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論文

Development of compact high field pulsed magnet system for new sample environment equipment at MLF in J-PARC

渡辺 真朗; 野尻 浩之*; 伊藤 晋一*; 河村 聖子; 木原 工*; 益田 隆嗣*; 佐原 拓郎*; 左右田 稔*; 高橋 竜太

JPS Conference Proceedings (Internet), 25, p.011024_1 - 011024_5, 2019/03

近年、中性子や放射光をプローブとした数10T以上の強磁場下で行う実験・研究への要望が増えてきている。強磁場装置を用いた中性子散乱実験は、例えば、磁場誘起超伝導体などにおける強磁場中磁気相関の研究やマルチフェロイック物質などの新しい凝縮系の研究などが挙げられる。J-PARC MLFでは、強磁場パルスマグネットシステムの開発をおこなった。一般的に数10テスラ以上の強磁場装置は大規模になるが、開発する装置はMLFの既存のビームラインに対して設置可能な小型な装置でなければならない。そこで数ミリ秒程度磁場を発生させるパルスマグネットシステムを開発した。パルス磁場にすることで、強磁場を達成しつつエネルギー・パワーを抑えることで装置の小型化が可能である。30テスラを発生可能なパルスマグネットシステムを実現するためには、高電圧・大電流パルス電源および、強磁場に耐えられるコイルと試料スティックが必要である。本発表では、開発したパルスマグネットシステムの詳細およびMLFビームライン(HRC)にて行なった中性子ビーム利用実験でのパルスマグネットシステムの状況について報告する。

論文

New injection bump power supply of the J-PARC RCS

高柳 智弘; 林 直樹; 植野 智晶*; 堀野 光喜; 岡部 晃大; 金正 倫計; 入江 吉郎*

Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.2908 - 2910, 2015/06

J-PARC 3GeV RCSのビーム入射システムにおけるシフトバンプ電磁石用の新しい電源を開発し製作した。新しい電源は、LINACの入射ビームエネルギーが181MeVから400MeVへとアップグレードをするのに合わせ、現在の2倍以上の電源容量が必要になる。さらに、電磁石のセラミックダクトを覆うRFシールドのループコイルのインダクタンスと励磁場の共振によるビームロスを防ぐために、電流リップルノイズの低減が要求される。そこで、新しい電源の主回路方式に、これまでのIGBTの半導体スイッチを利用したチョッパ方式から、コンデンサの充放電を利用した転流方式を新たに採用することにした。コンデンサ転流方式は、台形波形(バンプ波形)を出力する際に、常時スイッチングを行うチョッパ方式と異なり、原理的にはバンプ波形の分岐点での3回のスイッチ操作で形成が可能である。出力試験の結果、スイッチングに起因するリプル電流の発生が大幅に低減されたことを確認した。さらに、バンプ電磁石に起因するビームロスが低減し、RCSの所期性能である1MW相当のビーム加速に成功した。本論文では、転流方式を採用した新シフトバンプ電源の特性について述べる。

論文

Type tests of JT-60SA Fast Plasma Position Control Coil (FPPCC) power supplies

Zito, P.*; Lampasi, A.*; Novello, L.*; 松川 誠; 島田 勝弘; Portesine, M.*; Fasce, F.*; Cinarelli, D.*; Dorronsoro, A.*; Vian, D.*

Proceedings of IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering (IEEE-EEEIC 2015), p.156 - 160, 2015/06

In JT-60SA, Fast Plasma Position Control Coils (FPPCC) PSs allow controlling the vertical position of the plasma during a plasma shot, against Vertical Displacements Event (VDE). An open loop feed forward voltage control is adopted in order to achieve a fast control of FPPCC PSs. The characteristics of the PS are: 4-quadrant AC/DC converter 12-pulse, DC load voltage $$pm$$1000 V and DC load current $$pm$$5 kA. The design of the FPPCC converters has been validated by a simulation model, finalizing the performances and dynamic behavior of voltage response. After the completion of the realization phase, the testing phase has been carried out in accordance to the IEC60146 Standards and this is the focus of the paper. The tests performed have pointed out a good dynamic behavior of the FPPCC converter in open loop feed forward voltage control, for a reference voltage step of 1kV, the rise time of output voltage is 2.88 ms, confirming outcomes achieved by simulations.

