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論文

Long beam pulse extraction by the laser charge exchange method using the 3-MeV linac in J-PARC

武井 早憲; 平野 耕一郎; 明午 伸一郎; 堤 和昌*

Proceedings of 8th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2019) (Internet), p.595 - 599, 2020/06

J-PARCで整備を目指している核変換物理実験施設(TEF-P)では、リニアックからの大強度負水素イオンビーム(エネルギー400MeV、出力250kW)から小出力の陽子ビーム(最大出力10W)を安定に取り出す必要がある。原子力機構では、レーザーを用いた荷電変換によるビーム取り出し法を提案し、開発を行っている。今回、3MeVの負水素イオンが加速できるJ-PARCのRFQテストスタンドのリニアックにおいて連続波のレーザーを用いた荷電変換に基づくビーム取出し試験を実施したところ、TEF-Pにおいて0.70W相当となる出力の長パルスビームを取り出すことに成功した。

論文

Steady state operation research in JT-60U with extended pulse length

藤田 隆明; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 46(3), p.S3 - S12, 2006/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:72.7(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいては、加熱パワーの入射時間を10秒から30秒に伸長し、電流拡散時間を超え、壁飽和時間に近い時間スケールでのプラズマ特性の研究を開始した。加熱装置の入射時間は順調に伸長し、入射エネルギー350MJを達成した。規格化ベータ値2.3を22.3秒間維持するなど高ベータの維持時間を大幅に伸長した。また、負磁気シアプラズマ及び弱磁気シアプラズマにおいて、完全電流駆動に近い状態での高自発電流割合の維持時間も5.8秒及び7.4秒まで伸長した。いずれの場合も電流分布は定常状態に達し、高ベータ,高自発電流割合の長時間維持に明るい見通しを得た。長時間スケールでの制御性の研究のため、電流分布の実時間制御システムを構築し、低ベータプラズマで実証した。高密度放電を繰り返すことにより、壁の粒子吸蔵量が飽和する状態をJT-60で初めて得た。壁飽和状態でダイバータ排気による粒子制御を実証した。ダイバータ板へのパルス的な熱負荷のない静かなHモード(QHモード)を初めて表面のトロイダル回転がゼロに近い状態で実現した。

論文

Recent progress of negative ion based neutral beam injector for JT-60U

梅田 尚孝; 山本 巧; 花田 磨砂也; Grisham, L. R.*; 河合 視己人; 大賀 徳道; 秋野 昇; 井上 多加志; 椛澤 稔; 菊池 勝美*; et al.

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.385 - 390, 2005/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:43.23(Nuclear Science & Technology)

JT-60U用負イオン中性粒子入射装置において、パルス幅を設計の10秒から30秒に伸ばす改造が行われた。パルス幅の延伸を妨げていたのは、イオン源接地電極とビームラインリミタへの過大な熱負荷であった。熱負荷を下げるために、イオン源のビーム引出領域を長パルス化に最適化するとともに、ビームリミタを熱容量が約2倍のものに変更した。これらにより、接地電極を冷却している水温上昇を定常運転に必要な40$$^{circ}$$C以下に抑えることができ、リミタの温度上昇も60%に抑えた。これにより、パルス幅を伸ばすことができ、これまでエネルギー336keV,パワー1.6MWで17秒間のビームをプラズマに入射することができており、今後30秒まで入射パルスを伸ばす予定である。

論文

原研972MHz RFテストスタンドの現状2005

堀 利彦*; 千代 悦司; 山崎 正義*; 鈴木 浩幸*; 長谷川 和男; 吉田 光宏*; 山口 誠哉*; 穴見 昌三*; 福田 茂樹*

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.239 - 241, 2005/07

原研972MHz RFテストスタンドで昨年度実施した活動状況を報告する。第1点目は972MHzクライストロン初号機で観測された発振原因は、第2空洞とクライストロンビームとの高次モード結合だったことが判明し、この結果を反映した2号機改修管での再試験の結果、ほぼ設計値どおりの良好なデータを得たことである。第2点目は超伝導クライオモジュールの大電力試験についての成果である。長パルス(3ms)幅・大電力RFの要求性能を満足するシステム構成を検討・試作したところ、カソード電圧サグに起因するパルス平坦度の性能不足を、低電力RF機器に任意波形発生器を新たに採用することで性能の向上を図った。今回のシステム構成は非常に簡易であり、位相性能を問題にしないRFエージング試験などにおいては、非常に有用な回路構成であると言える。

