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論文

Development of instrumentation and control systems for the ITER diagnostic systems in JADA

山本 剛史; 橋本 慰登*; 北澤 真一; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 杉江 達夫; 小川 宏明; 竹内 正樹; 河野 康則; 伊丹 潔

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.1012 - 1016, 2015/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:54.36(Nuclear Science & Technology)

日本国内機関では、ITER計画において6種類のプラズマ計測装置の調達を担当している。原子力機構では、ITER標準ソフトウェアを用いて、統括制御機能、シーケンス制御管理機能及びデータ収集機能を含むITER計測装置用計装制御システムを開発した。統括制御機能は、センサーの健全性検査、計測条件の設定及び計測条件間の一貫性検査といった計測のための内部処理を管理する。我々は、Python言語を用いてフローチャートからEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)のコードを生成するツール及びシーケンス制御管理機能を開発した。EPICSは、運転手順のトリガー及び進行を示すために使用される。シーケンス制御管理機能は、EPICSを用いてプラント状態の変化を監視することにより、運転手順の進行を管理する。EPICSと運転手順の関連付けは、上記ツールにより自動的に行われる。我々は、熱電対計測システムに関して、上記の計装制御システムの性能を検証した。また、さらに複雑な計測装置向けに本設計を適用していく予定である。

論文

Mechanical properties of full austenitic welding joint at cryogenic temperature for the ITER toroidal field coil structure

井口 将秀; 齊藤 徹; 河野 勝己; 千田 豊; 中嶋 秀夫; 小川 剛史*; 片山 義紀*; 小方 大成*; 峯村 敏幸*; 渡海 大輔*; et al.

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2520 - 2524, 2013/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:37.16(Nuclear Science & Technology)

ITER TF構造物は高さ約17m,幅約9mのD型形状の大型溶接鋼構造物であり、その最大溶接深さは260mmとなる。TF構造物溶接時には、極低温における溶接継手強度を確保するために、溶接材料として、核融合炉設備規格 超伝導マグネット構造規格で規定されているFMYJJ1を、また、構造材料として4種類の窒素添加強化型ステンレス鋼を使用する計画である。原子力機構では、溶接深さと構造材料の組合が極低温における溶接継手の機械特性に与える影響を調査するために、FMYJJ1を使用した片側狭開先TIG溶接により、板厚40mmの4種類の構造材料の組合せ、及び板厚200mmの2種類の構造材料を組合せた溶接継手を製作し、これらの溶接継手から引張試験片を製作した。これらの試験片を用いて実施した4Kでの引張試験の結果、低い強度の構造材料を使用すると溶接継手の強度も低下するが、構造材料の強度を下回らないことがわかった。また、200mm厚さの溶接継手における引張試験結果では、継手強度は板厚方向にほぼ一定であり、極厚材の溶接においても実機TF構造物製作に十分な継手強度を確保できることを明らかにした。

論文

Development of structures for ITER toroidal field coil in Japan

井口 将秀; 千田 豊; 高野 克敏; 河野 勝己; 齊藤 徹; 中嶋 秀夫; 小泉 徳潔; 峯村 敏幸*; 小方 大成*; 小川 剛史*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203305_1 - 4203305_5, 2012/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:50.28(Engineering, Electrical & Electronic)

日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)はITERの建設において、トロイダル磁場(TF)コイル構造物(以下、TF構造物)すべての製作を担当する。TF構造物調達活動の一環として、原子力機構はTF構造物の材料品質確認、及び製作技術の検討及び検証活動を行ってきた。原子力機構は日本機械学会が2008年に制定した核融合炉設備規格超電導マグネット構造規格(JAME S KA1 2008)(以下、JSME規格)のTF構造物製造適用を提案しており、JSME規格の実用性を検証するために、実規模試作用に製作したステンレス鍛鋼品に対する品質確認試験を4Kにて実施し、JSME規格との比較を実施した。また、製作技術検討活動として、FMYJJ1ワイヤを使用した狭開先TIG溶接の溶接施工法の検証、溶接能率向上のためのFMYJJ1以外のワイヤの適用可能性の検討、TF構造物施工法確認のためにTF構造物の小規模及び実規模試作を行ってきた。本発表ではこれらの活動結果について報告する。

