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高柳 智弘; 杉田 萌; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 小野 礼人; 山本 風海; 金正 倫計
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 32(6), p.4101405_1 - 4101405_5, 2022/09
被引用回数:0 パーセンタイル:0(Engineering, Electrical & Electronic)パルス電磁石を高精度に設計するためには、励磁するパルスパターン形状に依存して発生する渦電流の効果を正確に確認する必要がある。渦電流の効果の違いによってコイルに流れる電流分布は変わるため、その結果、磁場分布の変動やコイルの発熱にも影響を与える。J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)用の新型バンプマグネットを用いて評価試験を実施した。台形型のパルスパターンを用いて励磁し、磁場が変化するパターンの立ち上がり部と磁場の時間変化が無いフラットトップ部で磁場分布が異なることを磁場測定で確認し、励磁パターンと磁場分布の時間変化の関係性を明らかにした。これらの結果を使用することで、磁場分布の影響を受ける入射ビームの軌道制御に対しても高精度なコントロールが可能となり、また、励磁パターンのパルスの時間幅、発熱対策、且つ、コイル形状の最適化も可能になった。ここでは、実施した試験の結果、評価・検証の結果を紹介する。
山本 風海; 山川 恵美*; 高柳 智弘; 三木 信晴*; 神谷 潤一郎; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 柳橋 亨*; 堀野 光喜*; 仲野谷 孝充; et al.
ANS RPSD 2018; 20th Topical Meeting of the Radiation Protection and Shielding Division of ANS (CD-ROM), 9 Pages, 2018/08
J-PARC 3GeVシンクロトロンは1MWのビーム出力を中性子ターゲットおよび主リングシンクロトロンに供給するためにビーム調整を進めている。現在は最大500kWの出力で運転を行っているが、現状最も放射化し線量が高い箇所はリニアックからのビーム軌道をシンクロトロンに合流させる入射部である。この放射化はビーム入射に使用する荷電変換フォイルとビームの相互作用によるものであるが、フォイルを使う限り必ず発生するため、周辺作業者への被ばくを低減するための遮蔽体を設置できる新しい入射システムの検討を行った。フォイル周辺は入射用電磁石からの漏れ磁場で金属内に渦電流が流れ、発熱することがこれまでの経験から判っているため、その対策として金属の遮蔽体を層状に分け、その間に絶縁体を挟む構造を考案した。遮蔽計算の結果から、9mmのステンレスの間に1mmの絶縁体を挟んでも遮蔽性能は5%程度しか低下しないことがわかった。
栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 細山 博己*; 米川 出; 鈴木 隆博; 及川 聡洋; 井手 俊介; JT-60チーム
Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.527 - 536, 2005/11
被引用回数:11 パーセンタイル:59.86(Nuclear Science & Technology)トカマク型核融合研究は、実験炉ITERを国際協力で製作する段階へと一歩踏み出そうとしている中で、JT-60を含む既存のトカマク装置は、さらなる先進的運転シナリオを求めて実験探究することが期待されている。そのようなシナリオをJT-60のプラズマ実験で検証するために、プラズマ平衡状態を把握する基本的な方法群を、ITERへの応用も視野にいれつつ開発して来ている。一部は既に完成しているが、以下の課題も残っている。すなわち、(1)実時間かつ高精度でプラズマ断面全体像を再構築する機能(プラズマ全電流や磁気軸なども含む)。(2)構造物に流れる渦電流も考慮する機能。(3)断面内のプラズマ電流分布も実時間で制度よく再構築する機能。(4)DT燃焼時には、プラズマ近傍には耐放射線性に優れたピックアップコイルセンサーを設置し信号積分して磁場に変換する。同時に遠方には耐放射線性に劣る絶対磁場計測センサーを配置し、遠方定常センサーで近傍センサー用積分器を時折補正することになるが、その補正演算機能。以上4項目である。シンポジウムでは、これらの方法をJT-60における実験結果やITER体系での計算とともに示す。また、それらの議論に基づき、ITERや核融合発電実証プラントにおけるプラズマ平衡制御の未来像についての予想を試みる。
