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論文

Accuracy of prediction method of cryogenic tensile strength for austenitic stainless steels in ITER toroidal field coil structure

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 斎藤 徹*; 森本 将明*; 稲垣 隆*; Hong, Y.-S.*; 松井 邦浩; 辺見 努; 梶谷 秀樹; et al.

Physics Procedia, 67, p.536 - 542, 2015/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.84

原子力機構はこれまで、極低温で使用されるITER超伝導コイルに適用するオーステナイト系ステンレス鋼の合理的な品質管理手法の開発確立を目的に、室温で測定された引張強さと、炭素と窒素の含有量の関数として二次曲線を用いた4Kでの引張強度予測手法を開発してきた。核融合発電の技術的成立の実証を目指して建設が進んでいるITERでは、超伝導コイルが使用される。超伝導コイルシステムの一つであるTFコイルの容器構造物には巨大な電磁力に耐えるため、構造材料として高マンガンステンレス鋼JJ1及び高窒素添加型316LNが使用される。原子力機構はITER TFコイル構造物の調達責任を負っており、2012年から実機構造材料調達を開始し、矩形材,丸棒材,異形鍛造材などの製造を進めている。原子力機構は、構造材料の高マンガンステンレス鋼JJ1及び高窒素添加型316LNの機械特性を多数取得しており、本研究ではこれらの試験データを用いて、原子力機構が開発してきた4K強度予測手法の実機TFコイル構造物用材料に対する予測精度について評価を実施したので報告する。

論文

Progress of manufacturing trials for the ITER toroidal field coil structures

井口 将秀; 森本 将明; 千田 豊*; 辺見 努; 中嶋 秀夫; 中平 昌隆; 小泉 徳潔; 山本 暁男*; 三宅 孝司*; 澤 直樹*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.3801004_1 - 3801004_4, 2014/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:40.1(Engineering, Electrical & Electronic)

TFコイル構造物は高さ16.5m、幅9mのD型形状の超伝導巻線部を格納するサブアッセンブリから成り、サブアッセンブリはベーシックセグメントを溶接で接合し製作する。TFコイル構造物製作前段階の試作試験では、実機ベーシックセグメントと同形状の試験体を、強拘束溶接治具による溶接変形制御方法を適用した片側狭開先溶接により試作し、本溶接制御手法によるTFコイル構造物の製作に目途を立てた。しかし、TFコイル構造物は最終寸法公差2mm以下という厳しい公差が要求されており、溶接後に機械加工が必須となる。このため、より合理的な製造のためには、より少ない溶接変形でTFコイル構造物を製作し、機械加工量を低減することが重要である。そこで、これまで適用されてこなかった両側狭開先を適用したバランス溶接による溶接変形制御方法の確立を目的とし、実規模ベーシックセグメント試作により、その溶接制御方法について検討を行った。本試作結果から、両側狭開先溶接を適用することで、ベーシックセグメント製作における溶接変形を低減でき、合理的にTFコイル構造物を製作できる見通しを得た。本発表では以上の結果について報告する。

論文

ITER vacuum vessel, in-vessel components and plasma facing materials

伊尾木 公裕*; Barabash, V.*; Cordier, J.*; 榎枝 幹男; Federici, G.*; Kim, B. C.*; Mazul, I.*; Merola, M.*; 森本 将明*; 中平 昌隆*; et al.

