Design study of top lid with clamp structure in JT-60SA cryostat

JT-60SAにおけるクライオスタット上蓋のクランプ構造の検討

中村 誠俊; 芝間 祐介; 正木 圭; 逆井 章

Nakamura, Shigetoshi; Shibama, Yusuke; Masaki, Kei; Sakasai, Akira

サテライトトカマク装置(JT-60SA)は、国際熱核融合実験炉(ITER)への支援研究、原型炉に向けた補完研究を担う。JT-60SAの機器のうち、真空断熱,放射線遮蔽及び主要機器を支持するクライオスタットを最終封止する上蓋の構造健全性を報告する。特に、クライオスタット胴部と上蓋の接続フランジを締結するクランプ構造について、重量,形状,剛性などを詳細に評価した。クライオスタット内部は、10Pa以下に排気して真空断熱するために、胴部と上蓋の接続フランジは外部から真空シール溶接される。真空排気することで、接続フランジ周辺の曲げ変形が、接続フランジを開くように作用するため、溶接部には、引張荷重が作用する。溶接部では、接続フランジの変形の径方向成分が、曲げモーメントとして作用する。真空シール溶接のみで、荷重を負担した場合、健全性を保つことが難しいため、溶接部への負荷を抑えるクランプ構造を検討した。クランプ構造を装着した場合の上蓋に発生する応力を評価し、健全性を確認したので報告する。

The JT-60SA project is to contribute to realization of fusion energy by supporting exploitation of ITER and by complementing ITER and engineering issues for DEMO reactors. A main component providing vacuum insulation, radiation shield, and tokamak machine components' support, is cryostat. We present integrity of top lid of the cryostat, which is final part to close a cryostat vessel. We calculate clamp structural parameters, which are weight, dimension, and stiffness, required to fasten a top flange of the top lid with a body flange of the cryostat vessel. To achieve vacuum insulation of 10 Pa, the top flange and the body flange are lightly welded. Under vacuum condition, tensile load is loaded to the weld by bending deformation of the top flange. Bending moment is loaded to the weld by radial component of the deformation. The weld needs clamp structure to reduce these loads. We present integrity of the top lid with clamp.