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Evaluation of thermal strain induced in components of Nb$$_{3}$$Sn strand during cooling

諏訪 友音*; 辺見 努*; 齊藤 徹*; 高橋 良和*; 小泉 徳潔*; Luzin, V.*; 鈴木 裕士; Harjo, S.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28(3), p.6001104_1 - 6001104_4, 2018/04

Nb$$_{3}$$Sn strands, whose properties are very sensitive to stress/strain, are utilized for ITER cable-in-conduit conductor (CICC) of the central solenoids. The Nb$$_{3}$$Sn strands experience temperature range of $$sim$$1000 K from the temperature of the heat treatment with the initiation of the Nb$$_{3}$$Sn reaction to the operation temperature of $$sim$$4 K. Due to this large temperature range, large thermal strain is induced in the Nb$$_{3}$$Sn filaments due to the differences between the coefficients of thermal expansion and Young's moduli of the components of the strand. Therefore, it is considered that initial performance of the CICC is influenced by the thermal strain on the Nb$$_{3}$$Sn, and it is important to evaluate the strain state of the Nb$$_{3}$$Sn strand at low temperature. In this study, the thermal strain of the components of free Nb$$_{3}$$Sn strand was measured by neutron diffraction and stress/strain state was assessed from room temperature to low temperature. As the results of diffraction measurements, it was found that 0.111 % and 0.209 % compressive strain were generated in Nb$$_{3}$$Sn filaments at 300 and 10 K, respectively.


Effect of change of aging heat treatment pattern on the JK2LB jacket for the ITER central solenoid

尾関 秀将; 齊藤 徹; 河野 勝己; 高橋 良和; 布谷 嘉彦; 山崎 亨; 礒野 高明

Physics Procedia, 67, p.1010 - 1015, 2015/07


JAEA is responsible for procurement of the central solenoid (CS) conductor for ITER. The CS conductor is assembled by inserting Nb$$_{3}$$Sn superconductor cable into circular-in-square jacket whose material is JK2LB high manganese stainless steel developed by JAEA, and then heat treatment is carried out. In the recent study of Nb$$_{3}$$Sn strand, heat treatment for 250 hours at 570 degrees Celsius and 100 hours at 650 degrees is adopted. The effect of 250 hours at 570 degree for JK2LB has not studied yet although the region of 650 degree has already studied, and might be a cause of sensitization. So the characteristics of JK2LB jacket after heat treatment for 250 hours at 570 degree and then 200 hours at 650 degree was studied in terms of mechanical tests at 4K and metallographic tests. The mechanical test results satisfied the requirement of ITER and metallographic tests result showed no remarkable degradation. This study proved JK2LB jacket can be applicable to the heat treatment above.


Non-destructive examination of jacket sections for ITER central solenoid conductors

高橋 良和; 諏訪 友音; 名原 啓博; 尾関 秀将; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; 河野 勝己; 押切 雅幸; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200904_1 - 4200904_4, 2015/06

 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構はITER中心ソレノイド(CS)コイル用導体の調達を担当し、製作したCS導体をコイル製作担当の米国に送付することになっている。CSコイルは高さ約12m、外径約4mで、6個のモジュールを積み重ねた構造を有する。導体の単長は最大910mであり、通電電流値は13Tの磁場中において40kAである。導体はケーブル・イン・コンジット型と呼ばれるもので、576本のNb$$_{3}$$Sn素線と288本の銅素線で構成される撚線を、矩形の中に円形の穴がある高マンガン鋼(JK2LB)製ジャケットに挿入し、ジャケットを圧縮成型したものである。圧縮成型される前のジャケットは、外寸法51.3mm、穴の直径35.3mm、単長7m、重さ約90kgである。このジャケットは、出荷前に非破壊検査により、最大許容サイズの欠陥がないことを確認する必要がある。内及び外表面の欠陥は、渦電流探傷(ECT)法 で、内部の欠陥は、超音波探傷(UT)法で行われる。UTにおいて、矩形の中に円形の穴がある形状であるので、超音波の入射の方向を工夫する必要があった。表面のECT及び内部のUTについて、その技術と検査実績を報告する。


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:1 パーセンタイル:85.66(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.


