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論文

Heating, current drive, and advanced plasma control in JFT-2M

星野 克道; 山本 巧; 玉井 広史; 大麻 和美; 川島 寿人; 三浦 幸俊; 小川 俊英; 荘司 昭朗*; 柴田 孝俊; 菊池 一夫; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.139 - 167, 2006/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.04(Nuclear Science & Technology)

JFT-2Mで開発されたさまざまな加熱電流駆動装置や外部コイルやダイバーターバイアス装置により得られた成果を先進能動的トカマクプラズマ制御の観点からレビューする。各装置の設計などについても特徴を述べる。この分野でのJFT-2Mの貢献についてまとめる。

論文

Concept and results of new operation scheme with improved control system for radio frequency heating in JT-60U

森山 伸一; 篠崎 信一

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(8), p.6224 - 6229, 2005/08

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

実時間波形整形の手法を用い、分散処理の概念に基づいて、JT-60U高周波加熱装置の制御設備の改造を行った。改造後のシステムが、従来の集中処理システムに比べて高い性能と信頼性を発揮しているのは当然であるが、実時間波形整形機能により装置運転の役割分担を見直し、高効率で円滑な運転を実現したことは注目すべきことである。実験装置の性格上、実験運転と装置調整は平行して進められ、調整の完了は事実上ありえない。特にプラズマ対向機器でありかつ高い高周波電界の発生するアンテナのコンディショニングには、磁場やプラズマの存在する条件で、きめ細かく入射パラメータを設定することが不可欠である。改造後の典型的な役割分担では、JT-60U全体の実験パラメータを把握する実験オペレータが矩形の入射パワー波形をプログラムし、一方で高周波加熱装置、特にアンテナのその時点での状態を熟知したRFオペレータが、パワー上昇率限界など機器に固有のパラメータを入力する。これらの情報を実時間で合成した入射命令を機器側に送出するようにした。この改造では制御機器間の信号伝達を可能な限り単純化し、汎用機器を多用した。本改造で構築した単純で柔軟性のある分散処理システムは、核融合研究用高周波加熱装置の制御系のあり方を提案するものである。

報告書

核融合発電実証プラントに向けた炉工学研究開発の展開

核融合工学部

JAERI-Review 2005-011, 139 Pages, 2005/03

JAERI-Review-2005-011.pdf:11.95MB

我が国の核融合工学研究開発は原子力委員会策定の「第三段階核融合研究開発本計画」に基づき、国際熱核融合実験炉(ITER)に必要な主要構成機器の開発・高性能化を図ること、及び核融合炉開発に必要な炉工学技術の基盤を構築すること、の2項目の実現を目標とする。原研は、これらにかかわる研究開発の中心的機関として、ITER工学技術開発及び建設・運転に向けた研究開発,ITERでの工学試験及び発電実証プラントに向けた研究開発、及び核融合工学基盤研究を実施している。本報告は、ITERでの工学試験及び発電実証プラントに向けた研究開発の現状と今後の展開を、核融合工学基盤研究を含めて取り纏めるものであり、これまでの核融合炉工学研究開発の進捗をレビューするとともに、発電実証プラントに向けた研究開発中核である発電ブランケット開発,材料開発,IFMIF計画について、その計画目標,技術課題及び研究開発計画について述べる。また各種炉工学機器の高度化及び核融合基盤研究に関する展開を紹介する。

論文

よくわかる核融合炉のしくみ,3; プラズマを超高温にする加熱装置

井上 多加志; 坂本 慶司

日本原子力学会誌, 47(2), p.120 - 127, 2005/02

核融合開発の現状と今後の展望を、核融合分野外の日本原子力学会会員に理解してもらうことを目的とした、原子力学会核融合工学部会企画の連載講座第3回である。トカマク型炉で核融合反応を起こし、定常運転を行うために不可欠なプラズマ加熱法として、中性粒子ビーム入射(NBI)と高周波(RF)を取り上げる。そのプラズマ加熱と定常運転・プラズマ高性能化のための電流駆動原理を概説するとともに、ITER向け加熱装置の開発の現状を紹介する。

