Mechanical properties of full austenitic welding joint at cryogenic temperature for the ITER toroidal field coil structure

井口 将秀; 齊藤 徹; 河野 勝己; 千田 豊; 中嶋 秀夫; 小川 剛史*; 片山 義紀*; 小方 大成*; 峯村 敏幸*; 渡海 大輔*; et al.

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2520 - 2524, 2013/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2013.02.165

ITER TF構造物は高さ約17m,幅約9mのD型形状の大型溶接鋼構造物であり、その最大溶接深さは260mmとなる。TF構造物溶接時には、極低温における溶接継手強度を確保するために、溶接材料として、核融合炉設備規格 超伝導マグネット構造規格で規定されているFMYJJ1を、また、構造材料として4種類の窒素添加強化型ステンレス鋼を使用する計画である。原子力機構では、溶接深さと構造材料の組合が極低温における溶接継手の機械特性に与える影響を調査するために、FMYJJ1を使用した片側狭開先TIG溶接により、板厚40mmの4種類の構造材料の組合せ、及び板厚200mmの2種類の構造材料を組合せた溶接継手を製作し、これらの溶接継手から引張試験片を製作した。これらの試験片を用いて実施した4Kでの引張試験の結果、低い強度の構造材料を使用すると溶接継手の強度も低下するが、構造材料の強度を下回らないことがわかった。また、200mm厚さの溶接継手における引張試験結果では、継手強度は板厚方向にほぼ一定であり、極厚材の溶接においても実機TF構造物製作に十分な継手強度を確保できることを明らかにした。

ITERトロイダル磁場コイル構造物の製作技術開発

井口 将秀; 千田 豊; 中嶋 秀夫; 小川 剛史*; 片山 義紀*; 小方 大成*; 峯村 敏幸*; 宮部 圭介*; 渡海 大輔*; 新見 健一郎*

低温工学, 47(3), p.193 - 199, 2012/03

https://doi.org/10.2221/jcsj.47.193

ITERトロイダル磁場コイル構造物(TF構造物)は、高さ約17m,幅約9mのD型形状の大型溶接鋼構造物である。原子力機構はITER建設においてTF構造物すべての製作を担当しており、実機TF構造物製作に向けた製作技術の実証と合理化を目的として、実規模試作を行ってきた。原子力機構は日本機械学会が2008年に制定した核融合炉設備規格超伝導マグネット構造規格(以下、JSME規格)のTF構造物製作への適用を提案しており、JSME規格に基づいて製造したステンレス鍛鋼品の品質確認試験を実施し、JSME規格の実機用材料製造への適用性を確認した。また、TF構造物製作に必要な溶接施工法の検証を実施し、その溶接品質を確認するとともに、実規模試作を実施することで、これまで不明瞭であった溶接変形挙動を明らかにし、実機TF構造物の製作に目途を付けることができた。

Validation of fablicability for ITER TF coil structures

千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*

Proceedings of 2011 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/07

https://doi.org/10.1115/PVP2011-57284

ITER TFコイル構造物はコイルに発生する電磁力を極低温(約4K)で支持するために、極厚の高強度・高靱性ステンレス鋼容器と支持構造物で構成されている。原子力機構は2008年度より極厚のステンレス鋼に対する基礎的な溶接試験を開始し、TFコイル構造物の製造に関する技術課題を検証するために、主要部材の実機大部分模型体の試作を行った。また、これらの検証試験と並行して日本機械学会において核融合設備規格超伝導マグネット規格(JSME規格)の制定に寄与した。本論文ではJSME規格の概要を紹介すると同時に、これまで実施した試験及び試作によって得られたTFコイル構造物の製作性検証結果を紹介する。

High performance tokamak experiments with a ferritic steel wall on JFT-2M

都筑 和泰; 木村 晴行; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 神谷 健作; 篠原 孝司; 小川 宏明; 星野 克道; Bakhtiari, M.; 河西 敏; et al.

