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論文

Comparison between simulations using the PHITS code and activated material analysis

助川 篤彦; 奥野 功一*

IEEE Transactions on Plasma Science, 43(11), p.3916 - 3920, 2015/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.81(Physics, Fluids & Plasmas)

国産モンテカルロ計算コードPHITSをJT-60SA装置で必要な放射線安全評価コードの一つとして利用するため、JT-60U運転に伴って発生した放射化材料分析結果との比較を行った。中性子輸送評価は、JT-60Uの主要構造部について、建家を含む実体系モデルを新たに作成し、PHITS計算を実施した。放射化材料分析は、JT-60U重水素運転時に金箔,コバルト箔,ニッケル箔を設置し、実験後に箔を回収して放射化箔分析を実施した。3種類の材料に対する放射化レベルは、3次元計算でおおむね説明できた。特にトカマク 本体に近い位置でより良い一致を示した。

論文

Design of the precompression mechanism and gravity support for the central solenoid assembly in the JT-60SA tokamak

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 吉澤 憲生; 小出 芳彦; 吉田 清

IEEE Transactions on Plasma Science, 42(4), p.1042 - 1046, 2014/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:44.28(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60SA装置の超伝導セントラルソレノイド(CS)は、4つのソレノイドモジュールから構成され、それぞれ独立した電流制御が可能である。そのため、各モジュールの間には反発力,引力が非一様に生じるため、トカマク本体に設置するにあたっては、このような電磁力にたえる支持構造が必要である。通常用いられるステンレス鋼で製作した場合、コイル運転条件である4K冷却時には、モジュールの収縮の方がステンレス鋼のそれよりも大きいため、支持構造物とモジュールの間にギャップを生じ、支持が不安定となる恐れがある。これを防ぐには、熱収縮や電磁力によるモジュールの変位によって生じうるギャップを見積り、これを打ち消すための予荷重を室温時に与えてやればよい。CSの支持構造物には、この予荷重を与えられる構造と、運転時の電磁力だけでなく、室温時の予荷重負荷時にも耐える機械的強度を担保することが求められる。これに基づき、プラズマ運転シナリオデータベースから最も大きな影響を受ける条件でも耐える構造設計とした。予荷重は一時的に設置する油圧ラムを使って印加するが、必ずしも電流中心を貫く場所に油圧ラムを設置してもモジュール面に一様に圧力がかからないことがわかり、均一性を高めるよう設置位置の最適化を行った。

論文

Final design of the quench protection circuits for the JT-60SA superconducting magnets

Gaio, E.*; Maistrello, A.*; Coffetti, A.*; Gargano, T.*; Perna, M.*; Novello, L.*; Coletti, A.*; 松川 誠; 山内 邦仁

IEEE Transactions on Plasma Science, 40(3), p.557 - 563, 2012/03

 被引用回数:27 パーセンタイル:79.85(Physics, Fluids & Plasmas)

This paper describes the detailed design of the quench protection circuits (QPC) for the superconducting toroidal field (TF) and poloidal field (PF) magnets of the Satellite Tokamak JT-60SA, which will be installed in Naka, Japan. The nominal currents to be interrupted and the maximum reapplied voltages are 25.7 kA and 2.8 kV for the TF QPCs and 20 kA and 5 kV for PF QPCs. The innovative solution proposed in the QPC design is based on a hybrid circuit breaker (CB) composed of a mechanical Bypass Switch for conducting the continuous current, in parallel to a static CB for current interruption. The main choices of the final design are presented and discussed, either to confirm or to update and complete the study performed at the conceptual design level.

論文

1 MV vacuum insulation for the ITER neutral beam injectors

田中 政信*; Hemsworth, R. S.*; 栗山 正明*; Svensson, L.*; Boilson, D.*; 井上 多加志; 戸張 博之; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 39(6), p.1379 - 1385, 2011/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:30.45(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERのプラズマ加熱・電流駆動用中性粒子入射装置(NBI)では、1MeV, 40Aの重水素負イオンを5段の静電加速器で加速する。この加速器は真空中に設置されるため、真空中で-1MVを絶縁することが重要な課題の1つである。-1MV電位の加速器と接地電位の真空容器間での絶縁破壊を抑制するために十分な絶縁距離が必要であり、これまでの実験結果を整理して絶縁距離を900mm以上とする設計にした。また、ビーム源に電力や冷却水等を供給するための高電圧ブッシングは加速器構造に対応し5段の絶縁体で構成され、1段で-200kVを絶縁する設計となっている。この高電圧ブッシング1段分の実機サイズの試験体を製作して耐電圧試験を実施したところ、定格を上回る-203kVを5時間安定保持することができ、絶縁設計の妥当性が確認された。

