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論文

Evaluation of bending strain in Nb$$_{3}$$Sn strands of CIC conductor using neutron diffraction

辺見 努*; Harjo, S.; 梶谷 秀樹*; 諏訪 友音*; 齊藤 徹*; 相澤 一也; 長村 光造*; 小泉 徳潔*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 27(4), p.4200905_1 - 4200905_5, 2017/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

The superconducting property of Nb$$_{3}$$Sn strands is very sensitive to strain. The transverse electromagnetic loading has been considered as a major origin of the degradation of Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit conductors (CICCs) due to the local bending. Since the bending pitch is around 5 mm due to contacting of strands compacted by the electromagnetic transverse loading, there is a possibility of a large bending strain with small deflection of strands. The bending strain of the strands cannot be evaluated from only the small deflection obtained visually. Measuring bending strain of Nb$$_{3}$$Sn strand in CICCs is important for evaluating the conductor performance. Neutrons, which have a large penetration depth, are a powerful tool to evaluate the internal strain of Nb$$_{3}$$Sn in the CICC. This paper shows that the bending strain in Nb$$_{3}$$Sn strands of CICCs can be determined by the neutron diffraction profile nondestructively and quantitatively.

論文

波状曲げ変形を受けたNb$$_{3}$$Sn素線の臨界電流特性評価手法の開発

梶谷 秀樹; 石山 敦士*; 我妻 洸*; 村上 陽之; 辺見 努; 小泉 徳潔

低温工学, 50(12), p.608 - 615, 2015/12

ITER TFコイルに用いられるケーブルインコンジット(CIC)導体には、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線が用いられている。CIC導体内部のNb$$_{3}$$Sn超伝導線は、電磁力によって、波状の曲げ変形を受けることで、その超伝導性能が劣化する。導体性能を正確に評価するためには、この劣化量を正確に把握しておく必要がある。波状の曲げ変形を受けた時の素線の超伝導性能評価手法は、既に開発されているが、このような既存の手法は、膨大な計算時間を必要とするものであるため、導体内数百本分のNb$$_{3}$$Sn超伝導線に同時に適用することは、計算時間やメモリ容量の観点から、不可能である。そのため、このようなNb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形に対して、計算時間を大幅に短縮することのできる新たな評価手法を確立する必要があった。そこで、われわれは、超伝導線内のフィラメント間で電流が転流しないことを仮定した高抵抗モデル(HTRM)と呼ばれる評価手法の概念を波状曲げ変形に導入することによって、定量的かつ高速に波状曲げ変形特性を評価することのできる手法を開発した。開発した手法を用いて計算したNb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形特性は、試験結果のそれと比較的よく一致し、本手法の妥当性を確認することができた。この結果は、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形特性を高速に評価できるようになったことによって、導体内数百本のNb$$_{3}$$Sn超伝導線に対しても適用できることを示す。以上より、導体性能の定量的な評価が可能となった。

論文

Accuracy of prediction method of cryogenic tensile strength for austenitic stainless steels in ITER toroidal field coil structure

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 斎藤 徹*; 森本 将明*; 稲垣 隆*; Hong, Y.-S.*; 松井 邦浩; 辺見 努; 梶谷 秀樹; et al.

Physics Procedia, 67, p.536 - 542, 2015/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:45.02

原子力機構はこれまで、極低温で使用されるITER超伝導コイルに適用するオーステナイト系ステンレス鋼の合理的な品質管理手法の開発確立を目的に、室温で測定された引張強さと、炭素と窒素の含有量の関数として二次曲線を用いた4Kでの引張強度予測手法を開発してきた。核融合発電の技術的成立の実証を目指して建設が進んでいるITERでは、超伝導コイルが使用される。超伝導コイルシステムの一つであるTFコイルの容器構造物には巨大な電磁力に耐えるため、構造材料として高マンガンステンレス鋼JJ1及び高窒素添加型316LNが使用される。原子力機構はITER TFコイル構造物の調達責任を負っており、2012年から実機構造材料調達を開始し、矩形材,丸棒材,異形鍛造材などの製造を進めている。原子力機構は、構造材料の高マンガンステンレス鋼JJ1及び高窒素添加型316LNの機械特性を多数取得しており、本研究ではこれらの試験データを用いて、原子力機構が開発してきた4K強度予測手法の実機TFコイル構造物用材料に対する予測精度について評価を実施したので報告する。

