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論文

JT-60SA superconducting magnet system

小出 芳彦; 吉田 清; Wanner, M.*; Barabaschi, P.*; Cucchiaro, A.*; Davis, S.*; Decool, P.*; Di Pietro, E.*; Disset, G.*; Genini, L.*; et al.

Nuclear Fusion, 55(8), p.086001_1 - 086001_7, 2015/08

 被引用回数:17 パーセンタイル:11.94(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60SAの超伝導マグネットシステムの最大の特徴は、スペース利用の観点から最適化されたコイル構造と高いコイル製作精度の実現をとおして、定常トカマク研究を先導する先進的な実験装置となっている。具体的には、新しい概念であるトロイダルコイルケーシングから分離した外側支持構造の採用により細身のトロイダルコイル形状を可能とした。これにより、詳細なプラズマ測定や柔軟な加熱分布を可能とする大口径ポートの確保を可能とした。また、平衡磁場コイルの製造誤差を最小にする方法を確立し、正確なプラズマ形状/位置制御も可能とした。更に、コンパクトバットジョイントを開発することで中心ソレノイドの占有領域を拡大し、長時間放電の実現に大きく貢献できる設計とした。

論文

Development of Terminal Joint and Lead Extension for JT-60SA Central Solenoid

村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 古川 真人; 夏目 恭平; 土屋 勝彦; 神谷 宏治; 小出 芳彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4201305_1 - 4201305_5, 2015/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.02(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60Uのマグネットシステムを超伝導に改修するJT-60SA計画が進められている。CSのターミナル接続部はNb$$_{3}$$Sn導体とNbTi導体を接続するシェイクハンド型のラップジョイントを用いて製作される。ターミナル接続部は、CSの上部および下部に配置され、CSシステムの中央に位置するモジュールはターミナル接続部とモジュール間をリードエクステンションと呼ばれる部品を用いて接続される。ターミナル接続部の接続抵抗は核融合科学研究所の大型試験装置を用いて測定した。試験の結果、接続抵抗値はJT-60SAのマグネットシステムの要求値を満足することが確認できた。また、リードエクステンション部およびサポートの構造解析を行い、設計が成り立つことを確認した。本発表では、今回実施した接続抵抗試験の結果およびリードエクステンション部の構造解析の結果について報告する。

論文

Mass production of superconducting magnet components for JT-60SA

吉田 清; 村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 神谷 宏治; 小出 芳彦; Phillips, G.*; Zani, L.*; Wanner, M.*; Barabaschi, P.*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4200806_1 - 4200806_6, 2014/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:32.31(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERのサテライトトカマクとして、JT-60SA用超伝導マグネットはEUと日本の共同で製作する計画である。超伝導マグネットと設備の機器は、設計が完了して製作が開始された。CSとEFコイル用導体は、2010年から超伝導導体の量産を開始した。EFコイルの製作は、2012年末にEF4コイルは完成して、2013年末にEF5コイルとEF6コイルが完成する予定でコイル製作は順調に行われている。一方、Nb$$_{3}$$Sn導体を用いた超伝導コイルの製造を確認するためのCSモデルコイルが完成し、試験が開始された。TFコイル用導体製作は、2011年から素線製作を開始し、導体組立も2012年から開始して、現在まで36本の導体を製作した。TFコイルは、製作治工具の準備が完了して、最初のTFコイル巻線を開始した。ヘリウム冷凍機(4.5Kで約9KW)の機器設計は完了して、機器の製作と機器を収納する建屋の建設が開始された。フィーダーは機器仕様が確定したので、HTS電流リードは製作が開始された。以上のように、各方面の創意工夫で、コスト削減の問題も解決して、順調に製作が開始された。

論文

Electrically insulated MLI and thermal anchor

神谷 宏治; 古川 真人; 畠中 龍太*; 宮北 健*; 村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 小出 芳彦; 吉田 清

AIP Conference Proceedings 1573, p.455 - 462, 2014/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.98

