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Inverted-parabolic and weak strain dependencies on the critical current in practical $$<$$110$$>$$ and $$<$$100$$>$$ oriented REBCO tapes

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 梶原 堅太郎*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Zhang, Y.*; 藤田 真司*; 飯島 康裕*; Hampshire, D. P.*

AIP Advances (Internet), 9(7), p.075216_1 - 075216_11, 2019/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:74.19(Nanoscience & Nanotechnology)

In the commercial coated conductor tapes, the twinned structure of REBCO (REBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-d}$$, RE = Y and Gd) is characterized as either $$<$$100$$>$$ or $$<$$110$$>$$ orientation based on the tape length direction. In this study, we investigate the effects of the two different twinned structures on the critical current $$I_{rm c}$$ of the REBCO tapes by combining; transport critical current and synchrotron radiation diffraction measurements. For the tapes with $$<$$100$$>$$ oriented twins, we observed the inverted parabolic strain behavior on the uniaxial strain dependence of $$I_{rm c}$$. In contrast, the ones with $$<$$110$$>$$ oriented twins showed a weak strain behavior without any maximum appeared in the strain dependence. Such a different uniaxial strain dependence was analyzed by using the one-dimensional twin model with different fractional lengths of A-domains and B-domains of REBCO twins. This model explains the essential features of the different uniaxial strain dependence we observed.



田中 啓介*; 小池 裕基*; 佐野 勝基*; 田中 浩人*; 町屋 修太郎*; 菖蒲 敬久; 來海 博央*

材料, 64(7), p.528 - 535, 2015/07



Uniaxial strain dependence of the critical current of DI-BSCCO tapes

長村 光造*; 町屋 修太郎*; Hampshire, D. P.*; 土屋 佳則*; 菖蒲 敬久; 梶原 堅太郎*; 長部 吾郎*; 山崎 浩平*; 山田 雄一*; 藤上 純*

Superconductor Science and Technology, 27(8), p.085005_1 - 085005_11, 2014/08

 被引用回数:20 パーセンタイル:26.24(Physics, Applied)

In order to explain the effect of uniaxial strain on the critical current of DI-BSCCO-Bi2223 tapes, we employed a springboard sample holder that can smoothly and continuously apply both tensile and compressive strains to tape samples. Over a narrow tensile strain region, the critical current in the tapes decreased linearly with increasing strain and returned reversibly with decreasing strain. In this paper, we clearly characterize the reversible range terminated by both compressive and tensile strains, in which filaments do not fracture. Our analysis of the compressive regime beyond the relaxation strain suggests that although BSCCO filament fracture is the primary factor that leads to a decrease in critical current, the critical current in those regions of filaments that are not fractured increases linearly and reversibly with decreasing applied strain at compressive strains well beyond the reversible region for the tape.


Residual strains in ITER conductors by neutron diffraction

Harjo, S.; 辺見 努; 阿部 淳; Gong, W.; 布谷 嘉彦; 相澤 一也; 伊藤 崇芳*; 小泉 徳潔; 町屋 修太郎*; 長村 光造*

Materials Science Forum, 777, p.84 - 91, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.34

Measurements of internal strains in the superconducting phase in two cable-in-conduit conductors (CICC) for ITER were performed using an engineering materials diffractometer TAKUMI of J-PARC. From strain measurements in a CICC for the toroidal field magnet after a performance test of cyclic current, in 100 mm long cut bars, a peak broadening and a large relaxation on residual thermal strain were observed in Nb$$_{3}$$Sn phase at a portion received a high magnetic field (high field zone). Internal strain measurements were also conducted in a CICC for the central solenoidal magnets after the similar performance test, in the full-size shape as used in the performance test (3.6 m long) and in 100 mm long cut bars. From results of the measurements the performances degradations of the ITER conductors were clarified.


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



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:38.42(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。


Local strain and its influence on mechanical-electromagnetic properties of twisted and untwisted ITER Nb$$_{3}$$Sn strands

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士; 菖蒲 敬久; 佐藤 真直*; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 落合 庄治郎*

Superconductor Science and Technology, 25(5), p.054010_1 - 054010_9, 2012/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:41.61(Physics, Applied)

It is important to evaluate the local strain exerted on superconducting filaments in Nb$$_{3}$$Sn strands, because it influences both superconducting and mechanical properties, in particular for the ITER project. The local strain in the twisted and untwisted Nb$$_{3}$$Sn strands was directly measured at room temperature as well as at low temperatures by means of quantum beam techniques. The interrelation between the force-free strain and the intrinsic strain showing a maximum critical current was considered on the basis of the present experimental data as well as the recent theory. The thermal strains along both directions parallel and transverse to the strand axis were numerically evaluated. The force-free strain along the axial direction is deduced to be distributed among grains with different crystal orientation with respect to the axial direction. It is suggested that this fact affects the definition of intrinsic strain.


