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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

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

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:19 パーセンタイル:23.79(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.

論文

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:15.42

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.

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:13 パーセンタイル:37.58(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

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:13 パーセンタイル:41.18(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.

論文

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:49.02(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。

論文

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:35.97

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.

論文

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:21 パーセンタイル:28.8(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。

論文

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:11 パーセンタイル:29.71(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。

論文

Precise study of vortex structures in Nb by small-angle neutron scattering

宮田 成紀*; 長村 光造*; 鈴木 淳市

Journal of the Physical Society of Japan, 70(7), p.2098 - 2101, 2001/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

ニオブ単結晶中のボルテックス構造を中性子小角散乱により観測した。散乱データは、ロンドンモデルに熱的な磁束格子変位を加えた描像で説明できる。ボルテックスの半径はロンドン侵入長(31.5-39.0nm)より短く、20.3nmであることが示された。

論文

中性子小角散乱法による第2種超伝導体中の磁束構造の観察

長村 光造*; 宮田 成紀*; 古坂 道弘*; 鈴木 淳市

応用物理, 65(4), p.367 - 371, 1996/00

中性子小角散乱により第2種超伝導体中の磁束密度の空間分布を調べることができる。金属・合金における中間混合状態の特異な磁束構造、磁束線格子の非局所性・非等方性、ピニングによる磁束の不均質分布などの研究を紹介する。NbSe$$_{2}$$の磁束格子は非等方性ロンドン理論による取扱いが可能であること、YBCOにおける格子の4回対称性と双晶との関係や、回折強度の温度依存性等について言及する。Bi2212では低磁場で3次元格子の回折強度は消失し、2次元性のパンケーキボルテックスに転移すること、3次元格子の融解転移について現状を紹介する。

口頭

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。

口頭

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。

口頭

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, , 

中性子回折を用いて、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非破壊的に行った。無ひずみの標準試験片を準備し残留ひずみをX線応力測定法と比較しながら評価するとともに、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。

口頭

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, , 

原子力機構はITER中心ソレノイド(CS)用導体の調達を担当する。2009年度からCS導体の調達活動を開始するため、スイスのローザンヌ工科大学プラズマ物理研究センター(CRPP)が所有する実規模導体臨界電流試験装置(SULTAN)を用いて導体性能を実証する必要がある。現在、そのためのサンプル製作を進めている。本報告では、試験サンプルの設計及び製作の前に実施したジョイント試作の結果を報告する。また、導体性能を正確に測定するためには、導体の残留歪を管理することが要求される。これまで、TF導体では、薄肉ジャケットであるため、ジャケットの歪を解放法により測定することができたが、CS導体では、ジャケットが厚くなり、これを適用することが困難である。そこで、中性子回折による歪測定を適用し、超伝導体の歪を直接測定することを検討している。本報告では、この計画についても報告する。

口頭

ITER TFコイル用ケーブルインコンジット導体の中性子回折による残留ひずみ評価

町屋 修太郎*; 長村 光造*; 辺見 努; 松井 邦浩; 鈴木 裕士; 土屋 佳則*

no journal, , 

ITER用ケーブルインコンジット導体(CICC)について、中性子ひずみ評価について検討を行ったので報告する。ITER用CICCは現在サルタンで試験が行われており、切断することでマクロな方法で残留ひずみの推定が行われているが、直接超伝導相であるNb$$_{3}$$Snのひずみを非破壊的に測定する手法は今までなかった。本報告では、サルタンで試験を行い、その後切断された導体で、高磁場部と低磁場での残留ひずみの比較検討を行った。

口頭

工学材料回折装置「匠」及び実用超伝導コンポジットへの応力・ひずみの影響

Harjo, S.; 相澤 一也; 伊藤 崇芳; 長村 光造*; 淡路 智*; 辺見 努; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 松井 邦浩; 西島 元*

no journal, , 

J-PARC工学材料回折装置「匠」は材料工学におけるさまざまな課題を解決するための中性子回折装置である。匠の建設は現在最終段階にあり、中性子ビームを用いたコミッショニングが既に2008年9月より開始し、同年12月より施設供用を始めた。匠の最初成果を出すために、われわれは実用超伝導コンポジットへの応力・ひずみの影響というタイトルでプロジェクト研究を申請し、幾つかの予備実験を行った。本プロジェクト研究は、実用超伝導材料内での製造または利用(高磁場,高電流密度等の条件下)中に発生した内部ひずみ挙動を明らかにし、その内部ひずみと超伝導特性との関係を明らかにする。われわれは幾つかの超伝導テープ及び超伝導素線に対して室温引張試験中のその場中性子回折実験やITERケーブル内の予備マッピング実験を行った。この機会に、匠の性能や現状及び本プロジェクト研究に関する詳細な計画及び状況について報告する。

口頭

中性子回折を用いたITER TF導体の内部歪測定

辺見 努; Harjo, S.; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 伊藤 崇芳; 相澤 一也; 鈴木 裕士; 町屋 修太郎*; et al.

no journal, , 

核融合炉に使用される大型超伝導導体は、約1000本の超伝導素線とステンレス鋼製のジャケット材から構成されるケーブル・イン・コンジット型(CIC)導体である。この導体では、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、多数本の撚線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することは困難である。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導体の内部歪の測定に適用した。中性子回折を用いることで格子面間隔の変化により導体内のわずか6%しかないNb$$_{3}$$Snの歪を決定することが可能であることを実証した。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。

口頭

Neutron diffraction study of internal strain in Nb$$_{3}$$Sn Cable-In-Conduit Conductors

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

no journal, , 

核融合炉用Nb$$_{3}$$Sn導体では、導体内のNb$$_{3}$$Sn素線は材料の熱収縮差による熱歪とともに、運転による巨大な電磁力を受け、臨界電流性能が劣化すると考えられている。しかし、その劣化機構については明確にされていない。そこで、著者らは、Nb$$_{3}$$Sn導体の内部歪を中性子回折によって実験的に評価する手法を開発した。性能評価試験サンプルの破壊試験の結果から、電磁力を経験した導体内のNb$$_{3}$$Sn素線は大きく曲げ変形していることがわかっている。破壊試験は目視検査であり、導体内の曲げ変形を定量的に評価することは困難である。そこで、今回、性能評価試験によって、電磁力を経験したNb$$_{3}$$Sn導体の内部歪測定を実施し、測定結果から、電磁力を経験したNb$$_{3}$$Sn素線の曲げ変形を非破壊で測定できることを実証した。

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