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佐藤 文明*; 森山 伸一; 横倉 賢治; 篠崎 信一; 平内 慎一; 鈴木 康夫*; 関 正美
平成14年度東京大学総合技術研究会技術報告集, 3 Pages, 2003/03
JT-60電子サイクロトロン加熱(ECH)装置においてプラズマ加熱及び電流駆動効率を高めるためには偏波の最適化が必要であり、そのためには偏波測定が不可欠である。これまでの偏波測定では膨大なデータを収集するために長期に及ぶ作業を必要とし、またすべて手作業で行われていたために測定が安定しないなど幾つかの問題点を抱えていた。そこで今回、偏波測定におけるデータ取得及び収集を改善するため偏波器の実時間制御プログラムを作成し、データーロガーでパソコンに取り込むことにより測定を自動化した。その結果、以前の測定方法に比べ測定効率を飛躍的に向上させることができた。
諫山 明彦; 長崎 百伸*; 井手 俊介; 福田 武司*; 鈴木 隆博; 関 正美; 森山 伸一; 池田 佳隆; JT-60チーム
AIP Conference Proceedings 694, p.321 - 324, 2003/00
高ベータトカマクプラズマにおいては自発電流により新古典テアリングモード(NTM)が発生する可能性がある。NTMは閉じ込め性能を劣化させるので、電子サイクロトロン(EC)加熱/電流駆動により安定化することを考えている。JT-60Uでは、電子温度揺動分布から磁気島中心を実時間で検出しEC電流駆動を行うシステムを開発し、高ベータ領域(
, 
)における新古典テアリングモードを完全に安定化し、ベータ値や閉じ込め改善度を上昇させることに成功した。また,ECをNTM発生前に入射(「早期EC入射」と呼ぶ)したときのNTMの揺動レベル及び成長速度を調べた。その結果、早期EC入射によりNTMの揺動レベルや成長速度が抑えられることが明らかになった。
竹永 秀信; JT-60チーム
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00
JT-60Uにおける電子加熱及び低中心粒子補給率での、内部輸送障壁の形成条件及び輸送特性について報告する。電子サイクロトロン加熱による電子加熱時における電子温度の内部輸送障壁形成条件について調べた結果、負磁気シアプラズマでは1MW程度の加熱パワーで強い内部輸送障壁が形成されたが、弱正磁気シアプラズマでは3MWでも強い内部輸送障壁は形成されなかった。次に、中性粒子ビームによるイオン加熱で内部輸送障壁を形成した後に電子サイクロトロン加熱を行い、その時の輸送特性について調べた。負磁気シアプラズマでは、強い内部輸送障壁はそのまま維持され、電子加熱条件下でも高い閉じ込め性能が得られた。また、電子サイクロトロン加熱と同時に中性粒子ビームパワーを低減して低中心粒子補給率としたが密度の内部輸送障壁は維持され、密度勾配による大きな新古典内向き対流速度により、アルゴン等の不純物は内部輸送障壁内に蓄積したままであった。一方、弱正磁気シアプラズマでは、イオン温度の内部輸送障壁が劣化することが観測された。また、アルゴンを入射した弱正磁気シアプラズマでは、密度分布の平坦化が観測され、同時に内部輸送障壁内に蓄積したアルゴンも排出された。これは、密度勾配の減少に伴う新古典内向き対流速度の減少で説明可能である。
小川 俊英; 星野 克道; 金澤 貞善*; 三枝 幹雄*; 井戸 毅*; 川島 寿人; 糟谷 直宏*; 高瀬 雄一*; 木村 晴行; 三浦 幸俊; et al.
