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山納 康*; 小林 信一*; 松川 誠
Proceedings of 20th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, p.419 - 422, 2002/07
核融合研究では、大型超伝導コイルの保護回路に適用可能な大電流スイッティング技術が必要不可欠である。真空遮断器はその有力な候補の一つであるが、電極部のコンタクタ温度が最大通電電流値の制限要因となっており、これをいかに抑制するかが大電流化の鍵である。本論文は、異なるクロムと銅の成分比を持つ材料を電極に採用した場合や、ヒートパイプの有無による温度上昇の違いなどについてのモックアップ試験結果をまとめたものである。試験により明らかになった主なものは、(1)コンタクタの接触抵抗はクロム銅比及び面圧により変化する,(2)通電電流によっても接触抵抗は非線形に変化するが、モックアップでは2kA程度で飽和が見られる,(3)電極ロッドの熱伝達率の違いがコンタクタの最高温度に影響する、などである。
小林 信一*; 山納 康*; 松川 誠
電気学会研究会資料, p.79 - 84, 2001/11
核融合装置電源には大電流の遮断器が必要で、真空遮断器はその有力な候補の1つである。真空遮断器は、電流を遮断する接点部分及び通電用導体が真空中に置かれるため、対流による放熱効果が期待できない。このため、大電流通電のためには、通電時の発熱を抑えるとともに、その発熱をいかに効率的に放熱させるかが重要な技術的課題となる。そこで、大電流通電を可能とする電極材料開発のために、組立式試験用真空遮断器を準備し、熱的特性を測定した。試験に供した電極の接点材料は、真空遮断器に広く使用されているクロム銅とし、クロムと銅の比が、100対0(純銅),75対25,50対50,及び25対75の4種類を試験した。その結果、純銅の場合が最も損失が低いこと,接触抵抗が発熱を決める主たる要因であることがわかった。
野村 昌弘; 遠山 伸一; 田中 拓; 武井 早憲; 山崎 良雄; 平野 耕一郎; 大村 明子
JNC TN9410 2000-007, 376 Pages, 2000/03
JNC-TN9410-2000-007.pdf:15.51MB
昭和63年10月に原子力委員会・放射性廃棄物対策専門部会で策定された「群分離・消滅処理研究技術研究開発長期計画(通称:「オメガ計画」)」に沿って、大洗工学センターでは、その計画の一部である「電子線加速器による消滅処理」の研究を実施してきた。これは、電子線加速器で作られる高エネルギーガンマ線を用いて光核反応によりセシウム、ストロンチウム等の放射性核分裂生成物を安定な核種に変換する研究であるが、この消滅処理研究を工学的な規模で実施するためには100mA-100MeV(ビーム出力10MW)級の電子線加速器が必要であると推定され、「オメガ計画」の第1期の課題である大電流電子線加速器のビーム安定化等に関する要素技術の開発として20mA-10MeV(ビーム出力200kW)を開発目標として大電流電子線加速器の開発を行ってきた。本電子線加速器は、平成2年度から高エネルギー物理学研究所、放射線医学総合研究所、大学等の協力を得て技術開発に着手、平成5年度から大電流電子線加速器の製作を開始した。その後、加速器の心臓部とも言える入射部系が完成し、性能試験を平成8年3月から9月にかけて実施した。平成9年3月には本加速器の主要設備全ての据付けが完了したが、サイクル機構の諸事情等もあり、大幅に遅れ平成11年1月から性能確認のための加速器運転を開始、平成11年12月まで継続してきた。試験結果としては、まだ開発途中であり、長時間・安定に至っていないが、ビーム出力約14kWを達成した。また、短時間であるが、ビーム出力約40kWの運転も可能とした。本報告書では、サイクル機構で開発してきた大電流電子線加速器の開発を開始当時まで振り返って、開発の経緯、要素機器の開発、設備・機器の設計、加速器の性能確認試験等の事項について、総括的にまとめた。
武井 早憲; 田中 拓; 遠山 伸一; 長谷川 信
JNC TN9410 2000-005, 182 Pages, 2000/03
JNC-TN9410-2000-005.pdf:5.73MB
