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小林 貴之; 寺門 正之; 佐藤 文明; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 五十嵐 浩一; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 4, p.037_1 - 037_10, 2009/08
電子サイクロトロン加熱電流駆動は高効率電子加熱と、新古典ティアリングモード(NTM)抑制において重要な核融合プラズマ制御手法である。近年、JT-60Uの電子サイクロトロン波加熱電流駆動装置において、高出力ジャイロトロン開発と出力変調技術開発に成功した。1.5MW, 1秒間の安定な発振が2007年に初めて実証された。空胴及びコレクターの温度上昇の評価を行い、1.5MWでのパルス幅伸張が、110GHzジャイロトロン改造管により可能である見通しを得た。加えて、NTMに同期した0.8MW, 5kHzの出力変調ECCDを実施した。NTM同期装置が期待どおりに動作し、JT-60UでのNTM抑制実験において重要な役割を果たした。これらの開発結果により、近い将来の電子サイクロトロン波加熱電流駆動装置において、性能を向上させるための開発に重要な知見が得られた。
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。
小出 芳彦
no journal, ,
シンポジウム「JT-60実験完遂後の国内トカマク研究の新展開」の中で、国内重点化装置としてのJT-60の成果と今後の展開について講演する。最初にJT-60がトカマク国内共同研究の中核と位置づけられた経緯を述べる。次に、この重点化を受けて共同企画・共同研究の運営体制を一層強化した結果、共同研究の成果が著しく上がったことを述べる。最後に、平成21年度以降はJT-60SAにかかわる共同研究が主体となると考え、「国内重点化装置共同研究」と改称して共同研究を継続する方針を述べる。
森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; et al.
no journal, ,
JT-60SAの電子サイクロトロン加熱(ECH)装置には100秒間のパルス幅が必要となるために、ジャイロトロンはモード変換器の改良により変換損失の低減を図る。アンテナは強制冷却が必要となりかつ広いビーム入射角度範囲が求められるため、直線駆動式ミラーを用いて冷却配管可撓部を真空容器外にのみ設ける形式により信頼性を確保する。第1平面鏡(M1)を導波管の軸に沿って駆動することで第2曲面鏡(M2)へのビームの入射位置を変化させ、ポロイダル入射角度(
)をスキャンできる。トロイダル入射角度(
)はM1を回転することで18度程度変えられる。プラズマ中心と周辺をカバーするためには広いポロイダル角度範囲(
)が求められるが、M2の曲率半径を小さくすると焦点鏡としての作用が強くなりビームウエストがM2に近くなって、共鳴層でのビーム径が広がってしまう。一方、新古典テアリングモード抑制のためにはビーム径を磁気島の幅に比べて小さくすることが求められる。とビーム径のバランスを電磁界分布計算によって評価した。を変えずにビーム径を絞るためにM1を凸面としてビームウエストを共鳴層に近づける検討も開始した。
戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 井上 多加志; 坂本 慶司; 山下 泰郎*
no journal, ,
原子力機構では、ITER NBI用高電圧ブッシングの設計検討及び構成部材の開発を進めている。絶縁材として用いる大口径アルミナセラミック(外径1560mm)のコバールを封着剤とした金属接合(銀ロウ付け)試験,試作した1/2サイズモックアップブッシングの真空耐電圧試験、並びに電界解析によるブッシング内部構造の改良を中心に高電圧ブッシングの設計検討について報告する。
梶原 健; 春日井 敦; 小田 靖久; 高橋 幸司; 小林 則幸; 坂本 慶司
no journal, ,
日本原子力研究開発機構では、ITERで計画されている電子サイクロトロン加熱/電流駆動装置の高周波源として、170GHzジャイロトロンの開発を行っている。これまでの開発において、発振パワー1MW,パルス幅400秒,効率50%以上というITERの要求値を満たすことに成功している。ITER用ジャイロトロンシステムの開発という観点から次の課題として信頼性の向上が挙げられる。これにはジャイロトロン製作の信頼性と運転の信頼性の二つの意味が含まれるが、今回は運転の信頼性を確かめるために、ITERと同様な運転サイクル(400秒,30分間隔)での繰り返し運転を行い、5時間の間に発振パワー約800kW,パルス幅400秒のショットを10ショット行った。ジャイロトロン内真空度は各ショット前には一定レベルまで減少しておりベースラインの上昇は見られなかった。コレクター温度はショット前までには完全には同じ温度には戻らず、5時間運転中にベース温度が30度から33度まで上昇した。これにより、ジャイロトロンがITER運転を想定した高繰り返し長パルス運転に耐えることが実証され、ITERの加熱電流駆動実験に向け大きな見通しが得られた。