論文

Behavior of Nb$$_{3}$$Sn cable assembled with conduit for ITER central solenoid

名原 啓博; 諏訪 友音; 高橋 良和; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200305_1 - 4200305_5, 2015/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

JAEA procures all superconductors for central solenoid (CS) in the ITER project. The cable is inserted into a conduit and compacted with it. During the insertion, the number of the rotation at the point ($$N_{p}$$) of the TF cable increased linearly to 50 against the inserted cable length ($$l_{i}$$). At first, $$N_{p}$$ of the CS cable also increased linearly by $$l_{i}$$ of 150 m. However, the increasing rate declined and the $$N_{p}$$ became constant to 30 at 600 m. During the compaction, the number of the rotation at the tail ($$N_{t}$$) of the CS cable increased linearly to 69 against the compacted cable length ($$l_{c}$$). It is important to measure not only $$N_{p}$$ but also $$N_{t}$$ because the rotation affects the twist pitch of the cable ($$l_{p}$$). After manufacturing the CS conductor, an X-ray transmission imaging made clear the $$l_{p}$$ along the whole length of the conductor for the first time. The $$l_{p}$$ peaked at the point; thus, a conductor sample should be taken there to investigate the effect of the $$l_{p}$$ elongation on the conductor performance.

論文

Effects of high-pressure annealing on critical current density in 122 type iron pnictide wires

Pyon, S.*; 土屋 雄司*; 井上 啓*; 小泉 徳潔; 梶谷 秀樹; 為ヶ井 強*

Physica C, 504, p.69 - 72, 2014/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:80.46(Physics, Applied)

鉄系超伝導体は、高い上部臨界磁場と小さい異方性などの超伝導線材応用に関して有利な特性を有する。一方、超伝導粒同志の結合が弱い等の課題もある。そこで、600$$^{circ}$$C、4時間の熱間等方加圧(HIP)法を用いて、結晶粒の結合を改善した。これにより、臨界電流密度を約6倍に増大させることに成功した。

論文

原子力(技術トピックス編); ITERトロイダル磁場(TF)コイルの開発

辺見 努; 梶谷 秀樹; 高野 克敏; 松井 邦浩; 小泉 徳潔

溶接学会誌, 83(6), p.497 - 502, 2014/09

原子力機構は、ITER計画における日本の国内機関として、9個のトロイダル磁場(TF)コイルの製作を担当している。TFコイルでは、絶縁材の機械的,電気的信頼性向上のため、導体絶縁に他のターンの電磁力が重畳されないように、ラジアル・プレート(RP)構造を採用している。また、超伝導生成熱処理後に0.1%以上の曲げ歪を超伝導導体に加えることができないため、D型形状に巻線した後、熱処理し、RP溝に導体を挿入する。RP溝と導体のギャップから、導体をRPに挿入するためには、導体長として0.02%(1ターン約34mに対して7mm)で巻線形状を管理する必要がある。そこで、(1)RP組立時のRP溝長の調整、(2)高精度巻線技術の確立、及び(3)熱処理前後の導体収縮量の評価の3本柱を技術開発のターゲットに定め、この技術課題に立ち向かうこととし、その結果、許容できる導体長の裕度の範囲で巻線形状を管理できることを示し、導体をRP溝に挿入可能であることを確認した。これより、TFコイル製作の技術課題のうち、最も困難な課題の一つが解決された。

論文

Optimization of heat treatment of Japanese Nb$$_3$$Sn conductors for toroidal field coils in ITER

名原 啓博; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 諏訪 友音; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.6000605_1 - 6000605_5, 2014/06

