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論文

J-PARCにおける加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発,4; 陽子ビーム技術とニュートロニクス

明午 伸一郎; 中野 敬太; 岩元 大樹

プラズマ・核融合学会誌, 98(5), p.216 - 221, 2022/05

加速器駆動核変換システム(ADS)の実現やJ-PARCで建設を進めているADSターゲット試験施設(TEF-T)の建設には、陽子ビーム取扱い技術の開発やGeV領域の陽子に対するニュートロニクス(中性子工学)の詳細な検討が必要となる。このためJ-PARCの核変換ディビジョンでは、J-PARC加速器施設などで研究を進めてきた。本稿ではこれらの内容に関して紹介する。

論文

鉄筋コンクリート耐震壁に対する等価線形解析の適用性検討; 原子炉建屋耐震壁終局応答試験の三次元有限要素法シミュレーション解析

市原 義孝*; 中村 尚弘*; 森谷 寛*; 堀口 朋裕*; 崔 炳賢

日本原子力学会和文論文誌, 21(1), p.1 - 14, 2022/03

本研究は、鉄筋コンクリート構造物の非線形性の影響を近似的に等価線形解析手法による地震応答解析で評価することを目的に、1996年にOECD/NEAによる国際解析コンペで使用された原子炉建屋耐震壁終局応答試験の三次元有限要素法によるシミュレーション解析を実施した。耐震壁の等価剛性及び等価減衰は、日本電気協会が提案するトリリニア型スケルトンカーブ、Cheng et al.が提案する履歴曲線より求め、せん断ひずみ調整ファクターは感度解析より0.70に決定した。その結果、せん断ひずみ$$gamma$$=2.0$$times$$10$$^{-3}$$程度までの試験体上部の卓越振動数,最大応答加速度,最大応答変位,慣性力-変位関係,床応答スペクトルを良く再現できることを明らかにした。本報における等価線形解析は、$$gamma$$=4.0$$times$$10$$^{-3}$$程度の終局破壊時の最大応答変位を過小評価している。このため、破壊直前の急激な変位の増大を含む試験結果の評価に本手法を適用する場合は、その適用性に十分留意する必要がある。

論文

Study on the predictive evaluation method for loads acting on roof and sidewall of cylindrical tank in nonlinear sloshing based on simplified equations

池末 俊一*; 森田 英之*; 石井 秀和*; 佐郷 ひろみ*; 横井 忍*; 山本 智彦

Proceedings of ASME 2021 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2021) (Internet), 8 Pages, 2021/07

本論文では、円筒形タンクの非線形スロッシング条件に対して、屋根に作用する垂直荷重と側壁に作用する水平荷重を評価できる新しい方法を提案した。この方法は、過去の研究で提案された液面レベルと速度の簡略化された方程式と、既存のモデルから変更された新しい圧力モデルの組み合わせである。この方法は簡略化された方程式で構成されているため、CFD解析のような長い計算時間は必要ない。この方法の有効性は、CFDおよび試験と比較することによって確認した。そして、その結果から、この方法の改善に関する今後の課題が明らかとなった。

論文

The Analysis of thermomechanical periodic motions of a drinking bird

上地 俊*; 上地 宏*; 西村 昭彦

World Journal of Engineering and Technology, 7(4), p.559 - 571, 2019/11

水飲み鳥の動作について熱力学的モデルを論じる。熱力学的モデルから導かれる数学的表現を数値計算の上で明示した。これは機械的な動作と熱力学的な動作の違いに関して基礎的な理解を得ることに助けとなる。機械的な繰り返し動作と熱力学的な繰り返し動作の間には数学的にも物理的にも違いが存在する。この水飲み鳥の工程は本論文で示した手法で環境エネルギー発電に対して適用可能である。

論文

Bispectral analysis applied to coherent floating potential fluctuations obtained in the edge plasmas on JFT-2M

永島 芳彦*; 伊藤 公孝*; 伊藤 早苗*; 藤澤 彰英*; 星野 克道; 高瀬 雄一*; 矢木 雅敏*; 江尻 晶*; 居田 克巳*; 篠原 孝司; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 48(4), p.S1 - S15, 2006/04

 被引用回数:34 パーセンタイル:75.48(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mトカマクのオーミック加熱プラズマの浮遊ポテンシャル揺動にバイスぺクトル解析を適用した結果について述べる。最外殻磁気面の内側で浮遊電位揺動中に帯状流の一種と考えられている測地的音波の周波数を持つコヒーレントなモードが観測された。二乗バイコヒーレンスの計算によりそのコヒーレントな揺動と背景揺動(ドリフト波乱流揺動を含むと推定)の間に有意な非線形結合が示された。全バイコヒーレンスは、コヒーレントなモードの振幅の2乗に比例していること、及びコヒーレントなモードは一定値$$pi$$のバイフェイズを持つことなどの測定結果は、長谷川-三間モデルによるドリフト波-帯状流系の理論的予測と整合することがわかった。

論文

Observation of nonlinear coupling between small-poloidal wave-number potential fluctuations and turbulent potential fluctuations in Ohmically heated plasmas in the JFT-2M tokamak

永島 芳彦*; 星野 克道; 江尻 晶*; 篠原 孝司; 高瀬 雄一*; 都筑 和泰; 上原 和也; 川島 寿人; 小川 宏明; 井戸 毅*; et al.

