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論文

High power and high efficiency operation of 170GHz gyrotron

春日井 敦; 南 龍太郎*; 高橋 幸司; 小林 則幸; 假家 強*; 満仲 義加*; 坂本 慶司

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.213 - 216, 2007/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

原子力機構では、ITER用170GHzジャイロトロンの開発を精力的に継続している。長パルス化を阻害する要因として、発振に重要な役割を果たす電子ビーム電流が、動作中に徐々に減少し、それに伴い出力が減少するあるいはほかの不要モードを誘起し目的の発振モードを維持できないという課題が指摘されていた。そこでこの課題を解決し、ジャイロトロンの長パルス動作を実証するために、カソードヒータの制御にプレプログラミング制御を導入し、ビーム電流を維持することを試みた。その結果、安定なビーム電流制御に成功し、200kWの出力ではあるものの、ITERで必要とされる1000秒間の安定な発振を実現するとともに、プレプログラミング制御の有効性を実証した。出力はジャイロトロンの出力をダミーロードまで導くための伝送系内部の発熱により制限されたが、ジャイロトロンに搭載されているモード変換器のモード変換効率を向上させることで、伝送系内部の高周波損失も抑制することができる。そこで今回新たに、モード変換効率を向上させたジャイロトロンを製作し、実験を開始した。放射器内部のわずかな歪みも排除するように製作上や輸送上の問題点を克服し、ジャイロトロン内部の位相補正を行わずミラー枚数を減らした結果、RFの内部損失がこれまでの約10パーセントから約2パーセントへ大幅に改善できた。これにより、エネルギー回収を行った場合のジャイロトロンの総合効率が、1MW出力において50パーセントとなった。ITER用170GHzジャイロトロンの開発に向けた大きな成果である。

論文

CO$$_{2}$$ laser collective Thomson scattering diagnostic of $$alpha$$-particles in burning plasmas

近藤 貴; 林 利光; 河野 康則; 草間 義紀; 杉江 達夫; 平田 真史*; 三浦 幸俊

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.62 - 64, 2007/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.87(Nuclear Science & Technology)

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$$alpha$$粒子の診断は、$$alpha$$粒子のプラズマ加熱と不安定性の励起への寄与の理解に必要であり、燃焼プラズマの実現にとって重要である。しかしその有効な測定方法は確立されていない。そこで、二酸化炭素(CO$$_{2}$$)レーザー(波長10.6$$mu$$m)を用いた協同トムソン散乱(CTS)計測を開発している。CO$$_{2}$$レーザーを用いたCTS計測は、レーザーのプラズマ中での屈折が小さく、プラズマ中のレーザー光の追跡が容易であるという特徴がある。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。これにより、10Hz周期で出力エネルギー10Jの単一モードレーザーを実現した。また、安定型共振器の構成では36Jの最大出力エネルギーが得られた。今後このレーザーを用いて、JT-60UトカマクにおいてCTS計測の原理実証試験を行う。また、CTS計測のタンデムミラー装置への応用について述べる。

論文

Dynamics of SOL-divertor plasmas after an ELM crash in tokamak H-mode plasma

滝塚 知典; 細川 哲成*

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.271 - 273, 2007/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.85(Nuclear Science & Technology)

Hモードプラズマ中のELM崩壊後のダイバータ板への増大した粒子束と熱束は板に過大な負荷をもたらす。これらの粒子と熱束について、静電的PIC法とモンテカルロ二体衝突モデルを組合せた粒子シミュレーションコードPARASOLを用いて調べた。ELM崩壊後の電子の熱パルスはダイバータ板に高速で伝搬する。次にイオンの熱パルスとプラズマ粒子パルスが音速の時間スケールでゆっくりと板に到達する。SOL-ダイバータプラズマの動的挙動に対するELM源の非対称性とリサイクリングの非対称性の効果を調べた。非対称性を伴う動態には、SOL電流が大きな役割を担っている。