論文

ITERトロイダル磁場コイル構造物の製作技術開発

井口 将秀; 千田 豊; 中嶋 秀夫; 小川 剛史*; 片山 義紀*; 小方 大成*; 峯村 敏幸*; 宮部 圭介*; 渡海 大輔*; 新見 健一郎*

低温工学, 47(3), p.193 - 199, 2012/03

ITERトロイダル磁場コイル構造物(TF構造物)は、高さ約17m,幅約9mのD型形状の大型溶接鋼構造物である。原子力機構はITER建設においてTF構造物すべての製作を担当しており、実機TF構造物製作に向けた製作技術の実証と合理化を目的として、実規模試作を行ってきた。原子力機構は日本機械学会が2008年に制定した核融合炉設備規格超伝導マグネット構造規格(以下、JSME規格)のTF構造物製作への適用を提案しており、JSME規格に基づいて製造したステンレス鍛鋼品の品質確認試験を実施し、JSME規格の実機用材料製造への適用性を確認した。また、TF構造物製作に必要な溶接施工法の検証を実施し、その溶接品質を確認するとともに、実規模試作を実施することで、これまで不明瞭であった溶接変形挙動を明らかにし、実機TF構造物の製作に目途を付けることができた。

論文

Laser-arc hybrid welding for the cover plate of ITER TF coil

椎原 克典*; 牧野 吉延*; 小川 剛史*; 浅井 知*; 金原 利雄*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

Proceedings of 26th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2007) (CD-ROM), p.316 - 324, 2007/10

レーザー・アーク・ハイブリッド溶接は、通常のレーザー溶接に比べて、溶接ギャップが広くても溶接が可能なこと、溶接スピードが速いなどの利点を有している。そこで、溶接総長が1コイルあたり9kmと非常に長いITER-TFコイルのカバー・プレート(CP)溶接へのレーザー・アーク・ハイブリッド溶接技術の適用性を検討した。試験の結果、溶接ギャップ0.6mm(通常のレーザー溶接では0.2mmが限界)に対して、3m/min(通常のレーザー溶接の約2倍)の速い速度で、高品質の溶接を行えることが実証できた。また、TFコイルの部分モデルに対して溶接試験を実施したところ、ITERのたわみに対する仕様1mmに対して、0.9mmのたわみが発生し、十分な裕度を確保するまでには至らなかったが、仕様を満足することができた。さらに、試験の結果、たわみ量は拘束条件に依存することもわかっており、今後、拘束条件の改善を行うことで、たわみを低減することが期待できる。以上より、レーザー・アーク・ハイブリッド溶接技術のCP溶接への適用性に目処を立てることができた。

口頭

ITER-TFコイルカバープレートのレーザーアークハイブリット溶接

浅井 知*; 小川 剛史*; 牧野 吉延*; 椎原 克典*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

no journal, , 

ITER-TFコイルのカバープレート(CP)溶接では、最大0.5mmのギャップを少ない入熱量で溶接することが要求されている。入熱量の少ない溶接としてはレーザー溶接があるが、通常のレーザー溶接では0.5mmのギャップを溶接することは困難である。そこで、レーザー・アークハイブリット溶接のCP溶接への適用性を実証するための試験を実施した。その結果、フィラー・ワイヤーの送給速度を最適化することで、最大0.7mmのギャップまで健全に溶接することに成功し、CP溶接で発生しうる0.5mmの比較的大きなギャップに対しても、溶接を健全に行えることを示すことができた。

口頭

ツイン・スポット・ファイバー・レーザTIGハイブリッド溶接のITERカバー・プレート溶接への適用検討

小川 剛史*; 浅井 知*; 牧野 吉延*; 椎原 克典*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

no journal, , 

ITER-TFコイルのラジアル・プレート(RP)とカバー・プレート(CP)間の溶接で、CPの両脇の溝を順次レーザー溶接する場合、反対側の溝を溶接した後に、他方の溝のギャップが広がってしまってレーザー溶接が困難になる可能性がある。この課題は、両溝を同時にレーザー溶接することで解決されるが、レーザー溶接ヘッドを2台使用することは、TFコイルの製作コストの増加につながる。そこで、レーザーをハーフ・ミラーを用いて2分岐して、両溝を同時に溶接する手法を開発した。本手法を用いて、RP部分モデル試験サンプルのRP-CP間のツイン・スポット・レーザー溶接を実施し、その適用性を確認することができた。

