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報告書

アスファルト固化処理施設火災爆発事故の中期的課題の対応,1; ドラムの熱解析

三浦 昭彦; 今本 信雄

JNC-TN8410 99-044, 189 Pages, 1999/10

JNC-TN8410-99-044.pdf:7.18MB

本報告はアスファルト固化処理施設における火災爆発事故の原因を究明するために実施された種々の解析結果についてまとめたものである。本報告における種々の解析は、放冷試験の結果を参考にして、事故直後(平成9年春から)から実施されたものであり、当時多くの物性値、化学反応系を特定できていなかったため詳細な検討には至らなかったが、本報告の後に実施されたドラム内混合物の解析の基礎となった。これらの解析では、伝熱の理論および安全性評価の理論(Semenovの理論、Frank-Kamenetskiiの理論)を基本としている。したがって、第1編において各解析に共通なこれらの理論についてまとめた。また、第2編において種々の計算結果についてまとめた。これらの計算は各々速報の形式でまとめられたため、作成順にこれを編集してある。また、おもな解析の方法は、まず放冷試験の結果を参考にして固化体モデルの条件を設定した。設定したモデルを使用し、固化体内の全域あるいは一部で発熱が生じた際にどのような温度分布をたどるかを計算した。安全性評価の理論はこれらの発熱・放熱のバランスから、どの程度の発熱が生じれば発熱が放熱を上回り、熱暴走に至るかを評価することができるため、本解析では各々のモデル・解析法における限界発熱量を見積もった。

論文

Radiation and spectroscopy analysis of divertor discharges with neon gas puff in JT-60U

石島 達夫*; 久保 博孝; 嶋田 道也; 木島 滋; 東島 智; 細金 延幸; 逆井 章; 伊丹 潔; 杉江 達夫; JT-60チーム

Plasma Physics and Controlled Fusion, 41(9), p.1155 - 1166, 1999/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:60.1(Physics, Fluids & Plasmas)

ダイバータ改造後に行った放射ダイバータ実験において、ネオンガスパフを用いた時のネオン不純物の挙動、放射損失を解析した。ダイバータ領域におけるネオンスペクトルの同定を行い、3価イオンから7価イオンまでのスペクトルを確認した。これらのスペクトルによる放射損失を評価し、ボロメータによる放射損失と比較検討を行った。また、ダイバータ排気を止めることにより、局所的に放射損失が高い領域(MARFE)が形成され、6価より高い価数のネオンの発光強度のみが上昇することを確認した。このことは、ダイバータ排気を止めたことにより、プラズマ流速及び摩擦力が減少し、温度勾配により不純物が上流に向かって移動していると考えられる。

論文

Behaviour of divertor neutral pressure during the divertor detachment in the pumped W-shaped divertor of JT-60U

玉井 広史; 朝倉 伸幸; 逆井 章; 細金 延幸; 伊丹 潔; 木島 滋; JT-60グループ

26th European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, 23J, p.409 - 412, 1999/00

高い放射冷却状態と高性能コアプラズマとの両立を実現させるために必要な両側ダイバータデタッチ状態では、プライベートドーム内側と外側の中性粒子圧力バランスが一定であることを内側排気付きW型ダイバータで発見した。この圧力バランスの領域は、ダイバータ形状・排気の有無により大きく異なり、ダイバータ中性粒子のX点への逆流をいかに抑制するかで決まる。最近改造した両側排気では、外側も排気されるとともに、ドームとセパラトリクス間の空隙をより小さくできるため、中性粒子の遮蔽効果が高まるとの予測通り、X点への逆流抑制が顕著であり、この結果、デタッチ状態が出現する圧力バランスの領域が、内側排気のみのときと比べて大きく拡張した。これは、今後、予定しているガスパフを用いた中性粒子圧力比の帰還制御による両側デタッチ状態の維持の可能性をより明確に支持する実験結果である。

論文

Active feedback control of steady-state improved confinement discharges in JT-60U

