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論文

Development of a 13-T and 40-kA Nb$$_{3}$$Al conductor for toroidal coils of fusion reactors

小泉 徳潔; 安藤 俊就; 杉本 誠; 高橋 良和; 辻 博史; 島本 進; 山田 雄一*; 三雲 明*; 綾井 直樹*

Fusion Engineering and Design, 41, p.277 - 281, 1998/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:50.34(Nuclear Science & Technology)

Nb$$_{3}$$AlはNb$$_{3}$$Snに比してひずみに対して、臨界電流性能の劣化が小さいという性質を有する。このため、トロイダルコイルの製作には適した導体である。本利点に着目して、原研では1986年以来Nb$$_{3}$$Alの開発を行ってきた。現在、Nb$$_{3}$$Snと同等の臨界電流性能(600-700A/mm$$^{2}$$ at 12T)を到達するに到った。また、大電流Nb$$_{3}$$Al導体の試験結果から、12Tにて120kAの臨界電流性能を達成できることが実証された。これらの結果から、Nb$$_{3}$$Al導体がトロイダルコイルへ応用できることが実証された。一方、現在、ITER-EDAのタスクとしてNb$$_{3}$$Alインサートコイルの製作を行っている。これによりNb$$_{3}$$Al導体をITER-TFコイルに応用できることを実証する。

論文

A Safety analysis of the ITER superconducting magnet system in case of loss of vacuum in the ITER cryostat

加藤 崇; 西田 和彦*; 濱田 一弥; 松井 邦浩; 本田 忠明*; 辻 博史; N.Michel*; 吉田 清; 島本 進

Fusion Technology, 30(3), p.1253 - 1257, 1996/12

ITER超電導コイルの安全評価として、超電導コイル群が設置されているITERクライオスタットの断熱真空が喪失するといった事故を想定し、この事故により超電導コイルが、どのような影響を受け、どのようにそれらの安全性が評価されるかについて解析を行った。その結果、断熱真空喪失により急激な対流熱伝達による大きな入熱が4Kに冷却されている超電導コイルに与えられるが、ITERクライオスタットの体積が非常に大きいため、入熱によりコイルがクエンチ等の緊急動作停止に至る時間が比較的長いことがコンピュータを用いた解析により判明した。

論文

Design of the CS insert coil

杉本 誠; 寺澤 充水*; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 西 正孝; 高橋 良和; 安藤 俊就; 辻 博史; et al.

IEEE Transactions on Magnetics, 32(4), p.2328 - 2331, 1996/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:51.52(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER工学設計段階(EDA)において、CSモデルコイル計画が遂行されている。CSモデル・コイルは4つの部材から構成されている。内層モジュール、外層モジュール、インサート・コイル、支持構造物である。このうちインサート・コイルの設計について報告する。CSインサート・コイルの内径は1.6mであり、巻線高さは1.7mである。CSインサート・コイルは、CSモデル・コイルの内側に設置して試験される。導体はCSコイル実機とまったく同じものを用いている。試験は磁束密度/3Tで行われ、導体の性能が評価できる。

論文

Design consideration of the ITER-TF coil with a react-and-wind technique using Nb$$_{3}$$Al conductor

安藤 俊就; 杉本 誠; 小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 西 正孝; 辻 博史; 島本 進

IEEE Transactions on Magnetics, 32(4), p.2324 - 2327, 1996/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:70.08(Engineering, Electrical & Electronic)

Nb$$_{3}$$Al導体を用い、リアクト・ワインド法でITERのトロイダル・コイルを設計した場合について考察した。コイルの性能評価については、Nb$$_{3}$$Snを用いたワインド・リアクト法とほとんど同じであった。このことにより、製作性に非常に秀れているので、Nb$$_{3}$$AlのITERコイルへの適用が有効となる。本内容について紹介する。

論文

Effect of non-uniform current distribution on the stability in Nb-Ti cable-in-conduit superconducting conductor

和田山 芳英*; 小泉 徳潔; 高橋 良和; 松井 邦浩; 辻 博史; 島本 進

IEEE Transactions on Magnetics, 32(4), p.2858 - 2861, 1996/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:31.51(Engineering, Electrical & Electronic)

原研が次期核融合炉用超電導コイルの開発を目指して開始したDPC計画の中で製作したDPC-Uでは、導体内電流分布の不均一に起因する不安定性が発生した。その後の研究で、本不安定性の解消方法は確立された。今回、電流分布の不均一の安定性の影響をより詳細に調査したので、その結果について報告する。実験より、DPC-Uの不安定性が電流分布の不均一によることが確認できた。また導体がクエンチに至る機構がよく理解できた。

論文

Design of the Nb$$_{3}$$Al insert to be tested in ITER central solenoid model coil

小泉 徳潔; 伊藤 智庸*; 小方 大成*; 高橋 良和; 杉本 誠; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 布谷 嘉彦; 安藤 俊就; 辻 博史; et al.

