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論文

ITER CS model coil project

島本進; 辻博史; 安藤俊就; J.Jayakumar*; J.Minervini*; R.Thome*; 奥野清; N.Mitchell*

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.763 - 766, 1996/00

ITER工学R&Dの中で、最も重要な作業の一つとして位置づけられているITER中心ソレノイド・モデル・コイル(CSモデル・コイル)の開発計画の内容と、これまでに得られた技術開発成果について報告する。本コイルは、内径1.8m、外径3.6mの超電導パルス・コイルで付属するインサート・コイルを含め、運転電流値48kAにおいて13Tを発生し、蓄積エネルギーは640MJとなる世界最大の超電導パルス・コイルである。これまでに行われた技術開発作業の成果として、低パルス損失と高電流密度を同時に満足する高性能のNb $_{3}$ Sn導体及びその46kA導体接続部の開発に成功した。

論文

Development of practical Nb $_{3}$ Al/Cu multifilamentary superconducting strand

三雲明*; 綾井直樹*; 山田雄一*; 高橋謙一*; 佐藤謙*; 小泉徳潔; 杉本誠; 安藤俊就; 辻博史; 島本進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1673 - 1676, 1996/00

核融合炉用Nb $_{3}$ Al超電導線の開発を行い、臨界電流密度600A/m $^{2}$ r(12T)、比抵抗1.510 $^{-10}$ mの素線開発に成功した。また、1000m伸線単長での歩留率は66%に達した。

論文

Improvement of critical current density and residual resistivity on jelly-roll processed Nb $_{3}$ Al superconducting wires

綾井直樹*; 三雲明*; 山田雄一*; 高橋謙一*; 佐藤謙*; 小泉徳潔; 安藤俊就; 杉本誠; 辻博史; 島本進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1677 - 1680, 1996/00

Nb $_{3}$ Al超電導線では、その表面とクロムプレートした場合には、熱処理時にクロムにより安定化銅の比抵抗が劣化する。超電導線断面内のNb $_{3}$ Alフィラメントの配置を円周近傍によせることにより、クロムによる銅の劣化を防止することができた。また、本構造を用いた素線で715A/mm $^{2}$ の高い臨界電流値を得ることができた。

論文

Cool-down simulation of 46kA and 13T Nb $_{3}$ Al insert

小泉徳潔; 伊藤智庸*; 安藤俊就; 杉本誠; 寺沢充水*; 野沢正信*; 渡辺郁夫*; 辻博史; 奥野清; 塚本英雄*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.791 - 794, 1996/00

ITER-EDAのなかで、CSモデルコイルの製作がおこなわれている。これと並行してCSモデルコイルと共に試験されるインサートコイルの製作も行われている。本論文では、インサートコイルの1つであるNb $_{3}$ Alインサートのクールダウン解析を行った。解析では導体ターン間の熱伝導を考慮した。計算の結果、Nb $_{3}$ Alインサートは、250時間で冷却できることが示された。また、クールダウン時の温度分布についても重要な知見が得られた。これにより、より最適なクールダスン方法を提案した。

論文

Interface detail design for ITER coil system

本田忠明*; 松井邦浩; 濱田一弥; 西田和彦*; 加藤崇; 辻博史; 飯田文雄*; 吉田清; 保川幸雄*; 樋上久彰*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.135 - 138, 1996/00

ITER超電導コイルは、20個のトロイダル磁場コイル、中心ソレノイドコイル、7個のポロイダル磁場コイルからなる。このコイルシステムを動作させるため、電流リードと超電導ブスバーを介して電力が供給され、配管を介して冷媒が供給される。電力、冷媒供給設備と超電導コイルの取合機器として、23台のコイルターミナルボックスがクライオスタット近傍に設置される。電気絶縁、電位、断熱、真空、設置空間の設計条件を考慮して、コイルターミナルボックスの設計を行った。本発表では、超電導コイルと電力、冷媒供給設備の取合条件と取合機器の基本設計結果を紹介する。