口頭

ITER-TFコイルカバー・プレートのレーザー・アーク・ハイブリッド溶接

浅井 知*; 小川 剛史*; 牧野 吉延*; 椎原 克典*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

no journal, , 

ITER-TFコイルのラジアル・プレート(RP)とカバー・プレート(CP)との間の溶接の実現性を検証するために、1/8サイズの縮小D型モデルを用いて、RP-CP間をレーザー・アーク・ハイブリッド溶接の試験を実施した。試験では、TFコイルのRP-CP溶接で行われる曲線部の溶接も実施し、溶接欠陥なく溶接を行えることが確認できた。また、本縮小モデル・サンプルの溶接変形量は、$$pm$$1mm以下に抑えることができた。加えて、試験の結果、溶接変形量は拘束条件に大きく依存することがわかった。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 今澤 良太; 小川 宏明; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 佐藤 和義; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する6つの計測装置の開発について進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)マイクロフィッションチェンバー:MIケーブルの真空フィードスルー部の試作を行い、真空リーク量はITERの要求を満足することを確認した。(2)周辺トムソン散乱計測装置:真空容器内のレーザービームダンプ及びポートプラグ内光学機器の設計を進めるとともに、電子温度の非等方性を診断するための新しい測定法を提案した。(3)ポロイダル偏光計:プラズマ立ち上げ時及びプラズマ燃焼時における電流分布計測精度を評価し、ITERの計測要求を満足するために必要な偏光計測精度を明らかにした。(4)ダイバータ不純物モニター:水平ポート光学系について、出射瞳径を大きくするとともに、耐放射線性の高い色消しレンズを採用した設計を行い、期待できる検出光量を従来より16倍増加させた。(5)ダイバータ熱電対:外側ダイバータターゲット側面への熱電対の固定方法に関する試作試験を開始した。(6)ダイバータIRサーモグラフィー:観測ポートが、従来のダイバータポートから水平ポートに変更されることに対応し、解決すべき課題の整理を行うとともに、概念設計を開始した。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 小川 宏明; 今澤 良太; 小野 武博; 近藤 貴; 石川 正男; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する計測装置の開発の進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)周辺トムソン散乱計測装置: 原型YAGレーザー装置の開発を進め、ITERの要求性能(出力:5J、繰り返し:100Hz)を上回る性能(出力:7.66J、繰り返し:100Hz)を達成した。光学素子数が少ない新型ポリクロメーターを考案し、電子温度及び電子密度の計測精度向上に見通しを得た。(2)ダイバータサーモグラフィー: ダイバータ板の温度計測における空間分解能の評価を行い、視野の中心部ではITERの要求性能である3mmを満足する初期結果を得た。(3)ポロイダル偏光計: 光源遠赤外レーザー光を計測室からポートプラグまで伝送する光学装置の設計を行い、建屋をはじめ他設備との取合い検討を進めた。(4)ダイバータ不純物モニター: 上部ポートプラグ内光学機器の機械設計を行い、充分な冷却性能が得られることを示した。(5)マイクロフィッションチェンバー: ITER機構との間で調達取決めを締結し、おもに真空容器内機器を対象とする予備詳細設計を開始した。

口頭

ADS用振動充填型窒化物燃料要素の温度解析

荒井 康夫; 西 剛史; 小川 伸太*

no journal, , 

階層型サイクル概念に基づくマイナーアクチノイド(MA)核変換燃料サイクルへの負担軽減を目的として、加速器駆動システム(ADS)用(Pu,MA)N+ZrN二粒子振動充填型燃料概念を提案し、燃料温度解析を行い、従来のペレット型燃料要素と比較・検討した。仮定した幾つかの条件の下で燃料温度分布を計算した結果、粒子振動充填型燃料では粒子充填層の熱伝導率は低くなるものの、ペレット型燃料で顕著に見られるギャップ部での温度上昇が少ないため、結果的に燃料中心温度はペレット型燃料より低くできることがわかった。この結果から、燃料製造にかかわる種々の要素技術(真球に近い高密度粒子の製造、高い充填率の達成など)が整うことを条件として、燃料製造、再処理、廃棄物などへの負担軽減が期待できる(Pu,MA)N+ZrN二粒子振動充填型燃料の概念が成立する可能性が示された。