昭和63年10月に原子力委員会・放射性廃棄物対策専門部会で策定された「群分離・消滅処理研究技術研究開発長期計画(通称:「オメガ計画」)」に沿って、大洗工学センターでは、その計画の一部である「電子線加速器による消滅処理」の研究を実施してきた。これは、電子線加速器で作られる高エネルギーガンマ線を用いて光核反応によりセシウム、ストロンチウム等の放射性核分裂生成物を安定な核種に変換する研究であるが、この消滅処理研究を工学的な規模で実施するためには100mA-100MeV(ビーム出力10MW)級の電子線加速器が必要であると推定され、「オメガ計画」の第1期の課題である大電流電子線加速器のビーム安定化等に関する要素技術の開発として20mA-10MeV(ビーム出力200kW)を開発目標として大電流電子線加速器の開発を行ってきた。本加速器は、要素機器の開発を経て平成9年3月に完成し、施設検査を受け平成11年1月より加速器の本格試験を開始した。しかし、その間にアスファルト固化施設の火災爆発事故による動燃改革論議が行われ、平成11年3月に策定した核燃料サイクル開発機構の中長期事業計画では、「加速器開発についても平成11年度末までに研究を終了します。……研究成果を取りまとめます。……開発を終えた加速器については、ビーム利用施設として、有効活用を図ります。」とされ、消滅処理を目的とした研究開発は、収束する方向を示した。本報告書では、この中長期事業計画を受け、本加速器をビーム利用施設として利用する場合、どんな利用が考えられるかの検討を行うとともに、原子力分野に限定せずにこの加速器を利用した研究課題は何があるかを広い範囲の研究者を対象に調査した。
松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*
KEK Proceedings 99-22, p.17 - 27, 2000/01
タンデム加速器の高電圧端子に永久磁石で構成される小型のECRイオン源を設置し、それから得られる大電流の正多価イオンを直接加速することでビームのエネルギー、強度を増強することに成功した。これまでにH,N,O,Ne,Ar,Kr,Xeイオンの加速に成功しビーム電流はいずれも従来の加速方式に比べ1桁あまり増強することができた。エネルギーについてはXeビームにおいて270MeVを達成している。ECRイオン源の設置場所は高圧絶縁ガス中の放電にさらされる過酷な環境であるのでイオン源、入射系を簡略化し複雑な制御は行わない方針をとった。特にガス流量が重要であるがこれをバルブの開閉操作のみとした。それによって性能はある程度抑えられているが、それでもなお十分な性能を発揮できている。今後はガス流量の調整やMIVOC法による金属イオンの加速を試みる予定である。
松川 誠; 三浦 友史; 寺門 恒久; 木村 豊秋; 大島 巌*; 川島 秀一*
Proceedings of International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV 2000), 2, p.415 - 418, 2000/00
本論文は、この直流電流遮断器として使用する連続大電流真空スイッチの開発について述べたものである。すなわち、従来の真空遮断器の最大連続通電容量が4kAであったのに対して、開発した遮断器は強制空冷で12kAという大電流を流すことか可能とした。開発のうえでネックとなったのは、電流遮断時にアーク制御のための磁場を発生されるコイル構造部であり、この部分の大型化を新しいコイル構造を発案することで解決した。また、冷却効率の向上のために強制空冷を採用した。通電試験により、自然空冷の場合には8kA、強制空冷の場合には12kA流せることを、各部の温度上昇が規定値以下であることから確認した。
中山 元林; 遠山 伸一; 野村 昌弘; 平野 耕一郎; 山崎 良雄; 佐藤 勇
JNC TN9400 99-073, 18 Pages, 1999/08
線形加速器だけでなく、円形加速器や蓄積リングを含めた大電流加速器として進行波還流型加速構造を提案する。その構造は常伝導の加速構造であるが、連続波でビーム電流を10Aまで加速することが可能である。このような加速管では大電流においてビーム不安定性による共鳴電界が発生し易く、空洞内で発生した高次モードを消すためにはビーム輸送の口径を大きくする必要がある。このような加速構造は、高効率であるだけでなく大電力入力も可能であり、また励起モードの蓄積エネルギーも非常に小さい。このような加速管は、シングルモード型と呼ばれており、円形加速器の位相安定化のためビームがRFの最適位相からずれても、空洞のデチューニングは必要としない。本報告書では、このような特徴を有する大電流加速管について、検討結果を報告する。
松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*
第12回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.113 - 116, 1999/00
