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松川 誠; 島田 勝弘; 山内 邦仁; Gaio, E.*; Ferro, A.*; Novello, L.*
Plasma Science and Technology, 15(3), p.257 - 260, 2013/03
被引用回数：7 パーセンタイル：30.26(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク装置において高性能プラズマを実現するためには、誤差磁場補正が重要な課題の一つである。実際、国際熱核融合実験炉ITERにおいては、誤差磁場補正用の超伝導コイルが計画されており、JT-60SA装置では常伝導コイルが使用される予定である。同様のコイルは、他の世界中の多くの装置で据え付けられており、また運転中でもある。JT-60SA装置の場合、誤差磁場補正コイルは12個(あるいは18個)のセクターコイルが真空容器内に設置される予定である。本論文は、このような誤差磁場補正コイル用電源の回路構成と制御方式にかかわる概念設計について述べるものである。結論としては、電流フィーダや半導体電力素子の数を最小化することのできる多相インバータが、コスト面のみならず、軸対称成分による誘導電圧を相殺できる点などから、最も有望であることを示す。
染谷 洋二; 飛田 健次
Plasma Science and Technology, 15(2), p.171 - 174, 2013/02
被引用回数：3 パーセンタイル：13.2(Physics, Fluids & Plasmas)これまでは、原型炉のトリチウム増殖比(TBR)を[増殖領域における局所TBR]
[増殖領域の占積率(=有効増殖領域の表面積/第一壁表面積)]とみなして評価してきた。ブランケットモジュールを多数配列する場合、隣接モジュール間の間隙幅は増殖領域の占積率低下を招く。そこで、SlimCSの設計ではモジュール間隙幅を5mm以下として十分な占積率を確保する方針とした。一方、このような狭隘な間隙としたために、遠隔保守には厳しい作業精度を要求することとなった。最近、モジュール間隙での中性子散乱を考慮すると実際のTBRは従来の評価方法で求めるよりも高くなり得ることがわかってきたことから、3次元MCNP解析を実施し、許容されるモジュール間隙幅を定量化した。計算の結果、従来の評価法ではTBRは隣接モジュール間隔に比例して低下することになるが、MCNP解析によれば、実際には隣接間隔2cmまでほとんどTBRの低下はなく、TRBの値自体も約0.5高くなることを明らかにした。これは、ブランケットや遠隔保守に対する設計要求を緩和できることを示す重要な成果である。
島田 勝弘; 寺門 恒久; 山内 邦仁; 松川 誠; Baulaigue, O.*; Coletti, R.*; Coletti, A.*; Novello, L.*
Plasma Science and Technology, 15(2), p.184 - 187, 2013/02
被引用回数：5 パーセンタイル：17.69(Physics, Fluids & Plasmas)In JT-60SA, the four thyristor converters in poloidal field coil (PFC) power supplies are used for plasma initiation. In this case, the large reactive power fluctuation induced by the "Booster PS" is the cause of large voltage fluctuation across the terminals of the motor-generator. To minimize the reactive power fluctuation during plasma initiation, an asymmetric control method and a sequential timing control to start/stop each "Booster PS" are foreseen. To evaluate the effectiveness of above control methods for the "Booster PS", the reactive power has been simulated by using "PSCAD/EMTDC" code. From the simulation it results that the reactive power induced by the four units of the "Booster PS" can be dramatically reduced. In addition, the voltage fluctuation of the motor-generator connected to the "Booster PS" is expected to be suppressed to less than 10%, which ensures the stable control of JT-60SA magnet power supplies.
