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芝間 祐介; 岡野 文範; 柳生 純一; 神永 敦嗣; 三代 康彦; 早川 敦郎*; 佐川 敬一*; 持田 務*; 森本 保*; 濱田 崇史*; et al.
Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1614 - 1619, 2015/10
被引用回数：4 パーセンタイル：33.25(Nuclear Science & Technology)現在、建設中のJT-60SA装置では、高さ6.6m、大半径5mの二重壁トーラス構造で真空容器(150tons)を製作する。容器を10個のセクターに分割して製作し、これら分割セクターの製作が2014年に完了した。製作したセクターを現地で接続する段階にあり、この接続の初期では、セクターを直接突き合わせて溶接接続する。二つのセクター間を溶接接続するためには、溶接に必要な目違いやギャップの許容量を把握するという課題がある。他方、現地の組み立てでは、これらの許容量を満足するように管理されなければならない。本報告では、真空容器の最終セクターを含む組立方法の詳細について報告する。更に、分割製作されたセクターを直接接続する溶接技術、最終セクターの部分モックアップ溶接試験の結果を議論するとともに、現地製作の現状も報告する。
芝間 祐介; 中村 誠俊; 正木 圭; 逆井 章
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 5 Pages, 2015/05
原子力機構は、日欧協力でJT-60SA装置を建設中である。超伝導機器を極低温に維持するために導入されるクライオスタットは、ステンレス製の溶接構造で、高さ15.5m、最大直径13.5mである。このうち、最終閉止部の蓋(直径11.5m)を日本側が調達する。クライオスタットは常温で運転され、真空気密を満足することが要求される。本稿では、最上部に設置される閉止用の蓋と胴部の接続に、真空シールとして採用する隅肉溶接の機械特性について報告する。継手効率を考慮した脚長12mmの隅肉溶接を基準強度として、複数の脚長(6mm, 9mm)の試験片を用意して強度を比較することにより、溶着量の低減を検討した。その結果、脚長9mmの試験片で、荷重に対し基準強度を十分に包含することから、第一候補として疲労試験を行った。強度基準を振幅として2000回の両振り疲労試験を行い、破断しないことも確認した。これらの試験結果を踏まえ、隅肉溶接の閉止溶接への適用について報告する。
西山 友和; 柳生 純一; 中村 誠俊; 正木 圭; 岡野 文範; 逆井 章
平成26年度北海道大学総合技術研究会報告集(DVD-ROM), 6 Pages, 2014/09
原子力機構では、幅広いアプローチ活動及びトカマク国内重点化装置計画で実施するサテライトトカマク装置(JT-60SA)の組立を開始した。JT-60SAの組立では、大型の構造物を規定された許容誤差の範囲で精度よく位置決めし設置するため、高精度で広範囲の三次元計測が可能なレーザートラッカーを使用した組立計測が必要である。組立位置はJT-60SA装置中心を原点とした絶対座標系によって管理するために、JT-60SA組立開始に先立ち、既設のベンチマークを利用し本体室の空間に架空の絶対座標系を構築した。さらに、絶対座標系をいつでも高い精度でレーザートラッカーに認識できるようにするために多くの基準点を壁や機器等に設けるとともに、2点の基準点で座標系の位置合わせを行う方法を採用した。3次元CADを使った基準点の写しと、それに伴う内在誤差の確認から、JT-60SAにおけるレーザートラッカーを用いた計測精度は、計算上0.4mm以下であることを確認した。さらに、絶対座標系へ位置合わせする際には、基準点の組み合わせによって大きな誤差が生じ、計測誤差を増大させる要因になることが明らかになった。これらの整備や誤差に対する知見を得ることにより、高精度に位置計測ができる環境が整い、JT-60SAの組立及び位置計測を順調に進めている。
鈴木 貞明; 柳生 純一; 正木 圭; 西山 友和; 中村 誠俊; 佐伯 寿; 星 亮; 澤井 弘明; 長谷川 浩一; 新井 貴; et al.
NIFS-MEMO-67, p.266 - 271, 2014/02
日本原子力研究開発機構は、核融合エネルギーの早期実現に向けた幅広いアプローチ(BA)活動の一環として、日欧共同で実施されるサテライト・トカマク計画において超伝導トカマク装置(JT-60SA)の建設を行う。JT-60SAは、限られた空間に多くの主要機器を高精度で組み立てるため、3次元CADを用いた模擬計測を行うことにより、組立に必要となる機器の代表点を確認し、組立の成立性を検証するとともに3次元計測器(レーザートラッカー)を用いた位置計測方法を検討した。本講演では、JT-60SA組立の中で最も重要となるTFコイルの位置計測方法を含めた組立方法について述べる。
岡野 文範; 正木 圭; 柳生 純一; 芝間 祐介; 逆井 章; 三代 康彦; 神永 敦嗣; 西山 友和; 鈴木 貞明; 中村 誠俊; et al.