論文

Application of $$gamma$$ rays from D($$alpha$$,$$gamma$$)$$^{6}$$Li and $$^{19}$$F($$alpha$$,n)$$^{22}$$Na to alpha particle diagnostics

落合 謙太郎; 久保田 直義; 谷池 晃*; 北村 晃*; 近藤 恵太郎*; 西谷 健夫

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.262 - 264, 2007/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

核燃焼プラズマ中で生成する3.5MeVアルファ粒子の密度診断法としてD-$$^{4}$$He核反応による即発2.186MeV$$gamma$$線測定法を考案し、イオンビーム照射実験による$$gamma$$線放出率測定を行い、診断法としての成立性を検証した。タンデム加速器による2MeVから4MeVまでのヘリウムイオンビームを重水素化ポリエチレンに注入し、ゲルマニウム半導体検出器で即発2.186MeV$$gamma$$線スペクトルを測定し、放出率の入射エネルギー依存性を検証した。測定結果からITERクラスにおける典型的なDTプラズマ条件での2.186MeV$$gamma$$線収量が10$$^{13}$$m$$^{-3}$$s$$^{-1}$$になることを明らかにし、十分な$$gamma$$線強度であることから本測定法がDTプラズマ中のアルファ粒子密度診断法として成立する見通しを得た。またプラズマから漏洩するアルファ粒子束の診断法として$$^{19}$$F-$$^{4}$$He核反応で生成する$$^{22}$$Naの1.275MeV誘導$$gamma$$線による診断法も考案し、生成反応率評価をフッ化カルシウムへのヘリウムイオンビーム注入実験で検証した。$$^{22}$$Naによる1.275MeV$$gamma$$線測定結果から本測定法によって10$$^{18}$$m$$^{-2}$$以上の漏洩アルファ粒子束が測定可能であることを明らかにした。

論文

Fast measurement of ion temperature using filter charge exchange recombination spectroscopy system towards real-time plasma control in JT-60U

吉田 麻衣子; 小林 進二*; 竹永 秀信; 坂田 信也; 鎌田 裕; JT-60チーム

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.301 - 303, 2007/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.87(Nuclear Science & Technology)

新型の高速荷電交換再結合分光(CXRS)装置を開発し、JT-60において速いイオン温度とプラズマ回転計測を行った。高速CXRS装置は中心波長の異なる3つの干渉フィルターでCXR光を分光し、干渉フィルターを透過した信号強度の比からイオン温度及びプラズマ回転速度を導出する。本計測の特徴は、マクスウェル分布を仮定し、あらかじめ信号強度比に対するイオン温度とプラズマ回転速度の関係をマトリックスで求めるため、高速測定(最小サンプリング: 0.16ms)が可能となっている。しかしながら、計測される信号強度比はスペクトルを導出するのに最小測定点であるため、強度の不確定性は温度と回転の値に大きなエラーを生む。本研究では、干渉フィルターのバンド幅の調整や反射ミラーを用いることで信号対ノイズ比を改善し、チャンネル数を増やすことで、測定可能な空間点を増設した。これにより、$$sim$$1ms程度の時間分解能で速いイオン温度とプラズマ回転速度計測を実現した。また、本高速CXRS装置を用い、アドバンスト・トカマクプラズマのオペレーションに向けたイオン温度実時間制御の基幹となる実験を開始した。

論文

Two-dimensional spectroscopic measurement of hydrogen emission in JT-60U divertor plasmas

藤本 加代子; 仲野 友英; 久保 博孝; 川島 寿人; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.247 - 249, 2007/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

ダイバータ板への熱負荷の低減には非接触ダイバータプラズマが有効である。非接触ダイバータプラズマでは電離及び再結合プラズマが隣接して複雑な空間分布を形成するため、非接触ダイバータプラズマにおける原子分子過程やエネルギー損失過程の研究にはこれらの2次元空間分布計測が必要である。本研究では両過程の解明を目的にJT-60Uダイバータプラズマの水素原子発光強度の2次元分布を導出した。電離及び再結合プラズマの診断には重水素バルマー系列線(365$$sim$$656nm)を同時観測する必要があるため、観測波長領域が350$$sim$$800nmの広帯域可視分光器を用いて測定を行った。またダイバータプラズマは約1cmの空間スケールで変化することが解っている。本研究ではダイバータ部を92視線(縦60視線,横32視線)を用いて約1cmの空間分解能で計測した。観測結果をトモグラフィー手法により水素原子発光強度の2次元分布に再構成し、ダイバータ部における再結合プラズマの2次元空間分布を取得した。

