A Study on convection in molten zone of aluminum alloy during Fe/Al resistance spot welding

伊與田 宗慶*; 松田 朋己*; 佐野 智一*; 茂田 正哉*; 菖蒲 敬久; 湯本 博勝*; Koyama, Takahisa*; Yamazaki, Hiroshi*; 仙波 泰徳*; 大橋 治彦*; et al.

Journal of Manufacturing Processes, 94, p.424 - 434, 2023/05

https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.03.032

Aluminum alloys are increasingly being applied to automobile bodies to reduce the weight of automobiles. In joining steel materials and aluminum alloys using resistance spot welding (RSW), it is important to control the state of intermetallic compounds due to the temperature at the joining interface. In other words, in RSW of Fe/Al dissimilar materials, it is necessary to clarify the heating and cooling phenomena of the interface temperature during joining. Although the convection behavior of the molten aluminum alloy is thought to influence the temperature distribution at the joining interface, there are no studies that have directly observed this phenomenon. In this study, convection in molten zone of aluminum alloy during RSW of steel and aluminum alloy is discussed. Direct observations were attempted in order to clarify the convection behavior of the molten aluminum alloy in RSW of steel and aluminum alloy. The main feature of this experiment is that a real-scale test piece and an RSW apparatus used in actual production were used to observe convection during actual production. The observation experiments were conducted using synchrotron radiation X-ray at SPring-8. During welding, the specimens were irradiated with synchrotron radiation X-ray, and convection was observed from the behavior of tracer particles placed on the specimens. As a results, three types of convection were observed: radial outward convection from the center of the molten zone at the joining interface, convection from the edge of the molten zone toward its center, and weak circulating convection at the edge of the molten zone. And, small convection velocities were generated at the edge of the molten zone. Furthermore, the convection velocity inside the molten zone was calculated to be approximately 1.75 m/s. In addition, it was shown that there is a correlation between convection behavior and the shape of the molten zone.

mutant in a salt-tolerant accession revealed an importance of salt acclimation ability in plant salt tolerance

有賀 裕剛*; 香取 拓*; 吉原 亮平*; 長谷 純宏; 野澤 樹; 鳴海 一成; 井内 聖*; 小林 正智*; 手塚 健二*; 坂田 洋一*; et al.

Plant Signaling & Behavior (Internet), 8(7), p.e24779_1 - e24779_5, 2013/07

https://doi.org/10.4161/psb.24779

シロイヌナズナの354系統の中には、NaCl濃度を0mMから225mmに急激に変化させる試験において、対照となるCol-0系統に比べて高い耐塩性を示す系統がある。また、Zu-Oを含む数系統では、中程度の塩ストレスに暴露された後に高い耐塩性が誘導される。したがって、シロイヌナズナは塩ショックに対する耐性と塩馴化による耐性の少なくとも2種類の耐性機構を有すると思われる。シロイヌナズナの耐塩性系統の耐性メカニズムを明らかにするため、われわれはイオンビームで変異処理したZu-0の実生から塩感受性の変異体を単離した。この変異体は、SOS1遺伝子の1塩基欠失によって塩ショックストレス下で著しい生育抑制を示し、Col-0よりも塩に感受性である。しかし、この変異体はZu-0と同様に、100mMのNaClに7日間暴露した後に750mMのソルビトールに20日間暴露した後も生育することができるが、Col-0は同条件において明らかな白化を示した。したがって、塩馴化に必要な遺伝子は塩ショック耐性に必要な遺伝子とは異なり、塩や浸透圧耐性の獲得に重要な役割を果たしていると考えられる。

Integrated simulation of ELM triggered by a pellet through energy absorption and transport enhancement

林 伸彦; Parail, V.*; Koechl, F.*; 相羽 信行; 滝塚 知典; Wiesen, S.*; Lang, P. T.*; 大山 直幸; 小関 隆久

Nuclear Fusion, 51(10), p.103030_1 - 103030_8, 2011/10

https://doi.org/10.1088/0029-5515/51/10/103030

Two integrated core / scrape-off-layer / divertor transport codes TOPICS-IB and JINTRAC with links to MHD stability codes have been coupled with models of pellet injection to clarify effects of pellet on the behavior of edge localized modes (ELMs). Both codes predicted the following two triggering mechanisms. The energy absorption by the pellet and its further displacement due to the drift, as well as transport enhancement by the pellet, were found to be able to trigger the ELM. The ablated cloud of pellet absorbs the background plasma energy and causes a radial redistribution of pressure due to the subsequent drift. Further, the sharp increase in local density and temperature gradients in the vicinity of ablated cloud could cause the transient enhancement of heat and particle transport. Both mechanisms produce a region of increased pressure gradient in the background plasma profile within the pedestal, which triggers the ELM. The mechanisms have the potential to explain a wide range of experimental observations.

Effect of core pressure gradient just inside the top of the pedestal on the energy loss due to the edge localized mode in JT-60U

林 伸彦; 大山 直幸; 滝塚 知典; 相羽 信行; 小関 隆久

Nuclear Fusion, 51(7), p.073015_1 - 073015_7, 2011/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/51/7/073015

The effect of core pressure gradient just inside the top of the pedestal on the energy loss due to type-I edge localized modes (ELMs) has been studied. The analysis of the experimental data from JT-60U shows that the ELM energy loss increases with the pressure gradient inside the pedestal. The dependence of ELM energy loss on the pressure gradient inside the pedestal is similar to that predicted by the integrated code TOPICS-IB. The stability of linear ideal MHD modes is analyzed by using experimental profiles. It is found that the steep core pressure gradient inside the pedestal broadens inward eigenfunction profiles of unstable modes. The TOPICS-IB simulation predicted that this broadening can enhance the ELM energy loss.

