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中性子回折を用いたITER TF導体の内部歪測定

Neutron diffraction measurement of internal strain in ITER TF conductor

辺見 努; Harjo, S.; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 伊藤 崇芳; 相澤 一也; 鈴木 裕士; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 長村 光造*

Hemmi, Tsutomu; Harjo, S.; Matsui, Kunihiro; Nunoya, Yoshihiko; Koizumi, Norikiyo; Nakajima, Hideo; Ito, Takayoshi; Aizawa, Kazuya; Suzuki, Hiroshi; Machiya, Shutaro*; Tsuchiya, Yoshinori*; Osamura, Kozo*

核融合炉に使用される大型超伝導導体は、約1000本の超伝導素線とステンレス鋼製のジャケット材から構成されるケーブル・イン・コンジット型(CIC)導体である。この導体では、熱処理温度923Kから運転温度5KまでのNb$$_{3}$$Sn素線とステンレス鋼の熱膨張率の違いによって導体内には残留歪が生じる。Nb$$_{3}$$Sn素線の超伝導特性は残留歪の状態によって大きく変化するため、その特性を評価するためには残留歪の状態を把握する必要がある。しかし、多数本の撚線構造とジャケット材の内側に素線が配置されているため、導体内の素線の歪を直接測定することは困難である。一方、J-PARCで2008年から運転が開始された工学材料回折装置「匠」は中性子回折を用いて歪として相対精度0.02%で測定することが可能である。本研究では、匠による中性子回折をITER TF導体の内部歪の測定に適用した。中性子回折を用いることで格子面間隔の変化により導体内のわずか6%しかないNb$$_{3}$$Snの歪を決定することが可能であることを実証した。これにより、素線の残留歪の発生機構及び歪状態と超伝導性能の関係を明らかにすることが可能となった。

Residual strain in conductors is caused by the difference in the coefficient of expansion between strands and the jacket over a temperature range of 5 - 923 K. The properties of strands vary significantly, depending on the residual strain. It is important to clarify the residual strain as part of the evaluation of performance. However, the residual strain of strands in the conductor has not been measured so far because of their complicated configuration and their location in a jacket. The engineering materials diffractometer "Takumi" in J-PARC can measure residual strain using neutron diffraction. In this study, neutron diffraction using the Takumi was applied to the measurement of residual strain in strands for the ITER TF conductor. Results indicate that the residual strain of strands in the conductor can be determined, thereby clarifying the mechanism of residual strain and its relationship to performance.

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