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New design and fabrication technology applied in mercury target vessel #8 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; 高田 弘; 島田 翼*; 鹿又 研一*

JPS Conference Proceedings (Internet), 28, p.081002_1 - 081002_6, 2020/02

J-PARCの水銀ターゲット容器は、水銀容器と二重容器構造の保護容器(内側及び外側容器)からなる三重容器構造である。2015年の500kWビーム運転時、水銀ターゲット容器の保護容器からの微小な水漏れが2回発生した。この容器破損から得られた知見を基に、設計, 製作及び試験検査過程の改善を行った。ワイヤ放電加工を用いて、1つのステンレスブロックから切り出した一体化構造を採用することにより、水銀ターゲット容器前方の溶接線の長さは約55%まで大幅に減らすことができた。放射線透過試験や超音波探傷試験による徹底的な溶接検査を実施した。2017年の9月に水銀ターゲット容器8号機が完成し、8号機を使用したビーム運転が開始された。500kWの安定的なビーム運転が実現でき、ビーム試験時には、1MWの最大ビーム強度を経験することができた。



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


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。


Reference design of the power supply system for the resistive-wall-mode control in JT-60SA

Ferro, A.*; Gaio, E.*; Novello, L.*; 松川 誠; 島田 勝弘; 川俣 陽一; 武智 学

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1053 - 1057, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.39(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA is the satellite tokamak under construction in Naka, Japan, in the framework of the EU - JA "Broader Approach" Agreement. In JT-60SA, to attain steady-state high-beta plasmas, suppression of Resistive Wall Modes (RWM) is necessary. At this purpose, a passive stabilizing plate (SP) and an active control system based on 18 in-vessel sector coils (SC) are foreseen. This paper firstly reports the main requirements for the RWM control system. Then, the reference design of the RWM-PS is described. It includes an ac/dc conversion system, dc-link capacitor banks and a set of 18 fast inverters. The advantages of the proposed scheme are discussed and the main electrical parameters are shown in detail. The main requirements of the control section are given, with details on possible implementation and interfaces with JT-60SA central control.


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

 被引用回数:7 パーセンタイル:33.59(Nuclear Science & Technology)

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 $$Omega$$ to 3.75 $$Omega$$ by four selectors, (7) Fully electronic making switch (MS) and (8) Breakdown resistors that could dissipate much more than 90 MJ.


Design and realization of JT60-SA Fast Plasma Position Control Coils power supplies

Zito, P.*; Lampasi, A.*; Coletti, A.*; Novello, L.*; 松川 誠; 島田 勝弘; Cinarelli, D.*; Portesine, M.*; Dorronsoro, A.*; Vian, D.*

Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1191 - 1196, 2015/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:28.72(Nuclear Science & Technology)

In JT-60SA, Fast Plasma Position Control Coils Power Supplies (FPPCC PSs) control vertical position of the plasma during a plasma shot, against Vertical Displacements Event (VDE). For this task, the FPPCC PSs have to be as fast as possible and provide as much voltage as possible. Further, these will be open loop feed forward voltage controlled. The main characteristics are: 4-quadrant AC/DC converter 12-pulse with circulating current, DC load voltage $$pm$$ 1000 V and DC load current $$pm$$ 5 kA. The induced overvoltage in FPPC coil during a plasma disruption can reach 10 kV and it is bounded by a nonlinear resistor in parallel to the crowbar. All these technical characteristics have strongly influenced the design of the FPPC converter and of the FPPC transformers, that have been validated by simulation model of FPPCC PS. The outcomes of the simulation have allowed to finalize the performances and dynamic behavior of voltage response.


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

 被引用回数:12 パーセンタイル:16.19(Nuclear Science & Technology)

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 $$pm$$20 kA and about $$pm$$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 $$pm$$20 kA and $$pm$$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.


