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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
被引用回数：2 パーセンタイル：63.13(Thermodynamics)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.
吉田 清; 夏目 恭平; 木津 要; 小出 芳彦; Michel, F.*; Hoa, C.*; Wanner, M.*
低温工学, 50(12), p.575 - 582, 2015/12
JT-60SA計画は、核融合エネルギーの早期実現のために、国際熱核融合実験炉(ITER)計画と並行して日本と欧州が共同で実施するプロジェクトである。JT-60SA装置は、プラズマ電流5.5MAを100秒間維持するために、超電導マグネットを採用している。本誌で示す冷凍機システムは、トカマク装置用超電導マグネットを極低温に維持するために特化した設計を行った。冷凍機システムは、超電導マグネットに4.4Kヘリウムを供給し、高温超電導電流リードに50Kヘリウムを供給、サーマルシールドに80Kヘリウムを供給する。また、トカマク装置のダイバイターの排気装置であるクライオポンプに3.7Kヘリウムを供給する。冷凍機システムは、機器製造が終了して、すでに那珂研究所へ搬入され、現在、据付と検査を行いており、2016年から試運転を開始する予定である。本誌では、JT-60SA冷凍機システムの詳細な要求性能、機器設計、現地据付について解説する。
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：7 パーセンタイル：29.47(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
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.
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：6 パーセンタイル：41.56(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。
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：6 パーセンタイル：32.01(Engineering, Electrical & Electronic)JT-60Uのマグネットシステムを超伝導に改修するJT-60SA計画が進められている。CSのターミナル接続部はNbSn導体とNbTi導体を接続するシェイクハンド型のラップジョイントを用いて製作される。ターミナル接続部は、CSの上部および下部に配置され、CSシステムの中央に位置するモジュールはターミナル接続部とモジュール間をリードエクステンションと呼ばれる部品を用いて接続される。ターミナル接続部の接続抵抗は核融合科学研究所の大型試験装置を用いて測定した。試験の結果、接続抵抗値はJT-60SAのマグネットシステムの要求値を満足することが確認できた。また、リードエクステンション部およびサポートの構造解析を行い、設計が成り立つことを確認した。本発表では、今回実施した接続抵抗試験の結果およびリードエクステンション部の構造解析の結果について報告する。
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
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Engineering, Electrical & Electronic)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.
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：15.66(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。
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
NbS超伝導導体からなる突合わせ導体接続(バットジョイント)の製作技術を評価するために、JT-60SAのCSのために開発されたサンプルの接続抵抗とクエンチ電流の測定を行った。測定より、接続抵抗が要求値の2n
以下を満足することを確認した。バットジョイントの特性をシミュレートするために、バットジョイントの構造を単純化した1次元解析モデルを開発し、ジョイント抵抗とクエンチ電流を計算した。計算結果は測定とよく一致し、本モデルがバットジョイントの解析に使用できることを確認した。
