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論文

JT-60Uの加熱用中性粒子ビーム中の酸素量とプラズマ中の酸素量との関係

仲野 友英; 小出 芳彦; 本田 敦; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 東島 智; 竹永 秀信; 久保 博孝

プラズマ・核融合学会誌, 81(9), p.708 - 716, 2005/09

中性粒子ビーム入射実験を開始した直後では中性粒子ビームには重水素に対して8%以上の酸素が含まれており、炉心プラズマに含まれる酸素量のうち約50%が中性粒子ビームに由来するものであった。中性粒子ビームに含まれる酸素量はビーム入射を重ねるごとに減少し、約850ショット後には約1%になった。このとき、プラズマに含まれる酸素量のうち中性粒子ビームに由来する酸素量は20%以下であった。中性粒子ビームから入射された酸素のプラズマにおける閉じ込め時間は0.18秒と評価された。

論文

Study of plasma wall interactions in the long-pulse NB-heated discharges of JT-60U towards steady-state operation

竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 東島 智; 仲野 友英; 久保 博孝; 木島 滋; 大山 直幸; 諫山 明彦; 井手 俊介; 藤田 隆明; et al.

Journal of Nuclear Materials, 337-339, p.802 - 807, 2005/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:28.49(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uでは、高性能プラズマの電流拡散時間以上の定常維持及びプラズマ壁相互作用の長時間スケールでの変化の解明を目的に、放電時間を従来の15秒から65秒へ、NB加熱時間を10秒から30秒に伸長した。本論文では、長時間放電を用いてダイバータ板・第一壁での粒子吸収率や不純物発生率等の長時間スケールでの変化、及びその粒子バランス,プラズマ性能,粒子挙動への影響について明らかにした。長時間放電実験の開始時には、ほぼ一定のガスパフ量で30秒間密度が一定に保たれており、粒子バランス解析からこの時のダイバータ板・第一壁での粒子吸収量はダイバータ排気量より大きいと評価される。数ショット長時間放電を繰り返した後の放電では、密度を一定に維持するためのガスパフ量が減少し始め、最終的にはガスパフなしでも密度が上昇した。この時の粒子バランス解析は、壁での粒子吸蔵量が飽和状態にあることを示唆している。このように放電途中に粒子吸収率が大きく変化する現象が、放電・加熱時間を伸長することではじめて観測された。粒子吸蔵量が飽和状態にある場合には、主プラズマ周辺での圧力の低下,タイプIII ELMの出現が観測された。また、X点近傍のCII発光強度や内側ダイバータでのCDバンド光の強度が、粒子吸蔵量が飽和状態になる前から増加し始めることが観測された。

論文

First wall issues related with energetic particle deposition in a tokamak fusion power reactor

飛田 健次; 西尾 敏; 小西 哲之; 佐藤 正泰; 田辺 哲朗*; 正木 圭; 宮 直之

Fusion Engineering and Design, 65(4), p.561 - 568, 2003/07

 被引用回数:19 パーセンタイル:19.69

核融合出力2GWのトカマク炉を想定して、プラズマから逃げ出す高エネルギーイオンの粒子束を定量評価し第一壁に及ぼす影響を検討した。高エネルギーアルファ粒子の粒子束は最大2$$times$$10$$^{18}$$m$$^{-2}$$s$$^{-1}$$に達し、タングステンアーマに対する損耗率は約20$$mu$$m/yrとなる。このことは、タングステンアーマがサイクル期間(約2年)中、残存するためには少なくとも100$$mu$$mの厚さが必要であることを示している。プラズマ中のD-D反応によって生成するトリチウムイオンが軌道損失によって壁に捕捉される量は7.5g/yrであり、トリチウム経済上は無視できる。トリチウムイオン粒子束は10$$^{15}$$-10$$^{16}$$m$$^{-2}$$s$$^{-1}$$となり大きな値ではないが、このような粒子束の高エネルギー水素イオン照射による材料の変質については理解されておらず、実験による材料健全性の確認が必要になることを指摘した。

論文

Hydrogen isotope behavior in in-vessel components used for DD plasma operation of JT-60U by SIMS and XPS technique

