Development of the NbAl D-shaped coil fabricated by react-and-wind method for JT-60 superconducting Tokamak

JT-60SCのためにリアクト・アンド・ワインド法により製作されるNbAl D型コイルの開発

木津 要; 三浦 友史; 土屋 勝彦; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 安藤 俊就*; 濱田 一弥; 原 英治*; 今橋 浩一*; 石田 真一; 礒野 高明; 河野 勝己; 川辺 勝*; 川崎 勉*; 久保 博篤*; 松川 誠; 名原 啓博; 布谷 嘉彦; 奥野 清; 大都 起一*; 押切 雅幸*; 逆井 章; 関 秀一*; 高野 克敏*; 堤 史明*; 宇野 康弘*

Kizu, Kaname; Miura, Yushi; Tsuchiya, Katsuhiko; Koizumi, Norikiyo; Matsui, Kunihiro; Ando, Toshinari*; Hamada, Kazuya; Hara, Eiji*; Imahashi, Koichi*; Ishida, Shinichi; Isono, Takaaki; Kawano, Katsumi; Kawabe, Masaru*; Kawasaki, Tsutomu*; Kubo, Hiroatsu*; Matsukawa, Makoto; Nabara, Yoshihiro; Nunoya, Yoshihiko; Okuno, Kiyoshi; Otsu, Kiichi*; Oshikiri, Masayuki*; Sakasai, Akira; Seki, Shuichi*; Takano, Katsutoshi*; Tsutsumi, Fumiaki*; Uno, Yasuhiro*

JT-60SCのトロイダル磁場コイル(TFC)は18個のD型コイルで構成される。運転電流19.4kAでのTFCの最大経験磁場は7.4Tとなる。原研ではTFCのために先進的なNbAl導体を開発した。NbAlは歪に強いという性質があるため、熱処理後巻線する方法:リアクト・アンド・ワインド法(R&W法)でTFCを製作することが可能となり、より高いコイル製作精度と低コスト化を実現できる。R&W法によるコイル製作を実証するためにD型の2ターンコイルを開発した。D型コイルを温度範囲4.3-4.4K,磁場範囲7-12Tで試験し、30kA(7.3T,4.4K)の臨界電流(Ic)を達成した。D型コイルと超伝導素線とのIc比較より、導体の歪は-0.6%程度と見積もられた。この歪とNbAlの臨界電流密度・磁場・温度の関係式を用いて性能を予測したところ、TFCをR&W法で製作した場合でも、設計基準の温度マージンを確保できることが見出された。以上より、R&W法がTFC製作に適用可能であることが実証できた。

Toroidal field coils (TFC) of the JT-60SC consist of 18 D-shape coils. The maximum magnetic field is 7.4 T at an operational current of 19.4 kA. An advanced NbAl superconductor was developed for the TFC conductor material in JAERI. The NbAl has lower strain sensitivity on superconducting performances, and allows us to fabricate the TFC by react-and-wind (R&W) method that makes that the coil fabrication with high reliability becomes easier and the fabrication cost becomes lower. To demonstrate the coil fabrication by R&W method, a two-turn D-shape coil was developed. The D-shape coil was tested at 4.3-4.4K and 7-12T. Measured critical current (Ic) was 30 kA at 7.3 T and 4.4 K. Using the measured conductor and strand Ic values, the strain of the conductor was estimated to be -0.6%. The Ic-B-T characteristic expected by an empirical equation substituting this strain shows that the required temperature margin for TFC is satisfied. Thus, the R&W method was demonstrated to be the applicable fabrication method of the TFC.