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達本 衡輝; 麻生 智一; 大都 起一; 長谷川 勝一; 櫻山 久志; 川上 善彦; 上原 聡明; 加藤 崇
no journal, ,
J-PARCの物質生命科学実験施設は、陽子ビームを水銀ターゲットに入射し、発生した高速中性子をモデレータである1.5MPa, 20K以下の超臨界圧の低温水素と衝突を繰り返すことにより減速した冷中性子ビームによる中性子実験を行う実験施設である。低温水素システムは、3台の水素モデレータに超臨界圧水素を供給し、そこで発生する核発熱(1MW陽子ビーム時に3.75kW)を強制冷却するための冷凍設備である。2011年3月6日に、初期冷却運転を開始し、3月8日以降、共用運転(210kWの陽子ビーム運転)のための冷却運転を行っていた。3月11日14時46分にマグニチュード9.0の巨大地震が発生し、それに伴い、停電、計装空気が喪失した。低温水素システムの地震による被害状況は、地盤沈下により屋外タンクが傾き、建屋貫通部配管で大きな変形が発生したが、屋内機器及び配管に関しては有害な損傷がないことが確認できた。このような巨大地震時においても、水素の外部漏えいはなく、低温水素システムは、インターロックにより安全に自動停止することができ、構築したインターロックシステムの有用性が明らかになった。
土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 吉田 清; 村井 隆*; 岡田 泰之*; 野元 一宏*; 湊 恒明*
no journal, ,
JT-60SA装置におけるポロイダル磁場を生成する超伝導コイルシステムのうち、中心ソレノイドは最大磁場8.9Tを20kAの電流で発生させるため、大きな電磁力を生じる。そのため、本コイル巻線部のインレット部や終端(巻き止め)部を設計するにあたっては、この電磁力に耐えることはもちろんのこと、特に巻線製造後に直接加工を施すインレットについては、その加工時に超伝導線を傷つけないようにする構造を持つことが要求される。この対策により開口部面積が大きくなるため、インレットキャップに電磁力を持たせることで、機械的強度を担保する設計とした。また、インレットキャップに空ける冷媒溝構造についても、加工が可能となるよう設計を進めた。本講演では、これらの形状を決定するまでのプロセスや構造の機械的成立性について述べる。
神谷 宏治; 村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 吉田 清
no journal, ,
JT-60のプラズマ閉じ込め用のコイルをすべて超伝導に置き換えるJT-60SAでは、4.4K, 0.6MPaの超臨界ヘリウムを強制循環して超伝導コイルを冷却する。JT-60SAでは、2つの超臨界ヘリウム循環ループを備え、ループ1でEUが製作するトロイダル磁場(TF)コイル及び構造物を、ループ2で日本が担当する4つの中心ソレノイド(CS)と6つの平衡磁場(EF)コイルを冷却する。本講演ではプラズマ運転時及び、クエンチが発生した場合の最も温度マージンの厳しいCS2冷却用ヘリウムの温度と圧力の時間変化について述べる。
市毛 寿一; 村上 陽之; 木津 要; 吉田 清
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強制冷却導体を使用する核融合装置用超伝導導体の温度マージンを求めるには、交流損失などの発熱分布を考慮した熱流体解析を行う必要があり、この計算には複数の解析プログラムを用いて、数か月という膨大な時間を要していた。ヘリウム流量の最適化による温度マージンや圧力の解析及び、電流シナリオによる超伝導コイルの運転状態の解析を行うには計算の高速化が求められた。そこで、表計算ソフトのマクロを用いて計算していた交流損失解析について、Fortranプログラムに置き替えた解析コードを作成し、交流損失解析の高速化を行うことで、温度マージン解析の高速化を実施した。その結果、交流損失の計算時間は78hから3hへ25倍の高速化に成功した。本発表では、温度マージン解析法の高速化について述べる。
大西 祥広; 市毛 寿一; 星 亮; 神谷 宏治; 吉田 清
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原子力機構のJT-60トカマク本体を超伝導化する計画が、日本とEU間の共同プロジェクト「サテライトトカマク装置(JT-60SA)」として推進されている。超伝導コイルへの放射熱の侵入を抑えるため、サーマルシールドを超伝導コイルと真空容器等室温機器間に配置する。本報告では、設置時におけるサーマルシールドの自重及び冷却により発生する変位及び応力そして組立て途中における変形等を報告する。
村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 長谷川 満*; 湊 恒明*; 佐古 勝久*
no journal, ,
JT-60SA装置の平衡磁場(EF)コイルは、NbTi素線を用いたケーブル・イン・コンジット導体を用い、複数のパンケーキ巻きコイルを接続し製作される。超伝導コイルを問題なく動作させるためには導体間を短絡させないよう、導体間の絶縁を正常に保つ必要がある。そのため、導体間の最大電圧及び絶縁物の耐電圧特性は極めて重要な設計パラメータである。しかし、印加電圧の周波数がコイル内に存在する共振周波数に近い場合、局所的に導体間電圧が高くなる危険性が指摘されている。そこで、銅ダミー導体により製作されたダミーパンケーキを用いて導体間の電圧分布測定試験を実施した。ダミーパンケーキは寸法や絶縁構成が実機と同等であるため、実機の共振現象を評価できるものと考えられる。試験の結果、実際に用いられる電源が持つ周波数領域(最大数kHz)において、共振現象は観測されなかった。以上より、実機運転においてEFコイルの導体間電圧が局所的に高まらないことが確かめられた。