JT-60SAのサーマルシールドは300Kのクライオスタットから4.4Kの超電導コイルを熱的に保護するため80Kに冷却され多層断熱材(MLI)を使用する。プラズマパルス運転のため、多層断熱材はトロイダル方向とポロイダル方向の渦電流の影響を強く受ける。多層断熱材はポリイミドフィルムで覆うことでトロイダル方向に20度ごとに電気絶縁し、渦電流を抑制する。本研究では、多層断熱材の重なり部分に注目して2種類の異なる多層断熱材の設計を提案する。多層断熱材の熱的性能はボイルオフ熱量測定法と温度計測により測定された。本研究ではまた、サーマルシールドとトロイダル磁場コイルの間に設置する電気絶縁された熱アンカーの設計についても報告する。

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:5 パーセンタイル:46.51(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

Assembly study for JT-60SA tokamak

柴沼 清; 新井 貴; 長谷川 浩一; 星 亮; 神谷 宏治; 川島 寿人; 久保 博孝; 正木 圭; 佐伯 寿; 櫻井 真治; et al.

Fusion Engineering and Design, 88(6-8), p.705 - 710, 2013/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:29.95(Nuclear Science & Technology)

The JT-60SA project is conducted under the BA satellite tokamak programme by EU and Japan, and the Japanese national programme. The project mission is to contribute to early realization of fusion energy by supporting ITER and by complementing ITER with resolving key physics and engineering issues for DEMO reactors. In this paper, the assembly of major tokamak components such as VV and TFC is mainly described. An assembly frame (with the dedicated cranes), which is located around the tokamak, is adopted to carry out the assembly of major tokamak components in the torus hall independently of the facility cranes for preparations such as pre-assembly in the assembly hall. The assembly frame also provides assembly tools and jigs to support temporarily the components as well as to adjust the components in final positions.

論文

The Manufacturing of the superconducting magnet system for the JT-60SA

吉田 清; 木津 要; 土屋 勝彦; 村上 陽之; 神谷 宏治; Payrot, M.*; Zani, L.*; Wanner, M.*; Barabaschi, P.*; Heller, R.*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4200304_1 - 4200304_4, 2012/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:22.71(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SA装置はEUと日本の共同で、ITERのサテライトトカマクを製作する計画である。CSとEFコイル用導体は、2008年から製作を開始し、量産を開始し、2010年末に21本のEF導体を製作した。CSとEFコイルの製作は、2009年から製作冶具の製作を開始し、2011年から実機製作を開始した。TFコイルは、OISや重力支持など特徴のある設計が完了した。コイル製作の発注が開始され、TFコイル用導体製作は、2011年から素線製作を開始した。導体複合化の準備も開始された。ヘリウム冷凍機は、約9KWの冷凍能力で運転できる見通しを得た。フィーダーは機器仕様が確定したので、HTS電流リードは製作が開始された。以上のように、各方面の創意工夫で、コスト削減の問題も解決して、順調に製作が開始された。

論文

Design of JT-60SA thermal shield and cryodistribution

神谷 宏治; 大西 祥広; 市毛 寿一; 古川 真人; 村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 水牧 祥一*

Proceedings of 24th International Cryogenic Engineering Conference (ICEC 24) and International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICMC 2012) (CD-ROM), p.587 - 590, 2012/05

JT-60は日欧の幅広いアプローチの1つであるJT-60SAとして超伝導トカマク装置に改修する計画である。JT-60SAの超伝導マグネットは80Kに冷却されたサーマルシールドによって覆われている。サーマルシールドは真空容器側サーマルシールド(VVTS),ポート側サーマルシールド(PTS)、そしてクライオスタット側サーマルシールド(CTS)の3部品で構成されている。本研究では、動解析によるサーマルシールドの耐震解析を行い、設計の健全性を確認した。また、10$$^{circ}$$分の外側VVTSの試作を行い、既存の内側VVTSと組合せた結果、公差が目標の10mmを満足する5.2mmとなることが明らかになった。最後にJT-60SAの低温配管の設計について報告する。

論文

Current sharing temperature of central solenoid conductor for JT-60SA under repetition excitation

村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 神谷 宏治; 土屋 勝彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 濱口 真司*; 高畑 一也*; 柳 長門*; et al.