論文

Development of a dc 1MV power supply technology for NB injectors

渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 川島 秀一*; 小野 要一*; 山下 泰郎*; 山崎 長治*; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 谷口 正樹; 奥村 義和; et al.

Nuclear Fusion, 46(6), p.S332 - S339, 2006/06

 被引用回数:24 パーセンタイル:65.26(Physics, Fluids & Plasmas)

1MeV級の中性粒子入射装置用電源における重要な技術は、超高電圧の高速制御,直流1MVの電送,イオン源で放電破壊の際のサージの抑制である。超高電圧の制御については、これまでのパワー半導体の進歩を反映させ、従来のGTOインバータをIEGT素子に変えたインバータについて検討した。その結果、インバータでの損失を従来の1/3に低減でき、大きさとしてもGTO方式の6割に小型化できることを示した。さらに、1MV電送については、重要な要素である超高圧のブッシングについての試作試験で十分な耐電圧を確認した。また、サージの抑制については、高磁束密度で周波応答の良いファインメットコアを用いることで、サージの吸収が可能である。これらの技術のこれまでの進展について述べる。

論文

NBI技術の波及効果

渡邊 和弘; 安東 靖典*

プラズマ・核融合学会誌, 81(10), p.792 - 797, 2005/10

中性粒子入射装置(NBI)で開発された大出力イオン源や電源技術の波及効果について述べる。具体的には、高集積電子デバイス,ハードディスクの大容量化,大型液晶モニターなどのようなハイテク製品実現を支える製造装置への波及が上げられる。つまり、これらの技術の進展の裏には、それを製造する際に必要な道具、いわゆる製造装置の性能向上が不可欠であり、それを可能にしたのがNBIで培われた大面積大出力イオンビーム技術である。さらに、NBI電源技術についても、サージ抑制素子の高性能化技術などが、高エネルギー加速器の小型化高性能化に大きく貢献している。本稿では、NBI開発によって進展したイオンビーム技術が、今日のIT化時代を支える柱の一つとなっていること、さらに、加速器などの分野への貢献を含めて具体的な例を挙げながら紹介する。

論文

A New intelligent coil current control system combined with a synchronous generator and a diode rectifier

島田 勝弘; 大森 栄和; 古川 弘*; 寺門 恒久; 松川 誠; 栗原 研一

Proceedings of International Conference on Electrical Engineering 2004 (ICEE 2004), p.777 - 781, 2004/00

同期発電機とダイオード整流器で構成される電源を用いてトカマク型核融合装置JT-60のトロイダル磁場コイル電流を制御する新しいシステムの開発を行った。このコイル電流制御では、状態フィードバック制御手法を採用し、高精度でほぼ任意のパターンで電流を変化させることを可能とした。さらに、発電機界磁電流,発電機端子電圧及びトロイダル磁場コイル電圧のリミタ機能や、安全のためにリアルタイムでのコイル異常検出機能も設けている。開発された新しいコイル電流制御システムの動作試験及びコイル通電試験を行い、システムの健全性を確認した。本発表では、新しいコイル電流制御システムの設計・製作・試験について報告する。

論文

CSモデル・コイル試験装置

加藤 崇; 中嶋 秀夫; 礒野 高明; 濱田 一弥; 河野 勝己; 杉本 誠; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 押切 雅幸*; et al.

低温工学, 36(6), p.315 - 323, 2001/06

CSモデル・コイル試験装置は、ITER R&Dで製作されたCSモデル・コイル及びCSインサート・コイルの検証すべきコイル性能を試験する超伝動コイル試験装置である。本装置の最大の特徴は、高出力の大電源(最大出力225MVA: JT-60トロイダル磁場用電源)と大型ヘリウム冷凍システム(5kW@4.5K及び超臨界圧ヘリウムを1.0kg/sまで強制循環可能)を併せ持つ点である。本試験装置は、世界最大の超伝動コイル試験装置となり、CSモデル・コイル及びCSインサート・コイル試験において約5ヶ月間に渡る連続運転にその性能を十分に発揮し試験成功を導いた。本試験装置の設計,仕様,そして、性能について述べる。

報告書

Design of neutral beam injection power supplies for ITER

渡邊 和弘; 比嘉 修*; 川島 秀一*; 奥村 義和; 小野 要一*; 田中 政信*

JAERI-Tech 2000-033, p.72 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-033.pdf:2.72MB

