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荒川 弘之; 笹尾 一; 河野 康則; 伊丹 潔
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大型核融合実験装置では、レーザー偏光計が電子密度や電流測定に用いられている。レーザー偏光計の分解能向上のためには長波長のレーザー発振器を用いることが通例となっているが、問題点も多い。本研究では、既存のレーザー偏光計に回折格子を用いた光学系を追加することで、偏光角の拡大を行う手法の開発とその実証を行った。本研究により、短波長(1から10
m程度)レーザーの入射パワーを上げることで、長波長レーザー(100m)と同等、またはそれ以上の分解能を持った偏光計測が可能となると期待される。
井戸村 泰宏
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full-fモデルに基づくジャイロ運動論シミュレーションは実験と同様に加熱入力を固定して平衡分布と乱流揺動を同時に第一原理モデルで発展させる。近年のペタスケール計算機によってエネルギー閉じ込め時間スケールの数値実験が実現し、第一原理モデルでプラズマ分布を決定できるようになった。本発表ではそのような長時間乱流シミュレーションを紹介し、まず、定常分布、特に、自発回転分布が維持される機構を議論する。次に、変調加熱数値実験において見つかった熱輸送係数のヒステリシス特性についても議論する。
小田 靖久; 池田 亮介; 梶原 健; 大島 克己; 林 一生*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; Purohito, D.*; Henderson, M.*
no journal, ,
ITERの電子サイクロトロン加熱電流駆動システムは、170GHzのミリ波をプラズマに対して20MW入射する設計であり、24本の1MW出力ジャイロトロンの運転を予定している。日本は24本のうち8本のジャイロトロンを調達するが、これに伴いITERで動作させるためのジャイロトロン制御システムの開発が必要となる。今回、そのITER用ジャイロトロン制御装置の開発を目的として、原子力機構が有するジャイロトロン試験装置の電源システムに接続し、170GHzジャイロトロンの発振実験を行った。制御系は、ITERのプラント制御デザインハンドブック(PCDH: Plant Control Design Handbook)で指定されるシステム構成に準じており、世界的に見ても、ITER CODAC(計測・制御系)の体系で実際の機器を駆動する初めての例である。また、この試験では、新たに開発した電子ビーム加速電源を用いていることも特長であり、ITERジャイロトロンシステムの調達に向け大きな進展が得られた。
長嶋 浩司*; 山口 智輝*; 滝井 啓太*; 関口 賢治*; 三枝 幹雄*; 小田 靖久; 福成 雅史*; 坂本 慶司
no journal, ,
大電力ミリ波帯高速スイッチの高周波特性について電磁界解析コードXFdtdにより数値シミュレーションを行った。その結果、共振器長を長くすれば、20MHz程度の周波数変調でスイッチが切り替わることが確認された。また、位相補正鏡の検討を行い、モード純度が切り替え特性に与える影響について評価を行った。以上を総合し、高周波特性の最適設計を行った。
滝井 啓太*; 山口 智輝*; 長嶋 浩司*; 関口 賢治*; 三枝 幹雄*; 小田 靖久; 福成 雅史*; 坂本 慶司
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大電力ミリ波帯高速スイッチの損失評価をFDTD法に基づく電磁界解析コードを開発して行い、特に発熱が大きいハーフミラーに関して熱応力解析を行った。
波多江 仰紀; 谷塚 英一; Bassan, M.*; Vayakis, G.*; Walsh, M.*; 伊丹 潔
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ITERの周辺トムソン散乱計測装置の設計の最近の進展について報告する。微弱なトムソン散乱光を集光する集光光学系は、ポートプラグと呼ばれる構造体に組み込まれるが、光学性能と中性子遮蔽性能の両立を目指して集光光学系の設計を行い、計測要求(空間分解能5mm)及び停止後放射線量率の目標値(100Sv/h未満)を同時に満足する設計を得た。ビームダンプは、真空容器内のブランケットモジュールに組み込んで設置されレーザー光を吸収する機器であり、ITERの過酷な熱負荷・電磁力環境下で、長期間のレーザー照射に耐えうる新型ビームダンプ(シェブロン型ビームダンプ)を考案した。ダイバータプラズマから発生する背景光がトムソン散乱計測に与える影響が懸念されているが、レーザー光のパルス幅を数nsにし、測定ゲート幅を短くすることで、測定誤差が大幅に低減することが分かった。
