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高津 英幸; 小西 哲之*
プラズマ・核融合学会誌, 81(11), p.837 - 902, 2005/11
核融合実験炉(ITER)の次の段階である発電実証プラントに向けた工学課題のうち、発電ブランケットと構造材料開発以外の工学課題に関して、その目標と研究開発の現状を解説する。具体的には、高熱負荷機器,超伝導磁石,トリチウム・システム,加熱電流駆動技術,遠隔保守技術をおもに取り上げ、それらの技術課題に関して、ITERの目標性能と比較することにより発電実証プラント段階で要求される性能を紹介し、併せて、現在実施されている研究開発の現状と今後の見通しを述べる。
高橋 幸司
JAERI-Research 2004-011, 125 Pages, 2004/09
JAERI-Research-2004-011.pdf:9.32MB
本論文は、核融合プラズマの高性能化に不可欠な大電力ミリ波帯高周波加熱電流駆動装置における入射システムに関する研究について述べたものである。まず、そのシステムの最適設計に反映させることを目的とし、コルゲート導波管を用いた全長60mの伝送システムを構築し、効率88%で世界初のMWレベルの伝送実証(0.82MW-2sec)に成功し、有効性を明確にした。また、偏波の最適化によるプラズマの高効率加熱を実証し、結合性能の最適化手法を開発した。大電力ミリ波帯高周波窓に関して、人工ダイアモンド窓の1MW-定常伝送性能,ITERレベルの耐中性子照射特性等を明らかにし、ダイアモンド窓が十分に使用可能であることを示した。核融合炉用先端可動型入射システムの構造設計及び解析,核解析を行い、ほぼ全ての機器の有効性を確認した。一方、システムの支持部に許容値(10MNm)を越える電磁力が作用することが判明し、重量低減,絶縁構造等の対策が必要であることを明らかにした。将来炉(発電実証炉)用として、角形コルゲート導波管と導波管の入口側に設置する可動ミラーから構成する遠隔駆動型入射システムの提案及びプロトタイプの製作を行い、周波数170GHzでほぼ設計通り
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の放射角制御特性が得られ大電力で遠隔駆動型ミリ波帯高周波入射システムの原理実証に成功した。
池田 佳隆; 春日井 敦; 森山 伸一; 梶原 健*; 関 正美; 恒岡 まさき*; 高橋 幸司; 安納 勝人; 濱松 清隆; 平内 慎一; et al.
Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.435 - 451, 2002/09
被引用回数：26 パーセンタイル：82.31(Nuclear Science & Technology)JT-60Uにおける局所加熱と電流駆動を目的として、電子サイクロトロン周波数(ECRF)加熱装置を設計,開発し、運転を行った。周波数は、弱磁場側からの基本波Oモードを入射する110GHzを採用した。本システムは、単管出力1MWレベルのジャイロトロンを4本,その大電力を伝送する4本の伝送系,さらに2基のアンテナから構成される。エネルギー回収機構とダイヤモンド出力窓が、ジャイロトロンの特徴である。エネルギー回収機構を利用するとともに、その発振動作を考慮して高圧電源の改造を行うことにより、主電源が一定電圧制御の無いJT-60高周波加熱設備においてもジャイロトロンの発振を可能とした。またダイヤモンド出力窓の採用により、伝送系の伝搬モードに効率よく変換できる出力モードを実現し、低損失導波管の採用とあわせ、60mの長距離伝送においても約75%の高効率伝送を実現した。2基のアンテナは、高周波の入射方向をプラズマ放電中に制御可能であり、これにより局所的な加熱/電流分布制御を実現した。2000年には3系統によりプラズマ総入射パワー1.5~1.6MW,3秒までの運転を行い、電子温度15keVの達成や、MHD制御等の実験に用いられた。2001年には4系統のシステムが完成し、約3MWレベルの運転が実施された。
Bosia, G.*; 伊尾木 公裕*; 小林 則幸*; Bibet, P.*; Koch, R.*; Chavan, R.*; Tran, M. Q.*; 高橋 幸司; Kuzikov, S.*; Vdovin, V.*
Proceedings of IAEA 18th Fusion Energy Conference (CD-ROM), 6 Pages, 2001/00
ITER-FEATでは3種の高周波加熱電流駆動装置(イオンサイクロトロン加熱、電子サイクロトロン加熱、低域混成加熱)を用いる。高周波をプラズマへ入射するランチャの構造は各方式により異なり、イオンサイクロトロン加熱では複数列の電流ストラップを用い、電子サイクロトロン加熱では数台の金属鏡により高周波ビームを入射し、低域混成加熱では多数列の能動/受動導波管素子を用いる。これらのランチャは同一外部形状を有し、相互に水平ポートへの取付を交換できる。高周波加熱電流駆動装置全体として4ヶ所の水平ポートを使用し、1ポートあたり20MW入射する。また電子サイクロトロン電流駆動では特に4ヶ所の上部ポートから高周波を入射し、効率良く新古典型テアリングモード不安定性を抑える計画である。