口頭

Development of the ITER diagnostic systems by JADA

伊丹 潔; 河野 康則; 波多江 仰紀; 石川 正男; 小川 宏明; 杉江 達夫; 山本 剛史; 近藤 貴; 北澤 真一; 谷塚 英一; et al.

no journal, , 

The first ITER diagnostic procurement arrangement for Micro Fission Chambers was concluded in April in 2012. The MFC is a pencil size gas counter containing fission material (235U) and will be installed upper and lower outboard behind the blanket module in the two toroidal locations. Design activities toward the preliminary design review, expected in the next year, are being carried out. Following the conceptual design review in 2012, JAEA/JADA concluded the procurement arrangement of Poloidal Polarimeter, Edge Thomson Scattering, Divertor IR Thermography and Divertor Impurity Monitor with the ITER Organization and JAEA in this August. Conceptual design of the supervisory systems for the ITER diagnostic systems in JADA is being studied. The conceptual design is being implemented and tested by using a CODAC cubicle.

口頭

Development of plant control system for diagnostic systems in JADA

山本 剛史; 北澤 真一; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 杉江 達夫; 小川 宏明; 竹内 正樹; 河野 康則; 伊丹 潔

no journal, , 

ITER計画において、日本は6種類の計測装置を調達することとなっている。原子力機構は、日本国内機関として上記計測装置の設計を進めている。原子力機構は、ITERにおける標準制御システム開発用ソフトウェアであるEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)を用いて、計測装置内の機器を統括制御するシステムを開発しており、同統括制御システムの設計結果と今後の開発計画について発表する。

口頭

Progress of diagnostics development in JAEA

河野 康則; 竹内 正樹; 東條 寛; 北澤 真一; 山本 剛史; 竹山 茂治; 谷塚 英一; 今澤 良太; 佐久間 猛; 嶋田 恭彦; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構におけるプラズマ計測装置の開発の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1)ITERダイバータ赤外サーモグラフィーの開発の進展、(2)ITERダイバータ熱電対の開発の進展、(3)ITER計測装置のための計装制御系の開発の進展、(4)ダブルパストムソン散乱を用いた高精度電子温度計測法の開発の進展。

口頭

日本が調達するITER計測機器のRAMI解析

北澤 真一; 石川 正男; 河野 康則; 今澤 良太; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 小川 宏明; 山本 剛史; et al.

no journal, , 

ITERプロジェクトでは、RAMI(信頼性, 可用性, 保守性, 検査性)解析が、装置の運転と保守に対する装置設計の技術的なリスク管理のために採用されている。RAMI解析では、各装置の機能解析、故障モード・影響・致命度解析、信頼性ブロック図解析により、技術的なリスクの抑制やプロジェクトの要求に合うように装置の信頼性を高めるための方法の検討を行う。我々は、ITER計測装置のうち、日本が調達するマイクロ・フィッション・チェンバー、ポロイダル偏光計測装置、周辺トムソン散乱計測装置、ダイバータ不純物モニター、ダイバータ・サーモグラフィー、ダイバータ熱電対等の装置の予備設計の一部としてRAMI解析を行っている。予備設計を開始した時点で各装置の機能解析を行い、各装置の機能を主機能と二次以降の副機能に分類し、その関連性により階層構造を作成した。この機能解析と予備設計の過程で明確になる技術設計情報により、定量的および定性的に精度が高いRAMI解析が行われる見通しがついた。

口頭

Development of control and data processing system for ITER plasma diagnostic systems

山本 剛史; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 杉江 達夫; 小川 宏明; 竹内 正樹; 北澤 真一; 太田 和也*; 橋本 慰登*; 中村 来*; et al.