論文

Numerical matching scheme for stability analysis of flowing plasmas

白石 淳也; 徳田 伸二*

IEEE Transactions on Plasma Science, 38(9), p.2169 - 2176, 2010/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:4.43(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ流の安定性解析のための新しい接続法に関して、数値計算法及び数値的な特性について報告する。古典的な漸近接続法と同様、新しい接続法も領域を内部層と外部領域の二つに分ける。接続問題を解くには、共鳴面を含むよう内部層を設定する必要がある。内部層以外の領域は外部領域と呼ばれ、慣性を無視した理想MHD方程式(Newcomb方程式)により支配される。流れがない場合、共鳴は有理面で起きるから、有理面を(無限に薄い)内部層と思えばよい。しかし、流れがある場合、接続法を応用することはできない。というのも、共鳴が起きる場所があらかじめわからないからである(有限な領域のどこかで起きることはわかる)。したがって、従来の接続法を用いることはできない。新しい接続法では有限幅の内部層を用いる。新しい内部層は共鳴面が存在する領域をカバーできるため、接続法が応用できる。新しい接続法では、特異点が内部層に含まれているため外部領域は正則となる。そのため、新しい接続法は数値計算に適している。また、本手法は境界層理論に基づくから数値計算時間を大幅に縮減できる。

論文

Global nonlinear electromagnetic simulations of tokamak turbulence

Bottino, A.*; Scott, B. D.*; Brunner, S.*; McMillan, B. F.*; Tran, T. M.*; Vernay, T.*; Villard, L.*; Jolliet, S.; Hatzky, R.*; Peeters, A. G.*

IEEE Transactions on Plasma Science, 38(9), p.2129 - 2135, 2010/09

 被引用回数:24 パーセンタイル:71.36(Physics, Fluids & Plasmas)

The particle-in-cell code ORB5 is a global gyrokinetic turbulence simulation code in tokamak geometry. It solves the gyrokinetic equation in the whole plasma core, including the magnetic axis. A field-aligned filtering procedure and sophisticated noise/control and heating operators allow for accurate simulations. Recently, the code ORB5 has been extended to include self-consistent perpendicular magnetic field perturbations. The inclusion of magnetic perturbations allows for a comprehensive study of finite $$beta$$ effects on microinstability. In this paper, we present the first linear and nonlinear code results concerning electromagnetic effects on tokamak microinstabilities.

論文

Energy spectra of bremsstrahlung X-rays emitted from an FRP insulator

田中 豊; 池田 佳隆; 花田 磨砂也; 小林 薫; 鎌田 正輝; 木崎 雅志; 秋野 昇; 山納 康*; 小林 信一*; Grisham, L. R.*

IEEE Transactions on Plasma Science, 37(8), p.1495 - 1498, 2009/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:4.64(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60負イオン源の耐電圧は、FRP絶縁体の真空沿面放電により制限されていることが示唆されており、耐電圧改善には真空沿面放電の理解が必要である。真空沿面放電では、電子エネルギーが重要なパラメータであるものの、計測が困難なために、電子のエネルギーはほとんど実測されていなかった。そこで、本研究では、FRP沿面から放射された制動放射X線のエネルギー分布を測定し、それから電子のエネルギーを評価し、電子の挙動を明らかにした。FRP沿面からのX線のエネルギースペクトルを、3か所の視線において計測し、電極間放電のスペクトルと比較した。アノード付近のX線スペクトルは、電極間の場合と似ており、単一エネルギー電子によるものであることが判明した。カソード付近のX線スペクトルは、アノード付近と比べ、ピーク位置が低エネルギー側にシフトしていた。これは、カソード近傍における低エネルギー電子の生成を示すものである。

論文

Improvement of the quality and stability of electron bunch using countercrossing laser beam

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1760 - 1764, 2008/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:34.65(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW,70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。