福田 武司; JT-60チーム

Fusion Engineering and Design, 46(2-4), p.337 - 345, 1999/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.24

現在の炉心プラズマ実験を核融合炉に外挿するためにはプラズマ諸量の実時間制御が重要な要件となる。一昨年に臨界プラズマ条件を達成したJT-60Uでは、フィードバック制御を用いた高性能放電の準定常維持に焦点を当てた研究開発を積極的に進めてきた。その結果、電子密度と中性子発生率のフィードバック制御を用いた負磁気シア放電で、高い閉じ込め性能と規格化ベータ値を4.3秒間維持することに成功した。また、加熱入力分布の指標となる中性子発生率の制御が、電磁流体力学的に安定な領域にプラズマを再現性良く維持するのに有効であることを世界で初めて示すとともに、制御手法を最適化することによって一昨年を上回る等価エネルギー増倍率を得た。さらに、放射冷却ダイバータの生成と高い閉じ込め性能の両立維持を目指したダイバータの放射損失量と中性子発生率の複合制御実験の結果についても報告する。

論文

Radiative plasma by impurity seeding in W-shaped pumped divertor experiment of JT-60U

伊丹 潔; 細金 延幸; 木島 滋; 櫻井 真治; 朝倉 伸幸; 東島 智; 逆井 章; 玉井 広史; 嶋田 道也

Journal of Nuclear Materials, 266-269, p.1097 - 1102, 1999/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:31.81(Materials Science, Multidisciplinary)

ITERをはじめとした大型核融合プラズマ装置において、高いダイバータ熱流束密度条件下で放射冷却ダイバータプラズマを生成するためには不純物ガスの注入が必須であると、考えられている。JT-60Uに新たに設置されたW型ポンプダイバータを用いた実験において、注入不純物であるネオンが効果的に排気制御できることが実証された。従来までのダイバータ実験では、注入不純物を排気してしまうと放射冷却ダイバータを維持できなかったが、JT-60Uにおいては、炭素不純物によるMARFEを維持しながらネオンを排気することに成功した。ELMy H-modeプラズマにおいて最大NB加熱パワー25MWで実験が行われた。

論文

Development of a compact W-shaped pumped divertor in JT-60U

櫻井 真治; 細金 延幸; 正木 圭; 児玉 幸三; 笹島 唯之; 岸谷 和廣*; 高橋 昇竜*; 清水 勝宏; 秋野 昇; 三代 康彦; et al.

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.371 - 376, 1998/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:53.98

現在、改造工事が進められている、JT-60Uのダイバータ改造の設計及び工事の概要について発表する。既存の真空容器、ポロイダルコイルを利用し、各種の実験配位へ対応可能なこと、放射冷却ダイバータプラズマの形成と制御及び主プラズマへの中性粒子逆流の低減により高閉じ込め性能とダイバータへの熱流低減を両立することを目標として、コンパクトなW型構造を採用した。既設のNBIクライオポンプに排気速度可変機構を付加した排気系とガス供給系の増力、配置最適化により粒子制御機能を実現する。真空容器内での作業性、保守性、拡張性及び熱応力低減の観点から、分割式の基本構造を採用した。バックル板の隙間を絶縁スライド式のガスシールで塞ぎ中性粒子の漏れを低減する。ハロー電流を含めた電磁力、構造解析により全体の健全性を確認している。据付前に真空容器変形量の精密測定を行い、要求される設置精度を確保している。

論文

Feedback control of radiation region in radiative divertor plasma on JT-60U tokamak

玉井 広史; 木島 滋; 細金 延幸; 朝倉 伸幸; 坂田 信也; 齋藤 直之; 秋葉 賢一*; 赤坂 博美; 川俣 陽一; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.163 - 167, 1998/00

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.37(Nuclear Science & Technology)