no journal, , 

原子力機構は、ITER計画において、周辺トムソン散乱計測装置、ダイバータ不純物モニター及びIRサーモグラフィ装置の詳細設計を進めている。各計測装置の運転及び機能分析を行い、検出器や計測に必要なレーザーなどの周辺機器をトカマクの放電シーケンスに従って動作させる統括制御システムを設計している。計測装置の運転シーケンス管理と進行監視を容易に行えるように、ITERで採用された制御ライブラリであるEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)のレコードを用いて個々の制御プログラムの起動と終了を管理する機能を新たに開発した。また、インターロック信号の定義データから、EPICSレコードのソースコードを自動生成する機能を設計した結果、ロバストな制御システムを効率的に開発できる見込みを得た。

口頭

Progress on design and prototyping of I&C systems for ITER diagnostics in Japan

山本 剛史; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 竹内 正樹; 小川 宏明; 北澤 真一; 今澤 良太; 石川 正男; 河野 康則; 伊丹 潔

no journal, , 

原子力機構は、ITER計画において、ポロイダル偏光計、周辺トムソン散乱計測装置、ダイバータ不純物モニター、IRサーモグラフィ装置及びマイクロフィッションチェンバー用の制御・データ収集システムの開発を進めている。各計測装置の検出器や計測に必要なレーザーなどの周辺機器をトカマクの放電シーケンスに従って動作させ、計測条件の設定及び計測条件間の一貫性検査を実施する統括制御システムを他極に先駆け設計した。また、様々な機器を制御するプログラムの起動と終了を管理するシーケンス制御機能をITERの規格・基準に従い、新たに開発した。フローチャートからシーケンス制御機能用のプログラムコードを自動生成するツールを開発することにより、プログラムの不具合を軽減させるとともに、制御ロジックの変更に柔軟に対応できるようにした。さらに、ITERの中央制御の模擬機能からの制御指令に基づいてデータ収集を行うプロトタイプデータ収集システムを開発し、設計の妥当性を実証した。

口頭

New proposal on development of machine protection function for ITER diagnostics control

山本 剛史; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 太田 和也*; 橋本 慰登*; 中村 来*; 杉江 達夫*; 竹内 正樹; 北澤 真一; 小川 宏明; et al.

no journal, , 

原子力機構は、ITER計画において、周辺トムソン散乱計測装置の詳細設計を進めている。同計測装置では高出力のレーザーを用いるため、ハードウェア論理回路を基にしたインターロック機能により、異常発生時にはレーザー装置を緊急停止する必要がある。一方、制御プログラムには、機器の異常を未然に防止するための機器保護処理が組み込まれる。従来、機器保護処理はハードウェア設計を分析し、作成されてきた。そのため、ソフトウェア開発者のハードウェア設計に対する解釈の誤りが、プログラムの不具合の要因の一つとなっていた。その問題を解決するために、インターロック論理図から制御プログラムの雛型を情報技術を用いて自動生成する処理を考案した。また、同自動生成処理の応用として、装置の系統図から様々な情報を生成することを発案した。具体的な応用例として、HAZOP(hazard and operability study)と呼ばれるリスク解析法で用いられる潜在リスクを予め定めた単語(ガイドワード)と、系統図の情報を組み合わせることで、リスク項目を自動生成することを新たに提案する。リスク項目の自動生成により、従来よりもリスクの見落としが減少することが期待できる。

口頭

日本が調達するITERプラズマ計測装置の詳細設計

伊丹 潔; 河野 康則; 波多江 仰紀; 杉江 達夫*; 小川 宏明; 石川 正男; 北澤 真一; 今澤 良太; 谷塚 英一; 山本 剛史; et al.

no journal, , 

ITER日本国内機関(JADA)は、マイクロ・フィッションチェンバー、周辺トムソン散乱計測、ポロイダル偏光計、ダイバータ赤外サーモグラフィー、ダイバータ不純物モニターの5つの計測装置の調達責任を有する。このうち最初に調達取決めを締結したマイクロ・フィッションチェンバーのうち、真空容器内機器については詳細設計を終え、安全重要機器の信号取り出し口の開発試験を行うとともに、真空容器外機器の詳細設計を行っている。その他の4つの計測装置のうちポロイダル偏光計と周辺トムソン散乱計測は、詳細設計が終盤を迎え、平成27年度内にITER機構による詳細設計レビューを終了することを目指している。

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