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Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.
High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10
被引用回数：10 パーセンタイル：49.69(Optics)This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 
m and a linear response with a dynamic range of at least 10
. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.
杉江 達夫
プラズマ診断の基礎と応用, p.116 - 131, 2006/03
プラズマからの放射は、プラズマのエネルギーを外部に放出するため、エネルギー閉じ込め性能を低下させる。また、混入した不純物イオンは、燃料である重水素イオン,三重水素イオンの全イオンに対する割合を低下させ、核融合反応効率の低下を招く。そのため、不純物イオンの制御(発生,混入の低減、及び排気)が重要な研究課題となっている。分光測定は、このような課題を研究する際の重要な診断手段の一つである。また、イオン温度,電流分布等の主要プラズマパラメータの測定にも利用されている。本節では、高温プラズマからの放射と、その分光測定について述べる。
河西 敏*; 神谷 健作; 篠原 孝司; 川島 寿人; 小川 宏明; 上原 和也; 三浦 幸俊; 岡野 文範; 鈴木 貞明; 星野 克道; et al.
Fusion Science and Technology, 49(2), p.225 - 240, 2006/02
被引用回数：3 パーセンタイル：24.11(Nuclear Science & Technology)約30台の計測装置から構成されているJFT-2Mの計測診断システムは、プラズマ生成,制御,平衡,安定性,閉込め,NBIやRF(LH, ICRF, ECH)による加熱,RFによる電流駆動の研究に使用されてきた。このうち、運動シュタルク効果を利用した偏光計,荷電交換反応分光器,重イオンビームプローブ,飛行時間測定法による中性粒子測定器等は、Hモード,高リサイクリング定常(HRS)Hモードの閉込め改善機構の解明や運転領域の探求に貢献した。赤外テレビカメラ,損失イオンプローブは、リップル損失粒子による壁への熱負荷,主プラズマからの損失するイオンに関する研究でそれぞれ重要な役割を果たした。この論文は、これらの計測機器についてレビューしたものである。
近藤 貴; Costley, A. E.*; 杉江 達夫; 河野 康則; Malaquias, A.*; Walker, C. I.*
Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3420 - 3422, 2004/10
被引用回数：23 パーセンタイル：72.22(Instruments & Instrumentation)ITERにおいて線平均電子密度測定のために、CO
レーザー干渉計/偏光計(波長
=10.6m)の設計開発を進めている。従来の設計では、振動補正用レーザーとしてCOレーザー(=5.3m)を使用していたが、波長の短いCOレーザーでは、真空容器内に設置する逆反射鏡の反射率低下が予想される。そこで、JT-60Uで開発し、実験で定常的に使用して信頼性を得た2波長COレーザーシステム(=10.6m, 9.3m)をITERの干渉計/偏光計に採用した。この2波長COレーザーシステムをITERへ適用した設計を行い、ITERで要求される必要条件(精度1%,時間分解能1ms)を満たすことを示した。
西谷 健夫; Vayakis, G.*; 山内 通則*; 杉江 達夫; 近藤 貴; 四竈 樹男*; 石塚 悦男; 川島 寿人
Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1461 - 1465, 2004/08
