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Cryogenic thermometry for refrigerant distribution system of JT-60SA

夏目 恭平; 村上 陽之; 木津 要; 吉田 清; 小出 芳彦

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 101(1), p.012113_1 - 012113_8, 2015/12


JT-60SA is a fully superconducting fusion experimental device involving Japan and Europe. The cryogenic system supplies supercritical or gaseous helium to superconducting coils through valve boxes or coil terminal boxes and in-cryostat pipes. There are 86 temperature measurement points at 4 K along the distribution line. Resistance temperature sensors will be installed on cooling pipes in vacuum. In this work, two sensor attachment methods, two types of sensor, two thermal anchoring methods, and two sensor fixation materials have been experimentally evaluated in terms of accuracy and mass productivity. Finally, the verification test of thermometry has been conducted using the sample pipe fabricated in the same way to the production version, which has been decided by the comparison experiments. The TVO sensor is attached by the saddle method with Apiezon N grease and the measurement wires made of phosphor bronze are wound on the pipe with Stycast 2850FT as the thermal anchoring. A Cernox sensor is directly immersed in liquid helium as a reference thermometer during the experiment. The measured temperature difference between the attached one and reference one has been within 15 mK in the range of 3.40-4.73 K. It has satisfies the accuracy requirement of 0.1 K.



梶谷 秀樹; 石山 敦士*; 我妻 洸*; 村上 陽之; 辺見 努; 小泉 徳潔

低温工学, 50(12), p.608 - 615, 2015/12

ITER TFコイルに用いられるケーブルインコンジット(CIC)導体には、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線が用いられている。CIC導体内部のNb$$_{3}$$Sn超伝導線は、電磁力によって、波状の曲げ変形を受けることで、その超伝導性能が劣化する。導体性能を正確に評価するためには、この劣化量を正確に把握しておく必要がある。波状の曲げ変形を受けた時の素線の超伝導性能評価手法は、既に開発されているが、このような既存の手法は、膨大な計算時間を必要とするものであるため、導体内数百本分のNb$$_{3}$$Sn超伝導線に同時に適用することは、計算時間やメモリ容量の観点から、不可能である。そのため、このようなNb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形に対して、計算時間を大幅に短縮することのできる新たな評価手法を確立する必要があった。そこで、われわれは、超伝導線内のフィラメント間で電流が転流しないことを仮定した高抵抗モデル(HTRM)と呼ばれる評価手法の概念を波状曲げ変形に導入することによって、定量的かつ高速に波状曲げ変形特性を評価することのできる手法を開発した。開発した手法を用いて計算したNb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形特性は、試験結果のそれと比較的よく一致し、本手法の妥当性を確認することができた。この結果は、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形特性を高速に評価できるようになったことによって、導体内数百本のNb$$_{3}$$Sn超伝導線に対しても適用できることを示す。以上より、導体性能の定量的な評価が可能となった。


Performance verification tests of JT-60SA CS model coil

尾花 哲浩*; 村上 陽之; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 力石 浩孝*; 三戸 利行*; 今川 信作*; 木津 要; 夏目 恭平; 吉田 清

Physica C, 518, p.96 - 100, 2015/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.44(Physics, Applied)

In the JT-60 Super Advanced (JT-60SA) fusion experimental device, the magnet system consists of a central solenoid (CS) coil, 18 toroidal field coils and 6 plasma equilibrium (EF) field coils. The CS coil is composed of four electrically independent modules consisting of a quad-pancake and 6 octa-pancakes. In order to verify the process for the coil manufacturing and the fabrication jigs, the CS model coil was developed. The model coil is composed of one quad-pancake, which is the same dimension as the quad-pancake utilized in the module of the CS coil. Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit (CIC) conductors used for the model coil is the same as conductors for the CS coil. As a final check of the coil manufacturing, the cold test of the model coil was conducted at the Nation Institute for Fusion Science (NIFS) test facility. The critical current, joint resistance, and pressure drop of the model coil were measured in the cold test. In addition, self-magnetic field of the model coil was measured. In this paper, the results of the performance verification tests are described.


Manufacturing design and development of the current feeders and coil terminal boxes for JT-60SA

木津 要; 村上 陽之; 夏目 恭平; 土屋 勝彦; 小出 芳彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 濱口 真司*; 高畑 一也*

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1094 - 1097, 2015/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:53.75(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAの超伝導コイル用電流フィーダとコイル端子箱(CTB)が設計された。電源からの銅ブスバーが、CTBと呼ばれる真空容器に設置された高温超伝導電流リード(HTS CL)に接続される。超伝導電流フィーダがHTS CLの低温端部に接続され、コイルが納められたメインのクライオスタットに導かれる。熱応力を低減するためのクランク型のフィーダの試作が行われた。垂直方向でフィーダをはんだ接続するためのコンパクトなツールが開発された。フィーダの絶縁材は十分なせん断応力を示した。懸念されていた製作工程の試作が完了したので、電流フィーダとCTBの実機製作が開始可能となった。


Estimation of the lifetime of resin insulators against baking temperature for JT-60SA in-vessel coils

