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報告書

純水の高温領域における抵抗率変化特性の測定

山中 晴彦; 前島 哲也; 照沼 勇斗; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 花田 磨砂也

JAEA-Technology 2014-037, 12 Pages, 2014/12

JAEA-Technology-2014-037.pdf:4.27MB

国際熱核融合実験炉の中核加熱装置である中性粒子入射装置で使用する25$$^{circ}$$Cから高温領域の180$$^{circ}$$Cまでの温度範囲における純水の抵抗率を測定した。抵抗率は温度とともに減少するが、100$$^{circ}$$C以上では、純度が異なる9M$$Omega$$・cmの純水と5M$$Omega$$・cmの純水でもほぼ同じ値で低下することが分かった。180$$^{circ}$$Cにおける抵抗率は0.36M$$Omega$$・cmであり、この値は理論純水の計算値と良い一致を示すことを確認した。

論文

Development of negative ion extractor in the high-power and long-pulse negative ion source for fusion application

柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 小島 有志; 吉田 雅史; 谷口 正樹; 大楽 正幸; 前島 哲也; 山中 晴彦; 渡邊 和弘; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02B320_1 - 02B320_3, 2014/02

 被引用回数:24 パーセンタイル:76.32(Instruments & Instrumentation)

ITER, JT-60SA及びDEMO用の核融合炉の加熱・電流駆動に必要なNBIに向けて、高パワー・長パルス用負イオン引出し部の電極を今回新たに開発した。まず、長パルスの間、十分除熱できる電極を熱解析で設計した。次に、負イオン加速試験で、新しい電極の負イオン生成と電子抑制能力について実験的に検証した。その結果、負イオン電流は1.3倍増加し、懸念していた電子電流の増加は抑えることができ、さらにビーム発散角も4mradまで十分低減できることを明らかにした。

口頭

ITER NBI用直流-1MV絶縁変圧器の開発

渡邊 和弘; 山中 晴彦; 前島 哲也; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 田中 滋*; 門脇 慎*

no journal, , 

ITER NBIでは負イオンを-1MVの電位上で生成し接地電位に向けて加速することから、負イオン生成電源は大地から-1MVの絶縁を持たせることが必要であり、そのために直流-1MVの絶縁変圧器が必要である。しかしながらこのような絶縁変圧器は未経験領域にあり、その直流絶縁特性を実証する必要があった。このためITERの受託研究開発タスクとして絶縁変圧器試験体を試作し耐電圧試験を行った。その結果、すべての試験を満足し、実機絶縁変圧器製作を確実なものにした。

口頭

NBシステムの調達活動の現状

戸張 博之; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 前島 哲也; 梅田 尚孝; 阿部 宏幸; 照沼 勇斗; et al.

no journal, , 

原子力機構はITER計画における日本国内機関として、イタリア・パドバに建設中ITER中性粒子入射装置実機試験施設(NBTF)の調達を実施している。NBTFはITERに先立ち1MeV, 40Aの負イオンビーム加速技術の確立を実証するための試験施設であり、日本は、1MV絶縁変圧器や直流発生器等の加速電源高電圧部、及び絶縁フィードスルーの役割を担うHVブッシングの調達を担当している。いずれの機器もITERに不可欠な高電圧機器であるが、実現のためには既存の技術レベルをはるかに超えた要求があったため、要素技術開発を進めてきた。1MV絶縁変圧器に関しては2重構造の碍子を用いた絶縁方式を新たに考案し、HVブッシングに関しては世界最大のアルミナセラミック絶縁管の成形技術とロウ付け技術を開発し、それぞれ要求満たすための要素技術を確立した。これらのR&D及び詳細設計を進展させ、2012年より調達を開始した。2013年より機器製作が開始され、現在予定通り進んでいる。2015年までに機器製作を完了させ、2016年にはパドバのNBTFサイトへの輸送、並びに据え付けを実施し、2017年中の運転開始の予定である。

口頭

ITER中性粒子入射装置電源の調達の進展

山中 晴彦; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 前島 哲也; 花田 磨砂也; 照沼 勇斗

no journal, , 

ITERではプラズマ加熱・電流駆動装置の建設に先立ち、実機と同一仕様のNB試験装置(NBTF)をイタリア・パドバに建設する。これらNB装置には、これまでにない-1MV, 60A, 3600秒出力の直流超高圧大出力電源システムが必要であり、日本はこの電源システムの高電圧機器を調達している。特に1MV超高圧発生器、1MV絶縁変圧器、1MVの電送ライン、直流フィルター、冷却水を1MVの絶縁をして供給する高電位デッキなど、これまでに未経験の超高圧機器であり、R&Dを実施しながらその設計を進めてきた。これまでに伝送系、絶縁変圧器、高電位デッキに関する開発を行い、絶縁性能を確認し設計のデータベースを確立した。現在、それらのデータを反映しつつ、-1MV伝送ラインや直流フィルターなどの機器の設計を終えて製作に着手する段階である。

口頭

ITER中性粒子入射装置用電源の超高電圧絶縁設計と開発

前島 哲也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 山中 晴彦; 照沼 勇斗; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 山下 泰郎*; 柴田 直樹; et al.