中村 誠俊; 芝間 祐介; 正木 圭; 逆井 章
Plasma Science and Technology, 15(2), p.188 - 191, 2013/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Fluids & Plasmas)サテライトトカマク装置(JT-60SA)は、国際熱核融合実験炉(ITER)への支援研究、原型炉に向けた補完研究を担う。JT-60SAの機器のうち、真空断熱,放射線遮蔽及び主要機器を支持するクライオスタットを最終封止する上蓋の構造健全性を報告する。特に、クライオスタット胴部と上蓋の接続フランジを締結するクランプ構造について、重量,形状,剛性などを詳細に評価した。クライオスタット内部は、10
Pa以下に排気して真空断熱するために、胴部と上蓋の接続フランジは外部から真空シール溶接される。真空排気することで、接続フランジ周辺の曲げ変形が、接続フランジを開くように作用するため、溶接部には、引張荷重が作用する。溶接部では、接続フランジの変形の径方向成分が、曲げモーメントとして作用する。真空シール溶接のみで、荷重を負担した場合、健全性を保つことが難しいため、溶接部への負荷を抑えるクランプ構造を検討した。クランプ構造を装着した場合の上蓋に発生する応力を評価し、健全性を確認したので報告する。
山内 邦仁; 島田 勝弘; 寺門 恒久; 松川 誠; Coletti, R.*; Lampasi, A.*; Gaio, E.*; Coletti, A.*; Novello, L.*
Plasma Science and Technology, 15(2), p.148 - 151, 2013/02
被引用回数：6 パーセンタイル：26.2(Physics, Fluids & Plasmas)One of the most essential issues for designing a power supply system of superconducting coil is to avoid any overvoltage. Here, the most concerned overvoltage can appear between turns due to the transiently concentrated voltage distribution inside the coil, which is mainly caused by parasitic capacitances and high dv/dt. For this reason, the coil power supply, especially fast high voltage generation circuit, should equip proper snubber(s) in order to suppress the dv/dt. However, it is too complicated to accurately evaluate the transient voltage in the coil because of the distributed parameters of the mutual inductance between turns and the capacitance between adjacent conductors. In this study, such a complicated system is modeled with reasonably detailed circuit network with lumped ones, and is integrated into the overall simulation model of JT-60SA PF coil circuit. Then a detailed circuit analysis is conducted in order to evaluate the possible voltage transient in the coil circuit. As a result, appropriate circuit parameters in the coil power supply including the snubbers are obtained.
H
ion beam acceleration at JAEA for the ITER neutral beam injector戸張 博之; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 大楽 正幸; 梅田 尚孝; 山中 晴彦; 土田 一輝; 武本 純平; 渡邊 和弘; 井上 多加志; et al.
Plasma Science and Technology, 15(2), p.179 - 183, 2013/02