水野 貴敏; 井上 多加志; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 大楽 正幸; 坂本 慶司
no journal, ,
NBIの加速器では、負イオンと残留ガスとの衝突により電子や原子及び正イオンが発生し、またビームプラズマから正イオンが引出され、さらにこれら二次粒子が電極等に衝突して反射、二次電子が放出される等、複雑な二次粒子挙動があり、これら二次粒子がイオン源や電極及びビームラインに熱負荷を与える。したがって、この二次粒子挙動の解明は負イオンビームの長パルス加速に向けた重要な課題の一つである。そこで原子力機構では、EAMCCコードを用いてMeV級加速器内の二次粒子挙動解析を開始した。解析結果から、負イオンと残留ガスとの衝突による二次粒子の発生機構では負イオンのシングル・ストリッピングが支配的であり、負イオンがまだ低エネルギーでガス圧の高い引き出し部から第1加速ギャップで起こりやすい、との事前予測を裏付ける結果が得られた。解析ではさらに、この領域で発生した電子及び原子は電極に衝突する傾向にあること、発生した電子及び原子の約40
50%が電極に衝突することなどが判明した。このようなEAMCCコードによる二次粒子挙動解析から得た知見をITER NBIに向けた長パルス加速へと反映していく。
福本 正勝*; 山脇 章史*; 大塚 裕介*; 上田 良夫*; 谷口 正樹; 井上 多加志; 坂本 慶司; 柳生 純一; 新井 貴; 高木 郁二*; et al.
no journal, ,
DT核融合炉壁のアーマー材として、タングステンの使用が検討されているが、中性子によるタングステン中の照射損傷へのトリチウムの蓄積増加が懸念されている。本研究では、高エネルギーイオンを用いてタングステンに照射損傷を形成した後、低エネルギー重水素イオンを照射し、タングステンに蓄積する重水素の量を詳細に調べた。その結果、照射済み材料では未照射材料に比べて重水素蓄積量が最大で6倍となった。
小田 靖久; 梶原 健; 小林 則幸; 高橋 幸司; 春日井 敦; 坂本 慶司
no journal, ,
ITER用ECH/ECCDシステムは、高効率での長距離伝送系が要求されている。伝送系に設置されるコンポーネントは、伝送系の不要モードにより損失が増加するため、伝送系導波管内における伝送モードを改善する必要がある。本研究では、JAEAにおけるITERに向けた試験用の長距離ECH/ECCD伝送系に対して、導波管伝搬モードの評価を行う。伝送系出口におけるビームパターンの計測を行い、位相再構成法を用いて導波管内における伝送モード成分を解析する。
西山 友和; 岡野 文範; 三代 康彦; 佐々木 昇*; 目黒 雅*; 田近 正春*; 佐藤 洋司; 佐藤 正泰
no journal, ,
臨界プラズマ試験装置(JT-60U)では、超伝導トカマク装置に改造するJT-60SA計画が進められている。そのために、JT-60U本体装置を主として解体し、JT-60機器収納棟へ展示及び収納する。本体装置の解体は、工期の短縮,コスト低減などの要求や作業環境及び展示,収納における制約などを踏まえ、より確実で効率のよい、安全な方法で実施する必要がある。今回は、JT-60U大電流化改造時において実績のある分解手順や汚染された真空容器の既設位置での切断を必要最低限にできる切断方法を採用した解体方法を検討した。なお、本体装置の解体は、大型で複雑な構造を持つため、分解するための切断が必須であり、各設備の仕様・据え付け状況や作業環境に合った切断工法を見いだすことが重要である。これまでに、真空容器の切断には、切断時間が早いプラズマ切断、PFコイルやPFコイル支持体の一部に対しては、切断環境等の観点からダイヤモンドワイヤーソーを候補として切断能力の評価などを実施してきた。ダイヤモンドワイヤーソーでは、切断容量の多いPFコイルに対して、銅の切断に対応したワイヤーを開発し、220
220の断面(PFコイル中3番目の大きさ)のモデルを2時間以内で切断できるまでに至っている。
林 巧
no journal, ,
主燃料循環(プラズマ排ガス)処理システムにおけるトリチウム処理技術に関し、ITERでのシステム(統合設備群ループ)の設計を例として、各設備での個別のトリチウム計量管理手法の現状を解説する。この現状を踏まえ、主燃料循環処理システムにおける計量管理について運転上必要は自主的管理と安全上必要な法規制上の管理の観点からまとめるとともに、今後の課題を整理する。