論文

JT-60U NBI装置における30秒運転時の機器熱負荷管理

大島 克己*; 本田 敦; 岡野 文範; 薄井 勝富; 能登 勝也*; 武藤 秀生*; 河合 視己人; 大賀 徳道; 池田 佳隆

平成16年度大阪大学総合技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2005/03

JT-60Uの長時間放電実験運転に対応して、正イオン及び負イオン各NBI装置の入射パルス幅の伸長(目標30秒)を図った。これに伴い、30秒運転時の電源構成機器の定格に対する裕度の検討を行った結果、熱的余裕の少ない機器については、実通電電力量(I2t及びV2t)を監視して保護する電源保護検出器を新規に製作した。

論文

超伝導加速空洞のRFコンディショニングにおける原研972MHz RFテストスタンドの性能向上

堀 利彦*; 千代 悦司; 山崎 正義*; 鈴木 浩幸*; 長谷川 和男

平成16年度大阪大学総合技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2005/03

972MHz超伝導加速空洞のプロトタイプが製作され、この大電力試験が2004/10月より本格的に開始された。この試験に先立ち要求されたRF性能を十分満足できるよう(1)RF出力電力のパルス平坦部サグを改善するためのフィードフォワード方式でのクライストロン励振システム,(2)空洞供給電力の調整はカソード電圧可変方式で行うこと、の2つの新たな方式を採用しテストスタンドを運用した。結果、従来よりも安定で継続的な大電力RFの供給を行うことに成功し、3ms(長)パルス,300kW出力運転時の最適なマシンパラメータを確立することができた。

論文

核融合用ミリ波帯大電力ジャイロトロンの長パルス化

春日井 敦; 南 龍太郎; 高橋 幸司; 小林 則幸*; 假家 強*; 満仲 義加*; 林 健一*; 坂本 慶司

信学技報, 104(520), p.37 - 42, 2004/12

日本原子力研究所では核融合に必要な電子サイクロトロン加熱/電流駆動のための大電力ミリ波発振管ジャイロトロンの開発に取り組んでいる。日本,EU等6極が共同で建設を計画している国際熱核融合実験炉ITER用170GHzジャイロトロンにおいては、0.9MW/9秒,0.75MW/17秒,0.5MW/30秒等の成果を数年前に達成したものの、発振管内部の局所的な発熱とそれに起因するアウトガスがパルス幅を制限した。局所的な発熱部分の同定と冷却の強化等の対策により0.5MW/100秒の準定常動作を達成し、連続動作化の見通しを得るとともに、さらに安定した発振と連続動作化のための課題を明らかにした。

論文

RF properties of the JAERI ERL-FEL for long-pulse operation

沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 羽島 良一; 峰原 英介

Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.305 - 307, 2004/08

原研エネルギー回収型自由電子レーザー(ERL-FEL)において現在の1msec, 10Hz運転から秒程度の長パルス運転を行うために必要な、高周波電源の出力特性並びに超伝導空洞の周波数変動特性やクライオスタット内圧力変化の測定を行った。クライオスタット内圧力に関しては圧力上昇が見られるが、10%程度のDutyで運転であれば秒単位の長パルスが可能であることがわかった。ヘリウム冷凍機から超伝導空洞への振動の影響はパルス運転のとき60Hz程度共振周波数の振動が見られるが、CW運転の時には数Hzと小さいことがわかった。また常伝導のSHB空洞における発熱による周波数変化と冷却に関する計算及び測定を行った。