Proceedings of 24th International Cryogenic Engineering Conference (ICEC 24) and International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICMC 2012) (CD-ROM), p.575 - 578, 2012/05

JT-60SA装置の中心ソレノイド(CS)導体は、最大9Tの磁場を受けるため、Nb$$_{3}$$Sn素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体により製作される。CS導体の量産に先立ち、超伝導特性の確認を目的に、日本原子力研究開発機構(JAEA)と核融合科学研究所(NIFS)が共同で、分流開始温度(Tcs)測定試験及び4000回までの繰り返し通電を実施した。今回実施したTcs試験及び繰り返し通電試験より、CS導体は十分な超伝導特性を持つこと、繰り返し励磁に対して超伝導特性の劣化を示さないことがわかった。また、本試験結果をもとに実機運転におけるCS導体の温度マージン解析を行った結果、十分な温度マージンを持って運転できることが確認できた。以上より、CS導体の設計及び製造プロセスに問題がないことが確認できたことから、CS導体の量産を開始した。本講演では、Tcs測定試験,繰り返し通電試験及び温度マージン解析の結果について報告する。

論文

Quench detection of fast plasma events for the JT-60SA central solenoid

村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 神谷 宏治; 高橋 良和; 吉田 清

Fusion Engineering and Design, 87(1), p.23 - 29, 2012/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.35(Nuclear Science & Technology)

JT-60はJT-60SAへの改修計画が進められコイルが超伝導化される。超伝導コイルはクエンチが発生することにより温度が数百Kまで上昇し、コイル自身に損害を与える危険性がある。そのため、正確なクエンチ検出システムはコイル保護において重要な技術である。JT-60SAの中心ソレノイドでは、クエンチ検出に円盤状のピックアップコイルを利用する。そこで、円盤状ピックアップコイルのクエンチ検出器への適用性が調べられるように、解析モデルに真空容器や安定化板を取り入れ改良を行った。その結果、ディスラプションやミニコラプス,エルムといった高速なプラズマ挙動に対しても、円盤状のピックアップコイルを用いることで十分な精度を持ってクエンチ検出できることがわかった。また、ピックアップコイルの構造を改良し、コイル保護システム全体のコストを低減できることも示した。本論文では改良した解析手法,設計手法及びそれらの結果について述べる。

論文

Design and trial manufacturing of the thermal shield for JT-60SA

神谷 宏治; 市毛 寿一; 本田 敦; 吉田 清

Proceedings of International Cryogenic Engineering Conference 23 (ICEC-23) and International Cryogenic Materials Conference 2010 (ICMC 2010), p.797 - 802, 2011/07

臨界プラズマ試験装置JT-60は、日欧で結ばれた幅広いアプローチ活動(BA)の一環として、プラズマ閉じ込め用マグネットを超伝導化するJT-60SAとしてプラズマ閉じ込め性能を向上させる。JT-60SAでは、超伝導マグネットは放射シールド(サーマルシールド)で包囲し、プラズマ真空容器や室温からの放射伝熱や伝導伝熱を低減する。本研究では、JT-60SA用サーマルシールドの設計と現状及び熱解析について報告する。次に、熱解析結果の温度を用いたプラズマ運転時のサーマルシールドの構造解析、及びプラズマ真空容器側サーマルシールド組立時の構造解析について報告する。最後に、VVTS10度分の試作を行い、製作公差について報告する。