ITERトロイダル磁場コイル用Nb$$_3$$Sn超伝導導体は、超伝導物質であるNb$$_3$$Snを生成するための熱処理を必要とし、その熱処理パターンによって導体性能が変わり得る。そこで、従来の熱処理パターンで得られていた導体性能に比べ、熱処理パターンの最適化による導体性能の向上を試みた。まず、導体を構成する超伝導素線を対象とし、臨界電流,ヒステリシス損失,残留抵抗比に関して、最適な熱処理パターンを見いだした。次に、その最適な熱処理パターンを短尺の導体サンプルに適用し、実規模導体試験装置を用いて導体性能の試験を行った。その結果、繰返し負荷に対する分流開始温度の低下度合いは、従来の熱処理パターンに比べて小さく抑えることができた。また、交流損失は従来の熱処理パターンとほぼ同じ値を維持することができた。本試験で用いた導体サンプルは、ITERの調達取り決め(PA)における量産段階の導体から切り出したものであり、ともにPAの合格基準を満足することができた。

論文

Investigation of strand bending in the He-inlet during reaction heat treatment for ITER TF Coils

辺見 努; 松井 邦浩; 梶谷 秀樹; 奥野 清; 小泉 徳潔; 石見 明洋; 勝山 幸三

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4802704_1 - 4802704_4, 2014/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構はITER計画において9個のトロイダル磁場(TF)コイルの製作を担当する。TFコイルの巻線はNb$$_{3}$$Sn超伝導導体、ジョイント部及び冷媒入口部等から構成される。冷媒入口部近傍の超伝導導体は7Tの磁場中で68kAの電流容量が求められ、高い超伝導性能が要求され、Nb$$_{3}$$Sn素線の曲げ等による劣化を避ける必要がある。冷媒入口部では、超伝導体を生成するための熱処理において、ステンレス鋼製のジャケットとNb$$_{3}$$Sn撚線の熱膨張率の違いにより、圧縮方向の熱残留歪が生じる。また、ヘリウムを導入するために撚線とジャケットとの間に隙間が生じるが、熱残留圧縮歪により、この隙間においてNb$$_{3}$$Sn素線が座屈して曲げが生じ、超伝導性能が劣化する可能性がある。そこで、Nb$$_{3}$$Sn素線に曲げが生じた場合に変化する熱処理中の冷媒入口部の伸び及び熱処理後のジャケットの熱残留歪を測定し、素線の曲げの発生状況を調査した。加えて、原子力機構(大洗)の照射燃料集合体試験施設(FMF)に設置された高解像度X線CTを用いた非破壊検査による詳細な素線の曲げ観察を実施した。以上をまとめて、冷媒入口部近傍のNb$$_{3}$$Sn素線の曲げの発生状況を調査した結果について報告する。

論文

Comparison of $$J$$c characteristics in PIT wires based on BaFe$$_{2}$$As$$_{2}$$ with different substitutions

為ヶ井 強*; Pyon, S.*; Ding, Q. P.*; 井上 啓*; 小林 啓紀*; 土屋 雄司*; Sun, Y.*; 梶谷 秀樹; 小泉 徳潔

Journal of Physics; Conference Series, 507(2), p.022041_1 - 022041_4, 2014/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.77

鉄系超伝導体において、化合物の臨界電流密度($$J$$c)への影響を調査した。この中で、(Ba,K)Fe$$_{2}$$As,P2及びBa(Fe,Co)$$_{2}$$As$$_{2}$$が、比較的高いJcを示すことが分かった。さらに、これらの線に、120MPa, 600$$^{circ}$$Cの等方圧加熱接合(HIP)処理を施すことで、さらに$$J$$cを向上でき、最大で32,000A/cm$$^{2}$$(4.2K)と、従来の$$J$$cに比べて一桁以上高いJcを得ることができた。

論文

Enhancement of critical current densities in (Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ by 320 MeV Au irradiation in single crystals and by high-pressure sintering in powder-in-tube wires

Pyon, S.*; 田縁 俊光*; 大竹 史哲*; 土屋 雄司*; 井上 啓*; 秋山 弘樹*; 梶谷 秀樹; 小泉 徳潔; 岡安 悟; 為ヶ井 強*

Applied Physics Express, 6(12), p.123101_1 - 123101_4, 2013/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:32.73(Physics, Applied)

単結晶(Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$試料に320MeV Auイオン照射を行い、臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$が5Kの自己磁場で1.0$$times$$10$$^{7}$$A/cm$$^{2}$$まで上昇することを確かめた。この物質の潜在能力の高さから(Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$超伝導線材をBi2223テープ材の工業生産で有用性が確立しているパウダーインチューブ法と高温静水圧法を組み合わせて作製した。この試料で臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$は4.2K自己磁場で37kA/cm$$^{2}$$、90kOeで3.0kA/cm$$^{2}$$に達した。磁気光学イメージ法でこの線材の粒間に大きな$$J$$$$_{rm c}$$が流れることを確認した。

論文

Investigation of degradation mechanism of ITER CS conductor sample using TAKUMI

辺見 努; Harjo, S.; 梶谷 秀樹; 名原 啓博; 高橋 良和; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 阿部 淳; Gong, W.; 相澤 一也; et al.

