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論文

Feeder components and instrumentation for the JT-60SA magnet system

吉田 清; 木津 要; 村上 陽之; 神谷 宏治; 本田 敦; 大西 祥広; 古川 真人; 淺川 修二; 倉持 勝也; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.1499 - 1504, 2013/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:46.23(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA装置はEUと日本の共同で、ITERのサテライト・トカマク(JT-60SA)を製作する計画である。JT-60SA用超伝導マグネットは、18個のトロイダル磁場コイルと4個の中心ソレノイド・モジュール、6個の平衡磁場コイルから構成される。超伝導コイルには、交流損失や核発熱で3.2kWの熱負荷が発生し、4.4Kの超伝導臨界ヘリウムで冷却する。そのために、冷凍機からの冷媒を、クライオスタットに取り付けたバルブボックスで分配する。また、コイル端子箱に取り付けた高温超伝導電流リードから、超伝導フィーダーを経由して各コイルに電流を供給する。クエンチ検出などの計測の設計を示す。JT-60SA用超伝導マグネット装置は、既存のJT-60U装置の改造するために、配置や空間的な制限が多く存在していた。それらの設計条件を満足する概念設計が完了したので報告する。

論文

Recent progress of the design activity for the poloidal field coil system in JT-60SA

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 淺川 修二; 倉持 勝也; 吉田 清; Tomarchio, V.*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 20(3), p.525 - 529, 2010/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:53.85(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SA装置を構成する超伝導コイルシステムのうち、中心ソレノイドと平衡磁場(EF)コイルからなるポロイダル磁場(PF)コイルシステムは日本が担当する。本コイルシステムに関する調達取り決めが、昨年末日欧間で合意され、本格的な建造フェイズに入った。この合意にあたっては、PFコイルの基本構造について、解析結果を根拠として、その成立性を確認する文書を添付しているが、実機の製作にあたっては、より合理化された構造となることが、製造のコスト及び工程面から求められている。本学会においては、ポロイダル磁場コイルシステムのうち、最も速く製造すべきEF4コイルの支持構造について、より合理化した構造を案出し、その成立性も確認した結果を報告する。また、これらPFコイルが設置されるトロイダル磁場コイルの最新の構造解析結果をふまえ、TFコイル運転時の変形がPFコイルの支持構造に及ぼす影響を考慮し、支持構造の最適化を進めていった結果について、TFコイルの影響を最も受けるEF1コイル、及びTFコイル設置前に製造すべきコイルの中でTFコイルの影響が最大となるEF6コイルを具体例に挙げて発表する。

報告書

JT-60SA中心ソレノイドの構造設計

淺川 修二; 土屋 勝彦; 倉持 勝也; 吉田 清

JAEA-Technology 2009-044, 55 Pages, 2009/09

JAEA-Technology-2009-044.pdf:4.92MB

臨界プラズマ試験装置JT-60Uをサテライトトカマク(JT-60SA:JT-60 Super Advanced)として超伝導化する日本とEUとの共同プロジェクトが推進されている。JT-60SAのマグネットシステムは中心ソレノイド(CS:central solenoid)などから成り、さらに中心ソレノイドは4つのモジュールから構成される。各モジュールには反発力や引力などの電磁力が発生し、また、熱収縮があるため支持構造物により予荷重を加える構造が必要となり、これらに耐えうる構造が要求される。電磁力解析により得られた電磁力を用いて中心ソレノイドと支持構造物の全体解析とこの結果を用いたジャケットの詳細な構造解析を行った。室温状態や冷却状態で電磁力が作用した場合に支持構造物や中心ソレノイド間と上下に隙間が開かないように締め付けているタイ・プレートが強度と疲労評価ともに「核融合設備規格 超伝導マグネット構造規格(マグネット規格)」を満たすことを検証した。全体の構造解析の結果をもとにした正配置モデルとちどり配置モデルのジャケットの詳細解析においても「マグネット規格」を満たしていことを示した。

論文

Magnetic filed mapping and excitation test in vacuum for the kicker magnet in J-PARC RCS

神谷 潤一郎; 金正 倫計; 倉持 勝也; 高柳 智弘; 竹田 修; 植野 智晶; 渡辺 真朗; 山本 風海; 山崎 良雄; 吉本 政弘

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 18(2), p.293 - 296, 2008/06