助川 篤彦; 村上 陽之; 松永 剛; 櫻井 真治; 武智 学; 吉田 清; 池田 佳隆

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.2076 - 2079, 2015/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.41(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA計画は、ITER計画の幅広いアプローチ計画の日欧協力で進められている。JT-60SA容器内コイルは日本で設計・製作を行う。容器内コイル用の樹脂絶縁材には、真空容器のベーキング温度条件(200$$^{circ}$$C, 40000時間)に沿った耐熱性能が要求される。今回、容器内コイル設計に向け、耐熱耐久性の調査を実施し、$$sim$$220$$^{circ}$$C環境で、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂を母材とする7種類の候補樹脂絶縁材の寿命評価を実施した。高温環境下における化学反応速度はアレニウス法で評価する。耐熱耐久試験では、180$$^{circ}$$C, 200$$^{circ}$$C, 220$$^{circ}$$Cの恒温槽で一定期間保持し、その後、絶縁材の重量減少を測定する。樹脂絶縁材の重量減少率の結果を入力にワイブル解析を実施し、その後、アレニウスプロットにより候補樹脂絶縁材の寿命評価を初めて実施した。この結果、容器内コイルの適用温度は169$$^{circ}$$Cであることが分かった。


JT-60SA superconducting magnet system

小出 芳彦; 吉田 清; Wanner, M.*; Barabaschi, P.*; Cucchiaro, A.*; Davis, S.*; Decool, P.*; Di Pietro, E.*; Disset, G.*; Genini, L.*; et al.

Nuclear Fusion, 55(8), p.086001_1 - 086001_7, 2015/08

 被引用回数:17 パーセンタイル:11.94(Physics, Fluids & Plasmas)



Development of Terminal Joint and Lead Extension for JT-60SA Central Solenoid

村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 古川 真人; 夏目 恭平; 土屋 勝彦; 神谷 宏治; 小出 芳彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4201305_1 - 4201305_5, 2015/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.02(Engineering, Electrical & Electronic)



Evaluation of temperature rise caused by AC loss due to plasma disruption in joint of JT-60SA poloidal field coil

中村 一也*; 山本 侑祐*; Suzuki, K.*; 高尾 智明*; 村上 陽之; 夏目 恭平; 吉田 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200704_1 - 4200704_4, 2015/06

The JT-60 Super Advanced (JT-60SA) of Japan Atomic Energy Agency is a fusion experiment device designed to contribute to the early realization of fusion energy by providing support to the operation of ITER. The CS and EF coils are fabricated in Japan. In case of the butt joint for CS, two conductors are pressed onto each side of a copper sheet. As for the lap joint, two conductors are pressed by overlapping them with copper blocks for used EF pancake coils and between the CS and the current feeder. When a time-varying magnetic field is applied to the joints, an AC loss occurs, and temperature margin of the joint decreases due to the AC loss. It is necessary to understand the temperature margin of the joints to protect this coil system from quench. In this study, we fabricated the butt joint and lap joint, and measured the AC losses under the time varying field. Based on these experimental results, we analyzed the temperature rise caused by AC losses of the joints by using FEM under the standard plasma scenario and disruption scenario. The obtained results become fundamental data to estimate the temperature margin of the joints.


Magnetic field measurements of JT-60SA CS model coil

尾花 哲浩*; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 力石 浩孝*; 三戸 利行*; 今川 信作*; 木津 要; 村上 陽之; 夏目 恭平; 吉田 清

Fusion Engineering and Design, 90, p.55 - 61, 2015/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.76(Nuclear Science & Technology)

ニオブスズCIC導体製のJT-60SA CSモデルコイルの冷却試験において、ホール素子を用いて磁場測定を行った。コイル電流を20kAにホールドした状態でも磁場は緩やかに変化することが見出された。その時定数は、17から571秒で短尺サンプルの試験で得られた時定数よりかなり長かった。測定の妥当性を検証するために、ニオブスズ導体中の素線の位置を考慮してモデルコイルの磁場を評価した。その計算結果は測定とよく一致し、磁場測定の妥当性が確認された。


Modeling of butt joint composed of Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit conductors

尾花 哲浩*; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 夏目 恭平*; 今川 信作*; 三戸 利行*; 木津 要; 村上 陽之; 吉田 清

Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.2), p.3405122_1 - 3405122_4, 2014/07



Mass production of superconducting magnet components for JT-60SA

吉田 清; 村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 神谷 宏治; 小出 芳彦; Phillips, G.*; Zani, L.*; Wanner, M.*; Barabaschi, P.*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4200806_1 - 4200806_6, 2014/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:32.31(Engineering, Electrical & Electronic)



Development and test of JT-60SA central solenoid model coil

村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 小出 芳彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 力石 浩孝*; 夏目 恭平*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4200205_1 - 4200205_5, 2014/06

 被引用回数:17 パーセンタイル:20.85(Engineering, Electrical & Electronic)



