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論文

電着法により創製したニッケルナノ結晶薄膜の微視構造のX線評価

田中 啓介*; 小池 裕基*; 佐野 勝基*; 田中 浩人*; 町屋 修太郎*; 菖蒲 敬久; 來海 博央*

材料, 64(7), p.528 - 535, 2015/07

スルファミン酸ニッケル浴を用いて種々の電着条件でナノ結晶ニッケルを創製し、その結晶粒径分布を、放射光を利用したX線法と透過電子顕微鏡法で計測した。その結果、(1)111-222回折ペアよりフーリエ解析で求めた粒径は、200配向膜においては、200-400ペアより求めた値より小さく、ランダム配向膜で大きくなる、(2)TEMより求めた粒径分布は対数正規分布に従い、粒径分布の分散は粒径が小さいほうが小さい、(3)111-222ペアより求めた粒径が30nm程度以下の領域では、TEMによる分布とほぼ一致する、(4)111回折を用いてシェラー法により簡便評価した粒径は111-222ペアを用いたフーリエ解析による結果に近く、粒径40nm程度以下ではTEMによる平均結晶粒径とほぼ一致する、等を明らかにした。

論文

Uniaxial strain dependence of the critical current of DI-BSCCO tapes

長村 光造*; 町屋 修太郎*; Hampshire, D. P.*; 土屋 佳則*; 菖蒲 敬久; 梶原 堅太郎*; 長部 吾郎*; 山崎 浩平*; 山田 雄一*; 藤上 純*

Superconductor Science and Technology, 27(8), p.085005_1 - 085005_11, 2014/08

 被引用回数:19 パーセンタイル:23.79(Physics, Applied)

In order to explain the effect of uniaxial strain on the critical current of DI-BSCCO-Bi2223 tapes, we employed a springboard sample holder that can smoothly and continuously apply both tensile and compressive strains to tape samples. Over a narrow tensile strain region, the critical current in the tapes decreased linearly with increasing strain and returned reversibly with decreasing strain. In this paper, we clearly characterize the reversible range terminated by both compressive and tensile strains, in which filaments do not fracture. Our analysis of the compressive regime beyond the relaxation strain suggests that although BSCCO filament fracture is the primary factor that leads to a decrease in critical current, the critical current in those regions of filaments that are not fractured increases linearly and reversibly with decreasing applied strain at compressive strains well beyond the reversible region for the tape.

論文

Residual strains in ITER conductors by neutron diffraction

Harjo, S.; 辺見 努; 阿部 淳; Gong, W.; 布谷 嘉彦; 相澤 一也; 伊藤 崇芳*; 小泉 徳潔; 町屋 修太郎*; 長村 光造*

Materials Science Forum, 777, p.84 - 91, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:15.42

Measurements of internal strains in the superconducting phase in two cable-in-conduit conductors (CICC) for ITER were performed using an engineering materials diffractometer TAKUMI of J-PARC. From strain measurements in a CICC for the toroidal field magnet after a performance test of cyclic current, in 100 mm long cut bars, a peak broadening and a large relaxation on residual thermal strain were observed in Nb$$_{3}$$Sn phase at a portion received a high magnetic field (high field zone). Internal strain measurements were also conducted in a CICC for the central solenoidal magnets after the similar performance test, in the full-size shape as used in the performance test (3.6 m long) and in 100 mm long cut bars. From results of the measurements the performances degradations of the ITER conductors were clarified.

論文

Investigation of degradation mechanism of ITER CS conductor sample using TAKUMI

辺見 努; Harjo, S.; 梶谷 秀樹; 名原 啓博; 高橋 良和; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 阿部 淳; Gong, W.; 相澤 一也; et al.