被引用回数：1 パーセンタイル：4.39(Physics, Fluids & Plasmas)ITER NBI用負イオン加速器及びHVブッシング開発において1MV真空絶縁が共通課題である。HVブッシングでは、外径1.56mのセラミックリングとその外周にFRPリングを二重配置し、これを5段積み重ねて1MVを絶縁する。二重構造ゆえ絶縁体周辺に三重点が複数存在する。これら三重点の電界を同時に低減するために、電界解析により形状を選定した3つの電界緩和部品の組合せる電界緩和構造を考案した。これを1段分の実規模モックアップに適用し耐電圧試験を実施したところ、定格の120%の-240kVを安定に保持し、ITERで要求される絶縁性能を実証した。MeV級加速器では、加速器内に存在する段差や端部における局所的な電界集中により十分な耐電圧性能が得られていなかった。そこで、電極間距離の延伸,端部曲率の増大を図り、電界を低減させ、真空中で1MVの安定保持を達成した。また、加速器内の磁場及び空間電荷反発によりビーム偏向を補正する電極を用いることで、ビームの電極への衝突を抑制し、ITER要求値をほぼ満足する980keV, 185A/mの負イオンビーム加速に成功した。
滝塚 知典
Plasma Science and Technology, 13(3), p.316 - 325, 2011/06
被引用回数：13 パーセンタイル：49.44(Physics, Fluids & Plasmas)核融合トカマク炉の熱・粒子制御を担うSOL-ダイバータ領域まで含めてシミュレーションすることができる粒子コードPARASOLのモデルの概要と、このコードによるこれまでのシミュレーション研究について述べる。プラズマ-壁境界における流速、SOL中の熱輸送及びELMの過渡輸送について1次元シミュレーションを行ってきた。2次元シミュレーションでは、SOL中の流れの構造及び全トカマクプラズマ中の電場形成について調べてきた。これらのPARASOLシミュレーションの結果は流体シミュレーションのための物理モデル構築に活用された。
池田 佳隆; JT-60SAチーム
Plasma Science and Technology, 13(3), p.367 - 375, 2011/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Fluids & Plasmas)2007年から日欧共同計画として開始したJT-60SA計画の現状を報告する。すべての科学的な目標をITERやデモ炉に貢献するようにしたトカマクの主要機器の設計は、2008年に完了した。日本の原子力機構と欧州の「Fusion for Energy」との間の調達取決めに基づき、超電導コイル,真空容器,容器内機器などの調達活動を伴うJT-60SA建設が開始した。総入力41MW,100秒を供給するJT-60SAに向けた加熱装置の設計と開発も原子力機構において進展している。
廣田 真
Plasma Science and Technology, 11(4), p.409 - 412, 2009/08
被引用回数：4 パーセンタイル：16.48(Physics, Fluids & Plasmas)任意の磁気流体波に対し、連続モードとの共鳴、及び導体壁の微小な電気抵抗が影響した場合の安定性を、波のエネルギー(より正確には波の作用)の観点から議論する。プラズマが流れを持っていると、負の摂動エネルギーを持つ波が存在し得る。これは抵抗壁におけるエネルギー散逸によって不安定化し、その成長率は散逸の時定数によって決まる。共鳴の効果はアルフベン波や遅い磁気音波の連続モードに対する波のエネルギーを知ることで議論できる。一般に、同符号のエネルギーを持つ連続モードとの共鳴は(位相混合による)減衰をもたらし、異符号同士の共鳴では不安定性が引き起こされる。
諫山 明彦; JT-60チーム
Plasma Science and Technology, 8(1), p.36 - 40, 2006/01
被引用回数：4 パーセンタイル：14.66(Physics, Fluids & Plasmas)新古典テアリング不安定性(NTM)は正磁気シアプラズマにおいて理想限界よりも低いベータ領域で発生し、プラズマ性能を制限することから、その抑制手法の確立が急務となっている。JT-60UではNTMの抑制手法として、(1)NTM発生位置への電子サイクロトロン電流駆動/加熱によるNTMの安定化,(2)圧力・電流分布の最適化によるNTMの回避に取り組み、それぞれにおいて重要な知見を得て来た。本講演では、NTMの抑制; 安定化と回避に関してJT-60Uで得られた成果と課題を発表する。NTMの抑制においては、不安定化に働く自発電流項の寄与の減少、または安定化に働く分極電流項の寄与の増大が重要である。NTMを抑制した放電及びNTMが発生した放電の圧力・電流分布の発展をシミュレーションを援用して解析することにより、後者の寄与が大きいことが明らかになった。また、電子サイクロトロン電流駆動によるNTM安定化においては、電子サイクロトロン波のビーム幅,電子サイクロトロン駆動電流密度により安定化効果が大きく変わることを明らかにするとともに、安定化のために要請される電子サイクロトロン波のビーム幅と駆動電流密度の関係を明らかにした。
久保 博孝; JT-60チーム
Plasma Science and Technology, 8(1), p.50 - 54, 2006/01
