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小島 有志; 梅田 尚孝; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.
Nuclear Fusion, 55(6), p.063006_1 - 063006_9, 2015/06
被引用回数：41 パーセンタイル：89.69(Physics, Fluids & Plasmas)原子力機構では、JT-60SAやITERで利用する中性粒子入射装置の開発に向けて、大型高エネルギー負イオン源による100秒を超える負イオン生成・加速の実証を目指した研究を進めている。まず、JT-60SA用負イオン源の負イオン生成部のプラズマ閉じ込め用磁石配置を変更することにより、生成されたプラズマの密度分布を一様化することに成功した。これにより、引出領域の83%から一様な負イオンビームを生成し、これまでの最高値17Aを大きく超える32Aの負イオン電流を1秒間引き出すことに成功した。この磁場配位とこれまでに開発した長時間負イオン生成用温度制御型プラズマ電極を適用し、さらに負イオン電流のフィードバック制御手法を用いることにより、15Aの大電流負イオンビームを100秒間維持することに成功した。これは、JT-60SAの定格の68%の電流に相当し、パルス幅は定格を満たしている。また、ITER用高エネルギー加速器の開発に向けては、負イオンビームが加速途中で電極に衝突して生じる熱負荷を低減するだけでなく、負イオンと同時に引き出される電子を熱的に除去することが重要であった。今回、冷却構造を改良することにより従来の5倍の電子熱負荷を許容できると共に、残留磁場で偏向する負イオンビームの軌道制御機構を組み合わせて、新しい引出部を開発した。その結果、700keV、100A/m
の負イオンビームを従来の7倍以上長いパルス幅である60秒間維持することに成功した。
森下 卓俊; 柏木 美恵子; 奥村 義和; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 今井 剛
第12回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム(BEAMS 2001)報文集, p.33 - 36, 2001/11
大電流負イオンビームの生成は中性粒子(NB)入射装置の高効率化に向けて重要である。負イオンビームの静電加速段階では、残留中性粒子との衝突による負イオンの損失が高効率化の妨げとなるため、イオン源の運転ガス圧を低く抑える必要がある。また、イオン源にセシウム(Cs)を添加することで、負イオン生成が促進されることがわかっている。Cs添加イオン源では、低ガス圧下においてもイオン源内で高密度のプラズマの生成が必要であるため、イオンの閉じ込め効率の高いカマボコ型イオン源にCsを添加し、低ガス圧での大電流負イオンビーム生成実験を行った。生成された負イオンは電子との衝突反応により消滅するが、その反応断面積が電子温度に強く依存する。低ガス圧での放電では、負イオン生成領域の電子温度が高くなる傾向があるため、電子温度を負イオン生成に適した1eV程度まで下げる必要がある。そこで、電子温度を下げる働きをもつ磁気フィルターの強度を調節し、負イオン生成の最適化を行った。その結果、ガス圧0.1Pa,アーク放電パワー80kWにおいて、31mA/cm,49keVの負イオンビーム生成に成功した。
渡邊 和弘
電気学会誌, 121(6), p.384 - 386, 2001/06
未来のエネルギー源として期待される核融合技術と真空について解説する。プラズマを用いて核融合を実現するためには、その密度、温度、閉じ込め時間の三つが重要であるが、そのどれにも装置内の真空の質が大きく関わっている。また、プラズマ加熱に用いられる中性粒子を発生させるための負イオン源においても、真空中でのMeV級の直流絶縁技術が必要である。原研の臨界プラズマ試験装置JT-60では真空の質を改善してプラズマの性能を高めるために、第一壁面の材質の選択によりプラズマに混入する元素を制御している。影響の少ないできるだけ軽い元素とするためグラファイトが用いられ、かつボロン膜コーティングが施されている。さらに、プラズマ中の不純物を積極的に外部に取り出すダイバータと呼ばれる装置や磁場配位の改良によって1998年には核融合エネルギー増倍率1.25の世界最高性能を実現した。また、プラズマの加熱や定常維持に有効な1MeV級の高エネルギー中性粒子入射装置用の負イオン源の開発が行われている。負イオン加速管では耐電圧を高めるために絶縁体と金属部接合部の電界緩和や絶縁体表面のビームからの遮蔽などが適用され、さらに真空圧力の調整等によって1MeV級の負イオン加速が可能になった。本論文ではこれらについて解説する。
