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齊藤 徹; 大久保 暁一*; 泉 敬介*; 大川 慶直*; 小林 宣博*; 山崎 亨; 河野 勝己; 礒野 高明
低温工学, 50(8), p.400 - 408, 2015/08
アラミド繊維強化プラスチック(AFRP)は軽量、かつ高強度の長所を有する構造材料として開発されてきた。本研究においては、室温、液体窒素温度(77K)と液体ヘリウム温度(4.2K)中における、鉄筋代替コンクリート補強材として用いられる市販品のAFRPロッドの引張強度を評価するために、張力試験を行った。これまでは極低温環境下での試験において、試験片がつかみ部ジグをすり抜ける現象か生じるため、引張試験を実施することは困難であった。そのため、AFRPロッドの滑りを防ぐために、ジグに樹脂を充填して行った。また、グリップジグを改良し、ロッドの表面処理を行い、AFRPロッドのグリップ力を高めるために極低温用エポキシ樹脂を使うことによって、適切な引張試験条件を確立させた。各温度環境下での引張強さは1100MPa以上を示し、さらに、試験温度の減少に伴いヤング率が増加する温度依存を示した。ヤング率の増加の要因はアラミド繊維がエポキシ樹脂より支配的であることを確認した。
尾関 秀将; 齊藤 徹; 河野 勝己; 高橋 良和; 布谷 嘉彦; 山崎 亨; 礒野 高明
Physics Procedia, 67, p.1010 - 1015, 2015/07
被引用回数：3 パーセンタイル：73.28(Physics, Applied)JAEA is responsible for procurement of the central solenoid (CS) conductor for ITER. The CS conductor is assembled by inserting Nb
Sn superconductor cable into circular-in-square jacket whose material is JK2LB high manganese stainless steel developed by JAEA, and then heat treatment is carried out. In the recent study of NbSn strand, heat treatment for 250 hours at 570 degrees Celsius and 100 hours at 650 degrees is adopted. The effect of 250 hours at 570 degree for JK2LB has not studied yet although the region of 650 degree has already studied, and might be a cause of sensitization. So the characteristics of JK2LB jacket after heat treatment for 250 hours at 570 degree and then 200 hours at 650 degree was studied in terms of mechanical tests at 4K and metallographic tests. The mechanical test results satisfied the requirement of ITER and metallographic tests result showed no remarkable degradation. This study proved JK2LB jacket can be applicable to the heat treatment above.
齊藤 徹; 河野 勝己; 山崎 亨; 尾関 秀将; 礒野 高明; 濱田 一弥*; Devred, A.*; Vostner, A.*
Physics Procedia, 67, p.1016 - 1021, 2015/07
被引用回数：6 パーセンタイル：87.25(Physics, Applied)A suite of advanced austenitic stainless steels are used for the superconductor jacket, magnet casing and support structure in the ITER TF, CS and PF coil systems. These materials will be exposed to cyclic-stress environment at cryogenic temperature. The CS jacket suffers high electromagnetic force with 60,000 cycles during its life time. Therefore, high manganese austenitic stainless steel JK2LB, which has high tensile strength, high ductility, and high resistance to fatigue at 4K has been chosen for the CS conductor. The cryogenic temperature mechanical property data of this material are very important to ITER magnet design but not much data were available. This study is focused on mechanical characteristics of JK2LB and its weld joint. We present results from tensile tests, fracture toughness, fatigue crack growth rate and fatigue at 4K. Test result of tensile tests, fracture toughness, fatigue crack growth rates and fatigue satisfy the ITER requirements.