Neutron diffraction measurements of internal strain in Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit conductors

辺見 努; Harjo, S.; 伊藤 崇芳; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 相澤 一也; 鈴木 裕士; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 21(3), p.2028 - 2031, 2011/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:51.19(Engineering, Electrical & Electronic)

熱処理温度923Kから運転温度5KまでのNb$$_{3}$$Sn素線とステンレス鋼の熱膨張率の違いによって導体内には残留歪が生じる。Nb$$_{3}$$Sn素線の超伝導特性は残留歪の状態によって大きく変化するため、その特性を評価するためには残留歪の状態を把握する必要がある。しかし、複雑な構造とジャケット材の内側に素線が配置されているため、導体内の素線の歪を直接測定した研究はこれまでない。一方、J-PARCで2008年から運転が開始された工学材料回折装置「匠」は中性子回折を用いて歪として相対精度0.02%で測定することが可能である。本研究では、匠による中性子回折をITER TF導体の残留歪の測定に適用した。中性子回折では格子面間隔の変化により導体内の各相の歪を決定することが可能である。これにより、素線の残留歪の発生機構及び歪状態と超伝導性能の関係を明らかにすることが可能となった。


Stress/strain effects on industrial superconducting composites

伊藤 崇芳; Harjo, S.; 長村 光造*; 辺見 努; 淡路 智*; 町屋 修太郎*; 小黒 英俊*; 西島 元*; 高橋 弘紀*; 松井 邦浩; et al.

Materials Science Forum, 681, p.209 - 214, 2011/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:38.94

The construction of the engineering materials diffractometer TAKUMI at J-PARC has been finished at the end of March 2009, and user programs have been started since January 2009. We proposed a project research with the title of "Stress/strain effects on industrial superconducting composites", and have carried out several preliminary experiments at TAKUMI. This project research aims to clarify internal strains behaviors in industrial superconducting materials generated due to their processes and/or during uses, and to understand the relation between the internal strains and their superconducting properties. Our interests are in developments of superconducting (Nb$$_3$$Sn, Nb$$_3$$Al, etc.) strands and HTC tapes, and in developments of superconducting (ITER and LHC) cables (composing many superconducting strands or tapes and other stabilizing and/or strengthening materials). In this opportunity, we will report our project research status more details.


Force free strain exerted on a YBCO layer at 77 K in surround Cu stabilized YBCO coated conductors

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士

Superconductor Science and Technology, 23(4), p.045020_1 - 045020_7, 2010/04

 被引用回数:23 パーセンタイル:28.24(Physics, Applied)

幅4mmのCu安定化YBCO被覆導体テープを用いて、YBCO被覆導体の臨界電流に対する応力ひずみの影響を評価した。中性子回折を用いて、YBCO層に作用する内部ひずみを77Kという低温環境において決定した。初期の圧縮ひずみは引張荷重作用下で減少し、YBCO層における内部応力がゼロとなるforce-free strain(A$$_{rm ff}$$)で引張成分に変化した。A$$_{rm ff}$$は77Kで0.19-0.21%であった。一方、77Kで単軸引張荷重下における臨界電流を測定した結果、そのひずみ依存性は特徴的な挙動を示すとともに、臨界電流は0.035%で極大を示した。これは上記A$$_{rm ff}$$の値とは大きく異なっており、最大臨界電流の得られるひずみはA$$_{rm ff}$$とは相関を有しないことが明らかとなった。


Development of a cryogenic load frame for a neutron diffractometer

土屋 佳則*; 鈴木 裕士; 梅野 高裕*; 町屋 修太郎*; 長村 光造*

Measurement Science and Technology, 21(2), p.025904_1 - 025904_4, 2010/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:28.22(Engineering, Multidisciplinary)

複合超電導線材の臨界ひずみに対する応力/ひずみの影響を解明するためには、極低温負荷中におけるひずみ測定による検討が必要とされている。そこで、極低温負荷中の格子ひずみの変化を測定することを目的として、中性子回折実験用の低温引張試験機を開発した。最低温度は4.8K,負荷容量は10kNである。開発した低温引張試験機を用いて、SUS316及びYBCO coated conductorの低温引張試験を実施し、中性子回折法によりそれぞれの格子ひずみの変化を測定した。これにより、広範の温度域における負荷応力/ひずみと格子ひずみの関係を明らかにした。