ITER用中性粒子入射装置(NBI)電源の設計を行った。本設計では負イオンビーム加速電源の制御部であるコンバータ、インバータシステムの回路設計のほか、加速電源機器の設計検討を実施した。さらに負イオン生成のためのアーク電源と負イオン引き出し電源の動作特性を回路解析コードで検討し、リップル性能や流入エネルギー制御機能が十分であることを確認した。これらの設計の結果、NBI電源に要求される性能を十分に満足できることを確認した。

論文

Operation and control of JT-60U ECRF system

篠崎 信一; 下野 貢; 寺門 正之; 安納 勝人; 平内 慎一; 池田 佳隆; 池田 幸治; 今井 剛; 春日井 敦; 森山 伸一; et al.

Proceedings of the 18th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE '99), p.403 - 406, 1999/10

JT-60Uにおける局所的な加熱及び電流駆動を目的として試作開発してきた110GHz,1MWのECRFシステムの構成・機能及び運転・制御について述べる。本システムはジャイロトロン、高圧電源、全長60mにおよぶ伝送系、駆動ミラーを有するアンテナから構成される。これらの機器すべてを統括し、その運転を制御する制御設備はシーケンサ、VME、タイミング制御板等から構成される。これらの内、特に重要な構成機器はタイミング制御板であり、ジャイロトロンの運転に欠かせない高圧電源の入・切制御を行うためのものである。これによりブレークダウン等の発生から数$$mu$$秒以内に高圧電源を遮断し、ジャイロトロンを保護することができる。また、ジャイロトロン、伝送系等の操作のために、マンマシンインターフェイス部分にタッチパネルを導入した。これにより、起動、停止やパラメータ入力等の運転操作が大幅に簡素化され、容易な運転を可能とした。

論文

The JA home team design of the ITER ECRF power supply system

恒岡 まさき; 今井 剛; E.Bowles*; I.Benfatto*; 吉田 利夫*; 石橋 正幸*

Fusion Engineering and Design, 45(2), p.197 - 207, 1999/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.53(Nuclear Science & Technology)

本論文はITERの工学設計の設計タスクで行われたITER ECRF用電源システム設計において日本チームの検討をもとに述べたものである。本システムは68MWの総容量のジャイロトロンを駆動する電源である。システムは55MVAの66kVライン4線で受電し、1ラインに4ユニットのECRF電源へ給電する。1ユニット分の電源はエネルギー回収ジャイロトロン4基を駆動し、原研ですでに開発した実績のあるIGBTスイッチを保護装置として、加速電源にDC-DCコンバータ電源を採用した設計とした。主電源にはサイリスタ交流電力調整装置を採用し、急峻な負荷変動に対する電圧安定化制御を行う。本論文ではジャイロトロン保護のための許容エネルギー条件を満たすための設計と主電源の電圧安定化制御法の設計を述べ各機器のレイアウトについて述べた。

論文

Development of a high performance core snubber for high power neutral beam injectors

渡邊 和弘; 水野 誠*; 中島 晋*; 飯村 勉*; 宮井 裕三*

Review of Scientific Instruments, 69(12), p.4136 - 4141, 1998/12

 被引用回数:28 パーセンタイル:84.65(Instruments & Instrumentation)

鉄基超微結晶軟磁性合金薄帯コアを用いた中性粒子入射装置用コアスナバーを開発した。コア単体は外径90cm、内径40cm、厚さ2.5cmであり、コアスナバーへの適用性について、特性試験を行った。その結果、1.35Tの高飽和磁束密度、1MHzの高周波パルス下で3500の高い比透磁率が得られ、コアスナバーとして優れた性能が得られた。このコアを用いて、1MV負イオン加速電源システム用のコアスナバーを開発した。13個のコアを用いて0.15Wbの磁束が得られる。本コアにより、従来型のNi-Znフェライトを使用した場合に比べ、その大きさを約1/3に小型化できる。