渡邊 和弘; 奥村 義和; 小野 要一*; 田中 政信*
平成13年電気学会全国大会講演論文集, P. 3081, 2001/03
国際熱核融合実験炉(ITER)用中性粒子入射(NBI)開発の一環として、NBI電源からイオン源まで直流1MVと200kV毎の中間電圧を電送するためのガス絶縁型直流1MV伝送系の開発を行っている。高圧導体及びそれらの支持と絶縁のためのアルミナ充填エポキシ製の多極ブッシングを装着した実機90%スケールの伝送系試験体を製作し、直流耐電圧試験を実施した。前回の報告では900kVまでの耐圧確認を報告したが、その後、高電圧導入器や伝送系チェンバーの各部毎のリーク電流を分離して測定し、高圧印加時のコロナ放電部を同定し電界緩和対策等を行った。これらの対策により、実機での試験電圧(定格の1.3倍)に相当する1170kVの耐圧を確認でき、ITER用NBI電源開発の最大の課題を達成した。
奥村 義和; 佐藤 忠*; 登木口 克己*; 緒方 潔*; 松田 耕自*
原子力と先端技術,2; NSAコメンタリーシリーズ, No.3, p.135 - 169, 1995/06
最近の大電流イオンビーム生成技術の進展と、その応用研究について紹介する。これまでイオンビームの応用は数十keV程度のエネルギーを持つ正イオン源によるものに限定され、半導体へのイオン注入などイオンを不純物として利用する用途が主であった。一方、核融合炉の実現にむけて数eVの超低エネルギーからMeV級のビームエネルギーに至る広いエネルギー範囲のイオン源、アンペア級のイオンビームを定常的に安価に発生する技術、大電力負イオン源などの研究開発が進められている。これらの新技術はイオン工学の可能性を大きく広げるほか、照射するイオンそれ自身を構造材とした新素材や機能性薄膜などの製造、イオンミリングなどイオンを用いた加工技術などの、広い応用分野を拓くことが期待される。
松岡 守; 荒木 政則; 水野 誠
Fusion Technology, 26, p.1296 - 1303, 1994/12
時間的に変化する磁場を用いて直接交流電力を得るという、負イオン源を用いた中性粒子ビーム入射装置用の荷電粒子回収装置を提案する。従来の静磁場ないし静電場を用いた荷電粒子回収装置では出力が直流電力であるため、将来の中性粒子ビーム入射装置の~1MV,~10Aの出力を商用回路に回生させるのが技術的に非常に困難となる。ここで提案する方法によれば、交流電力の形で得られるため、トランスで電圧を低くしてからエネルギー回生のための回路を組む事ができる。
水野 誠; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小原 祥裕; 奥村 義和; 田中 茂; 渡邊 和弘; 浅原 政治*; 小西 一正*; 中里 宏*; et al.
Fusion Engineering and Design, 23, p.49 - 55, 1993/00
被引用回数：3 パーセンタイル：38.07(Nuclear Science & Technology)定常トカマク型動力炉(SSTR)用2MeV中性粒子入射装置の概念設計について記述する。装置は2個の接線ポートより炉心プラズマに2MeV,60MWの中性重水素ビームを入射する。それぞれのポートには8個のイオン源/加速器モジュールを有するビームライン1基が据え付けられる。モジュールはビームライン軸から外れて配置されており、加速されたイオンビームはイオンビーム偏向システムにより偏向され中性化セルに導かれる。このような配置とすることにより炉心からの直接の放射に曝されることなく、かつ、1つのポートに多数のモジュールを配置することが可能となる。また、モジュールあたりのイオンビーム出力を減らせるため、コッククロフト・ワルトン型直流高電圧電源の採用が可能となり、高電圧伝送系が不要となる。さらに、全モジュールが同一フロアーに配置されるため、メンテナンスが容易になる。
松岡 守; 斎藤 房男*; 松田 慎三郎; 比嘉 修*; 水野 誠; 渡辺 幸夫*; 渡邊 和弘; 内藤 正次*
電気学会論文誌,B, 112(11), p.1035 - 1044, 1992/00
