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論文

iBNCT用線形加速器のビームコミッショニング

内藤 富士雄*; 穴見 昌三*; 池上 清*; 魚田 雅彦*; 大内 利勝*; 大西 貴博*; 大場 俊幸*; 帯名 崇*; 川村 真人*; 熊田 博明*; et al.

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1244 - 1246, 2016/11

いばらき中性子医療研究センターのホウ素中性子捕獲療法(iBNCT)システムは線形加速器で加速された8MeVの陽子をBe標的に照射し、中性子を発生させる。この線形加速器システムはイオン源, RFQ, DTL, ビーム輸送系と標的で構成されている。このシステムによる中性子の発生は2015年末に確認されているが、その後システムの安定性とビーム強度を共に高めるため多くの改修を施した。そして本格的なビームコミッショニングを2016年5月中旬から開始する。その作業の進展状況と結果を報告する。

論文

核融合炉"ITER"の超伝導コイル用極低温構造物

中嶋 秀夫; 島本 進*; 井口 将秀; 濱田 一弥; 奥野 清; 高橋 良和

低温工学, 48(10), p.508 - 516, 2013/10

原子力機構はITERプロジェクトにおいてトロイダル磁場(TF)コイルの構造物と中心ソレノイド(CS)のジャケットを調達している。構造物はほとんどが316LNステンレス鋼であるが、高い強度が必要な部分は原子力機構と日本製鋼が共同開発したJJ1鋼を使う。ジャケットは神戸製鋼と共同開発したJK2LB鋼が使われる。これら2つの鋼はその量産性と溶接性と使用する温度(4K)における機械的特性を確認し、既に市販品となっている。原子力機構は、日本機械学会(JSME)で発行された核融合設備規格「超伝導マグネット構造規格(2008年版)」の策定に貢献し、これに規定された材料仕様を構造物に採用した。また、JSME規格の発行をもって、30年に渡る構造材料の開発から製品化までの一連の活動が完結したと言える。これらのITERにおける超伝導コイルの構造物に関する構成と設計、実規模量の鋼の製作、及び品質管理と品質確認試験について紹介することにより、核融合装置における超伝導コイルの構造物の重要性について述べる。

論文

核融合炉用超伝導コイル構造材料開発の歩み

島本 進*; 中嶋 秀夫; 高橋 良和

低温工学, 48(2), p.60 - 67, 2013/03

原子力機構は、30年前からトカマク型核融合炉用極低温構造材料の開発を行ってきた。当時は4Kで使える材料やデータが無かったので、原子力機構は超伝導コイル用構造材料の要求値を設定し、4Kにおいて実施できる引張試験や疲労試験装置を設置した。そして、極低温構造材料を鉄鋼メーカーと共同開発し、開発した材料を数多く4Kにおいて試験した。さらに、JIS規格のような4Kにおける機械試験の規格の確立に貢献した。また、日本機械学会において、核融合炉用超伝導コイルの構造材のための設計基準の確立にも貢献し、ITERでのトロイダル磁場コイルの製作に活用している。原子力機構における材料開発の30年間の歴史について解説する。

論文

国際熱核融合実験炉"ITER"の工学設計活動から建設へ

島本 進*; 高橋 良和; 奥野 清

低温工学, 41(12), p.542 - 552, 2006/12

磁気閉じ込め方式では、高磁界を発生する超伝導技術と核融合炉との関係は非常に密接であり、実験炉建設コストの四分の一強が超伝導コイルに費やされる。逆に、超伝導・極低温という専門分野においても、そこで核融合が占める割合は同じく四分の一強と見られる。この状況を見つめつつ日本原子力研究所(「原研」、現在は「日本原子力研究開発機構」)は長年にわたってトカマク炉のための超伝導・極低温の技術開発を、企業・大学と一致協力して推進してきた。そこには幾つかの独自のプロジェクト及び国際協力による作業があり、段階的に進展した技術が今日に至っている。本論分では、ITERの設計活動を概説し、ITERの内容について超伝導・極低温の側面から紹介する。次に、これまでの工学R&Dとして進められてきた成果とITERの設計との関係を記し、さらに国際協力による建設の作業分担の模様を示す。これによってITERの経緯と建設に立ち向かう姿について広範囲の読者に理解を得ることを目的としている。他方、ITERの最初の活動が始まってから20年近くを経過しており、担当者の世代交代も見られるので、その間の理解を図ることも目的の一つとしている。

