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論文

Technology development for the construction of the ITER superconducting magnet system

奥野 清; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 名原 啓博; et al.

Nuclear Fusion, 47(5), p.456 - 462, 2007/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:70.61(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER超伝導マグネットの調達準備活動を通して得られた大型超伝導コイルの技術開発成果について述べる。ITER計画では原子力機構が主体となり、産業界の協力の下、各企業が有する優れた製作技術・生産能力を有効に活用し、調達準備活動を実施している。Nb$$_{3}$$Sn超伝導導体技術では、マグネットの設計変更によりNb$$_{3}$$Sn素線の臨界電流値に関する要求値が引き上げられたが、変更後の目標値をクリアーする素線の量産技術に見通しが得られた。また、局所的な曲げ歪みが素線の臨界電流値の低下を引き起こすことを実験的・解析的に明らかにし、その知見に基づいた導体設計手法の高度化が図られた。さらに、高さ14m,幅9m,1個の重量310tという大きなトロイダル磁場コイルを、所定の性能(68kA, 12T)が得られるように製作する技術の確立を目的とした技術活動を実施し、高精度巻線の検討,コイル容器用の高強度低温構造材を数十トンレベルで量産する技術の実証、及び機械加工・溶接の併用による大型コイル容器の製作技術の確立など、多くの成果が得られている。

論文

Technology development for the construction of ITER superconducting magnet system

奥野 清; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 名原 啓博; 喜多村 和憲; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

ITER超伝導マグネット・システムの建設では、日本が7極中、最大の調達分担を行うことが決まった。特にトロイダル磁場(TF)コイルでは、サイト極であるEUを凌いで、相当部分の調達を分担することになった。これら超伝導マグネットの調達をITER計画のスケジュールに従って実施するため、原子力機構が主体となり、産業界の協力の下、各企業が有する優れた製作技術・生産能力を有効に活用し、調達準備活動を実施している。Nb$$_{3}$$Sn超伝導導体技術では、マグネットの設計変更によりNb$$_{3}$$Sn素線の臨界電流値に関する要求値が引き上げられたが、変更後の目標値をクリアーする素線の量産技術に見通しが得られた。さらに、高さ14m,幅9m,1個の重量310tという大きなTFコイルを、所定の性能(68kA, 12T)が得られるように製作する技術開発を実施し、コイル容器用の高強度低温構造材を数十トンレベルで量産する技術の実証、及び機械加工・溶接の併用による大型コイル容器の製作技術の確立など、多くの成果が得られている。

論文

New conceptual design of a test module assembly for tritium permeation experiment

大平 茂; Luo, G.; 中村 博文; 洲 亘; 喜多村 和憲*; 西 正孝

Fusion Science and Technology, 48(1), p.621 - 624, 2005/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

本報告では、プラズマ対向機器における現実的なトリチウム透過を模擬し、トリチウム透過量評価のためのモデル及び計算コードを検証するためのトリチウム透過試験体の新しい概念設計を示す。試験体は、TPLに設置されたITERのダイバータの照射条件(100eV以下の粒子エネルギー及び、高粒子束(1e+22/m$$^{2}$$/s))とほぼ等価の水素同位体プラズマビームを生成できるプラズマイオン源を使用する実証試験のために設計されている。試験体は、高粒子束のプラズマビームにさらされるプラズマ対向材が銅ヒートシンク上に接合されている多層構造のターゲットモジュールを備えており、銅のヒートシンクには加圧された冷却材(水)が閉じ込められている。予備実験のための試験体が製作され、繰り返し照射条件における接合部の熱的及び機械的挙動を確証するための電子ビーム照射試験が行われた。熱負荷試験後に、接合部に有意な欠陥等は観察されず、使用条件下における構造健全性が確認された。また、予備実験用試験体を用いTSTAで最初のトリチウムプラズマ照射試験を実施し、透過トリチウムの測定プロセスが確立された。中性子あるいは高エネルギーイオンビーム照射により欠陥等を模擬するターゲットモジュールを使用することについても考察する。