浦田 一宏*; 鈴木 優*; 工藤 文夫*; 木村 晴行; 三浦 幸俊; 山本 正弘
Fusion Engineering and Design, 56-57, p.849 - 853, 2001/10
被引用回数:4 パーセンタイル:33.39(Nuclear Science & Technology)真空容器の内壁を強磁性・フェライト鋼板でカバーすることがJFT-2Mの先進材料プラズマ試験(AMTEX)の第3段階で計画されている。フェライト鋼板(設計例)に対してプラズマディスラブション時に作用する全電磁力を3次元電磁場解析コードEDDY3Dを用いて計算するとともに、フェライト鋼板における磁化と渦電流の結合効果を評価した。真空容器に対してボルトで固定するフェライト鋼板の支持構造の健全性をこの計算により確認した。
仙田 郁夫; 荘司 昭朗; 荒木 政則; ITER国内設計チーム; ITER Joint Central Team
International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 13(1-4), p.349 - 357, 2001/00
ITER(国際熱核融合実験炉)の工学設計活動において検討された、ITERの磁場配位制御系のシステム設計について報告する。システムとして最適化を行うためには、個々の部分でのモデル化及び検討では不十分であり、さまざまな部分からなるシステム全体を考慮した解析を行う必要がある。ITER工学設計においては、炉心プラズマ,真空容器などの機器に誘起される渦電流、及びコイルから構成されるプラントモデルに、計測・データ処理,制御器,アクチュエーターのモデルを加えた総合的な解析モデルを作成し、システムの特性を検討し、最適化を進めている。講演では、電磁応用機器としての特性を、解析結果を示して、紹介する。
陳 振茂
JNC TN9400 2000-021, 104 Pages, 2000/03
本報告書はJNCにおいて行われた2年間のポストドクター研究の成果を取りまとめたものである。本研究は磁性及び非磁性の構造物を対象に電磁非破壊検査法の向上または新規開発を目指して、渦電流探傷法を用いた自然き裂の形状再構成及び損傷誘起磁化現象の解明と非破壊検査への応用に関する研究を実施した。渦電流検査法の向上には自然き裂の形状を再構成するアプローチを提案し、理想化したき裂モデルに対して再構成を行うことによってその有効性を実証した。自然磁化に関する研究では損傷誘起磁化と損傷の相関の解明及び弱磁性体のSUS304構造物の非破壊検査への適用妥当性を試験手法で評価した。また、測定した磁束漏洩信号から材料内部の磁化分布(損傷の状態と相関する)を再構成するために、最適化手法及びウェーブレットを用いた手法を提案し、実際に測定したデータの逆解析を行った。解析した結果はコロイド法によって計測した磁化に分布と定性的によく一致し、提案手法の有効性を確認した。
中村 幸治; J.B.Lister*; F.Hofmann*; Y.R.Martin*; J.-M.Moret*; P.Vyas*
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 23J, p.417 - 420, 1999/00
い崩壊(プラズマ圧力の急激な低下)によって引き起こされるプラズマの垂直移動現象(VDE)について、高非円形TCVトカマクにおける発生機構を計算機シミュレーションの実験によって調べた。TCVでは、崩壊の規模及びプラズマ断面形状の非円形度に従って、VDEが発生する場合と発生しない場合があり、これがプラズマ運動を模擬できるシミュレーションの結果と一致することを示した。また、崩壊型のVDEを伴う典型的なディステプション放電について、シミュレーションを行い、崩壊の際に生じるプラズマの内向き変位の結果、渦電流が真空容器に発生し、この渦電流が非円形プラズマの宿命である垂直位置不安定性をさらに悪化させていることを明らかにした。本会議では、上記TCVトカマクのVDE発生機構とこれを一般化した物理モデルについて報告する。