論文

Simultaneous generation of UV harmonics and protons from a thin-foil target with a high-intensity laser

匂坂 明人; 大道 博行; Pirozhkov, A. S.; Ma, J.-L.; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 森 道昭; 西内 満美子; 河内 哲哉; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1812 - 1816, 2008/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:18.43(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度チタンサファイアレーザーを薄膜ターゲットに照射し、紫外高調波と陽子を計測した。ターゲット位置とレーザー集光位置の間隔を変えて、レーザー強度依存性を調べた。陽子発生に最適な条件で、陽子の最大エネルギー$$sim$$2.7MeVが得られた。このとき、紫外領域のスペクトルは広がり、スペクトル強度は減少した。ターゲット照射位置をレーザー集光位置からずらしていくことで、陽子の最大エネルギーは$$sim$$1MeVに減少したが、4次までの紫外高調波が測定された。

論文

Recent R&D activities of negative-ion-based ion source for JT-60SA

池田 佳隆; 花田 磨砂也; 鎌田 正輝; 小林 薫; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 海老沢 昇; 井上 多加志; 本田 敦; 河合 視己人; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1519 - 1529, 2008/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:34.65(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60SA用負イオンNBI加熱装置(N-NBI)は、加速エネルギー500keV, 10MW, 100秒入射の性能が求められている。JT-60SA用N-NBIの実現には、3つの課題解決が必要である。1つはイオン源の耐電圧の改善である。最近のイオン源の耐電圧試験から、大型加速管ではその電極面積の大型化に伴い長時間のコンディショニングと電界強度の設計裕度が必要であることが明らかとなった。2つ目は、電極及びビームラインの熱負荷の低減である。最近の研究によりビーム同士の空間電荷効果でビーム軌道が曲げられ電極に衝突し、熱負荷を増加していることが明らかとなった。これは空間電荷効果を考慮した3次元ビーム軌道計算に基づき電極構造を補正することで改善できる。3つ目は、100秒間の安定な負イオン生成である。このため負イオン生成に不可欠なプラズマ電極の温度制御方式を提案した。これらのR&Dを行い、JT-60SA用N-NBIのイオン源は2015年から改造を予定している。

論文

Power loading of electrons ejected from the JT-60 negative ion source

花田 磨砂也; 池田 佳隆; 鎌田 正輝; Grisham, L. R.*

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1530 - 1535, 2008/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:9.77(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60負イオンNBI装置において、世界で初めて、負イオン源からビームラインに流出する電子の熱負荷やその分布を測定した。JT-60U負イオン源の動作圧力及びパービアンス(動作圧力0.3Paの下、300keV, 3.4Aの重水素負イオンビームを生成)での電子の熱流束及び全体熱量はそれぞれ、約8W/cm$$^{2}$$及び27kWであった。この全体熱量はイオン加速のために加速電源で消費したパワーの2.6%という非常に低い値であり、100秒,10MW入射が要求されるJT-60SAにおいても十分に除熱できることを明らかにした。また、3次元電子軌道計算を用いてイオン源内の電子軌道を調べた結果、全体熱量の約70%が加速器内における負イオンの中性化損失によって発生する剥離電子に起因することや、その剥離電子がおもに第2番目の加速ギャップで生じていることを明らかにした。

論文

New method to measure the rise time of a fast pulse slicer for laser ion acceleration research

森 道昭; 余語 覚文; 桐山 博光; 西内 満美子; 小倉 浩一; 織茂 聡; Ma, J.*; 匂坂 明人; 金沢 修平; 近藤 修司; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1872 - 1877, 2008/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:30.94(Physics, Fluids & Plasmas)

本グループでは、京都大学・電力中央研究所・GIST等と共同でレーザー駆動プロトンビームの利用に向け、レーザー・ターゲット双方からエネルギー/変換効率/Emittanceの最適化に関する研究を進めている。本論文はその研究の過程において開発したレーザー駆動高エネルギープロトンビーム発生におけるチャープパルスを用いた高速パルススライサー装置の新たな性能評価法と、その後に行ったイオン加速実験に関する結果をまとめたものである。この研究開発によって、新手法の有意性を明らかにするとともに、プレパルスの抑制により最大2.3MeVのプロトンビームの発生を実証しプレパルスがプロトンビームの高エネルギー化に重要な役割を果たすことを明らかにした。

