Development of Terminal Joint and Lead Extension for JT-60SA Central Solenoid

村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 古川 真人; 夏目 恭平; 土屋 勝彦; 神谷 宏治; 小出 芳彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4201305_1 - 4201305_5, 2015/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2014.2370101

JT-60Uのマグネットシステムを超伝導に改修するJT-60SA計画が進められている。CSのターミナル接続部はNbSn導体とNbTi導体を接続するシェイクハンド型のラップジョイントを用いて製作される。ターミナル接続部は、CSの上部および下部に配置され、CSシステムの中央に位置するモジュールはターミナル接続部とモジュール間をリードエクステンションと呼ばれる部品を用いて接続される。ターミナル接続部の接続抵抗は核融合科学研究所の大型試験装置を用いて測定した。試験の結果、接続抵抗値はJT-60SAのマグネットシステムの要求値を満足することが確認できた。また、リードエクステンション部およびサポートの構造解析を行い、設計が成り立つことを確認した。本発表では、今回実施した接続抵抗試験の結果およびリードエクステンション部の構造解析の結果について報告する。

Current sharing temperature of central solenoid conductor for JT-60SA under repetition excitation

村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 神谷 宏治; 土屋 勝彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 濱口 真司*; 高畑 一也*; 柳 長門*; et al.

Proceedings of 24th International Cryogenic Engineering Conference (ICEC 24) and International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICMC 2012) (CD-ROM), p.575 - 578, 2012/05

JT-60SA装置の中心ソレノイド(CS)導体は、最大9Tの磁場を受けるため、NbSn素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体により製作される。CS導体の量産に先立ち、超伝導特性の確認を目的に、日本原子力研究開発機構(JAEA)と核融合科学研究所(NIFS)が共同で、分流開始温度(Tcs)測定試験及び4000回までの繰り返し通電を実施した。今回実施したTcs試験及び繰り返し通電試験より、CS導体は十分な超伝導特性を持つこと、繰り返し励磁に対して超伝導特性の劣化を示さないことがわかった。また、本試験結果をもとに実機運転におけるCS導体の温度マージン解析を行った結果、十分な温度マージンを持って運転できることが確認できた。以上より、CS導体の設計及び製造プロセスに問題がないことが確認できたことから、CS導体の量産を開始した。本講演では、Tcs測定試験,繰り返し通電試験及び温度マージン解析の結果について報告する。

Stability margin of NbTi CIC conductor for JT-60SA equilibrium field coil

村上 陽之; 市毛 寿一; 木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 濱口 真司*; 高畑 一也*; 柳 長門*; 三戸 利行*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 21(3), p.1991 - 1994, 2011/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2010.2101032

JT-60SA装置の平衡磁場(EF)コイルは、最大経験磁場が6.2Tと比較的小さいため、NbTi素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体により製作される。実機に使用される導体の量産に先立って、導体の超伝導特性を確認するため、実機導体を用いた性能評価試験を日本原子力研究開発機構(JAEA)と核融合科学研究所(NIFS)が共同で実施し、Tcs(分流開始温度)及びMQE(最小クエンチエネルギー)が測定された。試験の結果、実機導体は設計通りのTcsを持ち平衡磁場コイルの運転に支障がないこと、また運転領域(最大通電電流20kA,最大磁場6.2T)におけるMQEが高く、平衡磁場コイルの運転を安定に行えることが確認できた。本講演ではこれらの性能評価試験について報告する。

強制冷却超伝導導体の交流損失と温度マージンの解析法

市毛 寿一; 村上 陽之; 木津 要; 吉田 清

JAEA-Data/Code 2010-021, 45 Pages, 2010/12

JAEA-Data-Code-2010-021.pdf:6.52MB

超伝導導体は温度上昇すると、超伝導状態が壊れ常伝導転移し、熱的に暴走してクエンチという現象が起こり、超伝導コイルの機能が維持できない。超伝導導体を正常に運転するには、常伝導転移するまでの温度マージンを十分に確保しなければならない。トカマク型核融合用超伝導コイルは、電気絶縁特性と機械強度を満足するために、強制冷却型超伝導導体を用いる。その超伝導導体の臨界特性は、電流及び磁場,温度に依存して大きく変動するため、超伝導導体の温度マージンを全長にわたって推定するには、交流損失などの外部からの入熱を考慮した流体熱析を行う必要がある。本解析法は、導体全長かつ運転の間の超伝導導体の温度マージンを、容易に評価するものである。そのため、超伝導導体が正常に動作するように、冷媒の流量などの冷却条件の検討を可能にして、JT-60SA用超伝導導体の設計研究に大きく貢献できた。

Conductor design of CS and EF coils for JT-60SA

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

https://doi.org/10.1109/TASC.2008.920536

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NbSn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。