論文

大電流超電導導体のパルス磁場損失の測定結果と結合電流回路

島本 進*; 村瀬 暁*; 西井 憲治*; 内藤 文信*; 松井 邦浩; 高橋 良和; 辻 博史

電気学会論文誌,B, 122(1), p.58 - 63, 2002/01

国際熱核融合実験炉(ITER)の超電導マグネット用46kANb$$_{3}$$Sn超電導導体の短尺サンプルのパルス磁場損失を、熱量法を用いて測定した。その結果、本導体は約1000本の素線から構成されているが、その素線間を流れる結合電流の時定数が30msであることが得られた。この結果をもとに、各素線の幾何学的解析を行い、実際の撚線のツイスト・ピッチより長い結合ループがあることを示した。これは、CSモデル・コイル実験結果の解析の基盤となるものである。

論文

Analysis of current after normal transition in a cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 安藤 俊就; 高橋 良和; 辻 博史; 島本 進*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 11(1), p.2575 - 2578, 2001/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:23.87(Engineering, Electrical & Electronic)

電流偏流のために過大な電流を流している超電導性が、常電導転移した後の挙動について解析した。計算で用いたパラメータは、電流偏流による不安定性を示したUS-DPCコイルのそれらを用いた。解析の結果、100m程度の長さを有する導体では、常電導転移後数秒間は、端部の影響がないことがわかった。これは、無限長のモデルを使用できることを示している。無限長モデルでは、電流の計算がより簡易になる。そこで、無限長モデルを、クエンチ・シミュレーションコードとあわせて使用して、解析を行った。解析の結果、常電導伝播が電流減衰に大きな影響を与えることがわかった。また、素線間のコンダクタンスが高い場合に導体は安定になるが、この場合でも、導体としての安定性が低くなければ、電流偏流によってクエンチが起こることが示唆された。

論文

AC loss measurement of 46kA-13T Nb$$_{3}$$Sn conductor for ITER

高橋 良和; 松井 邦浩; 西井 憲治; 小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 安藤 俊就; 辻 博史; 村瀬 暁*; 島本 進*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 11(1), p.1546 - 1549, 2001/03

 被引用回数:29 パーセンタイル:78.49(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER用に開発されたNb$$_{3}$$S$$_{n}$$超電導体は、直径0.8mmの素線を約千本撚り合わせたもので、最大磁場13Tにおいて、46kAの運転電流値である。超電導導体の重要な特性の一つである変動磁場に対する損失(ACロス)を、冷媒ヘリウムが流れる空間が占める割合(ボイド率)をパラメータとした導体サンプルにおいて測定した。その結果、パルス・コイルにおける最適なボイド率は35~37%であることが示された。またCSモデル・コイルにおけるACロスの測定結果と導体サンプルの結果を比較検討した。その結果、導体サンプルの長さが十分でないことが明らかになった。しかし、コイルにおいては、ACロスは十分小さいことも示された。

論文

核融合用13T-640MJ超電導パルス・コイルの開発研究

安藤 俊就; 檜山 忠雄; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 礒野 高明; 杉本 誠; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; et al.

電気学会論文誌,B, 120(3), p.449 - 456, 2000/03

国際熱核融合実験炉(ITER)のR&Dとして進められている中心ソレノイドモデル・コイル計画の13T-640MJ超電導パルス・コイルの設計と製作について紹介する。

論文

素線間に高抵抗層を有する撚線導体内の循環電流

小泉 徳潔; 高橋 良和; 加藤 崇; 辻 博史; 島本 進*

低温工学, 35(3), p.132 - 142, 2000/03

素線間にクロムメッキ等による高抵抗層を有する導体には、循環電流が誘起される。これと通電電流が重なり合って電流偏流が発生する。この循環電流の特性を解析した。その結果、素線間を横断して誘起される素線間横断型循環電流と端部を迂回するそれがあることがわかった。前者の減衰時定数は、数秒のオーダーである。このために、10s以内のパルス励磁でこの循環電流は誘起される。そして、励磁速度が速いほど大きくなる。この循環電流のために、素線をクロムメッキした導体が、励磁速度依存型の不安定現象を示す。