ダイバータ部のボロメータ信号を用いてダイバータ領域に注入するガスパフ量のフィードバック制御を行い、放射冷却ダイバータを定常に維持した。このとき、全加熱入力の40%に当たる6MWのダイバータ放射損失が、約3秒間ほぼ一定値に保たれた。一方、放射損失を加熱入力の50%以上にすると、MARFEが発生して急激に増加し、帰還制御が困難となった。放射損失量の制御領域を広げるためには、パフするガスの種類や入力に用いるボロメータ信号の選択など、各種のパラメータの最適化を行う必要がある。来年度予定されている改造ダイバータでは、ガスの補給だけでなく排気も組み合わせた広範な圧力領域での運転制御が可能になると考えられる。

論文

High performance and steady-state experiments on JT-60U

逆井 章; JT-60チーム

Proc. of 17th IEEE/NPSS Symposium Fusion Engineering (SOFE'97), 1, p.18 - 25, 1998/00

JT-60Uでは定常トカマク炉の物理基礎の確立及びITER物理R&Dへの貢献を目的として、閉じ込め向上、放射冷却ダイバータ、非誘導電流駆動を中心に研究を進めている。高$$beta$$$$_{p}$$放電の性能向上により高いブートストラップ電流を誘起し、効果的な定常運転が可能となった。負磁気配位は急勾配な圧力分布に起因する高いブートストラップ電流を産み出すため、先進的定常運転シナリオとして注目される。負磁気シア放電の定常化の課題は$$beta$$$$_{p}$$崩壊の回避とMHD安定化の描像を明らかにすることである。負イオン源NB入射による電流駆動実験を行い、高い電流駆動効率を得ると共に、完全電流駆動での定常運転を目指す。1997年2月から5月にかけてW型ポンプ付ダイバータへの改造工事を行い、6月から放射冷却ダイバータと高閉じ込め性能との両立を図る実験を行っている。ダイバータ排気により密度制御性能及びダイバータの放射損失を増大させた。

論文

Isolation of the improved core confinement from high recycling and radiative boundary in reversed magnetic shear plasmas of JT-60U

伊丹 潔; 芳野 隆治; 朝倉 伸幸; 藤田 隆明; 細金 延幸; 内藤 磨; 東島 智; 木島 滋

Physical Review Letters, 78(7), p.1267 - 1270, 1997/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:32.18(Physics, Multidisciplinary)

JT-60Uの負磁気シア放電において、中心プラズマの輸送障壁内の改善閉じ込め性能を、高粒子リサイクリングかつ高放射冷却の周辺プラズマから隔離できることが初めて実証された。ネオンと水素ガスパフにより周辺プラズマの粒子リサイクリングと放射損失量は増加したが、内部輸送障壁は保持された。抵抗性の電流拡散により輸送障壁の半径は時間とともに縮小したが、輸送障壁上の粒子輸送の改善率(10倍から15倍の)は維持された。

論文

Atomic and molecular processes in JT-60U divertor plasmas

竹永 秀信; 清水 勝宏; 伊丹 潔; 久保 博孝; 細金 延幸; 杉江 達夫; 東島 智; 朝倉 伸幸; 逆井 章; 嶋田 道也; et al.

NIFS-DATA-39, p.15 - 34, 1997/01

最近のJT-60Uにおけるダイバータ研究について、特に原子・分子過程に関連したものを報告する。まず最初に、重水素およびヘリウム粒子の挙動について報告する。ここでは、D$$alpha$$、HeIのスペクトル測定および発光強度分布測定結果をモンテカルロシミュレーションを用いて解析した。次に炭素の挙動について報告する。炭素の発生、輸送機構を取り入れたモンテカルロシミュレーションとCIIおよびCIVの発光強度分布との比較を行い、高密度領域での化学スパッタの重要性を示した。またCDバンド発光強度の測定から化学スパッタの発生率を評価した。上記シミュレーションでは、CIIIの発光強度が測定結果と異なっており、それを説明するために準安定励起状態を考慮したモデルを提唱した。さらにNeパフを用いた放射冷却ダイバータ実験、ヘリウム線強度比を用いた電子密度・温度測定について述べる。

