Investigation of strand bending in the He-inlet during reaction heat treatment for ITER TF Coils

超伝導生成熱処理におけるITER TFコイル冷媒入口部の素線曲げ状況に関する調査

辺見 努; 松井 邦浩; 梶谷 秀樹; 奥野 清; 小泉 徳潔; 石見 明洋 ; 勝山 幸三 

Hemmi, Tsutomu; Matsui, Kunihiro; Kajitani, Hideki; Okuno, Kiyoshi; Koizumi, Norikiyo; Ishimi, Akihiro; Katsuyama, Kozo

原子力機構はITER計画において9個のトロイダル磁場(TF)コイルの製作を担当する。TFコイルの巻線はNbSn超伝導導体、ジョイント部及び冷媒入口部等から構成される。冷媒入口部近傍の超伝導導体は7Tの磁場中で68kAの電流容量が求められ、高い超伝導性能が要求され、NbSn素線の曲げ等による劣化を避ける必要がある。冷媒入口部では、超伝導体を生成するための熱処理において、ステンレス鋼製のジャケットとNbSn撚線の熱膨張率の違いにより、圧縮方向の熱残留歪が生じる。また、ヘリウムを導入するために撚線とジャケットとの間に隙間が生じるが、熱残留圧縮歪により、この隙間においてNbSn素線が座屈して曲げが生じ、超伝導性能が劣化する可能性がある。そこで、NbSn素線に曲げが生じた場合に変化する熱処理中の冷媒入口部の伸び及び熱処理後のジャケットの熱残留歪を測定し、素線の曲げの発生状況を調査した。加えて、原子力機構(大洗)の照射燃料集合体試験施設(FMF)に設置された高解像度X線CTを用いた非破壊検査による詳細な素線の曲げ観察を実施した。以上をまとめて、冷媒入口部近傍のNbSn素線の曲げの発生状況を調査した結果について報告する。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA), as Japan Domestic Agency, has responsibility to procure nine ITER Toroidal Field (TF) coils. The TF coil winding consists of a NbSn Cable-In-Conduit conductor, a pair of joints and a He-inlet. The current capacity of 68 kA is required at the magnetic field of 7 T around the He-inlet region in the TF coil winding. During reaction heat-treatment, the compressive residual strain in NbSn cable is induced by the difference in the thermal expansion coefficients between the NbSn cable and stainless steel jacket. The strands bending in the NbSn cable of the He-inlet is anticipated since there is the compressive residual strain and a gap between the NbSn cable and the He-inlet to introduce SHE flow. If the strand is bent, the variation of mechanical behaviors, such as the elongation of He-inlet during the reaction heat-treatment and the thermally induced residual strain on the jacket around the He-inlet, are expected. To investigate the strands bending in the NbSn cable of the He-inlet, the following items are performed; (1) elongation measurement during reaction heat-treatment, (2) residual longitudinal strain measurement using strain gauges by sample cuttings, (3) nondestructive inspection on the cable and strands using high resolution X-ray CT, Detail of test results and investigation of the strands bending in the NbSn cable of the He-inlet are reported and discussed.