論文

Operational progress of the 110GHz-4MW ECRF heating system in JT-60U

藤井 常幸; 関 正美; 森山 伸一; 寺門 正之; 篠崎 信一; 平内 慎一; 下野 貢; 長谷川 浩一; 横倉 賢治; JT-60チーム

Journal of Physics; Conference Series, 25, p.45 - 50, 2005/00

JT-60U電子サイクロトロン波帯(ECRF)加熱装置は高性能プラズマの実現のために活用されている。その出力は周波数110GHzで4MWである。JT-60U ECRF加熱装置で使用するジャイロトロンの出力は、そのアノード電圧を制御することで、制御できる。これを利用して、プラズマへの入射パワーを変調するために、アノード電圧制御器を開発し、出力0.7MWで、変調周波数10$$sim$$500Hzを達成した。また、このアノード電圧制御器を使用して、入射パルス幅を5秒から16秒まで伸長することに成功した。このような長パルスにおいて、アルミナ製のDCブレークの最大温度は約140度に達した。これを解析した結果、目標とするパルス幅30秒を実現するには、DCブレークの材料を低損失の材料に変更する必要があることが判明した。実時間制御でのECRF加熱による新古典テアリングモードの安定化を実証した。この実時間制御系では、ECE計測より10msごとに予測されるNTM発生領域を狙って、ECRFビームが入射される。

報告書

Neutronic studies of bare targets for JAERI 5MW pulsed spallation neutron source

勅使河原 誠*; 渡辺 昇*; 高田 弘; 中島 宏; 永尾 忠司*; 大山 幸夫; 小迫 和明*

JAERI-Research 99-010, 16 Pages, 1999/02

JAERI-Research-99-010.pdf:0.86MB

原研中性子科学研究計画で次世代短パルス核破砕中性子源の建設を目指しており、その第一歩として裸のターゲットから漏洩する中性子に関するニュートロニクス計算(ターゲット形状やターゲット材料等による)を行った。円筒形のターゲットに比べ扁平ターゲットは遙かに高い漏洩中性子束をモデレータに供給することができること、水銀ターゲットは鉛・ビスマスとも融体ターゲットに比べ高い漏洩中性子強度を与えることなどが明らかとなった。また、どの様なターゲットの形状が高い中性子強度を与えるのかなどに関して重要な知見を得た。しかしながら、正確に中性子性能を評価するためにターゲット・モデレータ・反射体系を含めた計算は不可避である。また、冷モデレータにおける核発熱の情報を得るために、ターゲットに近接(ターゲット表面から2cm)して置かれた軽水の核発熱分布を求めた。

論文

ITER physics basis, 6; Plasma auxiliary heating and current drive

高エネルギー粒子加熱及び電流駆動専門家G

Nuclear Fusion, 39(12), p.2495 - 2539, 1999/00

ITERの追加熱・電流駆動方式として、電子サイクロトロンシステム、低減混成波帯システム、イオンサイクロトロン波帯システム、中性粒子ビーム入射システムの4つの方式を検討した。日、米、露、欧の4極の専門家グループを中心に、世界中のITER物理R&Dの成果をレビューし、それぞれのシステムごとに達成度、有効性、今後の課題を摘出し、実験炉ITERの加熱電流駆動方式として持つべき性能を提言した。

論文

Production of sheared flow during ion cyclotron resonance heating in tokamak plasmas

C.G.Liu*; 山極 満; S.J.Qian*

Physics of Plasmas, 4(8), p.2788 - 2790, 1997/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:86.04(Physics, Fluids & Plasmas)

イオンサイクロトロン共鳴加熱を用い、トカマクのコアプラズマにおいてポロイダル回転を誘起する手法の呈示を行った。ここで考慮した機構は高周波サイクロトロン加熱によりポロイダル方向のプラズマ密度非一様性をつくりだすことにより、Stringerの提唱したプラズマスピンアップを不安定化させるというものである。高周波の存在下においてプラズマのポロイダル回転を成長させるための条件を見いだし、それがイオン衝突時間に対する非一様密度形成特性時間の比に依存することを示した。また、数値計算により、プラズマのポロイダル回転が現在のイオンサイクロトロン周波数帯加熱パワーレベルにより生成され得ることも明らかにした。