大矢 恭久*; 廣畑 優子*; 森本 泰臣*; 吉田 肇*; 児玉 博*; 木津 要; 柳生 純一; 後藤 純孝*; 正木 圭; 奥野 健二*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 313-316, p.209 - 213, 2003/03

 被引用回数:24 パーセンタイル:14.61

JT-60UのDD放電実験を行ったダイバータ領域のタイル(ドームユニット,外側ダイバータ,外側バッフル板)中の水素同位体分析について二次イオン質量分析法(SIMS)を用いて行った。また、グラファイト,ボロン,酸素の化学状態についてX線光電子分光法(XPS)を用いて分析した。その結果、タイル内部の水素,重水素量はドームユニット,外側バッフル板で高く、外側ダイバータでは低かった。これらの結果からグラファイトタイル中の水素濃度はDD放電実験時のタイル温度,イオンフラックスなどに大きく影響していると考えられる。また、XPSの結果より、ドームユニットの内側部分においてC-1sピーク位置の大きな変化が見られ、タイル表面では炭化水素が形成されていることが示唆され、これらの結果はSIMSの分析結果とよく一致する結果であった。また表面にはボロニゼーションの結果堆積したと考えられるボロンも存在していることが明らかとなった。

論文

Study on deuterium permeation through copper and F82H low activation steel by ion implantation

中村 博文; 洲 亘; 林 巧; 大平 茂; 西 正孝

Fusion Science and Technology, 41(3), p.887 - 891, 2002/05

核融合炉のプラズマ対向機器(PFC)から冷却材へのトリチウム透過量の予測手法の確立を目的として、プラズマ対向材料及び冷却管材料の候補材である低放射化フェライト鋼(F82H)と無酸素銅(OFCu)に関し、DTプラズマに曝された場合のトリチウム透過を模擬した低エネルギー重水素イオン注入試験を行い、重水素透過特性について研究した。透過試験は、0.2mm厚のF82H膜及び0.05mm厚のOFCu膜を試料とし、試料温度,イオンフラックス及びイオンエネルギーを関数として実施し、各試験条件における重水素透過の律速過程の同定を行った。実験の結果、F82H中の透過は、入射側-透過側で表面再結合過程により律速されていることが判明した。一方、OFCuに関しては、低温で入射側-透過側共に拡散過程で律速されており、高温においては入射側再結合過程、透過側拡散過程で律速されていることが判明した。本結果は、別途行った計算コードによるシュミレーションによっても確認された。

論文

フェライト鋼壁材料

佐藤 正泰

プラズマ・核融合学会誌, 75(7), 883 Pages, 1999/07

プラズマ・核融合学会誌における用語解説である。フェライト鋼壁材料は、将来の核融合炉のブランケット第一壁構造材料として、有力候補である低誘導放射化フェライト鋼を指す。低誘導放射化フェライト鋼は、低放射化、熱伝導性、耐照射性等の特性を有しており、核融合炉構造材料の候補の一つになっている。しかしながら、フェライト鋼は強磁性体であり、フェライト鋼が作り出す不整磁場がプラズマ生成・制御及び閉じ込め特性に悪い影響を与えることが懸念されている。低誘導放射化フェライト鋼を実用化するまでには、中性子照射による材料特性変化、フェライト鋼による不整磁場、トロイダル磁場リップル低減の実証等の評価に加えて、フェライト鋼-プラズマ壁相互作用の究明等の課題がある。

論文

Investigation of plasma facing components in JT-60U operation

正木 圭*; 安東 俊郎; 児玉 幸三; 新井 貴; 閨谷 譲; 芳野 隆治; 辻 俊二; 柳生 純一; 神永 敦嗣; 笹島 唯之; et al.

Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.390 - 394, 1995/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:17.2

最近のJT-60U実験では、高パワーNBI、LHRFの使用によりプラズマ壁相互作用が激しくなっている。昨年6月、ダイバータ近傍のCFC製第一壁タイルが破損した。この原因は、ディスラプション時のハロー電流による電磁力と考えられる。このタイルの破断に必要な荷重から推定すると、ハロー電流値は約20kAとなる。また、破損したタイルが放電中にポロイダル方向に高速で運動する現象が観測された。昨年8月には、ボルトの緩みにより、ダイバータタイル1枚が離脱し、7枚に深いエロージョンが確認された。昨年11月、ベータ線後方散乱測定法を用いて、ダイバータタイル表面の金属不純物量を測定した。その結果、一昨年と同じ測定部の表面に金属が多く残っており、エロージョンは主にタイルのエッジに集中していることが解った。また、1年間の運転の後でも炭化ボロン層が残っていることも確認された。