被引用回数：2 パーセンタイル：7.05(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60における定常運転のための粒子挙動に関する最近の研究成果(特に、第一壁の水素蓄積の飽和,炭素材ダイバータ板の損耗/堆積と水素保持、及びそれらに関連したSOL及びダイバータ・プラズマ中の粒子挙動に関する研究成果)をまとめて発表する。JT-60では、長時間放電を繰り返すことにより、ELMy Hモード・プラズマの後半で第一壁の水素蓄積が真空容器内全体として飽和する現象が観測された。炭素材ダイバータ・タイルについては、外側ダイバータではおもに損耗が、内側ダイバータではおもに堆積が観測された。炭素堆積層中の水素同位体保持率(H+D)/Cは0.032であった。低磁場側の水平面では内側ダイバータ方向のSOLプラズマ流が、プライベート領域では外側ダイバータから内側ダイバータに向かうドリフト流が観測された。炭素材の損耗/堆積の内外ダイバータの非対称性は、これらの流れが原因であることが考えられる。第一壁に到達した水素のほとんどは水素分子として再放出されると考えられているが、その水素分子挙動を直接診断するために、水素分子線の発光分布を測定し、中性粒子輸送コードを用いて解析した。
井手 俊介; JT-60チーム
Plasma Science and Technology, 8(1), p.1 - 4, 2006/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Fluids & Plasmas)ITER先進運転や定常核融合炉の開発に向けた、JT-60における高性能プラズマ開発とその長時間化について以下に示す結果について報告を行う。正磁気シアプラズマにおける、新古典テアリングモードを伴わない高規格化圧力(
3)の6.2秒間維持。自発電流割合45%の弱磁気シアプラズマを、ほぼ完全電流駆動状態で5.8秒間維持。高自発電流割合75%の負磁気シアプラズマを、ほぼ完全電流駆動状態で7.4秒間維持。長時間放電における、高規格化圧力(=2.3)の22.3秒間維持。また同時に、これらの成果の先進トカマク開発における意義付けや課題について議論を行う。
Li, J.*; 岸本 泰明; Dong, J.*; 宮戸 直亮; 松本 太郎
Plasma Science and Technology, 8(1), p.110 - 113, 2006/01
電子温度勾配(ETG)駆動乱流中の2次的大スケール構造のダイナミクスを磁気シアのあるスラブ配位におけるジャイロ流体シミュレーションによって調べた。帯状流が支配的な状態とストリーマ的な状態への構造分岐が、ETG乱流揺動のスペクトルの非等方性(これは磁気シアーによって支配されている)に依存していることを発見した。電子の乱流輸送は増強された帯状流によって抑制される。しかしながら、たとえ強い磁気シアでのETG乱流でストリーマが形成されたとしても、乱流輸送は低いままである。この低い輸送は最も不安定な成分のビート波あるいは変調不安定性による、長波長ポロイダルモードの2次的な励起に関係している可能性を示した。この低周波,長波長の大スケール構造は、ポロイダルモード結合を通してETG揺動を飽和させる、あるいは少なくとも飽和に寄与すると考えられる。この結果はETG乱流が低い揺動レベルになることを示唆するものである。
Luo, G.-N.*; 山口 憲司; 寺井 隆幸*; 山脇 道夫*
Plasma Science and Technology, 7(4), p.2982 - 2984, 2005/08
核融合炉で使用される金属,セラミックス材料に対して高エネルギー(MeV)ないしは低エネルギー(500eV)のHeイオンを照射し、照射に伴う仕事関数変化をケルビン計により測定した。1MeVのビームでNiを照射した場合、仕事関数は照射量に対して単調に減少したが、500eVのイオンに対しては、照射開始直後こそ仕事関数は減少するものの、その後照射量とともに増加した。実験結果を説明するため、計算コードを活用するとともに表面層に関するモデルを考案した。一方、Li系セラミックス材料では、ケルビン計の出力が表面での帯電による効果に強く支配されることを、モデルにより定性的に説明した。
Song, Y.*; 西尾 敏
Plasma Science and Technology, 7(2), p.2731 - 2733, 2005/04
球状トカマク炉用常伝導トロイダル磁場コイルの許容電流密度を合理的に増加させる新方式について論じたものである。最重要課題は電磁力である。トロイダルコイルのクリティカルな部位はトーラス軸近傍の直線部である。これは、この部位が強磁場環境に置かれることと空間的に制約され支持部材の導入が困難なためである。全トロイダルコイルでこの部位は一本の柱状をなし中心柱と呼ばれ、ここでの荷重形態は中心力によるピンチ力とフープ力による引っ張り力である。この両荷重形態は相乗して応力強さを増加させることになり、コイル許容電流が著しく制限される。応力強さを軽減する目的で中心柱に上下方向からフープ力を相殺する以上の圧縮荷重を加える。この場合、圧縮荷重は座屈によって制限されるとした。この圧縮荷重を最適化することで電磁力の観点からコイル許容電流を2倍以上増加させることが可能となり、ジュール発熱の冷却をする場合でも60%程度の電流密度の増加が見込めることが明らかとなった。
玉井 広史; 栗田 源一; 松川 誠; 浦田 一宏*; 櫻井 真治; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 三浦 友史; 木津 要; 鎌田 裕; et al.