報告書

Alternatives of ITER vacuum vessel support system

大森 順次*; 喜多村 和憲*; 荒木 政則; 大野 勇*; 荘司 昭朗

JAERI-Tech 2002-053, 86 Pages, 2002/07

JAERI-Tech-2002-053.pdf:3.81MB

国際核融合実験炉(ITER)の真空容器支持構造として、現設計の板バネ構造の発生応力を下げるためと、座屈裕度を持たせるため、2種類の代替支持構造を検討した。代替構造の一つは、真空容器上部に吊り下げ支持構造を設け、アウトボード側に振れ止めの支持構造を設ける。もう一種類は、従来の圧縮型の支持構造で、トロイダルコイルのコイル間構造物から支持する方式と、クライオスタットリングから支持する方式の2方式がある。いずれも多層板バネ構造で、圧縮型ではダイバータポートの一つおきにトーラス方向9ヶ所に支持構造を設ける。構造の成立性を確認するため、全ての荷重の組み合わせについて強度評価を行った結果では、いずれの支持脚も十分な構造強度を有している。

論文

ITER工学設計

下村 安夫; 常松 俊秀; 山本 新; 丸山 創; 溝口 忠憲*; 高橋 良和; 吉田 清; 喜多村 和憲*; 伊尾木 公裕*; 井上 多加志; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 78(Suppl.), 224 Pages, 2002/01

日本,米国,欧州,ロシアの4極の協定に基づき、1992年7月に開始されたITER工学設計活動(ITER-EDA)は、ITER建設の判断に必要な技術的準備を整え、2001年7月に9年間の活動を完了した。本件は、ITER工学設計活動において完成された最終設計報告書の物理及び工学設計の成果を簡潔にまとめたものである。

論文

Key features of the ITER-FEAT magnet system

奥野 清; Bessette, D.*; Ferrari, M.*; Huguet, M.*; Jong, C.*; 喜多村 和憲*; Krivchenkov, Y.*; Mitchell, N.*; 瀧上 浩幸*; 吉田 清; et al.

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.153 - 157, 2001/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.82

ITERマグネット・システムは18個のトロイダル・コイル、中心ソレノイド、6個のポロイダル・コイルで構成される。これらマグネットの設計にあたっては、いくつもの技術的課題を解決するとともに、ITERのミッションを達成するため、これまでにない特徴を有する設計となった。会議では、これらマグネットの設計の詳細について報告する。

論文

Low cycle fatigue lifetime of HIP bonded Bi-metallic first wall structures of fusion reactors

秦野 歳久; 佐藤 聡; 橋本 俊行*; 喜多村 和憲*; 古谷 一幸; 黒田 敏公*; 榎枝 幹男; 高津 英幸

Journal of Nuclear Science and Technology, 35(10), p.705 - 711, 1998/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.57(Nuclear Science & Technology)

核融合炉における遮蔽ブランケットの第一壁は、アルミナ分散強化銅の熱シンク層とステンレス鋼の冷却管を拡散接合の一種であるHIP接合により一体化する複合構造を有する。このような異材接合複合構造体の疲労寿命を評価するため、第一壁部分モデルをHIPにより製作し、低サイクル疲労試験を行った。全ての試験片において初期き裂はステンレスの冷却管内部に発生し、これは解析において得られた最大歪みの発生位置と一致した。試験及び解析結果の比較より第一壁HIP構造体の疲労寿命はステンレス母材の疲労データよりも長寿命側であることが明らかとなった。また、第一壁構造体のHIP接合部の疲労寿命も材料試験で得られた疲労データよりも長寿命側であった。このことは、材料試験で得られる設計疲労曲線に基づいた第一壁疲労寿命が十分な安全率を有することを示唆しているものと考えられる。

論文

Analyses of divertor high heat-flux components on thermal and electromagnetic loads

荒木 政則; 喜多村 和憲*; 浦田 一広*; 鈴木 哲

Fusion Engineering and Design, 42(1-4), p.381 - 387, 1998/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

ITER炉内機器のうち、ダイバータの熱及び電磁負荷荷重下における構造解析を実施した。この結果、標準設計として考えている構造を多少改良することにより、許容応力内におさまることが明らかとなった。本論文では、従来、単独でしか行われていなかった熱及び電磁負荷を総合的に評価したものである。

