00
ECランチャーには先端可動型と遠隔駆動型がある。前者のキーコンポーネントである先端ミラー(銅合金)について1ビーム当たり1MW,CWという条件の下に熱解析を行い、ミラー表面で最高温度333
C,熱応力136MPaが生じることが判明した。応力は許容応力(200MPa)以下である。後者についてはRF伝送試験を行い、設計通りの放射角度範囲(-12
12)で95%以上という高効率伝送に成功した。中性子を照射したダイアモンド窓(10
n/m
:ITERでの想定量より2
3桁多い)について、RF伝送試験と圧力試験を行い、0.48MW-30sec及び0.2MW-132secの伝送と耐圧力0.4MPa(ITERの設計条件の2倍)を実証し、ダイアモンド窓がITERで使用できる見通しを得た。
今井 剛; 小林 則幸*; Temkin, R.*; Thumm, M.*; Tran, M. Q.*; Alikaev, V.*
Fusion Engineering and Design, 55(2-3), p.281 - 289, 2001/07
被引用回数：52 パーセンタイル：94.92(Nuclear Science & Technology)ITERの加熱電流駆動装置の主要候補の一つである電子サイクロトロン加熱・電流駆動装置の実現に不可欠な170GHzの1MWジャイロトロンと真空窓の開発に関して、ITER・EDA期間中に得られた、4極(日本,EU,ロシア,米国)の開発成果をまとめたものである。EDA前には、困難と考えられていた性能を、エネルギー回収技術や人工ダイヤモンド窓技術等の開発により、EC加熱電流駆動装置に必要な1MW,連続の170GHzの発振・伝送技術を可能にした。
春日井 敦; 坂本 慶司; 恒岡 まさき; 假家 強*; 今井 剛; Braz, O.*; Thumm, M.*; J.R.Brandon*; R.S.Sussman*; A.Beale*; et al.
Review of Scientific Instruments, 69(5), p.2160 - 2165, 1998/05
被引用回数：68 パーセンタイル：95.24(Instruments & Instrumentation)ITER工学R&Dのもとにドイツのカールスルーエ中央物理研究所と共同で、化学気相成長法による大口径ダイヤモンドディスクの大電力高周波実験を、原研のジャイロトロン試験装置を用いて行った。ダイヤモンドは低い高周波損失係数(0.5~210)、非常に高い熱伝導率(常温において銅の約5倍)を持つので、水による周辺冷却が可能であり、ジャイロトロンなどの大電力高周波窓として最適である。実験では170GHz、110kW、10秒の高周波を、周辺と水冷却した直径96mm、厚さ2.23mmのダイヤモンド窓に入射し、中心部の温度上昇が約40Kで安定することが確認でき、計算結果とよい一致を示した。この結果からダイヤモンド窓はITER用で用いる1MWの大電力高周波窓として有望であることが確かめられた。
Braz, O.*; Thumm, M.*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 今井 剛
22nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves Conference Digest, p.144 - 145, 1997/00
原研ではITER協力のもとにドイツのカールスルーエ研究所と共同で、化学気相成長法による大口径ダイヤモンドディスクの大電力高周波実験を、原研のジャイロトロン試験装置を用いて行った。ダイヤモンドは低い高周波損失係数(0.5~210)、非常に高い熱伝導率(常温において銅の約5倍)を持つので、水による周辺冷却が可能であり、ジャイロトロンなどの大電力高周波窓として最適である。実験では170GHzの大電力高周波を用い、直径96mm、厚さ2.23mmのダイヤモンドディスクの中心部の誘電損失係数が1.310、熱伝導率が約1800W/mKであると評価できた。この結果からダイヤモンドディスクは大電力高周波窓として有望であることが確かめられた。
Braz, O.*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 今井 剛; Thumm, M.*
International Journal of Infrared and Millimeter Waves, 18(8), p.1495 - 1503, 1997/00
被引用回数：39 パーセンタイル：86.85(Engineering, Electrical & Electronic)原研ではITER協力のもとにドイツのカールスルーエ研究所と共同で、化学気相成長法による大口径ダイヤモンドディスクの大電力高周波実験を、原研のジャイロトロン試験装置を用いて行った。ダイヤモンドは低い高周波損失係数(0.5~210)、非常に強い熱伝導率(常温において銅の約5倍)を持つので、水による周辺冷却が可能であり、ジャイロトロンなどの大電力高周波窓として最適である。実験では170GHzの大電力高周波を用い、直径96mm、厚さ2.23mmのダイヤモンドディスクの中心部の誘電損失係数が1.310、熱伝導率が約1800W/mKであると評価できた。この結果からダイヤモンドディスクは大電力高周波窓として有望であることが確かめられた。