論文

ITER計画におけるNb$$_{3}$$Sn超電導線の高性能化及び大型化

礒野 高明; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 杉本 誠; 吉田 清; 西 正孝; 高橋 良和; 安藤 俊就; 辻 博史; 島本 進*

電気学会論文誌,B, 119(11), p.1263 - 1269, 1999/00

ITERの工学設計活動で行った高性能のNb$$_{3}$$Sn素線開発とその大型導体化について紹介する。特に、高性能Nb$$_{3}$$Sn素線開発では、従来に比べ、臨界電流密度では1.5倍、ヒステリシス損失では1/5といった大幅な性能向上を果たし、ITER仕様であるJc 550A/mm$$^{2}$$以上(12T,4.2K)、ヒステリシス損失200mJ/cm$$^{3}$$以下($$pm$$3T)を満たす素線を量産することに成功した。ここでは主として素線開発方法について紹介する。

論文

分布定数回路モデルを用いた撚線導体内の常電導転移後電流分布の解析

小泉 徳潔; 高橋 良和; 辻 博史; 島本 進*

低温工学, 34(8), p.395 - 403, 1999/00

素線間にクロムメッキ等による高抵抗層を有する撚線導体内では、電流偏流のために、一部の素線が過剰電流を流す。分布定数回路を用いて、この電流の常電導転移後の挙動を解析した。その結果、過剰電流は10-100msで減衰することがわかった。また、導体中心で常電導転移したときは、端部にその影響が伝わるまで数秒かかることもわかった。このため、導体中央部で常電導抵抗が減少すると、過剰電流が増加する。ゆえに、過剰電流を流す一部の素線からの常電導転移が、導体クエンチを起こしうることが確認できた。

論文

Development of a 13T-46kA Nb$$_{3}$$Sn conductor and central solenoid model coils for ITER

高橋 良和; 安藤 俊就; 檜山 忠雄; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 杉本 誠; 礒野 高明; 押切 雅幸*; 河野 勝己; 小泉 徳潔; et al.

Fusion Engineering and Design, 41(1-4), p.271 - 275, 1998/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:39.76(Nuclear Science & Technology)

原研において、ITER-EDAのもと、中心ソレノイド(CS)モデル・コイルを開発している。本コイル閉導体は、Nb$$_{3}$$Snが用いられ、ほぼ完成しつつある。導体接続部、熱処理及び巻線技術のR&Dが行われ、それぞれの技術が確立された。これを踏まえて、外層モジュール(8層)の最初の1層の巻線が完成した。本コイルは、1998年に完成し、原研の試験装置において実験が行われる予定である。

論文

Mechanical properties of 110mm thick hot rolled plates of JJ1 and JK2 for ITER TF coil

石尾 光太郎*; 中嶋 秀夫; 川崎 勉*; 上原 聡明*; 辻 博史; F.Wong*; 島本 進*

Proc. of 15th Int. Conf. on Magnet Technology (MT-15), p.989 - 992, 1997/10

ITERのTFコイル構造材には、4Kにおいて高強度(0.2%耐力が1000MPa以上)及び高靱性(破壊靱性K$$_{IC}$$が200MPa√m以上)が要求される。このITERターゲットを立証するために、構造材料の特性を評価するための国際共同作業が現在進行している。日本原子力研究所はITERターゲットを満足するJJ1及びJK2鋼を開発し、それらの圧延材の製作性及び溶接性を証明するために、110mm厚圧延材及びTIG溶接継手の試作を行った。それらの結果、JJ1及びJK2鋼の強度及び破壊靱性が、溶接継手を含めて、ITERターゲットを満たすことが立証された。さらに110mm厚JJ1及びJK2鋼溶接継手は、完全オーステナイトであるにもかかわらず、非破壊検査からは、割れや有害な欠陥は見られなかった。

論文

Development of winding technique for ITER CS model coil

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 安藤 俊就; 山本 一生*; 辻 博史; 島本 進*; 平岸 政洋*; 佐々木 知之*; 稲垣 淳二*

