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論文

Accuracy of prediction method of cryogenic tensile strength for austenitic stainless steels in ITER toroidal field coil structure

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 斎藤 徹*; 森本 将明*; 稲垣 隆*; Hong, Y.-S.*; 松井 邦浩; 辺見 努; 梶谷 秀樹; et al.

Physics Procedia, 67, p.536 - 542, 2015/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.84

原子力機構はこれまで、極低温で使用されるITER超伝導コイルに適用するオーステナイト系ステンレス鋼の合理的な品質管理手法の開発確立を目的に、室温で測定された引張強さと、炭素と窒素の含有量の関数として二次曲線を用いた4Kでの引張強度予測手法を開発してきた。核融合発電の技術的成立の実証を目指して建設が進んでいるITERでは、超伝導コイルが使用される。超伝導コイルシステムの一つであるTFコイルの容器構造物には巨大な電磁力に耐えるため、構造材料として高マンガンステンレス鋼JJ1及び高窒素添加型316LNが使用される。原子力機構はITER TFコイル構造物の調達責任を負っており、2012年から実機構造材料調達を開始し、矩形材,丸棒材,異形鍛造材などの製造を進めている。原子力機構は、構造材料の高マンガンステンレス鋼JJ1及び高窒素添加型316LNの機械特性を多数取得しており、本研究ではこれらの試験データを用いて、原子力機構が開発してきた4K強度予測手法の実機TFコイル構造物用材料に対する予測精度について評価を実施したので報告する。

論文

Behavior of Nb$$_{3}$$Sn cable assembled with conduit for ITER central solenoid

名原 啓博; 諏訪 友音; 高橋 良和; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200305_1 - 4200305_5, 2015/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Engineering, Electrical & Electronic)

JAEA procures all superconductors for central solenoid (CS) in the ITER project. The cable is inserted into a conduit and compacted with it. During the insertion, the number of the rotation at the point ($$N_{p}$$) of the TF cable increased linearly to 50 against the inserted cable length ($$l_{i}$$). At first, $$N_{p}$$ of the CS cable also increased linearly by $$l_{i}$$ of 150 m. However, the increasing rate declined and the $$N_{p}$$ became constant to 30 at 600 m. During the compaction, the number of the rotation at the tail ($$N_{t}$$) of the CS cable increased linearly to 69 against the compacted cable length ($$l_{c}$$). It is important to measure not only $$N_{p}$$ but also $$N_{t}$$ because the rotation affects the twist pitch of the cable ($$l_{p}$$). After manufacturing the CS conductor, an X-ray transmission imaging made clear the $$l_{p}$$ along the whole length of the conductor for the first time. The $$l_{p}$$ peaked at the point; thus, a conductor sample should be taken there to investigate the effect of the $$l_{p}$$ elongation on the conductor performance.

論文

Welding joint design of ITER toroidal field coil structure under cryogenic environment

井口 将秀; 櫻井 武尊; 中平 昌隆; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05

原子力機構は、ITER TFコイル構造物の製作にあたり、周辺機器を支持する付属物とコイル容器との接続に、部分溶け込み溶接の適用を提案している。これは、付属物が複雑形状を呈しており、溶接作業性が極めて悪いことに起因する。部分溶け込みは、非溶け込み部を有することから、その先端は極めて高い応力集中が生じ、ITER供用中にき裂進展に至る可能性がある。そのため、設計段階から疲労き裂進展挙動について把握する必要があるが、有限要素法等の数値計算では、実際の溶接部のき裂進展挙動を正確に模擬することは現状極めて困難であり、過度に保守的な設計係数を適用する必要がある。一方、部分溶け込み溶接部を模擬した実規模疲労試験体を用いて、き裂進展挙動を測定する方法も考えられるが、極低温(4.2K)という環境下で、100mm近い板厚の試験体の疲労試験を実施できる設備は、現状存在せず、新たな試験設備の建設は、費用及び時間の面から現実的ではない。そこで原子力機構は、実機形状の部分溶け込み溶接継手を有する部分溶け込み溶接継手試験体を製作し、非溶け込み部先端を残したCT試験片を採取し、4.2Kでのき裂進展挙動を把握する試験を実施した。CT試験片は汎用的に疲労き裂進展試験に供されるものであり、既存の試験設備で試験可能である。これらのCT試験片を使用した疲労き裂進展試験から、き裂進展挙動を明らかにするとともに、き裂進展を計算するために必要な物理係数を取得し、保守的な設計係数を用いることなく、TFコイル構造物を設計できる見通しを得た。

