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高橋 幸司; 梶原 健; 小田 靖久; 春日井 敦; 坂本 慶司
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日本(原子力機構)が調達予定のITER水平ポートECランチャーについて、信頼性向上,システムの簡素化,コスト低減を目的としてミリ波伝送系の一部を空間伝送方式に改良した。これにより製作性の向上が期待できる。ミリ波伝播解析の結果、改良領域の伝送効率は99.5%、入射ミラーの熱負荷は約1/3に低減するといった高性能化を明らかにした。これらの解析結果の確証と製作性の検討を行うために、改良設計に基づいたモックアップを製作した。本論文では、その改良設計とモックアップを利用したミリ波伝送実験について述べる。
神谷 健作; 藤田 隆明; 小島 有志; 久保 博孝
no journal, ,
JT-60Uにおいて周辺電流分布計測のためのLiBPゼーマン偏光分光装置を開発した。電流分布の変化によるポロイダル磁場の変化を精密測定するために、ゼーマン効果によって分離したシグマ成分の円偏光と直線偏光の強度比をエタロンで抽出した。高透過率かつ狭帯域エタロンを実現する検出器光学系を開発するとともに、ビーム加速電圧スキャンによるエタロンの新しい較正手法を実証した。ビーム収束と引き出し電流の増加により偏光測定における目標精度を達成し、Hモードプラズマにおける境界輸送障壁付近の電流分布測定に成功した。
末岡 通治; 赤坂 博美; 山口 退二; 川俣 陽一; 内藤 磨
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JT-60SAでは、CAMAC規格に準ずるタイミングシステム(TS)を廃止し、新たなTSを導入する。新TSはFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いたモジュールを採用し、電源,加熱,計測装置などのサブシステムとの信号の取り合いは、1対の光ケーブルを介して行う予定である。そこで、JT-60Uで使用していた実時間制御計算機システムを対象にしてFPGA版TSを開発し、模擬放電シーケンスを用いてその動作確認試験を実施した。本報告では、その結果について報告する。
滝塚 知典
no journal, ,
核燃焼プラズマでは、特にSOL-ダイバータ領域において、不純物は重要な役割をはたす。不純物を含む多種イオン系の物理特性を運動論効果まで正確に取り入れて調べるために、重み付きの粒子シミュレーション手法の開発が必要である。周辺プラズマ中では衝突が重要であり、単種イオン系で全粒子の重みが等しい従来のPARASOLコードには、Takizuka-Abe二体衝突モデルが用いられてきた。この二体衝突モデルを、多種イオン系の重み付きの粒子シミュレーションへ拡張するモデルを提案する。
松永 剛; 武智 学; 櫻井 真治; 井手 俊介; 大山 直幸; 松川 誠; 相羽 信行; 浦野 創; 逆井 章; 鎌田 裕; et al.
no journal, ,
JT-60SAでは超伝導コイル群の設置誤差や中性粒子ビーム入射装置の磁気シールドなどにより、数ガウス程度の誤差磁場がプラズマ中心で予想されている。これらの誤差磁場はプラズマ着火やMHD安定性に影響することが考えられるため、その定量的な評価及び誤差磁場補正コイルの設計を現在進めている。同時に誤差磁場補正コイルによりプラズマ周辺で平衡磁場と共鳴する磁場摂動を印加することで、周辺局在モード(ELM)によるダイバータへの熱負荷を制御することも検討している。本講演ではこれらの詳細について紹介する。
小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 春日井 敦; 坂本 慶司
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ITER用EC H&CDシステムでは、高効率でのRF伝送が要求され、ジャイロトロンから出力されたRFビームを高効率でコルゲート導波管の基本伝搬モードであるHE
に結合する技術が必要である。170GHz/136.7GHzの2周波数ジャイロトロンからの出力ビームを、2枚の位相補正鏡で構成される準光学結合装置(MOU)を用いて導波管モードへの高効率結合の試験を行った。ビームプロファイルの測定とモード成分解析によるミラーの角度の調整を行い、両周波数で90%以上でのHEへの結合を確認した。
小林 貴之; 諫山 明彦; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 佐藤 文明; 和田 健次; 柴山 実; 横倉 賢治; 森山 伸一
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JT-60SAの電子サイクロトロン波(ECRF)加熱電流駆動装置では、100秒間のミリ波入射が必要であるが、既存装置であるJT-60Uの伝送・結合系は1系統1MW,5秒定格である。そのため各部の除熱・耐熱性能を向上させることが不可欠である。結合系アンテナにおいては、二次元ビーム駆動機構と信頼性の高い冷却構造を両立させるため、直線駆動型アンテナを設計している。既に行った初期的な設計をもとに試験体を作成し、低電力ミリ波発振器を用いて性能検証を行った。初期的に得られた結果では、計測されたRF分布と計算結果の良い一致を示した。伝送路においては、60.3mm伝送路の使用が望ましいが、コスト削減のため既存の内径31.75mmの導波管等の部分的な利用を検討している。この伝送部品の長パルス伝送時の温度上昇を調べるため、約0.5MWで10秒間の伝送時にIRカメラを用いて導波管の温度上昇を計測した。導波管切替器直後では15
C程度温度が上昇する初期結果が得られた。さらに効率的に温度上昇を抑えるためのモード純度調整と局所導波管冷却を検討した。
山口 敏和; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 春日井 敦; 小紫 公也*; 坂本 慶司