被引用回数：16 パーセンタイル：70(Materials Science, Multidisciplinary)ITERではプラズマ位置制御用磁気センサーとして無機絶縁(MI)ケーブルを用いた磁気コイルを用いるが、これまでの照射試験においてMIケーブルの中心導体と外皮導体間に数Vの起電力(RIEMF)が発生することが観測されており、磁気計測に与える影響が懸念されていた。そこで磁気コイルをJMTRで照射し、照射中に磁気コイルの中心導体両端に発生する起電力を高感度電圧計で測定した。これまで懸念されていたRIEMFによる中心導体両端間の起電力は十分小さいことを確認したが、中性子フルエンスの増加とおもに熱起電力が発生する現象を観測した。この結果をITERの使用条件に外挿すると、1000秒以上の長時間運転では問題となる可能性があることを指摘した。
高津 英幸; 佐藤 和義; 濱田 一弥; 中平 昌隆; 鈴木 哲; 中嶋 秀夫; 黒田 敏公*; 西谷 健夫; 四竃 樹男*; 洲 亘
Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.178 - 182, 2004/08
被引用回数：2 パーセンタイル：17.18(Materials Science, Multidisciplinary)本論文は、ITER調整技術活動以降、我が国において実施されてきたITER用材料関連R&D活動の概要と主要な成果を報告するものである。工学技術活動において工学設計がまとめられたことを受け、この期間の材料関連R&Dは、建設コストの低減,国内誘致に向けた技術基準作成への支援、及び運転に向けた研究開発にシフトしてきており、純粋な材料レベルの研究開発から機器レベルの研究開発に展開してきている。機器分野としては、炉内機器,真空容器,超伝導磁石用低温構造材及び計測機器をカバーしており、本論文では、主要な成果を報告するとともに、その成果がITERの設計,建設及び運転に与えるインパクトを概観する。
Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀
Plasma Physics Reports, 30(2), p.164 - 168, 2004/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Fluids & Plasmas)高エネルギー荷電交換計測により、水素様不純物イオンによる水素イオンの中性化によって生成される高速原子の分布関数を決定することができる。分布関数を得るためには、プラズマ中でのターゲットイオンの成分と空間分布を知る必要がある。荷電交換標的粒子は、不純物原子核と加熱用中性粒子ビームとの相互作用で生成される。中性粒子ビームと計測装置との位置関係に基づき、ターゲット粒子の軌跡を計算する必要がある。実際のトカマク配位での不純物イオンのバランスを構築する原子の基礎過程を考慮するモデルが提案されている。JT-60Uプラズマへこのモデルを適用する。荷電交換原子束の形成機構を調べた。荷電交換束への異なったビーム入射装置の相対的な寄与を評価した。計算結果に基づき、固定した分析器を用いたイオン分布関数の局所的な測定の方法を提案する。
西谷 健夫; 海老澤 克之*; 河西 敏; Walker, C.*
Review of Scientific Instruments, 74(3), p.1735 - 1738, 2003/03
被引用回数：14 パーセンタイル：58.66(Instruments & Instrumentation)これまで水の放射化を利用したITERの中性子発生量モニターを提案してきた。原研FNSに水ループを設置して行った実験では、時間分解能が水の乱流拡散で決定されることを明らかにした。この実験結果に基づき、流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。照射端は赤道面のフィラーブランケットモジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。
線測定ステーションは生体遮蔽外のピットに設置し、検出器としてBGOシンチレータを採用した。この配置に基づき、各種特性をMCNP-4bコードを用いて評価した。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms(ITER要求値)以下となった。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。また異なる検出効率の線検出器を2台用いることによって、50kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。
laser for ion energy spectrum measurements in JT-60U近藤 貴; 三浦 幸俊; Lee, S.*; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; Bennett, C. A.*
