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論文

Development of the ITER toroidal field coil winding pack in Japan

小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 松井 邦浩; 辺見 努; 高野 克敏; 奥野 清; 長谷川 満*; 角井 日出雄*; 仙田 郁夫*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 20(3), p.385 - 388, 2010/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.25(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER-TFコイルの巻線部では、ラジアル・プレート(RP)に導体を挿入した後にカバー・プレート(CP)を被せて、RPとCPをレーザー溶接する。RPが高さ14m,幅9mの大型構造物であるのに対して、CPの製作公差として0.3mmの高精度が要求されている。機械加工でCPを製作する場合、このような高精度の加工が可能だが、製作コストが高くなるという問題があった。そこで、直状のCPを引抜加工で製作し、これを曲げ加工する方法を開発した。これにより、目標製作精度の0.3mmを達成するとともに、製作コストの合理化を図ることができた。また、サイド・ダブル・パンケーキ(DP)のCP溶接による変形を解析により評価した結果、サイドDPでは、上下面で溶接部が非対称となっているため、大きな面外変形が発生することが判明した。そこで、溶接部が少ない面に捨て溶接を行うことで、面外変形を抑えられることがわかった。これまでに実施した試作試験及び以上の成果から、原子力機構は2008年11月にITER-TFコイルの調達取決めに調印し、調達に着手した。

論文

Development of optimum manufacturing technologies of radial plates for the ITER toroidal field coils

中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 奥野 清; 阿部 加奈子*; 清水 辰也; 角井 日出雄*; 山岡 弘人*; 丸山 直行*; 高柳 貞敏*

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.1473 - 1480, 2007/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.65(Nuclear Science & Technology)

ITERのトロイダル磁場コイルでは、コイルに作用する大電磁力を支えるため、外径約14m$$times$$9m,幅約611mm,厚さ約112mmのラジアル・プレートと呼ばれる両側に溝を加工したD型の大型ステンレス構造物が使用される。このような大型のステンレス構造物の製作経験はこれまでにないことに加え、ラジアル・プレートには平面度2mm以内という厳しい製作精度が要求される。さらに、9コイル分のラジアル・プレート63個を約4年という短期間で製作する必要があり、ラジアル・プレートの製作方法の最適化がITER実現には必須となる。そこで、原子力機構では、ラジアル・プレートの製作方法を検討するとともに、必要となる製作技術の開発を行い、最適製作方法を考案した。本発表では、製作技術開発のために実施した試験の結果とこの結果に基づいて考案した最適製作方法について発表する。

論文

Manufacturing study and trial fabrication of radial plate for ITER toroidal field coil

阿部 加奈子*; 中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 奥野 清; 角井 日出雄*; 山岡 弘人*; 丸山 直行*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.807 - 810, 2006/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:43.91(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERのTFコイルは68kA, 11.8Tで運転されるため、巨大な電磁力が発生する。この電磁力を支持するために、TFコイル導体はTFコイルケース内のラジアルプレート(RP)と呼ばれるD型構造体(13.8m$$times$$8.7m,幅610mm,厚み112mm)に加工された溝に埋め込まれる。RPは大型のため、複数の圧延板を既存加工機が使用できる大きさに溶接接合して、溝を機械加工し、最終的に溶接で一体化する製作方法が考えられる。原研は、実現可能なRP製作方法を検討するとともに、RPの加工方法及び加工時間を評価するために、実機RP素材である316LNを用いて、加工条件や工具寿命を測定した。また、高溶着TIG溶接と、溶接部の収縮を最小にするレーザー溶接の適用性を検討し、実際に316LNで溶接を行い溶接性や変形,溶接速度等を実測した。これらのR&Dに基づき、実機と同じ溝寸法を持つ小規模RP(750mmW$$times$$1000mmL,11溝)を試作し、製作方法を検証した。完成したRP試作体の平面度は1mm以下であることを確認した。以上の結果、RPの現実的な製作方法についての見通しを得た。

