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木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 枝谷 昌博; 市毛 寿一*; 玉井 広史; 松川 誠; della Corte, A.*; Di Zenobio, A.*; Muzzi, L.*; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 18(2), p.212 - 215, 2008/06
被引用回数：19 パーセンタイル：67.07(Engineering, Electrical & Electronic)JT60SAの中心ソレノイド(CS), 平衡磁場(EF)コイルの最大経験磁場と最大電流値は、それぞれ9T-20kA, 6.2T-20kAである。CS導体は、JK2LB鋼コンジットのNb
Sn導体である。また、EF導体はSS316LN鋼コンジットのNbTi導体である。CS, EFコイルはパルス運転するコイルであり、熱負荷として交流損失が大きい。また、一部のEFコイルには、遮蔽性能が低いポート部を突き抜けてくる中性子による核発熱が存在する。さらに、ディスラプション時にも大きな交流損失が発生する。そこで、両導体には、圧力損失の低減と、大きな熱負荷に対して十分な温度マージンを確保するために、ケーブル内に中心スパイラルを導入した。また、以上の熱負荷が同時に発生した場合でも導体の温度が分流開始温度(Tcs)以下であることが必要であるが、熱負荷,経験磁場の分布は時間とともに大きく変化するため、1次元熱流体解析コードを用いて、運転温度と、最小クエンチエネルギーの解析を行った。その結果、これらのコイルは、想定される運転条件に対し、十分なTcsマージンと安定性を有することがわかった。
高橋 良和; 吉田 清; 名原 啓博; 枝谷 昌博*; Bessette, D.*; Shatil, N.*; Mitchell, N.*
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.2426 - 2429, 2007/06
被引用回数：14 パーセンタイル：58.29(Engineering, Electrical & Electronic)ITER-TFコイルは、18個のD型コイルで構成されている。運転電流値は68kA,最大磁場は11.8T,全蓄積エネルギーは約41GJである。導体はNbSnのケーブル・イン・コンジット(CIC)型で、中心チャンネルを有し、冷却長は約380mである。コイルの性能を十分な精度で予測するために、磁場が高く、温度マージンの小さい部分について、熱流体解析コードを用いて、安定性を解析した。TF巻線部,コイル容器,冷凍機の熱交換器を含む全系の熱流体解析は準3次元モデルのコードVINCENTAで行った。安定性解析は、1次元モデルの熱流体及び電気的解析コードGANDALFを用いて行った。流路の出入口における境界条件はVINCENTAの結果を用いた。素線の機械的動きによる擾乱とプラズマ・ディスラプションによる擾乱の2通りの場合を想定して、安定性解析を行った。その結果、TFコイルは、十分な安定性マージンを有し、安定に運転できることが示された。また、クエンチ時における導体の最高温度を解析した結果、設計基準の150K以下であったので、クエンチしてもコイルは健全であることが確認できた。
高橋 良和; 吉田 清; 名原 啓博; 枝谷 昌博*; Mitchell, N.*
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.783 - 786, 2006/06
被引用回数：9 パーセンタイル：46.66(Engineering, Electrical & Electronic)クエンチ時の導体の振舞いを明らかにするため、CSインサートのクエンチ実験を直流及びパルス・モードの条件で行った。その導体は実機CSとほぼ同じ形状とパラメータを有している。導体の長さは約140mである。直流モードにおいて、導体の中央部の磁場の高いところに取付けられた誘導ヒータにより人為的にクエンチを起こした。また、パルス・モードにおいて、CSインサートは0.4-2T/sの掃引速度でクエンチした。これらのクエンチ実験における導体内の電気的及び熱流体的振舞いのシミュレーションを行った結果、実験結果とよく一致した。ITERにおける実機CSのクエンチ検出は、ピックアップ・コイルを用いた電圧法で行う予定である。実験で得られた結果と比較して、その感度やクエンチ時の導体の最高温度について検討した結果、ITER-CSのクエンチ検出システムは十分な検出感度を有することが示された。
高橋 良和; 吉田 清; 名原 啓博; 枝谷 昌博*
no journal, ,
クエンチ時のCS導体の振舞いを明らかにするため、CSインサートのクエンチ実験を直流及びパルス・モードのいろいろな条件で行った。その導体は実機CSとほぼ同じ形状とパラメータを有している。導体の長さは約140mである。パルス・モードの実験における導体の電気的及び熱流体的振舞いを、解析コードを用いて模擬し、実験結果と比較した。その結果、解析により求められたクエンチ電流値は、実験結果と10%以内で一致した。また、この結果を用いて、実機CSコイルのクエンチ時の導体の最高温度を計算した結果、最高温度は132Kで、設計基準(150K)以下であった。したがって、クエンチ時においてもコイルの健全性が保たれると考えられる。
高橋 良和; 吉田 清; 名原 啓博; 枝谷 昌博*
no journal, ,