Review of Scientific Instruments, 74(3), p.1642 - 1645, 2003/03
被引用回数：20 パーセンタイル：68.22(Instruments & Instrumentation)核融合炉心プラズマにおいて、高速
粒子の速度分布計測と、イオン温度計測の確立は重要な課題として挙げられており、計測手法の実証が求められている。JT-60Uでは、ITERにおけるイオン温度と高速アルファ粒子の計測手法の確立を目的として、炭酸ガスレーザー(10.6m, 15 J,1s)による協同トムソン散乱法の開発を行っている。検出器には量子井戸型赤外線検出器(QWIP)を用い、また迷光は高温炭酸ガスセルによって減少させる。JT-60Uに測定装置の設置を行うとともに、赤外ヘテロダイン受信機の検出感度や視野の較正手法を開発した。これを用いてJT-60Uプラズマにレーザーを入射して調整を行ったが、現在までに散乱光スペクトルは得られていない。問題点として、パルスレーザの放電による電気ノイズと、レーザーの周波数のシフトによる迷光の発生が挙げられる。
Peterson, B. J.*; 芦川 直子*; 木島 滋; Ingesson, L. C.*; Walker, C. I.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
赤外カメラを用いて温度上昇を直接測定するイメージング・ボロメータが核融合科学研究所で開発されている。一方、金薄膜を用いる従来の抵抗型ボロメータは中性子照射にぜい弱であることも明らかになってきた。JT-60Uトカマク用イメージング・ボロメータの設計や国際熱核融合実験への適合性の検討を開始した。感度,分解能,長時間特性などについてイメージング・ボロメータの燃焼トカマク実験への適用の検討結果を報告する。
西谷 健夫; 杉江 達夫; 河西 敏; 金子 順一*; 山本 新
Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1264 - 1267, 2002/12
被引用回数：23 パーセンタイル：79.51(Materials Science, Multidisciplinary)紫外域の分光計測は炭素等の軽元素不純物のモニターとして重要である。ITERにおいてロシア製KU-1溶融石英は可視及び紫外域の窓材の有力な候補であるが、紫外域の中性子照射下における透過損失のデータはほとんどない。そこでFNSを使用して、KU-1溶融石英窓の14MeV中性子照射下における透過損失の実時間測定を行った。直径16mm,厚さ8mmのKU-1溶融石英サンプルはFNSの回転トリチウムターゲットの直前に設置した。重水素ランプにより紫外線をサンプルに入射し、透過光を光ファイバーに集光させ、照射室外の分光器で200-400nmの波長域の透過率を測定した。中性子フルエンスは7.4
10
n/m
であった。照射による著しい損失増加が200-300nmの波長域で観測され、特に215nmと245nmにおいて吸収ピークを確認した。215nmの吸収ピークでは510n/mのフルエンスで透過率が厚さ1cmに対し10%まで減少することがわかった。このことからITERにおける分光測定では窓の透過率をその場較正する必要があることを示した。
杉江 達夫; 波多江 仰紀; 小出 芳彦; 藤田 隆明; 草間 義紀; 西谷 健夫; 諫山 明彦; 佐藤 正泰; 篠原 孝司; 朝倉 伸幸; et al.
Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.482 - 511, 2002/09
被引用回数：6 パーセンタイル：3.03(Nuclear Science & Technology)JT-60Uの計測診断システムは、約50の計測装置から構成されている。近年、プラズマパラメータの半径方向の分布計測が精度よく行なわれるようになった結果、プラズマの内部構造が明らかになった。また、ミリ波反射計/電子サイクロトロン放射計測により、電子密度/電子温度揺動の測定が行なわれ、プラズマ閉じ込めに関する理解が進展した。さらに、電子温度,中性子発生率,放射パワー,電子温度勾配等の実時間制御実験が、関係する計測装置のデータを利用して行なわれた。これらの計測,及び実時間制御を駆使することにより、高性能プラズマを実現することができた。次期核融合実験炉用計測装置としては、炭酸ガスレーザ干渉計/偏光計,及び協同トムソン散乱計測装置を開発している。