Nuclear Fusion, 41(12), p.1767 - 1775, 2001/12
被引用回数：35 パーセンタイル：70.95(Physics, Fluids & Plasmas)JFT-2Mでは、世界で初めて速波電流駆動用に進行波型(コムライン)アンテナを用いた実験を行い、新しい応用の実証を行っている。電子サイクロトロン加熱中のプラズマで、方向性の高い速波入射により少なくとも10keV以上の高エネルギー電子がプラズマ中心に生成されることを確認した。電流駆動方向を変えた放電を比較したが、ループ電圧、軟X線スペクトルに顕著な差は見られず、駆動電流の評価には至っていない。2周波数同時入射によって励起されるビート波が作るPonderomotiveポテンシャルを重イオンビームプローブ計測を用いて測定することに成功した。0.4
r/a1.0の範囲でポテンシャルの空間分布が測定でき、速波の電磁界分布の直接測定法として使える可能性を示した。コムライン・アンテナが作る高周波電界により、広いトロイダル磁場範囲でプラズマが生成できることを実証した。
今井 剛; 小林 則幸*; Temkin, R.*; Thumm, M.*; Tran, M. Q.*; Alikaev, V.*
Fusion Engineering and Design, 55(2-3), p.281 - 289, 2001/07
被引用回数：52 パーセンタイル：94.92(Nuclear Science & Technology)ITERの加熱電流駆動装置の主要候補の一つである電子サイクロトロン加熱・電流駆動装置の実現に不可欠な170GHzの1MWジャイロトロンと真空窓の開発に関して、ITER・EDA期間中に得られた、4極(日本,EU,ロシア,米国)の開発成果をまとめたものである。EDA前には、困難と考えられていた性能を、エネルギー回収技術や人工ダイヤモンド窓技術等の開発により、EC加熱電流駆動装置に必要な1MW,連続の170GHzの発振・伝送技術を可能にした。
諫山 明彦; 池田 佳隆; 井出 俊之; 鈴木 隆博; 森山 伸一; 高橋 幸司; 梶原 健; 及川 聡洋; 濱松 清隆; 鎌田 裕; et al.
AIP Conference Proceedings 595, p.267 - 274, 2001/00
JT-60Uでは1999年よりECRF実験を開始し2000年には入射装置を3ユニットに増強した。各ユニットは、CPDジャイロトロン,計2枚のダイアモンド窓,可動鏡,偏波偏光器,コルゲート導波管等から構成されている。入射パワー・入射時間とも着実に進展し2000年には3ユニットから3秒間入射することに成功した。このECRF装置を用いて次の結果が得られた。(1)新古典テアリング不安定性の完全な抑制に成功した。最適な入射角は放電中の可動鏡スキャンにより決定した。また、実時間で不安定性を検出しEC波を入射する制御システムを構築して安定化実験も行った。(2)EC波による駆動電流分布を実験的に評価し計算コードの結果とよく一致することを示した。(3)EC波の入射方向や入射位置を変えることにより鋸歯状振動が制御できることを示した。
三枝 幹雄*; 武井 奈帆子*; 金澤 貞善*; 菊池 祐介*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 今井 剛
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.383 - 386, 2000/00
トカマクにおける電子サイクロトロン加熱及び電流駆動の高効率化、さらに、高周波加熱結合系の簡素化をめざして、深溝型偏波板を考案し、その効率的な使用法を提案した。加熱・電流駆動の最適化には、入射角度に応じた偏波を持たせることが必要である。このために、トカマク・プラズマ表面に任意の角度で最適な偏波を入射できる偏波板の結合特性を、数値計算により評価した。
春日井 敦; 坂本 慶司; 恒岡 まさき; 假家 強*; 今井 剛; Braz, O.*; Thumm, M.*; J.R.Brandon*; R.S.Sussman*; A.Beale*; et al.
