新型コロナプローブの開発

中村 暢彦; 沓掛 健一; 松田 誠

JAEA-Technology 2019-022, 20 Pages, 2020/03

JAEA-Technology-2019-022.pdf:1.73MB

タンデム加速器(静電加速器)は、発生する電圧を制御することによって、連続した任意のエネルギーのイオンビームを容易に得ることができるという利点を持っている。したがって、当施設の加速器制御システムで運用しているスケーリング運転と連動制御を用いて、発生する電圧の制御を自動化することができれば、ビームエネルギーの制御も自動化できる。電圧制御を自動化するためには開発を進めるべき要素がいくつかある。重要な要素の1つとして、タンデム加速器の電圧を制御しているコロナプローブの位置調整を自動化しなければならない。しかしながら、旧型のコロナプローブでは、制御方式や精度の面で、自動化することは困難であった。そこで、我々はこれらの面を改良した新たなコロナプローブを開発した。新型コロナプローブは新たな制御方式, 駆動機構および位置検出機構を用いることで、位置調整の自動化、位置精度の向上、整備性の向上を達成することができた。本報告では、この新型コロナプローブの開発について詳細に述べる。

Predoping effects of boron and phosphorous on arsenic diffusion along grain boundaries in polycrystalline silicon investigated by atom probe tomography

高見澤 悠; 清水 康雄*; 井上 耕治*; 野沢 康子*; 外山 健*; 矢野 史子*; 井上 真雄*; 西田 彰男*; 永井 康介*

Applied Physics Express, 9(10), p.106601_1 - 106601_4, 2016/10

https://doi.org/10.7567/APEX.9.106601

The effect of phosphorus (P) and boron (B) doping on arsenic (As) diffusion in polycrystalline silicon (poly-Si) was investigated using laser-assisted atom probe tomography. In all samples, a high concentration of As was found at the grain boundaries, indicating that such boundaries represent the main diffusion path. However, As grain-boundary diffusion was suppressed in the B-doped sample, and enhanced in the P-doped sample. In a sample co-doped with both P and B, As diffusion was somewhat enhanced, indicating competition between the effects of the two dopants. This can be explained by the pairing of P and B atoms. The results suggest that grain-boundary diffusion of As can be controlled by varying the local concentration of P and B dopants.

Local measurements of 3-D bubble velocity vector, bubble diameter and interfacial area concentration in a vertical large diameter square duct

Shen, X.*; 日引 俊*; 孫 昊旻; 中村 秀夫

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 10 Pages, 2014/11

新型沸騰水型原子炉ESBWRの炉心上部のチムニーなど大口径の垂直矩形流路では、気液2相流の液相速度勾配や気泡分布は大口径円管と異なる可能性がある。一方、大口径の矩形流路内については、ボイド率や液相速度、気泡径などの分布に関する報告はあるが、3次元気泡速度や界面積濃度等の流れ構造を詳細に示すパラメータについては報告がなされていない。本研究では、安全解析に用いる流動モデルの信頼性向上等に資するため、それらの詳細計測を行った。実験では、1辺が100mmの正方形断面テスト部を用いて鉛直上昇流のボイド率、界面積濃度、気泡径や3次元気泡速度など主要パラメータの断面内分布を4センサ光プローブを用いて計測し、液流量の増加に伴って、ボイド率と界面積濃度の分布が壁面ピークから管中心ピークに変化することや、主流方向の気泡速度が管中心ピーク分布を持つ結果を得た。更に、断面内の気泡速度分布の結果から、断面内循環流が対称8分の1三角形領域に存在し、液流量に伴って速度が増加することを明らかにした。