キッカー電磁石はJ-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)の出射部に設置され、3GeVまで加速された陽子ビームを下流ビームラインへ蹴り出す役割を持っている。キッカー電磁石に印加される電圧は30kVと高いことから、電磁石自体は真空中に設置される。真空中での磁場分布測定は非常に困難なことから、今回、大気中で定格の1/3の印加電圧で、磁場分布測定を行った。3軸ステージに取り付けられたショートサーチコイルを用いて、電磁石のアパーチャーを網羅して磁場分布を測定した。8台の電磁石すべてにおいて測定を行い、結果の比較を報告する。また、真空中での定格運転について、真空度及びアウトガスのスペクトルをモニターしながらエージング運転を行うことで、放電を抑え安定した運転ができるようになったので合せて報告する。

論文

Commissioning results of the kicker magnet in J-PARC RCS

神谷 潤一郎; 金正 倫計; 倉持 勝也; 高柳 智弘; 富樫 智人; 植野 智晶; 渡辺 真朗; 吉本 政弘

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.3590 - 3592, 2008/06

J-PARC RCSの出射用キッカーは2007年8月の時点で調整試験が完了し、要求仕様を満たすことが確認された。そしてRCSのビーム試験時には、181MeV非加速試験及び3GeV加速試験において、下流ビームラインへビームを出射することに成功した。実際の運転パラメーターは、電磁石の磁場測定結果及び、電源の通電試験結果から導出されたパラメーターとよく一致しており、それらの試験が正確であったことを裏付けている。本報告では、それらの測定結果及び運転パラメーターの導出についてまとめる。また、これまで数100時間のビーム試験を行っているが、キッカーシステムはその間おおむね安定に運転できている。これまでの運転で、サイラトロンの経年変化や、安定運転のための調整方法が確立されて来ているので報告する。さらに、ビームを用いてキッカーのパルス磁場の時間方向の平坦度を高精度で測定したのであわせて報告する。

論文

Reduction of outgassing for suppressing electrical breakdown in the kicker magnet of J-PARC RCS

神谷 潤一郎; 金正 倫計; 荻原 徳男; 倉持 勝也; 植野 智晶; 高柳 智弘; 竹田 修; 渡辺 真朗; 山崎 良雄; 吉本 政弘

真空, 50(5), p.371 - 377, 2007/05

J-PARC RCSにおける3GeVビーム取出し用キッカー電磁石は数10kVもの高電圧がかかるパルス電磁石である。そのため電磁石全体が真空中に設置される。その際にいかにして放電を防ぐかが、安定して長期的に電磁石を運転するうえで重要となる。本論文では、放電を防ぐために施されたキッカー電磁石の構造の改善、及び部材段階からの徹底したアウトガス低減による放電抑制の結果について報告する。

論文

J-PARC 3-GeV RCS入射バンプシステムの実験と解析

高柳 智弘; 植野 智晶; 金正 倫計; 竹田 修; 山崎 良雄; 吉本 政弘; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 倉持 勝也; 入江 吉郎

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.74 - 76, 2006/00

J-PARC 3GeV RCSの入射バンプシステムは、Linacからの入射ビーム(H-)とRCSの周回ビーム(H+)を合流させ、大強度の陽子ビームを生成する重要な機器の一つである。このうち、1号機を製作した水平シフトバンプ電磁石の磁場分布の測定と、コイル,端板、及び、側板の温度分布測定を行った。また、水平ペイントバンプ電磁石電源の24時間の連続通電試験を行った。その結果、Linacの初期ビーム出力となる181MeVビーム入射の仕様を十分満足することを確認した。

論文

J-PARC 3-GeV RCS入射用パルス電磁石の振動測定

植野 智晶; 高柳 智弘; 金正 倫計; 竹田 修; 山崎 良雄; 吉本 政弘; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 倉持 勝也

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.427 - 429, 2006/00

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の3GeV RCS入射用のパルス電磁石は、大電流による高速立ち上げと立ち下げを繰り返すため電磁石は振動する。また、渦電流を抑えるためにセラミックスダクトを使用するが、電磁石の振動により割れる可能性がある。そこで、本研究では高速・高精度CCDレーザー変位計を用いて、入射用水平シフトバンプ電磁石の振動測定を行った。

論文

J-PARC RCS出射キッカ電磁石の磁場測定

倉持 勝也; 神谷 潤一郎; 金正 倫計; 竹田 修; 吉本 政弘; 高柳 智弘; 渡辺 真朗; 山崎 良雄; 植野 智晶

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.421 - 423, 2006/00

J-PARCにおける3GeV RCSキッカ電磁石の実機が完成し、真空環境下において60kV, 25ppsでの磁場測定を行った。磁場の安定性、及び、同型キッカ電磁石の比較をし、議論を行う。