KEK Progress Report 2013-4, p.45 - 47, 2013/11

ITER中心ソレノイド導体用に開発した従来の導体性能検証試験サンプルの試験において、繰り返し励磁によって導体性能が劣化することが確認された。その原因究明のために、試験後の導体試験サンプル中の超伝導物質の歪の大きさを、中性子回折を用いて非破壊で直接測定することに成功した。これまで、巨大な電磁力が蓄積されて撚線が圧縮される側で劣化していると考えられていたが、反対側の隙間が空く側で、隣接する超伝導線からの支持を失った一部の素線に軸方向の残留熱応力が加わって座屈することで劣化が生じることを明らかとなった。この知見によって、素線の座屈を生じにくくすることで劣化を防止できることが判明し、撚線の撚りピッチを短くするというアイデアに生かされた。短撚りピッチの撚線を採用した導体サンプルでは、性能が劣化しないことが確認された。

論文

Neutron diffraction measurement of internal strain in the first Japanese ITER CS conductor sample

辺見 努; Harjo, S.; 布谷 嘉彦; 梶谷 秀樹; 小泉 徳潔; 相澤 一也; 町屋 修太郎*; 長村 光造*

Superconductor Science and Technology, 26(8), p.084002_1 - 084002_6, 2013/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:37.58(Physics, Applied)

原子力機構はITER計画において、中心ソレノイド(CS)コイル導体の製作を担当している。ローザンヌ工科大学が所有するSULTAN試験装置を用いたITER CS導体の性能検証試験の結果、電磁力の繰り返し回数に比例して、分流開始温度が線形に低下する現象が確認された。劣化の原因を調査するため、内部の撚線の状態を観察した結果、高磁場部において、電磁力により撚線が圧縮される側よりも隙間が空く側で超伝導線が大きなたわみが生じていることが観察された。超伝導線の性能は歪により劣化するが、たわみ量だけでは歪を定量的に評価することが困難である。そこで、歪を定量的に評価し、劣化箇所を特定することを目的として、歪を非破壊で直接測定することができるJ-PARCに設置された工学材料回折装置「匠」を用いて、中性子回折による歪測定を実施した。その結果、高磁場部の隙間が空く側でのみ曲げ変形が観測され、劣化箇所を特定することが可能となった。

論文

Local strain and its influence on mechanical-electromagnetic properties of twisted and untwisted ITER Nb$$_{3}$$Sn strands

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士; 菖蒲 敬久; 佐藤 真直*; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 落合 庄治郎*

Superconductor Science and Technology, 25(5), p.054010_1 - 054010_9, 2012/05

 被引用回数:13 パーセンタイル:41.18(Physics, Applied)

It is important to evaluate the local strain exerted on superconducting filaments in Nb$$_{3}$$Sn strands, because it influences both superconducting and mechanical properties, in particular for the ITER project. The local strain in the twisted and untwisted Nb$$_{3}$$Sn strands was directly measured at room temperature as well as at low temperatures by means of quantum beam techniques. The interrelation between the force-free strain and the intrinsic strain showing a maximum critical current was considered on the basis of the present experimental data as well as the recent theory. The thermal strains along both directions parallel and transverse to the strand axis were numerically evaluated. The force-free strain along the axial direction is deduced to be distributed among grains with different crystal orientation with respect to the axial direction. It is suggested that this fact affects the definition of intrinsic strain.

論文

Neutron diffraction measurements of internal strain in Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit conductors

辺見 努; Harjo, S.; 伊藤 崇芳; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 相澤 一也; 鈴木 裕士; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 21(3), p.2028 - 2031, 2011/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.02(Engineering, Electrical & Electronic)

熱処理温度923Kから運転温度5KまでのNb$$_{3}$$Sn素線とステンレス鋼の熱膨張率の違いによって導体内には残留歪が生じる。Nb$$_{3}$$Sn素線の超伝導特性は残留歪の状態によって大きく変化するため、その特性を評価するためには残留歪の状態を把握する必要がある。しかし、複雑な構造とジャケット材の内側に素線が配置されているため、導体内の素線の歪を直接測定した研究はこれまでない。一方、J-PARCで2008年から運転が開始された工学材料回折装置「匠」は中性子回折を用いて歪として相対精度0.02%で測定することが可能である。本研究では、匠による中性子回折をITER TF導体の残留歪の測定に適用した。中性子回折では格子面間隔の変化により導体内の各相の歪を決定することが可能である。これにより、素線の残留歪の発生機構及び歪状態と超伝導性能の関係を明らかにすることが可能となった。

論文

Stress/strain effects on industrial superconducting composites

伊藤 崇芳; Harjo, S.; 長村 光造*; 辺見 努; 淡路 智*; 町屋 修太郎*; 小黒 英俊*; 西島 元*; 高橋 弘紀*; 松井 邦浩; et al.