論文

Engineering design of cryoplant for ITER

濱田一弥; 加藤崇; 松井邦浩; 辻博史; 本田忠明*; 西田和彦*; 吉田清; V.Kalinin*; M.Wykes*; 森幹郎*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.131 - 134, 1996/00

原研はITER工学設計活動の一環として、ITER超電導コイル、構造体及び熱シールド等を冷却するクライオプラントを設計した。ITERは4.5Kで125kW、80Kで350kWの冷凍能力を必要とし、冷凍機は5~7台で構成される。さらに、超電導コイルは強制冷却方式であるために、原研が開発した極低温ヘリウム循環ポンプを採用する。設計では、ITER工学設計活動終了時点で製作可能な機器を熱効率、現地据え付けなどの観点から評価してシステムを構築した。その結果、現在の技術水準から十分建設は可能であるとの結論を得た。学会では、一連の設計結果について発表する。

論文

Design of thermal shield for the ITER cryostat

濱田一弥; 加藤崇; 辻博史; 本田忠明*; 西田和彦*; 中平昌隆; 伊藤彰*; 大野勇*; 宮内康行*; R.Bourque*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.427 - 430, 1996/00

原研は、ITER工学設計活動の一環として、ITER超電導コイルを真空断熱するためのクライオスタット内に装備される熱シールドの設計を行った。熱シールドは80Kのヘリウム・ガスで冷却され、熱負荷は147kWである。また、遠隔ロボットによる補修が可能であること、放射線による材料劣化などを考慮して設計を行った。その結果従来使用されているアルミを蒸着したマイラーフィルムで構成される多層断熱材よりも金属板による多層熱シールド材が適していることが判り、熱シールドは製作可能であることが明らかとなった。発表では一連の計算結果について報告する。

論文

Consideration of current sharing temperature measurement for ITER CS model coil

本田忠明*; 安藤俊就; 辻博史; 島本進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.787 - 790, 1996/00

日本原子力研究所では、ITERプロジェクトのR&Dの一環としてCSモデルコイルプロジェクトを進めている。CSモデルコイルは、パルス電流によって動作し、46kA通電時に最大13Tの磁場を発生する。このパルス運転のためACロスが発生し、CSモデルコイルの温度を上昇させる。この為、CSモデルコイルでは、高い温度マージン要求される。そこで、温度マージンを評価するには、分流開始温度が最も有効な評価パラメータとなる。従ってCSモデルコイルの各層の分流開始温度の測定の可能性を隣り合う層への熱移動を考慮して、検討を行った。磁場配位がパラボリックである層を除いては、分流開始温度測定が可能であることが判った。

論文

Cool-down and charging tests of a double-conduit type forced-flow superconducting coil

高橋良和; 吉田清; 辻博史; 森田裕*; 和田山芳英*; 堀田好寿*; 高力勝男*; 村田康彦*; 高橋龍吉*; 浅野克彦*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.811 - 814, 1996/00

核融合実験炉用大型超電導コイルを目標とした機械的強度及び電気絶縁特性に優れた強制冷凍超電導コイルを製作し、通電試験を行った。本コイルの導体は、内側の第1コンジットにより気密を保持し、外側の第2コンジットにより機械的強度を分担する2重構造である。本コンジットは、2個のダブル・パンケーキで構成され、外径1.1m、重量150kgである。冷却試験においては、コイルは約100時間で、超電導転移が観測された。通電試験においては、定格10kAまで、クエンチすることなく通電することができた。パラメータ内の接続は、バット型接続を採用し、10kA通電時、1m以下という低い抵抗値であった。

論文

Experimental results and design of 50-kA forced-cooled current leads for fusion machine

高橋良和; 杉本誠; 松井邦浩; 高野克敏*; 野沢正信*; 小泉徳潔; 布谷嘉彦; 中嶋秀夫; 加藤崇; 西田和彦*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.795 - 798, 1996/00