報告書

大強度陽子加速器計画3GeVシンクロトロン用入射ダンプの熱解析

倉持 勝也*; 山本 風海; 金正 倫計

JAERI-Tech 2003-055, 148 Pages, 2003/07

JAERI-Tech-2003-055.pdf:24.48MB

大強度陽子加速器計画において、3GeVラピッドサイクリングシンクロトロン(3GeV-RCS)用の入射ビームダンプは、黒鉛薄膜でH$$^{+}$$に変換できなかったH$$^{-}$$とH$$^{0}$$ビームを吸収廃棄するために設置される。ビームダンプに吸収されるパワーは、現在の設計では1kWに達するため、ビームダンプの成立性を検討するうえで、ダンプにおける最高温度及び熱応力を評価する必要がある。そこで、MARSコードを用いて発熱分布を評価し、それを基にしてANSYS コードで温度と熱応力分布の解析評価を行った。その結果、1kW入射条件下で数回の運転サイクル(3週間のビーム運転と1週間のビーム停止期間を合わせて1サイクル)を繰り返した後、鉄部の中心で370Kに達するものの、ビームダンプの鉄部とトンネルのコンクリート壁との境界はコンクリートの許容耐熱温度よりも低い320K程度に抑制できることが分かった。また、最大ミーゼス応力(相当応力)は鉄部で96MPa,コンクリート壁で約0.2MPaとそれらの許容応力よりも低い値であった。

論文

J-PARC 3GeVシンクロトロン用荷電変換フォイル温度分布計算

倉持 勝也*; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 菅井 勲*; 五十嵐 進*; 荒木田 是夫*; 武田 泰弘*

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.637 - 639, 2003/00

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、3種類の荷電変換フォイルを使用する。1つは、リニアックからのH$$^{-}$$ビームをH$$^{+}$$に変換し、RCSへのビーム入射に利用し、他の2つはH$$^{+}$$に変換されなかったビームをビームダンプへと導くために利用する。ACCSIMで計算された粒子分布をもとにANSYSにより荷電変換フォイルの温度分布を計算したので報告する。

論文

Progress of the ITER central solenoid model coil programme

辻 博史; 奥野 清*; Thome, R.*; Salpietro, E.*; Egorov, S. A.*; Martovetsky, N.*; Ricci, M.*; Zanino, R.*; Zahn, G.*; Martinez, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 41(5), p.645 - 651, 2001/05

 被引用回数:53 パーセンタイル:15.64(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERを構成する3群の超伝導コイルでは、中心ソレノイド・コイルが最も高い磁場13Tを0.4T/s以上の速度で急速励起するパルス動作が要求される点で、最も技術的難度の高いコイルである。そこで中心ソレノイド・コイル工学設計の妥当性を確認し、併せてコイルの製作技術を開発する目的で、中心ソレノイド・モデル・コイルの開発が進められてきた。約8年をかけて完成したモデル・コイルの実験がこの程、国際共同作業として原研で実施され、技術開発目標をすべて満足する実験成果と貴重な技術データが得られた。

口頭

JT-60SA用中心ソレノイドの支持構造設計

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 淺川 修二; 倉持 勝也; 吉田 清

no journal, , 

JT-60SA装置における中心ソレノイドは、4つの巻線モジュールから成り、それらを9組のタイプレートによって巻線群を挟み込んで一体化され、最終的にトロイダル磁場コイル群の頭頂部から吊り下げて固定される。中心ソレノイドの運転時には、巻線とタイプレート間の熱収縮差や電磁力荷重によってギャップが生じるが、これをキャンセルするために荷重をかけておく必要がある。そこで、「焼きばめ」を想定した方法を三次元FEMモデルを用いて模擬し、その量を求めた結果、支持構造を85K分加熱した状態で「焼きばめ」を行えば、ギャップが生じないことがわかった。これを室温時に巻線にかかる鉛直圧力で評価すると、23.2MPaとなり、機械的にこれに相当する荷重を与えれば同じ効果となる。また、これを考慮したうえで、導体ジャケットに生じる応力について、詳細モデルを用いて評価した結果、十分な強度のあることが確認できた。さらに、中心ソレノイド全体を支持する支持構造について、最も厳しい電磁力条件のもとで応力を評価した結果、現設計における支持構造は十分な機械的強度を持っていることがわかった。