論文

Dynamic analysis of the tokamak support system in ITER

田戸 茂*; 喜多村 和憲*; 伊藤 裕*; 小泉 興一; 多田 栄介; 常松 俊秀

Fusion Engineering and Design, 41, p.421 - 429, 1998/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:65.71

ITERトカマク及び支持構造の設計では、温度変化に伴う変位や電磁力などの複合荷重を考慮する必要があることから、従来の大型構造物と比べ、地震荷重などの水平方向荷重に対する剛性がかなり低いものとなっている。ここでは、水平方向の標準設計地震波に対するトカマク本体部の動的応答解析を行った。トカマク本体部の固有振動数は約2cycle/secとなり、SL2相当の水平方向地震荷重に対する最大応答変位としては、マグネット/真空容器間の相対変位として約14mmとなることが示された。

論文

High heat flux testing of a HIP bonded first wall panel with built-in circular cooling tubes

秦野 歳久; 鈴木 哲; 横山 堅二; 鈴木 隆之*; 戸上 郁英*; 喜多村 和憲*; 黒田 敏公*; 秋場 真人; 高津 英幸

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.363 - 370, 1998/00

 被引用回数:20 パーセンタイル:16.59

本研究は、ITER遮蔽ブランケット第一壁部分を模擬して製作した高熱負荷試験用試験体を用いて熱サイクル試験を実施し、構造体の熱応力による疲労強度を評価することを目的とした。試験は平均熱流束5.0MW/m$$^{2}$$と7.0MW/m$$^{2}$$でそれぞれ1000サイクルと1500サイクルで実施した。試験を通して除熱性能に大きな変化は見られず、試験体外観も正常であった。この試験結果より構造体の熱応力による疲労寿命はステンレス母材の設計疲労寿命より長寿命であることが確認された。

報告書

Design of ITER shielding blanket

古谷 一幸; 佐藤 聡; 秦野 歳久; 戸上 郁英*; 喜多村 和憲*; 三浦 秀徳*; 伊藤 裕*; 黒田 敏公*; 高津 英幸

JAERI-Tech 97-022, 113 Pages, 1997/05

JAERI-Tech-97-022.pdf:3.42MB

支持脚のバックプレートへの接続を溶接接合構造としたITER遮蔽ブランケットに対し、モジュール支持概念電磁力及び熱・強度解析等による特性評価、製作手順等に関する設計検討を行った。構造設計においては、遮蔽$$rightarrow$$増殖ブランケットへの交換を考慮し、パージガスライン等の設計概念を反映させた。熱応力解析では、BPPにおけるプラズマ立ち上げ~炉停止までの一連のモードにおいて十分な設計強度を有することを確認すると共に、電磁力解析においては、プラズマディスラプション時にブランケットに発生する応力に対する設計裕度に一部不足がみられるなど、一部設計改善の余地があることを明らかにした。またCu/Cu,ss/ss,及びCu/ssの同時HIP接合方法によるモジュール製作手順等も検討した。

論文

Structural analysis of blanket system and vacuum vessel for international thermonuclear experimental reactor (ITER)

喜多村 和憲*; 小泉 興一; 高津 英幸; 伊藤 裕*; 中平 昌隆; 多田 栄介; 常松 俊秀

Fusion Technology 1996, 0, p.1403 - 1406, 1997/00

国際熱核融合炉(ITER)のブランケット及び真空容器の支持構造系のプラズマ崩壊時の電磁力下における機械的挙動の把握と健全性評価を目的に3次元FEM構造解析を行い、自重、電磁力、熱荷重等の負荷時における各部の構造健全性を評価した。その結果、真空容器及びブランケット支持構造系の大部分の部位は使用材料(SS316)の許容応力内であったが、インボード及びアウトボード後壁下部については、板圧増加等の補強、もしくはプラズマ崩壊時のVDE荷重の見直しが必要であることが分かった。

報告書

Structural analysis of vacuum vessel and blanket support system for international thermonuclear experimental reactor(ITER)