報告書

Production of sheared flow by means of ICRF heating in tokamak plasmas

C.Liu*; 山極 満; S.Qian*

JAERI-Research 96-068, 17 Pages, 1997/01

JAERI-Research-96-068.pdf:0.84MB

トカマクプラズマのICRF(イオンサイクロトロン周波数帯)加熱下におけるポロイダルシアー流生成について検討を行い、プラズマのポロイダル回転を誘起する新しい手法の呈示を行った。ICRF加熱によるポロイダル密度非一様性の生成について、通常の衝突項および準線型高周波拡散項を含むフォッカープランク方程式に基づき、解析的かつ数値的に検討を行った。高周波パワーとプラズマ回転の関係を結びつけるモデルを提示し、高周波加熱により誘起される回転の解析を行った。密度非一様性に対して、回転をもたらし得るための条件を見いだし、それが衝突時間に対する減速時間の比に依存することを示した。特に、少数イオンを対象としたイオンサイクロトロン基本波加熱に対しては、ポロイダル回転を励起するための高周波パワーのしきい値の表式を解析的に見いだすことができた。

論文

JT-60UにおけるICRF加熱プラズマのガンマ線計測

近藤 貴; 木村 晴行; 草間 義紀; 森岡 篤彦; 森山 伸一; 三枝 幹雄; 永島 圭介; 芳野 隆治; 原野 英樹*

プラズマ・核融合学会誌, 72(12), p.1397 - 1405, 1996/12

JT-60Uにおいて、第2高調波イオンサイクロトロン周波数領域(ICRF)加熱により加速されたMeV領域のプロトンの閉じ込め特性を、ガンマ線計測により調べた。その結果、高エネルギープロトンとプラズマ中の不純物原子核(ボロン、炭素の他に計測用としてネオンガスの注入を提案)の非弾性散乱により発生するガンマ線を測定し、電子密度に対して大きく依存するスペクトルを得た。これらのガンマ線の強度比から、高エネルギープロトンの実効温度を評価した結果、電子との衝突によるプロトンの減速時間に依存する、0.5-1.2MeVの値を得た。また、実効温度と密度は、プロトンのラーマー半径には依存せず、磁場リップルによる軌道損失は少ないことを示した。さらに軌道追跡モンテカルロ計算でも、これを裏付けた。

論文

Effects of radio-frequency-induced radial diffusion on triton burnup

山極 満

Physics of Plasmas, 1(1), p.205 - 207, 1994/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.36(Physics, Fluids & Plasmas)

イオンサイクロトロン周波数帯基本波加熱をともなうD($$^{3}$$He)プラズマにおいて高周波誘起径方向拡散がトリトン燃焼にもたらす効果について解析を行う。トリトン速度分布関数は径方向拡散項を含むフォッカープランク方程式より決定される。高周波パワーがプラズマ中心に極度に局在化する場合には、トリトンは第2高調波共鳴による高周波誘起拡散のために中心から追いやられ、D-T反応による14MeV中性子放射プロファイルが極端に平坦化される可能性がある。このことは中性子計測のみを通してイオンの高周波誘起径方向拡散が実証されるかもしれないことを意味する。

論文

Study of combined NBI and ICRF enhancement of the D-$$^{3}$$He fusion yield with a Fokker-Planck code

山極 満; 岸本 泰明; 藤井 常幸; 木村 晴行

Nuclear Fusion, 33(3), p.493 - 500, 1993/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:68.97(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uトカマクの120keV重水素(D)ビームおよび80keV$$^{3}$$HeビームのICRF高調波加熱における核融合出力および残留水素による波動吸収について2次元バウンス平均フォッカープランクコードを用いて解析を行う。低磁場側に水素の第3高調波共鳴($$omega$$=3$$omega$$$$_{CH}$$)を伴う$$^{3}$$Heの第4高調波共鳴($$omega$$=4$$omega$$$$_{C3}$$He(O))および$$^{3}$$Heの第3高調波共鳴($$omega$$=4$$omega$$$$_{CD}$$(O)=3$$omega$$$$_{C3H}$$e(O)=2$$omega$$$$_{CH}$$(O))の両ケースに対して、数パーセントの水素によるICRFパワーの吸収率が大きく、核融合出力の劣化が見られる。後者については$$^{3}$$He(D)領域での第4高調波共鳴によるDビーム加速が核融合出力増大においてより有効に働く。$$^{3}$$Heの第4高調波共鳴における高磁場側での第5高調波共鳴($$omega$$=5$$omega$$$$_{CD}$$)によるDビーム加速の効果および低密度高温度の場合における核融合出力の最適化についても検討がなされる。

