Observation of nuclear-spin Seebeck effect

吉川 貴史*; Reitz, D.*; 伊藤 宏陽*; 巻内 崇彦*; 杉本 宜陽*; 恒川 翔*; 大門 俊介*; 大柳 洸一*; Ramos, R.*; 高橋 三郎*; et al.

Nature Communications (Internet), 12, p.4356_1 - 4356_7, 2021/07

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24623-6

Thermoelectric effects have been applied to power generators and temperature sensors that convert waste heat into electricity. The effects, however, have been limited to electrons to occur, and inevitably disappear at low temperatures due to electronic entropy quenching. Here, we report thermoelectric generation caused by nuclear spins in a solid: nuclear-spin Seebeck effect. The sample is a magnetically ordered material MnCO having a large nuclear spin of Mn nuclei and strong hyperfine coupling, with a Pt contact. In the system, we observe low-temperature thermoelectric signals down to 100 mK due to nuclear-spin excitation. Our theoretical calculation in which interfacial Korringa process is taken into consideration quantitatively reproduces the results. The nuclear thermoelectric effect demonstrated here offers a way for exploring thermoelectric science and technologies at ultralow temperatures.

Technology development for the construction of the ITER superconducting magnet system

奥野 清; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 名原 啓博; et al.

Nuclear Fusion, 47(5), p.456 - 462, 2007/05

https://doi.org/10.1088/0029-5515/47/5/010

ITER超伝導マグネットの調達準備活動を通して得られた大型超伝導コイルの技術開発成果について述べる。ITER計画では原子力機構が主体となり、産業界の協力の下、各企業が有する優れた製作技術・生産能力を有効に活用し、調達準備活動を実施している。NbSn超伝導導体技術では、マグネットの設計変更によりNbSn素線の臨界電流値に関する要求値が引き上げられたが、変更後の目標値をクリアーする素線の量産技術に見通しが得られた。また、局所的な曲げ歪みが素線の臨界電流値の低下を引き起こすことを実験的・解析的に明らかにし、その知見に基づいた導体設計手法の高度化が図られた。さらに、高さ14m,幅9m,1個の重量310tという大きなトロイダル磁場コイルを、所定の性能(68kA, 12T)が得られるように製作する技術の確立を目的とした技術活動を実施し、高精度巻線の検討,コイル容器用の高強度低温構造材を数十トンレベルで量産する技術の実証、及び機械加工・溶接の併用による大型コイル容器の製作技術の確立など、多くの成果が得られている。

Japanese contributions to the procurement of the ITER superconducting magnet

奥野 清; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明

Fusion Engineering and Design, 81(20-22), p.2341 - 2349, 2006/11

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2006.07.018

ITER計画では、2005年6月にモスクワで開催された第2回6極閣僚級会合において、ITER本体施設のカダラシュへの設置が正式に決定された。このサイトの決定により、ITERはその実現に向けて大きな一歩を踏み出した。ITER計画には日本,中国,欧州連合,韓国,ロシア連邦,米国の6極が参加し、ITERトカマク本体のほとんどの構成機器を物納という形でこれら6極が調達する。このうち超伝導マグネットに関しては主要部分を日本及びEUが分担する。このため、日本原子力研究開発機構では、ITER工学設計活動で得られた成果をもとに、トロイダル磁場コイルを中心に、実規模での要素試作による製作プロセスや品質保証技術の確立、量産技術の実証、さらに設計の合理化など、実機製作のための技術基盤の確立を行っている。本件では、これら日本におけるITER建設準備のための技術活動の成果について発表する。

Quench analysis of an ITER 13T-40kA NbSn coil (CS insert)

稲口 隆*; 長谷川 満*; 小泉 徳潔; 礒野 高明; 濱田 一弥; 杉本 誠; 高橋 良和

Cryogenics, 44(2), p.121 - 130, 2004/02

https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2003.09.002

導体断面中心に副流路を持つケーブル・イン・コンジット導体のクエンチ解析を行うために、軸対称2次元解析モデルを開発した。CSインサートの圧損,クエンチ時の電圧,温度,常電導伝播の実験結果と本解析を比較し、良い一致を見ることを示した。よって、モデルの妥当性を示すことができた。また、解析の結果から、定常状態でも、副流路と主流路の間で対流が発生することが示され、これにより、導体軸方向の圧損が増加することが判明した。さらに、温度が高い冷媒が副流路を流れる場合は、これによって主流路の冷媒とケーブルが加熱されることも明らかになり、副流路の流れが常電導伝播の速度を加速させることがわかった。

Evaluation method of critical current and current sharing temperature for large-current Cable-in-Conduit conductors

布谷 嘉彦; 礒野 高明; 杉本 誠; 高橋 良和; 西島 元*; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; 安藤 俊就*; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 13(2), p.1404 - 1407, 2003/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2003.812679

ITER中心ソレノイド・インサートコイルの臨界電流値()及び分流開始温度()の解析を行った。本コイルはNbSn製の超伝導コイルであり、ITER中心ソレノイドモデル・コイルを使用して実験を行った。及び測定中に超伝導導体に発生するノーマル電圧の挙動は、特に本コイル導体のように1000本以上の超伝導線から構成されている大型導体の場合はよくわかっていない。本コイルの電圧発生挙動の詳細な解析により、導体長手方向の電界の導体断面内での平均が、素線の長手方向におけるコイル長に渡る平均電界と等しくなることがわかった。この平均電界をコイル長で積分したものを実験では電圧タップにより測定している。これは導体の撚りピッチが導体長手方向の磁場変化の度合いに比べ、今回の場合、十分小さいことから成り立つ。本研究により、電圧発生挙動を理解でき、大型導体を用いたコイルの設計に重要な特性である及びの値を導体を構成する素線の性能から予想できる。