Physical Review Letters, 95(9), p.095002_1 - 095002_4, 2005/08

 被引用回数:99 パーセンタイル:92.94(Physics, Multidisciplinary)

JFT-2Mトカマクのオーム加熱プラズマの周辺部で、高速駆動静電プローブにより、ポテンシャル揺動スペクトルを測定した。その結果、二種類のコヒーレントな静電揺動(約1kHzと10-15kHz)を初めて見いだした。これらのモードは、最外殻磁気面の内側に存在する。このうちの高周波のモードは測地的音波(GAM)の特徴を有する。しかし低周波のモードは測地的音波かどうか不明である。バイスペクトル解析により、これらの静電揺動と背景乱流揺動にはパラメトリック変調的な非線形結合がみられることがわかった。すなわち、高周波のGAMモードや背景乱流はこの低周波のモードで変調を受けている(さらに背景乱流はGAMモードからも変調されている)ことを初めて見いだし、この低周波モード(周波数約1kHz)が非線形的に乱流輸送に影響を与えていると推定されることを初めて示した。

論文

Evaluation of nonlinear effects in the 3-GeV rapid cycling synchrotron of J-PARC

發知 英明; 野田 文章*; 谷 教夫; 木代 純逸*; 町田 慎二*; Molodojentsev, A. Y.*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.916 - 918, 2005/00

本講演では、J-PARC RCS内に存在する非線形磁場を考慮したトラッキングシミュレーションを示し、誘起されたベータトロン共鳴の補正手段を議論する。

論文

First principles based simulations of instabilities and turbulence

Villard, L.*; Angelino, P.*; Bottino, A.*; Allfrey, S. J.*; Hatzky, R.*; 井戸村 泰宏; Sauter, O.*; Tran, T. M.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(12B), p.B51 - B62, 2004/12

 被引用回数:29 パーセンタイル:68.6(Physics, Fluids & Plasmas)

ジャイロ運動論に基づく近年の第一原理プラズマ乱流シミュレーションの現状をレビューするとともに、ジャイロ運動論におけるv//非線形性,ジャイロ運動論的Poisson方程式における幾何効果の厳密な取り扱いといった、これまでの近似的に無視されてきた問題がシミュレーション結果に及ぼす影響を定量的に議論した。これらの効果の注意深い取り扱いの結果、エネルギー・密度保存を満足する乱流シミュレーションが可能になった。新しいシミュレーションでは(1)乱流の広がりが熱流速のバーストと圧力分布の局所平坦化の連鎖的な雪崩現象で生じる,(2)非線形の駆動されるE$$times$$B流はイオンラーマー半径の30倍程度のスケール長のグローバルなシア流になるといった、以前のシミュレーションでは見られなかった現象が明らかになった。

論文

Study of drift wave-zonal mode system based on global electromagnetic landau-fluid ITG simulation in toroidal plasmas

宮戸 直亮; Li, J. Q.*; 岸本 泰明

IAEA-CN-116/TH/8-5Rb (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

グローバル電磁ランダウ流体コードを用いて、トカマクプラズマ中の電磁的イオン温度勾配駆動乱流-帯状モード系を調べた。トカマクプラズマ中では2種類の帯状流、すなわち低安全係数領域における静的な帯状流及び高安全係数領域におけるgeodesic acoustic mode(GAM)と呼ばれる振動帯状流、が存在しうる。静的な帯状流が乱流輸送を効率的に抑制する一方、振動帯状流による乱流抑制は弱い。そのため、静的帯状流が駆動される低安全係数領域では帯状流が乱流を圧倒するが、振動帯状流が駆動される高安全係数領域では乱流は活発なままである。