Plasma Science and Technology, 6(3), p.2281 - 2285, 2004/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60SCの高性能定常運転シナリオをTOPICSを用いて検討・評価し、
5で自発電流割合86%の定常状態をI
=1.5MA, B
=2T, NBパワー11MWで維持できることを示した。またERATO-Jを用いた解析を行い、導体壁半径とプラズマ小半径との平均比約1.2では、トロイダルモード数1、または2の外部キンクモードに対する壁安定効果により、
5.5まで達成可能であることを示した。さらに 、プラズマを壁に近付けることによって発生する抵抗性壁モードは、容器内コイルを用いた能動制御により抑制されると予測している。一方、のさらなる向上のためにTOSCAによるプラズマ形状の解析を行い、S=(I/aB)q
で定義されるプラズマ形状係数(非円形度と三角形度に強く依存)を4から6まで変えられることを示した。これは高性能プラズマ運転を実現するうえで重要な電流分布と圧力分布の制御性の拡張を示唆している。
玉井 広史; 松川 誠; 栗田 源一; 林 伸彦; 浦田 一宏*; 三浦 友史; 木津 要; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 工藤 祐介; et al.
Plasma Science and Technology, 6(1), p.2141 - 2150, 2004/02
被引用回数：2 パーセンタイル：6.49(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60定常高ベータ化計画(JT-60改修計画)の最重要課題は高ベータ,臨界クラスのパラメータを持つ高性能プラズマの100秒程度以上の維持を実証することである。このため、高ベータプラズマを達成するためのプラズマパラメータや運転シナリオ,制御手法の検討を行うとともに、超伝導磁場コイルの要素技術の開発を始め、放射線遮蔽や真空容器等の設計検討及び試験開発を行い、その成立性を確認した。本発表は、以上の物理・工学設計と試験開発の進捗状況を詳述する。
櫻井 真治; JT-60チーム
Plasma Science and Technology, 6(1), p.2151 - 2158, 2004/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60ではITER及び定常トカマク炉の先進トカマク運転の物理的基盤を構築するため、高ベータ,高閉込め,高自発電流割合(完全非誘導電流駆動)及びダイバータによる熱粒子制御を同時に達成し、かつ、維持することを目的として豊富な加熱装置を駆使した研究を推進し、以下に述べる成果を得た。(1)規格化ベータ=2.7の7.4秒間維持。(2)1.8MAの完全非誘導電流駆動高pHモードプラズマの達成。(3)Arガス入射及び配位調整による高密度領域での閉込め改善とELM熱負荷の緩和。これらの達成には、負イオン源中性粒子ビーム入射装置(N-NBI)の高パワー入射(6.2MW1.7秒),長パルス入射(2.6MW10秒)及び110GHz電子サイクロトロン波入射装置による高パワー入射(2.8MW3.6秒)が大きな役割を果たした。これらの結果をもとに、電流拡散時間と同程度の間、高ベータ高性能放電を維持することを目標として、加熱系及び制御系の改造を行い、本年12月よりNB加熱放電で30秒,高周波加熱放電で60秒の実験を開始する。将来的には、磁場コイルを超伝導化するとともに、プラズマのアスペクト比及び断面形状制御性等を高め、安定化板やセクターコイル等を利用して、高ベータプラズマを100秒またはそれ以上維持することを計画している。