陳 振茂
JNC TN9400 99-009, 39 Pages, 1998/12
本報告書では、渦電流探傷信号に基づいて接触のあるき裂の再構成手法を提案・検証した。まず、自然き裂を離散化するために2種類のき裂モデルを提案し、それに基づいてき裂によるECT信号及びその勾配を高速且つ高精度的に計算する手法を開発した。更に上記順問題の高速ソロバー及びモデル化した自然き裂に基づき、最適化手法の共役勾配法を改良し、異なる種類のき裂パラメ-タを同時に逆推定することに成功した。具体的に矩形き裂に対して再構成を行った結果、2種類のき裂モデル共に接触のあるき裂の再構成に有効であることを実証した。但し、接触がき裂の境界部に限った2番目のモデルはより効率よく再構成することができると判った。本研究の結果は、表面き裂の非破壊検査技術の向上に貢献することが期待できる。
仙田 郁夫*; 荘司 昭朗; 常松 俊秀; 西野 徹*; 藤枝 浩文*
Fusion Engineering and Design, 42, p.395 - 399, 1998/00
被引用回数:3 パーセンタイル:31.81(Nuclear Science & Technology)国際核融合実験炉(ITER)の炉内構造物に誘起される渦電流の評価を行い、プラズマ制御への影響を検討した。特に、初期励磁からプラズマ電流初期立ち上げまでのポロイダル磁場コイル制御の最適化を渦電流を考慮して行った。ITERの炉内構造物は複雑な構造を有しており、そこに誘起される渦電流の複雑な経路を模擬するために、有限要素法を用いた詳細な炉内機器のモデル化を行った。プラズマ放電開始においては、ポロイダル磁場コイルにより、大きな誘導電場をトカマクにかけ、絶縁破壊を起こしプラズマ電流を発生させる。その後、プラズマ電流成長に適した磁場配位を作ることにより、プラズマ電流を増加させる。ITERでは、このプラズマ放電初期に大きな渦電流が誘起されることが予測される。本発表では、誘起される渦電流を考慮して、コイル制御を最適化することにより有効なプラズマ立ち上げを得ることを報告する。
高瀬 治彦; 仙田 郁夫; 荒木 政則; 荘司 昭朗; 常松 俊秀
IAEA-CN-69/FTP/28, 4 Pages, 1998/00
プラズマ・ディスラプション時の電磁力評価は、トカマク型核融合炉を設計するうえで重要な課題の1つである。特に垂直移動現象(VDE)に伴う渦電流の発生とハロー電流の炉内機器への流入は電磁力の最も危険な源であるので、将来の核融合炉の設計においてはこれら現象について充分解析しておく必要がある。本解析では炉内機器を3次元形状で精密に取扱い、さらに従来充分なモデル化がなされていなかったハロー領域を、炉内機器と同様なモデル化を行ってハロー電流のヘリカル状電流経路を表現している。これらのモデル化の後、3次元有限要素法による数値解析を行ったところ、電磁力評価において炉内機器の3次元形状やハロー電流のヘリカル状電流経路の効果が重要であることがわかった。
永井 桂一; 荒 邦章; 軍司 稔
PNC TN9410 97-087, 142 Pages, 1997/07
高速原型炉「もんじゅ」の蒸気発生器(SG)伝熱管の渦電流探傷(ECT)による供用期間中検査(ISI)では、検査データの評価作業の迅速化や効率化及び容易化を図るために、計算機を用いたオフラインデータ解析処理を計画している。このオフラインデータ解析処理は、検査信号の位相と振幅をもとに設定したベクトルウィンドウと呼ばれる信号パターンに比較させ、一定の条件に当てはめることによって検査信号の分類や欠陥信号の識別を行うものであり、検査信号を精度良く分類することが要求される。このため、解析ソフトの倫理演算条件をパラメーターとした解析を行い、分類精度が最も良好となる条件を設定した。また、実機の探傷データを用いた解析も行い、設定した条件の有効性の検証や実機探傷データの整備構築を図った。主な成果は以下の通りである。(1)オフライン解析処理条件の設定支持板部についてはほぼ全数の支持板信号の自動分類が可能な条件を設定することができ、溶接部とベンド部については、自動分類可能な信号の数が最も多くなる倫理演算条件を設定することができた。(2)解析処理条件の検証「もんじゅ」の供用前検査(PSI)データ用に設定した解析条件は、信号発生要因の総数に対し約8085%の要因数をオフライン解析処理によって自動分類可能であり、手動解析機能との併用によって全ての信号発生要因を分類することが可能であった。また、設定した解析条件は、実機のISIデータの解析評価に充分適用できる見通しを得た。(3)データベースの整備「もんじゅ」SG伝熱管のPSIデータを対象に、設定した条件を用いて解析処理を行った結果、ISI時の信号評価を行う上で基本となる信号発生要因とその発生位置及び信号波形等の基礎データを整備構築することができた。
