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中嶋 秀夫; 新見 健一郎; 大森 順次; 高野 克敏; 濱田 一弥; 奥野 清
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日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、ITERの建設において、トロイダル磁場(TF)コイル構造物(以下、「TFコイル構造物」という)の製作を分担する。このため、TFコイル構造物の詳細製作設計と実規模試作を今後2年間で進め、実機製作の準備を整える予定である。この活動では、(1)一次製作設計を実施し、TFコイル構造部の合理的な製作方法を検討するとともに、技術的課題を洗い出す段階,(2)実規模の構造物の試作を通して、それらの技術課題を解決する段階,(3)試作結果に基づき一次製作設計を見直し、実機構造物の製作に必要な最終製作設計を固めるとともに、製作図面の準備を完了する段階、の三段階で技術開発を実施する。本講演では、これらの具体的内容について報告する。
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(原子力機構)は、ITERのトロイダル磁場(TF)コイル構造物で使用する実機大の構造材料を試作し、その製作性、及び液体ヘリウム温度での機械特性の検証を進めている。これまでに、JJ1の鍛鋼品,0.12%から0.2%の窒素を含有する316LNの鍛鋼品及び熱間圧延板の試作と評価を行い、ITERで要求される特性を満足することを検証した。また、得られたデータを活用し、原子力機構が考案した強度推定式を検証することで、実機製作時には室温試験で品質管理を実施できる見通しを得た。さらに、この考え方は、日本機械学会・発電用設備規格委員会で策定された核融合設備規格「超伝導マグネット構造規格」の材料規格策定の基礎となった。本講演では、これらの具体的内容について報告する。
西村 新*; 中嶋 秀夫
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2008年10月に日本機械学会で核融合設備規格超伝導マグネット構造規格(JSME S KA1-2008)が制定された。この規格は核融合炉用大型超伝導マグネットの構造にかかわる規格であり、一般要求事項,材料,設計,製作(溶接),非破壊検査,耐圧気密試験,用語の7章から構成されている。本講演では、特に材料の部分に焦点を当てて、新しい規格の内容を紹介する。
長谷 隆司*; 清水 辰也; 辺見 努; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; 高橋 良和; 奥野 清
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国際熱核融合実験炉(ITER)に用いられる40kA@13Tの大容量Nb
Sn導体の超伝導性能評価試験は、二種類の導体を無酸素銅を介して接続したサンプルを用いて行われる。この試験では、その接続部が外部磁場発生用の超伝導マグネットのボアの近くに配置されるため、11Tの外部磁場発生時に、接続部が0.29
8.4Tの広範囲の外部磁場にさらされる。そのため、接続部の無酸素銅の磁気抵抗効果により、大きな電流分布が発生し、導体の正確な評価に支障をきたす可能性がある。その確認と、接続部内の電流分布均一化を目的として、中心ソレノイド(CS)コイル用NbSn導体を接続する部分を流れる電流の分布を有限要素法により解析した。その結果、残留抵抗比(RRR)が100の無酸素銅を用いた従来の接続構造では、全体の接続抵抗は低くなるものの、異なる位置における最大電流密度と最小電流密度の比が1.65と大きくなり、電流が接続部内で大幅に不均一化することが確認された。これに対し、接続部にRRR=4の銅板を挟んで接続した場合には、全体の接続抵抗値を2n
以下の許容範囲にとどめながら、最大電流密度と最小電流密度の比を1.23に低減できることがわかった。