no journal, , 

日本はイタリア・パドバに建設中のITER中性粒子入射装置試験施設(NBTF)用-1MV高電圧電源の調達を進めている。これまでに直流-1MVの伝送ライン、5段構成の直流発生器の低圧側3段分、直流フィルター、-1MV絶縁の純水冷却水供給系等の超高電圧機器の詳細設計を終了し工程通りITER機構のレビューを受けて製作に着手した。これら主要機器の絶縁設計、機械強度設計について報告するとともに、設計のために必要であった、-1MV電位部への高温純水の絶縁特性の実験についても報告する。

口頭

ITER中性粒子入射装置1MV電源の品質向上に向けた高温純水の電気特性試験

山中 晴彦; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 前島 哲也; 照沼 勇斗; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 花田 磨砂也

no journal, , 

ITER NBI用-1MV直流超高圧電源では、1MV電位の負イオン源へ180$$^{circ}$$Cの高温純水を絶縁して供給する必要がある。純水の抵抗値は、100$$^{circ}$$C以上では理論純水の理論値しかなく、ITER仕様の純水の抵抗値は不明であった。水温制御の向上や絶縁設計確認のためには高温での抵抗値を把握することが必要となり、ITER仕様の純水について100$$^{circ}$$C$$sim$$180$$^{circ}$$Cまでの抵抗率を測定した。その結果、100$$^{circ}$$C以上で測定した5M$$Omega$$cm$$sim$$9M$$Omega$$cm(25$$^{circ}$$C定義)の純水ではほぼ同じ抵抗の低下特性を示し、180$$^{circ}$$Cで0.36M$$Omega$$cmを得た。これにより、ITER NBIの高電圧電源の設計に資する有意義なデーターを取得した。

口頭

Development of DC ultra-high voltage insulation technology for ITER NBI

戸張 博之; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 小島 有志; 大楽 正幸; 関 則和; 阿部 宏幸; 梅田 尚孝; 山中 晴彦; et al.

no journal, , 

ITERおよびJT-60SAの中性粒子入射装置(NBI)に向けた技術開発の進展を報告する。ITER NBIの高電圧電源用1MV絶縁変圧器開発では、1MVを変圧器から引き出すブッシング開発が課題であった。従来技術では製作不可能な巨大な碍子が必要となったため、新たに絶縁ガスを封入したFRP絶縁管の内部に碍子製の小型コンデンサーブッシングを装着する同軸構造の複合型ブッシングを考案した。これにより安価で入手製の高い1MV絶縁変圧器を実現した。また、直流1MV高電圧導体を真空中に導入するHVブッシング開発では、内部に設置される大面積の円筒電極間の耐電圧特性を詳細に調べ、面積の効果を考慮した絶縁特性をモックアップ試験で明らかにし、HVブッシングの絶縁設計指針を構築した。また、負イオンの長時間生成と加速に向けて、高沸点の流体を用いた負イオン源内のプラズマ電極の温度制御技術の開発、並びに負イオンの偏向を補正する電極を組み込んだ冷却性能強化型負イオン引出部を開発した。その結果、15Aの負イオンビームを100秒生成および従来の2ケタ増となるビームエネルギー密度40MJ/m$$^{2}$$を達成した。

口頭

ITER NBTF 1MV電源の製作と試験

柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 前島 哲也; 照沼 勇人*; 小田 勇樹; 戸張 博之; 大楽 正幸; 花田 磨砂也

no journal, , 

ITERでは、中性粒子入射装置(NBI)に先駆けて、イタリア・パドバにNB試験施設(NBTF)を建設し、その性能を実証する計画であり、原子力機構は、NBTFの高電圧電源機器(1MV, 60A, 3600秒)の製作を進めている。これらの機器は、1MVの電圧を発生する5台の直流発生器、直流フィルター、1MV上で電力を伝送する全長100メートルの伝送ライン等、全14台の機器から構成され、これらの実現に向けてR&Dを進める共に、機器の製作を進めている。機器製作については、直流発生器5台のうち、0.2, 0.4, 0.6MVを発生する3台、及び1MVの電力を伝送する伝送ラインの8割について工程通りに製作を完了した。その後、定格の120%である1.2MV, 3600秒の耐電圧を実証し、全ての工場試験に合格した。これらの機器は、現在NBTFに向けて輸送中であり、2015年12月より工程通り現地据付け作業を開始する。また、今回、最新のR&Dの成果の一つとして、1MVの高電位に水を供給するためのFRP製冷却水絶縁配管の開発について報告する。

口頭

ITER中性粒子入射装置1MV電源の製作状況と高温純水の電気特性試験

山中 晴彦; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 前島 哲也; 照沼 勇斗; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 花田 磨砂也

no journal, , 

ITERプラズマ加熱・電流駆動用中性粒子入射装置(NB)の実現に向けて、ITER実機と同一仕様であるエネルギー1MeV、電流60アンペアの試験施設(NBTF)をイタリア・パドバに建設中である。原子力機構はこのNBTFの機器のうち1MV超高電圧機器 の製作を行っている。原子力機構はこの1MV電源システムの内、超高電圧機器の製作を行っている。この中性粒子の元となる負イオンを生成する負イオン源では電極を180$$^{circ}$$Cの高温に維持するため、高温純水を供給する必要がある。純水の抵抗は温度上昇とともに低下するが、100$$^{circ}$$C以上の高温領域での抵抗値は不明であり設計が成立しない可能性があった。そこで高温高圧水試験装置を利用し、100$$^{circ}$$C$$sim$$180$$^{circ}$$Cまでの抵抗率を測定した。その結果、180$$^{circ}$$Cでの抵抗値は0.36M$$Omega$$・cmであることが分かり、純水供給系の設計を完了できた。

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