論文

Deuterium analysis by rotatable collect or probe in JFT-2M scrape-off layer

中島 雅*; 北村 晃*; 古山 雄一*; 前野 勝樹; 仙石 盛夫; 前田 彦祐

Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.361 - 364, 1995/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:69.9

カーボン試料中の重水素分布の時間変化を調べた。定常状態においては、その分布は二成分であり、これはセパラトリクスとリミタ表面に起因している。放電初期の分布は時間積分した分布に対して無視できない程度に大きいことが分った。放電後期においては、主プラズマ閉じ込めの劣化に伴って、より平坦になった分布が観測された。全放電にわたって、スクレイプオフ層における粒子の時間的空間的なふるまいと主プラズマとの関係を論じた。

論文

ヘリウムの輸送・排気に関する国際ワークショップ報告とアメリカ合衆国におけるプラズマ・壁相互作用研究の話題

中村 博雄

核融合研究, 66(3), p.326 - 335, 1991/09

本報告は、平成3年4月16日から18日の間、アメリカ合衆国テネシー州がトリンバーグで、オークリッジ国立研究所およびユーリッヒ中央機構プラズマ物理研究所の共催により開催された、ヘリウムの輸送と排気に関するワークショップの内容について述べたものである。JT-60、JET、DIII-D、TEXTOR等のトカマク装置からの参加を含め43人の参加者であった。発表は、概説、実験結果、モデリング、計測および将来計画等にわけられる。JT-60からは、ヘリウムビームによる中心粒子補給を用いた実験結果について発表した。JETからは、Hモード放電の報告があった。DIII-Dトカマクの実験は、これからである。また、米国のプラズマ壁相互作用研究の現状の調査も行なった。DIII-Dではボロンコーティングを計画中であった。酸素不純物対策に重点が移っている。

論文

JT-60 Experiment

JT-60チーム; 岸本 浩

J.Nucl.Mater., 145-147, p.41 - 47, 1987/00

JT-60の初期OH実験は、1985年4月~6月の3ヵ月間実施した。この初期実験で、JT-60はダイバータ配位及び固定リミタ配位のいずれについても、1.6MAの放電を達成し、電子密度も4.8$$times$$10$$^{1}$$$$^{9}$$個/m$$^{3}$$を得た。その後、装置の運転を停止してNBI20MW、RF10MWの全加熱装置及び主要計測装置の据付工事を行い、1985年末に完了した。 JT-60の第II期OH実験は1986年2月に開始し、同年8月には過熱装置との結合試験に進む予定である。 JT-60は、不純物制御と加熱時の閉じ込め特性改善のためにダイバータをもち、第1壁は20ミクロンの厚みのTiCを被覆したモリブデンあるいはインコネル製である。 将来の加熱効率最適化のための第1壁の評価実験を計画している。

報告書

Plasma Wall Interactions in Ohmically Heated Discharge of JT-60 Tokamak

中村 博雄; 安東 俊郎; 新倉 節夫*; 新井 貴; 山本 正弘; JT-60チーム

JAERI-M 86-173, 34 Pages, 1986/11

JAERI-M-86-173.pdf:1.51MB

JT-60のジュ-ル実験におけるプラズマ・壁相互作用に関する実験結果について述べた。JT-60では、第1壁が全て20$$mu$$m厚さのTiCで被覆されている。そのため、放電洗浄、リサイクリング等の特性に、TiC被覆第1壁の興味有る特徴が見られた。リミタ放電においても、密度制御が容易であることが判った。ダイバ-タ板でのリモ-トク-リングによる熱負荷の軽減が観測された。実験後の第1壁観察により、第1壁の大きな損傷は、約10000個の第1壁部材中の僅か1個である事が判った。また、粒子制御実験として、ポンプリミタおよびダイバ-タ排気実験を行ない、有効性を明らかにした。

論文

Effect of scrape-off plasma on modification of TiC-coated surface

前野 勝樹; 木内 清; 大塚 英男; 山本 新; 仙石 盛夫; 小川 宏明; 中村 博雄

J.Nucl.Mater., 138, p.138 - 141, 1986/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:11.19