Fusion Engineering and Design, 83(7-9), p.787 - 794, 2008/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:77.84(Nuclear Science & Technology)

本論文はITER真空容器,ブランケット・リミタなど炉内機器、及びダイバータに関する活動状況について報告する。主な成果は以下の通りである。(1)真空容器の設計は製作性,組立工程,コストを考慮してより詳細な設計を実施した。参加極の協力のもと実施された製作性研究の結果、通常の真空容器セクター設計がほぼ完了した。(2)6極のブランケットモジュール調達分担が決まり、ブランケットモジュール設計は参加極の協力により進展した。事前評価試験のためのモックアップの製作が進んでおり、2007年から2008年にかけて試験される予定である。(3)ダイバータに関する活動もITERプロジェクトスケジュールに従い、調達に向けて進展した。

論文

Design progress of the ITER in-wall shielding

森本 将明; 伊尾木 公裕; 寺澤 充水; Utin, Y.*

Fusion Science and Technology, 52(4), p.834 - 838, 2007/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.92(Nuclear Science & Technology)

壁内遮蔽は、ITER真空容器の二重壁間に設置される。主な目的は中性子遮蔽とトロイダルリップルの低減である。このためにボロン1$$sim$$2%添加ステンレス鋼とフェライト鋼SS430が用いられる。最近の真空容器の設計進捗に適合するように壁内遮蔽の設計を見直した。その際、延性に乏しいボロン添加鋼に過大な力がかからないよう、構造を工夫した。また、想定される真空容器の製作誤差に対し、確実に組立ができるよう、部材の寸法や、部材間のギャップを決定した。ディスラプション時に作用する電磁力が極小になるように遮蔽体の構造や固定方法を工夫した。電磁力解析の結果、遮蔽体に作用する電磁力は十分に小さいことがわかり、設計の妥当性が裏付けられた。また、フェライト鋼に作用する静磁力も電磁力解析により求めた。これらの電磁力荷重に対し構造解析を実施し、応力が許容値を下回ることを確認した。以上の検討により、シンプルで強固な遮蔽体を設計することができた。

論文

Design progress of the ITER vacuum vessel sectors and port structures

Utin, Y.*; 伊尾木 公裕; Alekseev, A.*; Bachmann, C.*; Cho, S. Y.*; Chuyanov, V.*; Jones, L.*; Kuzmin, E.*; 森本 将明; 中平 昌隆; et al.

Fusion Engineering and Design, 82(15-24), p.2040 - 2046, 2007/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.85(Nuclear Science & Technology)

ITER真空容器の最近の設計進捗を報告する。ITERが建設段階に移行するに伴い、真空容器の設計は、さらなる高性能化に加え、製作性向上とコスト低減に着目して進められている。真空容器の代表的なセクターである第一セクターの設計は、製作性検討の成果を取り込むことで、ほぼ完成に近づいている。他のセクターも、中性粒子入射装置との取り合いポートを有する第二,第三セクターを中心に設計を進めている。真空容器壁内遮蔽については、概念設計を改良し、より詳細な設計を進めている。真空容器設計と平行して、ポートの設計も進行中である。特に、中性粒子入射ポートは、中性粒子からの熱負荷を除去する高熱負荷機器の設計進捗が顕著である。これらの設計は、構造解析によって健全性が確認されている。

論文

ITER limiters moveable during plasma discharge and optimization of ferromagnetic inserts to minimize toroidal field ripple

伊尾木 公裕; Chuyanov, V.*; Elio, F.*; Garkusha, D.*; Gribov, Y.*; Lamzin, E.*; 森本 将明; 嶋田 道也; 杉原 正芳; 寺澤 充水; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

ITERの真空容器と容器内構造物について2つの重要な設計改善が行われた。一つはプラズマ放電中に位置調整可能なリミタの導入であり、もう一つはトロイダル磁場リップルをさらに軽減するための、強磁性体挿入物の配置最適化である。新しいリミタ設計では、プラズマがダイバータ配置になると、リミタを約8cm引っ込ませることができる。これにより、デスラプションやELMなどによる熱負荷を軽減し、また、ICRHのカップリングを改善できる可能性がある。強磁性体挿入物については、真空容器水平ポートにおけるNB用と通常のものとの配置の相違による複雑さのため、この周辺で設置していなかった。しかしながら、そのため、1%という比較的大きいリップル,約10mmの磁力線の波打があることが明確となり、強磁性体挿入物を追加することとした。

