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神谷 健作; 伊丹 潔; 江野口 章人*
no journal, ,
JT-60SAにおける第一壁及びダイバータ監視用赤外及び可視光同時測定可能型超広角視野エンドスコープの開発について報告する。トーラス内部の広範囲を観測するために光学系の視野角は約80度で数cm程度の空間分解能が得られる設計とした。光線追跡による光学設計によってブラインドスポットのない光学設計解が得られており、ヘッド部はピンホール、球面及び平面ミラーで構成され、集光された像は平行光束としてクライオスタット外へ伝送し、カセグレン光学系で赤外光を集光しつつ可視光をミラー分岐し、赤外及び可視CCDカメラのそれぞれで検出する。
相羽 信行; Cooper, W. A.*; Gruber, R.*
no journal, ,
線形MHD安定性を数値解析する際に問題となる数値不安定性の発生を抑えることに成功した新たな高精度数値解析手法を開発した。この数値不安定性の抑制に関する議論は30年ほど前に精力的に議論され、その不安定性を引き起こす要因については特定されていたが、本研究では同手法を用いた数値解析を行うとしばしば数値不安定性が発生してしまうことが確認された。この原因について解析的及び数値的に調べた結果、従来の解析手法で用いている数値積分法が不適切であるために数値不安定性を抑えきれていないことを明らかにした。この問題を解決するために、数値積分法を改善した新たな解析法を開発し、同手法を数値コードに実装して改めて数値解析を行った結果、数値不安定性を完全に抑制できることを確認した。また、プラズマ回転を考慮した場合でも、同様の数値解析手法により数値不安定性の発生は抑えられることを解析的に確認した。
前山 伸也; 渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 仲田 資季; 沼波 政倫*; 石澤 明宏*
no journal, ,
ジャイロ運動論とそれに基づく数値シミュレーションは磁場閉じ込めプラズマにおける乱流輸送現象の理解に大きく貢献してきた。これまでの多くのモデルではイオンと電子のスケール分離を仮定してきたが、近年の計算機性能の向上を受けて、イオンと電子の両方を同時に扱うマルチスケール乱流計算が可能になりつつある。本講演では、局所的ジャイロ運動論的シミュレーションコードのマルチスケール乱流計算に向けた超並列計算手法の開発成果として、並列高速フーリエ変換の高効率化と京コンピュータにおけるGKVの最適化について発表する。3次元トーラスネットワークに特化した通信最適化と通信と演算の同時処理の実装により、10万コアを超えるストロングスケーリングが達成された。
中村 誠俊; 櫻井 真治; 尾崎 豪嗣; 逆井 章; 関 洋治; 横山 堅二
no journal, ,
JT-60SAのCFC(Carbon Fiber Composite)モノブロックダイバータターゲットは、15MW/m
の熱負荷に耐えるための除熱性能が要求される。スクリーニングを目的としたモノブロックダイバータターゲットの赤外画像検査方法を報告する。赤外画像検査では、冷却管に95
Cの温水を通水し、定常状態となったところで5Cの冷却水を急激に冷却管に通水して生じるモノブロック表面の温度応答を赤外線カメラで計測することで、除熱性能を評価する。熱負荷試験と赤外画像検査の結果を、有限要素法解析を用いながら比較することで、赤外画像検査の除熱性能の評価の妥当性を調べた。赤外画像検査結果の評価精度に影響する要因について考察した。具体的には、CFCの密度と熱伝導率、スクリュー管の冷水の流速と熱伝達率、CFC表面の輻射率、気温、赤外線カメラの補正値、冷水及び温水の温度が挙げられる。その結果を報告する。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
no journal, ,
ITERにおける電流分布(安全係数分布)計測の性能評価をさまざまな条件で行い、既存の計測装置と同程度の計測精度をITERにおいて達成すれば、安全係数分布に対する要求精度を満足可能であることを明らかにした。本研究では、ポロイダル偏光計と動的シュタルク効果計測(MSE)で得られる計測データを組合せた安全係数分布の精度評価、MSEが測定に使用する加熱用中性粒子ビームの入射条件の影響、MSEが使用できないプラズマ電流立ち上げ時の安全係数分布の精度評価などを行った。安全係数分布は電子密度計測などの他の計測装置による計測データも考慮して計算されるため、他の計測装置の計測誤差も考慮する必要がある。偏光計のみに誤差がある場合は計測誤差が0.3度以下であれば安全係数に対する要求精度が満足であるが、他の計測装置の計測誤差を考慮すると偏光計の計測誤差は0.1度以下である必要があることを明らかにした。
トカマクプラズマにおけるMHDモードの振舞い松永 剛; 岡林 典男*; 相羽 信行; Boedo, J. A.*; Ferron, J. R.*; Hanson, J. M.*; Hao, G. Z.*; Heidbrink, W. W.*; Holcomb, C. T.*; In, Y.*; et al.