Review of Scientific Instruments, 69(5), p.2160 - 2165, 1998/05
被引用回数：68 パーセンタイル：95.24(Instruments & Instrumentation)ITER工学R&Dのもとにドイツのカールスルーエ中央物理研究所と共同で、化学気相成長法による大口径ダイヤモンドディスクの大電力高周波実験を、原研のジャイロトロン試験装置を用いて行った。ダイヤモンドは低い高周波損失係数(0.5~2
10
)、非常に高い熱伝導率(常温において銅の約5倍)を持つので、水による周辺冷却が可能であり、ジャイロトロンなどの大電力高周波窓として最適である。実験では170GHz、110kW、10秒の高周波を、周辺と水冷却した直径96mm、厚さ2.23mmのダイヤモンド窓に入射し、中心部の温度上昇が約40Kで安定することが確認でき、計算結果とよい一致を示した。この結果からダイヤモンド窓はITER用で用いる1MWの大電力高周波窓として有望であることが確かめられた。
高橋 幸司; 春日井 敦; 坂本 慶司; 恒岡 まさき; 今井 剛
Japanese Journal of Applied Physics, 35(8), p.4413 - 4416, 1996/08
被引用回数：5 パーセンタイル：30.93(Physics, Applied)電子サイクロトロン加熱(ECH)用ジャイロトロンの開発を行う上で、その高周波窓の開発が最重要項目の一つとして考えられている。高周波窓として人工サファイアを使用しているが、高周波がサファイア窓を通過する際、誘電損失により窓が発熱し温度が上昇する。それにより窓の誘電率の変化が生じ、高周波の反射が窓表面で起きてジャイロトロン発振に悪影響を及ぼす可能性がある。今回の低出力伝送実験における高周波の透過率の措定から、サイファイア窓の誘電率(常温時は9.4)が温度上昇によってどのように変化するかを調べた。170GHzで窓温度が300Kから630Kまで上昇したとき、高周波の透過率45%減が測定された。このときの熱膨張による窓の厚みの変化に起因する反射と窓での誘電損失による透過率の減少を評価したが、それらは無視し得るほどに小さく、透過率減少の原因として誘電率の変化が支配的であるという結論に至った。630Kまでの上昇で、誘電率が9.4から10.0まで変化していることが分かった。また論文の中で、誘電率の温度依存性を考慮したサファイア窓設計の一例が述べてある。
坂本 慶司; 春日井 敦; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 今井 剛; 假家 強*; 林 健一*
Journal of the Physical Society of Japan, 65(7), p.1888 - 1890, 1996/07
被引用回数：19 パーセンタイル：81.95(Physics, Multidisciplinary)ITER等の核融合プラズマの電子サイクロトロン加熱・電流駆動用発振源である170GHz帯大電力長パルスジャイロトロンの開発に先駆けて、超高次の導波管モード(体積モード)を用いた発振の物理的検証を行うために短パルス(1ミリ秒以下)で動作する小型の発振検証用ジャイロトロンを製作し、発振特性実験を行った。その結果、TE31,8モードにおいて、ビーム電圧88kV、ビーム電流45Aで出力1.13MWの安定な単一モード発振を達成した。最高効率は30%であった。また、磁場、ビーム半径を制御することにより、発振モードを制御できることを実験的に明らかにした。このように高次のモードであっても、発振は極めて安定であり、今後の1MW、170GHzジャイロトロンの開発に対し極めて明るい見通しが得られた。
坂本 慶司; 恒岡 まさき; 春日井 敦; 高橋 幸司; 今井 剛; 假家 強*; 林 健一*; 満仲 義加*; 平田 洋介*
プラズマ・核融合学会誌, 71(10), p.1029 - 1037, 1995/10