斎藤 愛*; 飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 聡; 榎枝 幹男
no journal, ,
核融合原型炉SlimCSにおけるブランケット概念構築のため核熱連成解析を行い、ブランケット内部構造の検討を行った。この結果、現在見通しうる構成材料に限ると加圧水冷却・固体増殖方式でトリチウム自給を満たすことは簡単ではなく、想定しうるブランケット構造概念の選択肢は限定的という結果を得た。これまでの評価モデルの中では、増殖材Li
TiO
(ペブル)と中性子増倍材Be(板)が接触しないように仕切りながら交互に並べる場合が最もトリチウム増倍比(TBR)が高くトリチウム燃料の自給が可能であるが、ブランケット内部構造は複雑で製作が難しいという問題がある。増殖材LiTiOと中性子増倍材Be
Tiのペブルを混合充填する方法にすれば内部構造は単純になるが、TBRがやや低く燃料自給に問題がある。これら2つの案を中心として原型炉に相応しいブランケット概念及び問題点の改善策について検討を行った。
末岡 通治; 赤坂 博美; 杉村 徹; 川俣 陽一; 栗原 研一; 内藤 磨
no journal, ,
JT-60におけるプラズマの平衡(位置・形状)制御、及び高性能プラズマの生成・維持を担ってきた「JT-60実時間制御システム」は、JT-60のシャットダウンを契機に数年後の再稼働を見据え、システム全体の更新を予定している。一方、新システムの開発にはその機能の健全性やパフォーマンスを正確に確認するための環境整備が不可欠である。本報告では、JT-60実験結果データベースを用いて実験環境を再現する「JT-60SA新実時間制御動作試験システム」の検討について報告する。
二宮 博正
no journal, ,
JT-60は1985年に実験を開始し、幅広いアプローチ活動のサテライト・トカマク計画とトカマク国内重点化計画の合同計画であるJT-60SAの建設のため、2008年8月末に実験を終了した。この23年4か月にわたる実験の研究成果と今後に残された課題について報告する。JT-60の実験を大きく分類すると、(1)水素実験フェーズ(1985-1989),(2)プラズマ高性能化フェーズ(1991-2002),(3)定常高ベータ化フェーズ(2003-2008)の3つのフェーズに分類できる。この各フェーズにおける主な目的,装置改造,実験成果,その意義について詳細を示すとともに今後に残された課題について議論する。
川俣 陽一; 内藤 磨; 栗原 研一; 戸塚 俊之; 赤坂 博美; 末岡 通治; 杉村 徹
no journal, ,
JT-60では、トカマク装置特有のプラズマ不安定性発生時のマイナーディスラプションやNB入射によるバースト状の磁場揺動現象発生で、通常10V以下の電圧出力が数百Vもの電圧出力が確認されている。この時でも正しく積分するための入力電圧レンジの異なるチャンネルを並列に動作させ有効レンジのみ使用して積分する「不安定性対応型長時間積分器」を試作し性能確認試験を実施してきた。本積分器は、多レンジのVFC(電圧-周波数変換器)の積分結果から最適なレンジの結果を選択するものである。JT-60SAでは、プラズマ垂直位置不安定性の抑制や電磁気センサーとプラズマ最外殻磁気面の間に配置した安定化板に流れる渦電流を積極的に求めプラズマ断面形状を精度よく制御することが必至となるため磁場計測時系列データの共有化が求められる。このため、この積分結果データを利用する方法として、これまでのJT-60実時間データ転送の信頼性からリフレクティブメモリによる光ネットワーク通信を用いることとした。本講演では、JT-60SAに向けた積分データや各種計測データの共有化(転送と保存)のネットワークシステムについて報告する。
鈴木 哲; 伊藤 達哉*; 信太 祐二*; 山内 有二*; 日野 友明*; 江里 幸一郎; 横山 堅二; 秋場 真人
no journal, ,
低放射化フェライト鋼F82Hは核融合炉の第一壁の構造材料の候補材料の一つであるが、水素同位体の保持脱離挙動の把握に関しては、燃料密度制御や安全性の観点から重要であるにもかかわらず、まだ十分な評価は行われていない。本研究では、原子力機構にてダイバータプラズマを模擬した水素ビームを照射し、表面に損傷を与えたF82Hに対し重水素イオンを照射し、その保持脱離挙動を調べ、表面損傷との関係を明らかにした。その結果、水素イオン照射温度を変化させた場合、照射温度が室温から530Kまででは、重水素保持量に変化が見られなかったが、770Kでは重水素保持量が大幅に減少した。
寺門 正之; 小林 貴之; 佐藤 文明; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 下野 貢; 平内 慎一; 五十嵐 浩一; 鈴木 高志; 和田 健次; et al.