no journal, ,
高運転では高い核融合出力密度を得ることができるため、コンパクトな原型炉が実現可能である。このような核燃焼・高領域では、MHD安定性が臨界安定に近く、かつ高エネルギーイオンが多数存在するためこれらの相互作用が予想される。JT-60U及びDIII-Dの壁なし限界を超える高プラズマにおいて、高エネルギーイオン駆動不安定性が発生し、抵抗性壁モードや周辺局在化モードを誘発する現象を観測した。これらの誘発現象には、高エネルギーイオン駆動不安定性によって増加した高エネルギーイオンの周辺への輸送がこれらの相互作用と関係していると考えられる。本講演ではJT-60UとDIII-Dでの実験結果について詳細に紹介する。
岡野 文範; 池田 佳隆; 逆井 章; 花田 磨砂也; 渡辺 隆*; 大胡 泰彦*; 細金 延幸*; 青砥 三男*
no journal, ,
臨界プラズマ試験装置(JT-60)は、日欧共同で進めるサテライト・トカマク計画として、長パルス化と高圧力プラズマを目指した超伝導核融合実験装置JT-60SAに改修するため、JT-60トカマク本体及び周辺設備を解体・撤去する必要がある。JT-60は、18年間の重水素実験で発生した中性子により放射化している。そのため、解体作業は放射線障害防止法に基づいて実施した。実際のJT-60本体解体においては、トロイダル磁場コイル(TFC)の補強溶接部の切断と真空容器の2分割が工程的、技術的に大きな課題であった。これらの課題をR&Dを実施して、解決し、解体を進めた。平成21年度に開始した、長期間に亘る解体作業を平成24年度(平成24年10月)に完遂した。
東條 寛; 波多江 仰紀; 伊丹 潔
no journal, ,
JT-60SAトムソン散乱計測のプラズマ中心計測用集光光学系は、ポートプラグ内の限られた設計空間に設置され、散乱光を像位置に置かれた光ファイバーに入射させる役割を担う。しかしこれまでの検討では、蛍石やF2の大型レンズを用いており、製作に困難を生じる。上記の問題を回避するために、製作困難な大型レンズを使用しない反射型及び屈折型の2種類の光学系の概念設計を行った。反射型光学系は、真空窓直後のミラー2枚,補正レンズ(合成石英,直径360mm),大型球面ミラー(主鏡),補正レンズ前面に蒸着したミラー(副鏡)から成る。しかし、総合集光効率は副鏡による口径食や主鏡のサイズ限界の影響により、大型レンズを使用した従来の光学系に比べ、83%(光軸付近), 66%(視野端付近)となることがわかった。屈折型光学系は、製作が比較的容易な小型レンズ3枚(直径200mm以下)で構成されたトリプレットレンズ方式を採用した。副鏡がないことと、レンズ数を大幅に減らしたことにより、総合集光効率は、96%(光軸付近)、110%(視野端付近)となった。この光学系は、大型レンズを用いたものと同等の集光効率を持つ有力な代替案となることがわかった。
本多 充; 林 伸彦; 滝塚 知典*; 藤田 隆明
no journal, ,
1.5次元輸送コードTOPICSに独自に導出したトロイダル運動量方程式を実装した。この方程式は熱粒子種で和を取ったトロイダル角運動量の時間発展を記述するものである。また、繰り返し計算なしに径電場
を一意に決定することができる新たな枠組みを構築し、実装した。径電場を決定することにより、新古典輸送理論に基づき粒子種ごとの平行流とトロイダル流を計算することができる。TOPICSと高速イオン軌道追跡コードOFMCを組合せることで、密度,温度,安全係数のみならず、トロイダル運動量や径電場の時間発展も予測することができる。この枠組みの妥当性は実験データを用いて検証され、実験で観測されたトロイダル回転を再現する能力があることを示した。
小山 岳*; 杉山 直弥*; 松原 史明*; 三枝 幹雄*; 小林 貴之; 諫山 明彦; 森山 伸一