西谷 健夫; 海老澤 克之*; Walker, C.*; 河西 敏
JAERI-Tech 2001-066, 57 Pages, 2001/10
JAERI-Tech-2001-066.pdf:1.89MB
マイクロフィッションチェンバーを用いた、コンパクトITER(ITER-FEAT)用中性子モニターの設計を行った。中性子モンテカルロコードMCNP-4bを用いて、マイクロフィッションチェンバーの応答を計算し、マイクロフィッションチェンバーを取付けるための最適な位置を決定した。その結果、外側上部及び下部の遮蔽ブランケットモジュールの裏面にマイクロフィッションチェンバーを取付け、その出力の平均を取ることによって、プラズマ位置や中性子発生分布の変化の影響を受けずに中性子発生量を測定できることを明らかにした。また線等によるノイズを評価するために、
Uを含むマイクロフィッションチェンバーと核分裂物質を含まないダミーチェンバーを併せてブランケット裏面に取付けることとした。信号処理ではパルス計数方式とキャンベル方式を併用することによって、ITERの要求仕様である7桁のダイナミックレンジと1msの時間分解能を達成できることを示した。また10
n/sの強度中性子発生装置を真空容器内で移動させることにより、マイクロフィッションチェンバーのその場較正試験が可能であることを、MCNP計算により示した。最終的に、この中性子モニターはITERの要求精度10%を満足するものである。
laser in JT-60U近藤 貴; Lee, S.; 三浦 幸俊
Proceedings of 10th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics, p.109 - 114, 2001/00
核融合炉心プラズマにおいて、高速アルファ粒子の速度分布計測と、イオン温度計測の確立は重要な課題として挙げられており、計測手法の実証が求められている。JT-60Uでは、ITERにおけるイオン温度と高速アルファ粒子の計測手法の確立を目的として、オークリッジ国立研究所と協同で炭酸ガスレーザー(10.6m, 15 J,1s)による協同トムソン散乱法の開発を行っており、イオン温度測定ならびに高速イオンの速度分布測定を実証する。計測装置の製作が完了し、JT-60Uプラズマにレーザーを入射して調整が続けられている。
炉心プラズマ研究部
JAERI-Conf 2000-007, p.161 - 0, 2000/03
JAERI-Conf-2000-007.pdf:9.11MB
プラズマ診断に関する日豪ワークショップは、日豪科学技術協力協定のもとで、両国におけるプラズマ診断、及び実験に関する最新の研究結果について情報交換を行い両国の研究開発を促進するとともに、相互の理解と交流を深めることを目的として1989年に原研で第1回が開催され、その後、日豪交互にほぼ2年毎に開催されている。第5回プラズマ診断に関する日豪ワークショップは1999年12月15日から17日の3日間、日本原子力研究所那珂研究所で開催され、計37名の参加者があった。このワークショップでは、JT-60U(原研)、LHD(核融合科学研究所)、H-1NF(オーストラリア国立大学)における研究の現状、並びに最新のプラズマ診断技術の進展と研究成果等にかかわる、計28件の発表があり、活発な議論が行われた。本報告書は、このワークショップでの発表論文をまとめたものである。
図子 秀樹*; 杉江 達夫; 草間 義紀; 笹尾 真実子*; 御手洗 修*; 西谷 健夫; 長島 章; 村岡 克紀*
プラズマ・核融合学会誌, 76(2), p.145 - 162, 2000/02
計測に関するITER物理R&D活動における日本の貢献を中心に述べる。国内の対応としては、平成7年度より、国内の計測専門家会議を組織し、毎年2回程度の会合を持ちITERに必ずしも限定せず、長期的視野に立って計測法の開発について議論を重ねており、そこでの議論をITER計測専門家グループ会合に反映させてきた。日本は、初期のころから、核燃焼制御を考慮した計測システム作りの重要性を主張してきている。第8回の会議では制御グループのメンバーを計測専門家会合に招き、その点について議論を始めたが、まだ具体的な検討には至ってない。そのほか、粒子計測、中心部の重水素と三重水素の密度比の計測、イオン温度計測やヘリウム灰密度計測に必要な計測用中性粒子ビームの開発、及びプラズマ対向ミラーの反射率劣化を防ぐ方法等、解決しなければならない課題がまだ多く残されている。この延長期間において解決すべく努力をしているところである。