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大気圧ミリ波放電は、大気中における大電力ミリ波伝送の際、またミリ波プラズマ応用の際に特に研究の対象となる。大気圧やそれに近い圧力下におけるミリ波放電では、フィラメント構造を有したプラズマが観察され、プラズマ領域の先端(電離波面)が、放電後に照射されたミリ波のエネルギーを吸収しながら照射源方向へ伝播していくことが確認された。このプラズマの微細構造について物理的に考察するため、プロファイルの異なる二種類のビームを生成,集光し、プラズマ形状への影響を調べた。表面に微細な凹凸を有する二枚一組の位相補正鏡を介することで、ビームプロファイルを変えることができる。170GHz-1MWジャイロトロンにより発振されたビームウェイスト40mmのガウス分布のビームプロファイルを、これら二組の位相補正鏡を介してリング及びフラットへと変化させた。これを円筒管に接続した3次元放物鏡により集光しミリ波放電プラズマを生成した。電離波面は局所電力密度の高い領域を伝播し、それぞれ異なるプラズマ形状を示した。集光鏡に圧力素子を取り付け、放電に伴う衝撃波による管内圧力の測定を行い、プラズマ形状の違いとの相関について考察した。
佐藤 翔一*; 市村 真*; 山口 裕資*; 片野 誠*; 今井 康隆*; 村上 達也*; 三宅 勇一郎*; 横山 拓郎*; 森山 伸一; 小林 貴之; et al.
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JT-60Uで観測されるイオンサイクロトロン放射(ICE)のなかで、入射したDビームに起因するICE(D)と核反応生成(FP)イオンに起因するICEでは、トロイダル方向の波数が異なり、FPイオンによるICEは有限な波数を持つことがこれまでに観測されている。この性質を利用して、ICE(D)の2倍高調波と分離してICE(H)を同定した。ICE(H)が観測される条件を明らかにすることを目的として、実験条件の特定とEPOCコードを用いて軌道の計算をしている。
諫山 明彦; 小林 貴之; 森山 伸一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 寺門 正之; 平内 慎一; et al.
no journal, ,
JT-60SAでは110 GHz電子サイクロトロン(EC)波入射装置が装備される予定であり、多岐に渡る領域での利用が予定されている。JT-60SAでは1基あたりの出力が1MWのジャイロトロンが9基装備され、最長100秒間入射される予定である。現在、JT-60U用のジャイロトロンを改良することにより長パルス化のための開発運転を行っている。JT-60U用ジャイロトロンの設計値は1MW
5秒であり、1MWでこれより長いパルス幅で運転を行うためには、(1)不要RFによるDCブレーク部の温度上昇、及びコレクタ部における温度上昇を抑える必要があった。今回、不要RFが小さくなるように改良したモード変換器を導入し、さらに高効率化を目指して運転パラメータを最適化した結果、1MWの出力パワーのもとで12秒間発振することに成功した。DCブレーク部やコレクタ部の温度は一定となっていることから、さらなるパルス幅の進展も可能である。また、ジャイロトロン1基あたりの出力パワーを上昇させることを目指して、出力1.5MWの開発運転も行った。今回、アノード-ボディ間電圧が4%程度低い状態(発振は比較的容易であるがアノード電流が大きいため長パルス運転には不適)で発振を開始し、10ms後に通常の発振パラメータに戻すという手法を新たに開発した。これにより、発振直後から効率の高い状態が維持でき、1.5MWの出力を4秒間得ることに成功した。
川島 寿人; 星野 一生; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 井手 俊介; 朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 東島 智; 仲野 友英
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41MW加熱入力,100秒定常高閉じ込めプラズマを目指し、設計製作が進む先進トカマク装置JT-60SAのダイバータ構造がほぼ確定した。本形状でのダイバータ性能を予測するためダイバータコードSONICを用いて、高密度高ベータ,完全電流駆動及びITER配位を模擬したプラズマでダイバータでの熱粒子制御性を評価した。高密度高ベータプラズマではガスパフと排気によりダイバータプラズマを接触から非接触に制御できること、完全電流駆動プラズマではAr導入によりダイバータ板熱負荷を許容値(15MW/m
)内にできること、ITER配位プラズマでも機器の性能範囲で熱粒子制御が可能なことを明らかにした。
梶原 健; 春日井 敦; 小田 靖久; 高橋 幸司; 坂本 慶司
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原子力機構では、170GHzもしくは137GHzの周波数を選択的に選ぶことができる長パルス高出力2周波数ジャイロトロンの研究開発を行っている。原子力機構では3極管構造を採用しており、電子銃から放出される電子の方向を自由に設定することができる。このため、二つの発振モードに対応した異なる磁場配位に対して、それぞれ理想的な方向に電子を入射することが可能となり二つの周波数で高い発振効率が期待できる。また、発振モードである高次円形導波管モードを伝送に適したガウスビームに変換する2周波数高効率モード変換器の開発も行った。これらにより、短パルスにおいて両方の周波数において発振効率30%以上、1MWを超える発振に成功したので報告を行う。
森山 伸一; 諫山 明彦; 小林 貴之; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 長谷川 浩一; 下野 貢; 横倉 賢治; et al.