Type tests of JT-60SA Fast Plasma Position Control Coil (FPPCC) power supplies

Zito, P.*; Lampasi, A.*; Novello, L.*; 松川 誠; 島田 勝弘; Portesine, M.*; Fasce, F.*; Cinarelli, D.*; Dorronsoro, A.*; Vian, D.*

Proceedings of IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering (IEEE-EEEIC 2015), p.156 - 160, 2015/06

In JT-60SA, Fast Plasma Position Control Coils (FPPCC) PSs allow controlling the vertical position of the plasma during a plasma shot, against Vertical Displacements Event (VDE). An open loop feed forward voltage control is adopted in order to achieve a fast control of FPPCC PSs. The characteristics of the PS are: 4-quadrant AC/DC converter 12-pulse, DC load voltage $$pm$$1000 V and DC load current $$pm$$5 kA. The design of the FPPCC converters has been validated by a simulation model, finalizing the performances and dynamic behavior of voltage response. After the completion of the realization phase, the testing phase has been carried out in accordance to the IEC60146 Standards and this is the focus of the paper. The tests performed have pointed out a good dynamic behavior of the FPPCC converter in open loop feed forward voltage control, for a reference voltage step of 1kV, the rise time of output voltage is 2.88 ms, confirming outcomes achieved by simulations.


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

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.



濱 克宏; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 松岡 稔幸; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 引間 亮一*; 丹野 剛男*; 真田 祐幸; 尾上 博則; et al.

JAEA-Review 2013-050, 114 Pages, 2014/02




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


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。



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; 笹尾 英嗣; 引間 亮一; 丹野 剛男; 真田 祐幸; et al.

JAEA-Review 2013-018, 169 Pages, 2013/09


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、2011年度は、第2段階及び第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2010年度に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた、超深地層研究所計画の第2段階及び第3段階の調査研究のうち2011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。


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

 被引用回数:4 パーセンタイル:77.42(Physics, Fluids & Plasmas)



Minimization of reactive power fluctuation in JT-60SA magnet power supply

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

Plasma Science and Technology, 15(2), p.184 - 187, 2013/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

In JT-60SA, the four thyristor converters in poloidal field coil (PFC) power supplies are used for plasma initiation. In this case, the large reactive power fluctuation induced by the "Booster PS" is the cause of large voltage fluctuation across the terminals of the motor-generator. To minimize the reactive power fluctuation during plasma initiation, an asymmetric control method and a sequential timing control to start/stop each "Booster PS" are foreseen. To evaluate the effectiveness of above control methods for the "Booster PS," the reactive power has been simulated by using "PSCAD/EMTDC" code. From the simulation it results that the reactive power induced by the four units of the "Booster PS" can be dramatically reduced. In addition, the voltage fluctuation of the motor-generator connected to the "Booster PS" is expected to be suppressed to less than 10%, which ensures the stable control of JT-60SA magnet power supplies.


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

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.61(Physics, Fluids & Plasmas)

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,年度計画書; 2012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; 窪島 光志; 竹内 竜史; 水野 崇; 佐藤 稔紀; et al.

JAEA-Review 2012-028, 31 Pages, 2012/08


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。2012年度は、第2段階及び第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2012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。



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


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。


Resonance characteristics and maximum turn voltage of JT-60SA EF coil

村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 山内 邦仁; 島田 勝弘; 寺門 恒久; 松川 誠; 長谷川 満*; 湊 恒明*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.9501405_1 - 9501405_5, 2012/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.07(Engineering, Electrical & Electronic)



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

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.14(Nuclear Science & Technology)

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 $$sim$$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.


JT-60SA power supply system

Coletti, A.*; Baulaigue, O.*; Cara, P.*; Coletti, R.*; Ferro, A.*; Gaio, E.*; 松川 誠; Novello, L.*; Santinelli, M.*; 島田 勝弘; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1373 - 1376, 2011/10

 被引用回数:15 パーセンタイル:19.7(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA is a joint international research and development project involving Japan and Europe, in the frame of the "Broader Approach Agreement", for the construction and operation of a new tokamak intended to prepare and support ITER operation. JT-60SA is to be built in Naka, Japan, using existing infrastructures and subsystems of the former JT-60U experiment, as much as possible. SA, as "super advanced", refers to the use of Superconducting Coils Magnets (SCM) and to the study of advanced modes in plasma operation. The SCM system includes Toroidal and Poloidal Field Coils (TFC and PFC respectively). In addition the machine features a number of normal conducting coils: Fast Plasma Control Coils (FPCC), a Resistive Wall Mode Control Coils and the Error Field Correction Coils. The paper describes the main features of the JT-60SA SCM Power Supply System (SCMPS) with special regard to coil current regulation mode and SCM protection.


超深地層研究所計画,年度計画書; 2011年度

國丸 貴紀; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 竹内 竜史; 三枝 博光; 水野 崇; 佐藤 稔紀; 尾方 伸久; et al.

JAEA-Review 2011-027, 30 Pages, 2011/08



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