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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
45wt%の硫酸及び同液に(I
+HI)を02mole%混入させた模擬硫酸相溶液、また、ポリヨウ化水素酸(I: 017mole%, HI: 115mole%)及び同液にHSO
を02mole%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、560
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: 017mole%, HI: 115mole%の組成範囲において、振動式粘度計を用いて、540C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。
宮本 斉児; 杉原 正芳*; 新谷 吉郎*; 中村 幸治*; 利光 晋一*; Lukash, V. E.*; Khayrutdinov, R. R.*; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治*
Fusion Engineering and Design, 87(11), p.1816 - 1827, 2012/11
被引用回数：15 パーセンタイル：71.22(Nuclear Science & Technology)Vertical displacement events (VDEs) and disruptions usually take place under intervention of vertical stability (VS) control and the vertical electromagnetic force induced on vacuum vessels is potentially influenced. This paper presents assessment of the force that arises from the VS control in ITER VDEs using a numerical simulation code DINA. The focus is on a possible malfunctioning of the VS control circuit: radial magnetic field is unintentionally applied to the direction of enhancing the vertical displacement further. Since this type of failure usually causes the largest forces (or halo currents) observed in the present experiments, this situation must be properly accommodated in the design of the ITER vacuum vessel. DINA analysis shows that although the VS control modifies radial field, it does not affect plasma motion and current quench behavior including halo current generation because the vacuum vessel shields the field created by the VS control coils. Nevertheless, the VS control modifies the force on the vessel by directly acting on the eddy current carried by the conducting structures of the vessel. Although the worst case was explored in a range of plasma inductance and pattern of VS control, the result confirmed that the force is still within the design margin.
中村 幸治*; Pautasso, G.*; 杉原 正芳*; 宮本 斉児; 利光 晋一; 芳野 隆治; ASDEX Upgrade Team*
Proceedings of 37th European Physical Society Conference on Plasma Physics (EPS 2010) (CD-ROM), 4 Pages, 2010/06
ITERの真空容器及び容器内構造物への電磁力負荷の要因として特に重要なものは、VDE(垂直移動現象)の際に流れる大きなハロー電流である。これまでに、DINAコードによるJT-60のハロー電流解析の例は知られているものの、ハロー電流モデルの開発はまだ十分とは言えない状況である。最近、幾つかの実験グループによりハロー電流データが系統的に取得されており、軸対称2次元自由境界コードであるTSCによりデータを検証し、ハロー電流モデルを発展させることが必要とされている。本研究では、VDEの挙動と最大ハロー電流値の関係について理解を深めるため、ASDEXアップグレードのディスラプション放電を対象として解析を行った。高温のプラズマがゆっくりと下方向に動いていき、電流崩壊の間に急激な下方向VDEが起こるという観測結果を模擬するために、TSCにより系統的シミュレーションを行った。ハロー領域の温度と幅は、観測されているハロー電流値を再現するように決定した。この場合の下向きVDEの挙動は、実験での観測と良く一致した。ITERのディスラプション時のハロー電流挙動の予測を行うためには、ASDEXアップグレードの他の放電に対しても同様な解析を行っていくことが必要であり、現在実施中である。
宮本 斉児; 中村 幸治*; 林 伸彦; 大山 直幸; 竹永 秀信; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治