論文

Manufacturing technology and material properties of high nitrogen austenitic stainless steel forgings for ITER TF coil cases

押川 巧*; 船越 義彦*; 今岡 宏志*; 吉川 耕平*; 真有 康孝*; 井口 将秀; 櫻井 武尊; 中平 昌隆; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫

Proceedings of 19th International Forgemasters Meeting (IFM 2014), p.254 - 259, 2014/09

ITERは核融合発電を検証するために建設が進められている実験炉である。日本が調達責任を有しているトロイダル磁場コイル(TFC)は、高さ約17m、幅約9mのD型形状の溶接鋼構造体であり、重要なITER構成部品の一つである。ITERの運転温度である4Kにおいて、TFCの超伝導部に生じる電磁力を支えるためにTFC容器は強化型オーステナイト系ステンレス鋼を使用する。また、高剛性を実現するために600mmを超える板厚を有し、かつ複雑な三次元形状を呈している部材もある。鍛造後の機械加工量を最小化するために、最終形状に極力近づけた仕上げ形状に鍛造する必要がある。しかし、このような鍛造プロセスを適用して極厚複雑形状部材を製造した実績はないため、二種類の極厚複雑形状材料の実規模試作を行い、自由鍛造による製造プロセスの検証、超音波探傷試験,冶金試験,常温及び4Kでの機械特性試験を実施した。その結果、自由鍛造プロセスを用いた鍛造によって最終形状に近い鍛造仕上げ形状を実現できること、及びこれらの材料がITER要求値を上回る材料特性を有していることを確認した。

口頭

ITER CSコイル用Nb$$_3$$Sn超伝導導体の性能試験

名原 啓博; 諏訪 友音; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; et al.

no journal, , 

ITER中心ソレノイド(CS)用超伝導導体は全て日本が調達する。その超伝導性能を確認するため、実規模導体試験装置(SULTAN)を用いて短尺試作導体サンプルの試験を行った。CSはパルス運転を行うため、超伝導導体に最大6万回の繰り返し負荷が加わるが、SULTANを用いて評価した結果、分流開始温度が繰り返し負荷数に対して低下しないことを確認した。また、従来の導体サンプルに比べて交流損失を30$$sim$$50%程度低下できたことを確認した。これにより、CS用超伝導導体性能に関する知見を深めると共に、その信頼性を向上することができた。

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。

口頭

ITER TFコイルの調達進捗

小泉 徳潔; 中平 昌隆; 松井 邦浩; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 櫻井 武尊; 高野 克敏; 山根 実; 安藤 真次

no journal, , 

日本におけるITER TFコイルの調達の進捗を報告する。日本では、2014年初めにTFコイル第一号機の巻線着手を計画しており、これを実現するための実規模試作の計画及び進捗について説明する。加えて、二号機以降のTFコイルの調達計画について、平成25年度中に契約を完了させる計画であることも報告する。

口頭

ITER TFコイル構造物実規模試作の進捗

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 松井 邦浩; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 小泉 徳潔

no journal, , 

原子力機構では、現在ITERトロイダル磁場(TF)コイル構造物の調達を進めている。TFコイル構造物はD型形状の超伝導巻線部を格納する、高さ16.5m、幅9mの大型溶接構造物であるが、最終寸法公差には2mm以下という厳しい公差が要求されている。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、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。本講演では、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、実規模試作の進捗について報告する。

口頭

ITER中心ソレノイド用超伝導導体の量産化と導体性能

名原 啓博; 諏訪 友音; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; et al.

