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論文

Actively-cooled plasma electrode for long pulse operations in a cesium-seeded negative ion source

藤原 幸雄; 渡邊 和弘; 奥村 義和; Trainham, R.*; Jacquot, C.*

Review of Scientific Instruments, 76(1), p.013501_1 - 013501_5, 2005/01

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

セシウム添加型の負イオン源における長パルス運転用のプラズマ電極を開発した。セシウム添加型負イオン源では、プラズマ電極の温度を負イオン生成に適する300$$^{circ}$$C程度に維持することが必要である。冷却パイプを熱絶縁のためのスペーサを介してプラズマ電極にロー付けする構造を新たに提案、3次元熱解析により設計を行い製作した。実際に負イオン源に組み込み負イオンビーム生成試験を行った結果、長パルス試験において温度が約280$$^{circ}$$Cに維持できることを確認でき、本強制冷却方式が長パルス運転用電極に有効であることを確認できた。

報告書

セシウム添加型負イオン源におけるプラズマ電極材質の違いが負イオン生成に与える影響

清水 崇司; 森下 卓俊; 柏木 美恵子; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 和田 元*; 今井 剛

JAERI-Tech 2003-006, 26 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-006.pdf:1.12MB

セシウム添加型負イオン源におけるプラズマ電極の材質の違いが、負イオン生成効率に与える影響について実験的に調べた。本研究においては、金,銀,銅,ニッケル,モリブデンの5種の電極について調べた。実験では、プラズマ電極がフィラメント陰極材によって覆われることを防ぐために、2.45GHzのマイクロ波イオン源を用い、各電極において仕事関数と負イオン電流の相関性を測定した。その結果、得られる負イオン電流量は、その時の電極の仕事関数によって一意的に決まり、電極材質そのものには無関係であることが明らかになった。つまり、電極材質の違いが仕事関数の違いをもたらし、仕事関数の違いによって負イオン生成量が変わることがわかった。用いた材質の中では、金が最も低い仕事関数1.42eVを示し、負イオン生成効率も20.7mA/kWの高い値を示した。この値は、従来から電極として用いられている銅やモリブデンより30%高い値であった。さらに、セシウムとタングステンを同時堆積させた場合には、24.6mA/kWと最も高い効率を得た。

論文

A Frame-cooled plasma grid for long pulse operations in a cesium-seeded volume negative ion source

藤原 幸雄; 奥村 義和; 渡邊 和弘; Trainham, R.*; Jacquot, C.*

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.298 - 304, 2002/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.8(Instruments & Instrumentation)

ITER用負イオン源に向けて、3次元シミュレーションを用いて、温度,応力解析を行い長パルス運転用の周辺冷却型プラズマ電極を設計した。セシウム添加型イオン源では、負イオンを効率よく生成するために電極の温度を一様に300$$^{circ}C$$前後に維持することが必要である。ITER用電極のサブセグメントに相当する周辺冷却型電極を製作し、負イオン生成実験を行った。その結果、電極温度が定常的に300$$^{circ}C$$程度に維持できることを確認した。

論文

プラズマ電極材質の違いがH$$^{-}$$表面生成に与える影響

清水 崇司; 和田 元*; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 森下 卓俊; 雨宮 亨*; 今井 剛

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.25 - 28, 2001/11

体積生成型負イオン源に少量のCsを添加すると、負イオン生成効率が3-5倍に増加することが知られている。そのため、核融合炉用などの大電流負イオン源として体積生成方式のセシウム添加型負イオン源が用いられている。Cs添加による負イオン生成の促進効果は、プラズマに直接面するプラズマ電極(PG)表面の仕事関数がCs吸着により下がることによって、表面生成効率が増加するためであると考えられている。セシウムが付着した場合のPG電極の仕事関数は電極材質によって異なるため、表面生成される水素負イオン量も電極材質によって違いがあることが予想される。本研究では、電極材質の違いが負イオン生成効率へ与える影響を調べるために、PG電極の材質(金,モリブデン等)を変えて、生成される負イオン電流値の比較を行った。その結果、Au,MoにそれぞれCsを添加した場合、負イオン電流値はCs/AuがCs/Moより1.5倍ほど高い値が得られ、電極材質の違いで負イオン生成量が大きく変化することが確認できた。