Proceedings of 36th European Physical Society Conference on Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2009/07
燃料供給,ダイバーター排気,荷電交換による浸透,壁の吸蔵等の中性粒子の動的過程のため、ITERプラズマの振舞、例えばプラズマ電流立ち下げ時のH-L逆遷移などの解析は複雑なものとなる。最近、われわれは、L-H及びH-L遷移時のプラズマの振る舞いを記述する比較的簡便なモデルを開発し、TSCコードに組み込んだ。このモデルをJT-60Uの実験結果と比較した。この実験では、電子サイクロトロン(EC)波入射によってHモード遷移が起こっており、NBIによる中性粒子の影響を受けずに、閉じ込めの変化が中性粒子に及ぼす影響を見ることができる。シミュレーションの結果、実験のD
信号から推測される中性粒子の挙動をある程度説明できることが示された。このモデルは、さらなる改良が必要ではあるが、ITERのシナリオ開発に有用であると結論できる。
中村 幸治*; 宮本 斉児; 利光 晋一; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治
Proceedings of 36th European Physical Society Conference on Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2009/07
新たに開発したD-T燃料供給・排気モデルを組み込んだトカマクシミュレーションコード(TSC)を用いて、15MAのプラズマ電流を200秒の間に1.5MAまで落とすITERの放電停止シナリオを評価した。プラズマ電流が10MAに減少した600秒の時点で、核燃焼
粒子加熱を止めるためNBの補助加熱を停止し、同時に、Hモード境界輸送障壁のペデスタル構造を意図的に取り除くことでエネルギー閉込めをHモードからLモードに切り替えた。これにより、真空容器内に中性粒子が蓄積する一方プラズマ密度が減少する様子や周辺自発電流の消滅、これによる内部インダクタンスの急増などH-Lモード遷移の際の詳細挙動を調べ、ITER排気システムの性能を評価した。さらに、H-Lモード遷移を起こすと放電を止めてしまう放射崩壊が発生する可能性があることを初めて示した。また、H-Lモード遷移後、170GHzのO-mode波を用いた電子サイクロトロン(EC)加熱をすることで放射崩壊のリスクを回避できることを明らかにした。
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。
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, HO, HSO)溶液における微量成分(HI, I)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0.010.05M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。
宮本 斉児; 中村 幸治*; 藤枝 浩文; 濱松 清隆; 及川 聡洋; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治
no journal, ,
最近、われわれはTSCコードに光線追跡による電子サイクロトロン波(ECRF)の吸収/電流駆動を組み込んだシミュレーションモデルを開発した。このモデルにより、ITERの電流立ち上げ時の磁束消費を評価した。このモデルでは、実際のPFコイル,CSコイルの形状やECRFランチャーの配置が取り入れられており、ECRFの吸収分布や電流駆動分布が、プラズマの時間発展と自己無撞着に計算されている。ITERの現在のデザインではECRFは中心加熱/電流駆動となるが、比較のため周辺加熱/電流駆動の場合についても計算を行った。両方の場合について、プラズマ抵抗の低減による消費磁束抑制効果が見られた。周辺電流駆動の場合には、内部インダクタンスの低下によって、内部磁束消費が抑制される。しかしながら、中心電流駆動であっても、誘導電流は表皮効果により周辺部に誘導されるために、周辺駆動と同程度の内部磁束の抑制が期待できることを示した。
中村 幸治*; 宮本 斉児; 藤枝 浩文; 及川 聡洋; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治
no journal, ,
ITERのような超伝導のポロイダル磁場(PF)コイルを用いたトカマク核融合炉では、現在の常伝導PFコイルのトカマクと比べ、プラズマ電流立ち上げ率を大幅に低く制限しなければならない。そのため、誘導プラズマ電流はコア深部にまで浸透し、中心部に集中した電流分布になる。そのようなプラズマは、内部インダクタンスが大きく、垂直位置不安定になりやすく、ダイバーター配位の縦長プラズマにとっては危険である。立ち上げ初期での追加熱は、プラズマ電流の浸透を遅らせるため、電流の中心部への集中を抑えるのに有効であると言われているが、リミターへの熱負荷を増大させてしまう欠点がある。それゆえ、追加熱のタイミングなど放電の最適化が重要となる。本研究では、ITERの最新のプラズマ配位と15MA/70sの電流立ち上げシナリオに基づき、プラズマ電流の安定な立ち上げの包括的なシミュレーションモデルの構築について発表する。ブートストラップ電流割合が高くなったときに、安定な電流分布を形成するためのシナリオについて議論するとともに、プラズマ電流をどの程度速く立ち上げる必要があるのか、また可能であるのかについても議論する。
中村 幸治*; 宮本 斉児; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治
no journal, ,
新たに開発したD-T燃料供給・排気モデルを組み込んだトカマクシミュレーションコード(TSC)を用いて自己無撞着なシミュレーションを行い、15MAから1.5MA(500s 
t 
700s)へのITER電流立ち下げシナリオ[A.A. Kavin 