no journal, , 

量産を開始したITER中心ソレノイド(CS)用超伝導導体の導体性能を初めて評価した。長さ918mの導体を製作する際、撚線先端の5次撚りピッチが450mm(設計値)から530mmに伸長するため、これが導体性能に影響を及ぼし得るかを調べることが重要であった。試験の結果、交流損失への影響はほとんど無いことが分かった。一方、繰返し通電に対して分流開始温度測定時の常伝導転移定義電圧(100$$mu$$V/m)以下の領域で電圧がより低温で発生する結果を得た。ただ、その量はわずかであり、6万回の繰返し通電を経てもITERの要求性能を満たすため、本導体を実機CSに使用できることを明らかにした。

口頭

肺血液関門細胞の元素分布の特徴; マウスの系統差とニコチンの影響

櫻井 映子*; 櫻井 栄一*; 石井 慶造*; 小塩 成基*; 伊藤 駿*; 松山 成男*; 江夏 昌志; 山田 尚人; 喜多村 茜; 佐藤 隆博; et al.

no journal, , 

本研究は、ニコチン等の有害な化学物質の摂取を抑制する血液関門細胞の機能について、マウスの系統差を明らかにすることを目的としている。今回は、細胞の増殖能力が異なるICR系統とC57BL/6J系統の3周齢のマウスから肺血液関門細胞を分離し、コラーゲンコートした培養フラスコを使用して、CO$$_2$$インキュベーター内で培養した。培養液を緩衝液に置換後、0.02$$sim$$2$$mu$$Mのニコチンを一定時間作用させた後凍結乾燥し、微量元素分布をTIARAの大気マイクロPIXE(particle induced X-ray emission)装置で分析した。その結果、細胞の増殖能力が高いC57BL/6Jマウスの肺血液関門細胞では、ニコチン添加量の増加とともにリンの量が16$$mu$$g/cm$$^2$$から2$$mu$$g/cm$$^2$$以下に急激に低下しカルシウムと塩素が増加したが、ICRマウスではそのような変化が見られなかった。このように、マウスの系統による血液関門細胞の機能の違いについて、大気マイクロPIXEを用いて細胞内微量元素の観点から調査可能であることが示された。

口頭

ITER TFコイル構造物実機製作の進捗

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 森本 将明; 稲垣 隆; 田中 信彦; Hong, Y.-S.*; 小泉 徳潔

no journal, , 

原子力機構は、ITER計画において、9個のトロイダル磁場コイル(TFコイル)と19個のTFコイル構造物の調達を担当している(予備1個を含む)。TFコイル構造物は高さ16.5m、幅9mの超大型で複雑なD型形状の超伝導巻線を格納する構造物本体と、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。TFコイル構造物用材料は、窒素を添加し低温での高強度を確保したオーステナイト系ステンレス鋼を採用し、鍛造又は熱間圧延によって製造する。TFコイル構造物の最終寸法公差には2mm以下という大きさに比して非常に厳しい公差が要求されており、公差達成のためにはあらかじめ材料に余肉を設定し、溶接後にTFコイル構造物を機械加工する必要がある。原子力機構は、実規模試作により溶接変形量を把握し、2013年よりTFコイル構造物用材料の製造、2014年4月よりTFコイル構造物実機1号機目の製作を開始した。本稿では、TFコイル構造物の調達活動の概要と進捗について報告する。

口頭

ITER TFコイル構造物の製作に関する進捗状況

井口 将秀; 櫻井 武尊; 森本 将明*; Hong, Y.-S.*; 稲垣 隆; 田中 信彦; 中平 昌隆; 辺見 努; 松井 邦浩; 小泉 徳潔

no journal, , 

原子力機構は、これまでに実施してきたITER TFコイル構造物の製作技術を検証する中規模及び実規模の試作結果を基にTF構造物製作要領を策定し、2012年8月にTFコイル構造物の第1号機の製作を開始した。第1製作ステップである溶接によってコの字形状を製作するステップでは、試作試験結果から設定した管理値が$$pm$$10mmの溶接変形量であるのに対し、最大+3.7mmの溶接変形に抑えることに成功した。この結果から、試作試験結果から決定した製作方法の妥当性が確認できたことから、2号機目以降の製作を部分的に開始している。第1製作ステップ以降についても、試作試験で策定した製作要領の妥当性を第1号機で確認した後に、次号機以降の製作を開始する予定である。