論文

Observation of radial particle transport induced by the fluctuation measured with a gold neutral beam probe

小島 有志; 石井 亀男*; 宮田 良明*; 垣内 秀人*; 海藤 展弘*; 吉川 正志*; 板倉 昭慶*; 市村 真*; Chujo, T.*

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.274 - 276, 2007/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.85(Nuclear Science & Technology)

静電揺動や乱流による熱・粒子輸送は核融合プラズマにおいて重要なテーマの一つである。コアプラズマから周辺プラズマへの輸送など、揺動によって粒子や熱が輸送される過程は揺動の特徴やプラズマの分布によって異なるため、実験的に揺動輸送を評価することは、輸送制御に対する手がかりとなる。本研究ではミラー型プラズマにおけるドリフト波による揺動輸送を実験的に検討する。金の中性粒子ビームプローブは重イオンビームプローブの一種であり、ビーム強度から密度揺動、ビームエネルギーから電位揺動を同時計測し、コアプラズマにおける揺動粒子束を計測する唯一の手段である。本研究ではコアプラズマの密度,電位揺動の間の位相差を計測し、揺動と位相差の相関,揺動輸送との関連性を検討した。ドリフト波が成長するとともに揺動粒子束が発生し、その粒子束によって密度分布が緩和してドリフト波の成長が飽和する現象が見られ、揺動輸送自体が揺動の成長を妨げる可能性があることが知れた。

論文

Progress in development of edge Thomson scattering system for ITER

波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 海老沢 克之*; 草間 義紀; 佐藤 和義; 勝沼 淳*; 久保村 浩之*; 信夫 克也*

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.58 - 61, 2007/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.88(Nuclear Science & Technology)

ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、測定領域としてr/a$$>$$0.9,電子温度0.05$$sim$$10keV,電子密度5$$times$$10$$^{18}$$$$sim$$3$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$,測定周期10ms,空間分解能5mmの測定性能が要求されている。本研究では、おもに計測用レーザーシステム,ポートプラグ内光学系(集光光学系,レーザー入射光学系)の検討を行った。計測用レーザーシステムには、波長1064nm,エネルギー5J,繰り返し周波数100Hz,パルス幅10nsの性能が要求される。この要求を満たすため、(1)高効率のCr,Nd:YAGセラミックスの使用,高平均出力レーザー増幅器で誘起される熱的影響はJT-60で実証された位相共役鏡で補正することを検討した。位相共役鏡を効果的に動作させるためには、特に単一縦モード性能が重要であり、レーザーダイオード励起のリング共振器型のレーザー発振器の試作を行った。さらに、フラッシュランプ励起方式ではフラッシュランプの寿命が問題となり、寿命の伸長を図るために、6本のフラッシュランプを内蔵した高平均出力レーザー増幅器の試作を行った。ポートプラグ内光学系はITER工学設計活動(EDA)中に初期検討が行われた。この検討では、(a)プラズマから比較的近い位置にレンズが配置されており、放射線による光学特性の劣化が懸念される。(b)真空境界がポートプラグの中央部に位置しており保守が容易でない、などの問題が考えられる。そこで、真空境界はポートプラグの終端部とし、ポート内光学系の最適化を行った。

論文

Wave excitation in magnetically confined plasmas with an anisotropic velocity distribution

市村 真*; 檜垣 浩之*; 柿本 真吾*; 山口 裕資*; 根本 健樹*; 片野 誠*; 小澤 功*; 室 大志*; 石川 正男; 森山 伸一; et al.

