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山口 太樹; 河野 康則; 草間 義紀
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1112_1 - S1112_4, 2007/11
国際熱核融合実験炉(ITER)における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。しかし、平衡再構築法によってプラズマ電流分布の同定精度を評価し、全パターンの視線配置を評価することは現実的に不可能である。そこで、本研究ではMHD平衡解析コードを用いたセンシティビティスタディにより、平衡再構築法で評価する視線配置を絞り込むことを目的とする。本研究では、従来報告されている正磁気シアプラズマに対するセンシティビティに加え、ベータ値の変化に起因したプラズマ電流分布の変化や、負磁気シアにおけるプラズマ電流分布の変化に対するセンシティビティを新たに示した。これらのセンシティビティをもとに、平衡再構築法で評価する視線配置のパターンを挙げる。
小川 宏明; 杉江 達夫; 河西 敏; 勝沼 淳*; 原 玲丞*; 草間 義紀
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1054_1 - S1054_4, 2007/11
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る。光学設計に基づき先端部光学系の機械設計を進めた。設計に際しては上部ポート光学系では、内径300mmのパイプ内に光学系を一体で設置することとし、水平ポート光学系では他機器との干渉を避けた分散型の配置とした。熱解析によリ、核発熱による温度上昇を評価したところ、上部ポートでは最大で50
C程度の上昇にとどまっているのに対し、水平ポートでは最大で150Cであった。次に、これらの温度分布より求めた熱歪みが光学性能に与える影響を評価した。その結果、上部ポート光学系では測定位置が約20mm移動する程度であるが水平ポート光学系では測定位置が150mm程度移動することがわかった。一連の解析により、冷却流路を確保しやすい一体型構造の方が除熱の観点からは優れていることが示された。
近藤 貴; 林 利光; 河野 康則; 草間 義紀; 杉江 達夫
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1111_1 - S1111_4, 2007/11
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。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を入射した。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。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を実現できる見通しを得た。また、高繰返し周期に対応したデータ収集システムを開発した。これらを用いて、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。
Peterson, B. J.*; 木島 滋; Kostryukov, A. Y.*; Seo, D. C.*; Liu, Y.*; Miroshnikov, I. V.*; 芦川 直子*; Parchamy, H.*; 川島 寿人; 岩間 尚文*; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1018_1 - S1018_4, 2007/11
イメージングボロメータの核融合炉への適用性展望と開発研究の概要を報告する。磁場閉じ込めの高温プラズマが放射や中性粒子を通じて失う損失パワーの測定は、これまで伝統的に1次元に配列した抵抗型ボロメータを用いて行われてきた。抵抗型ボロメータは、プラズマ放射を受けて変化した吸収薄膜の温度を抵抗線の抵抗値の温度依存性を利用して電気的に検出する方法である。多数の信号線を必要とする抵抗型ボロメータの場合、真空境界での取り合いや容器内の接続部で接触不良を生じる恐れのあることが核融合炉レベルの中性子照射試験により明らかとなった。一方、赤外イメージングボロメータは、金属吸収薄膜の放出する赤外放射を真空窓を経て中性子遮蔽の外まで信号を伝送する。抵抗型ボロメータ数百チャンネル分に相当する画像測定が可能で、将来の代替計測として期待される測定法である。核融合炉環境下での有効性を実証するためにイメージングボロメータを試作してJT-60Uトカマクに設置した。JT-60Uプラズマ放射の映像データと併せて核融合炉計測としての開発計画を示す。また、較正方法,トモグラフィー処理,新しい薄膜の開発やその他の応用などについても述べる。
Liu, Y.*; 田村 直樹*; Peterson, B. J.*; 岩間 尚文*; 木島 滋; LHD実験グループ*; JT-60実験チーム
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1124_1 - S1124_4, 2007/11
最小限の仮定でできるだけ多くの情報を得るため、ここで述べる多素子2次元データの解析では線形のTikhonov-Phillips法と非線形の最大エントロピー法の2種類の拘束条件をトモグラフィーアルゴリズムの改善策として用いた。これらの方法は平滑化により対称性を仮定せずに少数データの放射分布再構成ができる特徴を持っている。さらに今回のような接線計測においては視線に沿う強度の変化が特に大きいため、視線の幅も考慮して視野の3次元構造を厳密に取扱った。これまで模擬放射分布を使ってアルゴリズムの試験を行った。核融合科学研究所のLHDでの2台の軟X線素子カメラによる測定と日本原子力研究開発機構のJT-60Uでの赤外イメージングボロメータカメラによる測定データについて行ったトモグラフィー解析の結果を報告する。