海老根 典也; 竹内 信次郎*; 荒 克之
Electromagnetic Nondestructive Evalution, 0, p.223 - 230, 1997/00
渦電流探傷法はPWRのSG伝熱細管の検査に使用されているが、円周方向の傷に対して感度が低いことが問題とされ、いくつかの機関で問題解決のための研究開発が行われている。筆者らは、平行四辺形型の励振コイルとその周辺に信号検出用の差動コイル群を配置した新しい渦電流探傷プローブを提案し、その開発試験を進めている。平行四辺形の斜めに走る側辺部では斜め方向の渦電流が形成されるため、円周方向およびタテ方向の傷のいずれに対しても感応し、かつ傷検出に対する空間的な死角を有さない。試作試験の結果、円周方向及びタテ方向傷に対して共に検出感度を有し、また直径0.5mmの微小傷に対しても十分な検出感度を有することがわかった。また、励振周波数を20kHz程度に低くすることで、外面傷に対しても検出感度を有することがわかった。
仙田 郁夫*; 荘司 昭朗; 常松 俊秀; 西野 徹*; 藤枝 浩文*
Nuclear Fusion, 37(8), p.1129 - 1145, 1997/00
被引用回数:9 パーセンタイル:33.74(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク炉内構造物に誘起される渦電流とそのプラズマ制御への影響を検討した。トカマク炉の例として、国際熱核融合実験炉(ITER)の設計を用い、そのブランケットのモジュール構造を詳細にモデル化し解析を行った。また、トロイダル対称性を持つ2次元的な炉内構造物のモデルで3次元的な詳細モデルと同様な効果を得るための方法を提案した。炉内構造物の渦電流と深く係わるプラズマ制御の問題として、炉内構造物プラズマ安定化効果、プラズマ位置形状の時間発展、磁気計測器の信号、プラズマ点火時の誤差磁場について検討を行った。その結果、プラズマの位置・形状の時間発展などについては、本論文で提案する方法で得た2次元的なモデルで3次元的モデルと良く一致する結果を得た。計測器信号や誤差磁場については、3次元的な渦電流経路の効果が重要であることがわかった。
仙田 郁夫*; 荘司 昭朗; 西野 徹*; 藤枝 浩文*; 常松 俊秀
JAERI-Tech 96-016, 23 Pages, 1996/03
プラズマ点火時において、点火領域に発生する誤差磁場を低減するようにポロイダル磁場コイルの制御電圧波形を最適化し、その時の磁場配位の時間発展をシミュレーションする計算コード、Break Down Optimization and Simulation (BDOS)-codeを開発した。国際熱核融合実験炉の工学中間設計・標準シナリオを例にとり、プラズマ点火時の誤差磁場低減の解析を行った。コイル電圧波形の最適化を行うことにより、トロイダル一周電圧が点火領域で17Vの時、誤差磁場が2mT以下の領域を半径1mの円形領域にわたって作ることが可能であることを示した。また、プラズマ一周電圧を低くすることで、低誤差磁場の領域を大きく取ることができ、一周電圧を10V程度にすることで、初期励磁の時と同程度の低誤差磁場領域を得ることがわかった。
荒 克之
MSJ-94-1, 0, p.1 - 8, 1996/03
渦電流探傷の分野において、傷の有無だけでなく、傷の形状、大きさなどの同定可能な探傷法の開発が望まれており、いくつかの新しい探傷プローブが提案されている。筆者らも、平行四辺形平面プローブを提案し、基礎実験を進め有効なデータが得られている。材料の経年劣化の非破壊計測は未踏の技術であるが、磁気に着目した研究が有望視され磁気ヒステリシスやバルクハウゼン雑音を測定する方法が試みられている。また測定センサとしてSQUID(超電導量子干渉素子)の応用が試みられている。筆者らも原子炉圧力容器の経年劣化の非破壊計測法として「磁気問いかけ法」を提案している。材質劣化の非破壊計測の実現には、材料の機械的性質と磁気的性質の間の相関に関する基礎的研究の展開が不可欠である。この分野はチャレンジングな研究課題が多く、かつ学際的問題である。若い有能な研究者の参加が望まれる。