栗原 良一; 西尾 敏; 植田 脩三; Polevoi, A. R.; 青木 功; 安島 俊夫*; 岡田 英俊*; 長谷川 満*; 牛草 健吉
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.553 - 557, 2000/00
商業発電炉は、日中や季節ごとの電力需要の変化に応じて炉の出力制御が可能である方が望ましい。従来、自己点火プラズマの核融合炉にとって出力制御は容易でないと考えられてきた。本論文は、将来の定常核融合動力炉において核融合出力制御が可能であることを明らかにした。原研で検討している革新的定常核融合炉A-SSTR(定格出力4.0GW)を例に、外部から容易に制御できる加熱電流駆動パワー,電子密度,プラズマ電流を変化させることにより、どの程度、核融合出力を変化させることができるか、電流駆動解析コードACCOME及び1.5D輸送コードTOPICSを用いて評価した。その結果、定格運転パラメータからプラズマ電流を25%、電子密度を38%、加熱電流駆動パワーを25%の範囲で変化させ、定格核融合出力の66%まで下げられることを明らかにした。
池田 佳隆
JAERI-Research 99-061, p.46 - 0, 1999/12
JAERI-Research-99-061.pdf:1.76MB
JT-60Uにおいては、高周波加熱装置の周波数を110GHzとすることで、電子サイクロトロン(EC)波による局所加熱/電流駆動が可能である。本研究では、その局所加熱/電流駆動システムの入射系の設計検討を行い、110GHzのEC波を局所的に吸収させるためのプラズマ入射条件を明らかにした。またray-traceとFokker-Plant ckの数値計算コードにより、中心電子温度が8keVの高
プラズマにおいて、1MW入射時に、幅10cm程度にブートストラップ電流と同程度の電流密度の局所電流駆動が可能であることを示した。これらの結果をもとに、JT-60Uにおいて、プラズマ中心部から周辺部までの加熱/電流分布制御が可能なRFビームの入射系の基本設計を行った。
松田 慎三郎; 辻 博史; 小泉 興一; 秋場 真人; 小原 祥裕; 柴沼 清; 西 正孝; 阿部 哲也; 奥村 義和; 今井 剛; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 75(Suppl.), p.1 - 96, 1999/05
ITER工学R&Dは、核融合実験炉を構成するすべての技術について、設計のベースとなるデータの取得や設計の成立性を実証することを目的として、4極(EU、日本、ロシア、米国)が協力して進めてきたものである。それらは、トカマク炉心を構成する要素機器の技術のほか、周辺機器としての加熱・電流駆動技術(NBI,RF)、遠隔保守技術、トリチウム技術、燃料給気・排気技術、計測診断要素技術及び安全性などにかかわる開発を含んでいる。本報告書は、ITER工学R&Dとして得られた成果の概要がわかるよう、また、我が国の実施分が中心ではあるが、他極の実施分もわかるようにまとめた。
草間 義紀; 及川 聡洋; 根本 正博; 藤田 隆明; 内藤 磨; 飛田 健次; 鎌田 裕; 牛草 健吉; 栗山 正明; Forest, C. B.*; et al.
24th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, 21A, p.513 - 516, 1997/00
JT-60Uプラズマの中心部での加熱と電流駆動を目的に導入された負イオン源中性粒子ビーム(NNB)を用いた実験の進展について報告する。(1)モーショナルシュタルク分光(MSE)計測により、NNBによって駆動されたプラズマ電流分布を初めて測定することに成功した。測定された分布はACCOMEコードを用いた理論的な予測とおおむね一致することを確認した。(2)周波数の高いアルヴェン固有モード(EAE)に対して、NNBイオンに安定化効果が有ることが確認された。(3)NNBのプラズマ中でのイオン化断面積の増大が評価された。(4)以上のNNB入射実験とともにNNBの性能も大幅に向上し、1イオン源当り3.2MW(350kV)の入射に成功して、今後の高パワー化に見通しを得ることができた。
居田 克巳*; 岡野 邦彦*; 小川 雄一*; 鎌田 裕; 木村 晴行; 西原 功修*; 藤澤 彰英*; 矢木 雅敏*; 飯尾 俊二*
プラズマ・核融合学会誌, 72(12), p.1417 - 1423, 1996/12
第16回IAEA核融合エネルギー会議の内、加熱電流駆動のセッションの報告を行う。加熱電流駆動ではオーラルとポスター合わせて14件の発表があった。周波数帯別の内訳はICRF:6件、LHRF:5件、ECRF:2件、Alfven:1件である。ICRF加熱電流駆動の成果としてはITERの物理R&Dや負磁気シア、Hモード等の高性能放電への適用の進展があり、LHCDの成果としては負磁気シアを得るための電流分布制御や定常化へ向けての研究の一層の進展があった。ECRFに関してもEC加熱の負磁気シアへの応用が目立った。