1998年2月の定期整備にあわせ小型のECRイオン源が原研東海の20MV折り返し型タンデム加速器の高電圧端子に設置された。イオン源を設置してから放電による電源類の故障や高圧ガスによる真空トラブルが発生した。一方で実験ユーザーへのビームの供給も始まり、長時間の連続運転を行ったことからいくつかの問題点も判明した。また装着できるガスボンベの数を3つに増やし現在H,N,O,Ar,
Xe,
Xeが加速可能である。H
,O
ビームについては加速器の限界である3
A、0.5pAをそれぞれ出すことができた。Xeビームにおいては15,16,18荷の有数のイオンをそれぞれ73,48,9.4pA加速することに成功した。これは近い質量数であるIビームの負イオン源からの入射と比較すると、エネルギー、ビーム電源ともに上回る結果となり当初の目的が達せられた。
Sn超電導線の高性能化及び大型化礒野 高明; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 杉本 誠; 吉田 清; 西 正孝; 高橋 良和; 安藤 俊就; 辻 博史; 島本 進*
電気学会論文誌,B, 119(11), p.1263 - 1269, 1999/00
ITERの工学設計活動で行った高性能のNbSn素線開発とその大型導体化について紹介する。特に、高性能NbSn素線開発では、従来に比べ、臨界電流密度では1.5倍、ヒステリシス損失では1/5といった大幅な性能向上を果たし、ITER仕様であるJc 550A/mm
以上(12T,4.2K)、ヒステリシス損失200mJ/cm
以下(
3T)を満たす素線を量産することに成功した。ここでは主として素線開発方法について紹介する。
河合 視己人; 秋野 昇; 海老沢 昇; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 椛澤 稔; 栗山 正明; 藻垣 和彦; 大賀 徳道; 大原 比呂志; et al.
JAERI-Tech 98-042, 32 Pages, 1998/09
JT-60NBIは、1986年に水素ビームを用いたNBI加熱実験を開始し、定格中性粒子ビームパワー20MWの入射に成功した。その後、1991年に重水素ビーム対応、高エネルギー化の改造を実施し、重水素ビームで40MWの入射パワーを得るために、イオン源での放電破壊対策を講じながら運転の安定化に努めた。イオン源の構造上の問題からこの目標を達成できなかったため、高エネルギー領域から大電流領域での運転へ方針変更し、加速部ギャップ長の短縮化を行った。この結果、1996年7月にビームエネルギー~96keV、40MWの入射を達成した。
王 元林
PNC TN9410 98-017, 21 Pages, 1998/02
"動燃大電流電子リニアックの入射部試験(1)"の報告書ではビーム電流100mA、バルス幅20s、繰り返し1Hzおよびビーム電流50mA、パルス幅1ms、0.5Hz、でエネルギー3.0MeVのビーム加速について報告したが、このビーム試験は、チョッパーとプリバンチャーシステムを使わない条件で実施した。入射部試験(2)では、チョッパーとプリバンチャーシステムを使用した試験を実施し、ビーム電流100mA、パルス幅3ms、繰り返し0.1Hz、エネルギー3.0MeVで非常に整ったスペクトラムの電子ビーム加速に成功した結果について報告する。
奥村 義和; 花田 磨砂也; 宮本 直樹*; 宮本 賢治; 藤原 幸雄; 渡邊 和弘
第9回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム (BEAMS1998), p.101 - 104, 1998/00
セシウム添加した体積生成型負イオン源を、20mA/cmの電流密度、800mAの負イオン電流のもとで連続的に運転した。負イオン生成率は600mgのセシウムを入射し、プラズマ電極の温度を250-300
Cに保持することによって4倍以上に高められるが、この状態を定常的に維持することに成功した。140時間の連続運転の後にセシウムの拡散量をICP質量分析法を用いて定量し、約90%のセシウムはプラズマ源中に保持され、プラズマ源から流出するセシウムの消費量は、3mg/時間以下と極めて少ないことがわかった。
杉本 昌義
Proc. of 2nd Int. Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerator Technology (AccApp'98), p.566 - 571, 1998/00