ゲートターンオフサイリスタ(GTO)を用いた過渡電圧制御機能付きスイッチを開発し、JT-60NBIの加速電源の直流スイッチとして使用した。NBIのこの直流スイッチにはこれまでの四極管が使われてきたが、NBIの高エネルギー化、高パワー化に伴い四極管の信頼性が低下してきたことから、これに代わるものとして開発したものである。電圧制御機能はイオン源に過渡的に過大電圧がかかり、放電破壊が生ずるのを防ぐために必要とされる。多数直列接続されるGTO素子の一部に個々に非線形抵抗を並列接続し、これらのGTO素子を個別にオンすることにより、電圧制御機能を実現した。イオン源を負荷とした試験により、この機能が正常に動作することを確認した。また四極管と同等のスイッチング性能を有し、信頼性も高いものとすることができた。
松岡 守; 堀池 寛; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 菊池 満; 栗山 正明; 水野 誠; 田中 茂
Fusion Technology, 19, p.113 - 130, 1991/01
JT-60NBIでは、イオン源と中性化セルでは磁性材を用いた通常の受動的な磁気シールドが採用されている一方で、中性化されなかった残留イオンビームに対してはコイルを用いた能動的な磁気シールドが採用された。JT-60NBIでは空間的な制限と、プラズマ位置でのエラー磁場値の制約から、能動的方法が唯一可能な方法である。能動的磁気シールドの設計は、磁場関係の1/4モデル、その測定磁場を用いたイオン軌道計算を通じて行った。ビームダンプに埋め込んだ熱電対出力は計算値と一致し、設計の妥当なことが示された。
奥村 義和; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小原 祥裕; 水野 誠; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 渡邊 和弘
第1回粒子線の先端的応用技術に関するワークショップ, p.69 - 72, 1990/11
核融合用に開発の進んでいる、高エネルギー、大電流の負イオン源について概説する。将来の核融合プラズマの加熱のために、MeV級で数十アンペアの大容量の負イオン源が求められている。これにむけて原研では、負イオン源の高エネルギー化と大電流化の2つの観点から研究開発を進めている。これまでに10A、50keVの水素負イオンビーム出力を持つ世界最大の負イオン源の開発に成功した他、単一孔からのビームではあるが、240keVまで、負イオンビームを収束性良く加速している。このとき、ビームの発散角は3mradと極めて小さい。
松岡 守; 秋場 真人; 有本 公子*; 堀池 寛; 栗山 正明; 松田 慎三郎; 小原 祥裕
Review of Scientific Instruments, 61(10), p.2614 - 2622, 1990/10
被引用回数：1 パーセンタイル：34.83(Instruments & Instrumentation)JT-60中性粒子入射装置に於いてビームパルス中にビームエネルギーを変化させる制御を行うことに成功した。このような制御を行うためにはビームエネルギーに直接対応する加速電圧だけでなく、加速電流や偏向磁場も同時に変化させねばならない。従って注意深い制御法と、各機器の良い追従性が要求される。偏向磁場を発生するための鉄芯に流れる渦電流の時定数が長く0.4秒であることからプレプログラムによる制御とした。JT-60中性粒子入射装置原型ユニットにおける試験を経て、JT-60の加熱実験に応用した。応答速度を速くすることにより、将来の装置ではプラズマの発展を直接フィードバックするようなビームエネルギーの実時間制御も可能と考えられる。
田中 茂
日本原子力学会誌, 28(7), p.573 - 579, 1986/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Nuclear Science & Technology)トカマク型核融合炉を定常化するためには、プラズマ電流駆動技術の開発が必須である。中性粒子入射による電流駆動・加熱の物理は古典的であり確実性が高い。FER級の次期装置で有効な電流駆動を行うためには、500keV以上のエネルギーを必要とするが、正イオン源を用いた入射装置でこのエネルギーの中性粒子を高効率で得ることは不可能に近く、従来有望視されなかった。しかしながら、最近負イオン源の開発が急速に進展し、これを用いた入射装置が電流駆動技術としても脚光を浴びるようになってきた。本稿では、負イオン源が必要とされる理由、現在までの開発状況等を概説する。
松岡 守; 河合 視己人; 小又 将夫; 北村 繁; 松田 慎三郎; 水橋 清; 長村 英博*; 小原 祥裕; 渡邊 和弘