論文

Results and future plan of JT-60U towards steady-state tokamak reactor

櫻井 真治; JT-60チーム

Plasma Science and Technology, 6(1), p.2151 - 2158, 2004/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60ではITER及び定常トカマク炉の先進トカマク運転の物理的基盤を構築するため、高ベータ,高閉込め,高自発電流割合(完全非誘導電流駆動)及びダイバータによる熱粒子制御を同時に達成し、かつ、維持することを目的として豊富な加熱装置を駆使した研究を推進し、以下に述べる成果を得た。(1)規格化ベータ=2.7の7.4秒間維持。(2)1.8MAの完全非誘導電流駆動高$$beta$$pHモードプラズマの達成。(3)Arガス入射及び配位調整による高密度領域での閉込め改善とELM熱負荷の緩和。これらの達成には、負イオン源中性粒子ビーム入射装置(N-NBI)の高パワー入射(6.2MW$$times$$1.7秒),長パルス入射(2.6MW$$times$$10秒)及び110GHz電子サイクロトロン波入射装置による高パワー入射(2.8MW$$times$$3.6秒)が大きな役割を果たした。これらの結果をもとに、電流拡散時間と同程度の間、高ベータ高性能放電を維持することを目標として、加熱系及び制御系の改造を行い、本年12月よりNB加熱放電で30秒,高周波加熱放電で60秒の実験を開始する。将来的には、磁場コイルを超伝導化するとともに、プラズマのアスペクト比及び断面形状制御性等を高め、安定化板やセクターコイル等を利用して、高ベータプラズマを100秒またはそれ以上維持することを計画している。

論文

Progress of negative ion source improvement in N-NBI for JT-60U

河合 視己人; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 花田 磨砂也; 本田 敦; 井上 多加志; 椛澤 稔; 菊池 勝美*; 栗山 正明; et al.

Fusion Science and Technology, 44(2), p.508 - 512, 2003/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.78(Nuclear Science & Technology)

JT-60U N-NBI用負イオン源は、500keV,22A,10秒間のビーム加速性能を持つ。このような大型負イオン源の運転実績はこれまでになく、1996年より本格的な特性試験を開始したが、この間、多くの改良に努力が費やされた。(1)ソースプラズマの不均一性による加速部電極の熱負荷過大の対策として、上下端部からの発散性ビームをカットするマスク板を設置した。不均一性の改良のために、アーク限流抵抗やグループ毎フィラメントパワーの最適化を行った。(2)その他改良として、ビーム引出し時のフィラメントパワー低減制御の導入やビーム発散抑制のための引出電極形状の最適化を行った。これら改良の積み重ねの結果、現在までに最大入射パワー6.2MW,最長パルス幅10秒を達成することができた。

論文

NBI用負イオン源開発における高密度負イオンビーム長パルス生成実験

柏木 美恵子; 雨宮 亨*; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 今井 剛; 奥村 義和; 高柳 智弘; 花田 磨砂也; 藤原 幸雄; 森下 卓俊; et al.

第12回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム(BEAMS 2001)報文集, p.37 - 40, 2001/11

核融合プラズマの燃焼,電流駆動に不可欠な中性粒子入射装置(NBI)における負イオン源では、電流の高密度化,長パルス化が重要な開発項目である。日本原子力研究所ではセシウム添加型高密度負イオン源を開発し、仏国・カダラッシュ研究所との共同実験にて負イオンビーム長パルス加速実験を行った。この目的は、ITER-NBIに要求されている高密度負イオン電流(重水素で$$>$$20mA/cm$$^{2}$$,水素負イオンで$$>$$28mA/cm$$^{2}$$)の1000秒間加速を実証することである。セシウム効果を十分に得るため、フィルター磁場を最適化し、プラズマ電極温度を一定に保つことが可能な強制冷却型プラズマ電極を用いた。その結果、高密度水素負イオン電流30mA/cm$$^{2}$$(80秒間)を得た。また水素負イオン18mA/cm$$^{2}$$、重水素負イオン12mA/cm$$^{2}$$で1000秒間の連続加速を達成した。

論文

Long sustainment of JT-60U plasmas with high integrated performance

鎌田 裕; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 坂本 宜照; 細金 延幸; 竹永 秀信; 草間 義紀; 藤田 隆明; 竹治 智; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1845 - 1853, 1999/11

$$beta_{p}$$ELMy Hモードプラズマによる高総合性能の長時間維持を報告する。W型排気ダイバータへの改造により、高加熱パワー(20-25MW)の長時間($$<$$9秒)入射が可能となった。最大加熱エネルギーは203MJに達する。圧力及び電流の空間分布を最適化し、加えてプラズマ断面形状の三角形度を上昇($$leq$$0.5)することで、高$$beta$$安定性が改善された。プラズマ電流1.5MAでは、等価エネルギー増倍率Q$$_{DT}^{eq}$$=0.16を4.5秒間維持した。この時、Hファクター2.2、規格化$$beta$$値1.9である。また、全電流の60-70%が非誘導電流駆動されている。低安全係数(q$$_{95}$$~3)での定常$$beta$$限界も改善され、規格化$$beta$$値2.5~2.7を約3.5秒間維持することができた。これは、ITERの要求を満足する結果である。