論文

Present status of the liquid lithium target facility in the international fusion materials irradiation facility (IFMIF)

中村 博雄; Riccardi, B.*; Loginov, N.*; 荒 邦章*; Burgazzi, L.*; Cevolani, S.*; Dell'Ocro, G.*; Fazio, C.*; Giusti, D.*; 堀池 寛*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.202 - 207, 2004/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:30.37(Materials Science, Multidisciplinary)

国際核融合材料照射施設(IFMIF)は、重陽子-リチウム(Li)反応による加速器型中性子源であり、国際協力で3年間の要素技術確証フェーズ(KEP)を2002年末まで実施した。本報告では、液体LiターゲットのKEP活動の結果、それを反映した設計と今後の展望について述べる。液体Li流動特性評価のための水模擬実験及び液体Li流動実験,液体リチウム純化系開発のためのトリチウムと窒素不純物制御用材料特性評価,放射化したターゲットアセンブリの交換のための遠隔交換アームの概念設計と基礎実験,安全性評価,計測系の概念検討等を実施した。KEP活動に続いて、Liターゲットの長時間安定運転を実証するため、移行期間を経てLi試験ループを中心とした工学実証・工学設計フェーズを開始する予定である。

論文

Status of activities on the lithium target in the key element technology phase in IFMIF

中村 博雄; Burgazzi, L.*; Cevolani, S.*; Dell'Ocro, G.*; Fazio, C.*; Giusti, D.*; 堀池 寛*; 井田 瑞穂*; 角井 日出男*; Loginov, N.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 307-311(2), p.1675 - 1679, 2002/12

本報告では、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の要素技術フェーズ(KEP)として、日本,欧州,ロシアの国際分担で実施中の液体リチウム(Li)ターゲット系の要素技術確証試験とその設計の現状について述べる。Liターゲット系の重要課題は、10MW入熱による超高熱負荷(1GW/m$$^{2}$$)の除熱のための最大20m/sの自由表面Li流の長時間安定維持の実現である。そのため、日本ではLi流を模擬したジェット水実験により、2段絞りノズル形状の妥当性を明らかにし、ターゲットノズルの設計及びLi流実験計画に反映させた。また、Liループの過渡解析を行い、制御系の運転条件を定めた。なお、欧州では、流動中の泡測定,不純物制御実験,安全解析等を実施中である。ロシアは、Liループ実験計画を検討中であり、これらの3極の活動の進展について総合的に報告する。

論文

Status of activities on the lithium target in the key element technology phase in IFMIF

中村 博雄; Burgazzi, L.*; Cevolani, S.*; Dell'Ocro, G.*; Fazio, C.*; Giusti, D.*; 堀池 寛*; 井田 瑞穂*; 角井 日出雄*; Loginov, N.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part.2), p.1675 - 1679, 2002/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.16

国際核融合材料照射施設(IFMIF)は、重陽子-リチウム(Li)反応による加速器型中性子源であり、国際協力で3年間の要素技術確証フェーズ(KEP)を2002年末までの予定で実施中である。本報告では、KEPの結果を反映させた液体Liターゲットの最近の結果と今後の展望について述べる。連続運転に対応したLiループ構造を定めるため、Liループ配管の熱応力解析を行い、過大な熱応力が発生しない配置を定めた。また、ビーム緊急停止時の過渡解析を実施し、Li固化防止に必要な有機冷媒1次冷却系及び水の2次冷却系温度制御条件を定めた。Li純化系では、KEPの結果をもとに、材料の腐食に影響するLi中の窒素不純物制御用として、新たにCrホットトラップの検討を行うとともに、トリチウム制御用のイットリウムホットトラップの仕様を定めた。さらに、放射化したターゲットアセンブリの交換のための遠隔交換アームの概念設計を行い、基本構造を定めた。KEPに続いて、Liターゲットの長時間運転を実証するため、2003年の移行期間を経て2004年からLi試験ループを中心とした技術実証を開始する予定である。