JAEA-Technology 2013-032, 32 Pages, 2013/11
JAEA-Technology-2013-032.pdf:8.86MB
日本原子力研究開発機構は、ITERを支援・補完する超伝導核融合実験装置(JT-60SA)の組立を2013年1月から那珂核融合研究所で開始した。既に解体された旧JT-60トカマク装置の一部(NB加熱装置等)とその施設を最大限に利用して、JT-60実験棟本体室にJT-60SAを組み立てる。組立の最初として、JT-60SAの基礎部であるクライオスタットベースを本体室ソールプレート上に設置した。クライオスタットベースは、直径約12m、高さ約3m、重量約250トンのステンレス製の架台である。欧州(スペイン)で製作され、7個の主要部品に分割して日立港に海上輸送され、日立港から大型トレーラーで那珂核融合研究所まで運搬した。仮固定作業では、本体室のベンチマークと仮固定位置を計測し、この結果に基づいてソールプレートの平面度とその高さを調整した後に、7個の主要部品を組み立て、設置した。レーザートラッカーを駆使して、絶対座標により定めた組立基準位置を目標に平面度と高さを調整して高精度で組み立てることができた。本報告書では、クライオスタットベースの輸送と組立作業について具体的な作業内容とその結果を報告する。
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：10 パーセンタイル：61.16(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.
芝間 祐介; 正木 圭; 櫻井 真治; 柴沼 清; 逆井 章; 大縄 登史男*; 荒木 隆夫*; 浅野 史朗*
Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.1916 - 1919, 2013/10
被引用回数：2 パーセンタイル：18.63(Nuclear Science & Technology)JT-60SA真空容器のポート接続に関する溶接技術のR&Dについて発表する。真空容器はポート開口により計測機器等が容器内へアクセスできるように、73の多様な開口が、それぞれの目的に対応して設計されている。ポート開口は、製作上、設置位置より上下の垂直、上下の斜め、水平に分類される。ポート開口は現地で真空容器のポート管台に真空容器の組立後に溶接される。実際の接続時では、真空容器の熱遮蔽板やトロイダル磁場コイル等と同時期に実施する必要から、ポート開口の接続作業は真空容器の中からのアクセスに制限される。このうち、上下の垂直開口ではコーナー部曲率が50mmと小さく、さらに作業空間は狭隘で接続を困難にしているため、溶接トーチヘッドの可動性や溶接接続の健全性を検証する必要がある。本発表では、ポートとポート管台のモックアップを準備し、実際に溶接性を試験した、これら一連のR&Dについて報告する。TIG溶接ロボットを準備し、作業環境との干渉を避けての、健全な溶接接続の達成について詳しく紹介する。
吉田 雅史; 田辺 哲朗*; 足立 歩*; 林 孝夫; 仲野 友英; 福本 正勝; 柳生 純一; 三代 康彦; 正木 圭; 伊丹 潔
Journal of Nuclear Materials, 438, p.S1261 - S1265, 2013/07
被引用回数：6 パーセンタイル：44.02(Materials Science, Multidisciplinary)JT-60U炉内全体での水素蓄積量を評価するために、これまで明らかにされていないプラズマに直接当たらない領域(タイル側面及びダイバータ下部)での水素蓄積速度及び炭素堆積速度を実測した。得られた結果を、これまで明らかにされているプラズマに当たる領域でのデータと合わせることにより、JT-60U炉内全体で、水素あるいは炭素がどこにどれだけ蓄積・輸送されるのかを明らかにした。その結果、JT-60U炉内全体の水素蓄積速度は1.3
10
H+Ds
となり、この値は他のプラズマ装置にて報告されている値よりも遅いことがわかった。これは、JT-60Uが高温で運転されていることに起因する。
吉田 雅史; 田辺 哲朗*; 林 孝夫; 仲野 友英; 福本 正勝; 柳生 純一; 三代 康彦; 正木 圭; 伊丹 潔