戸塚 俊之; 小関 隆久; 中島 徳嘉*; 松川 誠
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JT-60SAを使った遠隔実験システムの実証試験は、平成29年3月に予定されている。この実証試験では、青森県六ケ所村の国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)に設置された遠隔実験センター(REC)の専用PCからSINET4を経由してJT-60SAの実験運転に参加することで遠隔実験システムの有効性や実用性について確認する。JT-60SAの遠隔実験システムは、那珂核融合研究所の基幹ネットワーク(NAKA-net)に接続される遠隔実験サーバ(RESV)にアクセスすることでJT-60SA中央制御室と同様の実験環境を遠隔地のユーザに提供する。発表では、ハード及びソフトに関するシステム構成の詳細と開発計画について述べる。
草間 義紀
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ITERはファーストプラズマの達成後、H/Heを用いた運転を経て、D/DTを用いた核融合運転へ移行し、ITER計画の目標である核融合エネルギー増倍率Q=10以上、核融合出力500WM、維持時間300-500秒の達成を目指す計画である。また、長時間運転による炉工学機器の試験が計画されている。これらを達成するには、運転の初期からの導入が検討されているタングステンダイバータとプラズマとの整合性の確立、Hモードの実現とその特性の把握、ダイバータでの熱と粒子の制御、アルファ粒子などの高エネルギー粒子の閉じ込め特性の把握など、プラズマの特性を解明しつつ、徐々にプラズマ性能を上げていく必要がある。トカマクと同じトーラス形状を有する核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDは、数年後に重水素実験を開始する計画である。これまでも、トカマクプラズマと共通の物理現象が多く観測されており、ITERの研究計画への貢献が期待される。そのため、Hモードの実現などプラズマ特性の把握、ダイバータ、高エネルギー粒子の閉じ込め、定常運転などを中心に、LHDの重水素実験計画に対してコメントする。
神谷 健作; 伊丹 潔; 江野口 章人*
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JT-60SAではプラズマ・壁相互作用の監視用に、赤外TVカメラによる第一壁およびダイバータ部の温度計測に加えて、同じ視野でプラズマの可視光計測を行うことを計画している。今回、検討が十分できてなかった可視光用検出部光学系の詳細設計を行い、赤外光とほぼ同じ広い視野で効率よく観測できる可視光用検出部光学系を設計した。検出部光学系では、赤外光用カセグレン望遠鏡の副鏡の前にミラーを設置し、可視光用リレー光学系に光を分岐する。可視光用リレー光学系について、CODE-Vなどを用いた詳細検討により、可視光用CCDカメラに赤外光とほぼ同じ観測領域が結像できるように再設計した。また、可視光用光学系には、微弱な赤外光の計測に影響がないように、可視光用に分岐できる光は制限されるため、高い透過率が得られるように反射防止コーティングについて詳細な検討を進めた。今回の詳細検討により、プラズマ対向面への熱負荷と周辺プラズマでの粒子束分布の時間変化を広い領域で同時に観測できる赤外・可視共存型TVカメラ計測用エンドスコープの光学基本設計が完成した。
嶋田 道也; 廣岡 慶彦*
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ダイバータ材料に液体金属を用い、液体金属を回転させて核融合炉における深刻な課題であるダイバータにおける熱処理問題を解決するという提案。セパラトリックス磁気面が接触する二ヶ所に固体のトロイダル状の容器を据え付け、中心に電極を設置する。容器内に液体金属を満たし、電極と容器の間に電圧を印加して電流を流せば、この電流とトロイダル磁場とのローレンツ力が液体金属を回転させる。液体金属を回転させれば、プラズマからの熱で加熱された液体金属を撹拌し、熱処理が容易にできる。
岡野 文範; 正木 圭; 芝間 祐介; 柳生 純一; 西山 友和; 三代 康彦; 神永 敦嗣; 鈴木 貞明; 中村 誠俊; 逆井 章; et al.
