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論文

Development of structures for ITER toroidal field coil in Japan

井口 将秀; 千田 豊; 高野 克敏; 河野 勝己; 齊藤 徹; 中嶋 秀夫; 小泉 徳潔; 峯村 敏幸*; 小方 大成*; 小川 剛史*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203305_1 - 4203305_5, 2012/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.63(Engineering, Electrical & Electronic)

日本原子力研究開発機構(以下、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)すべての製作を担当する。TF構造物調達活動の一環として、原子力機構はTF構造物の材料品質確認、及び製作技術の検討及び検証活動を行ってきた。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電導マグネット構造規格(JAME S KA1 2008)(以下、JSME規格)のTF構造物製造適用を提案しており、JSME規格の実用性を検証するために、実規模試作用に製作したステンレス鍛鋼品に対する品質確認試験を4Kにて実施し、JSME規格との比較を実施した。また、製作技術検討活動として、FMYJJ1ワイヤを使用した狭開先TIG溶接の溶接施工法の検証、溶接能率向上のためのFMYJJ1以外のワイヤの適用可能性の検討、TF構造物施工法確認のためにTF構造物の小規模及び実規模試作を行ってきた。本発表ではこれらの活動結果について報告する。

論文

Trial fabrication of one-third scale double pancake of ITER toroidal field coil

松井 邦浩; 小泉 徳潔; 辺見 努; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 木村 諭*; 飯島 亜美*; 酒井 正弘*; 大勢持 光一*; 嶋田 守*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203005_1 - 4203005_5, 2012/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.18(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構は、国内機関として9個のITER TFコイル調達を担当している。TFコイルの製作では、熱処理によって長さが変化する超伝導導体を、電磁力の支持及び電気絶縁の信頼性向上の役割を果たすラジアル・プレートの溝に挿入する。このTFコイルの製作では、0.01%程度の高精度の巻線技術、導体長さ及び巻線形状の変化を評価する熱処理技術、耐放射線性の高いシアネート・エステルとエポキシの混合樹脂による絶縁含浸技術の確立が重要である。そのため、TFコイルの製作に向けた上記技術の確立のために、2009年3月から小規模及び実規模の試作を実施している。実規模試作では、TFコイルの1/3規模のダブルパンケーキ(DP)の巻線を行い、目標精度で巻線できることを確認した。また、それらの1/3規模DPを使用して、熱処理及び絶縁含浸試験を実施した。熱処理試験では、熱処理による導体の長さ及び巻線形状の変化を評価しており、これらを考慮してTFコイルの巻線製作を実施する必要がある。絶縁含浸試験では、要求性能である2.2kVの耐電圧性能を有すること、巻線の内部まで十分に含浸されていることを確認した。

論文

Development of ITER TF coil in Japan

小泉 徳潔; 松井 邦浩; 辺見 努; 高野 克敏; 千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫; 嶋田 守*; 大勢持 光一*; 牧野 吉延*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4200404_1 - 4200404_4, 2012/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.1(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構は、ITER計画において9個のTFコイルの調達を担当しており、この調達を次に記す3段階に分けて段階的に実施している。第一段階:技術的課題の解決と合理化検討、第二段階:治具の製作及び第一号コイルの製作、第三段階:残りの8個のコイル製作。このうち、第一段階として2009年3月から、中・実規模試作を実施した。これまでに実規模導体を用いた巻線試作,熱処理試作等を実施し、また、実規模ラジアル・プレートも試作した。これにより、TFコイル製作技術の課題を解消することができたとともに、製作の合理化も進めた。

論文

ITERトロイダル磁場コイル製造方法の検討

長本 義史*; 大勢持 光一*; 嶋田 守*; 仙田 郁夫*; 小泉 徳潔; 千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫

低温工学, 47(3), p.200 - 205, 2012/03

トロイダル磁場(TF)コイル開発のフェーズIIとして実施した、中・実規模試作の成果に基づき、実機TFコイルの製造方法を確立するとともに、その製作方法の合理化について検討した。ラジアル・プレート(RP)は10セグメントを高出力レーザにより溶接組立し、カバー・プレート(CP)は部位に応じて3種の製作方法を適用する方針とした。巻線部(WP)製作では、巻線時に導体長を0.01%オーダーの高精度で測定することが要求されており、これを満足する測長システムを含む実機巻線システムなどを考案した。コイル容器製作、及び一体化については、製作フロー、及び溶接部の開先形状の詳細を決定した。今後さらなる合理化を目指す。

論文

Validation of welding technology for ITER TF coil structures

千田 豊; 井口 将秀; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*; Gallix, R.*

Fusion Engineering and Design, 86(12), p.2900 - 2903, 2011/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:40.84(Nuclear Science & Technology)

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製容器と支持構造物で構成されている。原子力機構は2008年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的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(インボード側及びアウトボード側各1体)を計画している。本論文では実機製作前に溶接技術を検証し、製造設計を行うために実施した、溶接試験の結果及び実機大部分模型体の試作状況を紹介する。

論文

Progress of mock-up trials for ITER TF coil procurement in Japan

松井 邦浩; 小泉 徳潔; 辺見 努; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; Savary, F.*

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1531 - 1536, 2011/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.59(Nuclear Science & Technology)