IEEE Transactions on Magnetics, 32(4), p.2236 - 2239, 1996/07

 被引用回数:11 パーセンタイル:64.62(Engineering, Electrical & Electronic)

Nb$$_{3}$$Al超電導体は、Nb$$_{3}$$Alに比して歪に対する臨界電流値の劣化が少ないという性能がある。本性能を用いることによりITER-TFコイルの巻線方式として、Recent-and-Wind法を用いることができる。これにより、製作性の信頼性の向上、および製作コストの低減がはかれる。本講演では、Recent-and-Wind法により製作し、その技術の実証をCSモデルコイル内で行うNb$$_{3}$$Alインサートの設計について報告する。

論文

Current imbalance due to induced circulation currents in a large cable-in-conduit superconductor

小泉 徳潔; 奥野 清; 高橋 良和; 辻 博史; 島本 進

Cryogenics, 36, p.409 - 418, 1996/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:67.66(Thermodynamics)

原研が次期核融合炉用超電導コイル用に開発したDPC-Uコイルでは、素線間を絶縁したために導体内の偏流による不安定性が発生した。本論文では、本不安定性の発生原因を解析的に明らかにした。また、DPC-Uコイルに発生した偏流の度合、偏流の時定数の定量的評価も行った。

論文

Void fraction effects on stability in cable-in-conduit conductor for varying field due to plasma disruption

寺沢 充水; 三浦 友史; 安藤 俊就; 野沢 正信*; 礒野 高明; 高谷 芳幸*; 辻 博史; 島本 進

ICEC16/ICMC Proceedings, p.1265 - 1268, 1996/00

Void率が32、36、40%とそれぞれ異なるITER用Nb$$_{3}$$SnのCIC縮小導体を製作し、ITERのoperation中、プラズマ・ディスラプションによって引き起こされる磁界変化に対する安定度を実験的に評価した。実験の結果、ITER用導体はプラズマ・ディスラプションによって引き起こされると想定される磁界変化に対して安定であることが推測された。

論文

Cool-down simulation of 46kA and 13T Nb$$_{3}$$Al insert

小泉 徳潔; 伊藤 智庸*; 安藤 俊就; 杉本 誠; 寺沢 充水*; 野沢 正信*; 渡辺 郁夫*; 辻 博史; 奥野 清; 塚本 英雄*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.791 - 794, 1996/00

ITER-EDAのなかで、CSモデルコイルの製作がおこなわれている。これと並行してCSモデルコイルと共に試験されるインサートコイルの製作も行われている。本論文では、インサートコイルの1つであるNb$$_{3}$$Alインサートのクールダウン解析を行った。解析では導体ターン間の熱伝導を考慮した。計算の結果、Nb$$_{3}$$Alインサートは、250時間で冷却できることが示された。また、クールダウン時の温度分布についても重要な知見が得られた。これにより、より最適なクールダスン方法を提案した。

論文

Interface detail design for ITER coil system

本田 忠明*; 松井 邦浩; 濱田 一弥; 西田 和彦*; 加藤 崇; 辻 博史; 飯田 文雄*; 吉田 清; 保川 幸雄*; 樋上 久彰*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.135 - 138, 1996/00

ITER超電導コイルは、20個のトロイダル磁場コイル、中心ソレノイドコイル、7個のポロイダル磁場コイルからなる。このコイルシステムを動作させるため、電流リードと超電導ブスバーを介して電力が供給され、配管を介して冷媒が供給される。電力、冷媒供給設備と超電導コイルの取合機器として、23台のコイルターミナルボックスがクライオスタット近傍に設置される。電気絶縁、電位、断熱、真空、設置空間の設計条件を考慮して、コイルターミナルボックスの設計を行った。本発表では、超電導コイルと電力、冷媒供給設備の取合条件と取合機器の基本設計結果を紹介する。