論文

VHTRCにおけるデジタル非線形H$$_{infty}$$推定器による反応度推定実験

鈴木 勝男; 鍋島 邦彦; 山根 剛; 藤井 義雄*

日本原子力学会和文論文誌, 2(4), p.408 - 417, 2003/12

原子炉の安全運転や反応度異常の早期検知のためには、オンライン連続的な炉心反応度の監視が必要である。日本原子力研究所の高温ガス炉臨界実験装置(VHTRC)において、デジタル非線形H$$infty$$推定器を用いた反応度推定実験を行った。実験方法について、反応度の投入方法,サンプリング周期とアンチエリアシングフィルタ仕様,実験回路やデジタル非線形H$$infty$$反応度推定器の設計を述べた。次に、種々の反応度投入に対する出力応答試験の核計装信号のサンプリングデータを入力とするデジタル非線形H$$infty$$推定器の反応度推定結果について議論した。その結果、VHTRCの高出力運転及び低出力運転における動的反応度が、真値からほとんど遅れることなく、精度0.05¢$$sim$$0.1¢の範囲で良好に推定された。また、デジタル非線形H$$infty$$推定器により、周期Ts=10msのデータサンプリングの実時間推定が実現できることを確認した。本実験の結果から、実機のオンライン実時間反応度計として、デジタル非線形H$$infty$$反応度推定器が適用可能である見通しを得た。

論文

Second harmonic generation in CdTe crystal and Te by free electron laser

山内 俊彦; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 永井 良治

Technical Digest on 4th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Pacific Rim 2001), p.I_426 - I_427, 2001/00

自由電子レーザー(FEL)からの22ミクロンの波長の2次高調波(SHG)を2種類の結晶、非複屈折結晶CdTe及び複屈折結晶Te、を使って発生した。この変換効率はCdTeでは2.2$$times$$10$$^{-2}$$%(7.3$$times$$10$$^{-5}$$%/(MW cm$$^{-2}$$))、及びTe結晶では0.4%であった。また、Te結晶の位相整合角は9.62$$^{circ}$$であった。

論文

Ideal/resistive modes analysis in reversed shear configuration plasmas

津田 孝; 石井 康友; 栗田 源一; 徳田 伸二; 小関 隆久; S.Hudson*; 岸本 泰明

Chinese Physics Letters, 362, p.83 - 84, 1999/09

トカマクの逆シア配位では、高い閉じ込め性能が得られるが、非常に高い磁気流体現象で破壊されている。JT-60U装置の逆シアプラズマで観測されるプラズマ崩壊のベータ限界値の上限は、理想MHD安定性解析の結果と良く一致する。そこで本研究では、逆シア配位で生じる理想MHD不安定性の性質を調べ、ベータ限界値向上の可能性を調べた。さらに、逆シア配位では等しい安全係数値を持つ2つの共鳴面が近接するために、ダブルティアリングモードが不安定になる可能性がある。この不安定性はティアリングモードに比べて成長率が多く、また、外側共鳴面より内側の領域で安全係数分布の平坦化が起こるため、プラズマ崩壊を引き起こす可能性がある。そこで本研究では、計算機シミュレーションによりダブルティアリングモードの非線形発展の様子を調べた。

論文

A Particle-fluid hybrid simulation model based on nonlinear gyrokinetics

徳田 伸二; 内藤 裕志*; W.W.Lee*

プラズマ・核融合学会誌, 74(1), p.44 - 53, 1998/01

非線形ジャイロ運動論にもとづく自己無撞着な粒子-流体ハイブリッド・シミュレーション・モデルの定式化を行った。この定式化においては電子慣性の効果を残す。電子の分布関数から電子流体の方程式を導出する際、特性関数とキュムラント関数を利用する。この方法は電子の分布関数からモーメント方程式を導く統一的な方法である。また、非線形なブラゾフ-ポアソン-アンペールシステムにおけるエネルギー保存則を調べ、このハイブリッドシステムは厳密なエネルギー保存則が成立することを明らかにした。ここで提案するハイブリッド・シミュレーション・モデルは無衝突m=1モード不安定性(m:ポロイダル・モード数)等の電子慣性の重要な運動論的MHDモードの研究に適している。

論文

数値トカマクNEXT計画

徳田 伸二

プラズマ・核融合学会誌, 72(9), p.916 - 919, 1996/09

数値トカマク(NEXT)計画を概説する。NEXT計画は超並列計算機上で実行されるシミュレーション・コード群を開発し、高い予測性をもって、ITER(国際熱核融合実験炉)のような次世代トカマクに適用することを目標とする。このため、NEXT計画では、核融合プラズマ・シミュレーションに適したモデルの研究ならびに並列計算手法および超並列計算機アーキテクチャの研究を行う。

論文

Estimation of dynamic reactivity using an H$$_{infty}$$ optimal filter with a nonlinear term

鈴木 勝男; 渡辺 光一

Nuclear Technology, 113, p.145 - 154, 1996/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:40.29(Nuclear Science & Technology)

非線形フィードバック項を付加したH$$_{infty}$$最適フィルタを非線形原子炉の動的反応度の推定問題に適用した。H$$_{infty}$$最適フィルタは線形動的モデルと仮想的信号で駆動される反応度状態方程式を組合せたモデルに基づいて設計した。数値シミュレーションの結果から、比較的大きな反応度外乱のもとで、非線形原子炉の動的反応度を良好に推定できることが明らかとなった。