報告書

Design of ITER NBI power supply system

渡邊 和弘; 比嘉 修*; 川島 秀一*; 小原 祥裕; 奥村 義和; 小野 要一*; 田中 政信*; 安富 誠*

JAERI-Tech 97-034, 106 Pages, 1997/07

JAERI-Tech-97-034.pdf:2.58MB

総合ビーム入射パワーが50MW(1MeV)のITER用中性粒子入射装置(NBI)電源の設計を行った。1MV出力の負イオンビーム加速電源には、交流低圧側制御方式を採用し、150Hzのインバーターを適用した。回路シミュレーションにより、立ち上げ時間、リップル、遮断速度等の電源に要求される全ての性能を満足できることが確認できた。放電破壊時のサージ抑制も、3kA,10J以下に抑えられることが確認できた。さらに、本システム実現のためには、DC1MVの電力伝送ラインのR&Dが重要であることを示した。

論文

Development of d.c.power supply for gyrotron with energy recovery system

恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 坂本 慶司; 春日井 敦; 今井 剛; 永島 孝; 浅香 敏夫*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*; et al.

Fusion Engineering and Design, 36(4), p.461 - 469, 1997/00

 被引用回数:22 パーセンタイル:84.32(Nuclear Science & Technology)

本論文は核融合プラズマの加熱の1方式である電子サイクロトロン周波帯加熱電流駆動に用いるジャイロトロン発振管用電源について述べたものである。特に原研にて開発成功したエネルギー回収型ジャイロトロン用電源について述べたものである。この電源は発振に必要な電力を供給する主電源と発振に必要な安定電界を形成するための加速電源から構成される。加速電源により加速された電子はジャイロトロンの空胴共振器で高周波電力に変換され、加速電圧と主電源電圧差で生ずる減速電界によりスペントビームのエネルギー回収を行う。本論文ではこれらの構成とジャイロトロン実験による実証例を述べた。これにより従来型の方式に較べ電源容量で1/2冷却装置容量で1/3になる見通しを明らかにした。

論文

Development of a general tokamak circuit simulation program and some application results to the JT-60 power supply system

松川 誠; 青柳 哲雄; 三浦 友史

Proc. of Power Conversion Conf. -Nagaoka 1997, 1, p.457 - 462, 1997/00

従来より広く一般に使用されている回路解析プログラムは、あらゆる応用問題に対応可能とさせるためにプログラム自身の複雑化・巨大化を招き、結果としてその習熟が困難となったり、あるいは使い勝手が低下するという欠点があった。それに対して、JT-60電源設備の設計・解析のために開発した汎用トカマク回路シミュレーションプログラムGTCSPは、使用目的を限定したために簡潔で計算時間が少ないという長所を有している。これは、トカマク装置が基本的にはR-L回路で記述できることに着目して、変形修正オイラー法を採用したことにより実現した。論文では、GTCSPの解法やその構成だけでなく、JT-60電源における幾つかの適用事例についても述べる。

論文

中性粒子入射装置電源におけるサージの抑制

渡邊 和弘; 伊藤 孝雄*; 松岡 守

プラズマ・核融合学会誌, 69(10), p.1229 - 1241, 1993/10

200keV,3.5A出力のヘリウムビーム入射装置において、放電破壊によるイオン源の耐電圧低下を防ぎ安定にビームを得るためのサージ抑制の改良を行った。EMTP回路解析コードによるサージ解析とサージの測定により、大きな対地浮遊容量をもつ絶縁変圧器が主なサージの流出源であることを明らかにした。そして、サージ電流波高値を抑制するために、1mHのリアクトルを変圧器二次回路に挿入した。サージ測定により、目標通りサージ電流を1.5kAから、500Aに低減できたことを確認した。この改良により、放電破壊によるイオン源の耐圧低下はなくなり、定格出力のビーム(200keV,3.5A,0.1s)がくり返し安定に得られるようになった。このことにより、耐電圧低下を防ぐためには、放電破壊時のサージ電流を抑制することの方が、エネルギーへの抑制より、より効果的であることが明らかになった。

論文

Future potential of nuclear heat utilization in energy, economy and environment

田所 啓弘; 佐藤 治; 安川 茂; 林 敏和*

Nucl. Eng. Des., 136, p.211 - 217, 1992/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

小型モジュール型高温ガス炉が経済的競合力を有するための条件及び高温核熱利用のエネルギー・環境面からみた役割について検討し、以下の結論を得た。小型モジュール型高温ガス炉はモジュラー化、安全系の設計簡素化などによりスケール指数0.7程度が可能であれば、習熟のスロープが0.9程度でも大型炉と充分に競合しうることが示された。また、電力市場においては、需要地近接立地を想定すれば、建設費及び運転維持費が大型炉の1.4倍高くなっても、石炭火力やLWR発電と比較して完全な競争力を有することが判った。更に、高温核熱を化石燃料の改質、水素製造、メタノール合成等に利用することにより、石油輸入量を低く抑え、SO$$_{2}$$,NO$$_{x}$$,CO$$_{2}$$排出消滅にも多大に寄与する可能性があることが示された。