高橋 良和; 諏訪 友音; 名原 啓博; 尾関 秀将; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; 河野 勝己; 押切 雅幸; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200904_1 - 4200904_4, 2015/06
被引用回数：3 パーセンタイル：20.23(Engineering, Electrical & Electronic)原子力機構はITER中心ソレノイド(CS)コイル用導体の調達を担当し、製作したCS導体をコイル製作担当の米国に送付することになっている。CSコイルは高さ約12m、外径約4mで、6個のモジュールを積み重ねた構造を有する。導体の単長は最大910mであり、通電電流値は13Tの磁場中において40kAである。導体はケーブル・イン・コンジット型と呼ばれるもので、576本のNbSn素線と288本の銅素線で構成される撚線を、矩形の中に円形の穴がある高マンガン鋼(JK2LB)製ジャケットに挿入し、ジャケットを圧縮成型したものである。圧縮成型される前のジャケットは、外寸法51.3mm、穴の直径35.3mm、単長7m、重さ約90kgである。このジャケットは、出荷前に非破壊検査により、最大許容サイズの欠陥がないことを確認する必要がある。内及び外表面の欠陥は、渦電流探傷(ECT)法 で、内部の欠陥は、超音波探傷(UT)法で行われる。UTにおいて、矩形の中に円形の穴がある形状であるので、超音波の入射の方向を工夫する必要があった。表面のECT及び内部のUTについて、その技術と検査実績を報告する。
Sn cable assembled with conduit for ITER central solenoid名原 啓博; 諏訪 友音; 高橋 良和; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200305_1 - 4200305_5, 2015/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Electrical & Electronic)JAEA procures all superconductors for central solenoid (CS) in the ITER project. The cable is inserted into a conduit and compacted with it. During the insertion, the number of the rotation at the point (
) of the TF cable increased linearly to 50 against the inserted cable length (
). At first, of the CS cable also increased linearly by of 150 m. However, the increasing rate declined and the became constant to 30 at 600 m. During the compaction, the number of the rotation at the tail (
) of the CS cable increased linearly to 69 against the compacted cable length (
). It is important to measure not only but also because the rotation affects the twist pitch of the cable (
). After manufacturing the CS conductor, an X-ray transmission imaging made clear the along the whole length of the conductor for the first time. The peaked at the point; thus, a conductor sample should be taken there to investigate the effect of the elongation on the conductor performance.
尾関 秀将; 礒野 高明; 河野 勝己; 齊藤 徹; 川崎 勉; 西野 克巳; 奥野 清; 木戸 修一*; 仙波 智行*; 鈴木 洋三*; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200804_1 - 4200804_4, 2015/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Electrical & Electronic)JAEA is planning performance test of 50 m Toroidal Field (TF) conductor of ITER using Central Solenoid Model Coil (CSMC) test facility at Naka-site in Japan. In order to test the conductor, "TF Insert Coil" (TFIC) is under fabrication in cooperate with Hitachi, Ltd. TFIC is a solenoid coil wound in 1.44 m diameter. It is going to be installed into the bore of CSMC, whose maximum magnetic field is 13 T. The maximum driven current of TFIC is 68 kA. In order to prepare for fabrication of TFIC, several trials of components including windings, removal of Cr plating of the strands, welding and compaction of terminal sleeve were carried out for process qualification. The results of trials showed that the winding dimater satisfied its criterion, the Cr plating was clearly removed using non-woven cloth soaked into HCl solution, the mechanical strengths at 4 K of welds at the terminal were enough. Eventually, the fabrication process qualification of TFIC was completed.
下野 貢; 宇野 康弘; 山崎 敬太; 河野 勝己; 礒野 高明
JAEA-Testing 2014-004, 62 Pages, 2015/03
JAEA-Testing-2014-004.pdf:16.03MB
ITER CSモデル・コイル試験装置は、ヘリウム冷凍機システム, 直流電源システム, 真空システム及び計測システムで構成される。直流電源システムは、CSモデル・コイルとインサート・コイルの2つの超伝導コイルに電流を供給するシステムで、CSモデル・コイルへの通電のために50kA直流電源1台、インサート・コイルへの通電のために30kA直流電源2台が設置されている。ITERトロイダル磁場(TF)コイルの定格電流は68kAであるため、その試験のために、インサート・コイルの系統を改修した。改修点は、10kA直流電源の追加、直流遮断器の増力、ブスバーの更新及び電流検出器の更新である。これらの改修に伴い、操作マニュアルも改訂した。