論文

Heavy-ion microbeams; Development and applications in biological studies

舟山 知夫; 浜田 信行*; 坂下 哲哉; 小林 泰彦

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1432 - 1440, 2008/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:12.7(Physics, Fluids & Plasmas)

高いLETを持つ重イオンは、重粒子がん治療やイオンビーム育種に応用されている。また、宇宙放射線のリスク評価においても、重イオンの生物作用機構の解明は重要である。重イオンマイクロビーム装置は、重イオンの生物作用を解明するうえで、極めて有効な手段であり、同時に、さまざまな生物現象を解明するうえでのラジオマイクロサージェリーツールとしても利用できる。本総説では、世界の重イオンマイクロビーム装置それぞれと、それらの装置を用いてこれまでに行われてきた、多岐に渡る生物学的研究について概説する。

論文

Positive and negative ion sources for magnetic fusion

Hemsworth, R. S.*; 井上 多加志

IEEE Transactions on Plasma Science, 33(6), p.1799 - 1813, 2005/12

 被引用回数:79 パーセンタイル:92.06(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、磁気核融合研究に用いられる中性粒子入射装置の主要機器である、正・負イオン源に関するレビュー論文である。高プロトン比($$>$$90%),大電流密度($$approx$$2kA/m$$^{2}$$),低ガス圧運転(0.4Pa),高効率、並びにイオンの大面積一様生成といった、高い性能を同時達成するために開発されてきた正イオン源の物理をレビューする。また核融合炉用の高エネルギー中性粒子ビーム生成に不可欠となる、負イオン源開発の現状についても報告する。負イオン源開発の進展により、核融合炉用中性粒子入射装置で求められる、低ガス圧($$<$$0.3Pa)での大電流密度($$>$$200A/m$$^{2}$$)負イオン(D$$^{-}$$)生成,低引き出し電子電流といった多くの要求性能がすでに達成されている。さらに、将来の中性粒子入射装置で求められる高い性能を満足するために必要な開発項目についても言及する。

論文

Fusion research by magnetic confinement devices in Japan

松田 慎三郎

IEEE Transactions on Plasma Science, 32(2), p.749 - 756, 2004/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Physics, Fluids & Plasmas)

米国電気学会が主催するプラズマ科学に関する国際会議は今回で30回目を迎えるが、これを記念に初めて海外で開催されることとなった。この機会に日本の磁気閉じ込め核融合研究についてプレナリーでレビュー講演を依頼されたもの。講演の内容は我が国の核融合開発計画、とくにITERを中心とする第三段階核融合研究開発計画の具体的実施状況について紹介する。実験炉ITERと並行して進められる先進炉心プラズマ研究,材料開発などの炉工学研究、及び大学において進められているヘリカル系ミラー系などの学術的研究を紹介する。文科省や原子力委員会において進められている研究の重点化や協力研究についても言及する。

論文

Recent results and modification program of JT-60 toward high integrated performance

松川 誠; JT-60チーム

IEEE Transactions on Plasma Science, 32(1), p.135 - 143, 2004/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:3.1(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60装置は、炉心プラズマ技術に関する科学的基盤の確立を目的としており、これまでにITERや原型炉を展望できる数多くの成果を挙げてきた。すなわち、世界に先駆けて高$$beta$$$$_{p}$$-Hモードや負磁気シア運転法などの高性能プラズマに関する新しい運転領域を開拓し、核融合三重積が(3.1$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$ s keV)の完全電流駆動プラズマや、高い規格化ベータ($$beta$$$$_{N}$$=2.7)での準定常維持(7.4秒間)、あるいはECHを用いた新古典テアリングモードの抑制法などの、先進的なプラズマ制御技術を実証した。現在、これまでの研究成果をさらに発展させ、発電実証プラントでの経済性向上を可能とする高ベータ定常運転技術の確立と、環境適合性改善のための低放射化材料のプラズマ適合性試験などを目的とした、JT-60の改修計画を検討している。講演では、JT-60における最近の高性能プラズマ実験の成果と先進的プラズマ制御の技術開発、及びJT-60改修計画の詳細について述べる。

論文

The Design of a tapered dimple-type mode converter/launcher for high-power gyrotrons