報告書

Conceptual design of SC magnet system for ITER, IV; Power supply and cryogenic system

加藤 崇; 吉田 清; 樋上 久影*; 大川 慶直

JAERI-M 91-123, 59 Pages, 1991/08

JAERI-M-91-123.pdf:1.09MB

本紙はITER用超電導コイル・システムに対する日本の提案をまとめたものである。特に本紙は超電導コイル・システム用のユーティリティー(電源、冷凍機)の設計案を示したものである。本設計案は、LCT国内試験装置や実証ポロイダル・コイル試験装置の製作経験を取り入れることによって技術的妥当性を高めた。概念設計活動においては、どの部品が設計上の問題点であるかを見いだすことを主題に検討を進めた。その結果、電源系では遮断器の信頼性の向上と小型化が重要であることがわかり、冷凍機では大型化のための要素開発が重要であることが判明した。

論文

Future potential of nuclear heat utilization in energy, economy and environment

田所 啓弘; 佐藤 治; 安川 茂; 林 敏和*

Proc. for the Seminar on 10th Int. Conf. SMiRT, p.VI.6.1 - VI.6.8, 1989/00

小型モジュール型高温ガス炉が経済的競合力を有するための条件及び高温核熱利用のエネルギー・環境面からみた役割について検討し、以下の結論を得た。小型モジュール型高温ガス炉はモジュラー化、安全系の設計簡素化などによりスケール指数0.7程度が可能であれば、習熟のスロープが0.9程度でも大型炉と充分に競合しうることが示された。また、電力市場においては、需要地近接立地を想定すれば、建設費及び運転維持費が大型炉の1.4倍高くなっても、石炭火力やLWR発電と比較して完全な競争力を有することが判った。更に、高温核熱を化石燃料の改質、水素製造、メタノール合成等に利用することにより、石油輸入量を低く抑え、SO$$_{2}$$、NO$$_{x}$$、CO$$_{2}$$排出削減にも多大に寄与する可能性があることが示された。

報告書

IAEA INTOR Workshop Report, Group 8; Power Supply and Transfer

嶋田 隆一; 宅 直之*; 新谷 吉郎; 岸本 浩; 田村 早苗

JAERI-M 8511, 63 Pages, 1979/10

JAERI-M-8511.pdf:1.92MB

様記ワークショップにおける検討資料として、INTORの電源に関して、原研で行った設計、検討の結果をとりまとめたものである。主としてポロイダル磁場コイル電源について述べてあり、ポロイダル磁場コイル電源に関する限り、「システム設計」は本報告に述べた検討によりほぼ終了したものと考えられる。発電機の運転特性を含めた電源システム全体の運転シミュレーション結果などが述べられている。

口頭

ITER NBTF 1MV電源の製作と試験

柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 前島 哲也; 照沼 勇人*; 小田 勇樹; 戸張 博之; 大楽 正幸; 花田 磨砂也

no journal, , 

ITERでは、中性粒子入射装置(NBI)に先駆けて、イタリア・パドバにNB試験施設(NBTF)を建設し、その性能を実証する計画であり、原子力機構は、NBTFの高電圧電源機器(1MV, 60A, 3600秒)の製作を進めている。これらの機器は、1MVの電圧を発生する5台の直流発生器、直流フィルター、1MV上で電力を伝送する全長100メートルの伝送ライン等、全14台の機器から構成され、これらの実現に向けてR&Dを進める共に、機器の製作を進めている。機器製作については、直流発生器5台のうち、0.2, 0.4, 0.6MVを発生する3台、及び1MVの電力を伝送する伝送ラインの8割について工程通りに製作を完了した。その後、定格の120%である1.2MV, 3600秒の耐電圧を実証し、全ての工場試験に合格した。これらの機器は、現在NBTFに向けて輸送中であり、2015年12月より工程通り現地据付け作業を開始する。また、今回、最新のR&Dの成果の一つとして、1MVの高電位に水を供給するためのFRP製冷却水絶縁配管の開発について報告する。

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