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



Establishment of production process of JK2LB jacket section for ITER CS

尾関 秀将; 濱田 一弥; 高橋 良和; 布谷 嘉彦; 河野 勝己; 押切 雅幸; 齊藤 徹; 手島 修*; 松並 正寛*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4800604_1 - 4800604_4, 2014/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:29.88(Engineering, Electrical & Electronic)

JAEA is in charge of procuring Center Solenoid (CS) conductor in ITER project. CS conductor is Cable-In-Conduit type, and conduit is also called jacket. The cross-sectional shape of CS jacket is circle-in-square type, whose outer dimension is 51.3 mm and inner diameter is 35.3 mm. The length of one CS jacket section is 7 m, and the necessary total length of CS conductor is about 43 km. CS coil is expected to suffer high electro-magnetic force, so JAEA developed JK2LB, which is modified stainless steel expected to better characteristics of fatigue and thermal contraction in 4 K than SUS316LN, in cooperate with Kobe Steel, Ltd. The remaining problem was to establish production process of jackets which satisfy dimensional and mechanical requirement in ITER consistently, and also, Non-Destructive Examination (NDE) by ITER-original criteria. To carry out the R&D for above, production of dummy CS jackets were executed and these jackets were fabricated successfully. The results are reported.


Cabling technology of Nb$$_3$$Sn conductor for ITER central solenoid

高橋 良和; 名原 啓博; 尾関 秀将; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; 河野 勝己; 押切 雅幸; 宇野 康弘; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4802404_1 - 4802404_4, 2014/06

 被引用回数:16 パーセンタイル:22.38(Engineering, Electrical & Electronic)



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




中嶋 秀夫; 島本 進*; 井口 将秀; 濱田 一弥; 奥野 清; 高橋 良和

低温工学, 48(10), p.508 - 516, 2013/10



Cable twist pitch variation in Nb$$_{3}$$Sn conductors for ITER toroidal field coils in Japan

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

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 23(3), p.4801504_1 - 4801504_4, 2013/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:35.89(Engineering, Electrical & Electronic)



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:6 パーセンタイル:53.56(Engineering, Electrical & Electronic)




島本 進*; 中嶋 秀夫; 高橋 良和

低温工学, 48(2), p.60 - 67, 2013/03



Method to evaluate CIC conductor performance by voltage taps using CSMC facility

布谷 嘉彦; 名原 啓博; 松井 邦浩; 辺見 努; 高橋 良和; 礒野 高明; 濱田 一弥; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4803804_1 - 4803804_4, 2012/06

 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)



Mass production of Nb$$_{3}$$Sn conductors for ITER toroidal field coils in Japan

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

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4801904_1 - 4801904_4, 2012/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.33(Engineering, Electrical & Electronic)



Preparation for the ITER central solenoid conductor manufacturing

濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 高橋 良和; 河野 勝己; 齊藤 徹; 押切 雅幸; 宇野 康弘; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203404_1 - 4203404_4, 2012/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:30.33(Engineering, Electrical & Electronic)



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:36 パーセンタイル:10.53(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。


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:13 パーセンタイル:32.31(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。



名原 啓博; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 宇野 康弘; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 都竹 星志*; 田川 浩平*; 宮下 克己*; et al.

低温工学, 47(3), p.140 - 146, 2012/03

日本はITER TFコイル用超伝導導体の25%を調達する。この導体に使用するNb$$_3$$Sn超伝導素線の全長は約23,000kmにも及び、これまでにない規模の大量生産であるため、品質管理が非常に重要となる。統計的プロセス管理により製作の均一性を逐次チェックすることで量産における素線性能のバラつきを抑え、また原子力機構で素線性能のダブルチェックを実施するなど、厳格な品質管理を行っている。超伝導素線は2008年から2社で製作しており、両社とも素線性能の安定した製作が実現され、また量産を経て製作の歩留まり改善にも成功している。2011年10月の時点で既に日本分担分の約72%を製作しており、今後も引き続き、品質を確保しながら調達を進めて行く。



濱田 一弥; 高橋 良和; 名原 啓博; 河野 勝己; 海老澤 昇; 押切 雅幸; 堤 史明; 斎藤 徹*; 中嶋 秀夫; 松田 英光*; et al.

低温工学, 47(3), p.153 - 159, 2012/03




礒野 高明; 堤 史明; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 石橋 達司*; 佐藤 豪*; 千田 敬司*; 鈴木 力男*; et al.

低温工学, 47(3), p.147 - 152, 2012/03

ITERのトロイダル磁場(TF)コイル用導体は、超伝導撚線を外径約40mm,厚さ2mmのステンレス鋼管に挿入する構成であり、その運転条件は、電流68kA,磁場11.8Tである。日本は全量の25%のTFコイル用導体の製作を分担する。超伝導撚線は、超伝導線900本と銅線522本を5段階に分けて撚合せる。実機撚線製作開始前に、ITER TFコイル用撚線の製作実現性の確認のために試作を実施し、4次撚線の外径や5次撚線の圧縮方法を決定した。その後、ツイストピッチの変更があり、その試作において3次撚線時に問題が発生し、ダイスを変更する等の対策を行った。これらの試作後、実機撚線製作を開始し、約60%の製作を完了している。

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