論文

Selection of design solutions and fabrication methods and supporting R&D for procurement of ITER vessel and FW/blanket

伊尾木 公裕*; Elio, F.*; 丸山 創; 森本 将明*; Rozov, V.*; Tivey, R.*; Utin, Y.*

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.185 - 190, 2005/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:37.38(Nuclear Science & Technology)

ITERでは真空容器の発注仕様書の準備が進行している。また、真空容器及び第一壁・ブランケット設計についても進展があった。例えば、インボードの上部及び下部においては、えび管に代わり3次元プレスの採用があり、これにより、製造方法や非破壊検査を簡略化できる。第一壁のプラズマ対向面はリーディング・エッジ問題を回避するために形状最適化を行った。第一壁パネルの中央支持ビームにはレース・トラック形状を選択することにより、より強固な構造強度と、遮蔽ブロックにおいて簡潔な冷却流路設計が可能となり、圧損は$$sim$$0.05MPaまで下げることができた。R&D開発については、溶接部での20度あるいは30度の浅い入射角の超音波検査において良好なSN比を得るための試験が進行中である。また、非定常時における自然循環冷却を実証するために試験が実施された。

論文

ITER nuclear components, preparing for the construction and R&D results

伊尾木 公裕*; 秋場 真人; Barabaschi, P.*; Barabash, V.*; Chiocchio, S.*; Daenner, W.*; Elio, F.*; 榎枝 幹男; 江里 幸一郎; Federici, G.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.31 - 38, 2004/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:66.18(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER主要コンポーネントの発注仕様書の準備が現在進行中である。製造方法や非破壊検査法などを考慮しつつ炉構造機器(真空容器や容器内機器)の詳細設計を現在行っている。R&D開発については、20度あるいは30度の入射角の超音波試験,2チャンネルモデルによる流量配分の試験,第一壁のモックアップやパネルの製造及び試験,ハウジングを含めた全システムとしてのフレキシブル支持構造の試験,リーク試験のための予備真空領域を設けた同軸冷却管接続の試験,ダイバータの垂直ターゲットのプロトタイプの製造と試験などが行われた。こうした結果により、設計の成立性について確信を与えるとともに、低コストの代替え製造法の可能性を示すものである。

論文

グロー放電洗浄装置

笹島 唯之; 児玉 幸三; 本田 正男; 新井 貴; 正木 圭; 森本 将明*; 高橋 昇龍*

KEK Proceedings 99-17 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

グロー放電洗浄は真空容器内に設置した電極を陽極として真空容器との間に印加し、スパッタリング現象を利用して第一壁や真空容器内壁の洗浄を行うものである。グロー放電洗浄を効率的に行うには、真空容器内に設置する電極数を増やしてグロー放電電流を大きくすることが必要である。核融合実験装置の真空容器では、一搬に、計測用ポートに電極を設置するが、JT-60ではグロー放電用に使用できるポート数に制約がある。この問題を解決するため、真空容器の内面を保護するために貼られているタイル(第一壁)を電極として利用する第一壁兼用のグロー放電電極を開発した。本講演では、第一壁グロー放電電極の構造、運転における問題点について報告する。

論文

JT-60U W-shaped divertor with in-out divertor pumping slots

正木 圭; 森本 将明*; 逆井 章; 竹永 秀信; 笹島 唯之; 児玉 幸三; 宮地 謙吾; 細金 延幸

Proceedings of the 18th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE '99), p.123 - 126, 1999/00