MoにTiC被覆した試料をJFT-2Mプラズマにさらし、AES,XPSを用いて表面分析を行った。その結果壁材が試料表面に積っていること、酸素の組成が増加していること、TiCがTiO$$_{2}$$,Ti(CHx)$$_{Y}$$,Tn(CO)$$_{Y}$$等に変化していること等が明らかとなった。プラズマ壁相互作用による不純物の混入を考察する場合、化学変化したTiCとプラズマとの相互作用を考慮することが大切である。

論文

Mechanism of light-impurity release in a tokamak

前野 勝樹; 山本 新; 平山 俊雄; 小川 宏明; 大塚 英男; 松田 俊明

Japanese Journal of Applied Physics, 25(7), p.L604 - L606, 1986/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:91.03(Physics, Applied)

スクレィプオフ層の電子温度と不純物ガスの分圧とに対する分光強度の依存性を調べることから、軽元素不純物の発生機構を明らかにする。軽元素不純物からの分光強度は電子温度に比例し、HH$$_{4}$$,CO,CO$$_{2}$$,H$$_{2}$$O等の分圧に依存しない。計算機シュミレーションによると、その分光強度は軽元素不純物の流入束に比例する。これらのことから係元素不純物の流入機構は物理スパッタリングと考えられる。壁材料側から軽元素不純物を低減するためには、物理スパッタリングの小さい低Z材を選ぶことが大切である。

報告書

電子衝撃による2次電子放出率(I); 測定装置の概要および測定例

荻原 徳男; 新井 貴; 岸田 晴生*

JAERI-M 82-123, 23 Pages, 1982/09

JAERI-M-82-123.pdf:0.65MB

JT-60など核融合をめぎしているプラズマ実験装置においては、プラズマ壁相互作用に強い関心をいだいている。本報告では、この相互作用の素過程のうち、2次電子放出率を論じる。2次電子放出率は周辺プラズマの平均温度と結びついてシースポテンシャルを決定する。2次電子放出には1次ビームがイオンの場合と電子の場合がある。プラズマ壁相互作用においては電子の方が主たる役割を演ずる。ところで、従来の測定データにはエネルギー範囲と表面状態の2点で問題がある。そこで、電子衝撃による2次電子放出率の測定装置を試作した。本報告では、試作した装置の概要と測定結果の一部について述べる。SUS304およびMoの場合とも洗浄化処理により2次放出率は減少し、一定の値におちつくことがわかった。また、どちらの場合にも、150~200keV以上1keV程度まで2次電子放出率は1を超えることがわかった。

論文

Plasma parameters related to arc initiation on the tokamak first wall

大塚 英男; 前野 勝樹; 鈴木 紀男; 木島 滋; 山本 新; 荻原 徳雄

Nuclear Fusion, 22(6), p.823 - 826, 1982/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:35.14(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクプラズマに不純物が混入する過程の一つであるユニポーラアークについて、関連する周辺のプラズマのパラメータを調べその原因を究明した。結果として、パルス状の逃走電子の発生及びプラズマ柱の急激な動きがアークの発生をもたらしていることが明らかとなった。これらの現象はプラズマの不安定時の特徴であり、プラズマを安定に保持することにより将来のトカマクにおいてもユニポーラアークは主要な不純物源にはならないという結論が得られた。

論文

Molybdenum,carbon and silicon carbide limiter experiment in the JFT-2 tokamak

五明 由夫*; 木島 滋; 藤沢 登; 河西 敏; 前野 勝樹; 鈴木 紀男; 平山 俊雄; 嶋田 道也

Japanese Journal of Applied Physics, 18(7), p.1317 - 1324, 1979/00

 被引用回数:8

モリブデン、カーボン、シリコンカーバイトの3種類のリミタをJFT-2装置でテストした。放電のマクロな性質には差を見つけることはできなかった。ただし、後二者のリミタでの放電では炭素の増加が認められた。リミター表面の温度は最高で1900$$^{circ}$$Cに達したが、プラズマとリミターとのケミカルな相互作用を示すような結果ではなく、むしろ物理的なスパッタリングによる炭素の流入である。

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