海老澤 昇; 木内 重巳*; 菊池 勝美*; 河野 勝己; 礒野 高明
JAEA-Testing 2014-003, 37 Pages, 2015/03
JAEA-Testing-2014-003.pdf:11.7MB
ITER CSモデル・コイル試験装置は、直径1.5mの空間に13Tの高磁場を発生する 中心ソレノイド(CS)モデルコイルを用いて核融合炉用超伝導導体の試験を行うための装置であり、大別するとヘリウム冷凍機システム、電源システム、真空システム及び計測システムで構成される。本報告は、上記ヘリウム冷凍機システムについて、2011年3月に発生した東日本大震災から2012年12月に行われたヘリウム液化試験運転までの期間を対象に本システムの整備状況についてまとめた。
Sn conductors for toroidal field coils in ITER名原 啓博; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 諏訪 友音; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.6000605_1 - 6000605_5, 2014/06
被引用回数：7 パーセンタイル：39.51(Engineering, Electrical & Electronic)ITERトロイダル磁場コイル用NbSn超伝導導体は、超伝導物質であるNbSnを生成するための熱処理を必要とし、その熱処理パターンによって導体性能が変わり得る。そこで、従来の熱処理パターンで得られていた導体性能に比べ、熱処理パターンの最適化による導体性能の向上を試みた。まず、導体を構成する超伝導素線を対象とし、臨界電流,ヒステリシス損失,残留抵抗比に関して、最適な熱処理パターンを見いだした。次に、その最適な熱処理パターンを短尺の導体サンプルに適用し、実規模導体試験装置を用いて導体性能の試験を行った。その結果、繰返し負荷に対する分流開始温度の低下度合いは、従来の熱処理パターンに比べて小さく抑えることができた。また、交流損失は従来の熱処理パターンとほぼ同じ値を維持することができた。本試験で用いた導体サンプルは、ITERの調達取り決め(PA)における量産段階の導体から切り出したものであり、ともにPAの合格基準を満足することができた。
Sn conductor for ITER central solenoid高橋 良和; 名原 啓博; 尾関 秀将; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; 河野 勝己; 押切 雅幸; 宇野 康弘; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4802404_1 - 4802404_4, 2014/06
被引用回数：25 パーセンタイル：72.88(Engineering, Electrical & Electronic)ITER計画において、原子力機構は中心ソレノイド(CS)コイル用導体の調達を担当している。導体の単長は最大910mであり、通電電流値は13Tの磁場中において40kAである。導体はケーブル・イン・コンジット型と呼ばれるもので、576本のNbn素線と288本の銅素線で構成される撚線を、矩形の中に円形の穴がある高マンガン鋼(JK2LB)製ジャケットに挿入し、ジャケットを圧縮成型したものである。撚線は5段階の撚線で構成され、6本の4次撚線を中心チャンネルの周りに撚り合せたものである。最近、従来の設計より短い撚りピッチの撚線の導体が短尺導体試験(サルタン試験)において繰り返し通電による超伝導性能劣化がない非常に良い特性を示した。しかし、撚りピッチが短いため、同じ外径の撚線を製作するには、より大きなコンパクションを撚線製作時に加える必要があるので、コンパクション・ローラを工夫し、超伝導素線へのダメージを小さくする必要がある。本講演では、この短い撚りピッチの撚線の製作技術及び素線へのダメージの検査方法などについて報告する。
Sn conductors for ITER toroidal field coils in Japan高橋 良和; 名原 啓博; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 松井 邦浩; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 押切 雅幸; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 23(3), p.4801504_1 - 4801504_4, 2013/06
被引用回数：11 パーセンタイル：50.58(Engineering, Electrical & Electronic)ITER計画において、原子力機構は2010年3月からトロイダル磁場(TF)コイル用導体を調達している6極の中で、先駆けて実機導体の製作を開始した。TFコイルは高さ14m,幅9mで、7個のダブルパンケーキから構成されている。導体の単長は最大760mであり、通電電流値は11.8Tの磁場中において68kAである。導体はケーブル・イン・コンジット型と呼ばれるもので、900本のNbSn素線と522本の銅素線で構成される撚線を円形のステンレス製ジャケットに挿入し、ジャケットを圧縮成型したものである。完成した導体の撚線の撚りピッチが、撚線製作時のピッチより長いことがわかった。この原因を究明するため、撚線の引張試験や引込中の撚線の回転測定などを行った。この結果、撚線をジャケットに挿入している間に、撚線が撚り戻る方向に回転したために、長くなったことが解明された。これらの結果を定量的に報告する。
Sn conductors for ITER central solenoids名原 啓博; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 高橋 良和; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 23(3), p.4801604_1 - 4801604_4, 2013/06
被引用回数：10 パーセンタイル：48(Engineering, Electrical & Electronic)ITER中心ソレノイド用NbSn導体の性能試験を行った。定格負荷の10000サイクルの間、導体の分流開始温度はサイクル数に対してほぼ直線的に低下した。一方、70%の負荷のサイクルでは分流開始温度はほとんど低下しなかった。また、85%の負荷のサイクルでも分流開始温度はほとんど低下しなかったが、急に0.2Kも低下する現象が見られた。これは素線の何らかの大きな変形が導体内部で生じたものと考えられる。ACロスはTFコイル用導体の約4分の1に低下し、撚線のツイストピッチを短くした効果が現れた。性能試験後にサンプルを解体したところ、高磁場領域でNbSn素線が大きく変形していることを確認した。
上野 健一; 松井 邦浩; 西野 徹; 礒野 高明; 奥野 清
Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405062_1 - 2405062_5, 2013/05
原子力機構は国内実施機関(JADA)として、ITERのTFコイル構造物,一部のコイル巻線及びTFコイル組立作業について調達を担当している。TFコイル製作はITERファーストプラズマに対するスケジュール上のクリティカルパスとなっており、スケジュールの観点からも重要な機器である。このためTFコイル製作についてリスク評価を行い、リスクの管理,低減が必要である。今回JADAは、これまでのモデルコイルや低温産業界の知見をもとにリスク評価を行った。その結果、TFコイル製作上のリスクは、適切な設計を行い、試作を通じて製造手法,品質管理手法を検証し、それをもとにプロトタイプの製作を行うことにより低減できることを確認した。
中嶋 秀夫; 辺見 努; 井口 将秀; 名原 啓博; 松井 邦浩; 千田 豊; 梶谷 秀樹; 高野 克敏; 礒野 高明; 小泉 徳潔; et al.
Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/03
ITER機構及び6国内機関(中国,欧州,日本,韓国,ロシア,米国)は、協力してITERマグネット・システムを製作している。日本,ロシア,中国,韓国は既に実機の超伝導導体の製作を実施している。TFコイル用のラジアルプレートの製作では、欧州及び日本で品質検証が終了し、実機施策の準備が整った。日本は1/3サイズの試作ダミー巻線を実機大ダミー巻線試作の前に実施し、製作方法を検証した。欧州では、実機製作に必要な治具類の準備とその性能検証が進行中である。また、日本は、2個の実機大TF構造物を試作し、製作方法の最適化と工業化を実施した。コレクション・コイルの製作進捗はTFコイル同様に順調であり、巻線治具等の準備はほとんど終了し、品質検証が開始された。その他のマグネットにおいても、2020年の初期プラズマ点火達成に向けて、順調に製作が進んでいる。
布谷 嘉彦; 名原 啓博; 松井 邦浩; 辺見 努; 高橋 良和; 礒野 高明; 濱田 一弥; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4803804_1 - 4803804_4, 2012/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Electrical & Electronic)核融合炉に用いられるCIC超伝導導体のコンジット表面の電圧と超伝導撚線の電界との関係について詳しく考察し、電圧タップによる臨界電流特性の評価方法を確立した。コンジット表面の電圧タップで計測する電位は、コンジットの抵抗と素線-コンジット間の抵抗により定まる電圧タップ近傍の面領域で、コンジットに接する複数の素線の平均電位となるため、緩和された電位となる。ここで、撚りの効果のために各素線は導体内に均一に分布していると見なせることに着目すると、ある素線の長手方向の電界の分布を断面内の分布に置き換えて考えることができ、統計的な処理が可能となる。その結果、導体長手方向の2箇所に位置する電圧タップ対により測定される電圧は統計的な誤差を含む形で表せることを見いだし、電圧タップと撚線の電位についての一般的な関係式を導出することができる。本関係式を用いることにより、撚線の電界を正確に把握でき、導体の臨界電流特性を評価できる。これまでに測定したITER用超伝導導体の実験結果を紹介し、関係式の有効性について述べる。
Sn conductors for ITER toroidal field coils in Japan高橋 良和; 礒野 高明; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 名原 啓博; 松井 邦浩; 辺見 努; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 押切 雅幸; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4801904_1 - 4801904_4, 2012/06
被引用回数：7 パーセンタイル：41.4(Engineering, Electrical & Electronic)ITER計画において、原子力機構は2010年3月からトロイダル磁場(TF)コイル用導体を調達している6極の中で、先駆けて実機導体の製作を開始した。TFコイルは高さ14m,幅9mで、7個のダブルパンケーキから構成されている。導体の単長は最大760mであり、通電電流値は11.8Tの磁場中において68kAである。導体はケーブル・イン・コンジット型と呼ばれるもので、900本のNbSn素線と522本の銅素線で構成されている。2010年12月までに、約60トンのNbSn素線を製作した。これは、日本の分担分の約55%に相当する。また、11本の実機導体を製作し、日本分担分(33本)の約30%に相当する。実機導体は、ほぼ毎月1本ずつ製作している。本発表では、760mの銅ダミー導体の製作を通して確立した導体製作技術を中心に、高品質を確保する品質管理技術などの量産技術を紹介する。この量産体制の確立は、ITER建設の推進に大きく貢献している。
濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 高橋 良和; 河野 勝己; 齊藤 徹; 押切 雅幸; 宇野 康弘; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203404_1 - 4203404_4, 2012/06
