New design of high power mercury target vessel of J-PARC

涌井 隆; 若井 栄一; 粉川 広行; 直江 崇; 花野 耕平*; 羽賀 勝洋; 島田 翼*; 鹿又 研一*

Materials Science Forum, 1024, p.145 - 150, 2021/03

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1024.145

J-PARCの大強度ビーム運転を実現するために、保護容器で覆われた水銀ターゲット容器の新規構造の開発を行ってきた。まず、500kWの安定運転の実現を目的とした第1段階では、初期構造を踏襲した構造で、水銀容器と保護容器の接続方法を改良し、約8か月の500kW利用運転を実現した。1MWの安定運転の実現を目的とした第2段階では、容器の後端のみで接続した新規構造を検討した。新規構造では、熱応力を低減するための水銀容器冷却や内圧に対する保護容器の剛性を増加するための板厚の増加を実施した。その結果、各容器に発生する応力は、日本産業規格の圧力容器規格の許容応力以下となり、1MWビーム運転が可能であることを確認した。

JT-60SAクエンチ保護回路の欧州による現地据付・調整試験と作業安全管理

山内 邦仁; 岡野 潤; 島田 勝弘; 大森 栄和; 寺門 恒久; 松川 誠; 小出 芳彦; 小林 和容; 池田 佳隆; 福本 雅弘; et al.

JAEA-Technology 2015-053, 36 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2015-053.pdf:8.33MB

JT-60SA計画は、日本の実施機関である原子力機構と欧州の実施機関であるFusion for Energy(F4E)が物納貢献により共同で進める国際事業である。欧州側では超伝導トロイダル磁場コイルの他、磁場コイル用電源の主要機器や極低温システム等を分担するが、F4Eの総括のもとで各国の指定研究機関が欧州のメーカーと契約し、その欧州のメーカーが那珂研での現地据付・調整試験までを行う。このため、原子力機構にとっては直接の契約がないにも係らず、欧州の作業員に対する作業管理や安全管理を行わなければならないという非常に難しい課題があった。本報告は、JT-60SA計画において、欧州の作業員による最初の那珂研での現地作業であるクエンチ保護回路の据付・調整試験を遂行するにあたって、欧州側との事前の密な交渉の結果として合意し、構築・実施した作業管理や安全管理の取組み、およびそれらをもとに完遂した欧州作業についてまとめたものである。これらの取組みの結果、欧州作業員によるクエンチ保護回路の現地据付調整作業を無事故で完遂させることができ、日欧双方にとって非常に大きな成果となった。

First switching network unit for the JT-60SA superconducting central solenoid

Lampasi, A.*; Zito, P.*; Coletti, A.*; Novello, L.*; 松川 誠; 島田 勝弘; Burini, F.*; Kuate-Fone, Y.*; Taddia, G.*; Tenconi, S.*

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1098 - 1102, 2015/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.06.177

In JT-60SA, the first SNU (prototype), consisting of six cubicles, was assembled in 2013. The factory tests on this system, including tests at full current and voltage, are being performed throughout 2014. The manufacturing of the remaining three SNUs will proceed after the success of such tests. The main characteristics of the developed SNU are; (1) Snchronized use of an electronic static circuit breaker (SCB) in parallel with an electromechanical bypass switch (BPS), (2) Nominal voltage of 5 kV, with a specific circuit to limit the transient voltage to 5.5 kV, (3) DC current interruption up to 20 kA, (4) Light BPS with opening and closing times shorter than 15 ms and 65 ms, respectively, (5) Breakdown resistance adaptable from 0.25 to 3.75 by four selectors, (7) Fully electronic making switch (MS) and (8) Breakdown resistors that could dissipate much more than 90 MJ.

Overview of the new magnet power supply systems of JT-60SA procured by EU

Novello, L.*; Baulaigue, O.*; Coletti, A.*; Dumas, N.*; Ferro, A.*; Gaio, E.*; Lampasi, A.*; Maistrello, A.*; 松川 誠; 島田 勝弘; et al.

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1122 - 1126, 2015/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.06.014

JT-60SA, the superconducting tokamak under construction in Japan, will be equipped with a mix of new and reused Power Supplies (PS). Most of the new PS are procured by European Voluntary Contributors under the framework of Broader Approach agreement between F4E and JAEA. For the toroidal circuit, the 6 pulses ac/dc converter will be procured by CEA. It is rated 25.7 kA and 80 V dc, and will work in steady state condition. For the poloidal circuits the procurement of ten ac/dc converters, rated 20 kA and about 1 kV is shared between CEA and ENEA. They are 24 pulses four quadrant converters, with back to back thyristor bridges. Plasma initiation requires a fast variation of current in the Central Solenoids, obtained with the insertion of a settable resistor in series to the coils. This is achieved with the operation of four Switching Network Units procured by ENEA, producing up to 5 kV at the nominal 20 kA. The protection of superconducting magnets, both toroidal and poloidal, is assured by 13 Quench Protection Circuits procured by Consorzio RFX, rated 20 kA and 3.8 kV for poloidal QPCs and 25.7 kA and 2.8 kV for toroidal ones. The present status of the aforementioned PS is described in the paper: their detailed design has been completed and some systems have been already manufactured and tested.