論文

JT-60SA用超伝導コイルの発熱と冷却の最適化

神谷 宏治; 村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 吉田 清

低温工学, 46(1), p.10 - 17, 2011/01

JT-60SAはJT-60Uを完全超伝導化する。ヘリウム冷凍機は4.4K, 0.6MPaの超臨界ヘリウムを一定の質量流量で循環させることにより超伝導コイルを冷却する。ヘリウム冷凍機の冷凍能力は超伝導コイルの熱負荷により決定するため、超伝導コイルの温度マージンを確保しつつ、超伝導コイルの発熱と冷媒流量を見積ることは重要である。本論文では、超伝導コイルの温度マージンと冷媒流量の関係を明らかにし、冷媒流量の低減を検討した。そして、最適化された質量流量を超臨界ヘリウム循環ループに適用して全圧力損失を求め、ヘリウム循環ポンプの熱負荷を最小にすることができた。

論文

Development of JT-60SA superconducting magnet system

吉田 清; 土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 神谷 宏治; 尾花 哲浩*; 高畑 一也*; Peyrot, M.*; Barabaschi, P.*

Physica C, 470(20), p.1727 - 1733, 2010/11

 被引用回数:17 パーセンタイル:33.29(Physics, Applied)

JT-60SA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「幅広いアプローチ」の中の「サテライトトカマク」プロジェクトとして推進することが合意され、製作が開始された。超伝導コイルは、18個のトロイダル磁場(TF)コイル,4個の中心ソレノイド(CS)と6個の平衡磁場(EF)コイルから構成される。TFコイルは、ステンレス鋼の容器の中に配置され、容器はコイル系の支持構造の骨格で、CSやEFコイルの支持はTF容器に取付けている。CSは、独立した4個の巻線から構成され、上下力を締付けるタイプレートによって支持され、TFコイルの上部から固定される。6個のEFコイルは、半径方向に自由なフレキシブル板でTFコイルに固定されている。CSとEFコイルは日本で製作が開始され、TFコイルは2009年からEUで製作が開始された。本紙は、JT-60SA用超伝導磁石の開発のために、日本で実施した実験と設計について述べる。

論文

Design and construction of JT-60SA superconducting magnet system

吉田 清; 土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 神谷 宏治; Peyrot, M.*; Barabaschi, P.*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.214 - 219, 2010/08

JT-60SA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「幅広いアプローチ」の中の「サテライトトカマク」プロジェクトとして推進することが合意され、製作が開始された。超伝導コイルは、18個のトロイダル磁場(TF)コイル,4個の中心ソレノイド(CS)と6個の平衡磁場(EF)コイルから構成される。TFコイルは、ステンレス鋼の容器の中に配置され、容器はコイル系の支持構造の骨格で、CSやEFコイルの支持はTF容器に取付けている。CSは、独立した4個の巻線から構成され、上下力を締付けるタイプレートによって支持され、TFコイルの上部から固定される。6個のEFコイルは、半径方向に自由なフレキシブル板でTFコイルに固定されている。超伝導コイルとヘリウム冷凍機や電源はフィーダーで結ばれ、電流リードには高温超伝導リードを採用した。CSとEFコイルの製作は2008年から開始された。

口頭

JT-60SA用超伝導マグネット・システムの詳細設計と製作

吉田 清; 土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 神谷 宏治

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。日本担当の中心ソレノイドと平衡磁界コイル用導体の製作冶具の準備が完了して、試作が開始され、ジャケットの最終形状が決定された。中心ソレノイドと平衡磁界コイルの詳細設計は完了して、製作が開始され、製造冶具設計と材料選定を開始した。サーマルシールドや、ヘリウム分配システムの設計を実施した。一方、EUが担当するTFコイルの詳細設計が完了して、調達合意書の作成が開始された。現在検討しているTFコイルをトカマク装置への組込む方法を紹介する。また、EUが担当するヘリウム冷凍機,高温超伝導リードの詳細設計が進んだので、その技術仕様を示す。

口頭

JT-60SAサーマルシールドの設計と熱解析

神谷 宏治; 竹之内 忠; 市毛 寿一; 吉田 清

no journal, , 

JT-60のプラズマ閉じ込め用コイルをすべて超伝導に置き換えるJT-60SAは、超伝導マグネットなど4K設備への室温からの放射を低減するため、80Kに冷却したサーマルシールドで超伝導マグネットを包囲する。このためサーマルシールドの形状は超伝導マグネットの形状に強く依存する。今年、トロイダルフィールドコイル(TFC)の仕様や形状が確定し、超伝導マグネットとプラズマ真空容器間のクリアランスを110mm確保できる見通しが立った。本発表では、この中でサーマルシールドの設計と、モデルの一部について熱解析を行った。

