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小川 宏明; 杉江 達夫; 河西 敏; 勝沼 淳*; 原 玲丞*
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ダイバータ不純物モニターは、ITERのダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムのスペクトル線の強度分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置であり、本モニターの設計検討を実施している。現在、これまで行ってきた光学設計に基づき各ポートの先端部に設置する光学ミラーを保持・冷却するためのミラーフォルダー及びシャッターの機械設計を進めている。ミラーフォルダーの設計では各ポートで予想される核発熱を除去するための冷却水の流路を確保しながらミラーを堅牢に保持するための最適な構造について設計を進めるとともに、熱解析により温度分布,熱歪みを評価した。その結果、上部ポートに設置する光学系では核発熱0.2MW/m
がある場合であっても温度上昇60
C以下でミラー面上の熱延びは0.08mm以下に抑えることができた。熱延びによる光軸の傾きは最大で0.03程度であり、光学設計ソフトによる解析から光学性能に与える影響は小さい。さらに真空中で使用可能なセラミック製のベアリングを用いた機械式シャッターの概念設計を行った。講演では設計の詳細と今後の予定について発表する。
laser for collective Thomson scattering diagnostics近藤 貴; 林 利光; 河野 康則; 草間 義紀; 杉江 達夫
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国際熱核融合実験炉(ITER)等の燃焼プラズマにおける核融合生成
粒子の診断は燃焼プラズマの実現にとって重要であるが、その効果的測定方法は確立されていない。そこで、炭酸ガス(CO)レーザー(波長10.6
m)を用いた協同トムソン散乱(CTS)計測を開発している。COレーザーを用いたCTS計測はプラズマ中の屈折が小さく、プラズマ中のビームの追跡が容易であるという特徴がある。CTS計測を実現させるために、高繰り返し横方向励起大気圧(TEA)炭酸ガスレーザーを開発した。CTS計測のために必要となる単一モード出力を得るために、不安定共振器を構成し、単一モードの種レーザー入射した。現在までに15Hz周期で出力エネルギー17Jの単一モードレーザーを得た。また、安定型共振器の構成では36Jの最大出力エネルギーが得られた。これによりITERで必要となる出力20J,周期40Hzの炭酸ガスレーザー実現に見通しを得ることができた。この開発したレーザーを用いて、JT-60UトカマクにおいてCTS計測の原理実証実験を進めている。
波多江 仰紀
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ITERをはじめとした燃焼プラズマを目指して進めているトムソン散乱計測研究開発に関する2つのトピックスについて報告する。先進トムソン散乱計測開発として、LIDAR(LIght Detection and Ranging)トムソン散乱法を用いた核燃焼プラズマの温度・密度の高空間・高時間分解診断システムの検討を行った。測定性能としては、空間分解能1cm程度,測定周期100ms以下,電子温度測定領域100eV
40keV,密度測定範囲3
10
m
310
mを目標とした。特に、高出力・高繰り返し超短パルスレーザー,超高速検出器,分光システム,較正手法について検討を行い、先進的なLIDAR計測装置開発の見通しを得た。次に、ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、測定領域としてr/a
0.9,電子温度0.0510keV,電子密度510
310m,測定周期10ms,空間分解能5mmの測定性能が要求されている。本装置の設計として、おもに計測用レーザーシステム,ポートプラグ内光学系(集光光学系,レーザー入射光学系)の検討を行った。計測用レーザーシステムは、波長1064nm,エネルギー5J,繰り返し周波数100Hz,パルス幅10nsの性能が要求されている。この要求を満たすため、高平均出力レーザー増幅器で誘起される熱的影響をJT-60で実証された位相共役鏡で補正する方法を取り入れ、高出力レーザーシステムの概念設計を行った。
河野 康則; 坂本 宜照; 鈴木 隆博; 藤本 加代子
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国際熱核融合実験炉ITERでは、燃焼プラズマを生成・制御し、またその物理的な特性を解明する目的で、多種多様なプラズマ計測装置を製作・設置する予定となっている。並行して既存のトカマク装置では、計測に関する開発研究が常に進められており、ここで得られる新しい知見や新技術のうち、可能なものについてはITERの計測に最大限反映させることが望まれる。本報告では、原子力機構の臨界プラズマ試験装置JT-60における最近の新しい計測開発研究を報告し、ITER計測への貢献の観点から議論を行う。今回報告する内容は以下の4件である。(1)レーザ逆コンプトン散乱による逃走電子エネルギーの計測法開発,(2)動的シュタルク効果分光装置のプラズマ電子密度揺動計測への適用,(3)荷電交換再結合分光装置の視野掃引による内部輸送障壁の詳細計測,(4)コンピュータトモグラフィ法によるダイバータ部水素発光分布の計測。
山口 太樹; 河野 康則; 草間 義紀
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国際熱核融合実験炉ITERにおけるコア部のプラズマ電流分布計測にポロイダル偏光計測装置が用いられる。ポロイダル偏光計測装置は、レーザー光をプラズマ中に入射し、透過レーザー光の偏光面のファラデー回転角を検出するものであるが、ポート部の幾何学的な形状からレーザー視線数は15チャンネル程度に制限される。したがって、十分な精度でプラズマ電流分布が得られるよう、限られた視線数を最適に配置することが求められる。視線最適化のため、まず、どのような視線がどのようなプラズマ電流分布の情報に対して敏感であるか、又は鈍感であるかを把握し、次の段階として、その知見のうえで視線配置に対するプラズマ電流分布の精度を評価する。本講演は前者に関する研究報告である。従来、正磁気シアプラズマにおいてプラズマ中心付近を通る水平ポート視線が中心プラズマ電流密度に対して敏感であるとの報告があるが、ベータ値の変化や負磁気シアに対するセンシティビティについては明らかにされておらず、また周辺視線や上部ポート視線の役割についても明確にされていなかった。本研究では、ベータ値の変化に起因したプラズマ電流分布の変化に対して、水平ポートのプラズマ中心付近視線は鈍感であるが、上部ポート視線が敏感であること、また、負磁気シアにおけるプラズマ電流分布の変化に対して、プラズマ中心付近と周辺部の視線の組合せがその検出に効果的であることを電磁流体力学的平衡解析の基に示した。
佐藤 和義; 大森 順次; 海老沢 克之*; 草間 義紀; 閨谷 譲
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ITER計画において日本が調達する予定の上部計測ポートプラグは、長さ約6m,重量約22tの片持ち構造であり、計測のための開口部及び光学路を有するため、これらを考慮した電磁力及び中性子遮蔽解析による評価が不可欠である。このため、まずポートプラグに組み込む計測装置の配置及び製作性を考慮したリブ構造について検討した。断面2次モーメント及びたわみ量を計算した結果、汎用品である40mmの板材とリブの組合せにより70mmの鍛造材で構成される設計案と同等の強度を有する見通しを得た。次に、ポートプラグ周辺の真空容器,ポート,ブランケットシールドモジュールの3次元モデルを作成し、渦電流とハロー電流を考慮した電磁力解析を実施した結果、フランジ部に掛かる最大モーメント約1MNmが得られ、設計基準値を下回る可能性を見いだした。また、報告では操作性,中性子解析についても言及する。