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：25 パーセンタイル：71.51(Engineering, Electrical & Electronic)JT-60SAの中心ソレノイドは、ひずみに弱いNbSn素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体を用いて製作される。中心ソレノイドモデルコイルは、実機製作を開始する前にコイル巻線や接続部の製作方法の妥当性を検証するために製作し、極低温において通電試験を行った。モデルコイルは4層のパンケーキコイルからなり、内径や外径、絶縁構成などは実機と同じである。実機製作に使用される治具用い、実機と同等の手順で製作した。モデルコイルは、核融合科学研究所のコイル試験装置を用いて極低温において通電試験を行った。試験の結果、圧力損失や臨界電流値,接続抵抗値は要求性能を満たすことが確かめられ、NbSnマグネットの製作方法が確立できた。本論文では、中心ソレノイドモデルコイルの仕様及び製作方法、試験について報告する。
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：20.77(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。
夏目 恭平; 村上 陽之; 柳 俊樹; 木津 要; 吉田 清
no journal, ,
JT-60SA計画では超電導コイルに冷媒ヘリウムを分配するためのバルブボックス(VB)と、高温超電導電流リードと電源バスバーとの取り合い部を含むコイルターミナルボックス(CTB)が新たに製作される。VB及びCTB内は真空排気され、内部に設置された配管内に低温(3.6-80K)のヘリウムが循環する。本発表では配管内のヘリウム温度を測定する素子の設置方法について述べる。温度計の精度及び製作性の観点からより適した設置方法を採用するために、後述する二つの設置方法について実環境を模擬した実験を行った。1つは配管内部に井戸の様に導入した細管内に温度センサを設置する方式(ウエル方式)である。もう1つは配管外部に銀蝋溶接された銅ブロック内にセンサを設置する方式(ブロック方式)である。また、参照用として配管内の液体ヘリウムに直接浸漬されているセンサも用意する。実験装置配管内の液体ヘリウムの温度を3.34-5.06Kの範囲で変化させ、計測値を比較・評価した。実験の結果、参照値との差はブロック方式では0-35mk程度、ウエル方式では0-15mK程度となった。両者ともに要求される計測精度範囲(
100mK)に収まっていることから、製作性の比較的良いブロック方式を採用可能であると判断された。
夏目 恭平; 木津 要; 吉田 清; 本田 敦; 柏 好敏; 小出 芳彦; Hoa, C.*
no journal, ,
核融合プラズマ実験装置JT-60の超電導化改修計画が日本と欧州連合(EU)の共同プロジェクトとして、那珂核融合研究所において進められている。JT-60SA用ヘリウム冷凍機システムは、4.5Kで約9kWの冷凍能力を持ち、欧州実施機関であるFusion For Energy(F4E)及びフランス原子力・代替エネルギー庁(CEA)が製作・海上輸送・据付・試運転等を担当する。原子力機構は国内輸送・建屋建設等を担当し、那珂核融合研究所での作業を補助する。本講演では、ヘリウム冷凍機システムの据付状況及び試運転過程について報告する。
村上 陽之; 木津 要; 夏目 恭平; 土屋 勝彦; 吉田 清; 小出 芳彦
no journal, ,
JT-60SAの中心ソレノイド(CS)は、実機製作開始前の性能確認のため、試作コイル(モデルコイル)を製作し通電試験を実施した。試験の結果、サーマルシールドからの放射や計測線からの入熱により、最上部の第一層が温められ、温められた第一層からの熱伝導により第二層も温められており、最外ターンから供給された冷媒が最内ターンに達した時の温度は、供給温度より1.1 K程度高くなることが判明した。これは、JT-60SAのCSのように最外ターンから冷媒を供給する設計の場合、磁場が高く、分流開始温度(Tcs)が低くなる最内ターンを十分冷却できなくなる可能性を示している。すなわち実機モジュールについても、外部からの入熱により最内ターンの温度が上昇し、モジュール全体の安定性を低下させる可能性が考えられる。そこで、層間の熱伝導を模擬した解析を実施し、モジュール内の温度分布評価を行うとともに、温度マージンへの影響について評価した。その結果、外部からの入熱による最内ターンの温度上昇の影響は、磁場分布によるTcsの低下に比べると影響は小さく、モジュール全体の温度マージンへの影響はないことが確認できた。すなわちJT-60SAのCSは、最外ターンから冷媒を供給する方法で十分冷却できることが示された。
吉田 清; 夏目 恭平; 木津 要; 土屋 勝彦; 村上 陽之; 小出 芳彦
no journal, ,
ITERのサテライトトカマクとして、プラズマ実験装置JT-60SA装置は、欧州と日本が共同で機器を製作している。JT-60SAのトロイダル磁場コイルとポロイダル磁場コイルは、すべて超伝導マグネットで構成されている。超伝導マグネットを極低温に維持するための極低温設備は、ヘリウム冷凍機、高温超電導電流リード、サーマルシールドなどが必要で、それらの機器の製作状況を紹介する。
村上 陽之; 木津 要; 神谷 宏治; 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*; et al.