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日本原子力研究開発機構は、ITERを支援・補完する超伝導核融合実験装置(JT-60SA)の組立を2013年1月から那珂核融合研究所で開始した。既に解体されたJT-60トカマク装置の一部(NB加熱装置等)とその施設を最大限に利用して、JT-60実験棟本体室にJT-60SAを組み立てる。組立の最初として、JT-60SAの基礎部であるクライオスタットベースを本体室ソールプレート上に設置した。クライオスタットベースは、直径約12m、高さ約3m、重量約250トンのステンレス製の架台である。欧州(スペイン)で製作され、7個の主要部品に分割して日立港に海上輸送され、日立港から大型トレーラーで那珂核融合研究所まで運搬した。仮固定作業では、本体室のベンチマークと仮固定位置を計測し、この結果に基づいてソールプレートの平面度とその高さを調整した後に、7個の主要部品を組み立て、設置した。本作業は、レーザートラッカーを駆使して、絶対座標により定めた組立基準位置を目標に平面度と高さを調整して高精度で組み立てることができた。
藤間 光徳; 濱松 清隆; 林 伸彦; 本多 充; 井手 俊介
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トカマクにおける燃焼プラズマのランプアップフェーズでは、中性粒子ビーム(NB)加熱により燃焼が開始した後は、NBによるプラズマ加熱や電流増加のみでなく、
粒子による自己加熱や自発電流も加わる。そのため、このフェーズのプラズマ性能予測および運転シナリオ設計では、これらNB由来のイオンや粒子等の高エネルギー粒子の輸送解析が特に重要となる。これに向け、高エネルギー粒子を対象とした軌道平均Fokker-Planckコードと1.5次元輸送コードTOPICSの統合を進めている。本講演ではこれを用いてNB入射開始後のランプアップフェーズにおける高エネルギー粒子の速度分布関数等に着目した解析結果を報告する。
後藤 実; 中川 繁昭; 松浦 秀明*; 中屋 裕行*; 片山 一成*
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高温ガス炉は、その広い照射領域にLi微小球を装荷することで、基本設計をほとんど変えることなく、大量のトリチウムを製造できる可能性があり、初期核融合炉用トリチウム燃料の供給源としての利用が提案されている。しかしながら、これまでに高温ガス炉を用いたトリチウム製造の実績はなく、システムの課題に関する検討もほとんど行われていない。そこで、高温ガス炉を用いたトリチウム製造システムについて、工学的な観点から課題を摘出するとともに実現性を検討した。摘出した課題は、高温工学試験研究炉(HTTR)の燃料製造技術や燃料取扱技術を用いることにより解決が見込まれ、工学的な観点からはシステムの実現性に大きな問題はない。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
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本発表は、ITERポロイダル偏光計の研究開発で得られた、レーザー偏光法を用いた平衡解析に関する近年の新たな知見を総括するものである。ITERのような核燃焼プラズマでは、従来の偏光法と異なり(1)ファラデー効果とコットンムートン効果のカップリングと(2)相対論効果という2つの物理過程が無視できなくなる。著者らは、これらの物理課程を考慮した磁場再構築コードCUPIDを開発した。CUPIDコードを用いて、上述の物理過程が存在する場合でも偏光計から高精度な磁場再構築が可能であることを初めて明らかにした。また、ファラデー効果とコットンムートン効果の相対論効果に対する依存性の差異に着目し、偏光計のデータから磁場だけでなく、電子密度と電子温度も同時に再構築可能であることを明らかにした。また、これらの計算に適用可能な、平衡を解く新たな手法を考案した。新たな手法はメッシュレス法を利用しており、従来の有限要素法に比べ、高速かつ高精度であることを明らかにした。
池田 佳隆; Fusion For Energy*
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本件は、シンポジウム「JT-60SA実験に向けた日欧活動の進め方と研究体制」の1つとして「JT-60SA本体組立て開始と今後のスケジュール」に関する報告を行うものである。主な内容としては以下の通り。JT-60SA計画は日欧国際協力事業の幅広いアプローチ計画の1つであり、日本側は原子力機構、欧州側はF4Eの2つの実施機関が担当している。両機関による貢献の良好な進展のより、JT-60の解体完了後、2013年1月に欧州からのクライオスタットベースの搬入により那珂研でのJT-60SAの組立が開始された。今後、双方が分担する機器を統合して組立を進め、2019年3月のプラズマ着火を目指す。
長谷川 浩一; 新井 貴; 星 亮; 正木 圭; 佐伯 寿; 坂田 信也; 澤井 弘明; 柴沼 清; 鈴木 貞明; 塚尾 直弘; et al.