, Progress report of plasma startup and termination, ITER_D_2F55U5 (2008)]を検討した。プラズマ密度の減少とそれに伴う真空容器内への中性ガスの蓄積、プラズマ端ブートストラップ電流の消滅と、引き続く内部インダクタンスの急増など、強制的に起こされたHからLモードへの遷移の際のダイナミクスを調べ、イーター排気システムに要求される性能を評価した。実効排気速度が不十分な場合や壁の中性粒子吸蔵が飽和状態だった場合には、ダイバーター配位の場合であってもH-L遷移により放射崩壊が引き起こされ、放電が終結してしまうことを今回新たに示した。電流立ち下げ途中での放射崩壊を避けるためには、170GHz,Oモード電子サイクロトロン波による非中心加熱・電流駆動を用いることが有効であることがわかった。
宮本 斉児; 林 伸彦; 大山 直幸; 竹永 秀信; 利光 晋一; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治
no journal, ,
ITERの運転において、高閉じ込めモード(Hモード)から通常の閉じ込めモード(Lモード)への遷移(H-L遷移)は制御系に対する大きな外乱であり、このときのプラズマの挙動をモデル化することは運転シナリオ構築の重要な課題である。特に、中性粒子を含めたプラズマ粒子密度の挙動を取り入れた解析が求められている。プラズマ電流立ち下げシナリオでは、制御性を確保するためHモードを保ち、内部インダクタンスの低いプラズマで途中まで電流を立ち下げる。その後プラズマをLモードに遷移させて放電を停止させるが、H-L遷移に伴って放出されるプラズマ粒子は中性化されて、プラズマに戻っていく。このとき真空排気能力が低いとプラズマの放射崩壊を引き起こす可能性があるため、燃料供給/排気系まで含めたシミュレーションが必要である。これまでの研究では、周辺プラズマ及びダイバーターの影響を考慮していなかったが、ダイバーター板表面でのプラズマイオンの中性化と周辺プラズマ中での中性粒子のイオン化は、プラズマ粒子密度の挙動に大きな影響を及ぼす。発表では、トカマクシミュレーションコード(TSC)へ周辺プラズマとダイバータープラズマのモデルを組込み、中性粒子密度,プラズマ密度の挙動に与える影響について調べた結果について述べる。
宮本 斉児; 中村 幸治*; 利光 晋一; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治; 林 伸彦; 大山 直幸; 竹永 秀信; 及川 聡洋*
no journal, ,
原子力機構ではトカマクシミュレーションコード(TSC)を使ったITERの運転シナリオ開発を行っている。TSCはプラズマの時間発展シミュレーションを行う数値コードであり、軸対称な円柱座標で磁気流体力学(MHD)方程式を解いている。これまでに、電子サイクロトロン加熱(ECH)/電流駆動(ECCD),中性粒子入射(NBI)加熱/電流駆動の(数値)モデルをTSCコードに組み込んできた。組み込んだECH/ECCDのモデルを用いて、ECによるプラズマ電流立ち上げ中の磁束抑制について解析し、ECによる電子加熱で磁束の抵抗による散逸が効果的に抑制されることを示した。また、最近著者らはITERサイズの装置においてH-L遷移がポロイダル磁場コイル制御系に及ぼす影響を調べるため、中性粒子の排気供給モデルの組み込みを進めている。TSCコードで用いる中性粒子モデルの開発計画についても発表を行う。
宮本 斉児; 杉原 正芳*; 新谷 吉郎*; 中村 幸治*; 利光 晋一; 杉江 達夫; 草間 義紀; 芳野 隆治
no journal, ,
ITERのプラズマ制御システム(PCS)により、ポロイダル磁場(PF)コイルや真空容器内垂直安定化(VS)コイルに誤信号が送られると、現在の設計条件よりも大きな電磁力が真空容器に働く可能性がある。例えば、プラズマが下方向に動いているにもかかわらず、PCSがプラズマは上方向に移動していると誤検出した場合、PFコイルはプラズマをさらに下方向に押し遣る磁場を発生する。現在の真空容器電磁力の設計条件では、PFコイルは(短絡されていて)働かないと仮定されているため、垂直力は設計条件よりも大きくなる。実際、現在の実験装置ではこの場合に最大の垂直力が観測されている。最近の真空容器及び容器内VSコイルの設計変更を反映して更新されたDINAコードを用いて、PCSの垂直力への影響を解析した。さまざまな条件下でPCSが真空容器電磁力に及ぼす影響を評価したところ、真空容器電磁力は最大約10%大きくなることがわかった。しかしこれは、現在の真空容器電磁力の設計許容範囲に収まっており、PCSは真空容器電磁力に重大な影響を及ぼさないことが確認できた。
大図 章; 高瀬 操; 倉田 典孝; 小林 希望; 吉野 誠二; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 曽山 和彦; 中村 仁宣; 瀬谷 道夫; et al.
no journal, ,
原子力機構では、近年の世界的なHe-3ガスの深刻な供給不足に対処するためセラミックシンチレータを用いたHe-3ガス代替中性子検出器を開発している。この開発と同時に代替検出器が保障措置分野でも十分に適用可能であることを実証するために、He-3ガス中性子検出器が多数使用されている代表的な核燃料測定装置である従来のPCAS(Plutonium Canister Assay System)の代替測定装置APCA(Alternative PCAs)を代替中性子検出器で設計、製作している。平成25年度、開発したHe-3ガス代替中性子検出器を装備したAPCA装置を構築し、試運転を開始している。本報では、これまでにMVPシミュレーションで得られた設計性能とPCASとの比較、及び基礎性能試験の結果等に関して報告する。
坂佐井 馨; 中村 龍也; 藤 健太郎; 鈴木 浩幸; 大図 章; 海老根 守澄; 美留町 厚; 高瀬 操; 倉田 典孝; 吉野 誠二; et al.
no journal, ,
J-PARCでこれまでに開発してきたシンチレータ中性子検出器の技術を用いて、核セキュリティ用途に適したヘリウム3代替中性子検出器を開発している。中性子有感固体シンチレータと光電子増倍管からなる矩形型検出器について、その中性子検出特性、中性子入射位置依存性、
線感度特性等の評価試験結果について報告する。