口頭

JT-60SAポロイダル磁場コイルシステムの支持構造設計

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 淺川 修二; 倉持 勝也; 吉田 清

no journal, , 

JT-60SA装置における超伝導マグネットシステムのうち、中心ソレノイド(CS)及びプラズマ平衡磁場(EF)コイルシステムからなるポロイダル(PF)コイルシステムは、日本が調達することになっている。最近のPFコイルシステムの設計活動においては、さらなる構造最適化を進めている。特に、EFコイルについては、トロイダル磁場(TF)コイルが設置される前に仮置きしなければならないため、検討を急ぐ必要がある。まず、基本構造について、以前考案した巻線への圧力緩和機構を、製作性を考慮して改良し、シムではなくクランプ板の方に曲線を設けた。これにより、EF4において予荷重量を下げ、結果として室温時のクランプ発生応力を下げることができた。また、最大口径を持つEF1について同様の解析を行った結果、室温時の最大応力がFM316LNM鋼の許容応力の6割程度であり、さらに減量化が可能であることがわかった。一方、口径の大きいコイルほど、TFコイルの転倒力による変形の影響を支持座から受けるので、これを考慮した解析が必要である。今後は、EF4の次に製造すべきEF5及びEF6の支持構造について、TFコイルからの影響を考慮しつつ最適化を進める。

口頭

JT-60SAの超伝導コイル給電機器設計の現状

木津 要; 米田 昌生*; 倉持 勝也; 市毛 寿一; 古川 真人; 吉田 清

no journal, , 

JT-60SA装置の超伝導コイルシステムでは、電源設備からの常伝導ブスバーがコイルターミナルボックス(CTB)と呼ぶコイル端子箱に設置された電流リード(CL)に接続される。また、CLとコイル間を超伝導導体からなる電流フィーダで接続する。CLは冷凍負荷を低減するために、高温超伝導電流リード(HTS CL)を採用し、KIT(独)が製作する。JT-60SA用のHTS CLはW7-X用のものをもとに設計されており、コイル給電機器の設計に種々の制限を与えている。CLの経験磁場の制限により、CTBはCLを垂直に設置する円筒の端子箱部と端子箱とクライオスタットをつなぐポート部により構成され7m程度のフィーダ長となる。このため、冷却による熱収縮によりHTS CLに大きな荷重が加わることが予想された。そこで、フィーダはポート部内で3か所のUベンドを設け、ポート両端部にフィーダの長手方向の変位を拘束する固定サポートを設けた。固定サポート以外は、吊ボルトによる吊下げ構造とした。この設計でCLに加わる荷重を評価し、水平,垂直ともに許容荷重を下回ることを確認した。

口頭

JT-60SAヘリウム分配システムの設計

大西 祥広; 神谷 宏治; 倉持 勝也; 本田 敦; 吉田 清

no journal, , 

原子力機構のJT-60のトカマク本体を超伝導化する計画が、日本とEU間の共同プロジェクト「サテライトトカマク装置(JT-60SA)」として推進されている。超電導コイル及び関連設備を冷却するために、冷凍機より3.7K, 4.4K, 50K及び80Kのヘリウムをそれぞれ270g/s, 1840g/s, 25g/s及び431g/sにて供給することが計画されている。本報告では、これらヘリウムの分配システムの設計及びクライオスタット内における各配管の支持方法等について報告する。

口頭

JT-60SAクライオスタット内配管の設計

大西 祥広; 神谷 宏治; 倉持 勝也; 柳 俊樹; 本田 敦; 木津 要; 小出 芳彦; 吉田 清

no journal, , 

原子力機構のJT-60のトカマク本体を超伝導化する計画は、日本とEU間の共同プロジェクト「サテライト・トカマク装置(JT-60SA)」として機器の製作が続行されている。超電導コイルおよび関連設備を冷却するために、ヘリウム冷凍機より3.7K, 4.4K, 50Kおよび80Kのヘリウムがクライオラインでクライオスタットまで供給され、クライオスタット内配管で分配される。クライオスタット内配管は、クールダウン、励磁や耐震条件などで健全である必要がある。また、配管で発生する圧力損失が許容圧損以下であることように配管のサイズを選定した。本報では、構造解析や圧損計算の結果からクライオスアット内配管の配置案を示す。

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