HCM12A Cr-rich oxide layer investigation using 3D atom probe

菊地 賢司*; 岡田 徳行*; 加藤 幹雄*; 内田 博*; 斎藤 滋

Journal of Nuclear Materials, 450(1-3), p.237 - 243, 2014/07

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.09.011

加速器駆動未臨界炉(ADS)のビーム入射窓及び構造材料候補材の一つである12Crのフェライト・マルテンサイト鋼(HCM12A)について、3次元アトムプローブ(3DAP)を用いて鉛ビスマス中でHCM12A鋼の表面に形成した酸化物層の構造を調べた。試験材は、三井造船の材料腐食ループにおいて450-500Cの鉛ビスマス中で5,500時間使用された試験片ホルダー部から採取したものである。酸化物層は外側にマグネタイト(FeO)層、内側に鉄-クロムのスピネル層((FeCr)O)の2重構造で、全体の厚さは約18mであった。3DAP用試料はこれらの層の境界から500-700nm離れたスピネル層から製作した。3DAP分析の結果、クロムと酸素濃度が高く、鉄濃度が低い約10nm程度の領域が観測された。クロム高濃度領域の周囲ではシリコンも高濃度であった。スピネル層中の鉛及びビスマス濃度は検出限界以下であった。

Driving mechanism of sol plasma flow and effects on the divertor performance in JT-60U

朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 櫻井 真治; Porter, G. D.*; Rognlien, T. D.*; Rensink, M. E.*; 清水 勝宏; 東島 智; 久保 博孝

Nuclear Fusion, 44(4), p.503 - 512, 2004/04

https://doi.org/10.1088/0029-5515/44/4/004

境界層(SOL)におけるプラズマ流は粒子排気や不純物制御へ影響し、その発生機構の解明とダイバータ・プラズマへの影響の評価が求められている。本論文は、プラズマ流の方向や速度を2か所での測定結果から明らかにするとともに、ダイバータへ輸送される粒子束を、強磁場側と低磁場側で初めて定量的に評価した。さらに、ドリフト効果を導入したSOLプラズマ・シミュレーション計算(UEDGE)を行い、測定された流速分布や逆流の発生などの現象が、定性的に再現されることを見いだした。さらに、プライベート部におけるドリフト流による粒子束も評価し、ダイバータ粒子束の内外非対称性が発生する原因であることを明らかにした。実験炉ITERにおけるダイバータ設計の最適化のために、ドリフト効果の検討が必要であることを示唆した。さらに、ガスパフとダイバータ排気を行う際、高磁場側でのSOL流と粒子束が増加することにより、主プラズマ中の不純物イオンを低減することを初めて明らかにした。

Evaluation of ion temperature using ion sensitive probe in the boundary plasma of the JFT-2M tokamak

上原 和也; 福本 亮介*; 津島 晴*; 雨宮 宏*

Journal of the Physical Society of Japan, 72(11), p.2804 - 2810, 2003/11

https://doi.org/10.1143/JPSJ.72.2804

静電プローブによる強磁場中のイオン温度の有力な測定法であるイオンセンシティブプローブの性能を拡張する目的でイオンセンシティブプローブの電子障壁の有限幅を考慮した粒子シミュレーションを行った。電子障壁の高さhに対するイオン電流の依存性を計算して、実験的に得られるイオン電流-h特性からより正確にイオン温度を評価できることが示された。hがリモート制御できるような改造型のイオンセンシティブプローブをJFT-2Mのプラズマに適用し、オーミック加熱時及びL/H遷移時のイオン温度を測定することに成功した。

Transport model of boundary plasma and evaluation of transport coefficients

上原 和也; 前田 満; 津島 晴*; 雨宮 宏*

Journal of the Physical Society of Japan, 72(1), p.94 - 100, 2003/01

https://doi.org/10.1143/JPSJ.72.94

周辺プラズマの輸送モデルについての研究の集大成である。トカマクの周辺プラズマにおける磁気面に垂直な輸送が、粒子保存則及びエネルギー保存則を用いて評価される。従来のモデルに電離と荷電変換による損失項を加えさらに温度勾配による輸送への寄与を含めて精密化した。シースポテンシャルで加速される粒子束を含んだ、連続長についての詳細な考察もAppendixに含めた。得られた表式により、JFT-2Mの静電プローブで測定されている実験値を代入して、輸送係数を評価した。