no journal, ,
核融合プラズマの電流駆動方式の一つである電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)において、電流駆動効率を最大にするためには入射電磁波を磁力線に最適な角度で、しかも特定の楕円偏波で入射する必要があり、このとき偏波変換器が重要な役割を果たす。JT-60SAのECCDシステムに用いることを目的として、広帯域の偏波器を開発している。同装置で計画している周波数110GHz及び138GHzに適用することを念頭に設計製作した低パワーモックアップの特性を測定し、それに基づく数値解析を行った。その結果、138GHzでは全域偏波器であることが確認された。現在進めている110GHzの解析の結果と合わせ、広帯域偏波特性を明らかにする計画である。
小林 貴之; 諫山 明彦; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; 星野 克道; 森山 伸一; et al.
no journal, ,
JT-60SAプラズマ加熱・電流駆動用の電子サイクロトロン(EC)波入射アンテナは、伝送路1系統あたり約0.8MWの入射電力、100秒間の入射時間を実現するとともに、ポロイダル方向・トロイダル方向の2方向にビーム入射角度が可変であることが求められる。これまでに、直線駆動方式のアンテナ設計を行い、100秒間の入射に不可欠なアンテナミラー部における冷却水漏洩リスクを低減しつつ、広い2次元駆動範囲を見通せる設計を得た。EC加熱装置の性能に大きく影響するアンテナミラー光学設計について、今回モックアップミラーと低電力ミリ波を用いた試験を行い、2次元駆動したときの光学性能が、計算とよく一致することを確認した。また、ミラー駆動シャフトを保持する軸受けについて、複数の選択肢を検討し、比較的コンパクトに実装可能なすべり軸受けについて、モックアップで滑らかな動作を確認した。さらに、EC波の2周波数化による運転領域拡大を目的としたアンテナの駆動範囲に関する検討状況についても報告する。
小島 有志; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 井上 多加志; 柏木 美恵子; NB加熱開発グループ
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JT-60SA用負イオン源において22Aの負イオンビームを100秒間生成を実証するため、新たに実機電源を利用したテストスタンドを建設した。本テストスタンドでは、セシウム添加による負イオンの表面生成を定常的に維持する温度制御型プラズマ電極の開発や、負イオンビームの不均一性に起因する電極熱負荷の改善を行う。今回検討を行った結果、高温フッ素系冷媒によりプラズマ電極を冷却し、負イオン生成が劣化するよりも早い時定数の10秒程度で、負イオン生成に最適な270度の温度を定常的に維持できることがわかった。さらに、磁石配置を対称にして高速電子のドリフトを制御することにより、不均一性が30%から10%にまで改善できることがわかった。また、本テストスタンドにおいて初期実験を行った結果、磁石配置を改善していない状態で生成される不均一なプラズマを再現し、計算結果がその電子温度分布と矛盾しないことを確認した。これにより、計算によって最適化された磁場配位において一様な分布が得られる見通しを得た。
矢木 雅敏
no journal, ,