no journal, ,
JT-60Uでは、新古典的テアリングモード(NTM)の周波数にあわせてミリ波を入射し、モードを抑制する実験を行うために約5kHzの電子サイクロトロン加熱(ECH)装置の出力変調運転が必要である。その手法は、高周波源であるジャイロトロンのアノード電圧を制御することにより、高電圧の主電源を遮断することなく電子ビームのピッチ角を変えることで発振出力を変調するものである。今回、アノード分圧器において使用している素子をフォトカプラからFETに変更した分圧基板を開発し応答速度を上げ、さらに高電圧回路のリップル電圧抑制用のコンデンサと抵抗の定数を調整して、アノード電圧の制御領域を広げ、7kHzの変調に成功した。また、変調中に発振停止した場合に主電源を遮断する保護回路を開発した。さらに、NTMに同期した変調入射を行うために、プラズマ磁気プローブの信号に同期して変調する制御,変調指令に対する発振遅れ時間の制御とRFデューティの制御,磁気プローブの信号に対する入射位相の制御を行う同期変調制御回路を開発した。以上の開発により、約45kHzのNTMに同期した変調入射を成功させた。
山内 邦仁; 島田 勝弘; 岡野 潤; 大森 栄和; 寺門 恒久; 栗原 研一
no journal, ,
ITERのサテライトトカマクとして計画されているJT-60SAのポロイダル磁場コイルでは、プラズマの着火と立ち上げの際に高電圧を必要とする一方で、運転の大部分を占める定常時にはほとんど電圧を必要としない。したがって、長時間ないし連続定格の低電圧電源と短時間定格の高電圧電源の組合せが価格と大きさの面で合理的である。ただし、このためにはコイルの通電中に最大20kAの直流大電流を適切かつ滑らかに転流し、短時間定格の高電圧電源をバイパスする機構が不可欠である。そこで、実用性と経済性の観点からこれらの要求を満たすバイパススイッチを新たに提案し、回路シミュレーションにより妥当性を評価した。本講演では、これらの設計検討の結果について報告する。
戸塚 俊之; 坂田 信也; 佐藤 稔; 清野 公広; 内藤 磨; 川俣 陽一
no journal, ,
JT-60の実験運転は、2008年度8月をもって終了し、JT-60SAとして2016年の実験運転開始を目指し、その設計製作が本格的に進められている。JT-60SAにおける放電シーケンス制御系及びデータ収集系の設計にあたっては、現在のWSやボードコンピュータで構築することで計算性能や資源の制約によってこれまで独立に構成・運用されてきた全系制御設備計算機システムの一部とデータ処理計算機システムを機能的に統合することが可能であると考え、これまでのJT-60制御系の開発で養った技術と経験をもとにして新しい制御システムの設計を進めている。本報告では、JT-60SAのための放電シーケンス制御とデータ収集を統括するための新システムに具備されるべき機能や今後の設計検討のベースとなるシステム全体像について報告する。
島田 勝弘; 寺門 恒久; 大森 栄和; 岡野 潤; 山内 邦仁; 栗原 研一
no journal, ,
ITERのブローダーアプローチの一つであるJT-60SA計画では、トロイダル磁場コイル及びポロイダル磁場コイルが超電導化される。コイルの超電導化により、定常時では低電圧制御が可能となるが、プラズマ着火及び立ち上げ時には高電圧を必要とする。このような特殊な運転を実現するために、既存のJT-60U電源を有効に再利用した新しいコイル電源の回路設計検討を行い、併せてそれらの制御手法について検討も行った。検討の結果、トロイダル磁場コイル電源は、急速な励磁・消磁の必要がないので低電圧大電流電源とした。ポロイダル磁場コイル電源は、定常的に制御を行う低電圧のベース電源とプラズマ着火及び立ち上げ用の高電圧電源により構成し、高電圧電源として、既存JT-60ポロイダル磁場コイル電源を再利用したブースター/アシスト電源あるいは抵抗に電流を転流させて高電圧を発生させる高電圧発生回路を採用した。本講演では、超電導コイル電源の回路構成及びその制御手法について発表する。