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.150 - 153, 2007/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.92(Nuclear Science & Technology)

磁場によって閉じ込められたプラズマ中では、非熱的エネルギーを持ったイオンの存在により、イオンサイクロトロン周波数帯の揺動が自発的に励起される。GAMMA10においては、磁力線方向と垂直に加熱されたプラズマの温度非等方性に起因するアルベンイオンサイクロトロン(AIC)波動が観測されている。一方、核燃焼プラズマにおいては、局所的なミラー磁場配位に捕捉される高温イオンの存在に起因すると考えられる静電波動の励起やイオンサイクロトロン放射(ICE)が観測されている。これらの不安定揺動を総合的に理解することを目的として実験的観測と波動励起の計算を行った。実験では、JT-60Uに設置されているICRFアンテナをピックアップループとして用い、ICRF領域の揺動の計測とその空間構造の測定を行った。垂直NBIに起因する揺動と核融合反応生成イオンに起因する揺動を観測し、その磁力線方向の波数測定から揺動の分散関係を明らかとした。AIC波動との関連を議論する。

論文

Atomic and molecular data base and data activities for fusion research in Japan Atomic Energy Agency

左高 正雄; 久保 博孝

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.135 - 137, 2007/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.85(Nuclear Science & Technology)

上記国際会議における特別セッション「原子分子データベースとプラズマ分光」において、日本原子力研究開発機構における核融合研究のため収集・評価した原子分子データベースの紹介とデータ活動についての現状と将来計画について発表する。内容は次のようである。核融合炉では熱と粒子の制御が重要であり、原子分子過程を考慮したプラズマモデリングが必要である。プラズマ計測においても原子分子データベースを必要としている。原子力機構では旧原研時代から原子衝突データと原子構造データを収集評価している。衝突データはデータベースJEAMDL(Japanese Evalueted Atomic and Molecular Data Library)に約1000種の衝突過程データが格納されており、ホームページ上で参照が可能になっている。その中で360種の原子過程については解析的な経験式が利用できる。原子構造データについては米国NISTとの協力により10種の元素についてデータ集として出版されている。また、現在及び将来において必要とされる原子分子データについては大学, 研究機関との協力で測定あるいは計算を行っている。これらにはダイバータ中の原子過程、Xe, Wからの発光スペクトルデータなどがある。

論文

Progress in microwave diagnostics and physics issues in magnetically confined plasmas

間瀬 淳*; 近木 祐一郎*; 北條 仁士*; 吉川 正志*; 板倉 昭慶*; Chujo, T.*; 徳沢 季彦*; 川端 一男*; 長山 好夫*; 大山 直幸; et al.

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.52 - 57, 2007/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.87(Nuclear Science & Technology)

磁場閉じ込め装置で生成した高温プラズマを計測するためにマイクロ波技術が用いられてきた。干渉計,反射計,散乱計,放射計といった計測器によって、安定性・波動現象・揺動による異常輸送といったプラズマの物理研究のため、プラズマの主要パラメータが計測されている。近年のマイクロ波技術やコンピューター技術の進展に伴い、プラズマの2$$cdot$$3次元像を計測することが可能な次世代の計測技術が開花しつつある。その一つである、マイクロ波を用いたイメージング計測は、プラズマの物理研究を行ううえで期待されている。本論文では、最近のマイクロ波計測技術の進展とそれらを用いた実験結果についてレビューする。

論文

Tokamak and spherical tokamak research in Japan

高瀬 雄一*; 菊池 満; 前川 孝*; 松川 誠; 永田 正義*; 西尾 敏; 小野 靖*; 佐藤 浩之助*; 飛田 健次

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.46 - 51, 2007/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