Materials Science Forum, 681, p.209 - 214, 2011/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:35.97

The construction of the engineering materials diffractometer TAKUMI at J-PARC has been finished at the end of March 2009, and user programs have been started since January 2009. We proposed a project research with the title of "Stress/strain effects on industrial superconducting composites", and have carried out several preliminary experiments at TAKUMI. This project research aims to clarify internal strains behaviors in industrial superconducting materials generated due to their processes and/or during uses, and to understand the relation between the internal strains and their superconducting properties. Our interests are in developments of superconducting (Nb$$_3$$Sn, Nb$$_3$$Al, etc.) strands and HTC tapes, and in developments of superconducting (ITER and LHC) cables (composing many superconducting strands or tapes and other stabilizing and/or strengthening materials). In this opportunity, we will report our project research status more details.

論文

Force free strain exerted on a YBCO layer at 77 K in surround Cu stabilized YBCO coated conductors

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士

Superconductor Science and Technology, 23(4), p.045020_1 - 045020_7, 2010/04

 被引用回数:21 パーセンタイル:28.8(Physics, Applied)

幅4mmのCu安定化YBCO被覆導体テープを用いて、YBCO被覆導体の臨界電流に対する応力ひずみの影響を評価した。中性子回折を用いて、YBCO層に作用する内部ひずみを77Kという低温環境において決定した。初期の圧縮ひずみは引張荷重作用下で減少し、YBCO層における内部応力がゼロとなるforce-free strain(A$$_{rm ff}$$)で引張成分に変化した。A$$_{rm ff}$$は77Kで0.19-0.21%であった。一方、77Kで単軸引張荷重下における臨界電流を測定した結果、そのひずみ依存性は特徴的な挙動を示すとともに、臨界電流は0.035%で極大を示した。これは上記A$$_{rm ff}$$の値とは大きく異なっており、最大臨界電流の得られるひずみはA$$_{rm ff}$$とは相関を有しないことが明らかとなった。

論文

Development of a cryogenic load frame for a neutron diffractometer

土屋 佳則*; 鈴木 裕士; 梅野 高裕*; 町屋 修太郎*; 長村 光造*

Measurement Science and Technology, 21(2), p.025904_1 - 025904_4, 2010/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:29.71(Engineering, Multidisciplinary)

複合超電導線材の臨界ひずみに対する応力/ひずみの影響を解明するためには、極低温負荷中におけるひずみ測定による検討が必要とされている。そこで、極低温負荷中の格子ひずみの変化を測定することを目的として、中性子回折実験用の低温引張試験機を開発した。最低温度は4.8K,負荷容量は10kNである。開発した低温引張試験機を用いて、SUS316及びYBCO coated conductorの低温引張試験を実施し、中性子回折法によりそれぞれの格子ひずみの変化を測定した。これにより、広範の温度域における負荷応力/ひずみと格子ひずみの関係を明らかにした。

口頭

Strain measurements of superconducting filaments and Ag-alloy using neutron diffraction in Ag-sheathed Bi2223 tapes

町屋 修太郎; 長村 光造*; 鈴木 裕士; 塩田 佳徳*; 綾井 直樹*; 林 和彦*; 佐藤 謙一*

no journal, , 

中性子回折を用いて、BSCCO Bi2223銀シース超伝導線材において内部のビスマスフィラメントと外部の銀合金のひずみ測定を行った。無ひずみの標準試験片を準備し残留ひずみを評価するとともに、10枚スタックした試験片を用いて単軸引張り荷重下でのひずみ応答挙動を測定した。