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JT-60SA電子サイクロトロン加熱電流駆動装置の設計と開発を進めている。当初4系統整備する装置のうち2系統分の電源を幅広いアプローチの枠組みの中でEUが製作し、他の部分はJT-60の装置を改造する。最終的には110GHzジャイロトロン9基を用いて総合出力9MW(入射電力7MW), 100秒のシステムとする計画である。ジャイロトロンの開発運転においては、放射器改良により100秒発振への明るい見通しが得られており、コンディショニング途上ながら1MW, 12秒にて不要RFの顕著な減少を確認した。高パワー出力試験においては、アノード電圧制御を用いてパルス開始直後から高効率発振を得ることで、1.5MW, 4秒間の、秒オーダーでは世界最高となる出力を得ることに成功している。信頼性の高い冷却機構を有する直線駆動式アンテナの基本性能をモックアップ試験で確認した。また、トロイダルビームスキャンを可能にするミラー駆動機構を考案、機械設計を開始した。EUが製作する電源は電圧可変式としてコレクタ-ボディ間、カソード-アノード間にそれぞれ独立に設ける設計を進めており、自由度の高い電圧制御が可能になる見通しである。
松川 誠; 島田 勝弘; 鈴木 隆博; 寺門 恒久; 山内 邦仁
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JT-60SA装置では、真空容器外に設置するポロイダル磁場コイル(PFC)が超伝導のため、制御のために印加できる周回電圧は現JT-60Uの10分の1程度である。さらに、真空容器や安定化板などの一周抵抗も約10分の1となるため、プラズマ断面の高速位置制御用に、真空容器内に常伝導コイル(FPCC)を設置する予定である。本発表は、JT-60SA装置の磁場シールド効果を考慮した場合の、プラズマ高速位置制御コイル電源に要求される応答特性を明らかにするものである。
栗田 源一; 飛田 健次; 朝倉 伸幸; 相羽 信行; 永島 圭介
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経済的に優れた磁場閉じ込め型核融合炉を実現するためには、高いベータ値(
=プラズマ圧力/閉じ込め磁気圧力)を持った安定なプラズマを得ることが必要である。今回はおもにプラズマ圧力のペデスタルによるブートストラップ電流の効果を含めたプラズマ境界付近のプラズマ圧力ペデスタルの限界ベータに対する効果を低アスペクト比トカマクの平衡について調べた。解析の結果、以下のことがわかった。プラズマ圧力の周辺にペデスタルを付けていくと、同じベータ値の平衡に対して内部の圧力勾配が減少するため限界ベータ値は上昇する。この限界ベータ値の上昇は、ブートストラップ電流の効果を含めたペデスタルによるプラズマ圧力勾配がプラズマ周辺で新たな不安定を引き起こすまで続く。今回用いた比較的磁気軸付近に集中した圧力分布の場合には、限界ベータ値が最大となる領域でさらにドアノブ状の安定領域が存在する。
坂本 宜照; 荒木 政則; BA日本実施機関*; BA欧州実施機関*
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幅広いアプローチ活動における国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)事業では、核融合エネルギーの早期実現を目指し、原型炉概念設計活動を推進している。第1段階の活動では、原型炉概念設計のための共通基盤を確立することを目的として、おもにワークショップ形式で日欧の開発戦略,原型炉要件,設計課題・設計制約などの議論を行ってきた。日欧間では原型炉戦略や概念に隔たりがあるものの、ワークショップを通じて設計要件や設計制約等の技術的内容の大部分で共通認識を持っていることを確認した。これらの成果をもとに第2段階の活動として、来年半ばより日欧概念設計共同作業を開始する予定である。本発表では、これまでの活動状況と日欧概念設計共同作業に向けた今後の計画について報告する。
白石 淳也; 徳田 伸二*
