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中嶋 秀夫; 高野 克敏; 堤 史明; 河野 勝己; 濱田 一弥; 奥野 清
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日本原子力研究開発機構では、ITER用超伝導コイルの極低温構造材料の研究開発,データベース構築を進めており、ターレット・ディスク(一度の冷却で最大16本試験可能)を用いて、試験効率を重視した4K引張試験を実施している。このため、引張試験におけるひずみ測定には、ひずみゲージを用いており、引張試験で得られるヤング率は参考値としての取り扱いを行っている。この度、VAMASの国際ラウンド・ロビン試験への参加を契機に、ひずみゲージを用いた4Kでのヤング率測定に関する研究を実施したので、その結果について報告する。本研究では、ひずみゲージで正確なヤング率を求めるには複数ゲージ(最低2枚)が必要であるとともに、十分な比例範囲を確保してデータ処理を行う必要があることを明らかにした。すなわち、304L等の低強度材料では、十分な比例範囲を確保するため、加工硬化させて測定することが重要となる。
中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 阿部 加奈子*; 高野 克敏; 堤 史明; 河野 勝己; 奥野 清
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国際熱核融合実験炉(ITER)のトロイダル磁場コイルは、幅約10m,高さ約17m,総重量約300トンのこれまでにない大型超伝導コイルであり、大電磁力に耐える構造とするため、超伝導導体はラジアル・プレートと呼ばれるステンレス製の溝付き板に巻かれ、さらに、巻線部は極厚のコイル容器に収められている。この大型構造物を合理的に製作し、かつ、製作時の技術的リスクを軽減するためには、実機大のモデル試作を通して、大型素材製作技術,機械加工技術,溶接技術等の製作技術の開発を進める必要がある。このため、日本原子力研究開発機構は、鉄鋼,重工メーカーと協力して、大型鍛鋼品,極厚熱間圧延板の試作と極低温機械特性の評価及び実機大構造物の試作を進めている。これまでに極厚極低温構造材料の試作及び4K引張特性の評価が終了し、ITERの要求を満足する部材の製作見通しを得た。また、ラジアル・プレートの試作を通して、実機へ適用できる合理的製作方法を立案した。
奥野 清
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原子力機構が実施しているITER建設準備のための技術活動の成果について発表する。ITER超伝導コイル・システムは、TFコイル18個, CS1組, PFコイル6個, フィーダ等で構成され、総重量は約10,000tに及ぶ。本システムをITER参加極である日本, EU, 米国, ロシア, 韓国, 中国の6極で分担して調達する。このためのコイル製作技術の確立が各極で産業界と協力して進められている。このうち、日本はトロイダル磁場(TF)コイルの相当部分の調達を分担することが想定され、そのための技術開発を実施している。本開発では、高さ14m,幅9m,コイル1個の重量310tという大きなTFコイルを、所定の精度で製作するための高精度巻線の検討,コイル構造部材の量産技術の実証、及び機械加工・溶接の併用による大型構造材の製作技術の確立などを実施している。これらの検討では、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,量産技術の実証などとともに、日本の産業界を有機的にまとめる製作体制の検討も図っている。
高野 克敏; 堤 史明; 河野 勝己; 濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 奥野 清
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日本原子力研究開発機構は、ITER超伝導コイルで使用される構造材料のデータベース構築及び建設期における構造材料の品質管理を効率よく実施するため、三台の極低温試験装置を新たに設置した。一方、極低温試験装置の軸心の検査については、これまで、あまりデータが公表されておらず、測定上の問題点も不明である。そこで、JIS Z 2277, JIS Z 2283に従い、4枚のひずみゲージを添付した検定用試験片を製作し、室温,液体ヘリウム中におけるこれらの試験装置の軸心を検査した。偏心度の測定では、試験片チャック方式に依存した問題のあることが示され、独自のデータ処理の手法を見いだした。その結果、試験装置の軸心はJIS規格で規定されている偏心度を満たすことを確認した。
杉本 誠; 喜多村 和憲; 奥野 清