口頭

BSCCO Bi2223銀シース超伝導材のフィラメント及び銀シースの中性子ひずみ測定

町屋 修太郎; 長村 光造*; 鈴木 裕士; 綾井 直樹*; 林 和彦*; 佐藤 謙一*; 加藤 武志*

no journal, , 

本研究では、フィラメントとしてBi2223, 内部にAg, シースとしてAg Alloyを有するBSCCO Bi2223銀シース超伝導材におけるフィラメントの回折弾性定数及び残留ひずみの評価法として中性子回折を用いた測定を行ったので報告する。これらの銀シース線材は、高Icを持つものが開発され、さらなる性能改善を成し遂げてきているが、依然としてひずみや応力が及ぼす性能への影響が実用上の問題となっており、解析の精度を確保するためにもその実測が切望されている。しかしながら今までは研究室X線など低エネルギーではAg相の吸収が大きいためフィラメント部の実測に困難さがあった。本研究では、スタックしたシース線材を引張り試験機に取り付け既知のひずみをかけたうえで中性子回折を用いた弾性定数測定を行った。さらに無ひずみ材と比較することでBi2223フィラメントの軸方向の残留ひずみの非破壊的な評価を行った。

口頭

粗大結晶粒組織Al合金鍛造部品の中性子残留応力測定の検討

齊藤 徹; 寺門 一佳*; 石橋 寿啓*; 片柳 和恵*; 町屋 修太郎; 友田 陽*

no journal, , 

複雑形状部品では、熱処理前後に切削加工等が施され、製造プロセス中に各種要因による残留応力が発生する。これによって、加工不良等を招く場合や、使用中に疲労破壊を助長することがある。そのため残留応力状態を把握しておく必要がある。しかしながら、Al合金鍛造部品は、鍛造時に加えられる加工ひずみが原因で、後の熱処理工程において2次再結晶による粗大結晶粒化を引起こすことが知られている。また、粗大結晶粒化により回折に寄与する結晶粒が少ないため中性子回折法による応力測定は困難である。条件によっては試料を揺動することで、その効果が明確に現れることが確認されているが、測定値の正確さは未だ不明である。そこで、本研究では、粗大結晶粒Al合金の鍛造部品を用い、試料に対する中性子線の入射角$$omega$$(揺動角)を変化させる揺動法で、任意の角度範囲における平均的な回折角2$$theta$$から${it d}$(hkl)及び$$varepsilon$$(hkl)を求め、残留応力を求め、揺動を行わない従来法による応力値との比較を行った。また、揺動の角度範囲を任意に変化させ、各々の角度範囲から得られる回折角の残留応力解析への適用の可能性について評価・検討を行った。

口頭

中性子回折法によるFBR蒸気発生器の伝熱管拡管力評価,1

鈴木 裕士; 町屋 修太郎; 秋庭 義明; 笠原 直人; 木曽原 直之

no journal, , 

FBR用のナトリウム加熱型蒸気発生器(直管2重管蒸気発生器)の2重伝熱管、及び管-管板継手部位において生じる応力(面圧及び拡管力)を、中性子回折という非破壊計測手法により計測した。この結果、今まで知られていなかった2重管内部の応力分布や、管板内部の拡管影響層の大きさが明らかになった。これらの結果を用いることで、同蒸気発生器のプラント寿命中における2重管や継ぎ手の構造健全性を、精度よく評価ができる可能性のあることがわかった。

口頭

BSCCO Bi2223銀シース超伝導材の中性子とX線による残留応力評価

町屋 修太郎; 長村 光造*; 鈴木 裕士; 綾井 直樹*; 加藤 武志*; 林 和彦*; 佐藤 謙一*

no journal, , 

中性子回折を用いて、銀シース超伝導線材において内部のビスマスフィラメントと外部の銀合金のひずみ測定を非破壊的に行った。無ひずみの標準試験片を準備し残留ひずみをX線応力測定法と比較しながら評価するとともに、スタックした試験片を用いて単軸引張り荷重下でのひずみ応答挙動を測定した。

口頭

集合組織材の多結晶モデルによる弾性定数予測

町屋 修太郎; 鈴木 裕士; 齊藤 徹; 勝山 仁哉; 森井 幸生

no journal, , 

集合組織を有する多結晶材料の弾性定数の予測技術には、集合組織を有する多結晶材料を単結晶の集合体として考え、単結晶のスティフネスのテンソルから求める解析技術と、有限要素法による単結晶集合体モデルを用いて結晶材料の変形を解析する方法などが提案されている。本研究では、数値解析による回折弾性定数の予測技術の確立を最終目的として、まずSUS316ステンレス鋼の冷間圧延材の引張試験を行うことにより弾性定数測定及び集合組織測定を行うとともに、セルフコンシステントモデルによる解析及び多結晶体のFEM解析より機械的弾性定数を評価し、実験値と比較することにより検討を行った。

