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論文

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

 被引用回数:1 パーセンタイル:39.16

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.

論文

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:5 パーセンタイル:67.64(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.

論文

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:4 パーセンタイル:53.79(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。

論文

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:6 パーセンタイル:55.8(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Nb$$_{3}$$Sn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。

論文

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(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.

論文

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:74.03(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。

論文

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

Nb$$_{3}$$S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$$Omega$$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。

論文

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:20 パーセンタイル:23.13(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SAの中心ソレノイドは、ひずみに弱いNb$$_{3}$$Sn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、Nb$$_{3}$$Sn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。

論文

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:73.25(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。

口頭

JT-60SA中心ソレノイド用ジョイント部の抵抗測定試験

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*; 夏目 恭平*; 今川 信作*; et al.

no journal, , 

JT-60SA装置の中心ソレノイド(CS)は、Nb$$_{3}$$Sn素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体を用い、複数のパンケーキ巻きコイルを接続し製作される。TFコイルやEFコイルに比べ限られた空間に設置する必要のあるCSでは、省スペースで接続できるバットジョイントを用いて製作される。ジョイント部の接続抵抗が要求値である5n$$Omega$$以下を満足することを確認するため、実機と同様の方法で製作したジョイント部を持つサンプルを用いて接続抵抗測定試験を日本原子力研究開発機構(JAEA)と核融合科学研究所(NIFS)が共同で実施した。試験はジョイント部を2か所持つヘアピン形状のサンプルを用いて行い、それぞれの抵抗値を測定した。試験の結果、抵抗値はどちらのジョイント部も約2.1n$$Omega$$であり、要求値である5$$Omega$$以下を満足した。本講演では、今回実施した試験の概要及び結果について報告する。

口頭

ITER TFコイルジョイント部の性能評価

梶谷 秀樹; 辺見 努; 松井 邦浩; 山根 実; 小泉 徳潔; 尾花 哲浩*; 濱口 真司*; 高田 卓*; 力石 浩孝*; 夏目 恭平*; et al.

no journal, , 

ITER TFコイルでは、ダブル・パンケーキ間の導体は、ジョイント部で電気的に接続される。そのジョイント部の性能を検証することを目的として、2本のTF導体で構成され実機TFコイルと同様のジョイント部を有する試験サンプルを製作し、NIFS(核融合科学研究所)が所有する大型導体試験装置を用いて、ジョイント部の運転条件である68kAの電流、及び、2T以上の磁場の条件でジョイント抵抗を測定した。その結果として、1n$$Omega$$程の十分に低い抵抗値を得られ、ITERの要求値である3n$$Omega$$を満足した。

口頭

ITER-TF導体接続抵抗測定試験における高温超伝導ブスバー追加による銅ブスバーの発熱低減

佐浦 啓介*; 尾花 哲浩*; 高田 卓*; 夏目 恭平*; 濱口 真司*; 力石 浩孝*; 高畑 一也*; 今川 信作*; 梶谷 秀樹; 辺見 努; et al.

no journal, , 

核融合科学研究所の大型導体試験装置を用いて、ITER-TFコイル用ジョイントの接続抵抗測定を行った。電流リードと導体サンプルを接続する銅ブスバーの発熱を定格68kA通電時に100W程度に低減するため、高温超伝導ブスバー(Bi2212線材: 住友電工)を銅ブスバーに並列に取り付けた。ロゴスキーコイルを用いて各ブスバーの電流を測定し、68.1kA通電時に高温超伝導ブスバーが約20kAを分担しており、銅ブスバーの抵抗発熱が銅ブスバーのみの場合の60%程度に低減されていることを確認した。

口頭

JT-60SA中心ソレノイドモデルコイル試験結果

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。

口頭

JT-60SA中心ソレノイドにおける接続部の安定性評価

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。

口頭

JT-60SA中心ソレノイド用ターミナル接続部の接続抵抗測定

村上 陽之; 夏目 恭平; 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*; et al.

no journal, , 

JT-60SA装置の中心ソレノイド(CS)は、Nb$$_{3}$$Sn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。一方、CSに電流を供給する電流フィーダーはNbTi導体を用いて製作されるため、CSのターミナル接続部はNb$$_{3}$$Sn導体とNbTi導体の接続を行う必要がある。CS用ターミナル接続部は、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、銅スペーサを介してNb$$_{3}$$Sn導体とNbTi導体を接続する。Nb$$_{3}$$Sn導体と銅スペーサ間の接続方法が異なる2種類のサンプルを製作し試験を実施した。試験は核融合科学研究所の大型試験装置を用いて接続抵抗を測定した。試験の結果、一方のサンプルのみ目標値を満足し、CS用ターミナル接続部に使用できることが確認できた。本発表では、今回実施した試験の概要および結果、目標値を満足できなかったサンプルの不具合原因について報告する。

口頭

Self-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*; 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。

口頭

JT-60SA中心ソレノイドモデルコイルの臨界電流評価

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。

口頭

JT-60SA超電導コイル用給電機器の設計と開発

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$$Omega$$と、目標の5n$$Omega$$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。

口頭

JT-60SA用超電導マグネット装置の製作と組立状況

吉田 清; 木津 要; 土屋 勝彦; 村上 陽之; 本田 敦; 柏 好敏; 小出 芳彦; 薄井 勝富; 夏目 恭平

no journal, , 

ITERのサテライトトカマクであるプラズマ実験装置JT-60SA装置は、欧州 と日本が共同で製作している。JT-60SA用超電導マグネットと付属設備の実機製作は順調に進捗している。プラズマ真空容器の組立てに先立ち、装置の下部の平衡磁場(EF)コイル3個が完成してクライオスタットの底部に仮置きされた。本報告では、超電導マグネットと付属設備の製作と組立の状況を報告する。

口頭

JT-60SAヘリウム配管の温度素子設置方法

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。

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