核融合プラズマの電子サイクロトロン加熱/電流駆動用発振源である電圧降下型高効率ジャイロトロンの開発を行った。発振周波数は110GHz、発振モードは回廊モード(TE22,2モード)である。発振に使用された後の電子ビームの残留エネルギーを静電的に回収することにより、出力610kW、パルス幅50ミリにおいて効率を30%から50%に向上させることに成功した。また、350kW、5秒運転でも効率48%を達成した。このエネルギー回収時における電子の挙動を調べ、ジャイロトロンに閉じ込められた低速電子もジャイロトロン内ミリ波で加速されたジャイロトロン外に吐き出され、安定な発振を保証することが明らかとなった。このエネルギー回収型ジャイロトロンの成功により、効率の向上、冷却系の簡素化、ジャイロトロン自身の簡素化ができることになり、核融合用ECHシステムの開発に大きな見通しが得られた。
岡本 正*; 今井 剛
信学技報, 94(405), p.27 - 33, 1994/12
核融合のプラズマ加熱用ジャイロトロンの開発に、日、米、欧、露が、しのぎを削っている。体積モード動作やモード変換機内蔵等の大電力ジャイロトロンに不可欠な技術は、確立されつつある。また、原研と東芝が共同開発を進めたエネルギー回収型ジャイロトロンで、大電力、長パルス(420kW/3.3s、350kW/5s)で、総合効率48%の発振に成功した。この成果を中心に、核融合用ジャイロトロンの開発状況を報告する。
山本 巧; 恒岡 まさき; 坂本 慶司; 木村 晴行; 永島 孝; 真木 紘一*; 斉藤 靖*; 大野 忠男*; 伊藤 保之*
JAERI-M 91-194, 41 Pages, 1991/11
FERのための電子サイクロトロン波システムの物理的仕様と技術的な可能性を検討して、概念設計を行った。プラズマ中心の高電力密度電子加熱及びプラズマ電流立ち上げの高性能化として、20MW、140GHzの電子サイクロトロン波システムを検討した。また、ITERの電子サイクロトロン波システムの概念設計に対する日本の貢献について述べる。
後藤 正治*; 坂本 慶司; 永島 孝
JAERI-M 87-208, 39 Pages, 1988/01
電子サイクロトロン加熱用コンポーネントの開発の一環として、120GHz帯ミリ波の測定用TE
-TE
モード変換器と200KWTEモード方向性結合器の設計の為の計算を行い、各部の寸法及び精度を決定した。
山本 巧; 星野 克道; 川島 寿人; 上杉 喜彦; 森 雅博; 鈴木 紀男; 太田 完治*; 的場 徹; 河西 敏; 河上 知秀; et al.
Physical Review Letters, 58(21), p.2220 - 2223, 1987/00
被引用回数：26 パーセンタイル：79.55(Physics, Multidisciplinary)電子サイクロトロン波がf
/2f
≒0.74の条件下で、高速電子を加熱していることが観測され、軟X線及び電子サイクルトロン放射の測定によって、相対論を考慮した電子サイクロトロン共鳴条件を満足する電子が選択的に加熱されていることが示された。さらに、低域混成波電流駆動によるプラズマ中での電子サイクロトロン加熱によって、65kA/sのプラズマ電流の立ち上げが実証された。
星野 克道; 山本 巧; 川島 寿人; 上杉 喜彦; 河西 敏*; 河上 知秀; 的場 徹; 松田 俊明; 松本 宏; 三浦 幸俊; et al.
JAERI-M 86-076, 16 Pages, 1986/05
JFT-2Mトカマクの60GHzニ倍高調波電子サイクロトロン加熱(ECH)の初期実験時におけるエネルギ-閉じ込め時間の評価及び粒子閉じ込めに関連する現象について報告する。(これは、高周波加熱と電流駆動中の輸送現象に関する日米ワ-クショップ,京都大学,1985年12月16~18日における発表内容である。)
新井 宏之*; 後藤 尚久*; 山本 巧
JAERI-M 86-061, 29 Pages, 1986/03
ジャイロトロン出力モニタ-用としての多孔方向性結合機の解析を行った。孔部の壁厚及び孔間の相互作用の効果を調べる為に、導波管結合機を電磁界の境界値問題として扱い、導出された積分方程式を数値的に解いた。非共振ニ孔結合機の設計を行い、そのモ-ド選択性を評価した。
星野 克道; 山本 巧; 船橋 昭昌; 鈴木 紀男; 的場 徹; 山内 俊彦; 松本 宏; 河上 知秀; 木村 晴行; 木島 滋; et al.