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プラズマ流は核融合実験装置や宇宙・天体環境において観測される普遍的な現象であり、その安定性解析は重要な研究課題である。本研究では接続法による安定性解析を試みる。接続法を用いる場合、問題を解く前にプラズマ領域を「内部層」と「外部領域」に分割する必要がある。内部層は共鳴面を含む。外部領域とは内部層以外の領域であり、Newcomb方程式により支配される。流れがない場合、内部層は有理面に設定すればよく、Newcomb方程式の特異点は有理面と一致する。本研究では、流れの効果を解析するために接続問題を再考した。流れに伴いNewcomb方程式は一般化され、特異点が分離する。さらに、流れがある問題では、不安定なモードが実周波数をもつため、共鳴面は特異点及び有理面からずれる。共鳴を起こす場所はあらかじめわからないから、従来の漸近接続法を応用することはできない。本研究では、接続法を一般化して、有限幅を持つ内部層を用いることにより、流れを持つプラズマに関する接続問題が解けることを示す。当手法を抵抗性壁モード解析に応用した計算について報告する。
神藤 勝啓; 和田 元*; 今北 真輔*; 金子 修*; 津守 克嘉*
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IFMIFで用いられる大強度CW重水素正イオンビームでビームプロファイルを調べるモニターとして、既存の方式ではビームの散乱や損失,ビーム光学に悪影響を与える等の問題が生じる可能性がある。そこで、これに替わる方式として、負イオンビームプローブ法を用いた大強度正イオンビームプロファイルモニター(BPM)を考案した。負イオンプローブビームを、ターゲットとなる正イオンビームに対して垂直に入射して、位置方向での負イオンビームの減衰量を診ることでプロファイルを調べるため、従来の方式の問題点を克服し、かつ加速器運転中にリアルタイムでモニターすることが可能となる。本発表では、核融合科学研究所NBIテストスタンドで行う予定の新方式BPMの原理検証実験(POP)計画について報告する。POPでは、小型カマボコ型負イオン源で幅広薄型の矩形ビームを生成して、大強度正イオンビームに対して垂直に入射することで正イオン,中性粒子,負イオンの混合ビームが生じる。このビームの混合比を調べることで、大強度正イオンビーム断面のプロファイルに焼き直して、ビームを診断する予定である。
宇藤 裕康; 飛田 健次; 礒野 高明; 長谷川 満*; 朝倉 伸幸
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トカマク型原型炉におけるTFコイルの設計検討として、TFコイル設計コード(SCONE code)を用いて各超伝導線材を用いた場合の最大形成磁場のコイルパラメータ依存性について調査した。SCONEコードは、常伝導遷移時のヒートバランスとコイルに掛かる電磁応力を考慮し、システマティックに最大形成磁場を求めることが可能である。各超伝導線材における最大生成磁場の中心ソレノイド(CS)コイル外径依存性では、CSコイル径が大きくなり、炉のサイズが大きくなるにしたがって生成できる磁場が小さくなり、また、Nb
AlやBi系高温超伝導線が有する高電流密度の利点も小さくなることが明らかになった。本発表では、これらCSコイル径やTFコイル形状,導体面積等を変化させた場合における最大形成磁場の依存性を求めることにより、超伝導線材の選択を含めた原型炉用TFコイルの設計検討について示す。
本多 充
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本講演は、平成21年度第14回学術奨励賞の受賞講演である。プラズマ流,径電場と熱・粒子輸送を自己無撞着に解ける1次元多流体輸送コードTASK/TXを開発した。TASK/TXは従来型輸送コードと異なり陽に準中性条件を課す必要がないため、瞬間的な電荷不均衡によって起こる物理現象を矛盾なく扱える世界で唯一のコードである。この特性を活かし、中性粒子ビーム(NB)による高速粒子がさまざまな過程で引き起こす瞬間的な電荷不均衡による、回転駆動源の物理機構を解明した。JT-60UでNB入射時にプラズマ周辺部で自発的に生成されていた逆方向トルクが、フェライト鋼装着によるリップル低減で緩和された現象は、リップルによる高速イオンの非両極性損失が引き起こす径方向電流によって説明できることをシミュレーションで明らかにした。また、NBの準垂直入射によって多数生じる捕捉イオンの持つ運動量がプラズマに入る過程をシミュレーションによって再現し、その運動量トルクは電離生成磁気面に対する粒子軌道を考慮しなければ正確に評価できないことを明らかにした。