論文

Behaviour of radiation power loss from radiative divertor with reversed shear plasmas in JT-60U

玉井 広史; 木島 滋; 朝倉 伸幸; 伊丹 潔; 逆井 章; 細金 延幸; 東島 智; JT-60チーム

Proc. of 24th European Physical Society Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics, 21A, p.493 - 496, 1997/00

JT-60Uの放射冷却ダイバータプラズマにおいて、放射冷却のためにパフするガスの種類を変えてダイバータ放射損失量を比較した。冷却効率もリサイクリング率も高いネオンを用いた場合、最も少ないパフ量でダイバータ放出損失量を高めることができたが、同時に主プラズマ領域へのネオンの流入による主プラズマの放射損失の増大が観測された。通常シアのELM付Hモードでは、ダイバータ領域での放射損失増加に伴い分布のピークはX点の方向に移動し、やがてMARFEの発生による周辺プラズマの不安定性をもたらす。一方、逆転シア配位では、分布のピークがX点を越えてセパラトリクスの内側まで移動した状態でダイバータ放射損失量の高い状態で安定に維持される。一方、閉じ込めの改善度はダイバータ放射冷却の増加とともにいずれの配位でも劣化しており、改造ダイバータの重要課題の一つとして解明が期待される。

論文

JT-60U,JFT-2Mの最近の結果及び実験計画

逆井 章

プラズマ・核融合学会誌, 72(9), p.884 - 893, 1996/09

プラズマ・核融合学会誌の小特集として企画された「最近のダイバータ研究の動向」の第5章で、JT-60U及びJFT-2Mの最近のダイバータ研究結果及び実験計画について述べる。JT-60Uでは、ITER物理R&Dに関した研究に重点を置いてダイバータ研究を行っている。トカマク型核融合炉の成立には、熱流・粒子制御及び不純物制御の機能を有する低温高密度ダイバータが必要不可欠である。JT-60Uの最近の成果として、放射冷却ダイバータの生成、放射損失の分光的研究、不純物発生機構の解明、ELMパルスの緩和、境界プラズマのデータベース、ヘリウムの輸送・排気についての研究が進展している。JFT-2Mではクローズ化ダイバータ改造が終了し、低温高密度ダイバータ生成の実験を行っている。JT-60UではW型排気付ダイバータの改造を97年に行い、定常的な放射冷却ダイバータの生成と主プラズマの高性能化を目指す。

論文

ITERのダイバータ設計

嶋田 道也

プラズマ・核融合学会誌, 72(9), p.858 - 865, 1996/09

同誌の小特集「最近のダイバータ研究の動向」の第2章。ダイバータ設計は、ITERの設計の中でも困難な部分が多いとされてきたが、ITER物理R&D及び工学R&Dの進展により設計が進捗し、その成果は中間設計報告書にまとめられた。本論文は、中間設計報告書までのダイバータ設計の概要。ダイバータの最大の課題である熱除去は、ダイバータ板に熱流束が到達する前にプラズマによる放射冷却によって行う方式が最も有望とされている。放射冷却を強くしたときの主プラズマの閉じ込め特性の改善、及び放射冷却に必要な高密度プラズマの生成が課題である。ディスラプション時の電磁力も大きな課題であるが、最近JT60Uにおいてディスラプションの回避・緩和法が進展し、解決の見通しが得られた。

論文

Design of a compact W-shaped pumped divertor in JT-60U

櫻井 真治; 細金 延幸; 児玉 幸三; 正木 圭; 笹島 唯之; 岸谷 和廣*; 鶴見 聰*; 高橋 昇竜*; 西堂 雅博; 井上 雅彦*; et al.