no journal, ,
JT-60SA中心ソレノイド(CS)の製作方法の妥当性を確認するため、実機と同じ導体・製作治具を用いてモデルコイルを製作し、極低温における通電試験を実施した。モデルコイルは実機と同じ曲げ半径で巻線し、実機と同等の熱処理を行った。電流リードとの接続に用いる電流フィーダとモデルコイル本体は、実機CSに用いるバットジョイントにより接続し、接続部の評価も同時に実施できる構造とした。モデルコイルの通電試験は、核融合科学研究所(NIFS)の大型試験装置を用いて実施した。試験は臨界電流測定、接続抵抗測定および圧力損失測定を実施した。試験の結果、臨界電流値,接続抵抗値,圧力損失はいずれも要求値を満足し、CSの製作方法に問題が生じていないことを明らかにした。本講演では、今回実施した試験の概要および結果について報告する。
尾花 哲浩*; 高畑 一也*; 濱口 真司*; 力石 浩孝*; 今川 信作*; 三戸 利行*; 木津 要; 村上 陽之; 夏目 恭平; 吉田 清
no journal, ,
JT-60SAの中心ソレノイド(CS)は1個のクアッドパンケーキと6個のオクタパンケーキからなるモジュール4個で構成される。コイル製作プロセスと製作治具の確認のために、CSモデルコイルを製作した。本モデルコイルはクアッドパンケーキ1個で構成されている。モデルコイルの冷却試験を核融合科学研究所(NIFS)で実施した。臨界電流、ジョイント抵抗、圧力損失などを測定した。加えて、モデルコイルの自己磁場の測定をホール素子により行った。それより、磁場は20kAの電流ホールド中にわずかに変化することが見出された。その時定数は17-571秒の範囲で、短尺の直状サンプルで観測された時定数よりかなり長いことが分かった。
川原 譲*; 山本 侑祐*; 中村 一也*; 高尾 智明*; 谷貝 剛*; 村上 陽之; 吉田 清; 夏目 恭平*; 濱口 真司*; 尾花 哲浩*; et al.
no journal, ,
JT-60SA用中心ソレノイド(CS)の接続にバットジョイントを用いる。バットジョイントはコンパクトなジョイントであるため、ジョイントを通る超臨界ヘリウム(SHe)の流量が限定され、冷却効率が下がってしまう。そのため、熱的に不安定となりジョイント部からクエンチが生じてしまう恐れがある。安定性評価のため実施した接続部サンプルの通電試験の結果、バットジョイントがクエンチした際のSHe温度はSHe流量に依存することが分かった。しかし、試験では限られた条件しか測定を実施できなかったため、クエンチ時のSHe温度とSHe流量の一般的な関係は明らかにできていない。そこで、有限要素法を用いてバットジョイント内の熱解析を行い、バットジョイントの熱的安定性を統一的に評価した。解析結果から、接続部の抵抗による発熱が定格の10倍となった場合でも安定して通電できることを示し、JT-60SAに用いるバットジョイントが非常に高い安定性を持つことを明らかにした。
村上 陽之; 木津 要; 夏目 恭平; 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*; et al.
no journal, ,
JT-60SA中心ソレノイドの開発の一環として、実機と同じ導体・製作治具を用いてモデルコイルを製作し、極低温における通電試験を実施した。モデルコイルの試験は、温度計測が冷媒入口と出口のみしかできなかったため、コイル内部の温度分布を測定できなかった。そこで、コイル内の温度分布を解析により計算し、臨界電流の評価を行った。本講演では、モデルコイル試験の概要および温度分布、臨界電流の評価結果について報告する。
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*
no journal, ,
JT-60SAの超電導コイル用給電機器が設計され、懸念された製作工程の試作が行われた。熱応力を低減するためのクランク型の電流フィーダの試作が行われ、3mm以内の製作公差で加工された。垂直方向でフィーダジョイント部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、試作ジョイントの接続抵抗は2nと、目標の5n以下を満足した。フィーダの絶縁材は十分なせん断応力を示した。以上より、電流フィーダとCTBの実機製作が開始可能となった。
夏目 恭平; 吉田 清; 木津 要; 小出 芳彦
no journal, ,
日本原子力研究開発機構那珂核融合研究所にあるプラズマ実験装置JT-60は、日欧による共同実施によって、電磁石を超伝導化する改造を行っている。超伝導磁石は、コイル導体の超伝導状態への転移のために極低温ヘリウムを用いて冷却される。JT-60SAヘリウム冷凍機は、温度4.5Kで9kWという、アジア最大級の冷凍能力を持つ。また、冷媒分配システムは、超伝導磁石(4.6K)、クライオポンプ(3.7K)、高温超伝導電流リード(50K)、サーマルシールド(80K)といった様々な温度の多様な機器に冷媒を供給する。本発表では、JT-60SAヘリウム冷凍機及び冷媒分配システムの製作と設計、さらにそれらに伴う要素研究として、真空中に設置された配管内を流れる冷媒の温度を配管外部に設置する測温抵抗体によって測定する方法について述べる。