プラズマ乱流に関連するマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション研究に関し、国内の研究活動である「核燃焼プラズマ統合コード計画」や原子力機構が推進する「数値トカマク計画」、九州大学が推進する「乱流プラズマの動的応答と動的輸送の総合研究」等で得られた研究成果の一部を紹介する。コア・エッジ結合モデルによるL/H遷移シミュレーション研究や乱流計測シミュレータを用いたソース変調に対するプラズマの非局所応答の研究を例にとり、マルチスケール・マルチフィジックスの重要性を示す。また、今後のシミュレーション研究の展望に関しても議論する。
武智 学; 松永 剛; 栗田 源一; 櫻井 真治; 井手 俊介; 相羽 信行; JT-60SAチーム
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JT-60SAでは定常高ベータのプラズマの維持を目的のひとつとしており、その達成のためには抵抗性壁モード(RWM)の安定化が不可欠であり、コイルを用いたフィードバック制御による安定化を行う予定である。RWMの成長率と構造物の3次元モデルを含んだRWM安定化のシミュレーションを行い、安定化に必要な電源スペックや、ノイズ、制御時間遅れに対する安定性の依存性を調べた。また、JT-60SAのRWM安定化を模擬した実験を他装置で行い、RWMのモードリジディティや側帯派の効果を調べた。
梶原 健; 小田 靖久; 林 一生*; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
原子力機構においてITER用ジャイロトロン及びジャイロトロンシステムの研究開発を行ってきた。これまでに、1MW/800秒運転、ITERの運転シーケンスを模擬した連続運転試験、5kHz変調試験等を行ってきた。今回、2周波数ジャイロトロン(170GHz/137GHz)において、1MW以上の発振及び高パワー長パルス運転(1080kW/5秒, 905kW/75秒)に成功した。また、5kHz高速on/off変調試験において、発振開始時の不要RFを高速スイッチを追加し、アノード電圧をすばやく立ち上げることにより抑制することに成功した。講演では詳細について発表する。
山西 敏彦; 谷川 博康; 野澤 貴史; 中道 勝; 星野 毅; 西谷 健夫
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幅広いアプローチ(BA)活動を日欧の共同プロジェクトとして進めている。国際核融合材料照射施設の工学実証及び工学設計活動(IFMIF-EVEDA), 国際核融合エネルギー研究センター(IFERC), サテライトトカマクの3つのプロジェクトのうち、IFERCプロジェクトの一環として原型炉工学R&D活動が進められている。現在の日本側とEU側の原型炉概念をベースにして、双方が重要かつ不可欠と考える基盤的なR&Dとして、ブランケット構造材としての低放射化フェライト鋼、SiC/SiC複合材,先進中性子増倍材,先進トリチウム増殖材、トリチウム取扱い技術の5つの項目をBAにおけるR&D項目として選択した。その実施にあたっては、BAの日本側実施機関である原子力機構のほかに、多くの大学等のグループが共同研究の形で参加した体制で取り組んでいる。2010年3月には六ヶ所サイトで原型炉R&D棟が竣工し、試験機器の据付、許認可の取得、管理区域設定、RI試料の搬入と順調に計画は進展している。本講演では、大学等との共同研究の成果も含めて、日本におけるBA原型炉R&Dのこれまでの進展と今後の計画を紹介する。
荒川 弘之; 河野 康則; 東條 寛; 笹尾 一; 伊丹 潔
no journal, ,
大型核融合実験装置や将来の核融合発電炉では、長時間安定したプラズマ電子密度計測が必要となる。本研究では、近年産業界や計測標準分野において開発が進められている光周波数コムレーザーを用いた干渉計に着目し、データ欠損に耐性のあるプラズマ電子密度計測法の提案を行う。本干渉計を用いた電子密度計測は、既存の手法では不可能であった瞬時計測も可能であり、核融合プラズマ以外のプラズマ電子密度計測への適用も期待できる。