KEK Progress Report 2013-4, p.45 - 47, 2013/11

ITER中心ソレノイド導体用に開発した従来の導体性能検証試験サンプルの試験において、繰り返し励磁によって導体性能が劣化することが確認された。その原因究明のために、試験後の導体試験サンプル中の超伝導物質の歪の大きさを、中性子回折を用いて非破壊で直接測定することに成功した。これまで、巨大な電磁力が蓄積されて撚線が圧縮される側で劣化していると考えられていたが、反対側の隙間が空く側で、隣接する超伝導線からの支持を失った一部の素線に軸方向の残留熱応力が加わって座屈することで劣化が生じることを明らかとなった。この知見によって、素線の座屈を生じにくくすることで劣化を防止できることが判明し、撚線の撚りピッチを短くするというアイデアに生かされた。短撚りピッチの撚線を採用した導体サンプルでは、性能が劣化しないことが確認された。

論文

Neutron diffraction measurement of internal strain in the first Japanese ITER CS conductor sample

辺見 努; Harjo, S.; 布谷 嘉彦; 梶谷 秀樹; 小泉 徳潔; 相澤 一也; 町屋 修太郎*; 長村 光造*

Superconductor Science and Technology, 26(8), p.084002_1 - 084002_6, 2013/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:38.19(Physics, Applied)

原子力機構はITER計画において、中心ソレノイド(CS)コイル導体の製作を担当している。ローザンヌ工科大学が所有するSULTAN試験装置を用いたITER CS導体の性能検証試験の結果、電磁力の繰り返し回数に比例して、分流開始温度が線形に低下する現象が確認された。劣化の原因を調査するため、内部の撚線の状態を観察した結果、高磁場部において、電磁力により撚線が圧縮される側よりも隙間が空く側で超伝導線が大きなたわみが生じていることが観察された。超伝導線の性能は歪により劣化するが、たわみ量だけでは歪を定量的に評価することが困難である。そこで、歪を定量的に評価し、劣化箇所を特定することを目的として、歪を非破壊で直接測定することができるJ-PARCに設置された工学材料回折装置「匠」を用いて、中性子回折による歪測定を実施した。その結果、高磁場部の隙間が空く側でのみ曲げ変形が観測され、劣化箇所を特定することが可能となった。

論文

Analytical study of degradation of CIC conductor performance due to strand bending and buckling

梶谷 秀樹; 辺見 努; 村上 陽之; 小泉 徳潔

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 23(3), p.6001505_1 - 6001505_5, 2013/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:68.69(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERトロイダル磁場(TF)コイル用CIC導体の性能検証試験が行われている。本試験において、導体の超電導特性が素線単体の性能に基づく予測値に比べて低下する現象が観測された。その要因として、(1)素線間及び素線とジョイント間の接触抵抗の不均衡による導体内の不均一電流分布、(2)導体内素線の局所的劣化による影響が考えられる。このうち、前者はジョイント部を半田含浸構造にすることによって改善することができたが、後者は依然として解決されておらず、原因究明が必要である。そこで、導体内素線の局所的劣化が導体性能に与える影響を解明するために、著者は、素線の曲げ及び座屈変形を考慮した導体内歪分布を計算する解析コードを開発した。そして、本解析コードと、以前著者らが開発した電流分布開発コードを同時に解くことにより、導体性能を評価した。その結果、素線の座屈変形が生じる場合、導体性能が大幅に劣化することが解明された。