原子力機構は、国内機関として9個のITER TFコイルの調達を担当している。TFコイルの製作では、熱処理によって長さが変化する超伝導導体を、800kN/mの電磁力を支持する役割をするラジアル・プレート(RP)の溝に挿入する。導体のRP溝への挿入を可能とするためには、寸法公差が0.01%程度の高精度なRP及び巻線の製作技術の確立が重要となる。この高精度な製作技術を確立するとともにTFコイルの調達に向けた製作手順の決定と最適化を目的として、原子力機構は、実規模のRP製作及び中規模巻線の試作を実施する。また、これらの試作に向けて、一次製造計画書を作成し、その実現性を実証するために小規模試作を実施する。小規模試作では、レーザ溶接によるカバー・プレート溶接,アクリル及び金属モデルを用いた含浸試験,TF導体の機械試験と曲げ試作等を実施している。本件では、小規模試作の結果と中規模及び実規模試作の進捗を報告する。

論文

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

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。

口頭

ITER TFコイル構造物の溶接技術検証(溶接性試験)

千田 豊; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*

no journal, , 

フランスで建設が開始された国際熱核融合実験炉(ITER)の中核機器であるトロイダル磁場(TF)コイルは日本が開発した高強度・高靱性ステンレス鋼を使用した大型溶接構造物となり、大別してコイル容器と支持構造物で構成される。原子力機構では平成20年度から溶接試作作業を開始し、今後2年間の期間で実機製作前の構造物の実規模試作を進める。本講演では、溶接性試験の結果、及び実機構造物製作の課題と実規模試作計画を報告する。

口頭

ITER・TFコイル・ラジアル・プレートのレーザ溶接

牧野 吉延*; 後藤 悠*; 金原 利雄*; 長本 義史*; 大勢持 光一*; 小泉 徳潔; 高野 克敏; 松井 邦浩; 中嶋 秀夫

no journal, , 

ITERトロイダル磁場(TF)コイル用ラジアル・プレート(RP)は、高さ13m,幅9m,厚さ10cmの大型構造物であるが、数mmの高精度で製作することが要求されている。RP製作は、厚肉のステンレス鋼板から、機械加工で部分セグメントを製作して、これらを溶接して組立てる計画である。原子力機構は、本製作方法の検証のために、実規模試作を実施した。RPセグメント間の溶接では、導体を挿入するU溝形状の継手断面での溶接が求められるため、(1)溶接姿勢が連続的に変化可能、(2)溶け込み深さも数ミリから30mmまで連続的に変化可能、さらに、(3)コイル製作の工程の制約から溶接速度の高速化も可能であることが要求される。これらの要求を満足する溶接法として、レーザ溶接が考えられる。そこで、著者らは、大出力レーザ溶接の適用性を検討するために、実規模試作を実施した。この結果、溶接条件を最適化することにより完全溶け込みを実現するとともに、要求値を満足する機械特性試験結果を得ることができた。また、一継手あたりの溶接収縮量は約0.4mm、実機RPの輪郭度は約1mmを達成した。一方、実機RPでは、溶接部に微小な欠陥も観測され、今後改善を進める計画である。

口頭

ITER-TFコイルラジアル・プレートのレーザ溶接

牧野 吉延*; 後藤 悠*; 金原 利雄*; 長本 義史*; 大勢持 光一*; 小泉 徳潔; 高野 克敏; 松井 邦浩; 中嶋 秀夫

no journal, , 

ITERトロイダル磁場コイル用ラジアル・プレート(RP)は、高さ約13m,幅9mの大型溶接構造物であるが、数mmの高精度の公差で製作することが要求されている。RPの製作では、ITERの要求工程を満足するために複数の部分セグメントを並行して製作した後、これらを溶接して1枚のRPを組立てる。これらセグメント間の溶接断面形状は、超電導導体を挿入するための溝を有するU溝形状となるため、溶接姿勢,溶接出力など溶接条件を連続的に変化させる必要がある。さらに、ITERの要求工程を満足するために、溶接時間の短縮化が必要であり、これらの要求を満足する溶接法としてレーザ溶接が有効である。そこで、レーザ溶接のRP組立への適用性を検証するための試作を実施し、溶接条件を最適化して完全溶け込みを実現するとともに、要求値を満足する機械特性を得ることができた。

口頭

ITER TFコイル構造物実規模試作結果

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 峯村 敏幸*; 柳 寛*; 大勢持 光一*

no journal, , 

原子力機構では2012年8月からTFコイル構造物の調達を進めており、現在、実規模試作,実機材料調達が実施されている。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接合することで製作するが、TFコイル構造物の最終寸法公差には2mm(約1/8000)以下という厳しい公差が要求されているため、公差達成のためには、溶接後にTFコイル構造物を機械加工する必要がある。そのため、合理的な製造のためには、ベーシックセグメントでの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、初期強制による溶接変形制御を実施し、片側狭開先TIG溶接で所定深さまで溶接を実施し、その後に拘束冶具を設置し、溶接変形を抑える方法が実施され、実機TFコイル構造物が製作可能であることを示した。しかし、より合理的にTFコイル構造物を製作するためには、溶接変形を更に抑える必要がある。そのため、原子力機構では更なる溶接変形低減のため、B3セグメントを模擬した外側実機大構造物において、溶接中に制御可能な両側狭開先TIG溶接での変形抑制の可能性を検討し、適用した。本稿では、TFコイル構造物の調達活動の進捗の概要を紹介するとともに、上記の実規模試作結果について報告する。

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