被引用回数：17 パーセンタイル：63.98(Engineering, Electrical & Electronic)ITER計画において、原子力機構は、日本のITER国内機関として、中心ソレノイド導体の調達を担当している。CS導体は、外形49mm角,内径32.6mmの矩形円管(ジャケット)に直径0.8mmのNbSn超伝導素線576本と銅線288本を束ねたケーブルを挿入した構造である。ジャケット材料には日本が開発した高マンガンステンレス鋼であるJK2LBを使用する。導体は、(1)51.3mm角,長さ7mのジャケットを溶接接続して900mの直線管を製作し、(2)ケーブルを引き込み,(3)外形を49mm角に圧縮成形(コンパクション)しながら直径4mに仮巻きして製作する。仮巻きされた導体は、米国に送付され、中心ソレノイドコイルに仕上げられてITERに組み込まれる。導体製作を開始する準備作業として、(1)ジャケット機械試験,(2)溶接材料選定のための溶接試験,(3)100mのケーブルを用いた滑り摩擦係数の測定,(4)コンパクション及び巻き取り後の断面変形特性試験、を実施した。これらのR&Dにより、中心ソレノイド導体の調達開始のための製作技術を確認でき、調達準備が整った。
辺見 努; 布谷 嘉彦; 名原 啓博; 吉川 正敏*; 松井 邦浩; 梶谷 秀樹; 濱田 一弥; 礒野 高明; 高橋 良和; 小泉 徳潔; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4803305_1 - 4803305_5, 2012/06
被引用回数：45 パーセンタイル：85.83(Engineering, Electrical & Electronic)ITER CS導体の性能評価及び設計の妥当性を検証するため、スイスのCRPPが所有するサルタン試験装置でCS導体の性能試験を実施した。分流開始温度(Tcs)測定は試験開始時、6000回までの繰り返し通電試験の間及び昇温再冷却後にTcsの測定を実施したところ、1000回までの繰り返し通電試験の結果から測定されたTcsはNbSn素線の性能と設計歪から推定されたTcsを満足した。しかし、継続的なTcsの低下が観測され、1000回から6000回の繰り返し通電によるTcsの低下は約0.6Kであった。一方、2000年に原子力機構で実施したCSインサート試験では、1000回から10000回まで繰り返し通電によるTcsの劣化は約0.1Kであり、同様の低下は確認されていない。Tcsの低下の原因を調査するために、(1)中性子回折による歪測定、(2)切断によるジャケットの歪測定、(3)素線分解調査、(4)フィラメントの破断状況、(5)計算モデルの構築と解析についてCS導体試験サンプルの調査を実施した。その結果、低下の原因が試験サンプルの短尺形状及び狭い磁場分布に起因する試験方法にあることを示した。
Sn conductors for ITER toroidal field coils名原 啓博; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 高橋 良和; 松井 邦浩; 辺見 努; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 海老澤 昇; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4804804_1 - 4804804_4, 2012/06
被引用回数：18 パーセンタイル：65.46(Engineering, Electrical & Electronic)ITER TFコイル用NbSn導体のうち、原子力機構は日本の国内実施機関として415mの導体を9本、760mの導体を24本調達する。調達の第一段階として、TF導体の製作能力を確認するため、長さ4mの導体を2本組合せてサンプルを製作し、SULTAN装置を使って試験した。その結果、各導体の最小の分流開始温度
は6.22Kと6.02Kであり、設計値(5.7K)を満たすことを確認した。そこで原子力機構はTF導体の量産を開始し、まず100mの導体と415mの導体を製作した。第二段階として、量産プロセスの適切性を確認するため、これら2本の導体からそれぞれ4mの導体を切り出し、SULTAN装置で試験した。その結果、各導体の最小のは6.16Kと5.80Kであり、設計値を上回ったことで、量産プロセスが適切であることを実証した。
Sn超伝導素線の量産と品質管理名原 啓博; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 宇野 康弘; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 都竹 星志*; 田川 浩平*; 宮下 克己*; et al.
低温工学, 47(3), p.140 - 146, 2012/03
日本はITER TFコイル用超伝導導体の25%を調達する。この導体に使用するNbSn超伝導素線の全長は約23,000kmにも及び、これまでにない規模の大量生産であるため、品質管理が非常に重要となる。統計的プロセス管理により製作の均一性を逐次チェックすることで量産における素線性能のバラつきを抑え、また原子力機構で素線性能のダブルチェックを実施するなど、厳格な品質管理を行っている。超伝導素線は2008年から2社で製作しており、両社とも素線性能の安定した製作が実現され、また量産を経て製作の歩留まり改善にも成功している。2011年10月の時点で既に日本分担分の約72%を製作しており、今後も引き続き、品質を確保しながら調達を進めて行く。