論文

Examination of Nb$$_{3}$$Sn conductors for ITER central solenoids

名原 啓博; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 高橋 良和; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 23(3), p.4801604_1 - 4801604_4, 2013/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:54.58(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER中心ソレノイド用Nb$$_{3}$$Sn導体の性能試験を行った。定格負荷の10000サイクルの間、導体の分流開始温度はサイクル数に対してほぼ直線的に低下した。一方、70%の負荷のサイクルでは分流開始温度はほとんど低下しなかった。また、85%の負荷のサイクルでも分流開始温度はほとんど低下しなかったが、急に0.2Kも低下する現象が見られた。これは素線の何らかの大きな変形が導体内部で生じたものと考えられる。ACロスはTFコイル用導体の約4分の1に低下し、撚線のツイストピッチを短くした効果が現れた。性能試験後にサンプルを解体したところ、高磁場領域でNb$$_{3}$$Sn素線が大きく変形していることを確認した。

論文

ITER magnet systems; From qualification to full scale construction

中嶋 秀夫; 辺見 努; 井口 将秀; 名原 啓博; 松井 邦浩; 千田 豊; 梶谷 秀樹; 高野 克敏; 礒野 高明; 小泉 徳潔; et al.

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/03

ITER機構及び6国内機関(中国,欧州,日本,韓国,ロシア,米国)は、協力してITERマグネット・システムを製作している。日本,ロシア,中国,韓国は既に実機の超伝導導体の製作を実施している。TFコイル用のラジアルプレートの製作では、欧州及び日本で品質検証が終了し、実機施策の準備が整った。日本は1/3サイズの試作ダミー巻線を実機大ダミー巻線試作の前に実施し、製作方法を検証した。欧州では、実機製作に必要な治具類の準備とその性能検証が進行中である。また、日本は、2個の実機大TF構造物を試作し、製作方法の最適化と工業化を実施した。コレクション・コイルの製作進捗はTFコイル同様に順調であり、巻線治具等の準備はほとんど終了し、品質検証が開始された。その他のマグネットにおいても、2020年の初期プラズマ点火達成に向けて、順調に製作が進んでいる。

論文

Test results and investigation of Tcs degradation in Japanese ITER CS conductor samples

辺見 努; 布谷 嘉彦; 名原 啓博; 吉川 正敏*; 松井 邦浩; 梶谷 秀樹; 濱田 一弥; 礒野 高明; 高橋 良和; 小泉 徳潔; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4803305_1 - 4803305_5, 2012/06

 被引用回数:39 パーセンタイル:11.93(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER CS導体の性能評価及び設計の妥当性を検証するため、スイスのCRPPが所有するサルタン試験装置でCS導体の性能試験を実施した。分流開始温度(Tcs)測定は試験開始時、6000回までの繰り返し通電試験の間及び昇温再冷却後にTcsの測定を実施したところ、1000回までの繰り返し通電試験の結果から測定されたTcsはNb$$_{3}$$Sn素線の性能と設計歪から推定されたTcsを満足した。しかし、継続的なTcsの低下が観測され、1000回から6000回の繰り返し通電によるTcsの低下は約0.6Kであった。一方、2000年に原子力機構で実施したCSインサート試験では、1000回から10000回まで繰り返し通電によるTcsの劣化は約0.1Kであり、同様の低下は確認されていない。Tcsの低下の原因を調査するために、(1)中性子回折による歪測定、(2)切断によるジャケットの歪測定、(3)素線分解調査、(4)フィラメントの破断状況、(5)計算モデルの構築と解析についてCS導体試験サンプルの調査を実施した。その結果、低下の原因が試験サンプルの短尺形状及び狭い磁場分布に起因する試験方法にあることを示した。

論文

Examination of Japanese mass-produced Nb$$_3$$Sn conductors for ITER toroidal field coils

名原 啓博; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 高橋 良和; 松井 邦浩; 辺見 努; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 海老澤 昇; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4804804_1 - 4804804_4, 2012/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:34.75(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER TFコイル用Nb$$_3$$Sn導体のうち、原子力機構は日本の国内実施機関として415mの導体を9本、760mの導体を24本調達する。調達の第一段階として、TF導体の製作能力を確認するため、長さ4mの導体を2本組合せてサンプルを製作し、SULTAN装置を使って試験した。その結果、各導体の最小の分流開始温度$$T_{cs}$$は6.22Kと6.02Kであり、設計値(5.7K)を満たすことを確認した。そこで原子力機構はTF導体の量産を開始し、まず100mの導体と415mの導体を製作した。第二段階として、量産プロセスの適切性を確認するため、これら2本の導体からそれぞれ4mの導体を切り出し、SULTAN装置で試験した。その結果、各導体の最小の$$T_{cs}$$は6.16Kと5.80Kであり、設計値を上回ったことで、量産プロセスが適切であることを実証した。