Fusion Technology 1996, 0, 4 Pages, 1996/00

平成9年春に行われる、JT-60Uのダイバータ改造の概念及び詳細設計について発表する。既存の真空容器、ポロイダルコイルを利用し、各種の実験配位へ対応しつつ、放射冷却ダイバータプラズマの形成と放射領域の制御、更には、主プラズマへの中性粒子逆流の低減による高閉じ込め性能と熱流速低減の両立を目標として、コンパクトなW型構造を採用した。既設のNBIクライオポンプに排気制御能力を付加した排気系とガス供給系の配置最適化により粒子制御機能を実現する。容器内での作業性、保守性、拡張性及び熱応力低減の観点から、分割式の基本構造を採用した。隙間を絶縁スライド式のガスシールで塞ぎバッフル板下部からの中性粒子の漏れを低減する。ハロー電流に関する最新の実験結果を考慮した電磁力、構造解析を行い、真空容器も含め全体の健全性を確認している。

論文

Modelling of impurity and plasma transport for a radiative divertor

清水 勝宏; 細金 延幸; 滝塚 知典; 嶋田 道也; 辻 俊二; 久保 博孝; 杉江 達夫; 朝倉 伸幸; 伊丹 潔; 竹永 秀信*; et al.

IAEA-CN-60/D-P2, 0, p.431 - 439, 1996/00

核融合炉のデザインで大きな問題となっているダイバータ板への熱負荷低減の方法の一つは、高密度低温ダイバータ・プラズマによる遠隔放射冷却である。しかし、そうしたプラズマにおいて、不純物による放射損失が局所的にX点近傍で増大し、MARFEを引き起こし、時にディスラプションを誘起する。従って、MARFEを生じることなく、高密度低温ダイバータ・プラズマを形成する条件を明らかにする必要がある。本論文では、モンテカルロによる不純物輸送のモデリングを行い、それを用いてJT-60Uの高密度プラズマにおける不純物の挙動を調べた。高密度プラズマになると、ダイバータ板近傍のイオン温度減少によって、それまでの不純物発生の主因であった物理スパッタが減少する。一方、private領域への中性粒子のフラックス増大によって、化学スパッタでメタンが発生し、これが直接主プラズマに混入することを明らかにした。

論文

Field reversal effects on divertor plasmas under radiative and detached conditions in JT-60U

朝倉 伸幸; 細金 延幸; 辻-飯尾 俊二*; 伊丹 潔; 清水 勝宏; 嶋田 道也

Nuclear Fusion, 36(6), p.795 - 813, 1996/00

 被引用回数:35 パーセンタイル:25.4(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UのLモード高密度放電における放射冷却ダイバータで、トロイダル磁場反転がもたらすダイバータ・プラズマ(イオン電流、電子温度、イオン化領域、放射損失分布)への影響を解明した。トロイダル磁場の方向はスクレイプオフ層での熱・粒子の輸送に大きく影響を及ぼし、内外ダイバータでの非対称性を決定する。ダイバータ部でMARFEが発生しない領域での運転に限っては、ダイバータ部での放射損失は同程度であり、ダイバータ板上で内外対称な熱流束分布を得る磁場反転運転が有利である。これに対しMARFE中は、エネルギー閉じこめの劣化や不純物の主プラズマへの混入は同程度であるが、順方向運転の場合だけ放射損失ピータがセパラトリクス・ヌル点付近に維持でき、ダイバータプラズマが完全なデタッチメントに至らないため、ダイバータ部で粒子排気を行うためには有利である。

論文

Recent progress in JT-60U experiments

閨谷 譲

Fusion Engineering and Design, 30, p.25 - 37, 1995/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.61(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uでは、「閉じ込め改善」と「定常化研究」を主なテーマとして実験を行っている。閉じ込め改善の分野では、加熱分布を制御することにより、高$$beta$$$$_{P}$$ Hモードの最適化を推進した。定常化研究においては、ITERの物理R&Dの主要課題でもあるダイバータの熱負荷低減のための放射冷却ダイバータの研究、核融合プラズマの核反応$$alpha$$粒子等、高速イオンによって引き起こされる不安定性(TAEモード)の研究等が進展した。ディスラプション回避及びそれに伴う電磁力の低減化研究では、エネルギークエンチ直前の蓄積エネルギーとプラズマ電流消滅時間との関係を明らかにした。また、第一壁のディスラプションによる破損の現象から、ハロー電流のトロイダル方向の非一様性を評価した。