Thermal stability of butt joint for CS conductor in JT-60SA

高尾 智明*; 川原 譲*; 中村 一也*; 山本 侑祐*; 谷貝 剛*; 村上 陽之; 吉田 清; 夏目 恭平*; 濱口 真司*; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4800804_1 - 4800804_4, 2014/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.24(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SAの中心ソレノイド(CS)は、6つの8層パンケーキコイルと1つの4層パンケーキコイルから構成される。パンケーキコイル間の接続は、プラズマへ供給する磁束を大きくするために、省スペースで設置が可能なITER-EDAのCSモデルコイルで開発された突合せ接続により行われる。本研究ではCS用突合せ接続サンプルを用いて、通電電流値,超臨界圧ヘリウム(SHe)流量, SHe圧力,外部磁場を変化させクエンチ温度(Tq)を測定した。また有限要素法(FEM)解析ソフトCOMSOL Multiphysicsを用いてCS突合せ接続内の温度上昇及び温度分布の数値計算を実施した。これらの試験と解析の結果、CS突合せ接続部はSHe流量が減少しても安定に運転できることがわかった。本論文では、Tq測定試験やFEM解析モデル及びCS接続部のTqとSHe流量の評価結果について報告する。


Design of the precompression mechanism and gravity support for the central solenoid assembly in the JT-60SA tokamak

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 吉澤 憲生; 小出 芳彦; 吉田 清

IEEE Transactions on Plasma Science, 42(4), p.1042 - 1046, 2014/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.02(Physics, Fluids & Plasmas)



Electrically insulated MLI and thermal anchor

神谷 宏治; 古川 真人; 畠中 龍太*; 宮北 健*; 村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 小出 芳彦; 吉田 清

AIP Conference Proceedings 1573, p.455 - 462, 2014/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.98



Joint resistance measurements of pancake and terminal joints for JT-60SA EF coils

尾花 哲浩*; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 三戸 利行*; 今川 信作*; 木津 要; 村上 陽之; 吉田 清

Fusion Engineering and Design, 88(11), p.2773 - 2776, 2013/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Nuclear Science & Technology)



Feeder components and instrumentation for the JT-60SA magnet system

吉田 清; 木津 要; 村上 陽之; 神谷 宏治; 本田 敦; 大西 祥広; 古川 真人; 淺川 修二; 倉持 勝也; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.1499 - 1504, 2013/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:46.51(Nuclear Science & Technology)



Fabrication and installation of equilibrium field coils for the JT-60SA

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 柏 好敏; 吉澤 憲生; 吉田 清; 長谷川 満*; 久野 和雄*; 野元 一宏*; 堀井 弘幸*

Fusion Engineering and Design, 88(6-8), p.551 - 554, 2013/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:34.56(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA装置の超伝導平衡磁場(EF)コイルのうち、トロイダル磁場(TF)コイルの下側に設置されるEF4, 5, 6の3つのコイルは、TFコイル設置前に製作を完了する必要がある。EFコイルの一号機として、2011年よりEF4コイルの製作が開始され、2012年4月に巻線が完成した。プラズマを高い精度で制御するために本コイルに対して求められている製作・設置精度は、電流中心半径では、両者合わせて6mm以内である。EF4コイルについて、積層後に巻線全体の非円形度を計測すると0.6mm(+0.2から-0.4mm)であり、要求精度の十分の一を達成できたことがわかった。これは、非変形度の生じやすいジョイント部を、一つのセクションに集中させることなく、DPコイルごとに位置を散らす構造としたため、誤差が平均化されたことによるものが一因と考えられる。これにより、今後大口径(8ないし11m)のEFコイル製作について、高い精度で製作できる目処がたち、設置精度に十分な裕度を残せる結果となった。


Development of central solenoid for JT-60SA

木津 要; 村上 陽之; 土屋 勝彦; 吉田 清; 野元 一宏*; 今井 良夫*; 湊 恒明*; 尾花 哲浩*; 濱口 真司*; 高畑 一也*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 23(3), p.4200104_1 - 4200104_4, 2013/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:27.13(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SAの中心ソレノイド(CS)の最大経験磁場、電流値、電圧は8.9T, 20kA, 10kVである。そのため、高磁場・高電流密度のNb$$_{3}$$Sn導体を開発した。CSの外形と高さは2m, 1.6mである。幾つかの構成部品を新規に開発し、試験を行った。供給磁束を最大化するためには、巻線の直径をできるだけ大きくする必要がある。そのために、ジョイントの空間を最小化できるバットタイプのジョイントを開発した。DGEBAエポキシを用いた絶縁は、100kGyの$$gamma$$線照射においても十分な強度を有していることが示された。4$$times$$4に導体を積み重ねたサンプルに運転時の2倍の応力を運転回数与えた後に絶縁試験を行ったところ、21kVより大きな絶縁耐力があった。これらの結果より、CS実機製作が開始できる。


Analytical study of degradation of CIC conductor performance due to strand bending and buckling

梶谷 秀樹; 辺見 努; 村上 陽之; 小泉 徳潔

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 23(3), p.6001505_1 - 6001505_5, 2013/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:70.77(Engineering, Electrical & Electronic)


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