高野 克敏; 中嶋 秀夫; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; 奥野 清
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原子力機構は、ITER建設においてトロイダル磁場コイル(TFコイル)の製作を分担する。TFコイルの巻線部は、ラジアル・プレート(RP)と呼ばれるD形の溝付きステンレス板に超伝導導体を巻線し、カバー・プレート(CP)と呼ばれる蓋を被せて導体を固定して、ダブル・パンケーキ(DP)を製作する。このDPをコイル容器に格納するためには、RPを平面度1mmの高精度で製作する必要がある。また、RPのセグメント間の接続は、溶接品質を確保した完全溶込溶接にするとともに、溶接変形を極力少なくした高精度な溶接組立技術で製作する必要がある。このため、原子力機構は、製作メーカーと合理的な製作方法を検討し、実規模モデルの試作を行い、製作技術開発を進めてきた。この結果、機械加工によるRPセグメント製作は、機械加工方法,工具の最適化を行うことで、これまでの製作時間の約半分に短縮することが可能となった。また、RPセグメント間の接続は、レーザー溶接条件,方法の最適化を行うことで、溶接品質が確保された完全溶込溶接を実証した。本講演では、これまでのラジアル・プレート,カバー・プレートの合理的な製作方法とその試作試験結果を報告する。
Harjo, S.; 相澤 一也; 伊藤 崇芳; 長村 光造*; 淡路 智*; 辺見 努; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 松井 邦浩; 西島 元*
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J-PARC工学材料回折装置「匠」は材料工学におけるさまざまな課題を解決するための中性子回折装置である。匠の建設は現在最終段階にあり、中性子ビームを用いたコミッショニングが既に2008年9月より開始し、同年12月より施設供用を始めた。匠の最初成果を出すために、われわれは実用超伝導コンポジットへの応力・ひずみの影響というタイトルでプロジェクト研究を申請し、幾つかの予備実験を行った。本プロジェクト研究は、実用超伝導材料内での製造または利用(高磁場,高電流密度等の条件下)中に発生した内部ひずみ挙動を明らかにし、その内部ひずみと超伝導特性との関係を明らかにする。われわれは幾つかの超伝導テープ及び超伝導素線に対して室温引張試験中のその場中性子回折実験やITERケーブル内の予備マッピング実験を行った。この機会に、匠の性能や現状及び本プロジェクト研究に関する詳細な計画及び状況について報告する。
小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 松井 邦浩; 高野 克敏; 辺見 努; 大森 順次; 清水 辰也; 奥野 清
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原子力機構は、ITERにおける日本の国内機関として、2008年11月19日に、9個のITERトロイダル磁場(TF)コイルの巻線部及びコイル容器と巻線部の一体化に関する調達取り決めに調印し、2009年3月から、このための作業を進めている。TFコイル巻線部の調達取り決めでは、TFコイル巻線の調達を、以下に記す3段階に分けて段階的に実施する計画である。第一段階: 技術的課題の解決とコスト低減化検討,第二段階: 治具の製作及び第一号コイルの製作,第三段階: 残りの8台のコイル製作。第一段階に相当するTFコイルの詳細製作設計と実規模試作では、巻線部及び一体化の製作計画,材料調達計画及び品質保証計画と製作冶具の設計の最終化、及び製作図面の作成を行う。加えて、製作技術の検証として、小規模試作及び実規模試作を実施する。
高橋 良和; 礒野 高明; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 名原 啓博; 松井 邦浩; 辺見 努; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 河野 勝己; et al.