Fusion Science and Technology, 63(1T), p.367 - 370, 2013/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)JT-60U第一壁タイルの側面への水素蓄積量を評価するために、外側第一壁からポロイダル及びトロイダル方向に炭素タイルを数枚取り出し、タイル側面に蓄積した水素量を昇温脱離法(TDS)にて測定した。得られた結果をこれまでに測定されてきたプラズマ対向表面での結果と比較することで、タイル側面の温度は、プラズマ対向表面のように温度が上昇していること、タイル側面への水素蓄積量は時間とともに増加することが明らかとなった。その結果、JT-60U第一壁全体のタイル側面での水素蓄積速度は4e19 H+D/sと見積ることができた。これは、これまで水素蓄積量が最も多いとされるダイバータタイル表面の再堆積層でのそれ(3.4e19 H+D/s)とほぼ同等であることがわかった。このことは、第一壁タイル側面の単位面積当たりの蓄積速度は極めて低いものの、タイル側面の全面積が1桁以上大きいことに由来している。
神永 敦嗣; 松永 剛; 正木 圭; 逆井 章
平成24年度愛媛大学総合技術研究会報告書(CD-ROM), 4 Pages, 2013/03
日本原子力研究開発機構那珂核融合研究所は、核融合エネルギーの実現に向けて臨界プラズマ試験装置(JT-60)を日欧共同で超伝導トカマク装置(JT-60SA)に改修する。JT-60SA真空排気設備は、真空容器内部を大気圧から超高真空状態まで真空排気し清浄な超高真空の維持と不純物の少ないプラズマを生成するために、短時間に流入する大量のガスを排気するための真空容器排気系、及びクライオスタット内に設置された超伝導コイルを極低温に保つために大気圧から真空まで排気し真空断熱を維持するためクライオスタット排気系の2系統を有する大型設備である。JT-60SA真空排気設備の全体構成及び構成機器の検討、放射線及び磁気シールド検討結果などについて報告する。
逆井 章; 正木 圭; 芝間 祐介; 櫻井 真治; 林 孝夫; 中村 誠俊; 尾崎 豪嗣; 横山 堅二; 関 洋治; 柴沼 清; et al.
Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/03
原子力機構では、幅広いアプローチ(BA)活動の一環として、日欧共同でサテライトトカマク装置JT-60SA(JT-60の改修装置)の建設を実施している。JT-60SA真空容器は断面形状がD型のドーナツ状の高真空を維持する容器で、直径10 m,高さ6.6 mである。トカマク装置であるJT-60SAでは真空容器内に電磁誘導でプラズマ電流を発生させる必要があるため一周抵抗を上げ、かつ運転時の電磁力に耐える強度を得るために、二重壁構造を採用した。この二重壁構造の真空容器はリブ板を介して内壁板と外壁板が溶接接続され、インボードの直線部は20度単位、アウトボードは10度単位で製作される。非常に溶着量が多い溶接となるため、溶接変形が技術課題となる。これを解決するため、最適な3つの溶接方法による自動溶接を選択し、溶接変形を低減した。現在、40度セクター3体が完成し、4体目の現地溶接組立を実施中である。下側ダイバータ用として、遠隔保守が可能なダイバータカセットを設計、開発し、実機を製作している。ダイバータカセットは10度単位で製作され、この上に設置される内側と外側ダイバータターゲット及びドームのプラズマ対向機器はモジュール化されている。外側ダイバータの一部に設置される、15MW/m
の高熱負荷に耐えるモノブロックターゲットの製作に対応するため、受入試験としてサーモグラフィー試験の技術開発を行っている。
中村 誠俊; 芝間 祐介; 正木 圭; 逆井 章
Plasma Science and Technology, 15(2), p.188 - 191, 2013/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Fluids & Plasmas)サテライトトカマク装置(JT-60SA)は、国際熱核融合実験炉(ITER)への支援研究、原型炉に向けた補完研究を担う。JT-60SAの機器のうち、真空断熱,放射線遮蔽及び主要機器を支持するクライオスタットを最終封止する上蓋の構造健全性を報告する。特に、クライオスタット胴部と上蓋の接続フランジを締結するクランプ構造について、重量,形状,剛性などを詳細に評価した。クライオスタット内部は、10
Pa以下に排気して真空断熱するために、胴部と上蓋の接続フランジは外部から真空シール溶接される。真空排気することで、接続フランジ周辺の曲げ変形が、接続フランジを開くように作用するため、溶接部には、引張荷重が作用する。溶接部では、接続フランジの変形の径方向成分が、曲げモーメントとして作用する。真空シール溶接のみで、荷重を負担した場合、健全性を保つことが難しいため、溶接部への負荷を抑えるクランプ構造を検討した。クランプ構造を装着した場合の上蓋に発生する応力を評価し、健全性を確認したので報告する。