Design and implementation of four 20 kA, 5 kV hybrid switching networks for plasma ignition in the international tokamak JT-60SA

Burini, F.*; Kuate-Fone, Y.*; Taddia, G.*; Tenconi, S.*; Lampasi, A.*; Zito, P.*; 松川 誠; 島田 勝弘; Coletti, A.*; Novello, L.*

Proceedings of 40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2014), p.5035 - 5040, 2014/10

https://doi.org/10.1109/IECON.2014.7049265

This paper describes the design and implementation of the Switching Network Unit (SNU) for the superconducting Central Solenoid coils of the international nuclear fusion experiment JT-60SA to be built in Naka, Japan. The SNU can interrupt a current up to 20 kA in less than 1 ms to create a voltage up to 5 kV. It is realized with a hybrid switch integrating an electro-mechanical device and a solid state Static Circuit Breaker, parallel connected. SNU resistance can be pre-arranged and dynamically reduced by a solid state making switch. Preliminary test results confirmed the current balance of the multiple parallel branches constituting the solid state switch and proper behavior of the devices, confirming simulations results. Further applications could be medium voltage DC networks (either naval or land based); higher DC voltages are practicable.

超深地層研究所計画 年度計画書(2013年度)

濱 克宏; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 笹尾 英嗣; 岩月 輝希; 竹内 竜史; 松岡 稔幸; 丹野 剛男*; 尾上 博則; 尾方 伸久; et al.

JAEA-Review 2013-044, 37 Pages, 2014/01

JAEA-Review-2013-044.pdf:6.36MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、地層処分技術に関する研究開発のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる。2013年度は、第2段階および第3段階の調査研究を進めていく。本計画書は、2010年に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた2013年度の超深地層研究所計画の調査研究計画、施設建設計画、共同研究計画などを示したものである。

A Conceptual design study for the error field correction coil power supply in JT-60SA

松川 誠; 島田 勝弘; 山内 邦仁; Gaio, E.*; Ferro, A.*; Novello, L.*

Plasma Science and Technology, 15(3), p.257 - 260, 2013/03

https://doi.org/10.1088/1009-0630/15/3/13

トカマク装置において高性能プラズマを実現するためには、誤差磁場補正が重要な課題の一つである。実際、国際熱核融合実験炉ITERにおいては、誤差磁場補正用の超伝導コイルが計画されており、JT-60SA装置では常伝導コイルが使用される予定である。同様のコイルは、他の世界中の多くの装置で据え付けられており、また運転中でもある。JT-60SA装置の場合、誤差磁場補正コイルは12個(あるいは18個)のセクターコイルが真空容器内に設置される予定である。本論文は、このような誤差磁場補正コイル用電源の回路構成と制御方式にかかわる概念設計について述べるものである。結論としては、電流フィーダや半導体電力素子の数を最小化することのできる多相インバータが、コスト面のみならず、軸対称成分による誘導電圧を相殺できる点などから、最も有望であることを示す。

Detailed analysis of the transient voltage in a JT-60SA PF coil circuit

山内 邦仁; 島田 勝弘; 寺門 恒久; 松川 誠; Coletti, R.*; Lampasi, A.*; Gaio, E.*; Coletti, A.*; Novello, L.*

Plasma Science and Technology, 15(2), p.148 - 151, 2013/02

https://doi.org/10.1088/1009-0630/15/2/14

One of the most essential issues for designing a power supply system of superconducting coil is to avoid any overvoltage. Here, the most concerned overvoltage can appear between turns due to the transiently concentrated voltage distribution inside the coil, which is mainly caused by parasitic capacitances and high dv/dt. For this reason, the coil power supply, especially fast high voltage generation circuit, should equip proper snubber(s) in order to suppress the dv/dt. However, it is too complicated to accurately evaluate the transient voltage in the coil because of the distributed parameters of the mutual inductance between turns and the capacitance between adjacent conductors. In this study, such a complicated system is modeled with reasonably detailed circuit network with lumped ones, and is integrated into the overall simulation model of JT-60SA PF coil circuit. Then a detailed circuit analysis is conducted in order to evaluate the possible voltage transient in the coil circuit. As a result, appropriate circuit parameters in the coil power supply including the snubbers are obtained.

超深地層研究所計画 年度報告書(2010年度)

國丸 貴紀; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 石橋 正祐紀; 上野 孝志; 徳安 真吾; 大丸 修二; 竹内 竜史; et al.

JAEA-Review 2012-020, 178 Pages, 2012/06

JAEA-Review-2012-020.pdf:33.16MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2010年度は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めるとともに、第3段階(研究坑道を利用した研究段階)の調査研究を開始した。本報告書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づき、超深地層研究所計画の第2段階「研究坑道の掘削を伴う研究段階」及び第3段階(研究坑道を利用した研究段階)における2010年度に実施した(1)調査研究、(2)施設建設、(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。

Design study of an AC power supply system in JT-60SA

島田 勝弘; Baulaigue, O.*; Cara, P.*; Coletti, A.*; Coletti, R.*; 松川 誠; 寺門 恒久; 山内 邦仁

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1427 - 1431, 2011/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2011.02.097

In the initial research phase of JT-60SA, the plasma heating operation of 30MW-60s or 20MW-100s is planned for 5.5 MA single null divertor plasmas. To achieve this operation, AC power source of the medium voltage of 18 kV and 7 GJ has to be provided in total to the poloidal field coil power supplies and additional heating devices such as Neutral Beam Injection (NBI) and Electron Cyclotron Radio Frequency (ECRF). In this paper, the proposed AC power supply system in JT-60SA was estimated from the view point of available power, and harmonic currents based on the standard plasma operation scenario during the initial research phase. This AC power supply system consists of the reused JT-60 power supply facilities including motor generators with flywheel, AC breakers, and harmonic filters, etc. to make it cost effective. In addition, the conceptual design of the upgraded AC power supply system for the ultimate heating power of 41MW-100s in the extended research phase is also described.