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論文

Basic study on surface chemical combination between beryllium metal and hydrogen isotope gas, 2

伊藤 正泰; 北岸 茂; 塙 善雄; 土谷 邦彦; 波多野 雄治*; 松山 政夫*; 長坂 琢也*; 菱沼 良光*

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2011 - March 2012, P. 535, 2012/12

ベリリウムは、多くの材料試験炉において減速材や反射体として利用される一方、核融合炉では、プラズマ対向機器の保護壁や中性子増倍材として開発が進められている。このため、ベリリウムの純水やガス環境に対する相互作用(表面化学結合状態)や機械的性質,化学的性質などの特性を評価する必要がある。本研究では、純水下での長寿命化の検討のため3種類のベリリウム試料(S-200F, S-65H, I-220H)を作製し、腐食試験及び表面分析を実施した。その結果、それぞれのベリリウム試料において腐食試験による表面の変化が観察され、BeOの含有量や結晶粒径に影響していることがわかった。

論文

Basic study on surface chemical combination between beryllium metal and hydrogen isotope gas

土谷 邦彦; 北岸 茂; 伊藤 正泰; 塙 善雄; 波多野 雄治*; 松山 政夫*; 長坂 琢也*; 菱沼 良光*

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2010 - March 2011, P. 545, 2011/11

核融合炉用固体増殖ブランケットでは、金属ベリリウム(Be)が中性子増倍材の第一候補であり、Be-水反応に対する検討が求められている。一方、材料試験炉(JMTR)には、中性子束を高めるために中性子反射体として金属ベリリウム枠が使用され、長寿命化の検討が行われている。本研究では、Be-水反応に対する相互作用(表面化学結合状態)を解明するために浸漬試験を行った。3種類の製造方法の異なった金属ベリリウム(S-200F, S-65H及びI-220H)を準備し、浸漬試験後の金属ベリリウム表面はX線回折及びXPSにて結晶構造及び化学結合を分析した。その結果、3種類の金属ベリリウム表面にBe(OH)$$_{2}$$と考えられる白い反応物が生成していた。重量変化率の評価より、反応物の生成量はI-220Hが最も少なく、反応物の生成は製造方法やBeO含有量等に影響していることがわかった。

論文

Evaluation of bending strain dependence of critical current of Nb$$_{3}$$Al conductor for coils with react-and-wind method

木津 要; 土屋 勝彦; 島田 勝弘; 安藤 俊就*; 菱沼 良光*; 小泉 徳潔; 松川 誠; 三浦 友史*; 西村 新*; 奥野 清; et al.

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.1493 - 1499, 2007/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.87(Nuclear Science & Technology)

大型超伝導コイルでは、大きな電磁力が発生するので、電磁力支持,電気絶縁の観点から、超伝導素線を数百本撚り合わせたケーブルを、金属製の鞘(コンジット)に納めたケーブル・イン・コンジット(CIC)型の超伝導導体を使用している。CIC型導体では冷却によるコンジットとケーブルとの熱収縮差に起因する熱歪,導体の曲げによる曲げ歪の影響が問題となる。しかしながら、超伝導コイルでは熱歪や曲げ歪を変化させることはできないので、コイル試験では、超伝導工学上重要な、臨界電流値と熱歪・曲げ歪の関係を幅広い領域で評価することは困難であった。そこで、本研究では、液体ヘリウムにより冷却されたCIC導体サンプルに、クライオスタット外部からシャフトを介してねじりを加えることを可能にする試験装置を開発した。この新しい試験装置に、ねじりばね状のNb$$_{3}$$Al CIC導体サンプルを取り付け、ねじることにより、サンプルに引張り・圧縮歪、及び曲げ歪を連続的に印加し、臨界電流と歪の関係を測定することに成功した。また、本研究の結果より、CIC型導体中の撚り線の歪緩和機構が存在することが明らかとなった。

論文

Effects of tensile and compressive strain on critical currents of Nb$$_{3}$$Al strand and cable-in-conduit conductor