論文

Engineering design of cryoplant for ITER

濱田 一弥; 加藤 崇; 松井 邦浩; 辻 博史; 本田 忠明*; 西田 和彦*; 吉田 清; V.Kalinin*; M.Wykes*; 森 幹郎*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.131 - 134, 1996/00

原研はITER工学設計活動の一環として、ITER超電導コイル、構造体及び熱シールド等を冷却するクライオプラントを設計した。ITERは4.5Kで125kW、80Kで350kWの冷凍能力を必要とし、冷凍機は5~7台で構成される。さらに、超電導コイルは強制冷却方式であるために、原研が開発した極低温ヘリウム循環ポンプを採用する。設計では、ITER工学設計活動終了時点で製作可能な機器を熱効率、現地据え付けなどの観点から評価してシステムを構築した。その結果、現在の技術水準から十分建設は可能であるとの結論を得た。学会では、一連の設計結果について発表する。

論文

Design of thermal shield for the ITER cryostat

濱田 一弥; 加藤 崇; 辻 博史; 本田 忠明*; 西田 和彦*; 中平 昌隆; 伊藤 彰*; 大野 勇*; 宮内 康行*; R.Bourque*; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.427 - 430, 1996/00

原研は、ITER工学設計活動の一環として、ITER超電導コイルを真空断熱するためのクライオスタット内に装備される熱シールドの設計を行った。熱シールドは80Kのヘリウム・ガスで冷却され、熱負荷は147kWである。また、遠隔ロボットによる補修が可能であること、放射線による材料劣化などを考慮して設計を行った。その結果従来使用されているアルミを蒸着したマイラーフィルムで構成される多層断熱材よりも金属板による多層熱シールド材が適していることが判り、熱シールドは製作可能であることが明らかとなった。発表では一連の計算結果について報告する。

論文

Consideration of current sharing temperature measurement for ITER CS model coil

本田 忠明*; 安藤 俊就; 辻 博史; 島本 進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.787 - 790, 1996/00

日本原子力研究所では、ITERプロジェクトのR&Dの一環としてCSモデルコイルプロジェクトを進めている。CSモデルコイルは、パルス電流によって動作し、46kA通電時に最大13Tの磁場を発生する。このパルス運転のためACロスが発生し、CSモデルコイルの温度を上昇させる。この為、CSモデルコイルでは、高い温度マージン要求される。そこで、温度マージンを評価するには、分流開始温度が最も有効な評価パラメータとなる。従ってCSモデルコイルの各層の分流開始温度の測定の可能性を隣り合う層への熱移動を考慮して、検討を行った。磁場配位がパラボリックである層を除いては、分流開始温度測定が可能であることが判った。

論文

Evaluation of inductive heating energy of quench experiment on a long length(QUELL) conductor with the calorimetric method

伊藤 智庸*; 小泉 徳潔; 三浦 友史; 松井 邦浩; 若林 宏*; 高橋 良和; 辻 博史; 島本 進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1301 - 1304, 1996/00

QUELLは、ITERのR&Dの1つで、導体の安定性性を評価する実験である。安定性実験では、導体を誘導加熱することにより初期の常電導を発生させる。誘導加熱は導体を直接的かつ時間遅れなしに加熱できる点で優れているが、ケーブル・イン・コンジット導体の場合、導体に印加された誘導加熱量を計算では求めることができない。熱量法によりQUELL導体の誘導加熱量の較正実験を行い、評価した。安定性では、素線とコンジットに印加された加熱量を別々に評価するため、同様に素線とコンジットの誘導加熱量を評価した。結果、誘導加熱量は、電流の2乗の積分値に比例し、その比例定数は素線で0.0226コンジットで0.2289となった。

論文

Development of 46kA layer to layer joint for ITER-CS model coil

布谷 嘉彦; 高橋 良和; 安藤 俊就; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 杉本 誠; 押切 雅幸*; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; et al.