論文

Numerical simulation of current distribution in cable-in-conduit conductor for ITER TF coil

梶谷 秀樹*; 石山 敦士*; 小泉 徳潔; 村上 陽之; 中嶋 秀夫

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 21(3), p.1964 - 1968, 2011/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.99(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER-TF導体の性能検証を目的として、短尺導体を用いて実施しているサルタン試験では、電気的接続部での超伝導線の接触抵抗の不均一等によって、導体内に電流分布の不均一が発生し、正確な性能評価を困難としていた。そこで、電気的接続部を半田含浸して、その影響を緩和する手法が採用された。この半田含浸する方法の有効性を検証することを目的として、電気的接続部に分布定数回路、導体部に集中定数回路を仮定して、これらを結合することで短時間で電流分布を計算することを可能とするモデルを開発した。本モデルによる常電導転移後の電界の解析結果は、試験結果とよく一致し、開発したコードの妥当性が検証できた。さらに、解析結果より、サンプル励磁後には電流分布の不均一が発生するが、電流を過剰に流す一部の素線から常伝導転移が生じて、その結果として、電流分布が均一化されることがわかった。これにより、半田含浸する方法の妥当性を検証することもできた。

口頭

断面構造の異なるNb$$_{3}$$Sn素線のCIC導体内における超電導特性の評価

梶谷 秀樹*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 村上 陽之; 小泉 徳潔; 奥野 清

no journal, , 

Nb$$_{3}$$Sn/CIC導体を用いたITERモデル・コイル試験の結果、電磁力による素線の波状曲げ変形が原因と見られる劣化が起きた。そこで、Nb$$_{3}$$Sn素線の波状曲げ変形に対する臨界電流値の劣化度を評価するため分布定数回路を用いた数値解析コードを開発した。これまでの研究では、モデル・コイル導体に用いた素線に対して解析を行い、波状曲げ変形を受ける素線の臨界電流値の劣化度を解析的に評価できることを示した。今回はさらに進展させて、ITER用に開発されたNb$$_{3}$$Sn素線に対して解析を行った。その結果、バリア材や銅比などの断面構造を変更したITER用の素線に対しても実験結果と解析結果はよく一致することが確かめられ、本解析コードが素線の種類によらず波状曲げ変形に対する臨界電流値の劣化度を評価できることが示された。また、一般にバリア材のヤング率が小さくなることで臨界電流値の劣化が促進されることは知られているが、解析の結果バリア材をヤング率180GPaのTaからヤング率130GPaのNbに変更しても臨界電流値の劣化度に大きく影響しないことを明らかにした。

口頭

数値シミュレーションによるTFコイル用CIC導体内の電流分布解析

梶谷 秀樹*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 村上 陽之; 小泉 徳潔; 奥野 清

no journal, , 

ITER・TFコイル用ケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の性能検証試験をスイスのSULTAN試験装置を用いて実施している。試験の結果、導体の超伝導特性が素線単体の性能と素線に加わる熱歪の値から予測される性能に比べ低下する現象が観測された。この要因として、ジョイント部における接続抵抗が素線ごとに異なることにより生じる導体内の電流偏流が考えられる。そこで、導体内の電流偏流の度合いを定量的に評価することを目的として、長手方向の磁場分布や温度変化に依存した素線ごとの超伝導特性,ジョイント部及びターミナル部における接続抵抗、及び素線間のインダクタンスを考慮した数値解析コードを開発した。解析の結果、ジョイント部の磁場が不均一であることと銅の磁気抵抗効果によって生じるジョイント部の抵抗率分布、接続に用いた銅と各素線の接触距離の違いに起因する接触抵抗の違いから電流偏流が生じ、導体の性能低下の要因となっていることが確認された。特に、銅の抵抗率分布が偏流に及ぼす影響は大きく、最大で平均値の1.7倍の電流を流している素線が存在することがわかった。

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