木津 要; 土屋 勝彦; 島田 勝弘; 安藤 俊就*; 菱沼 良光*; 小泉 徳潔; 松川 誠; 三浦 友史*; 西村 新*; 奥野 清; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.872 - 875, 2006/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.39(Engineering, Electrical & Electronic)

Nb$$_{3}$$Al素線の臨界電流値(Ic)は歪みにより減少する。ケーブル・イン・コンジット導体(CICC)中の素線には熱歪みと曲げ歪みが加わる。しかしながら、JT-60定常高ベータ化計画のR&Dにおいてリアクト・アンド・ワインド法によって製作されたNb$$_{3}$$Al-D型コイルにおいては、0.4%の曲げ歪みが印加されてもIcは減少しないことが見いだされている。これは、素線の曲げ歪みがケーブル効果により緩和したことを示唆している。CICCのIcに対する曲げの効果を評価するためには、素線に対する引張り・圧縮歪みの効果と、CICC中の素線の歪み緩和効果を調査する必要がある。そこで本研究では、素線及びCICCサンプルに引張り・圧縮歪みを印加できる装置を開発した。サンプルはベリリウム銅製のねじりコイルばね形状のサンプルホルダー表面に取り付けられ、ホルダーをねじることで歪みが印加される。CICCサンプルを取り付け可能とするために82mm径のサンプルホルダーを製作した。Nb$$_{3}$$Al素線サンプルのIcを外部磁場6$$sim$$12T,歪み-0.86%$$sim$$+0.18%の範囲で測定することに成功した。外部磁場11T,歪み-0.86%でのIcは歪み0%の65%に減少することが見いだされた。

論文

Irradiation effect of 14 MeV neutron on interlaminar shear strength of glass fiber reinforced plastics

西村 新*; 菱沼 良光*; 妹尾 和威*; 田中 照也*; 室賀 健夫*; 西嶋 茂宏*; 片桐 一宗*; 竹内 孝夫*; 進藤 裕英*; 落合 謙太郎; et al.

AIP Conference Proceedings 824, p.241 - 248, 2005/09

国際熱核融合実験炉の設計では中性粒子ビーム入射のポートからの放射線ストリーミングによる影響で超伝導コイルで使用されるガラス繊維強化プラスチックが中性子及び$$gamma$$線に曝される。放射線照射による有機絶縁材料の材料強度の劣化は超伝導コイルシステムの健全性に大きな影響を与える可能性がある。本研究では日本原子力研究開発機構DT中性子源FNSによる14MeV中性子照射及び大阪大学のCo-60線源による$$gamma$$線照射実験を実施し、候補ガラス繊維強化プラスチックG-10CRの割裂強度の推定及び層間せん断強さの実験的検証を行った。その結果、1MGy以上のCo-60$$gamma$$線照射に関しては劣化が確認されたが、本研究でのDT中性子照射量(3$$times$$10$$^{19}$$n/m$$^{2}$$)内での材料的劣化は認められなかった。

口頭

Nb$$_{3}$$Al素線とケーブル・イン・コンジット導体の臨界電流に対する引張り・圧縮歪みの影響

木津 要; 安藤 俊就*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 島田 勝弘; 妹尾 和威*; 高畑 一也*; 玉井 広史; 土屋 勝彦; 西村 新*; et al.

no journal, , 

トカマク国内重点化装置トロイダル磁場コイルの候補線材であるニオブアルミ(Nb$$_{3}$$Al)素線とケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の引張り・圧縮歪みによる臨界電流(Ic)の変化を測定することを目的に、コイルばね状に成形したベリリウム銅製サンプルホルダー,ホルダーの外表面に取り付けられる超伝導サンプル、及びこれらのサンプルに低温中で連続的に異なる歪みを印加し、Ic特性を取得できる新たな実験装置を製作した。サンプルは、サンプルホルダーの外表面にNb$$_{3}$$Al素線を取り付けたもの(素線サンプル)と、Nb$$_{3}$$Al素線2本,銅線1本をステンレス鋼製のコンジットに入れたCIC導体をサンプルホルダーに取り付けたもの(CICサンプル)を製作した。これより素線サンプルは-0.88%$$sim$$+0.15%の、CICサンプルは-0.91%$$sim$$+0.26%の歪み領域のIcの測定に成功し、Nb$$_{3}$$Alの歪みによるIcの減少がニオブスズより小さいことを確認した。また、素線サンプルとCICサンプルの臨界電流密度(Jc)の比較よりCICサンプルの歪みによるJcの減少は素線サンプルより緩やかであるという結果が得られた。これはCIC導体中の素線の歪みの緩和を示唆しており、導体中の素線が撚られていることに起因すると推察される。