論文

Temperature control of plasma grid for continuous operation in cesium-seeded volume negative ion source

藤原 幸雄; 宮本 直樹*; 奥村 義和

Review of Scientific Instruments, 69(2), p.1173 - 1175, 1998/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:44.59(Instruments & Instrumentation)

セシウム添加体積生成型負イオン源において、負イオン生成率を高めるためにはプラズマ電極の表面温度を300$$^{circ}$$C程度に保つ必要がある。一方、プラズマ電極はプラズマの荷電粒子の衝突や輻射、中性粒子の衝突などのために15W/cm$$^{2}$$程度の熱負荷を受ける。この熱を利用して定常的に表面温度を最適値に保つことのできる電極を設計し、試験を行った。本電極は負イオン引出領域の周囲にベローズ構造の熱絶縁部を持ち、計算機シミュレーションによれば、15W/cm$$^{2}$$の熱負荷のもとで250-300$$^{circ}$$Cの一様な温度分布を得ることができる。実験においても、設計通りの温度が得られていることを確認するとともに、400keV、0.6Aの水素負イオンビームを高い効率のもとで定常的に得ることができた。

論文

Correlation between negative hydrogen ion production and work function of plasma grid in a cesium-introduced volume-production-type negative hydrogen ion source

神藤 勝啓*; 奥村 義和; 安藤 俊光*; 和田 元*; 津田 博*; 井上 多加志; 宮本 賢治; 永瀬 昭仁*

Japanese Journal of Applied Physics, 35(3), p.1894 - 1900, 1996/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:32.67(Physics, Applied)

体積生成型負イオン源において、プラズマ電極の仕事関数と負イオン引き出し電流の関数を実験的に調べた。セシウム添加した際の負イオン電流の増分は、仕事関数の減少とともに指数関数的に増大する。この実験的事実は、表面生成された負イオンが、プラズマ中の水素原子の温度に相当するエネルギーをもって表面から脱離すると仮定したモデルでは説明できない。負イオンが熱運動エネルギーよりも大きな運動エネルギーをもって生成されると仮定すれば、実験結果を良く説明することができる。

論文

Applicability of eddy current analysis by a network mesh method to electromagnetomechanical problems and its experimental verification

西尾 敏; 三浦 秀徳*; 磯野 彬*

International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 6, p.37 - 54, 1995/00

ネットワーク回路法による渦電流解析に基づいた電磁機械連成現象を解析するための計算コードを開発した。ネットワーク回路法では作用する起電力の項に構造物の変形の効果が含まれているため、変形の大きい場合の解析も精度良く行なうことができる。コードの検証のための実験も実施した。実験体系は定常磁場中に置かれた薄板導体に変動磁場を印加し、導体各部の振動挙動を実測する。導体の支持方法は、片持ハリ、両端固定および両端回転の3種類である。数値解析の結果と実験結果は極めて良い一致を示し、ITER等の核融合装置の炉心構造物の過渡電磁動力学解析に適用できることが明らかとなった。

論文

Extraction electrode for 100kV 40A 10s ion source

堀池 寛; 秋場 真人; 荒木 政則; 松田 慎三郎; 松岡 守; 小原 祥裕; 奥村 義和; 柴沼 清; 田中 茂

Fusion Technology, 7, p.171 - 179, 1985/00

本報告はJT-60用イオン源のビーム引出し電極の機械的な湾曲を抑える方法の実験的研究について述べている。湾曲対策を施していないプラズマ電極は温度が上昇すると簡単に湾曲してしまう事が、冷却水管に熱水を流すことによってわかり、これを抑えるため板厚を厚くして変形しにくくした電極と、熱膨張を逃すため柔らかい構造とした電極の二種類を試作,試験した。熱水試験及び実際のビーム引出し試験の結果両電極共非常に良い特性を示し、両方共100kVにおいて40Aレベルの電流を10秒間引き出すことに成功した。プラズマ電極のたわみの許容値についても議論されている。

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