JT-60Uでは、1997年にオープンダイバータからW型ダイバータ(内側排気)に改造しており、既に良好な実験結果を得ている。パフ&ポンプによる炭素不純物の減少や、ヘリウム炭の連続的な排気等を実証している。しかし、これらは低密度プラズマでの実験結果であり、高密度プラズマでは外ダイバータの中性粒子圧力が上昇してダイバータプラズマの制御が困難になり、良好な結果が得られていなかった。そこで、高密度領域のプラズマ性能を向上させるために、新たに外側排気溝を設け、両側排気とした。この改造に伴い、ダイバータ、ドームタイルの高熱負荷に対する熱応力評価及びディスラプションに対する強度評価を実施し、その健全性を確認した。この両側排気W型ダイバータでの初期実験結果では、排気速度が30%程度改善され、Hモード遷移加熱しきい値においても30%以上低減することに成功している。

報告書

JT-60UのW型ダイバータの設計と据付け

児玉 幸三; 正木 圭; 笹島 唯之; 森本 将明*; 高橋 昇龍*; 櫻井 真治; 岸谷 和広*; 西堂 雅博; 井上 雅彦*; 河内 俊成*; et al.

JAERI-Tech 98-049, 151 Pages, 1998/11

JAERI-Tech-98-049.pdf:6.45MB

JT-60のダイバータは、エネルギー閉じ込めと放射ダイバータの両立とダイバータ機能の向上を図ることを目的としてW型ダイバータに改造された。W型ダイバータの改造は、平成7年度から設計作業が開始され、平成9年の5月の据付作業の完了をもって終了した。本報告書は、W型ダイバータの設計、据付け及び平成9年の運転状況が含まれる。

論文

初期運転後のJT-60W型ダイバータの点検

正木 圭; 児玉 幸三; 笹島 唯之; 森本 将明*; 高橋 昇竜*; 細金 延幸; 櫻井 真治; 西堂 雅博

プラズマ・核融合学会誌, 74(9), p.1048 - 1053, 1998/09

JT-60の運転及び関連設備の定期点検は、年間運転計画に基づいて実施されており、W型ダイバータへの改造後初の真空容器内点検が11月に行われた。改造から定検までの5ヶ月間において1753ショットの運転を行っており、最大プラズマ電流は2.5MA、最大NB加熱パワー22MW、トロイダル磁場~4T、ディスラプション回数は270回程度であった。真空容器内調査の結果、外ダイバータ、外ドーム及びドーム頂部のタイルに損耗が見られた。また、外ドームタイル2枚が破断しているのが確認された。これは熱衝撃によるものと思われる。内ダイバータ、バッフルに付着物(カーボン)が確認された。特にダイバータに厚く堆積しており、内側ダイバータ堆積物の総量を評価すると約25gであった。初めて大型実験装置に使用されたアルミナ溶射絶縁板は健全に保たれており、アーキング等による破損は見られなかった。また、W型形状にも変形は見られず、その構造物の健全性が示された。

論文

Development of a compact W-shaped pumped divertor in JT-60U

櫻井 真治; 細金 延幸; 正木 圭; 児玉 幸三; 笹島 唯之; 岸谷 和廣*; 高橋 昇竜*; 清水 勝宏; 秋野 昇; 三代 康彦; et al.

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.371 - 376, 1998/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:45.37(Nuclear Science & Technology)

現在、改造工事が進められている、JT-60Uのダイバータ改造の設計及び工事の概要について発表する。既存の真空容器、ポロイダルコイルを利用し、各種の実験配位へ対応可能なこと、放射冷却ダイバータプラズマの形成と制御及び主プラズマへの中性粒子逆流の低減により高閉じ込め性能とダイバータへの熱流低減を両立することを目標として、コンパクトなW型構造を採用した。既設のNBIクライオポンプに排気速度可変機構を付加した排気系とガス供給系の増力、配置最適化により粒子制御機能を実現する。真空容器内での作業性、保守性、拡張性及び熱応力低減の観点から、分割式の基本構造を採用した。バックル板の隙間を絶縁スライド式のガスシールで塞ぎ中性粒子の漏れを低減する。ハロー電流を含めた電磁力、構造解析により全体の健全性を確認している。据付前に真空容器変形量の精密測定を行い、要求される設置精度を確保している。