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ITERトロイダル磁場(TF)コイルの調達にあたり、加工方法や大型の加工装置を具体化する検討を行っている。TFコイルは、重量300トン,高さ14mの非円形Nb
Sn超伝導コイルであり、ITER工学R&Dで実証を行ったTFモデル・コイルに較べ約3倍の大きさを持つため、製作技術の一層のスケール・アップと調達方法の詳細検討が必要である。このためTFコイルの巻線調達仕様を明確にするとともに、コイル製作に必要な加工装置の具体化を行っている。これまで巻線機とカバー・プレート溶接機の概念設計とそれらの精度予測を行ってきた。この結果をさらに進展させ、巻線機とカバー・プレート溶接機の試作を行い、精度予測手法の実証を行う計画である。これらの検討結果と今後の巻線調達の準備計画を報告する。
常松 俊秀
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ITER計画では、この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。サイトの決定により、ITERはその実現に向けて、新たな、そして大きな一歩を踏み出した。その後の9月には、日本,中国,欧州連合,韓国,ロシア連邦,米国の代表団がカダラッシュに集まり、ITER計画の実施に関する協定を完成させるための作業を再開することを目的に、政府間交渉を行った。本講演では、ITER計画に関するこれら最近の動向と将来の展望について紹介する。
礒野 高明; 小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 濱田 一弥; 名原 啓博; 奥野 清
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TFコイル用導体の調達準備として、Nb
Snの量産試作,撚線試作及びジャケット試作を実施したので、その結果を報告する。工学設計活動として開発したモデル・コイルの試験結果及び製造技術の進展を反映した新しい技術仕様を満たすNbSn素線の量産試作を国内4社と実施した。この結果、ブロンズ法,内部拡散法とも新しい仕様を満たす素線が製作でき、調達準備が進展した。TFコイル用撚線の製造性の実証のため、硬銅線を用いて撚線を試作した。撚線の難易度が上がり、最初の試作では目標外径41.1mmが達成できなかった。このため、国際チームと協議のうえ、撚り構成を見直し、撚りの順番を入れ替えて最終撚りを5本とした撚線を試作した結果、目標外径を達成し、TFコイル用撚線を製作できる見通しを得た。ジャケット試作では、単長14mのシームレス管を試作し、所定寸法公差を満たすことができた。今後は、素線の詳細特性の評価と導体評価を行う予定である。
礒野 高明; 名原 啓博; 布谷 嘉彦; 奥野 清
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高温のプラズマを効率よく閉じ込めることができる核融合発電炉を実現するためには、20T級の強磁場を発生することが有効である。このための超伝導材料として、高温超伝導体であるBi-2212が有力な候補材料である。その臨界電流性能は20Tの磁場中で1000A/mm
以上であり、強磁場の発生に十分な特性を持っている。しかし、製法上銀が必要であり、銀は貴金属であることと、使用後は放射性廃棄物として取り扱われることから、線材中の銀の割合を減らすことが重要である。従来、線材中の超伝導体に対する銀の比率(銀比)は3程度であり、通常2回行われるシングル線製作後のマルチ工程を1回とすることで、銀比1.3まで減らすことに成功した。この線材の超伝導体あたりの臨界電流密度は従来の70%ではあるが、銀比が少ないことから線材あたりにすると15%の向上となる。このため、この線材を用いることで超伝導導体の性能としても向上が期待できる。
高橋 良和; 吉田 清; 名原 啓博; 枝谷 昌博*
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クエンチ時のCS導体の振舞いを明らかにするため、CSインサートのクエンチ実験を直流及びパルス・モードのいろいろな条件で行った。その導体は実機CSとほぼ同じ形状とパラメータを有している。導体の長さは約140mである。パルス・モードの実験における導体の電気的及び熱流体的振舞いを、解析コードを用いて模擬し、実験結果と比較した。その結果、解析により求められたクエンチ電流値は、実験結果と10%以内で一致した。また、この結果を用いて、実機CSコイルのクエンチ時の導体の最高温度を計算した結果、最高温度は132Kで、設計基準(150K)以下であった。したがって、クエンチ時においてもコイルの健全性が保たれると考えられる。
布谷 嘉彦; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; 名原 啓博; 奥野 清