平田 洋介*; 満仲 義加*; 林 健一*; 伊藤 保之*; 坂本 慶司; 今井 剛

IEEE Transactions on Plasma Science, 31(1), p.142 - 145, 2003/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:36.11(Physics, Fluids & Plasmas)

ジャイロトロン内蔵用準光学型モード変換器の計算に関する論文である。大電力ジャイロトロンでは、発振電力を、発振モードからガウス型電磁ビームに変換して、出力窓より放射させるが、しばしば電磁波放射器内で不要RFの発振が発生し、局所的な温度上昇が観測された。これを解決するため、モード変換器をテーパー型にして電磁波の蓄積を防ぐことが考えられる。本論文では、テーパー形状をしたモード変換機構を有する放射器の計算を、伝播定数の変化を取り入れたモード展開法を用いて行ったものである。

論文

High-voltage test of feedthroughs for a high-power ICRF antenna

藤井 常幸; 森山 伸一

IEEE Transactions on Plasma Science, 29(2), p.318 - 325, 2001/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.53(Physics, Fluids & Plasmas)

フィードスルーはイオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)加熱装置のアンテナを構成する最重要機器の一つである。その役割はアンテナを高真空に保ちながら大電力の高周波(RF)を伝送することである。6つの異なる形状のフィードスルーを用いて、大電力伝送の鍵を握る耐電圧性能について実験的に研究した。1秒間の高周波伝送における耐電圧を評価し、4種のPPPL,MIT,ORNL,JAERI型で40~52kVの耐電圧を得た。これは、1アンテナ素子で1~1.6MWの大電力を入射できることを意味する。特に、PPPL,MIT型は最も高い耐電圧性能を示した。この結果は真空封止用のセラミックスに電界が集中しないようにした、フィードスルーの真空側フランジの形状によるものであることを明らかにした。さらに、この形状を工夫することで、高周波放電の一種であるマルチパクタ放電をも問題とならないレベルに抑制できることを示した。

論文

Experimental verification of laser photocathode RF gun as an injector for a laser plasma accelerator

上坂 充*; 木下 健一*; 渡部 貴宏*; 菅原 淳*; 上田 徹*; 吉井 康司*; 小林 鉄也*; Halz, N.*; 中島 一久; 酒井 文雄*; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 28(4), p.1133 - 1142, 2000/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:43.45(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザープラズマ加速の入射器として、フォトカソード高周波電子銃の研究を行った。16MeVの電子ビームエネルギー、6$$pi$$mm.mradのエミッタンス、240フェムト秒のパルス幅、1バンチあたり350ピコクーロンの電荷を得ることができた。フェムト秒の電子パルス波形計測手法としては、フェムト秒ストリークカメラ、コヒーレント遷移放射干渉法、マイケルソン干渉計、遠赤外線ポリクロメーターを使用した。それにより、200フェムト秒以上のパルス幅においてはストリークカメラが最も信頼性が高く、短いパルス幅においてはポリクロメーターが一番よかった。フォトカソード高周波電子銃用のYLFレーザーと電子ビームとの同期においては、3.5ピコ秒を成し遂げた。これらに基づき、より同期のよい、カーレンズモードロックのTi:Sapphireレーザーを導入した。これにより、タイミングジッターは320フェムト秒まで下がった。

論文

Reconstruction of plasma current profile of tokamaks using combinatorial optimization techniques

岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之; 藤田 隆明; 鈴木 康夫*

IEEE Transactions on Plasma Science, 24(2), p.528 - 538, 1996/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:4.59(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクにおける磁界計測は、内部インダクタンス等を求めるために必要なプラズマ電流分布に関する重要な情報を与える。ところが磁界計測のみからプラズマ電流分布再構成をするのは、解が一意に決まらない問題である。本研究では、磁界計測データからのトカマクプラズマ電流分布構成問題を、真空容器断面への電流最適配置化問題とみなし、この組み合せ最適化問題を解く手法として、遺伝的アルゴリズムを用いた手法とホップフィールド型ニューラルネットワークと遺伝的アルゴリズムの結合手法の2つの方法を用いた。そしてこれらの手法をトカマク型核融合装置JT-60Uのダイバータプラズマに適用し、従来プラズマ電流プロファイル再構成手法として一般的に用いられている平衡コードによって得られたものと非常に良い一致が得られた。

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