論文

The First inspection of JT-60U W-shaped divertor after high power operation

正木 圭; 児玉 幸三; 森本 将明*; 笹島 唯之; 高橋 昇竜*; 細金 延幸; 西堂 雅博

Fusion Technology 1998, p.67 - 70, 1998/00

W型ダイバータへの改造後初の真空容器内点検が1997年11月に行われた。改造からこの点検までの5ヶ月間で、合計1753ショット行っており、プラズマ電流は最大2.5MA、NB加熱パワーは最大22MW、トロイダル磁場は~4T、ディスラプション回数は270回程度であった。この11月に行われた真空容器内調査の結果、外ダイバータ、外ドーム及びドーム頂部タイルに損耗が見られた。また、外ドームタイル2枚が熱衝撃により破断しているのが確認された。内ダイバータ、内バッフルには付着物(カーボン)が確認されており、特に内ダイバータに厚く堆積していた。この堆積物総重量(内ダイバータのみ)を評価すると、約25gにもなった。しかし、外ダイバータと比較して、内ダイバータには顕著な損耗跡は見られないことから、この堆積物の主な発生源は外ダイバータタイルと思われる。アルミナ溶射絶縁板(シール部)は健全に保たれており、W型形状(構造物)にも変形は見られなかった。

論文

Installation of the W-shaped divertor in JT-60U

児玉 幸三; 笹島 唯之; 正木 圭; 細金 延幸; 櫻井 真治; 森本 将明*; 三代 康彦; 平塚 一; 秋野 昇; 高橋 昇龍*; et al.

Proc. of 17th IEEE/NPSS Symposium Fusion Engineering (SOFE'97), 2, p.365 - 368, 1998/00

JT-60は従来までのオープンダイバータからW型ダイバータに改造した。'97年2月から5月の据付期間を経て6月から運転を開始した。W型ダイバータはダイバータ板及びドーム、バックル板から構成され、既設のダイバータ板及び第一壁の一部を撤去して据付けた。新たに据付けたダイバータ板等の構造物は、渦電流及び入口-カレントによる電磁力に耐える構造を有している。また、ダイバータタイル、ドーム頂部タイル等熱負荷の大きい部分には、CFC板を使用している。ダイバータ部はNBIのクライオポンプを転用した3台の専用ポンプで排気される。またガス注入ポートはダイバータ領域、プラズマ上部及びサイドポートに配置されている。

口頭

ITER TFコイルの調達進捗

松井 邦浩; 辺見 努; 井口 将秀; 梶谷 秀樹; 西 宏; 千田 豊; 森本 将明; 小泉 徳潔

no journal, , 

原子力機構は、ITER機構との調達取り決め(PA)に基づき、ITER TFコイルのうち、9個のTFコイルと19個(予備1機を含む)のTFコイル構造物の調達を担当している。TFコイル及び構造物の調達は、3段回に分けて段階的に行われており、これまでに、第1段階として、TFコイル及び構造物の製作技術を検証する中規模及び実規模の試作してきた。これらの結果を受けて、今回、TFコイル及びTFコイル構造物の第1号機を調達する第2段階の活動を開始した。本講演では、TFコイル及びTFコイル構造物の調達活動の進捗を報告する。

