2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Multi-MW gyrotron for Demo-Reactor ECH
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26249141
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
今井 剛 筑波大学, 数理物質系(名誉教授), 名誉教授 (80354637)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
假家 強 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30451678)
南 龍太郎 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70370476)
下妻 隆 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80270487)
坂本 慶司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉材料研究開発部, 部長(定常) (90343904)
森山 伸一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 トカマクシステム技術開発部, 次長(定常) (90354654)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ジャイロトロン / 電子ビーム速度分散 / ECH / 核融合原型炉 / モード変換器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原型炉では、大型高密度のプラズマの内部加熱・電流駆動制御が不可欠である。原型炉の厳しい環境に適した電子サイクロトロン加熱(ECH)による加熱・電流駆動システムの構築には、単管3-5 MWのマルチMWジャイロトロン開発が切望されている。本研究では単管2 MWレベルの発振を目指す。ジャイロトロンの主要部品は、100kV近い電圧で100Aレベルの大電流リング状電子ビームを発生する電子銃、定常で2MW以上のミリ波発振が可能な共振器、高効率で導波管モードのミリ波を準光学ガウス状ビームにするモード変換器、高パワーのミリ波を透過させる出力窓、発振後の電子ビームのエネルギーを受熱するコレクターである。特にマルチMWを目指す上で重要なのは、100Aレベルで分散の少ない高品質のビームを発生する電子銃と超高効率のモード変換器の開発である。
前年度までに改良したジャイロトロンを熱処理し、仕上げを行った。最終年度は、電子銃の改良後の予備的な性能試験をおこなったのち、高電流領域での高パワー試験の実施途中で、不具合が生じ電源の改修が必要となった。改修を終えたのち、高電流での試験を実施した。前年度までに達成した28GHz帯での世界最高となる約1.3MWを大きく超える1.65 MWを達成、2MWレベルのパワーが確認できた。前年度までの試験で明らかとなった電子銃部から発出されるリング状電子ビームの速度分散の広がりを、電子銃部の電極形状の改良と、組み立て時の軸対称性のの改善により抑制し、高電流領域での発振パワーの効率劣化を抑制した効果であると考えられる。現状の電源の限界である電子電流65Aまで、飽和することなく電流に対してほぼ直線でのパワー増大を確認できたことから、80 Aまで電流を増大できれば2MWを超える発振パワーが得られる見通しを得た。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Electron heating in over-dense plasma with dual-frequency electron cyclotron waves in the QUEST spherical tokamak2020
Author(s)
H. Idei, T. Onchi, K. Mishra, H. Zushi, T. Kariya, T. Imai, O. Watanabe, R. Ikezoe, K. Hanada, M. Ono, A. Ejiri, J. Qian, K. Nakamura, A. Fujisawa, Y. Nagashima, M. Hasegawa, K. Matsuoka, A. Fukuyama, S. Kubo, M. Yoshikawa, M. Sakamoto, S. Kawasaki, A. Higashijima, S. Ide, Y. Takase, S. Murakami
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 60
Pages: 016030-016043
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] 28-GHz ECHCD system with beam focusing launcher on the QUEST spherical tokamak2019
Author(s)
H. Idei, T. Onchi, T.i Kariya, T. Tsujimura, S. Kubo, S. Kobayashi, M. Sakaguchi, T. Imai, M. Hasegawa, K. Nakamura, K. Mishra, M. Fukuyama, M. Yunoki, S. Kojima, O. Watanabe, K. Kuroda, K. Hanada, etc.
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Journal Title
Fusion Engineering and Design
Volume: 146 A
Pages: 1149-1152
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Development of High Power Gyrotrons for Advanced Fusion Devices and DEMO2019
Author(s)
T. Kariya, R. Minami, T. Imai, M. Okada, F. Motoyoshi, T. Numakura, Y. Nakashima, H. Idei, T. Onchi, K. Hanada, T. Shimozuma, Y. Yoshimura, H. Takahashi, S. Kubo, Y. Oda, R. Ikeda, K. Sakamoto, M. Ono, K. Nagasaki, T. Eguchi, Y. Mitsunaka
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 59
Pages: 066009-0660018
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] ELM模擬実験に向けたメガワット級ジャイロトロンのECHシステムへの適用2019
Author(s)
南龍太郎, 假家強, 今井剛, 沼倉友晴, 北條俊孝, 本吉郁哉, 八房拓也, 北爪裕生, 木保孝則, 小島瑶平, 遠藤洋一, 坂本瑞樹
Organizer
第36回 プラズマ・核融合学会 年会
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[Presentation] Development of High Power Gyrotrons for Advanced Fusion Devices and DEMO2018
Author(s)
T. KARIYA, R. MINAMI, T. IMAI, T. NUMAKURA, M. OKADA, Y. ENDO, Y. NAKASHIMA, H. IDEI, T. ONCHI, K. HANADA, T. SHIMOZUMA, Y. YOSHIMURA, H. TAKAHASHI, H. IGAMI, T. TSUJIMURA, S. ITO, S. KOBAYASHI, S. KUBO, K. SAKAMOTO, Y. ODA, R. IKEDA, K. KAJIWARA, K. TAKAHASHI, T. KOBAYASHI, S. MORIYAMA, M. ONO, K. NAGASAKI, etc.
Organizer
The 27th IAEA FUSION ENERGY CONFERENCE
Int'l Joint Research
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