論文

High power operation of Gaussian beam gyrotron with CVD diamond window for JT-60U

春日井 敦; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 假家 強*; 満仲 義加*; 池田 幸治; 池田 佳隆; 恒岡 まさき; 今井 剛

Proc. of 13th Topical Conf. on Applications of Radio Frequency Power to Plasmas, p.449 - 452, 1999/00

ITER R&Dで得られた技術をもとに、JT-60Uでの電子サイクロトロン加熱/電流駆動のための、周波数110GHz、ダイヤモンド窓搭載ガウシアンビーム出力ジャイロトロンを試作した。ダイヤモンド窓の優れた性質のため大電力で長パルスの動作が可能である。このジャイロトロンの目標値は、1MWで10秒の動作であるが、これまでにガウスビーム出力で1.1MW、0.1秒、効率40%(エネルギー回収時)の動作が得られた。ガウスビーム出力のため、HE11モードへの高い結合効率94%が得られ、さらに偏波器を含む8個のマイターベンドで構成された内径1.25インチ、距離40mの伝送系で、計算値とほぼ一致する89%の伝送効率を達成することができた。

論文

炉心プラズマ研究の新展開; JT-60研究の成果と展望

菊池 満; JT-60チーム

プラズマ・核融合学会誌付録, 74(11), p.37 - 43, 1998/11

実験炉(ITER)の実現に向けた炉心プラズマ研究の主翼を担っているJT-60の最新の研究成果について報告する。特に、W型ダイバータ改造後のHe排気実験、ドーム効果、長パルス運転、及び、プラズマ断面形状と閉じ込めとの関係、負イオンNBIによる研究の進展について報告する。これらの研究成果は、最終設計報告に示されたITERのプラズマ性能の実現に重要であるとともに、低コスト化を目指した低コストオプションにおいては、一層重要な研究成果である。

論文

アンペア級水素負イオン源の連続運転

奥村 義和; 花田 磨砂也; 宮本 直樹*; 宮本 賢治; 藤原 幸雄; 渡邊 和弘

第9回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム (BEAMS1998), p.101 - 104, 1998/00

セシウム添加した体積生成型負イオン源を、20mA/cm$$^{2}$$の電流密度、800mAの負イオン電流のもとで連続的に運転した。負イオン生成率は600mgのセシウムを入射し、プラズマ電極の温度を250-300$$^{circ}$$Cに保持することによって4倍以上に高められるが、この状態を定常的に維持することに成功した。140時間の連続運転の後にセシウムの拡散量をICP質量分析法を用いて定量し、約90%のセシウムはプラズマ源中に保持され、プラズマ源から流出するセシウムの消費量は、3mg/時間以下と極めて少ないことがわかった。

論文

A Narrow-linewidth dye laser pumped by a high-repetition-rate, long-pulse Nd:YAG laser

丸山 庸一郎; 加藤 政明; 大場 正規; 有澤 孝

Japanese Journal of Applied Physics, 34(8B), p.L1045 - L1047, 1995/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:48.54(Physics, Applied)

パルス幅250nsの高繰り返しNd:YAGレーザーによって色素レーザー発振と増幅器をポンピングし、発振特性を測定した。この結果、色素ジェットを用いたレーザー発振器で、波長幅約20MHzの狭帯域レーザー光を発生させることができた。また同じ色素ジェットを用いて増幅器では、エネルギー変換効率20%を達成した。

論文

High-power and long-pulse gyrotron development in JAERI

春日井 敦; 坂本 慶司; 恒岡 まさき; 前原 直; 永島 孝; 今井 剛; 假家 強*; 岡崎 行男*; 白井 信行*; 岡本 正*; et al.