福本 正勝; 仲野 友英; 伊丹 潔; 上田 良夫*
no journal, ,
化学スパッタリングによって外側ダイバータから発生した炭素のトカマク中での輸送を調べるため、JT-60Uにおいて、重水素放電中に外側ダイバータの一か所から炭素13を含むメタンガス(
CH
)を入射した。放電中、入射位置に対向する内側ダイバータプラズマ中の軽水素と重水素の割合を、可視分光で測定した。放電終了後、対向する内側ダイバータに形成された炭素堆積層中のCの深さ分布を、二次イオン質量分析器で測定した。その結果、内側ダイバータタイルのプライベート領域には、Cを含む厚さ200-300nmの堆積層が形成されていた。内側ダイバータプラズマ中の軽水素の割合は、CHを入射しないときは2%であったが、CHの入射によって4-6%に増加した。この増分は、CHに由来する軽水素が重水素プラズマ中で均一となり、内側ダイバータへ輸送されたと仮定して求めた軽水素の増分(0.2-0.7%)に比べて約一桁高い。これは、CHに由来する軽水素が、選択的に対向する内側ダイバータに輸送されたことを示唆する。これは磁力線を横切る方向の輸送であるため、CH
のような中性粒子で輸送されたことが考えられる。
朝倉 伸幸; 新谷 吉郎*; 星野 一生; 飛田 健次; 清水 勝宏; 宇藤 裕康; 染谷 洋二; 中村 誠; 坂本 宜照
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近年、ダイバータ設計において、平衡コイル(PFC)の配置と電流値の配分を工夫してダイバータ板への磁力線の連結長を増加する磁場形状の検討が注目され、「先進ダイバータ」と呼ばれている。非常に大きな熱流の低減が求められる原型炉のダイバータ設計への適応を考察するため、ダイバータ形状や磁場配位を生成するPFCの配置を検討した。プラズマ平衡コードTOSCAを改善し新たに2つのパラメータを導入することにより、「スーパーXダイバータ」が形成可能なダイバータコイル配置及び電流配分の検討を行った。その結果、工学的に設計可能な条件(PFCの最大電流とサイズ)で先進磁場配位を生成するためには、主な3つのダイバータコイルをトロイダルコイルの内側に設置することが必要である。磁力線が曲がり延びるため外側ダイバータ板の傾きを大きくする必要があり受熱面積の大きな増加は期待できない一方、ヌル点発生により連結長は大きく増加する。「雪化粧型ダイバータ」の検討も行い、限られたスペースにおいて連結長が大きく増加可能である一方、ヌル点の生成の困難さ、ダイバータ形状の大きな変更、主プラズマ形状への影響などの課題が明らかとなった。
仲野 友英; 村上 泉*; 鈴木 千尋*
no journal, ,
JT-60Uの周辺プラズマ(電子温度2keV)及びLHDの中心プラズマ(電子温度3keV)からのタングステンイオンの真空紫外域スペクトルを観測した。観測したスペクトルを再現するために原子構造計算プログラムFACにより14価から71価のタングステンイオンのスペクトルを計算し、これらのスペクトルを各価数のイオンの存在比で重み付けして足し合わせ、合成スペクトルを計算した。43価を中心に存在比を重み付けして合成されたスペクトルは、4.7nm付近に観測されたスペクトル線をよく再現したが、5.0nm付近に観測されたスペクトルとは一致しなかった。5.0nm付近の観測スペクトルを再現するには、43価に加えて32価を中心に存在比を重み付けしてスペクトルを足し合わせる必要があった。2つの価数を中心に存在比の重み付けを行う必要性はJT-60UとLHDで観測されたスペクトルを再現するために共通して見られ、その理由をタングステンイオンのプラズマ中での輸送の観点から調べた。