核融合装置及びそれに用いる超電導導体の試験装置用として、50kA級強制冷却型電流リードを開発した。強制冷却型電流リードは、従来の蒸発ガス冷却型のものと比較して、液体ヘリウムの貯層がない分小型化され、また運転が容易である。また、蒸発ガス冷却型は、垂直方向でしか使用できないが、ガス冷却型は、垂直及び水平方向にも用いられるので、その取り付け方法にも、裕度が広がる。50kA級のものを製作する前に、15kA級のものを製作し、実験を行った。この結果をもとにして、50kA級のものを設計・製作した。15kA級の実験結果及び50kA級の設計について報告する。

論文

Design and construction of long cryogenic piping lines

河野勝己; 加藤崇; 濱田一弥; 松井邦浩; 檜山忠雄; 西田和彦*; 本田忠明*; 関口修一*; 大都起一*; 安藤守*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, 4 Pages, 1996/00

ITER共通試験用ヘリウム冷凍機と試験コイルを冷却し、各種試験を行うための連絡配管と、試験コイルR&D用装置と上記冷凍機を直結し、各種試験を行う連絡配管を設計・製作した。これらの配管の設計と性能試験について発表する。

論文

Evaluation of inductive heating energy of quench experiment on a long length(QUELL) conductor with the calorimetric method

伊藤智庸*; 小泉徳潔; 三浦友史; 松井邦浩; 若林宏*; 高橋良和; 辻博史; 島本進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1301 - 1304, 1996/00

QUELLは、ITERのR&Dの1つで、導体の安定性性を評価する実験である。安定性実験では、導体を誘導加熱することにより初期の常電導を発生させる。誘導加熱は導体を直接的かつ時間遅れなしに加熱できる点で優れているが、ケーブル・イン・コンジット導体の場合、導体に印加された誘導加熱量を計算では求めることができない。熱量法によりQUELL導体の誘導加熱量の較正実験を行い、評価した。安定性では、素線とコンジットに印加された加熱量を別々に評価するため、同様に素線とコンジットの誘導加熱量を評価した。結果、誘導加熱量は、電流の2乗の積分値に比例し、その比例定数は素線で0.0226コンジットで0.2289となった。

論文

Development of 46kA layer to layer joint for ITER-CS model coil

布谷嘉彦; 高橋良和; 安藤俊就; 中嶋秀夫; 加藤崇; 杉本誠; 押切雅幸*; 礒野高明; 小泉徳潔; 松井邦浩; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.775 - 778, 1996/00

ITER-CSモデルコイル外層モジュールには、層間及び鉛電ラインとの接続用に計17ヶ所のジョイントが存在する。原研はラップ型ジョイント、及びバット型ジョイントの開発を行っている。バット型ジョイントの利点は、ラップ型に比較し、変動磁場下での交流損失が少ないこと、銅-ステンレスの異材継手が存在しないため、Heリークに対しての信頼性が高いことが上げられる。原研はITERで要求される性能仕様を満すバットジョイントの開発に成功した。交流損失の測定、抵抗測定の結果を報告する。また、バットジョイントの製作方法、構造についても、合せて報告する。

論文

Experimental result of 13T-46kA Nb $_{3}$ Al conductor in SULTAN

布谷嘉彦; 押切雅幸*; 安藤俊就; 高橋良和; 中嶋秀夫; 杉本誠; 辻博史; 島本進; 山田雄一*; 今野雅行*

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1665 - 1668, 1996/00

原研は現在次期核融合炉用超電導磁石に用いる超電導導体としてNb $_{3}$ Al導体の開発を行っている。Nb $_{3}$ AlはNb $_{3}$ Alと比較し、歪による性能劣化が少なく、ITERのTFコイル用導体として有力視されている。原研では、実寸サイズNb $_{3}$ Al導体の開発に成功し、その電気的特性評価をスイスにある導体実験装置(SULTAN)を用いて行った。サンプルはTFコイル用導体と同じ構造を持つ。最大外部磁場12.1Tにおいて、6.92K温度で36.2kAの通電に成功した。実験と評価の詳細を報告する。