口頭

JT-60SAマグネット用ヘリウム分配システムの設計

米田 昌生*; 神谷 宏治; 本田 敦; 竹之内 忠; 吉田 清

no journal, , 

原子力機構のJT-60Uのトカマク本体を超電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(JT-60SA)」として進められている。JT-60SAに用いられる超伝導コイル及び高温超伝導電流リード,サーマルシールド,クライオポンプは、ヘリウム冷凍機から冷却される。ヘリウム分配システムは、超伝導コイルなどの負荷とヘリウム冷凍機を結合するシステムである。ヘリウム分配システムの最適化のためには、負荷の冷却条件を調整する必要がある。ヘリウム分配システムとトカマク装置の他の機器との調整を行った設計を示す。

口頭

JT-60SAサーマルシールドの設計と試作

神谷 宏治; 市毛 寿一; 吉田 清

no journal, , 

JT-60のプラズマ閉じ込め用コイルをすべて超伝導に置き換えるJT-60SAは、超伝導マグネットなど4K設備への室温からの放射を低減するため、80Kに冷却したサーマルシールドで超伝導マグネットを包囲する。プラズマ真空容器側サーマルシールド(VVTS)は真空容器やポートとトロイダル磁場コイル(TFC)との間隔が狭いため、製作と組立に高い精度が要求される。このため試作により製作公差を確定することは設計上重要である。本講演では、VVTSの試作を行い、VVTS製作公差と試作から得た結果について報告する。

口頭

JT-60SA超伝導コイルシステムにおける設計と製作状況

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 神谷 宏治; 柏 好敏; 本田 敦; 吉田 清

no journal, , 

JT-60SA装置の超伝導コイルシステムは、18個のトロイダル磁場(TF)コイル,6個のプラズマ平衡磁場(EF)コイル,4つのモジュールから成る中心ソレノイド(CS)から構成される。これらのうち、TFコイルは欧州が、ポロイダル磁場(PF)を形成するEFコイルとCSは日本が、各々設計・製作を担当する。日本担当のPFコイルにおける超伝導導体の複合化作業は、原子力機構那珂核融合研究所内において進んでおり、4月現在EF4コイル用導体(全長444m)が、必要量10本中4本分完成している。また、大きな口径を持つEFコイルは、最大直径が13m程度あり、路上輸送が困難であるため、これらも当所内で製作する。PFコイルの支持構造設計に関しては、巻線と構造物の熱収縮差によるギャップをなくすように、予荷重を与えられる構造を持っており、CSは9組のタイプレートで、EFコイルはロッドによって、それぞれ巻線を締め付けるようにしている。これらのうち、EF4コイルの支持構造物については、実機サイズ試作品が完成しており、巻線に加えるべき予荷重の印加方法などの試験を行う予定である。

口頭

JT-60SAマグネット用ヘリウム分配システムの設計

米田 昌生*; 神谷 宏治; 本田 敦; 竹之内 忠*; 吉田 清

no journal, , 

原子力機構のJT-60Uのトカマク本体コイルを超伝導化する計画が日本と欧州連合(EU)間の共同プロジェクト「サテライトトカマク(JT-60SA)」として進められている。JT-60SAに用いられる超伝導コイル及び高温超伝導電流(HTS)リード,サーマルシールド,クライオポンプは、ヘリウム冷凍設備(ヘリウム冷凍機,循環ポンプ)から冷却される。ヘリウム分配システムは冷凍設備から供給されるヘリウムを各負荷に分配するシステムで、配管及び弁,コイル端子箱,バルブボックスから構成される。既存設備と、欧州連合が担当するヘリウム冷凍機の関係に満足するようヘリウム分配ステムの設計を行った結果を報告する。

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