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1.4 T Test rig for neutral gas pressure gauges testing in magnetic confinement fusion

A Bukowicka, G Schlisio, U Wenzel, A Graband, M Marquardt, D Pilopp2026年3月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Monitoring neutral gas is important for the safe and efficient operation of fusion power plants. A neutral gas pressure gauge (NGPG) is a diagnostic tool developed for this purpose, with ongoing advancements in materials and geometries. In this publication, we present a novel, compact, and cost-effective test rig designed to address the lack of accessible continuous high-field testing facilities. The test rig consists of a Halbach array of permanent magnets generating 1.4 T at the gauge position. To enable thermionic electron emission, the NGPG cathode is heated to temperatures exceeding 1700 K. This localised heat source poses a thermal risk to the Halbach array, which must remain below 80 ∘C to avoid permanent demagnetisation. The NGPG with a LaB6 cathode was operated continuously for 7 hours in ultra-high vacuum (UHV, 10−8 mbar), with Halbach magnet reaching only 39.6 ∘C. A thermal model was developed, predicting a magnet steady-state temperature of 47.1 ∘C reached after 45.3 h of continuous operation. Additionally, the risk of cathode poisoning from adhesive outgassing was assessed by externally heating the vessel. Quantitative mass spectrometry confirmed that the residual gas composition remained dominated by water vapour (54.1%) and CO2 (3.6%), with adhesive decomposition products present only in traces. These results demonstrate that the test rig provides a robust platform for the long-term characterisation of fusion diagnostics.

日本語訳

核融合発電プラントの安全かつ効率的な運転には、中性ガスの監視が重要である。中性ガス圧力計(NGPG)はこの目的のために開発された診断ツールであり、材料と形状の改良が継続的に進められている。本稿では、利用可能な連続高磁場試験設備の不足に対処するために設計された、新規でコンパクトかつ費用対効果の高い試験装置を紹介する。試験装置は、ゲージ位置で1.4 Tを発生する永久磁石のハルバッハ配列から構成される。熱電子放出を可能にするため、NGPGの陰極は1700 Kを超える温度に加熱される。この局所的な熱源はハルバッハ配列に熱的リスクをもたらし、ハルバッハ配列は永久減磁を回避するために80 ∘C未満に保たれなければならない。LaB6陰極を備えたNGPGは、超高真空(UHV、10−8 mbar)中で7時間連続運転され、ハルバッハ磁石の温度はわずか39.6 ∘Cに達したのみであった。熱モデルが開発され、連続運転45.3 h後に到達する磁石の定常温度47.1 ∘Cが予測された。さらに、接着剤のアウトガスによる陰極被毒のリスクが、容器を外部加熱することによって評価された。定量質量分析により、残留ガス組成は水蒸気(54.1%)とCO2(3.6%)が支配したままであり、接着剤分解生成物は微量のみ存在することが確認された。これらの結果は、試験装置が核融合診断装置の長期特性評価のための堅牢なプラットフォームを提供することを実証している。

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Magnetic confinement

AIによる論文要約

磁気核融合における中性ガス圧力ゲージ試験用1.4 T試験装置
JA核融合診断、圧力計測、永久磁石応用、真空技術の研究者やエンジニア#fusion #plasmadiagnostics #magnet #vacuum #gauge
LLM向け: {"Title": "核融合向け中性ガス圧力ゲージ試験装置の開発", "Authors": "Unknown", "Research Objective": "…

核融合炉の安全・効率的運転には中性ガス圧力の監視が重要です。本研究では、永久磁石のハルバッハ配列を用いたコンパクトで低コストな試験装置を開発しました。ガージ位置で1.4 Tの磁場を発生し、LaB6陰極を1700 K以上に加熱して熱電子放出を実現します。ハルバッハ磁石は80°C以下に保つ必要があり、7時間の連続運転で39.6°Cに留まり、熱モデルは定常温度47.1°Cを予測しました。また、接着剤のガス放出による陰極被毒リスクを評価し、残留ガスは水蒸気とCO2が主体で分解生成物は微量でした。この試験装置は核融合診断の長期特性評価に有用です。

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