Araghy, H. P.*; Peterson, B. J.*; 林 浩己*; 木島 滋; 芦川 直子*; Seo, D. C.*; JT-60Uチーム
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1116_1 - S1116_4, 2007/11
JT-60Uイメージングボロメータの受光薄膜の較正実験を行い、黒化処理した厚さ2.5ミクロン,有効面積9cm
7cmの金薄膜について、膜面各点での熱拡散係数や膜厚と熱伝導率との積などパワー算出やトモグラフィー解析に必要な物性値を求めた。較正実験は真空窓の外からHe-Neレーザーを用いて薄膜を局所加熱し、その赤外放射像を赤外カメラで測定する「その場試験」で行った。膜の各点の物性値は、有限要素法を用いた各点の温度分布モデルと実測値が整合するように決定した。ここでは求めた物性値の膜面内の変化について報告する。レーザー照射による温度上昇の測定データが膜面各点で比較的大きく変化しているため膜厚と熱伝導率との積が一様でない結果を得た。黒化処理に用いた炭素皮膜あるいは金薄膜自身の不均一を示唆するものであるが、現在原因の分析と併せて詳しい解析を行っている。
小林 進二*; 吉田 麻衣子; 竹永 秀信; 坂田 信也; 鎌田 裕; 坂本 宜照; 小出 芳彦; JT-60チーム
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1049_1 - S1049_4, 2007/11
JT-60においてイオン温度とその温度勾配の実時間帰還制御を目標として、荷電交換再結合分光(CXRS)の実時間計測システムの開発を進めた。本システムでは通常のCXRS計測と異なり、最小自乗法フィッティングを使わずに、干渉フィルターを通過した CXR光の発光強度比から直接イオン温度を評価することができる。この手法により空間4点で10msごとの温度の評価が可能になった。本システムを用いたイオン温度勾配制御実験を実施し、ELMy H-modeプラズマにおいて、比例・微分ゲインの最適化により、指令値にほぼ追随して温度勾配を制御することができた。
佐藤 正泰; 諌山 明彦
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1029_1 - S1029_5, 2007/11
磁場閉じ込め装置の炉心級プラズマにおけるシンクロトロン放射損失の評価の精度を上げるために、高温プラズマからの電子サイクロトロン放射(ECE)スペクトルの評価を行っている。著者らが導出した相対論的球対称Maxwell分布に対する斜め伝搬ECEの放射率を用いて、高温プラズマからECEスペクトルを評価した。あらゆる方向に放射されたECEスペクトルは、相対論的効果とプラズマによる吸収効果の影響を考慮することにより理解でき、その強さによりECEスペクトルのパターンが変化する。例えば、垂直伝搬で弱磁場側へ放射されるスペクトルでは、基本波正常波の相対論的効果により低周波数側へシフトしたEC波はプラズマで吸収されにくく、低周波数側に独立したピークを持つ。これに対して、強磁場側へ放射されるスペクトルでは、プラズマによる吸収が強いために、低磁場側のプラズマ端に対応した周波数にピークを有する。
藤本 加代子; 仲野 友英; 久保 博孝; 澤田 圭司*; 滝塚 知典; 清水 勝宏; 川島 寿人; 朝倉 伸幸
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1121_1 - S1121_4, 2007/11
ダイバータ板への熱負荷軽減に有効な非接触ダイバータでは電離・再結合プラズマが2次元分布している。本研究では非接触ダイバータプラズマのエネルギー損失過程や原子分子過程の理解に向けて、JT-60Uダイバータプラズマの2次元分光測定を行った。電離・再結合プラズマの情報は重水素のバルマー系列線を観測することで得られるため、本研究ではCCD検出器を持つ広帯域分光測定装置を用いてJT-60Uダイバータ領域を2方向から分光測定した。得られた線積分計測値から2次元発光強度分布をコンピュータ・トモグラフィー手法(最大エントロピー法)を用いて導出した。しかし、2方向データによる2次元分布の導出は計算や測定による誤差が大きく、滑らかな画像が得にくいという難点があった。本研究では計算メッシュを正方形(正方形メッシュ)から視線に沿った四角形(視線方向メッシュ)に変化させることで誤差を小さくすることを考えた。その結果、正方形メッシュより視線方向メッシュのほうが誤差が少なく、また滑らかな2次元分布を得ることができた。
小島 有志; 神谷 健作; 井口 春和*; 藤田 隆明; 鎌田 裕
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1104_1 - S1104_4, 2007/11
本研究はJT-60Uにおける高空間分解能周辺電流分布計測を目指したゼーマン偏光計測のための高輝度リチウムビーム源の開発を目的とする。JT-60Uにおけるリチウムビーム計測配位はイオン銃から観測領域まで6m離れており、イオン銃の性能としては引き出し電流値よりもビーム発散角が重要なパラメーターとなる。本発表では今回製作した高輝度リチウムイオン銃の配位を用いて空間電荷を考慮した軌道計算を行い、引き出したビームの特性、特にイオン発生分布の違いが与える影響を評価した結果を報告する。