喜多村 和憲*; 小泉 興一; 島根 秀夫*; 高津 英幸; 多田 栄介

JAERI-Tech 96-049, 37 Pages, 1996/11

JAERI-Tech-96-049.pdf:1.75MB

国際熱核融合実験炉(ITER)の真空容器およびブランケット支持構造系の機械的健全性評価の一環として、自重、電磁力、熱荷重等の負荷に対して、3次元FEM解析を実施した。その結果、真空容器及びブランケット支持構造系の大部分の部位は使用材料の許容応力内であったが、後壁インボード下部については板厚の増加による補強が必要であることが分かった。又、支持系全体の固有値解析を実施した結果、真空容器支持脚は耐震上の観点から、ブランケット支持構造物はVDE(垂直方向プラズマ消滅)電磁力の座屈強度の観点から、各々剛性を増加する必要があることが分かった。

報告書

Assessment on F/W electrical cutting for reduction of electromagnetic force on the blanket module

喜多村 和憲*; 小松崎 学*; 西尾 敏; 小泉 興一; 高津 英幸

JAERI-Tech 96-031, 16 Pages, 1996/07

JAERI-Tech-96-031.pdf:0.94MB

核融合実験炉(ITER)におけるプラズマ崩壊時のブランケットモジュールに発生する電磁力低減対策の一環として、モジュール第一壁表面の銅合金製熱シンク材にトロイダルカット(スリット)を設け熱シンク材とトロイダル方向渦電流と電気的にカットする構造概念の有効性について検討した。その結果、以下の結論が得られ、第一壁銅合金へのトロイダルスリット構造のプラズマ崩壊時における第一壁の渦電流、および電磁力低減に効果的であることが分かった。(1)第一壁材料の銅合金からSUS材への変更、SUS材の板厚低減は第一壁電磁力を低減させ、SUS材板厚50mm以下の領域でその効果は大きい。(2)第一壁銅合金のトロイダルスリット構造により第一壁の電磁力は低減する。インボードモジュールでは実機相当寸法(1mmギャップ長、スリット数17)まで、増加することにより、第一壁内渦電流の60%がSUS材に流れる。

報告書

Transient thermal and stress analyses of the ITER shielding blanket/first wall under off-normal conditions

古谷 一幸; 橋本 俊行*; 佐藤 聡; 黒田 敏公*; 中村 孝紀*; 倉沢 利昌; 喜多村 和憲*; 高津 英幸

JAERI-Tech 95-045, 53 Pages, 1995/09

JAERI-Tech-95-045.pdf:3.13MB

ブランケット(BL)の非正常時(LOFA、LOCA、PEC)における構造健全性の確認の為の熱応力解析を行った。その結果、1)第一壁(FW)、シールド、FWとシールドのLOFA/LOCAにおいてBL各部位が400$$^{circ}$$Cに達する時間はそれぞれBeの18秒、中央リブの90秒、Beの17秒。2)FW、シールドのLOFA/LOCAにおいてBLが3Smを満足する最高温度はそれぞれCuの280$$^{circ}$$C、中央リブの170$$^{circ}$$C。3)FWのLOFA/LOCA時ではFW温度及び応力の過度な上昇を防ぐ為にプラズマを停止する必要がある。4)FW、シールドのLOFAとLOCAの比較ではどちらの場合も応力、変位量に大きな差は無い。5)1.8GWまでのPECの影響は問題無い。LOFA-Loss of Flow Accident(冷却材流動停止事故) LOCA-Loss of Coolant Accident(冷却材損失事故) PEC-Power Excursion Condition(過出力状態)

報告書

Feasibility study of first wall electrical connector

喜多村 和憲*; 高津 英幸; 小泉 興一; 常松 俊秀

JAERI-Tech 95-032, 17 Pages, 1995/05

JAERI-Tech-95-032.pdf:0.73MB

核融合炉ブランケットに作用するプラズマ崩壊時の電磁力低減対策として、第一壁を電気接続する構造概念の実用性について検討した。適用した構造概念は、電気接続部を銅合金からなる薄板多層板で構成し、隣接する第一壁間にボルトとキーで固定する構造である。検討は電気接続部のプラズマ熱負荷、ジュール発熱に関する熱的検討、強大な電磁力に耐える機械的剛性およびブランケット匡体の熱膨張吸収のための柔軟性等を検討し、上記問題点を満足する電気接続部構造の最適設計領域を求めた。また、設計可能領域を満たす薄板多層板の第一壁電気接続構造を提案した。その結果、熱的、機械強度的および製作的に満足する構造であるも、設計可能領域が狭く、ブランケット匡体の製作精度の信頼性を考慮すると、今後さらに詳細な最適化検討が必要であると判断された。