口頭

スプリング法で測定したNb$$_{3}$$Al CIC導体の臨界電流密度の歪依存性

木津 要; 安藤 俊就*; 土屋 勝彦; 島田 勝弘; 松川 誠; 玉井 広史; 小泉 徳潔; 奥野 清; 西村 新*; 菱沼 良光*; et al.

no journal, , 

Nb$$_{3}$$Alケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の臨界電流値(Jc)の曲歪による影響に関する研究の一環として、スプリング法によるCIC導体に歪印加する装置を製作し、2本のNb$$_{3}$$Al素線と1本の純銅線の3本線からなるNb$$_{3}$$Al CIC導体サンプルについて臨界電流値と歪の関係について測定を行った。その結果、Nb$$_{3}$$Al CIC導体は、Nb$$_{3}$$Al素線より歪に対してJcの低下が小さいことが確認された。本結果はコイルの設計付近の-0.7%歪みにおいてのJcが0.2%程度ずれた値に相当することを示している。

口頭

Irradiation effect of D-T neutron on superconducting magnet materials for fusion

西村 新*; 菱沼 良光*; 妹尾 和威*; 田中 照也*; 室賀 健夫*; 西嶋 茂宏*; 片桐 一宗*; 竹内 孝夫*; 進藤 裕英*; 落合 謙太郎; et al.

no journal, , 

燃焼プラズマ核融合装置では強い磁場強度と燃焼プラズマを維持するための超伝導磁石システムが利用される。この核融合装置ではプラズマを高温にするためにNBIや電子サイクロトロン共鳴装置等の加熱装置が大型ポートに設置される。そのため超伝導磁石冷却用のクライオスタットがDT核融合中性子に曝され、超電導材料にダメージを与えることが懸念される。中性子照射による候補超伝導材料の劣化特性メカニズムを検証及び照射による超伝導材料への効果のデータを構築するために、日本原子力研究開発機構の核融合中性子源FNSによる超伝導材料照射実験を行いその照射影響を調べた。その結果、中性子照射による臨界温度の低下が観測されたものの、ITERクラスでは問題とならないことを確認した。

口頭

Nb$$_{3}$$Al CIC導体のIcの曲歪み依存性

木津 要; 安藤 俊就*; 土屋 勝彦; 島田 勝弘; 松川 誠; 玉井 広史; 小泉 徳潔; 奥野 清; 西村 新*; 菱沼 良光*; et al.

no journal, , 

Nb$$_{3}$$Alケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の臨界電流値(Ic)の曲歪による影響に関する研究を核融合科学研究所のLHD計画共同研究の支援を得て行っている。すなわち、スプリング法によるCIC導体のIcの曲げ歪み効果を、0から約0.6%まで4.2Kの温度で連続的に測定できる装置を製作し、今回実験を行って、貴重なデータを得た。本報では、導体を剛体と仮定して、導体内の磁場分布,歪み分布を考慮したIc計算を試み、実験結果との比較検討を行った結果を報告する。実験結果では、9, 10, 11Tのいずれの外部磁場でも約0.6%の歪みまでほとんどIcは曲歪みによる影響がなかったが、計算では0.5%の曲歪みにおいて、9Tで約20%、11Tで約30%のIcの低下が見られ、実験結果と大きな違いがみられた。そこで、曲歪みの中心軸が導体の中心からずれた場合について計算を行った。実験結果と最も一致する計算値は導体の曲げ加工する内側方向に3.5mm中心軸がずれた場合である。しかし、このズレ値が正しいかの判断は0.6%以上での実験結果での検証が必要である。以上のように実験結果は予想される計算結果より曲加工に影響されないことが明らかになった。

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