Spatial profile measurement method of absolute detection efficiency of an infrared heterodyne receiver for the CO laser collective thomson scattering system in JT-60U

Lee, S.; 近藤 貴; 三浦 幸俊

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 41(11A), p.6574 - 6576, 2002/11

https://doi.org/10.1143/JJAP.41.6574

本論文ではJT-60U協同トムソン散乱計測装置で用いる量子井戸型赤外線検出器の較正手法とその実験結果について言及した。炭酸ガスレーザを用いた協同トムソン散乱法では散乱角が小さくなるため、詳細な光軸調整が必要となる。一方、大型装置においてヘテロダイン検出器の視野形状とその拡がりは、散乱光検出の感度や迷光強度に大きな影響を与え重要である。今回大型の黒体源を製作し、検出視野の半径や感度特性を詳細に評価することで検出器の感度分布がガウシアン分布であることを新たに発見した。また、局所レーザのビーム特性を調整することで視野を絞ることに成功し、光路中におけるビーム伝送ロスを低減することが可能となった。さらにその拡がり角からプラズマ中心における視野の拡がりを実験的に評価し、プラズマ観測位置における実効的な観測体積とその感度分布を実測に基づいて評価することができた。

協同トムソン散乱法を用いた不純物、ヘリウム灰密度およびD/T燃料比の先進的計測法の開発

Lee, S.; 近藤 貴; 三浦 幸俊

プラズマ・核融合学会誌, 77(9), p.919 - 929, 2001/09

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003825667

燃焼プラズマの中心部における不純物、D/T燃焼比及びヘリウム灰計測は核融合燃焼プラズマ実験において最も重要な計測のひとつとなる。しかしながらこれらのパラメータの測定手法は未だ確立されたとは言えず新規の診断法の開発が期待されている。このような計測課題に対し、協同トムソン散乱を用いた先進的計測手法を提案する。本論文ではこの測定法の計測原理と国際熱核融合実験炉(ITER)において期待される散乱スペクトルの計算結果を示し、その実現可能性を示した。次にイオンサイクロトロン周波数に比例した共鳴スペクトルの観測条件と要求される装置性能について議論を行った。さらに既存のトーラス装置であるJT-60UとLHDにおける本手法の適用可能性を検討した結果、これまでの技術と装置を利用することで十分に原理実証実験が可能であることを示した。

多様な作動流体を用いた場合の重要熱流課題の特性比較

村松 壽晴; 須田 一則; 村上 諭*; 山口 彰

JNC TN9400 2000-109, 96 Pages, 2000/11

JNC-TN9400-2000-109.pdf:9.56MB

高速炉の実用化に向け、多様な作動流体を冷却材として用いた場合の検討に資するため、原子炉基本設計を左右する重要熱流動課題として、(1)自由液面揺動、(2)温度成層化、(3)サーマルストライピングおよび(4)自然対流の4項目を取上げ、作動流体としてNa、Pb-Bi合金、Co2ガスを用いた場合のそれぞれの現象の特性変化を数値解析的に検討・評価した。得られた結果は、以下の通りである。[自由液面揺動](1)Fr数を指標とした内部流動特性および自由液面特性につき、Naを作動流体とした場合とPb-Bi合金を作動流体とした場合で有意な違いは生じない。(2)液面近傍流速を指標としたガス巻込み限界につき、AQUA-VOFコードが実験結果と概ね一致する結果を与え、同コードがガス巻込み限界の1次評価に使用可能であることを確認した。[温度成層化](1)連行現象(上下層剪断渦)の発生位置は、NaあるいはPb-Bi合金を作動流体とした場合Ri数の減少とともに下流側に移動する。一方、CO2ガスの場合には、その発生位置はRi数の減少により上流側に移動する。(2)温度成層界面の解消速度は、流体物性としての熱伝導度に大きく依存した特性を示す。すなわち、CO2ガス中に温度成層界面が発生した場合には、より積極的な界面解消策を講じる必要があることを示唆している。[サーマルストライピング](1)CO2ガスを作動流体とした場合には、大きな粘性係数値と小さな熱伝導度との相乗効果によって、より下流側まで大振幅の温度揺らぎが到達する。(2)作動流体を変更した場合、温度揺らぎ振幅を評価するためにはReを一致させる必要が、温度揺らぎ周期を評価するためには流速値を一致させる必要がある。[自然対流](1)基本的に、浮力噴流挙動に準じる特性を示す。ただし、自然循環力の立ち上がりの特性は、流体の熱容量および熱伝導度の影響を大きく受ける。なお、CO2ガスの場合には、自然循環ヘッドが大きい場合のみ、液体金属の場合と同様な温度過渡特性を示す。(2)各作動流体を用いた場合のピーク温度到達時間は、Ra数一致条件の下で評価が可能である。