報告書

Conceptual design of ITER shielding blanket

佐藤 聡; 高津 英幸; 倉沢 利昌; 橋本 俊行*; 小泉 興一; 喜多村 和憲*; 伊藤 裕*; 小沢 義弘*; 多田 栄介; 中平 昌隆; et al.

JAERI-Tech 95-019, 129 Pages, 1995/03

JAERI-Tech-95-019.pdf:3.27MB

本レポートは、国際共同設計チームとの密接な協力の下に、1994年の1年間に日本ホームチームが行った、ITER遮蔽ブランケット/第一壁の概念設計活動の成果を纏めたものである。本設計作業は、国際共同設計チームと日本ホームチームとの間で結ばれたITER1994年設計作業契約に基づいてなされた。高い表面熱流速、高い中性子壁負荷及びディスラプション時の電磁力の下で信頼性の高い遮蔽ブランケット/第一壁の設計を実現すると共に、信頼性の高い組立保守性を達成するために、本設計では、分離第一壁、モジュール構造を有する遮蔽ブランケット、分離後壁から成る層状構造の遮蔽ブランケットを提案した。本報告では、構造設計の概要、製作性や保守性の検討、及び熱機械、電磁構造解析の結果を報告する。

論文

Experimental and analytical studies on residual stress in the tungsten-copper duplex structure for a divertor application

喜多村 和憲*; 永田 晃則*; 渋井 正直*; 布施 俊明*; 立川 信夫*; 秋場 真人; 荒木 政則; 関 昌弘

Fusion Engineering and Design, 18, p.173 - 178, 1991/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:32.31

核融合実験炉用ダイバータ板の候補の一つであるW/Cu接合体の残留応力について実験及び解析的検討を行い、両者を比較検討した。実験値と解析値は良く一致し、解析手法の妥当性を検証した。解析結果より、以下のことが明らかとなった。1)タングステン表面の残留応力は試験体の寸法比(銅部厚さのタングステン部直径に対する比)の増加とともに減少し、その減少は上記寸法比が1以下では急激であるが、1を越えると鈍化する。2)銅部の塑性領域は接合面直下から進展し始め、最終的に中央部を除くほぼ全域で塑性する。3)接合端部応力の解析では、接合端部近傍の要素分割に大きく依存し、弾塑性解析においても端部効果を考慮した解析が必要である。

論文

改良型ナイフエッジ式メタルシールフランジのリーク試験,II

小原 建治郎; 村上 義夫; 長沼 正光*; 喜多村 和憲*; 内田 孝穂*; 近藤 光昇*

真空, 33(3), p.326 - 329, 1990/00

1987年から試作・開発を続けている標記フランジの真空リーク試験の結果について発表する。今回は、短時間での加熱・冷却と長時間連続加熱を組み合わせた熱サイクル試験を、口径70、152、253mmのフランジについて各5サンプル実施した結果(5サンプル試験)及びクランジに静的な片持ち荷重を加え、熱サイクルを加えた時の試験(負荷荷重試験)の結果について報告する。5サンプル試験では大口径フランジ(253mm)に初期加熱時若干のリークが検出される場合(この現象は従来のフランジにもたびたびみられる)もあるが、その後の増し締めでリークは防止できることがわかった。

論文

改良型ナイフエッジ型メタルシールフランジのリーク試験

小原 建治郎; 中村 和幸; 村上 義夫; 長沼 正光*; 喜多村 和憲*; 内村 孝穂*; 近藤 光昇*

真空, 32(3), p.165 - 170, 1989/03

コンフラットフランジに代表される、いわゆるナイフエッジ式メタルシールフランジの締結作業の簡易化と、将来の遠隔操作による締結作業のための基礎データを得ることを目的に、従来型フランジの調査と試験を実施、その結果に基づきフランジの部分的改良を行った。

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