正木 圭; 芝間 祐介; 櫻井 真治; 柴沼 清; 逆井 章
Fusion Engineering and Design, 87(5-6), p.742 - 746, 2012/08
被引用回数：21 パーセンタイル：81.88(Nuclear Science & Technology)JT-60SA真空容器は、D型ポロイダル断面、かつトロイダル方向に10
ごとの多角形形状で構成されている。また、高い一周抵抗を確保し、かつ運転時の電磁力に耐える強度を得るために二重壁構造を採用している。材料は、放射化低減のため、低コバルトSUS316L(Co
0.05wt%)を使用している。運転時には、外部に設置される超伝導コイルの核発熱を低減させるために、二重壁間にホウ酸水(最大50C)を流す。また、真空容器ベーキング時には200Cの高温窒素ガスに切り替えて流す設計である。製作においては、要素試験及び20上半の試作体の製作をあらかじめ行い、製作手順を確立した後、2009年の11月に実機の製作を開始した。また、真空容器の位置調整や40セクター接続を含む現地組立方法を検討し、真空容器の全体組立手順を確立させた。
正木 圭; 芝間 祐介; 櫻井 真治; 片山 雅弘*; 逆井 章
Fusion Engineering and Design, 86(9-11), p.1872 - 1876, 2011/10
被引用回数：8 パーセンタイル：53.37(Nuclear Science & Technology)JT-60SA真空容器の外径寸法は、10メートル,高さ6.6m,胴部総重量約150トンであり、9本の支持脚で支えている。材料は、SUS316Lであるが、放射化低減のため低コバルト材(Co 0.05wt%)を使用する。一周抵抗を上げ(
16
)、かつ運転時の電磁力に耐える強度を得るために二重壁構造を採用しており、この二重壁は、外壁及び内壁とも18mm厚,二重壁はインボード側194mm幅,アウトボード側242mm幅で構成されている。運転時には、外部に設置される超伝導コイルの核発熱を低減させるために、二重壁間にホウ酸水(最大50C)を流す。また、真空容器ベーキング時には200Cの高温窒素ガスに切り替えて流す設計である。真空容器には55個もの大型ポートがあり、これらはすべてベローズを介してクライオスタットに接続される。製作においては、要素試験及び20上半の試作体の製作をあらかじめ行い、製作手順を確立した後、2009年の12月に実機の製作を開始した。
浅野 史朗*; 奥山 利久*; 大縄 登史男*; 柳 寛*; 江尻 満*; 金原 利雄*; 市橋 公嗣*; 菊池 淳史*; 水牧 祥一*; 正木 圭; et al.
Fusion Engineering and Design, 86(9-11), p.1816 - 1820, 2011/10
被引用回数：12 パーセンタイル：66.82(Nuclear Science & Technology)JT-60SA真空容器の実機製作が2009年11月より東芝にて開始されている。製作に先立ち、溶接要素のR&Dを三段階で実施している。第一段階として溶接法のスクリーニングを行った。第二段階として、直線及び曲線部について1m規模の試作を経て、溶接電圧及び電流、施工時の被溶接体設置精度、溶接手順、開先形状等の条件に起因する溶接変形と品質の依存性を精査した。さらに、低入熱での溶接条件を精査した。最終段階として、製作手順の確立として20度セクター上半分のモックアップを試作し、既に確認している。本発表では、特に第一段階と第二段階でのR&Dの結果を中心に説明する。
芝間 祐介; 正木 圭; 櫻井 真治; 柴沼 清; 逆井 章
Proceedings of 2011 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2011) (CD-ROM), 10 Pages, 2011/07
JT-60SA真空容器(150トン)について、製作現状を設計概念とともに紹介したうえで、製作に適用された溶接技術について述べる。真空容器は、プラズマを生成するために超高真空の空間を提供するトーラス型の容器である。真空容器は18のセクターからなり73の開口部を有する。大半径5.0m,高さ6.6mで、運転中に作用する電磁荷重に耐え得る高剛性の二重壁構造を採用している。構造材料に316L材を選定し、製作に用いる溶接技術を選定及び開発した。一様な溶接品質を得るために自動溶接を適用し、溶接変形を低減しつつ溶着量の増加を図る溶接条件を評価した。これらの結果をもとに、20度上半分セクターを試作し、製作手順,溶接変形の矯正,ジグの設計等に検討を経て、実機製作への見通しを得たので報告する。