本論文は、日本のトカマクと球状トカマク(ST)研究プログラムについて述べるものである。Tokamak研究については、ITERとDEMOを支援するJT-60SA(以前のNCT)の定常高ベータ研究($$beta$$$$_{N}$$=3.5-5.5)に焦点を当てる。JT-60SAは、日本とEUによるブローダアプローチのフレームワークの下で、ITERのサテライト装置としても意義付けられる。他方、我が国のST研究は、超高ベータ及び超長時間放電の研究という創造的で革新的な研究を目指して、「全日本ST研究プログラム」として再編成した。本論文では、プラズマ立ち上げ,RF加熱、及びプラズママージングと再接続実験の結果をまとめて述べる。核融合エネルギー開発に対する、低アスペクト比トカマクの貢献の予想についても言及する。

論文

Upgrade program of ECRH system for GAMMA10

今井 剛*; 立松 芳典*; 沼倉 友晴*; 坂本 慶司; 南 龍太郎*; 渡辺 理*; 假家 強*; 満仲 義加*; 鎌田 康宏*; 町田 紀人*; et al.

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.208 - 212, 2007/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.83(Nuclear Science & Technology)

筑波大学のミラー型プラズマ閉じ込め装置GAMMA10で、プラグ部と中央部に、原子力機構と共同開発した500kW級28GHzジャイロトロンを用いた電子サイクロトロンを用い、新記録となる3kVのイオン閉じ込めポテンシャルの生成に成功した。これは、従来のミラー閉じ込め装置で得られたポテンシャルの約4倍となる画期的な成果である。また、中央部の400kWレベルのECHにより、初期結果として500eVの電子温度を得た。

論文

Optimization of 28GHz gyrotron output performance for ECRH experiment of the GAMMA 10

假家 強*; 満仲 義加*; 今井 剛*; 斉藤 輝雄*; 立松 芳典*; 坂本 慶司; 南 龍太郎*; 渡辺 理*; 沼倉 友晴*; 遠藤 洋一*

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.397 - 399, 2007/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:60.87(Nuclear Science & Technology)

原子力機構と共同開発した500kW級28GHzジャイロトロンの出力特性の最適化を行った。ジャイロトロンは従来の200kW級小型ジャイロトロン用マグネットに装着し、かつ大型電子エミッターの使用が可能となるように2極電子銃を用いている。また、準光学モード変換器を内蔵し、大電力化,長パルス化に対応できる構造となっている。実験の結果、これまでの200kWを大きく上回る500kWの出力が可能となり、また低電流領域では発振効率50パーセントを超える成果が得られた。

論文

Characteristics of 28 GHz gyrotron for ECRH on GAMMA10

鎌田 康宏*; 今井 剛*; 立松 芳典*; 渡辺 理*; 南 龍太郎*; 斉藤 輝雄*; 坂本 慶司; 假家 強*; 満仲 義加*; 町田 紀人*; et al.

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.412 - 414, 2007/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

ガンマ10用28GHzジャイロトロンの発振特性を研究した。1号ジャイロトロンでは、(1)出力の飽和レベルが予想より低い、(2)ボディ電流が多い,(3)ビーム過電流が生じる、等の現象が見られた。そこで2号管では、モード変換器を変更し内部寄生発振を抑制するとともに、コレクタ形状を電子の反射を抑制する形状に変更した。その結果、出力が516kWから570kWに上昇するとともにボディ電流も減少し、さらにビーム過電流の出現回数も半減した。

論文

Advanced diagnostics for burning plasma experiments

笹尾 真実子*; 山田 弘司*; 馬場 護*; 近藤 貴; Peterson, B. J.*; 川端 一男*; 間瀬 淳*; 吉川 正志*; 疇地 宏*; 東井 和夫*; et al.

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.40 - 45, 2007/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

近い将来、ITERにおいて、燃焼プラズマの未知の物理課題を解明するための実験が行われる。これらの研究を実行するためには、核融合生成物を測定するシステムや、各種プラズマパラメーターを高分解能で高い信頼性で計測する、革新的な計測システムを開発することは必要不可欠である。「プラズマ燃焼のための先進計測」は2004年に文部科学省により科学研究費補助金特定領域研究として認められ、現在20以上の研究がこの領域の下で進行中である。ITER計測に適用するために、幾つかの新概念の実現可能性が研究され、その計測システム実現のための構成要素の開発が進められている。

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