Proc. of 15th Int. Conf. on Magnet Technology (MT-15), p.405 - 408, 1997/10

原研は、国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動の一環として、中心ソレノイド・モデル・コイルの設計・製作を行っている。本コイルは、内層コイルと外層コイルより構成されて、原研は外装コイル(内径:2.7m、外径:3.6m、高さ2mのレイヤー巻コイル)の製作を行う。このような大型で、46mm角の強制冷却式超伝導導体を使用したコイルの巻線はこれまでに例がなく、巻線技術の開発は重要である。そこで100mのダミー導体や短尺の導体による試巻線を行い、導体の曲げ特性などを調べた。その結果、これらのデータを一般化し、巻線条件を予測する手法を考察し、モデル・コイルの巻線をすべて無事終了することができた。本巻線方式は、ITER実機にも適用可能と考えられる。

論文

Development 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; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 高橋 良和; 安藤 俊就; et al.

Proc. of 15th Int. Conf. on Magnet Technology (MT-15), p.409 - 412, 1997/00

1992年より開始したITER-EDAの主要R&D項目であるCSモデルコイルの開発が進行中である。このCSモデルコイル開発のなかで、導体特性評価のためにCSインサートコイルが開発されている。CSインサートコイルの開発におけるR&D結果について報告する。ジョイント部開発やSAGBO(応力酸化割れ)回避のための熱処理要領開発について報告する。ジョイント開発においては、実機導体による抵抗測定結果について述べる。またNb$$_{3}$$Sn生成のための熱処理基準について述べる。併せて試巻線の結果を報告する。

論文

Performance study of the cryogenic system for ITER CS model coil

加藤 崇; 濱田 一弥; 河野 勝己; 松井 邦浩; 檜山 忠雄; 西田 和彦*; 本田 忠明*; 種田 雅信*; 関口 修一*; 大都 起一*; et al.

ICEC16/ICMC Proceedings, p.127 - 130, 1996/00

ITER中心ソレノイド・モデル・コイル実験用冷凍機を製作した。本冷凍機は、冷凍能力5kW(4.5K)又は液化能力800l/hの能力を有し、原研のこれまでの技術開発結果を用いて開発した大型ヘリウム冷凍機である。本論文において、設計諸元を紹介すると共に計測した本システムの熱力学的特性結果を報告する。

口頭

核融合と超伝導技術

島本 進*

no journal, , 

トカマク型核融合実験炉への適用を目的として、旧日本原子力研究所では1976年に超伝導コイルの研究開発を開始した。その第1段階では、直流通電のトロイダル・コイルの開発としてクラスター・テスト計画及びLCT計画を実施した。前者では高磁界化を目的にNb$$_{3}$$Sn導体の先進的開発を、後者ではコイル大型化を目的にNbTi材による大電流導体開発を行い、数年後に目標を達成した。第2段階として、パルス通電のポロイダル磁場コイルの開発である実証ポロイダル・コイル計画を1985年から着手した。これは、強制冷却導体の大口径ソレノイドで8Tまで数秒間の立ち上げを目標とするもので、成功裏に達成できた。これらの成果に立ち、国際熱核融合実験炉ITERの工学設計の中で、中心ソレノイド・モデル・コイル計画を開始し、その実施場所として那珂研究所が選定された。多くの技術的課題を乗り越え2000年に13Tのパルス動作など、目標を達成した。その後のITERの建設において、このような実績が高く評価され、日本は超伝導コイルの主要部分の多くを分担することが決まった。

口頭

国際熱核融合実験炉ITERの超電導コイル技術

奥野 清; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 辺見 努; 松井 邦浩; 島本 進*

no journal, , 

ITERは国際共同プロジェクトによりにフランスに建設される核融合実験炉である。核融合反応のプラズマを発生,閉じ込め,制御するための磁場はすべて超電導コイルによって発生される。コイル全体の重量は1万トンに及び、その製作はこの実験炉の主要部分である。これは低温・超伝導分野から見ても大きな領域を占めるものである。日本はこのコイルの主要部分の製作を担当し、現地に持ち込む大きな作業を担っている。本発表では技術開発の状況,国際分担,建設までのスケジュールについて紹介する。

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