正木 圭; 芝間 祐介; 櫻井 真治; 柴沼 清; 逆井 章
日本原子力学会和文論文誌, 10(1), p.55 - 62, 2011/01
JT-60SAは、核融合エネルギー実現に向けて実施される幅広いアプローチ(BA)活動のサテライトトカマク計画及びトカマク国内重点化装置計画の合同計画であり、日欧で機器の製作を分担し、日本の茨城県那珂市に建設される。JT-60SAトカマク装置の主要機器は、高温プラズマを閉じ込めるための超高真空を作り出す真空容器、そのプラズマの閉じ込め磁場を発生させるための超伝導コイル、コイル冷却のための断熱真空容器としてのクライオスタット及び外部加熱装置から構成されている。真空容器は、D形ポロイダル断面を有し、一周抵抗を上げ、かつ運転時の電磁力に耐える強度を得るために二重壁構造を採用している。材料は、SUS316Lであるが、放射化低減のため低コバルト材(Co0.05wt%)を使用する。製作においては、要素試験及び20上半の試作体の製作をあらかじめ行い、製作手順を確立した後、2009年の11月に実機の製作を開始した。
正木 圭; 三代 康彦; 櫻井 真治; 江里 幸一郎; 鈴木 哲; 逆井 章
Fusion Engineering and Design, 85(10-12), p.1732 - 1735, 2010/12
被引用回数：1 パーセンタイル：9.99(Nuclear Science & Technology)MW/m
クラスの熱負荷に対して、十分な除熱性能が得られるボルト締結第一壁構造の開発を目的として、カーボンタイルとヒートシンク間に数種類の黒鉛シートを挿入した第一壁構造に対してJEBISを用いた熱負荷試験を実施し、その除熱特性を評価した。冷却水条件を1MPa, 5m/s固定とし、1MW/m60sの熱負荷において黒鉛シートの厚みによる除熱特性の比較を行った結果、最も熱伝導率の高いパナソニックグラファイトシート(PGS)0.1mm厚3枚を使用した場合、他の黒鉛シート(PERMA FOIL 0.20.6mm)より接触熱伝達係数を大きく改善できることがわかった。さらに、PGSを用いた試験体で除熱実証試験を実施した結果、1MW/m100sにおいてはタイル表面温度500C(IRTV)でほぼ定常に達し、3MW/m20sにおいても800C程度と運転可能な範囲であることを確認した。
竹永 秀信; 三代 康彦; Bucalossi, J.*; Marty, V.*; 浦野 創; 朝倉 伸幸; 西山 友和; 笹島 唯之; 正木 圭; 神永 敦嗣
Nuclear Fusion, 50(11), p.115003_1 - 115003_10, 2010/11
被引用回数：19 パーセンタイル：58.63(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uにおいて超音速分子ビーム入射による粒子供給に成功した。パルス入射に対応した主プラズマでの密度上昇が観測された。供給効率は背圧や入射方向(低・高磁場側)に大きく依存しないことを明らかにした。同程度の密度まで到達するために必要な供給量は、ガスパフに比べて小さい。ペレット入射と比較すると、供給位置が浅いにもかかわらずほぼ同じである。時間分解能0.167msの高速カメラで測定した発光分布は、背圧6気圧の方が広がっているが、6気圧と2気圧では同程度の侵入位置を示している。この観測結果は、供給効率の弱い背圧依存性と矛盾しない。発光が示す電離領域の先端は、最初のフレームと2番目のフレームを比べると内側に侵入しており、2番目のフレームではセパラトリックスの直ぐ内側近傍に達している。電離領域は、ビームの大きさから十分に拡大しており、拡大度も2番目のフレームで大きくなっている。この結果は、超音速分子ビームとプラズマの相互作用が、超音速分子ビーム入射による粒子供給分布に大きく影響していることを示している。
芝間 祐介; 正木 圭; 櫻井 真治; 柴沼 清; 逆井 章
日本機械学会M&M2010材料力学カンファレンス講演論文集(CD-ROM), p.239 - 241, 2010/10
原子力機構は、日欧協力によるサテライトトカマクJT-60SAを建設中である。ダイバータ機器,第一壁,容器内コイルが設置される真空容器は、大きな電磁力に耐えるために剛構造で、かつプラズマ着火のために高い一周抵抗の構造が要求される。このため、二重壁構造を採用し、壁間に放射線遮蔽ボロン水を満たす。非運転時には高温窒素ガスを流して200Cベーキングを行う。真空容器の構造は、運転状態に想定される負荷荷重に対して数値解析を行っており、十分に健全であること報告する。実機製作の前に試作により製作性を確認しており、溶接品質と溶接変形に対する要求を満足することを報告する。