口頭

ITER TFコイル構造物実機材料の極低温引張特性評価

櫻井 武尊; 井口 将秀; 齊藤 徹; 中平 昌隆

no journal, , 

原子力機構は、ITER計画において、9個のトロイダル磁場コイル(TFコイル)と19個のTFコイル構造物の調達を担当している(予備1個を含む)。TFコイル構造物は、D型形状の超伝導巻線を格納する高さ16.5m、幅9mの超大型で複雑な構造物本体と、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。TFコイル構造物用材料は、原子力機構が品質検証試験を実施した、窒素を添加し液体ヘリウム温度(-296$$^{circ}$$C: 4K)での高強度を確保したオーステナイト系ステンレス鋼を、鍛造又は熱間圧延によって製造する。原子力機構では、4Kにおける引張特性を予測する関係式を開発し、この考え方を基にした品質保証を実施しているが、これに加えて、実機TFコイル構造物材料の品質確認と極低温における機械特性把握のため、製造した鍛造材又は熱間圧延材に4K引張試験を実施している。本稿では、これら4K引張特性の評価結果について報告する。

口頭

ITER中心ソレノイド用超伝導導体の製作状況

名原 啓博; 諏訪 友音; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 梶谷 秀樹; 井口 将秀; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 松井 邦浩; et al.

no journal, , 

ITERの中心ソレノイド(CS)に用いる超伝導導体は、全て日本が製作する。2015年10月末の時点で、長さ613mの導体を4本、918mの導体を16本製作した。これは導体全量の40%に相当し、今後2年で残り60%を製作する。日本が製作した導体を用いてCSを製作するのは米国の担当であり、順次、導体を米国に輸送している。製作した超伝導導体の性能は、スイスの試験装置と日本の試験装置で調べており、いずれもCSに要求される性能を十分な裕度で満たしていることを確認した。

口頭

ITER CSインサート導体の分流開始温度特性

名原 啓博; 諏訪 友音; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 梶谷 秀樹; 井口 将秀; 辺見 努; 下野 貢; 海老澤 昇; 佐藤 稔; et al.

no journal, , 

ITER中心ソレノイド(CS)用の導体を用いて、長さ約80mのソレノイド状のサンプル(ITER CSインサート導体)を製作し、那珂核融合研究所にあるCSモデル・コイルによってその導体性能を評価した。CSはITERにおいてパルス運転を行うことから、本試験では16000回の繰返し通電と3回の昇温・再冷却を行い、適宜、性能評価試験を実施した。その結果、分流開始温度は設計値(13T, 40kAにおいて5.2K)に対して1.5K以上の大きな裕度があることを明らかにした。また、2014年にスイスにあるSULTAN試験装置を用いて実施した、長さ約3mの直状サンプルの評価結果と比較し、両者が論理的に整合した結果であることを示した。

口頭

ITERトロイダル磁場コイル構造物の製作に関する進展

井口 将秀; 櫻井 武尊; 稲垣 隆; 田中 信彦; Hwang, S.*; 猪野 昌信; 中平 昌隆; 辺見 努; 松井 邦浩; 小泉 徳潔

no journal, , 

原子力機構は、これまでに実施してきたITER TFコイル構造物の製作技術を検証する中規模及び実規模の試作結果を基にTF構造物製作要領を策定し、2012年8月にTFコイル構造物の第1号機の製作を開始した。第1製作ステップである溶接によってコの字形状を製作するステップでは、試作試験結果から設定した管理値が$$pm$$10mmの溶接変形量であるのに対し、最大+3.7mmの溶接変形に抑えることに成功した。試作試験結果より決定した製作方法の妥当性が確認できたことから、2号機目以降の製作を部分的に開始している。第1製作ステップ以降についても、試作試験で策定した製作要領の妥当性を第1号機で確認した後に、次号機以降の製作を開始しており、現在4号機目の製作を開始している。

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