論文

Importance measures in global sensitivity analysis of nonlinear models

本間 俊充; A.Saltelli*

Reliab. Eng. Syst. Saf., 52, p.1 - 17, 1996/00

 被引用回数:1124 パーセンタイル:100(Engineering, Industrial)

本論文では、モデル出力のグローバルな感度解析における新手法を取り上げる。この手法はHoraとIman(1986)、石神と本間(1989)及びSaltelli et al(1993)並びにSobol(1990)の独立の仕事によって開発された重要度指標に基礎を置くものである。この中でSobolによる取扱いが最も一般性があり厳密であるので、この論文ではその定式化を採用し、さらにその手法の概念及び計算上の改善を提案した。与えられた人力パラメータの出力の分散に対する全寄与度を計算するため、ここで「全分散効果」の項を導入した。これは対象とするパラメータがそれ以外の全てのパラメータとの相互作用から生じる全ての項を含むグローバルな指標を提供する。もう一つの手法の改善は、結果の再現性を高めるためにデータの順位変換数を用いた点である。この手法は4つのテストケースに対して、適用された。この研究により、比較的合理的な計算コストで、汎用性があり正確で情報量に富む感度解析手法を提供することができた。

論文

Global sensitivity analysis of nonlinear models,Importance measures and Sobol' sensitivity indices

本間 俊充; A.Saltelli*

EUR-16052, 0, 39 Pages, 1994/00

ソボルによる感度指数に基づく新しい重要度指標を導入し、二三の解析的モデル及び計算機モデルに適用してその有効性を示した。この大局的感度解析手法は、着目する入力パラメータと他の全ての入力パラメータとの相互関連から生じる出力に対する影響を考慮することのできる重要度指標を提供する。したがって、入力と出力間の非線形な関係の存在するモデルにも適用可能である。手法の再現性を改善するために、出力値の順位変換を実施して得た重要度指標も同時に導入した。この結果、比較的合理的な計算コストで、精確で非常に情報量の多い優れた感度解析手法を提供することができた。

論文

Application of H$$_{infty}$$ control theory to power control of a nonlinear reactor model

鈴木 勝男; 島崎 潤也; 篠原 慶邦

Nuclear Science and Engineering, 115, p.142 - 151, 1993/00

 被引用回数:21 パーセンタイル:86.37(Nuclear Science & Technology)

本研究は非線形BWRの補償器設計へのH$$_{infty}$$ロバスト制御理論の応用に関するものである。また、その結果は標準的なLQG制御理論が適用された場合の結果と比較される。原子炉出力制御系に対してはロバスト安定と閉ループ感度の改善が望まれる。LQG制御理論で構成した出力制御系のシミュレーション結果では定常偏差が生じ、安定性が低いことが示された。そこで外乱やシステムパラメータ変動に対してロバストな制御系を設計するために、H$$_{infty}$$制御理論を応用した。H$$_{infty}$$制御系によるシミュレーション結果から、出力制御系は原子炉の安全な運転のために重要な充分なロバスト安定性と外乱減衰特性を有していることが示された。

報告書

高温工学試験研究炉用黒鉛・炭素材料の弾性変形に関する実験と検討

荒井 長利; 湊 和生; 衛藤 基邦; 奥 達雄*; 依田 真一*

JAERI-M 92-085, 28 Pages, 1992/06

JAERI-M-92-085.pdf:0.8MB

高温工学試験研究炉の黒鉛構造物の製作には微粒等方性黒鉛IG-110、中粒準等方性黒鉛PGXおよび粗粒準等方性炭素ASR-ORBが使用される。これらの設計用材料データは「高温工学試験研究炉黒鉛構造設計方針」で規定されている。本書は、それらのデータの内、弾性変形の規定に含まれる設計用弾性係数およびポアッソン比の設定根拠を詳しく説明する。即ち、各銘柄の応力-ひずみ関係、弾性係数およびポアソワン比に関する実験データの詳細を示し、その弾性近似の考え方および設定結果を示した。

論文

Nonlinear dynamics of reactor with time delay in automatic control system and temperature effect

金野 秀敏*; 林 光二; 篠原 慶邦

Journal of Nuclear Science and Technology, 29(6), p.530 - 546, 1992/06

温度と自動制御からの遅れフィードバックを持つ1成分原子炉動特性(非線形)を研究している。炉出力振動を生起する必要条件は、これら2つの異なった遅れフィードバック間の競合である事が示される。モデルは、炉出力振動の特徴から、付加雑音源を持つ確率ファンデルポール方程式に変換され、これによって非線形相互作用の重要性と外来雑音の効果は質的に理解できる。振動の飽和振幅の推定のための理論的方法もまた、飽和振幅のより精確な理論的予測のために開発した。

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