JAERI-M 84-112, 20 Pages, 1984/06
電圧制御機構を有するGT0(ゲートターンオフサイリスク)バルブを考慮し、JT-60NBI原型ユニットに適用した。これは特にJT-60NBIに適用できるかを調べることを目的として行なわれたものである。性能試験により本GTOバルブは高い信頼性と適用性を有することが確認できた。この結果からJT-60NBI用加速電源にも本GTOバルブを用いることとした。
河合 視己人; 秋場 真人
JAERI-M 82-209, 18 Pages, 1982/12
JT-60NBI原型ユニット用の多チャンネル型光ビームモニタの試験を行った。イオン源の角度調整量にして
0.06
以内(水平軸)の精度でビーム中心軸の検出が可能で、また、フィラメン卜発光分などのバックグランド光の影響は狭帯域フィルターの設置により除去可能であった。これらのことにより、多チャンネル型光ビームモニタは、JT-60NBIのビーム中心軸の検出器としても実用可能なことがわかった。
核融合研究開発推進センター
JAERI-M 82-154, 169 Pages, 1982/11
核融合研究開発推進センター(核融合研究部および大型トカマク開発部)における1981年4月から1982年3月までの研究開発の現状とその成果をとりまとめたものである。
奥村 義和; 秋場 真人; 小原 祥裕; 柴田 猛順
JAERI-M 9852, 41 Pages, 1981/12
中性粒子入射装置用高出力イオン源の圧力分布を測定し、水素ガスに対する加速電極のコンダクタンスを求めた。イオン源を動作させたい時のコンダクタンスは、電極が接近して置かれているために生じるガスのストリーミング効果を考雇すれば、通常の計算式から求めた値と良く一致する。イオン源動作時には、イオンビーム相当分のガス量はすみやかに輸送され、また、アーク放電によるガス温度の上昇のためコンダクタンスは10%程度増加する。得られた結果はJT-60用イオン源の設計に適用され、ガス流量について最適条件が求められた。
奥村 義和; 小原 祥裕; 柴田 猛順
JAERI-M 9653, 16 Pages, 1981/09
ビーム中の高速水素から発せられる、ドップラーシフトしたバルマーアルファ光を使ってビ-ム組成と不純物量を求め、質量分析器の結果と比較した。ビーム組成に関しては両者は約10%以内の精度で一致し、また、1%程度の酸素不純物の量まで分光によって測定可能であることがわかった。分光はビーム組成と不純物量の測定に有力な手段である。
柴田 猛順; 水谷 泰彦*; 奥村 義和; 桜庭 順二*; 柴沼 清
JAERI-M 9213, 8 Pages, 1980/11
60,000/secのクライオポンプ内にビームダンプを置き、そこに70KeV、5A、10秒の水素イオンビームを入射し、そのときのクライオポンプ内圧力と液体ヘリウム蒸発量の変化をみた。ビーム入射中、クライオポンプ内の水素ガス圧力が、7.6
10
Torrから8.510Torrへ上昇するのが見られた。ビーム入射中のパルス熱負荷によりパネルの溶接部の温度が上昇し、水素蒸気圧が高くなって水素ガスを放出するとして、ポンプ内圧力上昇の説明を試みた。JT-60用中性粒子入射装置のクライオポンプでは、クライオポンプが直接受熱面を見込まないように水冷のスパッタシールドを設けるなどの工夫をして、パネルへの熱負荷を小さくしてビーム入射中の水素ガス放出を抑える予定である。
桜庭 順二*; 松田 慎三郎; 柴田 猛順
JAERI-M 8936, 12 Pages, 1980/07
JT-60中性粒子入射装置のクライオポンプの設計のために、トーラスプラズマからのサイクロトロン放射によるクライオ面の熱負荷を評価することが重要である。NBI入射ポートのサイクロトロン放射透過率を計算するためにモンテカルロ法による計算コードを作成した。この計算コードを用いて検討した結果、サイクロトロン放射の約80%は、入射ポート内で吸収またほ反射されることがわかった。
柴田 猛順; 堀池 寛; 栗山 正明; 松田 慎三郎; 桜庭 順二*; 白形 弘文
JAERI-M 8935, 34 Pages, 1980/07
JT-60中性粒子入射装置のクライオポンプのクライオパネルとしてキルティング構造のステンレス板にアルミニウムをコーティングしたものを選び、このパネルに対する定常熱負荷とパルス熱負荷を評価し、パルス熱負荷がかかった時のパネル温度の上昇を計算した。パルス熱負荷時のクライオパネルの最大温度上昇は約0.2Kと評価された。