口頭

ITER超伝導コイル用316LN溶接継手の溶接変形と継手性能

中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 高野 克敏; 堤 史明; 河野 勝己; 奥野 清; 山岡 弘人*; 角井 日出雄*; 中村 泰三*; 守永 康人*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構は、国際熱核融合実験炉(ITER)の建設においてトロイダル磁場コイル(TFコイル)の製作を分担する。TFコイルは高さ約14m,幅約9mの大型溶接構造物となり、コイル容器と支持構造物、及びラジアル・プレートの二つに大別される。前者では狭開先TIG及び電子ビーム溶接、後者ではレーザー・ビーム溶接を主として使用するが、両者において、溶接変形を抑え、かつ、極低温での強度・靱性を確保できる溶接技術の開発が必要不可欠となる。このため、製作メーカーと協力して、TFコイルで使用する316LN鋼を用いた溶接技術の開発を進めており、レーザー・ビーム溶接技術では、角変形を抑え、局所的な溶接変形(0.6mm以内)のみに抑えることが可能な溶接技術の開発に成功し、大型D型溶接構造物であるラジアル・プレートを精度よく製作する方法に見通しを得た。本講演では、これまでに得られたITER超伝導コイル用316LN溶接継手の溶接変形及び継手性能に関する成果について講演する。

口頭

ITER$$cdot$$TFコイル用ラジアル・プレ-トの製作技術開発

中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 高野 克敏; 奥野 清; 角井 日出雄*; 山岡 弘人*; 中村 泰三*; 山名 成彦*

no journal, , 

原子力機構は、ITERの建設においてトロイダル磁場コイル(TF)の製作を分担する。TFコイルの巻線部は、ラジアル・プレ-ト(RP)と呼ばれるD形の溝付きステンレス板に超伝導導体を巻いた構造となっており、この巻線部がコイル容器に格納されるため、平面度1mmの高精度でRPを製作する必要がある。一方、RPは、高さ14m,幅8m,厚さ約110mmのD型平板溶接構造物となり、このような高精度かつ大型の平板溶接構造物の製作実績は皆無である。このため、原子力機構は、製作メーカーと協力して、合理的な製作方法を検討し、実機大のモデル試作を通して、製作技術開発を進めてきた。これまで、7kWのファイバー・レーザー溶接装置を開発し、RPのセグメント間を最終形状に近い状態で完全溶込み溶接し、平面度1mmを達成できることを実証した。また、熱間押出・冷間引抜で製作した十字断面を有するチャンネル材をレーザー溶接で組み立てることで、機械加工を大幅に削減した製作が可能で、製作工程を約半分に短縮できる可能性を示した。本講演では、レーザー溶接技術を駆使した合理的な製作方法とその実証試験の結果を報告する。

口頭

ITER-TFコイル用構造物の溶接技術開発

新見 健一郎; 中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 高野 克敏; 奥野 清; 角井 日出男*; 山岡 弘人*; 千田 豊*; 瀬渡 賢*; 副島 幸二*; et al.

no journal, , 

国際熱核融合実験炉(ITER)のトロイダル磁場(TF)コイルは、高さ14m,幅9mの大型超伝導コイルであり、大電磁力に耐える極厚のコイル容器及び支持構造物が必要となる。TFコイル構造物の特徴は、非常に大きな溶接構造物であることに加え、これまでに使用実績のない完全オーステナイトのステンレス構造材と溶接材料を適用することであり、溶接施工法を含めた製作方法を確立することが必要である。原子力機構では、TFコイル構造物の調達準備活動の一環として、メーカー各社と協力のうえ、溶接施工法を含む製作方法検討並びに試作試験を行っている。本講演では、ITERで使用する材料を用いた狭開先TIG溶接の試作試験結果について報告する。

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