Strain measurements of superconducting filaments and Ag-alloy using neutron diffraction in Ag-sheathed Bi2223 tapes

町屋 修太郎; 長村 光造*; 鈴木 裕士; 塩田 佳徳*; 綾井 直樹*; 林 和彦*; 佐藤 謙一*

no journal, , 

中性子回折を用いて、BSCCO Bi2223銀シース超伝導線材において内部のビスマスフィラメントと外部の銀合金のひずみ測定を行った。無ひずみの標準試験片を準備し残留ひずみを評価するとともに、10枚スタックした試験片を用いて単軸引張り荷重下でのひずみ応答挙動を測定した。


BSCCO Bi2223銀シース超伝導材のフィラメント及び銀シースの中性子ひずみ測定

町屋 修太郎; 長村 光造*; 鈴木 裕士; 綾井 直樹*; 林 和彦*; 佐藤 謙一*; 加藤 武志*

no journal, , 

本研究では、フィラメントとしてBi2223, 内部にAg, シースとしてAg Alloyを有するBSCCO Bi2223銀シース超伝導材におけるフィラメントの回折弾性定数及び残留ひずみの評価法として中性子回折を用いた測定を行ったので報告する。これらの銀シース線材は、高Icを持つものが開発され、さらなる性能改善を成し遂げてきているが、依然としてひずみや応力が及ぼす性能への影響が実用上の問題となっており、解析の精度を確保するためにもその実測が切望されている。しかしながら今までは研究室X線など低エネルギーではAg相の吸収が大きいためフィラメント部の実測に困難さがあった。本研究では、スタックしたシース線材を引張り試験機に取り付け既知のひずみをかけたうえで中性子回折を用いた弾性定数測定を行った。さらに無ひずみ材と比較することでBi2223フィラメントの軸方向の残留ひずみの非破壊的な評価を行った。



齊藤 徹; 寺門 一佳*; 石橋 寿啓*; 片柳 和恵*; 町屋 修太郎; 友田 陽*

no journal, , 

複雑形状部品では、熱処理前後に切削加工等が施され、製造プロセス中に各種要因による残留応力が発生する。これによって、加工不良等を招く場合や、使用中に疲労破壊を助長することがある。そのため残留応力状態を把握しておく必要がある。しかしながら、Al合金鍛造部品は、鍛造時に加えられる加工ひずみが原因で、後の熱処理工程において2次再結晶による粗大結晶粒化を引起こすことが知られている。また、粗大結晶粒化により回折に寄与する結晶粒が少ないため中性子回折法による応力測定は困難である。条件によっては試料を揺動することで、その効果が明確に現れることが確認されているが、測定値の正確さは未だ不明である。そこで、本研究では、粗大結晶粒Al合金の鍛造部品を用い、試料に対する中性子線の入射角$$omega$$(揺動角)を変化させる揺動法で、任意の角度範囲における平均的な回折角2$$theta$$から${it d}$(hkl)及び$$varepsilon$$(hkl)を求め、残留応力を求め、揺動を行わない従来法による応力値との比較を行った。また、揺動の角度範囲を任意に変化させ、各々の角度範囲から得られる回折角の残留応力解析への適用の可能性について評価・検討を行った。



鈴木 裕士; 町屋 修太郎; 秋庭 義明; 笠原 直人; 木曽原 直之

no journal, , 



BSCCO Bi2223銀シース超伝導材の中性子とX線による残留応力評価

町屋 修太郎; 長村 光造*; 鈴木 裕士; 綾井 直樹*; 加藤 武志*; 林 和彦*; 佐藤 謙一*

no journal, , 




町屋 修太郎; 鈴木 裕士; 齊藤 徹; 勝山 仁哉; 森井 幸生

no journal, , 




鈴木 裕士; 齊藤 徹; 町屋 修太郎; 森井 幸生

no journal, , 



Improvement of neutron diffeactometer for residual stress analysis "RESA"

森井 幸生; 鈴木 裕士; 町屋 修太郎; 齊藤 徹; 盛合 敦

no journal, , 



ITER CS用導体試験サンプルの中性子回折による歪測定計画

辺見 努; 松井 邦浩; 長谷 隆司*; 小泉 徳潔; 高橋 良和; 奥野 清; 鈴木 裕士; Harjo, S.; 相澤 一也; 土屋 佳則*; et al.

no journal, , 


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