Fusion Engineering and Design, 26, p.281 - 286, 1995/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.57(Nuclear Science & Technology)

大型トカマクの核融合実験装置では、ECHとして周波数100GHz帯、全体で20MW程度の高周波電力が必要となり、1本あたり1MW以上、高効率、連続動作可能な発振器が不可欠である。このため原研ではミリ波帯のジャイロトロンの開発を進めている。すでに120GHz、460kW-0.1秒のジャイロトロンの開発に成功しているが、今回世界のトップレベルである110GHz、出力500kW級、1秒以上の発振が可能なモード変換器内蔵型ジャイロトロンを開発した。実験では2msecの短パルスで550kWの最大出力が得られ、長パルス動作では1.3秒-410kWを達成した。ほぼ設計通りの動作を確認し、今後の更なる長パルス、高効率化に対する知見が得られた。

論文

Developmet of a high power and long pulse gyrotron with collector potential depression

春日井 敦; 坂本 慶司; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 前原 直; 今井 剛; 假家 強*; 岡崎 行男*; 林 健一*; 満仲 義加*; et al.

Int. Electron Devices Meeting 1994, 0, p.9.1.1 - 9.1.4, 1994/00

コレクター電位降下を用いた高出力、長パルスジャイロトロンの開発を行った。ジャイロトロンは、電子ビームと空胴電界との相互作用により電磁波を発生させる電子管である。ここで開発したジャイロトロンは、相互作用を終えた電子ビームを静電的に減速させ、このエネルギーを電源に回収する。これによりジャイロトロンの総合効率を大幅に改善できる。またさらに、コレクターに入射する電子ビームのエネルギーが小さいことから、コレクターでの熱負荷を軽減でき、長パルスが可能となった。実験では、パルス幅50msecで出力610kWでエネルギー回収を行い、従来の30%台から50%まで効率が向上した。さらに長パルス実験により、350kW-5秒、効率48%を達成し、100GHz帯ジャイロトロンでは、世界最大の1.75MJの出力エネルギーを得た。

論文

Development of a high power gyrotron for ECH of tokamak plasma

坂本 慶司; 恒岡 まさき; 前原 直; 春日井 敦; 藤田 秀男*; 菊池 正也*; 山本 巧; 永島 孝; 假家 強*; 岡崎 行男*; et al.

Proceedings of the 17th International Conference on Infrared and Millimeter Waves, p.188 - 189, 1992/00

トカマクプラズマの電子サイクロトロン加熱(ECH)を想定した100GHz帯大電力発振器であるジャイロトロンの開発の現状を発表する。120GHz,500kW,100ミリ秒の仕様を持つジャイロトロンの開発及び発振実験を行い、460kW,100ミリ秒の出力及び215kW,200ミリ秒の出力を達成した。また、さらに次のステップとしてパルス幅1秒、出力500kWの長パルス型ジャイロトロンを開発し、現在その発振実験を開始した。会議では、これらのトピックスを中心に、今後の原研におけるジャイロトロンの開発計画についても発表を行う予定である。

報告書

2GHz帯クライストロンの1.4MW,10秒出力試験

前原 直; 三宅 節雄*; 恒岡 まさき; 坂本 慶司; 池田 佳隆; 小松 浩*; 小林 一雄*; 永島 孝

JAERI-M 90-132, 14 Pages, 1990/08

JAERI-M-90-132.pdf:0.6MB

1MWクライストロンの高出力化及び1MW出力時における耐圧劣化防止による高信頼性の目的のために、クライストロン電子銃部の高耐圧化への改造を行なった。特に耐圧劣化を防止する面からBaOの蒸発量の少ないことが期待されるIr被覆含浸型カソードを採用し、また高耐圧化への改良面から、計算コードによりビーム軌道が悪化しない範囲内で各電極間の距離を大きく求め、電極表面の垂直電界強度を極力小さくした。その結果従来の使用ビーム電圧83kVから94kVに上げることが可能となり、周波数2.17GHzにおいてこれまでの最大出力1MWを1.4MWへ高出力化することができた。本報告は、クライストロン電子銃部の高耐圧化への改造及び改造管による出力試験の結果についてまとめたものである。

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