IFMIFのように大電流ビームを利用する場合、最適設計を行い、運転時のビームロスを正しく評価するために精度の高いビームダイナミックスシミュレーションが必要である。IFMIF設計活動のひとつとして実施したパーティクル-イン-セル法に基づく高精度シミュレーションコードの内容をまとめるとともに、IFMIF-RFQへの適用例を報告する。
小原 祥裕
プラズマ・核融合学会誌, 72(5), p.393 - 402, 1996/00
近年負イオンビーム技術は日本で大きく進展し、実用上必要な10A以上の大電流負イオンビーム生成が可能となった。この大電流負イオン源開発の進展を受けて、JT-60U用と核融合科学研究所のLHD用の負イオンNBI計画が立案され、現在その建設が進められている。さらに、ITER用の1MeV級NBI技術開発も原研が中心となって進められている。このように、負イオンNBI技術は日本が世界を大きくリードしている技術領域の1つである。本解説では、負イオンを用いたNBI研究開発上の最近の主な成果について述べる。
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。
田中 政信*; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 奥村 義和
JAERI-M 93-132, 25 Pages, 1993/07
次期核融合装置のための中性粒子入射装置(NBI)では、体積生成型負イオン源を用いて大面積の均一な大電流ビームを生成する必要がある。このためには、負イオン源において、負イオン生成に必要なフィルター磁場を一様にすることが要求される。そこで、プラズマ電極(PG)に電流を流すことにより均一なフィルター磁場を発生できるPGフィルターを採用した。本実験では、PGフィルター使用時に初めてセシウムを添加し、最大7Aの負イオン電流を得た。このときの、アーク放電電力は35kW(70V,500A)であり、負イオン生成効率が外部フィルターを凌ぐことを確認した。また、JT-60U用負イオン源で要求される0.3Paの低ガス圧運転条件では、設計性能を超える4.4A(16mA/cm)の負イオンビームの生成に成功した。更に、セシウム添加時の最適フィルター強さ、電子電流、ビームの偏向角等について調べ、PGフィルターを使用する大型負イオン源の設計指針を得た。
田中 茂
核融合研究, 67(5), p.399 - 411, 1992/05
核融合技術の工業的応用を目的として、大面積、大電流、一様分布のイオンビームを生成する技術について解説する。まず、核融合分野において開発された多極磁場イオン源の構造およびその特徴について概説する。次に、多極磁場イオン源より各種ガス元素のイオンビームを引き出した実験結果について紹介し、最後に一様なビーム分布を実現するための技術を実験結果を用いて説明する。
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。
小原 祥裕; 秋場 真人; 荒木 政則; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小島 啓明; 栗山 正明; 松田 恭博*; 松岡 守; et al.
JAERI-M 90-154, 119 Pages, 1990/09
過去数年にわたり、負イオンを用いた中性粒子入射装置を実現するための研究開発を強力に実施してきた。特に、最も重要な開発項目である大電流負イオン源に関しては、50keVで10Aの水素負イオンを生成することに成功した。得られた負イオンビーム電流及び電流密度は、すでに負イオンNBIシステムで必要とされる値に達している。この様に、負イオンを用いた中性粒子入射装置に関するR&Dはここ数年で大きな進歩を遂げた。現在、500keV級NBIシステムの建設は技術的に可能となりつつある。
川俣 陽一; 栗原 研一; 木村 豊秋; 高橋 実
JAERI-M 90-005, 30 Pages, 1990/02
JT-60全系フィードバック制御システムにおけるデータ転送には、プラズマの位置・形状制御のための実時間でのデータ入出力機能とプラズマ放電後の結果データの収集機能がある。JT-60の大電流化改造後の非円形ダイバータプラズマの垂直位置制御には、この「フィードバック制御システム」の制御周期をより短かくし、また、大量に発生する結果データの効率的な転送が必要となる。このため、現状のミニコンピュータシステムに替えて32ビットの高速マイクロプロセッサを搭載した汎用バス(VME-bus)システムを導入することにより解決を図ることを考えた。その際、CAMACハイウェイでネットワーク化されている既存の計算機システムとのデータ通信は不可避であるが、この通信性能は未確認の部分が多い。本報告書は、このデータ通信の性能確認や問題摘出を行った試験について記述したものである。