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ITER-TFコイルは、D型の18個のコイルで構成されている。運転電流値は68kA,最大磁場は11.8T,全蓄積エネルギーは41GJである。導体はNbSnのケーブル・イン・コンジット型で、中心チャンネルを有する。撚線はNbSn素線が900本,銅素線が522本で構成され、5次の多重撚線方式で製作される。この撚線を厚さ2mmのステンレス管に挿入し、所定の外径まで圧縮成型して、導体が完成する。昨年3月から国内のメーカー4社(素線2社,撚線,導体化作業)において導体の製作が開始された。そのうち、2社において、最初のNbSn素線が完成した。これらの素線の測定された性能は仕様を満足したので、その結果を中心に進捗状況を報告する。
土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 淺川 修二; 倉持 勝也; 吉田 清
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JT-60SA装置における超伝導マグネットシステムのうち、中心ソレノイド(CS)及びプラズマ平衡磁場(EF)コイルシステムからなるポロイダル(PF)コイルシステムは、日本が調達することになっている。最近のPFコイルシステムの設計活動においては、さらなる構造最適化を進めている。特に、EFコイルについては、トロイダル磁場(TF)コイルが設置される前に仮置きしなければならないため、検討を急ぐ必要がある。まず、基本構造について、以前考案した巻線への圧力緩和機構を、製作性を考慮して改良し、シムではなくクランプ板の方に曲線を設けた。これにより、EF4において予荷重量を下げ、結果として室温時のクランプ発生応力を下げることができた。また、最大口径を持つEF1について同様の解析を行った結果、室温時の最大応力がFM316LNM鋼の許容応力の6割程度であり、さらに減量化が可能であることがわかった。一方、口径の大きいコイルほど、TFコイルの転倒力による変形の影響を支持座から受けるので、これを考慮した解析が必要である。今後は、EF4の次に製造すべきEF5及びEF6の支持構造について、TFコイルからの影響を考慮しつつ最適化を進める。
村上 陽之; 市毛 寿一; 木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 尾花 哲浩*; 濱口 真司*; 高畑 一也*; 今川 信作*; 三戸 利行*
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JT-60SA装置の平衡磁場(EF)コイルに用いるNbTiケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の性能を確認するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)と核融合科学研究所(NIFS)が共同でプロトタイプ導体の試験を行ってきた。前回の試験ではコイル運転条件における臨界電流測定を行い、EFコイル導体が実機製作に要求される性能仕様を満たすことが確認された。今回は、コイル運転時における安定性マージンの評価やクエンチ時のコイル挙動を評価するため、試験導体に誘導ヒーターを取り付け、クエンチ試験を行った。本講演では、今回実施したクエンチ試験で得られたEFコイル導体のMQEや常伝導伝播の観測の結果について報告する。
Sn素線のCIC導体内における超電導特性の評価梶谷 秀樹*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 村上 陽之; 小泉 徳潔; 奥野 清
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NbSn/CIC導体を用いたITERモデル・コイル試験の結果、電磁力による素線の波状曲げ変形が原因と見られる劣化が起きた。そこで、NbSn素線の波状曲げ変形に対する臨界電流値の劣化度を評価するため分布定数回路を用いた数値解析コードを開発した。これまでの研究では、モデル・コイル導体に用いた素線に対して解析を行い、波状曲げ変形を受ける素線の臨界電流値の劣化度を解析的に評価できることを示した。今回はさらに進展させて、ITER用に開発されたNbSn素線に対して解析を行った。その結果、バリア材や銅比などの断面構造を変更したITER用の素線に対しても実験結果と解析結果はよく一致することが確かめられ、本解析コードが素線の種類によらず波状曲げ変形に対する臨界電流値の劣化度を評価できることが示された。また、一般にバリア材のヤング率が小さくなることで臨界電流値の劣化が促進されることは知られているが、解析の結果バリア材をヤング率180GPaのTaからヤング率130GPaのNbに変更しても臨界電流値の劣化度に大きく影響しないことを明らかにした。
木津 要; 土屋 勝彦; 柏 好敏; 村上 陽之; 吉田 清
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JT-60SA装置における超伝導マグネットシステムは、18個のトロイダル磁場コイル,4つのソレノイドから成る中心ソレノイド(CS)、そして、6個のプラズマ平衡磁場(EF)コイルの各コイル系より構成されている。CSとEFコイルの最大運転電流値と最大経験磁場は、それぞれ、20kA-9.0T, 20kA-6.2Tである。コイル導体はCSがNbSn、そしてEFがNbTi素線を用いたケーブル・イン・コンジット型導体である。これらの導体は、メーカより納入された超伝導撚線とジャケットを日本原子力研究開発機構・那珂核融合研究所内に建設中の全長約660mの導体複合化設備で複合化することで製作される。超伝導撚線とジャケットの製作は平成20年度より開始されている。超伝導素線と銅ダミー撚線は仕様を満足するものが製作され量産を開始している。超伝導撚線は4月より量産が開始される。本講演では、導体複合化設備の概要と初期導体製作結果について述べる。