ITER-TFコイルは、18個のD型コイルで構成されている。運転電流値は68kA、最大磁場は11.8T、全蓄積エネルギーは約41GJである。導体はNbSnのケーブル・イン・コンジット(CIC)型で、中心チャンネルを有し、冷却長は約350mである。コイルの性能を十分な精度で予測するために、磁場が高く、温度マージンの小さい部分について、熱流体解析コードを用いて、安定性を解析した。TF巻線部,コイル容器,冷凍機の熱交換器を含む全系の熱流体解析は擬似3次元モデルのコードVINCENTAで行った。巻線部とコイル容器は2次元モデルで、熱のやり取りを考慮した。しかし、VINCENTAは空間的にも時間的にもメッシュが粗いので、安定性解析に十分なメッシュでは行えないので、安定性解析には、1次元モデルの熱流体及び電気的解析コードGANDALFを用いた。この時、流路の出入口における境界条件は、VINCENTAの結果を用いた。素線の機械的動きによる擾乱とプラズマ・ディスラプションによる擾乱(ACロス)の2通りの場合を想定して、安定性解析を行った。その結果、TFコイルは、十分な安定性マージンを有し、安定に運転できることが示された。
高橋 良和; 吉田 清; 名原 啓博; 枝谷 昌博*
no journal, ,
ITER-TFコイルは、D型の18個のコイルで構成されている。運転電流値は68kA、最大磁場は11.8Tである。導体はNbSnのケーブル・イン・コンジット(CIC)型で、冷却長は約350mである。TFコイルと冷凍機を含む全系の熱流体解析を擬似3次元モデルのコードVINCENTAで行った。しかし、このコードは空間的にも時間的にもメッシュが粗いので、クエンチ解析は行えない。そこで、1次元モデルの熱流体及び電気的解析コードGANDALFを用いて、クエンチ解析を行った。このとき、流路の出入口における境界条件は、VINCENTAの結果を用いた。磁場が高く、温度マージンの小さい部分について、クエンチ時の導体の温度変化や発生電圧を解析した。さらに、クエンチ時、ノーマル部が伝播している間における導体からラジアル・プレートへの熱の伝播を、2次元の解析コード(ANSYS)を用いて解析した。その結果、TFコイルは電圧0.2Vでクエンチ検出を行えば、導体の最高温度は約150Kであり、もしクエンチしても、コイルは破損することなく電流を下げることができることが示された。
木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 枝谷 昌博; 玉井 広史; 松川 誠
no journal, ,
JT-60SAのCS, EFコイルの最大経験磁場はそれぞれ、9T, 6.2Tであるため、CS導体はNbSn, EFコイル導体はNbTi素線を用いる。導体は除熱特性を向上させるために導体中心にスパイラルで作られる冷却チャンネルを追加したケーブル・イン・コンジット(CIC)型の強制冷却導体である。CS, EFコイルはパルス運転するコイルであり、熱負荷として交流損失が大きい。また、一部のEFコイルには、遮蔽性能が低いポート部を突き抜けてくる中性子による核発熱が存在する。さらに、ディスラプション時にも大きな交流損失が発生する。これらの熱負荷が同時に発生した場合でも導体の温度が分流開始温度(Tcs)以下であることが必要であるが、熱負荷,経験磁場の分布は時間とともに大きく変化するため、1次元熱流体解析コードを用いて、運転温度と、最小クエンチエネルギーの解析を行った。EFコイルに関しては、運転条件が最も厳しいEF4コイルの解析を行った。その結果より、CS, EF34導体は運転条件に対して十分な裕度があることがわかった。
土屋 勝彦; 枝谷 昌博; 鈴木 優; 木津 要; 吉田 清; 松川 誠
no journal, ,
JT-60SA装置における超伝導マグネットを構成する、トロイダル磁場(TF),平衡磁場(EF)コイル,セントラルソレノイド(CS)の各コイル系に用いられている導体を覆うターン間絶縁体の機械的強度について、冷却+最大電磁力荷重条件の下で、垂直応力とせん断応力の関係からその成立性を評価した。このとき、引っぱり方向の垂直応力に対して評価できる基準を導入し、複雑な変形を生じるトロイダル磁場(TF)コイルの絶縁体が、十分な機械的強度を有していることを確かめた。一方、ポロイダルコイル系の絶縁体については、導体ジャケットのコーナー部の一部に局所的な剥離が現れる評価となった。今後は、機械的試験などを含め、詳細に評価を進める必要がある。
木津 要; 吉田 清; 枝谷 昌博; 土屋 勝彦; 松川 誠; 市毛 寿一*
no journal, ,
CS, EFコイルは、プラズマディスラプションにより、経験磁場と通電電流値が変化し、交流損失が発生する。ディスラプションが発生した場合でも、導体の分流開始温度に対する温度マージンを1K以上とすることが求められている。そこで、ディスラプションによる発熱評価を、以下の手順で行った。まず、コイルとVV,バッフル板,制御コイル,プラズマの電流値の時間変化の回路解析を行った。次に、回路解析により得られた電流値の時間変化を用いて、各コイル導体の経験磁場の時間変化を計算した。最後に、得られた経験磁場の時間変化より、交流損失を計算した。得られた交流損失より、EF1コイルの最内層ターンの温度上昇を評価すると約0.5Kとなり、標準運転シナリオによる発熱を合わせても、1Kの温度マージンを確保できる見通しを得た。
土屋 勝彦; 枝谷 昌博*; 木津 要; 吉田 清; 松川 誠
no journal, ,
JT-60SA装置における超伝導コイルシステムの一つであるプラズマ平衡磁場(EF)コイルシステムには、その設置場所によって経験磁場強度が異なることから、二種類の導体が採用されており、高磁場用導体を用いている2つのダイバータ用コイルと、低磁場用導体を用いるその他4つのコイル、あわせて計6つのコイルで構成されている。すべてのEFコイルはトロイダル磁場(TF)コイルケース上に設置され、TFコイルへの支持部には、EFコイル巻線を挟むようにクランプを設置している。このクランプと巻線の間には、冷却時の収縮差と電磁力荷重によってギャップが生じるので、これをなくすためあらかじめ荷重(初期締付)をかける必要があるが、クランプ構造上、巻線部の端部に荷重が集中することが危惧された。これをなくすため、巻線と上下クランプの間に挟む「かまぼこ」型のシムを新たに案出した。そして、このシムを用いた構造に基づいてFEM解析を行った結果、巻線上に生じる応力を緩和できることを明らかにした。