JT-60SA平衡磁場コイル用超伝導導体の安定性評価

村上 陽之; 市毛 寿一; 木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 柳 長門*; 今川 信作*; et al.

no journal, , 

JT-60SA装置の平衡磁場(EF)コイルは、NbTi素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体により製作される。実機に使用される導体の量産に先立って、導体の超伝導特性を確認するため、NbTi導体を用いた性能評価試験を日本原子力研究開発機構(JAEA)と核融合科学研究所(NIFS)が共同で実施した。これまでに、NbTi素線の適用可能性を実証するためのプロトタイプ導体と、高磁場(6.2T)を発生するコイルで利用するEF-H導体を対象に、分流開始温度(Tcs)測定試験及び安定性試験の二つの性能評価試験が実施された。Tcs測定試験の結果、素線の臨界電流特性から予測される値とほぼ同じ結果が得られ、導体化による超伝導特性の低下は観測されなかった。また、安定性試験の結果、EFコイルは定格運転条件において非常に安定に運転できることがわかった。本講演ではこれらの性能評価試験について報告する。

強制冷却超伝導導体の温度マージンの解析法の高速化

市毛 寿一; 村上 陽之; 木津 要; 吉田 清

no journal, , 

強制冷却導体を使用する核融合装置用超伝導導体の温度マージンを求めるには、交流損失などの発熱分布を考慮した熱流体解析を行う必要があり、この計算には複数の解析プログラムを用いて、数か月という膨大な時間を要していた。ヘリウム流量の最適化による温度マージンや圧力の解析及び、電流シナリオによる超伝導コイルの運転状態の解析を行うには計算の高速化が求められた。そこで、表計算ソフトのマクロを用いて計算していた交流損失解析について、Fortranプログラムに置き替えた解析コードを作成し、交流損失解析の高速化を行うことで、温度マージン解析の高速化を実施した。その結果、交流損失の計算時間は78hから3hへ25倍の高速化に成功した。本発表では、温度マージン解析法の高速化について述べる。

JT-60SAの超伝導コイル給電機器設計の現状

木津 要; 米田 昌生*; 倉持 勝也; 市毛 寿一; 古川 真人; 吉田 清

no journal, , 

JT-60SA装置の超伝導コイルシステムでは、電源設備からの常伝導ブスバーがコイルターミナルボックス(CTB)と呼ぶコイル端子箱に設置された電流リード(CL)に接続される。また、CLとコイル間を超伝導導体からなる電流フィーダで接続する。CLは冷凍負荷を低減するために、高温超伝導電流リード(HTS CL)を採用し、KIT(独)が製作する。JT-60SA用のHTS CLはW7-X用のものをもとに設計されており、コイル給電機器の設計に種々の制限を与えている。CLの経験磁場の制限により、CTBはCLを垂直に設置する円筒の端子箱部と端子箱とクライオスタットをつなぐポート部により構成され7m程度のフィーダ長となる。このため、冷却による熱収縮によりHTS CLに大きな荷重が加わることが予想された。そこで、フィーダはポート部内で3か所のUベンドを設け、ポート両端部にフィーダの長手方向の変位を拘束する固定サポートを設けた。固定サポート以外は、吊ボルトによる吊下げ構造とした。この設計でCLに加わる荷重を評価し、水平,垂直ともに許容荷重を下回ることを確認した。

JT-60SA CS導体の製作とEF導体の東日本大震災による被災状況

木津 要; 土屋 勝彦; 柏 好敏; 村上 陽之; 市毛 寿一; 淺川 修二; 吉田 清

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、メーカより納入された超伝導撚線とジャケットを研究所内の導体複合化設備で複合化し、コイル製作メーカに導体を支給している。2010年よりプラズマ平衡磁場コイル用実機導体の製作が開始され、2011年9月9日までに26本の導体が製作されている。2011年3月11日の大震災により保管していた22個の導体がほぐれてしまったが、補修を行い利用可能な状態であることを確認した。一方、中心ソレノイド実機用導体製作は、2011年7月より開始され、4本の導体を製作した。

JT-60SAのCS導体の設計と製作

木津 要; 村上 陽之; 土屋 勝彦; 柏 好敏; 市毛 寿一; 吉田 清

no journal, , 

JT-60SAのCS内部の空間確保と、CSの全体の高さを低くするためにヘリウムの入口・出口ともに最外ターンに設置する冷却方法の検討を行った。これより、内部配管はなくなり、絶縁継手の数も半分に削減でき、高さも2.3mに低くできた。この冷却方法により、コイルがクエンチしないかどうかの評価を行い、温度マージンが1K以上という設計条件を満たしていることを確認した。導体製作のために、原子力機構・那珂核融合研究所内に製作設備を2008年に建設した。2011年よりCS導体の製作を開始し現在、238mの導体を1本、466mの導体を6本の1モジュール分の導体の製作が完了した。