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原子力機構は、ブローダーアプローチ活動の一環として欧州と共同で超伝導トカマク装置(JT-60SA)の建設を進めている。JT-60SAでは、限られた空間に大型の構造物を集中的かつ、高精度で組立てる必要があるため、2007年から、3D CADを用いた組立検討が行われてきた。本講演では、JT-60SAのTFコイル,真空容器,クライオスタット,EFコイル等の組立手順の検討状況を紹介する。
石川 正男; 近藤 貴; 竹田 恵吾*; 伊丹 潔
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ITER計画において、原子力機構は日本が調達するマイクロフィッションチェンバー(MFC)計測システムの詳細設計を進めている。MFC計測システムは、ITERの中性子発生量を計測し、核融合出力を評価する重要な計測システムである。これまでに、MFC計測システムのうち、ITERの真空容器内に設置する機器(真空容器内機器)の設計,試験,解析作業を進めてきた。設計では、ITER真空との境界をなす真空導入端子の詳細設計を行うとともに、真空容器内におけるMFC検出器の設置方法や信号ケーブルの接続方法等を確立した。また、試験では、信号ケーブルの熱サイクル試験及び伝送系の信号ノイズ試験を実施した他、解析においては、熱・電磁力解析を実施し、真空容器内機器のITER環境における健全性評価を行った。発表では、これらの設計活動の詳細について報告する。
伊藤 譲; 若井 栄一
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IFMIFにおける最重要構造物はターゲットアセンブリ(TA)であり、同部位の健全性確保が不可欠である。TAは特に、照射損傷や高速リチウム流(不純物による腐食の影響を含む)等で材料の寿命が著しく低下すると考えられる。そこで、一定期間の供用後、TAの背面壁およびリップシールフランジ溶接部は、非破壊検査による健全性の確認が必要である。非破壊検査の方法としては、超音波法による検査が有効と考えられる。また、詳細な健全性評価のために、ターゲットアセンブリからサンプル採取方法を考察し、必要な照射後試験の検討を行った。
竹内 正樹; 杉江 達夫; 竹山 茂治; 小川 宏明; 伊丹 潔
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ITERにおいて装置保護や物理研究のためにダイバータの表面温度を高い空間・時間分解能で計測するダイバータ赤外サーモグラフィーは重要な計測装置の一つである。課題として、プラズマからの粒子の堆積や浸食により観測面における放射率が変化するため、精度の高い計測に影響を及ぼす点が挙げられる。しかし、高放射線,高温,強磁場環境では、較正のためにその都度、計測装置を取り外すことや較正機器を観測面の近傍に設置することは困難である。したがって、このような環境下で変化する放射率をその場較正する手法の開発が重要である。そこで、本研究では発振波長を量子井戸の幅で断続的に選択できる量子カスケードレーザーをタングステン試料に照射し、その散乱光を赤外線カメラで検出して放射率の較正を行う新しい手法の開発試験を開始した。600
Cまで加熱できる平面黒体炉での赤外カメラの較正結果とセラミックヒーターで300C程度まで加熱したタングステン試料を3-5ミクロン帯の各種バンドパスフィルターを用いて観測した結果を発表する。
柳生 純一; 正木 圭; 鈴木 貞明; 西山 友和; 中村 誠俊; 佐伯 寿; 星 亮; 澤井 弘明; 長谷川 浩一; 新井 貴; et al.
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原子力機構は核融合エネルギーの早期実現に向けた幅広いアプローチ活動の一環として、欧州と共同で超伝導トカマク装置(JT-60SA)の建設を行う。JT-60SAは、2012年10月に解体が完了したJT-60の既存設備の一部を再利用して新たな機器を組立てる。そのため、JT-60の基準点を基にJT-60SAの絶対座標系を設定し、3次元計測器(Laser Tracker)を使用して組立位置の管理を行う。絶対座標系の原点はNBI等の既存設備との整合性を考慮して、JT-60SA運転時の装置中心とするが、この原点は架空の原点であるため実際に見ることはできない。このため、組立時及び組立後に利用しやすい建家の壁等に絶対座標系の参照点を複数設置して、Laser Trackerで常に原点が認識できるようにする。しかし、狭い空間で300を超える主要機器をドーナツ状に積み重ねながら組立てるため、その過程で各機器の代表点が見えない問題が存在する。そこで、3次元CADを用いた模擬計測を行い、全ての対象機器の代表点を確定することにより、組立に必要となる位置と姿勢を決定する位置計測方法の基本計画を立案した。さらに、組立時における精度評価を行い、組立精度に関する設計条件を確定した。