ITER TFインサート・コイルのクエンチ特性と交流損失

礒野 高明; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 杉本 誠; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; Rodin, I.*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 37(10), p.539 - 544, 2002/10

https://doi.org/10.2221/jcsj.37.539

トロイダル磁場(TF)インサート・コイルは、TF導体の特性を評価するためにロシアで開発され、中心ソレノイド(CS)モデルコイルの中に組込み、13T磁場下で試験した。本報告では主にクエンチ特性と交流損失について報告する。TF導体とCS導体と主な違いは、ジャケットの形状とマンドレルの有無であり、これが、クエンチ特性,交流損失に影響する。クエンチ試験は、46kA,12T,6.5Kで行い、常伝導転移後9秒まで電流を保持してクエンチ特性を測定した。常伝導転移長さは16mで、最大伝播速度は2m/sであった。最大温度は推定誤差が大きいが、160K程度と推定される。ヒステリシス損失は、熱量法で測定でき、素線の特性と良く一致した。しかし結合損失については、マンドレルの発熱が結合損失より10倍大きく、測定が難しい。TF導体のクエンチ特性などITERの設計反映できる情報が取得できた。

TF insert experiment log book; 2nd experiment of CS model coil

杉本 誠; 礒野 高明; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 堤 史明*; 田宮 忠俊*; 押切 雅幸*; 若林 宏*; 奥野 清; 辻 博史

JAERI-Tech 2001-085, 104 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-085.pdf:4.64MB

CSモデル・コイルの第2回実験が2001年8月より開始した。第2回目の実験では、CSモデル・コイルの内側にTFインサート・コイルを設置し、実験を行った。CSモデル・コイルとTFインサート・コイルの予冷は同年8月20日から開始して、約1ヶ月を費やした。その後直ちに9月17日より通電試験を行った。同年10月19日に通電試験を完了した。この間、実験番号は88を数え、収集したデータはバイナリ形式で4GBに達した。本報告書は5週間にわたる実験のログ(日誌)とそのリストを集めたデータベースである。

Evaluation of critial current performance of 13 T-46 kA steel-jacketed NbAl conductor

小泉 徳潔; 東 克典*; 土屋 佳則; 松井 邦浩; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 西島 元; 布谷 嘉彦; 安藤 俊就; 礒野 高明; et al.

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.1 - 5, 2001/11

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(01)00465-3

13T-46kAステンレスコンジット導体NbAlを開発し、その臨界電流性能を評価した。NbAlは強度が高いために、ステンレスコンジットを使用しても、そこにかかる歪は0.4%以下と評価できる。これによる臨界電流の劣化度は10%と小さい。実験では、サンプル製作の都合上、NbAlに熱歪がかからなかった。本サンプルの臨界電流値には劣化がなく、実際のコイルの導体でも、この測定値より10%程度低い臨界電流値となる。よって、臨界電流値は100kAと予想され、十分な裕度がある。

JT-60電源を用いたITER中心ソレノイドモデルコイルのパルス通電試験

寺門 恒久; 岡野 潤; 島田 勝弘; 三浦 友史; 山下 睦樹*; 松川 誠; 細金 延幸; 辻 博史; 安藤 俊就*; 高橋 良和; et al.

JAERI-Tech 2001-056, 24 Pages, 2001/08

JAERI-Tech-2001-056.pdf:1.17MB

国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動の一つとして、中心ソレノイド(CS)モデルコイルの開発が、日本、欧州連合、ロシア及び米国の共同で1992年から開始された。CSモデルコイルの通電試験は、日本原子力研究所那珂研究所の試験設備を用いて、国際共同実験チームにより行われた。通電試験には、直流通電試験とパルス通電試験があり、このうち直流通電試験は超電導磁石研究室の低電圧電源を用いた。一方、パルス通電にはJT-60のポロイダル磁場コイル電源を使用した。本レポートは、このパルス通電を行うために実施したJT-60ポロイダル磁場コイル電源の改造や、制御特性改善のためのリアルタイム制御手法の改良、及び得られた試験結果について報告する。

CSモデル・コイル試験装置

加藤 崇; 中嶋 秀夫; 礒野 高明; 濱田 一弥; 河野 勝己; 杉本 誠; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 押切 雅幸*; et al.

低温工学, 36(6), p.315 - 323, 2001/06

https://doi.org/10.2221/jcsj.36.315

CSモデル・コイル試験装置は、ITER R&Dで製作されたCSモデル・コイル及びCSインサート・コイルの検証すべきコイル性能を試験する超伝動コイル試験装置である。本装置の最大の特徴は、高出力の大電源(最大出力225MVA: JT-60トロイダル磁場用電源)と大型ヘリウム冷凍システム(5kW@4.5K及び超臨界圧ヘリウムを1.0kg/sまで強制循環可能)を併せ持つ点である。本試験装置は、世界最大の超伝動コイル試験装置となり、CSモデル・コイル及びCSインサート・コイル試験において約5ヶ月間に渡る連続運転にその性能を十分に発揮し試験成功を導いた。本試験装置の設計,仕様,そして、性能について述べる。