口頭

中性子回折法における非対称モノクロメータシステムの開発

鈴木 裕士; 齊藤 徹; 町屋 修太郎; 森井 幸生

no journal, , 

日本原子力研究開発機構のJRR-3に設置されている残留応力解析用中性子回折装置(RESA)においては、これまで小・中型の測定サンプルを対象とした応力・ひずみ測定がおもに行われてきた。しかしながら、近年の中性子産業利用件数の増加に伴い、大型構造物を対象とする応力測定の実験件数も増加し、マシンタイムの過密化,応力測定時間の長時間化等が問題となっている。これら諸問題を解決するためには、高効率かつ高精度な中性子応力測定技術の開発、すなわちRESAの高度化が急務である。その高度化の一つがモノクロメータシステムの非対称化である。モノクロメータ結晶から得られる単色中性子線の強度を向上させることができれば、中性子応力測定の測定効率の向上が期待できる。非対称回折型モノクロメータ結晶では、対称回折型モノクロメータ結晶に比較し密度の高い中性子線を得ることが可能になる。そこで、本研究では、非対称回折型シリコン結晶についてその回折特性の評価を行った。その結果、実験による回折強度の増加率は理論から計算された増加率と一致した。

口頭

Improvement of neutron diffeactometer for residual stress analysis "RESA"

森井 幸生; 鈴木 裕士; 町屋 修太郎; 齊藤 徹; 盛合 敦

no journal, , 

近年の中性子残留応力解析法の産業応用の増加に伴って、JRR-3に設置している中性子残留応力解析装置RESAの高度化が必須となり、非対称回折型モノクロメータ,広域波長選択,大型試料台,高性能1次元検出器,四半周オイラークレードル,試料揺動機構を導入している。これによって、試料位置での中性子強度は約1桁増加し、測定効率は約2桁増加するものと期待される。

口頭

ITER CS用導体試験サンプルの中性子回折による歪測定計画

辺見 努; 松井 邦浩; 長谷 隆司*; 小泉 徳潔; 高橋 良和; 奥野 清; 鈴木 裕士; Harjo, S.; 相澤 一也; 土屋 佳則*; et al.

no journal, , 

原子力機構はITER中心ソレノイド(CS)用導体の調達を担当する。2009年度からCS導体の調達活動を開始するため、スイスのローザンヌ工科大学プラズマ物理研究センター(CRPP)が所有する実規模導体臨界電流試験装置(SULTAN)を用いて導体性能を実証する必要がある。現在、そのためのサンプル製作を進めている。本報告では、試験サンプルの設計及び製作の前に実施したジョイント試作の結果を報告する。また、導体性能を正確に測定するためには、導体の残留歪を管理することが要求される。これまで、TF導体では、薄肉ジャケットであるため、ジャケットの歪を解放法により測定することができたが、CS導体では、ジャケットが厚くなり、これを適用することが困難である。そこで、中性子回折による歪測定を適用し、超伝導体の歪を直接測定することを検討している。本報告では、この計画についても報告する。

口頭

ITER TFコイル用ケーブルインコンジット導体の中性子回折による残留ひずみ評価

町屋 修太郎*; 長村 光造*; 辺見 努; 松井 邦浩; 鈴木 裕士; 土屋 佳則*

no journal, , 

ITER用ケーブルインコンジット導体(CICC)について、中性子ひずみ評価について検討を行ったので報告する。ITER用CICCは現在サルタンで試験が行われており、切断することでマクロな方法で残留ひずみの推定が行われているが、直接超伝導相であるNb$$_{3}$$Snのひずみを非破壊的に測定する手法は今までなかった。本報告では、サルタンで試験を行い、その後切断された導体で、高磁場部と低磁場での残留ひずみの比較検討を行った。

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