論文

Test results of X2242 and X2274 high power tetrodes with the JT-60 ICRF amplifier in a frequency range of 110-130MHz

森山 伸一; 小川 芳郎*; 藤井 常幸; 安納 勝人; 篠崎 信一; 寺門 正之; 木村 晴行; 三枝 幹雄; 永島 孝; 太田 充; et al.

Fusion Engineering and Design, 19, p.41 - 52, 1992/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:36.74

JT-60ICRF加熱装置を用いて、新開発の大電力四極管VarianElMAC X2242及びX2274の特性試験を日米協力の下で行った。現在同加熱装置は、VarianElMAC8973を用いて、四極管1本当たり0.75MW(108~132MHz)の出力が可能である。新四極管は、8973と寸法が同一で、グリッド材質を大きな損失に耐えられる等方性黒鉛に変更したものである。新四極管の試験のために、電源及びキャビティの改造を行った。試験目標は、1.5MW5秒間(130MHz)の出力確認と、アンテナ負荷を模擬したVSWR$$>$$1の負荷に対する四極管の挙動を調べることである。X2242を用いた第1回目の試験では、遮蔽グリッド電極の過熱が問題となったが、同電極の形状を変更しアノード冷却効率も改善した改良管X2274を用いた第2回目の試験では目標を上回る、1.7MW5.4秒(131MHz)の出力を確認した。負荷VSWR$$>$$1での損失の増加も実用上全く問題の無いレベルであることを確認した。

論文

D-$$^{3}$$He fusion yield with higher harmonic ICRF heating of $$^{3}$$He beams

山極 満; 木村 晴行

Nuclear Fusion, 31(8), p.1519 - 1526, 1991/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:70.47(Physics, Fluids & Plasmas)

He$$^{3}$$ビームおよびICRF高調波複合加熱によるD-He$$^{3}$$核融合出力の向上について局所的なフォッカープランク方程式に基づく計算によって解析を行った。100keVHe$$^{3}$$ビームの第4高調波加熱による核融合出力はRFパワーに対するビームパワーの比が1/5のとき最も効率的に高められる。最大核融合パワー増倍率は$$Delta$$Qmax~0.043(Te/10[keV])$$times$$($$eta$$e+10$$^{20}$$[m$$^{-3}$$])$$^{1.5}$$により与えられることも見い出された。He$$^{3}$$ビームの基本波加熱および500keVDビーム入射により得られる核融合出力との比較もなされる。

論文

D-He$$^{3}$$ fusion yield in higher harmonic ICRF heated plasma

山極 満; 木村 晴行; 滝塚 知典; 藤井 常幸

Proc. of the 17th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Heating, p.1007 - 1010, 1990/00

He$$^{3}$$ビームのICRF高調波加熱によるD-He$$^{3}$$核融合出力について調べた。核融合パワー増倍率、$$Delta$$Q$$_{RF}$$、を局所的なフォッカープランク方程式による計算に基づいて評価した。高He$$^{3}$$密度比($$^{eta}$$He$$^{3}$$/$$eta$$e$$>$$~5$$times$$10$$^{-2}$$)における$$Delta$$Q$$_{RF}$$は基本波加熱の場合を上回る。第4高調波加熱の場合の$$Delta$$Q$$_{RF}$$に対する経験則が得られ、~0.01≦$$^{eta}$$He$$^{3}$$/$$eta$$e≦~0.2および波の屈折率、N$$_{112}$$≦Q(1)に対して適用可能である。また、0.5MW/m$$^{3}$$程度のビームパワーの密度、P$$_{NB}$$、およびRFパワー密度、P$$_{rf}$$、に対する$$Delta$$Q$$_{RF}$$の依存性は比較的弱い。核融合出力を効果的に増大させる上でビーム入射ICRF加熱の組合わせは有効に作用することが示された。