Particle control and SOL plasma flow in the W-shaped divertor of JT-60U tokamak

朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 櫻井 真治; 逆井 章; 玉井 広史; 清水 勝宏; Porter, G. D.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(10), p.2101 - 2119, 2002/10

https://doi.org/10.1088/0741-3335/44/10/303

JT-60Uでは、プライベート領域から排気を行うW型ダイバータを利用して、粒子制御実験を行っている。両側排気実験では、外側排気溝を塞いだ内側排気実験と比較し、粒子排気量が低下する傾向が見られた。この理由として、両側排気ダイバータではドーム下の共通排気溝をとおり、外側の排気溝からのリークが考えられる。非接触ダイバータでは、粒子排気量は内側排気実験と同程度に増加する。内外リサイクリングの非対称性が大きい場合、内外排気溝における圧力を均等にする運転あるいは、排気設備の内外分離が望まれる。マッハ・プローブ測定により、主プラズマ周辺部のプラズマの流れが明らかになった。プラズマ流の発生機構は、トーラス形状におけるイオン・ドリフトを考慮すると説明できる。新たに高磁場側(内側)境界層でマッハプローブにより、内側ダイバータ方向へのプラズマ流を測定した。低磁場側境界層から高磁場側への磁力線に沿うプラズマ流の存在を見いだし、ドリフト効果の可能性を検討中である。この効果の導入により、ダイバータプラズマの実験結果をより定量的に説明できることが期待され、ダイバータ設計の最適化に寄与できると考える。

ITER計測機器に対する放射線照射効果

西谷 健夫; 四竈 樹男*; Reichle, R.*; 杉江 達夫; 角田 恒巳; 河西 敏; 石塚 悦男; 山本 新

プラズマ・核融合学会誌, 78(5), p.462 - 467, 2002/05

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003827164

ITER-EDAの工学R&Dの一環として行った、ボロメータ,光ファイバー及び磁気プローブ線照射試験の結果について報告する。ボロメーターは赤外軟X線領域の輻射を測定する素子であり、プラズマのパワーバランスを評価する重要な計測器である。ITERのボロメーターの候補であるマイカ薄膜ボロメータの実時間照射試験をJMTRを用いて行ったところ、マイカ薄膜に蒸着した金の抵抗体の抵抗値の著しい増加が観測され、金から水銀への核変換が原因であることを示した。また0.03dpa(目標0.1dpa)のフルエンスで断線が発生したため、蒸着抵抗体を白金等の核変換断面積が小さい物質に代える必要があることを指摘した。ITER共通試料の光ファイバー(日本製フッ素添加ファイバー2種類,ロシア製3種類)をJMTRで照射した。その結果フッ素添加ファイバー及びロシア製KU-H2G, KS-4Vが優れており、ITERの真空容器近傍でも使用可能なことを示した。無機絶縁ケーブルの照射誘起起電力(RIEMF)については、磁気プローブの両端の中心導体間の作動電圧に与えるRIEMFの影響を、高感度電圧計を用いて直接測定することを試みた結果、ノイズレベル(100nV)以下であり、1000秒間積分しても問題ないことを示した。

Evaluation of particle and thermal diffusivities in the scrape-off layer plasma in JFT-2M tokamak

上原 和也; 前田 満; 津島 晴*; 雨宮 宏*

Contributions to Plasma Physics (CD-ROM), 42(2-4), p.384 - 388, 2002/04

https://doi.org/10.1002/1521-3986(200204)42:2/4<384::AID-CTPP384>3.0.CO;2-H

実験的に得られているトカマク周辺のプラズマパラメーターから電子及びイオンの粒子拡散係数D,Dや熱拡散係数,を求めるためのスクレイプオフ層の輸送モデルをさらに発展させ、より精密なものにした。粒子保存の式とエネルギー保存の式が解かれ、今まで無視していた電離と荷電交換損失によるソース項も正確に取り入れた。Dと(j=e,i)は磁力線に沿った結合長L,イオン温度T,電子温度T,密度と温度勾配の減衰長,,それにマッハ数Mの関数として表現される。JFT-2Mの静電プローブ類でこれらのデータは得られているので、Dやが正確に求められる。評価の一例として、JFT-2Mで得られているT/T=26,M=0.060.2のパラメーターではDDDという結果が得られた。ただし、Dとは測定点におけるボーム拡散係数と新古典論に基づく拡散係数である。