海老根 典也; 竹内 信次郎*; 荒 克之
First US-Japan Symp. on Advances in NDT, 0, p.98 - 103, 1996/00
傷の方向性によらず探傷可能な渦電流探傷プローブの開発を目的として、欠陥によって発生する磁束の乱れ成分のみを効果的に検出する方法を提案した。本方法は、励磁コイルによって作られる磁界の空間分布が対称になり、その対称性が欠陥によって乱されることに着目し、乱れ成分のみを検出する手法である。プローブは、励磁磁界を発生させる平面コイルと、欠陥による磁束の乱れ成分を検出する差動型コイルで構成される。平面コイルの形状を磁場分布の測定を基に平行四辺形平面コイルとした探傷プローブを試作し、平板上の模擬欠陥について探傷試験を行い本方法の有用性について示した。
海老根 典也; 竹内 信次郎*; 荒 克之
MAG-96-73, 0, p.73 - 82, 1996/00
蒸気発生器伝熱細管の探傷検査に広く使われている細管内挿のボビンコイル型プローブは、円周方向の傷割れに対して検出感度が悪いという欠点があった。そこで、傷の方向性によらず感度がよく探傷可能なプローブの開発を目的として、探傷プローブの形状を励起コイルによる磁場分布を基に検討し、平行四辺形平面コイルを用いる方法を提案した。原理は、平面コイルを用いて励起磁界を発生させ、欠陥による磁束の乱れ成分を差動型磁束検出コイルで検出する方法である。プローブは、平行四辺形平面励磁コイルと欠陥による励磁磁界の乱れを検出する誘導コイルで構成される。それを用いて、平板の模擬非貫通欠陥に関して探傷試験を行った結果、縦、横のスリット欠陥のいずれでも検出できた。また、穴欠陥についても、直径0.5mmの穴まで検出することができた。
海老根 典也; 竹内 信次郎*; 荒 克之
日本応用磁気学会誌, 20, p.633 - 636, 1996/00
傷の方向によらず探傷可能なプローブの開発を目的として、励磁磁界の乱れを誘導コイルで検出する乱れ磁束検出型電流探傷法に基づき、6連の平行四辺形平面コイルで励磁コイルを構成した探傷プローブを用いて、平板の模擬非貫通欠陥に関して探傷試験を行った。その結果、内面欠陥については深さ0.15mmの直径0.5mmの穴まで検出することができた。また、外面欠陥については、縦欠陥、横欠陥のいずれでも穴の場合と同じ深さの欠陥を検出できた。
海老根 典也; 竹内 信次郎*; 荒 克之
電気学会論文誌,A, 115(10), p.999 - 1006, 1995/10
ボビンコイル型渦電流探傷プローブは、円周方向の傷割れに対して検出感度が悪いという欠点があった。そのため、傷によって乱される磁束の乱れ成分のみを効果的に検出する乱れ磁束検出型渦電流探傷法に基づき、励磁コイルの磁界分布を踏まえた探傷プローブの構成を検討した。そして傷の方向性によらず探傷可能なプローブとして磁束検出用差動コイル群と励磁用平行四辺形平面コイルから構成される平行四辺形探傷プローブと提案し試作したプローブを用いて探傷実験を行った。その結果、スリット傷の長手方向がプローブの走査方向に対して縦、横のいずれの場合にも検出が可能であること、また直径0.5mmの貫通穴に対しても有効な探傷能力を有することが確認できた。このことから、本プローブの探傷能力は傷の方向に左右されず、かつ小さい穴傷から大きなスリット傷に至るまで有効であることが分かった。
仙田 郁夫*; 荘司 昭朗; 西尾 敏; 常松 俊秀; 西野 徹*; 藤枝 浩文*
JAERI-Data/Code 95-010, 32 Pages, 1995/08
マイナーディスラプション等、比較的大きな擾乱がプラズマに加わった時の、プラズマ位置・形状制御を模擬する計算コードを開発した。本コードでは、プロイダル磁場コイル及び渦電流の作る磁場を考慮し、プラズマの運動と伴に、プラズマ形状の変化を時間的に追うことができる。本コードは、線形化されたプラズマの運動方程式の解法と、グラッド-シャフラノフ方程式を解く平衡計算を組み合わせたものである。まず、数学的な定式化及びその計算方法を解説し、つづいてコードの使用法について説明を加える。また、ITER工学設計活動において、本コードを用いて得られたマイナーディスラプション時のプラズマ位置制御シミュレーションの例をいくつか示す。