Qualification of cryogenic structural materials for the ITER toroidal field coils

ITERトロイダル磁場コイル用極低温用構造材料の特性検証

中嶋 秀夫; 高野 克敏; 堤 史明; 河野 勝己; 濱田 一弥; 奥野 清

Nakajima, Hideo; Takano, Katsutoshi; Tsutsumi, Fumiaki; Kawano, Katsumi; Hamada, Kazuya; Okuno, Kiyoshi

原子力機構は、ITER・TFコイル構造物で使用される構造材料の特性検証を進めている。これまで、新しい材料であるJJ1鋼の400mm厚の鍛鋼品,316LN鋼の410mm厚の鍛鋼品、及び200mm厚の熱間圧延板等を試作し、厚さ方向,幅方向、及び長さ方向の液体ヘリウム温度(4K)での強度分布を測定した。この結果、試作品は均一な強度を有していることを確認するとともに、試作品がITERの要求を満足することを検証した。また、これらの試作品を用いて、原子力機構が開発した炭素及び窒素の含有量と室温強度をパラメータとする室温から4Kまでの強度予測式の検証を行い、その適用性を実証した。この結果、ITER実機で使用される構造材料の品質管理は室温試験のみで実施できる見通しを得た。さらに、これらのデータは、日本機械学会の超伝導マグネット構造規格の材料規格の策定ベースとして活用された。

The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been evaluating mechanical properties of structural materials for the ITER toroidal field (TF) coils. Newly developed JJ1 forging having thickness of 400 mm, 316LN forging having thickness of 410 mm, and 316LN hot rolled plate having thickness of 200 mm were produced in mass production process to qualify the materials. The distributions of tensile properties at liquid helium temperature (4K) in products have been evaluated to qualify the materials and it has been demonstrated that these materials have good quality and uniform properties, which satisfy the ITER requirements. It is also demonstrated from the results that temperature dependence of strengths are expressed by quadratic curves developed by JAEA, which are expressed as a function of carbon and nitrogen contents and strengths at room temperature. This equation enables to perform quality control of materials at only room temperature. The results obtained from these activities also serve the basis to develop the material material section of "Codes for Fusion Facilities - Rules on Superconducting Magnet Structure (2008)" issued by the Japan Society of Mechanical Engineers (JSME) in October 2008.