多様な作動流体を用いた場合に顕在化する重要熱流動課題の摘出

村松 壽晴; 山口 彰

JNC TN9400 2000-056, 150 Pages, 2000/05

JNC-TN9400-2000-056.pdf:6.67MB

[目的]本研究では、安全系の限定や多重性要求の合理化を行った場合、および多様な作動流体を冷却材として用いた場合に顕在化する熱流動課題を調査するとともに、温度成層化およびサーマルストライピングの両現象につき、作動流体を変化させた場合の特性変化を数値解析により評価することを目的とする。[方法]作動流体の違いから派生するプラント設計上の特徴、及び安全系の局限化に係わる設計概念の調査を行ない、主要な熱流動課題に関する定量的な評価検討を行なった。その結果に基づき、設計上留意すべき事項、さらには温度成層化およびサーマルストライピングに係わる熱流動上の特性を明らかにした。[主要な成果](1)熱流動課題の検討ガス冷却炉、及び重金属冷却炉で顕在化する課題を摘出した。・ガス炉:自然循環、流動振動(高流速に対する配慮)、減圧事故・重金属炉:温度成層化、流力振動(ランダム振動)、地震時のスロッシングさらに安全系の局限化に係わる課題として、原子炉容器のコンパクト化、及びRVACSに着目した課題を摘出した。(2)温度成層化およびサーマルストライピングに係わる熱流動上の特性評価数値解析により得られた各現象についての影響の程度の順列は、以下の通りである。・温度成層化:ガスナトリウム鉛・サーマルストライピング:ガス鉛ナトリウム

炭酸ガス冷却炉におけるオーステナイト系炉心材料の腐食に関する調査・検討

水田 俊治; 上平 明弘; 鵜飼 重治

JNC TN9400 2000-032, 38 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-032.pdf:1.2MB

実用化戦略調査研究において炭酸ガス冷却炉の炉心材料としてオーステナイト鋼を用いる場合には、炭酸ガスによる腐食を評価しておく必要がある。そのため、オーステナイト鋼の炭酸ガス腐食特性等に関する文献について調査し、炭酸ガス腐食に影響を与える因子について評価した上でデータの選定を行い、PE16、20Cr/25Ni/Nb、18Cr-8Ni及びJNC材について炭酸ガス腐食式を策定した。オーステナイト鋼の炭酸ガス腐食式は放物線則に従うとして文献データの上限式によって、表すことにした。炭酸ガス腐食データのないJNC材(PNC316, PNC1520, 14Cr-25Ni)については、Fe-Cr-Ni系において重量減少の等しい領域にある18Cr-8Ni鋼をベースにして、炭酸ガス腐食に影響を与える因子の最も大きいと考えられるSi添加量の影響について評価し腐食式を策定した。また、JNC材の高Ni鋼については20Cr/25Ni/Nbにより策定された式(省略)を適用することにした。

Numerical Investigation on Thermal Stratification and Striping Phenomena in Various Coolants

Yang Zumao*; 村松 壽晴

JNC TN9400 2000-009, 81 Pages, 2000/02

JNC-TN9400-2000-009.pdf:47.3MB

原子炉構造物に熱疲労を与える温度成層化現象およびサーマルストライピング現象について、その熱流動上の特徴を把握することは、原子炉設計の観点から重要である。本研究では、核燃料サイクル開発機構で開発された多次元熱流動解析コードAQUAを用い、水,ナトリウム,鉛および炭酸ガスを冷却材として用いた場合の熱流動上の特徴を数値解析により抽出する。温度成層化現象については、リチャードソン数Riをパラメータとして合計8ケースを解析し、以下の結果を得た。(1)流体物性および計算初期条件は、同現象を支配する浮力、熱拡散などの効果に大きな影響を与える。(2)炭酸ガスを用いた場合の熱流動上の特徴は、この他の流体を用いた場合のそれらと大きな違いを示し、特に温度成層界面近傍における運動量および熱量の交換特性に関する差異が顕著である。サーマルストライピング現象については、同現象を特徴づける熱流動上の特徴の内、温度ゆらぎ振幅の空間分布特性についての評価を行い、以下の結果を得た。(1)高乱流条件である今回のサーマルストライピング解析結果は、前記の温度成層化現象で抽出された特徴と比較して、違いが認められた。(2)今後の温度ゆらぎ周波数の検討では、炭酸ガスを冷却材に用いた場合に低流速領域での特徴把握に、その他の冷却材を用いた場合に剪断流領域での特徴把握に注意を払う必要がある。

First measurement of tangential Faraday rotation of CO laser wave in a tokamak plasma