Nuclear Fusion, 43(10), p.1288 - 1293, 2003/10

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/10/033

JFT-2Mでは、原型炉のブランケット構造材料の候補である低放射化フェライト鋼とプラズマとの適合性を調べる実験を進めてきている。昨年度にはフェライト鋼内壁を真空容器内に全面的に設置する作業を行い、今年度より実験を開始している。プラズマ生成,制御は問題なく行われ、金属不純物の放出も検出限界以下であった。改善閉じ込め(Hモード)も実現され、そのしきいパワーもこれまでと同等であった。プラズマ安定性に関してもこれまでの所悪影響は観測されておらず、規格化が3を超える放電との共存性も示された。高速イオンのリップル損失に関しても顕著な低減が実証された。以上のように、フェライト鋼の悪影響は小さく、有望な結果を得ている。JFT-2Mでは、その他にも先進的、基礎的な研究を行っている。先進的粒子供給手法であるコンパクトトロイド(CT)入射実験においては、再現性よくプラズマ中へ入射が行われ、CT入射に伴う密度の急上昇が初めて明確に観測された。

釜石鉱山における地層科学研究 -第一フェーズ総括報告書-

新見 健; 大澤 英昭; 柳沢 孝一; 杉原 弘造; 吉田 英一; 瀬尾 俊弘; 北山 真

PNC TN7410 94-022, 190 Pages, 1994/03

PNC-TN7410-94-022.pdf:6.06MB

釜石鉱山における地層科学研究は、地下深部の地質環境特性に関するデータの取得、現象の理解、その現象解析モデルの開発・確立、および調査試験技術の開発・確立を目標として行われている。昭和63年度から開始された5ヵ年計画(以下、第1フェーズと呼ぶ)では、地下の基礎的な地質環境特性の把握と現象の解析および現有調査試験技術の適用性の確認の2つを目的に調査研究を行った。試験実施場所は、栗橋花崗閃緑岩中に開削された釜石鉱山550mレベル坑道(地表下300m)の奥の2本の既存水平坑道およびその近傍約200m四方の範囲である。この他に、地表から掘削した試錐孔を利用した。また、地震観測については、550mレベル坑道およびその他のレベルの坑道にも地震計を設置して観測を行った。その結果、地下の岩盤では水理的異方性が存在すること、それが岩盤中の割れ目の方向に関係していること、その調査のためにはレーダートモグラフィーが有効であることがわかった。地下水の起源は降水であること、トリチウムの分析結果からは、その滞留時間は少なく見積もっても40年以上を示す地下水が存在することが明らかにされた。また坑道掘削に伴い岩盤は弾性挙動をすること、岩盤特性の変化が生じる範囲は坑道壁面から2m程度であることがわかった。地震の研究では地下での揺れが、地上に較べて半分程度になることが判明した。岩盤内に充填したベントナイトの挙動に関して膨潤圧等のデータが得られた。

ITER・TFコイル構造物製作のための構造規格

中嶋 秀夫; 新見 健一郎; 大森 順次; 高野 克敏; 河野 勝己; 堤 史明; 濱田 一弥; 奥野 清

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、国際熱核融合実験炉(ITER)の建設において、トロイダル磁場コイル(TFコイル)の構造物全量の製作を分担する。TFコイル構造物の品質を確保するには、構造規格に従った製作が求められるが、超伝導コイルの製作を規定した構造規格は存在しない。このため、原子力機構は、TFコイル構造物の製作で使用することを目的として、日本機械学会・発電設備規格委員会で策定を進めている超伝導マグネット構造規格の開発に協力してきた。この規格は一般要求事項,材料,設計,製作,非破壊試験,耐圧・漏れ試験,用語で構成され、「日本機械学会核融合設備規格超伝導マグネット構造規格(2008年版)」として平成20年末には発行される見通しであり、原子力機構は、この規格をITERTFコイル構造物の製作で使用する予定である。本規格には、これまでに原子力機構が実施した超伝導コイルの開発成果が活かされており、超伝導マグネットの特徴を考慮した規格となっている。本講演では、この構造規格開発の経緯と規格の特徴を紹介するとともに、TFコイル製作の今後の計画について報告する。

ITER・TFコイル構造物の溶接技術検証

中嶋 秀夫; 千田 豊; 高野 克敏; 堤 史明; 奥野 清; 新見 健一郎*; 仙田 郁夫*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、ITERの建設において、トロイダル磁場(TF)コイル構造物(以下、「TF構造物」という)の製作を分担する。TF構造物の調達の一環として、原子力機構はTF構造物の詳細製作設計と実規模試作を開始し、現在、一次製作設計,材料品質確認、及び溶接に関する要素技術の検証と小規模試作を進めている。TF構造物の溶接では、実機における溶接変形を把握することが非常に重要であるとともに、溶接部の液体ヘリウム温度での機械特性を検証する必要がある。このため、1mの実機大インボード容器の溶接試作、及び数種の条件で溶接したJJ1溶接部の4K引張試験を実施している。本講演では、これらの試作及び試験で得られた中間結果について報告する。

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。