核融合原型炉SlimCSの概念設計

飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.

JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MB
JAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB

発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/mとした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。

Integrated modeling for control of advanced tokamak plasma

小関 隆久; 林 伸彦; 本多 充; 相羽 信行; 濱松 清隆; 清水 勝宏; 川島 寿人; 星野 一生; 滝塚 知典; 徳田 伸二

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.8, p.1138 - 1142, 2009/09

Integrated modeling on areas of plasma core, edge-pedestal and scrape-off-layer (SOL)-divertor progressed based on the researches in JT-60U experiments. In the core plasma, an anomalous transport model of fast particles due to the Alfvn eigenmode is proposed, and a new one-dimensional core transport code, which can describe the radial electric field and plasma rotations, self-consistently, is developed. The integrated code TOPICS-IB is improved in the edge pedestal region, and effects of the pressure profile inside the pedestal and the collisionality dependence on the ELM energy loss are clarified. The impurity Monte Carlo code is incorporated to the integrated divertor code SONIC. Simulation of impurity behavior at X-point MARFE successfully produced the complete detached plasma, where a part of sputtered carbon penetrates into the main plasma and contributes to the enhanced radiation near the X-point.

Compact DEMO, SlimCS; Design progress and issues

飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.

Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07

https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/7/075029

最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。

Integrated simulation of ELM energy loss and cycle in improved H-mode plasmas

林 伸彦; 滝塚 知典; 相羽 信行; 大山 直幸; 小関 隆久; Wiesen, S.*; Parail, V.*

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10

http://www-naweb.iaea.org/napc/physics/FEC/FEC2008/html/node518.htm#101699

The energy loss due to an edge localized mode (ELM) crash and its cycle have been studied by using an integrated transport code with a stability code for peeling-ballooning modes and a transport model of scrape-off-layer (SOL) and divertor plasmas. The integrated code reproduces a series of ELMs with the following characteristics. The ELM energy loss increases with decreasing the collisionality and the ELM frequency increases linearly with the input power, as the same as experiments of type-I ELMs. A transport model with the pedestal neoclassical transport connected to the SOL parallel transport reproduces the inter-ELM transport, which decreases in the low collisionality so that the ELM loss power is enhanced as observed in experiments. The inter-ELM energy confinement time agrees with the scaling based on the JT-60U data. The steep pressure gradient inside the pedestal top, required for improved H-mode plasmas with the factor above unity, is found to enhance the ELM energy loss and reduce the ELM frequency so that the ELM loss power remains constant. The steep pressure gradient inside the pedestal top broadens the region of the ELM enhanced transport and induces subsequent instabilities. When the large energy is transported near to the separatrix by the instabilities, a subsequent instability arises near the separatrix and makes an additional loss.

Research and development of fusion grid infrastructure based on Atomic Energy Grid InfraStructure (AEGIS)

鈴木 喜雄; 中島 康平; 櫛田 慶幸; 木野 千晶; 青柳 哲雄; 中島 憲宏; 射場 克幸*; 林 伸彦; 小関 隆久; 戸塚 俊之; et al.

Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.511 - 515, 2008/04

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2007.09.017

那珂核融合研究所と核融合科学研究所との共同研究により、システム計算科学センターでは、原子力グリッド基盤(AEGIS)をもとに、核融合研究の実験や解析のための統合フレームワークの確立を目指している。AEGISは、遠隔地の研究者が、インターネットを介して効率的,協調的に研究開発を実施可能とする基盤を提供することを目的にシステム計算科学センターにおいて開発が進められている。統合フレームワークの構築を目指し、われわれは、AEGISを既存の3つのシステム: 実験システム,遠隔データ収集システム,統合解析システムに適用している。実験システムに対しては、JT-60を用いた安全な遠隔実験システムを達成している。遠隔データ収集システムに対しては、LHDのデータ収集・管理システム(LABCOMシステム)とJT-60のデータシステムから得られる実験データを透過的に扱えるシステム構築を進めている。統合解析システムは、異なる研究機関にまたがって異機種計算機環境で実行可能なシステムへと拡張されている。

Effect of equilibrium properties on the structure of the edge MHD modes in tokamaks

相羽 信行; 林 伸彦; 滝塚 知典; 徳田 伸二; 小関 隆久

Journal of Physics; Conference Series, 123, p.012008_1 - 012008_11, 2008/00

https://doi.org/10.1088/1742-6596/123/1/012008

エッジローカライズモード(ELM)の原因の1つである周辺理想MHD不安定性のモード構造に対する平衡量、特にプラズマ断面形状と周辺部ペデスタル領域よりも内側の圧力分布の影響について数値解析を行った。その結果、ペデスタル領域の幅は同じであってもペデスタル領域よりも内側の圧力勾配を大きくすることにより、モード構造がプラズマ中心方向に広がった不安定性が発生すること、さらにこのようなモード構造の広がりはプラズマ断面形状が強く非円形化されている(楕円度・三角度が大きい)方が顕著に表れることを明らかにした。これは、非円形度の大きいプラズマではペデスタルを含むプラズマ周辺領域とそれよりもプラズマ中心に近い領域におけるバルーニングモードの安定化効果の差が大きくなるため、ペデスタル内側における圧力勾配がペデスタル領域における安定限界圧力勾配よりも小さくてもバルーニングモードの安定限界に近づくことが可能となることにより、ペデスタル・ペデスタル内側の各領域を跨いだ構造を持つ不安定モードが現れることが原因であることを示した。