論文

Simulation of high Q plasma by ICRF heating of alpha particles

山極 満; 木村 晴行; 滝塚 知典

Nuclear Fusion, 29(10), p.1799 - 1806, 1989/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:96.91(Physics, Fluids & Plasmas)

ICRF加熱によりアルファ粒子からバックグラウンドプラズマへのパワー移行を向上させることによって実効的にQ値(核融合パワー増倍率)の高いプラズマを達成する可能性を探る。アルファ粒子から移行される間接的なプラズマ加熱パワーの直接加熱パワーに対する比として定義される実効Q値、Qeff、準線型高周波拡散オペレーターのエネルギーモーメントに基づく、アルファ粒子による波の吸収率を用いて評価する。水素を伴わない場合、主としてアルファ粒子に吸収される第4アルファサイクロトロン高調波は高Qeffプラズマ達成において有望である。高磁場においては第3高調波でもQeffをかなり増大させることができる。ICRF波によるテイル形成および水素による波の吸収のQeffに対する影響についても検討がなされる。

報告書

核融合次期装置設計,昭和61年度設計報告書; 高周波加熱・電流駆動設備の概念検討

中島 国彦*; 岡野 邦彦*; 宮元 和宏*

JAERI-M 87-154, 106 Pages, 1987/09

JAERI-M-87-154.pdf:2.49MB

FERの高周波加熱、電流駆動用設備についてのシステム検討結果のまとめである。FERシナリオでは3種の周波数帯の高周波設備(ICRF、LHRF、ECRF)が設定されている。ここでは放射電力とアンテナ(ランチャ)との整合の見通しを得ることの観点からランチャの構成検討に重点が置かれている。アンテナ方式はデータベースの観点からループアンテナアレー(ICRF)、グリルアンテナ(LHRF)開口導波管系と空間伝送の組み合せ(ECRF)が選択されている。放射電力密度の評価基準を高めていること、LHRFについては加熱・電流駆動に共用できるグリル寸法を選択していることに特徴がある。高周波発振増巾系規模の評価においては、発振・増巾管出力は、現実的な値を設定している。冷却水容量、伝送部真空排気の必要性、増巾管室配置についても検討しシステム全体を明らかにすると共に分解保守手順についても基本思想を形作っている。

論文

オージェ電子分光装置を利用した壁材の2次電子放出率の測定

廣木 成治; 池田 佳隆; 阿部 哲也; 村上 義夫

真空, 30(1), p.14 - 21, 1987/01

オージェ電子分光装置を用いて、モリブデン(Mo)、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、銅(Copper)等の2次電子放出率を、1次電子エネルギーが1.5keV以下の範囲で測定した。2次電子放出率は、材料の表面組成と密接な関係があり、各種表面処理(ベーキング、アルゴンイオンエッチング等)により大きく変化することがわかった。そして、大型核融合装置の真空容器内表面清浄化処理の効果を簡便に評価するため、2次電子放出率の変化を監視する方法を検討した。これらの結果に基づき、JT-60高周波加熱用導波管内壁の2次電子放出率の低減化対策を検討した。

報告書

Annual Report of the Fusion Research Center for the Period of April 1,1984 to March 31,1985

核融合研究センター

JAERI-M 85-205, 214 Pages, 1986/01

JAERI-M-85-205.pdf:6.53MB

昭和59年度の核融合研究センターの研究開発の現状と成果をまとめたものである。

報告書

オージェ電子分光装置を利用した壁材の2次電子放出率の測定

廣木 成治; 阿部 哲也; 竹森 信*; 池田 佳隆; 村上 義夫

JAERI-M 85-123, 23 Pages, 1985/08

JAERI-M-85-123.pdf:0.71MB

オージュ電子分光装置を用いて、SUS304、モリブデン、銅、黒鉛、炭化チタンの2次電子放射率を、1次電子エネルギー0~1.5KeVの範囲で測定した。2次電子放出率は、材料の表面組成と密接な関係があり、各種表面処理(ベーキング、アルゴンイオンエッチング、メタングロー放電等)により大きく変化することがわかった。これらの結果に基づき、JT-60高周波加熱用導波管内壁の2次電子放出率の低減化対策を検討した。

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