Journal of the Physical Society of Japan, 54(7), p.2503 - 2515, 1985/00
被引用回数：12 パーセンタイル：69.94(Physics, Multidisciplinary)JFT-2トカマクにおいて電子サイクロトロン加熱(ECH)および予備電離を28GHz200kWのジャイロトロンを用いて行なった。三種類のモードが異なったアンテナより入射された。すなわち、高磁場側からの異常波の入射,低磁場側からの正常波の入射および上部からのTE
モードの入射である。異常波の斜め入射が最大の中心加熱をもたらし、これは理論と一致する。入射される波の偏波および上ハイブリッド共鳴層におけるモード変換が加熱に寄与することが示された。
佐井 拓真*; 松原 史明*; 滝井 啓太*; 小山 岳*; 三枝 幹雄*; 小林 貴之; 森山 伸一
no journal, ,
核融合プラズマの加熱電流駆動方式の一つである電子サイクロトロン電流駆動方式において、電流駆動効率を最大にするためには、入射電磁波を磁力線に対して最適な角度でかつ、特定の楕円偏波で入射する必要がある。最適な楕円偏波を発生させるには、2個の反射型回折格子(TwisterとCircular Polarizer)を用いた偏波器が必要である。従来は単一の周波数に対応した偏波器が用いられていたが、近年、2周波数ジャイロトロン(110,138GHz)の開発に伴い、広帯域で利用可能な偏波器が必要となった。まず数値計算で最適設計を行った後、TwisterとCircular Polarizerのモックアップを設計・製作し、低電力試験で偏波特性を求め、この2枚を組み合わせて生成される偏波をポアンカレ球上にプロットし、全ての偏波が生成可能であることを確認した。また大電力試験をジャイロトロンの発振周波数110GHz、出力約0.24MW、発振幅3sまで行い、偏波器のジュール損失の回転角依存性が理論と矛盾しないことを確認することができた。
出射 浩*; 森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 坂口 政嗣*; Kasparek, W.*
no journal, ,
急峻な分波器特性によって、わずかな周波数制御で経路変更できる2周波数動作式の高速ミリ波切替器が検討されている。方形コルゲート導波管を用いた高速ミリ波切替器の分波器が、JT-60SA ECHCDシステムの2周波数運転に向けて設計された。2周波数動作では分波器が重要であり、マッチング係数解析に基づき、分波器の拡張動作領域が調べられた。2周波数で高いマッチング係数(
0.9)をもつ動作領域が見つかり、新たな運転パラメータが提案された。方形コルゲート導波管からの放射電界評価で、大ききサイドローブがないことも確認された。ここでは、2重ループ共振器システムが提案された。
佐井 拓真*; 松原 史明*; 石田 義貴*; 三枝 幹雄*; 小林 貴之; 森山 伸一
no journal, ,
2周波数ジャイロトロン(110,138GHz)の開発に伴い、広帯域で使用可能なJT-60SA電子サイクロトロン波帯加熱電流駆動装置用の偏波器の開発を行った。広帯域マイターベンド型偏波器はTwisterとCircular Polarizerで構成されており、低電力用モックアップ偏波器を用いて、2周波数において任意の偏波が調整可能であることを低電力試験及び計算により確認した。次に110GHz, 0.25MW, 3sでの大電力試験を行い、偏波器とマイターベンド部分での耐電力特性とジュール損失の回転角依存性の評価を行った。また、大電力試験用Twisterの低電力試験を行い、楕円長軸の回転角τが任意に調整可能であることを確認すると同時に、偏波器の小型化・低コスト化を目指して、構造設計の見直して、及びその構造での熱応力解析を行った。その結果、大電力偏波器の小型軽量化に一定の目途がついた。