Hoek, M.; 西谷 健夫; 高橋 浩之*; 中澤 正治*; Elevant, T.*; 柴田 泰成
JAERI-Research 99-062, p.28 - 0, 1999/11
JAERI-Research-99-062.pdf:1.51MB
JT-60Uにおける中性子エネルギースペクトル測定を目的として、2.45MeV中性子用の飛行時間スペクトロメータを設計・製作した。2つの高速プラスチックシンチレータ検出器を等飛行時間球面に沿って配置することにより、幾何学的な飛行時間誤差を最小にした。ここでは等飛行時間球面の半径を1mとした。本報告では、スペクトロメータの原理、プラスチックシンチレータ検出器のエネルギー較正法、大面積プラスチックシンチレータ検出器のタイミングテストについて紹介する。また14MeV中性子を用いて本スペクトロメータシステムの試験を行い、応答関数がガウス型であること、及び検出効率とエネルギー分解能がモンテカルロ計算とよく一致することを確認した。
西谷 健夫; L.C.Johnson*; 海老沢 克之*; C.Walker*; 安東 俊郎; 河西 敏
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.1141 - 1144, 1999/01
被引用回数：15 パーセンタイル：68.26(Instruments & Instrumentation)小型の核分裂計数管(マイクロフィッションチェンバー)を真空容器内に配置した、ITER用中性子モニターシステムの設計を行った。検出器の取付け位置としては、プラズマにできるだけ近い方が望ましいが、核発熱の冷却を考慮し、隣り合う遮蔽ブランケットの間に埋め込む方式とした。また検出器に用いる核分裂物質としては、高速中性子のみに感度を有する
Uが望ましいが、UはPuを増殖してしまい、ITERの運転寿命中に感度が50%も増加することを明らかにした。Uの場合、燃焼による感度低下が問題となるが、高々0.2%程度であることが計算により判明したため、Uを採用した。ITERではこのマイクロフィッシェンチェンバーを、プラズマを取り囲むように11本配置することにより、プラズマの位置変動に影響されずに中性子発生率を測定できることを中性子のモンテカルロ計算により示した。
計測専門家グループ
Nuclear Fusion, 39(12), p.2541 - 2575, 1999/00
ITER Physics Basis Decumentは、ITER-EDAにおける物理R&Dとしての支援内容をそれぞれのテーマごとに報告書としてまとめたものである。本節はITERにおける計測に関して必要なプラズマパラメータとその測定法の有効性、測定装置実現上の問題点と解決のための提案等について記述している。ITERの計測装置整備は、ITER装置保護、プラズマ制御、物理的詳細の理解を目的として3段階に優先順位を設定し、ITERの実験シナリオに合わせて整備することが計画されており、特に重要な7つの基本項目(Magnetics、核反応生成物、光学測定、ボロメータ計測、分光計測、マイクロ波計測、第1壁モニター)について具体的設計例と必要な開発に関する提案がなされている。
佐藤 文信*; 大山 幸夫; 飯田 敏行*; 前川 藤夫; 池田 裕二郎
Fusion Engineering and Design, 41, p.207 - 212, 1998/00
被引用回数：2 パーセンタイル：24.49(Nuclear Science & Technology)D-T中性子による核融合炉のプラズマ診断装置の窓材料の発光は計測の雑音源となるため、発光の定量的な評価が重要である。そこで、ポリクロメータ、光ファイバー等からなる発光測定装置を製作し、D-T中性子照射中の高純度シリカガラス、人工石英、人工サファイア等の発光量を測定した。シリカガラスの発光スペクトルは450nmに大きなピークを持ち、これは酸素空孔での自己トラップ励起からの脱励起過程によるものと考えられる。発光量はD-T中性子束と比例関係にあり、D-T中性子による高純度シリカガラスの可視領域の発光量は、1MeVのエネルギー付与あたり光子5
3個であった。コバルト-60線源による照射では1MeVのエネルギー付与あたり光子13550個であったため、中性子による発光効率は線のものよりもかなり低いことがわかった。これらの結果は、今後の核融合炉プラズマ診断装置の設計に役立つものである。