口頭

TFコイル構造物調達の進捗

井口 将秀; 辺見 努; 千田 豊*; 森本 将明; Hong, Y.-S.*; 西 宏; 小泉 徳潔; 渡海 大輔*; 新見 健一郎*; 山田 弘一*

no journal, , 

TFコイル構造物は高さ16.5m, 幅9mのD型形状の超伝導巻線部を格納するサブアッセンブリと、TFコイル及び他の機器とを接続する付属品で構成される。サブアッセンブリはベーシックセグメントを溶接で接合することで製作される。TFコイル構造物は最終寸法公差2mm(1/8000)以下という厳しい公差が要求されており、公差達成のためには、溶接後の機械加工が想定される。そのため、合理的な製造のためには、詳細な溶接変形を把握し、機械加工量を低減することが重要である。フェーズIIと呼ばれるTFコイル構造物製作前段階の試作試験では、実機断面形状を有する小規模試験体を用いたベーシックセグメント間溶接変形検証試作を行うとともに、この溶接変形結果を用いた有限要素法解析により、セグメント間溶接変形量を推定した。原子力機構ではセグメント間溶接変形量の予測値のさらなる高精度化を目的に、実機大セグメント試験体を用いたセグメント間溶接変形検証試作を行い、機械加工に対する設計予肉量を当初想定量よりも低減でき、合理的に高精度の製作を行う見通しを得た。本講演では、この試作結果について報告する。

口頭

ITER TFコイル構造物の製作方針

Hong, Y.-S.*; 井口 将秀; 森本 将明; 中平 昌隆; 辺見 努; 西 宏; 小泉 徳潔

no journal, , 

JADA (Japanese Domestic Agency) who has the responsibility of ITER TF coil structure procurement had a contract for EU TFCS with HHI (Hyundai Heavy Industry). TFCS manufacturing is divided into 4 serial phases from preparation of call-for-tendering, basic design and development to procurement for actual product based on final design. To check the weldability and the tendency of weld deformation, the fabrication of 1-m mock-up have been performed. And the full scale trial reflecting the results of 1-m mock-up is being conducted to simulate the expecting behavior of final product during welding. Regarding the actual product of TFCS, the manufacturing design is on the final stage and the material procurements for fabrication are progressing now. This paper also presents future plan with schedule of EU TFCS manufacturing.

口頭

ITER TFコイル構造物実機製作の進捗

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 森本 将明; 稲垣 隆; 田中 信彦; Hong, Y.-S.*; 小泉 徳潔

no journal, , 

原子力機構は、ITER計画において、9個のトロイダル磁場コイル(TFコイル)と19個のTFコイル構造物の調達を担当している(予備1個を含む)。TFコイル構造物は高さ16.5m、幅9mの超大型で複雑なD型形状の超伝導巻線を格納する構造物本体と、TFコイル及び他の機器とを接続する付属品で構成される。TFコイル構造物用材料は、窒素を添加し低温での高強度を確保したオーステナイト系ステンレス鋼を採用し、鍛造又は熱間圧延によって製造する。TFコイル構造物の最終寸法公差には2mm以下という大きさに比して非常に厳しい公差が要求されており、公差達成のためにはあらかじめ材料に余肉を設定し、溶接後にTFコイル構造物を機械加工する必要がある。原子力機構は、実規模試作により溶接変形量を把握し、2013年よりTFコイル構造物用材料の製造、2014年4月よりTFコイル構造物実機1号機目の製作を開始した。本稿では、TFコイル構造物の調達活動の概要と進捗について報告する。

口頭

ITER TFコイル構造物の製作に関する進捗状況

井口 将秀; 櫻井 武尊; 森本 将明*; Hong, Y.-S.*; 稲垣 隆; 田中 信彦; 中平 昌隆; 辺見 努; 松井 邦浩; 小泉 徳潔

no journal, , 

原子力機構は、これまでに実施してきたITER TFコイル構造物の製作技術を検証する中規模及び実規模の試作結果を基にTF構造物製作要領を策定し、2012年8月にTFコイル構造物の第1号機の製作を開始した。第1製作ステップである溶接によってコの字形状を製作するステップでは、試作試験結果から設定した管理値が$$pm$$10mmの溶接変形量であるのに対し、最大+3.7mmの溶接変形に抑えることに成功した。この結果から、試作試験結果から決定した製作方法の妥当性が確認できたことから、2号機目以降の製作を部分的に開始している。第1製作ステップ以降についても、試作試験で策定した製作要領の妥当性を第1号機で確認した後に、次号機以降の製作を開始する予定である。

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