論文

Field reversal effects on particle and heat fluxes in divertor on JT-60U

朝倉 伸幸; 伊丹 潔; 細金 延幸; 辻 俊二; 清水 勝行*; 久保 博孝; 杉江 達夫; 滝塚 知典; 嶋田 道也

Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.395 - 399, 1995/00

 被引用回数:32 パーセンタイル:6.37(Materials Science, Multidisciplinary)

ITERなどの実験炉ではダイバータ板付の損耗を防ぐとともに粒子排気の観点から低温ダイバータの実現が要求され、粒子輸送機構の解明は重要課題である。JT-60Uでトロイダル磁場方向を反転し、イオン$$nabla$$Bドリフトがダイバータ板と反対方向を向けることにより、ダイバータ部での熱負荷分布の内外非対称を軽減するとともに、粒子および不純物リサイクリング制御を試みた。磁場反転時、高密度Lモード放電中で重水素, 炭素のリサイクリングが外側ダイバータ顕著になることが観測され、その結果、ダイバータ部の電子温度は内外セパラトリクス付近でほぼ対称で20eV程度まで減少する。熱流束分布についても均等分布に近づく。この現象により、SOLあるいはダイバータ部で粒子流束の方向が逆転する成分があることが示唆され、古典輸送によるモデルと定量的に比較する。また、遠隔放射冷却の効率とMARFE発生の過程も議論をおこなう。

論文

核融合炉の原理と実用化,4.B.2; 先進ダイバータ

嶋田 道也; 野田 信明*

機械の研究, 47(1), p.195 - 200, 1995/00

ダイバータが果たすべき役割、すなわち不純物制御、粒子制御、熱制御について論じ、次にその役割を果たすためのスキームについて概説した。今日までのダイバータ実験は、低温・高密度ダイバータの特性と遠隔放射冷却に力が注がれている。最近、低温・高密度ダイバータと、主プラズマの閉じ込め特性の改善を両立させるため、ダイバータの形状をよりクローズにして排気することが、大型トカマク装置で計画されている。また、ITERの設計研究においては、放射冷却パワーをさらに増大させるため、ガス・ダイバータの検討を行っている。これは低温・高密度ダイバータの概念をさらに押し進め、高圧のガスでダイバータ・プラズマを囲い、プラズマの熱流がダイバータ板へ到達しないようにするというものである。

論文

Recycling enhancement with n$$_{e}$$ and q$$_{eff}$$ in high density discharges on JT-60U

朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 細金 延幸; 伊丹 潔; 辻 俊二; 嶋田 道也

Nuclear Fusion, 35(4), p.381 - 398, 1995/00

 被引用回数:30 パーセンタイル:26.81(Physics, Fluids & Plasmas)

粒子リサイクリング、ダイバータ・プラズマに関する定量的測定を行い、特に高密度放電で低温・高密度ダイバータ・プラズマの生成する条件をJT-60Uにおいて解明した。ダイバータ板への粒子束とダイバータISOL領域でのリサイクリング中性粒子束は良い一致を示し、両粒子束を広いプラズマ・パラメータ範囲で定量化できることをダイバータ放電で始めて実証した。さらに、リサイクリング粒子束が主プラズマ電子密度n$$_{e}$$と安全係数q$$_{eff}$$の増加と共に指数関数的に増加することも初めて定量化した。このリサイクリングの増加が特にダイバータ部で生ずる機構も、ダイバータ・プラズマ解析コードの計算結果と矛盾しない。特に、高q$$_{eff}$$放電では、ダイバータ部の密度を効果的に上昇することができ、ダイバータ・プラズマ温度も20eV程度まで低減でき、遠隔放射冷却を増加できることを定量化した。

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