波多江 仰紀; Howard, J.*; 平野 洋一*; 内藤 磨; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1026_1 - S1026_5, 2007/11
核融合プラズマの電子温度・密度分布を測定するトムソン散乱では、散乱スペクトルの分光器として従来、回折格子を用いた分光器や干渉フィルターを用いたフィルターポリクロメータが使われてきた。これらの手法では、スループットが小さい、相対波長感度較正が必要といった課題がある。近年、フーリエ分光に基づく偏光干渉計をトムソン散乱へ応用することが提案され、この手法は上記の課題を改善できる可能性がある。本研究ではこの手法の原理実証のため、トムソン散乱計測のための偏光干渉計を開発中である。この手法では、干渉計の遅延光路長を適切に選んだとき、トムソン散乱光のコヒーレンスが電子温度と電子密度の関数で表現できることから、干渉信号強度から電子温度と電子密度が評価できる。JT-60での本格的な測定に先立ちTPE-RXで初期的な測定実験を行う予定である。プロトタイプの分光器では、TPE-RXの運転領域にあわせて、100
1000eVの電子温度レンジ,510
m
以上の電子密度をターゲットとして設計を行った。
佐藤 和義; 大森 順次; 海老沢 克之*; 草間 義紀; 閨谷 譲
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1088_1 - S1088_4, 2007/11
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の片持ち構造であるため、高い剛性が要求される。また、ポートプラグには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、製作性を考慮したポートプラグの構造について検討するとともに、中性子の遮蔽や保守時の作業スペースを考慮したポートプラグ内への計測機器の配置を検討した。その結果、汎用品である板材とリブを組合せることにより設計案の鍛造品で構成される構造と同等の剛性を有することを見いだした。また、ポートプラグ内にすべての計測機器,関連する冷却管や信号線を組み込むとともに互いに干渉せず作業空間も確保した配置案を提案した。本提案に基づき電磁力解析を実施したところ、片持ち構造の根本であるフランジ部にかかる最大モーメントとして約1MNmが得られ、設計基準値を十分に下回る可能性を見いだした。
伊藤 直樹*; 間瀬 淳*; 近木 祐一郎*; 瀬古 典明; 玉田 正男; Shen, Z.*; Yang, L.*; Domier, C. W.*; Luhmann, N. C. Jr.*; 坂田 栄二*
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1042_1 - S1042_4, 2007/11
アンテナ材料をミリ波適応材料として作製するために、低電力損失の特性を有するフッ素高分子を用いてその評価を行った。これまで、銅との蒸着面とフッ素高分子表面との接着性が弱いという問題が挙げられていた。この問題を解決するために、放射線グラフト重合によりフッ素基板表面に親水性モノマーであるアクリル酸を導入し、フッ素高分子表面の改質を図った。その結果、銅と基板との接着率を1.5倍に向上させることができた。
Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.
no journal, ,
JT-60で開発されたプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴のあいた特異性のある真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの形状を同定できる。このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)及びPWI実験装置(CPD)のプラズマ平衡実時間制御へ適用し高精度に再構築することを確認した。そこでさらに、再構築精度の電流分布の変化の依存性について検討を行った。本発表は、この検討結果の報告である。
渡邊 清政*; 山口 太樹; 成嶋 吉朗*; 榊原 悟*; 鈴木 康浩*; 中村 祐司*; 舟場 久芳*; 中島 徳嘉*; LHD実験グループ*
no journal, ,
環状高温プラズマにおいて、各種のプラズマパラメータを磁気面上にマッピングし、磁気面関数に変換することは、MHD不安定性特性や輸送特性等の研究を行う際に重要である。実験における厳密なMHD平衡が同定されている場合には、同定結果として得られる磁気面分布をもとにマッピングを行うことができるが、ヘリオトロンプラズマにおいては、プラズマ境界の同定が非常に困難であることから高ベータプラズマのMHD平衡の同定法は確立していない。ここで、輸送解析に必要なMHD平衡データは、磁気面形状,回転変換分布,実効ヘリカルリップル,トロイダルリップルであり、このような磁場配位の情報を知るだけであれば、厳密なMHD平衡の同定を必要としない。このような観点から、LHDにおける輸送解析として次のようなマッピング手法を提案する。(1)実座標3次元MHD平衡コードHINTを用い、無電流でベータ値,圧力分布をサーベイした平衡データベースを作成する。(2)電子温度分布計測データに最もよく一致する平衡データを選び、回転変換分布以外の磁場配位の情報を輸送解析に用いる。(3)輸送解析に必要な回転変換分布としては、MSEによる計測データ又は理論予測データを用いる。