河野 康則; 千葉 真一; 白井 浩; 井上 昭*; 長島 章

Review of Scientific Instruments, 70(2), p.1430 - 1434, 1999/02

https://doi.org/10.1063/1.1149601

トカマクプラズマ中をトロイダル接線方向に伝搬するレーザ光のファラデー回転偏光計測に基づく電子密度診断法は、干渉計測におけるようなフリンジジャンプがないこと、信号の時間的発展を追う必要がないことなど、より安定な測定が行える可能性があるため、近年ITERの密度計測に適する手法として注目されている。そこでJT-60Uでは本手法の原理的実証を目指した開発研究を進めているが、最近の計測実験において炭酸ガスレーザ光の接線ファラデー回転角の検出に初めて成功した。実験では、光弾性変調器を用いて赤外偏光計を使用した。これにより、入射レーザー光強度の変動に影響されない偏光計測を実現した。また今回の計測頻度としては、約0.1度が達成されており、ITERに本偏光計を適用した際にも十分なS/Nが得られる見通しを示した。本論文では、これらの実験結果について報告する。

窒素15レーザー同位体分離に関する調査研究

石井 克典; 佐々木 紀樹; 須藤 収; 島崎 善広

PNC TN8420 93-002, 20 Pages, 1993/02

PNC-TN8420-93-002.pdf:0.39MB

分子レーザー法応用研究の一環として,窒化物燃料開発に必要となる窒素15のレーザー同位体分離技術について調査研究を行った。オンライン情報検索システムDIALOGにより文献検索を行い,実際に文献を入手して分離プロセス,作業物質,分離係数等を調査・検討した。文献調査により以下の結果を得た。色素レーザーによる光分解反応は一般に分離係数が高く,テトラジンを作業物質に用いた例では最大10000程度であった。炭酸ガスレーザー+紫外光による2段階励起光分解反応では,作業物質にアンモニア用いた例が分離係数が最大で,分離係数は10程度であった。炭酸ガスレーザーによる多光子解離反応は比較的分離係数が低く,分離係数は4が最大であった。レーザー誘起化学反応では,窒素と酸素から一酸化窒素を合成する反応を利用した例が分離係数が最大で,分離係数は600であった。

CO laser interferometer for electron density measurement in JT-60U tokamak

河野 康則; 長島 章; 石田 真一; 福田 武司; 的場 徹

Review of Scientific Instruments, 63(10), p.4971 - 4973, 1992/10

https://doi.org/10.1063/1.1143515

近年のJT-60やJT-60U等の核融合研究の進展により得られた高イオン温度モードやH-モードのように、電子密度に急峻な分布を有するプラズマに対して、さらに信頼性の高い電子密度計測が求められている。この目的で開発している炭酸ガスレーザ干渉計は、従来のアルコールレーザ干渉計と比較して1/10の波長のレーザ光を使用するため、急峻な分布や高電子密度プラズマにおいて安定な測定が可能である。またプラズマ中心付近を通る接線コードを選択したことにより、プラズマ位置が変化しても中心付近における密度情報を得ることができる。一方、レーザ伝搬光学系の振動補正用干渉計には赤外HeNeレーザ(=3.39m)を採用した。これによりプラズマに面した真空窓の曇りによるレーザ光の質の低下を軽減できる。干渉信号y高速位相比較器で位相情報となり、大型計算機で電子密度が計算される。(実効的な分解能はn=2.710m程度)以上の詳細について報告する。

多波長レーザー光の空間的結合技術の開発-光結合方法の検討

宮本 泰明; 萩原 正義; 長谷川 信; 島崎 善広

PNC TN8410 92-090, 38 Pages, 1992/04

PNC-TN8410-92-090.pdf:0.82MB

分子レーザー法ウラン濃縮技術において,波長可変な高気圧(TEMA)炭酸ガスレーザー光をSUP235/UF/SUB6の吸収ラインのある16ミューm帯に波長変換するためには,十分に増幅されたTEA炭酸ガスレーザー光との4波混合によるラマン変換技術が必要となる。4波混合を起こすためには2つのレーザー光を時間的・空間的に完全に重ねてラマンレーザーに入射することが重要である。そこで,本報告書では2波長以上のレーザー光を空間的に結合する技術に関する原理的,数値解析的検討を行った。その結果,分子レーザー法の4波混合ラマン変換におけるレーザー光結合技術としては,プリズム方式,グレーティング方式,部分反射ミラー方式及びエタロン方式が有望であることがわかった。また,グレーティング方式においてはレーザー光を円偏光化技術の確立,及び,結合に要する距離の短縮化が必要であることがわかり,エタロン方式ではエタロン間隔の制御技術の確立が重要であることがわかった。