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.775 - 778, 1996/00

ITER-CSモデルコイル外層モジュールには、層間及び鉛電ラインとの接続用に計17ヶ所のジョイントが存在する。原研はラップ型ジョイント、及びバット型ジョイントの開発を行っている。バット型ジョイントの利点は、ラップ型に比較し、変動磁場下での交流損失が少ないこと、銅-ステンレスの異材継手が存在しないため、Heリークに対しての信頼性が高いことが上げられる。原研はITERで要求される性能仕様を満すバットジョイントの開発に成功した。交流損失の測定、抵抗測定の結果を報告する。また、バットジョイントの製作方法、構造についても、合せて報告する。

論文

Experimental result of 13T-46kA Nb$$_{3}$$Al conductor in SULTAN

布谷 嘉彦; 押切 雅幸*; 安藤 俊就; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 辻 博史; 島本 進; 山田 雄一*; 今野 雅行*

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1665 - 1668, 1996/00

原研は現在次期核融合炉用超電導磁石に用いる超電導導体としてNb$$_{3}$$Al導体の開発を行っている。Nb$$_{3}$$AlはNb$$_{3}$$Alと比較し、歪による性能劣化が少なく、ITERのTFコイル用導体として有力視されている。原研では、実寸サイズNb$$_{3}$$Al導体の開発に成功し、その電気的特性評価をスイスにある導体実験装置(SULTAN)を用いて行った。サンプルはTFコイル用導体と同じ構造を持つ。最大外部磁場12.1Tにおいて、6.92K温度で36.2kAの通電に成功した。実験と評価の詳細を報告する。

論文

ITER CS model coil project

島本 進; 辻 博史; 安藤 俊就; J.Jayakumar*; J.Minervini*; R.Thome*; 奥野 清; N.Mitchell*

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.763 - 766, 1996/00

ITER工学R&Dの中で、最も重要な作業の一つとして位置づけられているITER中心ソレノイド・モデル・コイル(CSモデル・コイル)の開発計画の内容と、これまでに得られた技術開発成果について報告する。本コイルは、内径1.8m、外径3.6mの超電導パルス・コイルで付属するインサート・コイルを含め、運転電流値48kAにおいて13Tを発生し、蓄積エネルギーは640MJとなる世界最大の超電導パルス・コイルである。これまでに行われた技術開発作業の成果として、低パルス損失と高電流密度を同時に満足する高性能のNb$$_{3}$$Sn導体及びその46kA導体接続部の開発に成功した。

論文

Development of practical Nb$$_{3}$$Al/Cu multifilamentary superconducting strand

三雲 明*; 綾井 直樹*; 山田 雄一*; 高橋 謙一*; 佐藤 謙*; 小泉 徳潔; 杉本 誠; 安藤 俊就; 辻 博史; 島本 進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1673 - 1676, 1996/00

核融合炉用Nb$$_{3}$$Al超電導線の開発を行い、臨界電流密度600A/m$$^{2}$$r(12T)、比抵抗1.5$$times$$10$$^{-10}$$$$Omega$$mの素線開発に成功した。また、1000m伸線単長での歩留率は66%に達した。

論文

Improvement of critical current density and residual resistivity on jelly-roll processed Nb$$_{3}$$Al superconducting wires

綾井 直樹*; 三雲 明*; 山田 雄一*; 高橋 謙一*; 佐藤 謙*; 小泉 徳潔; 安藤 俊就; 杉本 誠; 辻 博史; 島本 進

Proc. of 16th Int. Cryogenic Engineering Conf. /Int. Cryogenic Materials Conf., 0, p.1677 - 1680, 1996/00

Nb$$_{3}$$Al超電導線では、その表面とクロムプレートした場合には、熱処理時にクロムにより安定化銅の比抵抗が劣化する。超電導線断面内のNb$$_{3}$$Alフィラメントの配置を円周近傍によせることにより、クロムによる銅の劣化を防止することができた。また、本構造を用いた素線で715A/mm$$^{2}$$の高い臨界電流値を得ることができた。

報告書

Pressure drop characteristic in a cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 高橋 良和; 杉本 誠; 濱田 一弥; 加藤 崇; 辻 博史; 島本 進

JAERI-Research 95-062, 10 Pages, 1995/09

JAERI-Research-95-062.pdf:0.72MB

核融合炉用超電導用コイルでは、大電流、高磁場および高い絶縁性能等が要求される。ケーブル・イン・コンジット導体はこれらの要求を満足する導体として有力視されている。ケーブル・イン・コンジット導体では冷媒を強制的に導体内を流すことによって導体を冷却する。そこで、導体の圧損特性が重要な設計要因となる。本報告書では、80m長のケーブル・イン・コンジット導体の圧損特性の測定結果について報告する。圧損は、低レイノルズ数領域では、ハーゲン・ポアズイユの式に一致し、高レイノルズ数では、圧損係数がレイノルズ数の0.157乗に比例することがわかった。また、この場合の比例定数は0.257であった。

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