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NbSnをはじめ多くの超伝導素線は外部からのひずみにより、超伝導特性が変化する。そこで超伝導特性のひずみ依存性を測定し、そのデータベースを作成することは非常に重要である。原子力機構ではひずみ依存性を測定する装置を新たに開発した。本装置では、素線を取り付け固定する治具として開口部を有する馬蹄形状を採用した。これにより、開口部を広げる(又は狭める)ことで治具の外周部に半田で固定された素線に対して、軸方向に一様の圧縮(又は引張り)ひずみを印加することができる。温度4.2
15、及びひずみ-0.8%0.5%の範囲において、磁場下での超伝導線の臨界電流を測定することが可能である。本装置の構造と測定例を紹介する。
長谷川 満*; 高柳 貞敏*; 市原 直*; 杉本 誠; 礒野 高明; 奥野 清
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ITER超伝導コイル製造のため、日本原子力研究開発機構(原子力機構)の主導のもと、国内の複数のメーカーにて種々の技術開発が行われている。また、これまで核融合炉用超伝導コイルの実現のため、原子力機構の指導のもと、国内産業界は、その技術基盤を培ってきた。ITER超伝導コイルの製造には、この技術基盤をもとに、これをさらに発展させることが必要である。今回、ITER超伝導コイル製造に向けて、産業界の持つ技術開発の実績を報告する。
Al CIC導体の臨界電流密度の歪依存性木津 要; 安藤 俊就*; 土屋 勝彦; 島田 勝弘; 松川 誠; 玉井 広史; 小泉 徳潔; 奥野 清; 西村 新*; 菱沼 良光*; et al.
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NbAlケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の臨界電流値(Jc)の曲歪による影響に関する研究の一環として、スプリング法によるCIC導体に歪印加する装置を製作し、2本のNbAl素線と1本の純銅線の3本線からなるNbAl CIC導体サンプルについて臨界電流値と歪の関係について測定を行った。その結果、NbAl CIC導体は、NbAl素線より歪に対してJcの低下が小さいことが確認された。本結果はコイルの設計付近の-0.7%歪みにおいてのJcが0.2%程度ずれた値に相当することを示している。
安藤 俊就*; 西尾 敏
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トカマク型核融合炉のトロイダル磁場(TF)コイルにYBCOテープを適用する場合の課題と対策について検討した。フラクスジャンプ不安定性については、コイル巻き線部を分割し、各部の超伝導状態への冷却過程を工夫することによりフラクスジャンプの発生を回避する方法を見いだした。また、ヒステリシス損失については、テープ幅をむしろ広げることにより低減することを示した。これらの対策により、YBCOテープにスリットやツイストを施さなくても核融合炉のTFコイルに適用するこが可能となった。
槙田 康博*; 飯田 真久*; 大畠 洋克*; 岡村 崇弘*; 荻津 透*; 木村 誠宏*; 田中 賢一*; 中本 建志*; 山本 明*; 出崎 亮; et al.
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J-PARCニュートリノビームラインでは超伝導マグネットが積算で最大1MGyの放射線にさらされることが予測されている。マグネットと同様クライオスタットも耐放射線性を有しておかなければならず、1MGyを目標にクライオスタット部品の選定や機器開発を進めている。これまでの耐放射線性評価試験の結果をもとに自動弁及び安全弁の材料選定やポジショナ分離などの対策を施し、
線照射下での動作試験を行った。その結果、これらの自動弁及び安全弁は1MGy以上の耐放射線性を有することが証明された。
線照射効果中本 建志*; 大畠 洋克*; 荻津 透*; 木村 誠宏*; 槙田 康博*; 山本 明*; 出崎 亮; 伊藤 久義; 森下 憲雄
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J-PARCニュートリノビームラインには超伝導磁石システムが採用される。超伝導磁石に用いられるフェノール樹脂(PM9640),エポキシ樹脂(G10,G11)等のガラス繊維強化プラスチック(GFRP)やポリイミドフィルム(Upilex-RN)等は、高放射線環境下に曝されるため耐放射線性が非常に重要となる。本研究ではこれらの高分子材料に線を照射した場合の発生ガスや機械特性の変化について実験的研究を行い、耐放射線性を評価した。その結果、J-PARCニュートリノビームライン超伝導磁石で使用される高分子材料が十分な耐放射線性を有することを、実験的に確認した。