木津 要; 米田 昌生*; 倉持 勝也; 市毛 寿一; 古川 真人; 吉田 清
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JT-60SA装置の超伝導コイルシステムでは、電源設備からの常伝導ブスバーがコイルターミナルボックス(CTB)と呼ぶコイル端子箱に設置された電流リード(CL)に接続される。また、CLとコイル間を超伝導導体からなる電流フィーダで接続する。CLは冷凍負荷を低減するために、高温超伝導電流リード(HTS CL)を採用し、KIT(独)が製作する。JT-60SA用のHTS CLはW7-X用のものをもとに設計されており、コイル給電機器の設計に種々の制限を与えている。CLの経験磁場の制限により、CTBはCLを垂直に設置する円筒の端子箱部と端子箱とクライオスタットをつなぐポート部により構成され7m程度のフィーダ長となる。このため、冷却による熱収縮によりHTS CLに大きな荷重が加わることが予想された。そこで、フィーダはポート部内で3か所のUベンドを設け、ポート両端部にフィーダの長手方向の変位を拘束する固定サポートを設けた。固定サポート以外は、吊ボルトによる吊下げ構造とした。この設計でCLに加わる荷重を評価し、水平,垂直ともに許容荷重を下回ることを確認した。
小泉 徳潔; 松井 邦浩; 辺見 努; 高野 克敏; 井口 将秀; 名原 啓博; 中嶋 秀夫
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原子力機構では、ITER計画において、9個のTFコイル,25%のTF導体、及びすべてのCS導体の製作を担当している。このうち、日本担当分のTF導体用Nb
Sn線100トンのうち約60トンの製作を完了し、また、実機TFコイル用の33本の導体のうち、11本の導体の製作を完了した。さらに、TFコイル及びその構造物では、実規模試作をメーカーと協力して実施し、2011年3月に試作試験を完了した。今後、ダミー・ダブル・パンケーキの試作を経て、実機コイルの製作を進める計画である。
名原 啓博; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 辺見 努; 河野 勝己; 吉川 正敏*; 宇野 康弘; et al.
no journal, ,
ITER TFコイルに使用される超伝導導体の量産化が始まっている。まず、100mと415mの試作導体を製作し、これらから切り出した4mの導体の性能試験を行った。その結果、分流開始温度が設計値の5.7Kを上回ることを確認し、量産プロセスを開始した。そして、実機TFコイルに使用する導体を量産し、既に415mの導体を5本,760mの導体を6本製作した。
高野 克敏; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 辺見 努; 中嶋 秀夫
no journal, ,
原子力機構は、ITER計画において9個のトロイダル磁場(TF)コイルの製作を担当する。TFコイル巻線部で使用するラジアル・プレート(RP)は、高さ13m,幅9mの大型構造物であり、ITERの製作工程の要求から、部分セグメントを並行して製作し、これらを溶接して1枚のRPを組立てる計画である。一方、RPの製作では、数mmの高精度の製作公差が要求されている。そこで、原子力機構は、高精度、かつ、合理的な製作方法の確立を目指して、実規模RPの試作試験を進めた。試験では、各RPセグメントを並行して機械加工した後に、溶接変形を抑制することを目的に新たに製作した組立冶具上で組立てて、セグメント間を溶接した。さらに、溶接時には、変形を小さくするように、溶接手順の最適化も図った。これらの結果、溶接部の収縮量を約0.4mm以下に抑制することができ、溶接後のRPの輪郭度として、1mm以内を達成することができた。以上より、実機RPの高精度製作技術に目途を立てることができた。
淺川 修二; 吉田 清
no journal, ,
JT-60SAのコイルシステムは中心ソレノイド,トロイダル磁場コイル(TFコイル),平行磁場コイル(EFコイル)などの超伝導コイルのほかに真空容器内のコイルとして、高速位置制御コイルや誤差磁場補正コイルなどがある。誤差磁場補正コイルの目的は、TFコイル,EFコイルの製造及び組立誤差の補正やMHDの研究などである。現在幾つかの案について検討を進めているが、このうち2種類のコイルは、現状の設計仕様に基づき、大きさ約3.5m
1m、冷却孔を有し、プラズマからの電磁力や通電による発熱に耐える構造で設計を進めている。本報では誤差磁場補正コイルの設計内容,熱・構造解析などについて報告する。
辺見 努; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; 高野 克敏; 井口 将秀; 中嶋 秀夫
no journal, ,
原子力機構は、実機TFコイルの製作に先駆けて、製造設計,中規模及び実規模の試作をメーカと協力して段階的に実施している。この試作のうち絶縁含浸に関して、TFコイルに照射される10
n/m
の高速中性子に耐える耐放射線性樹脂を用いた絶縁含浸技術を開発するために、1/3規模ダブルパンケーキ(DP)の絶縁含浸試作試験を実施し、絶縁含浸プロセスの検証を行った。その結果、含浸は約35時間で完了し、硬化後の絶縁材に異常は検出されなかった。これより、TFコイルの絶縁施工及び耐放射線性樹脂を用いた含浸,硬化の一連のプロセスについて実証した。
西村 新*; 泉 佳伸*; 今泉 雅裕*; 辺見 努; 西嶋 茂宏*
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核融合炉用超伝導マグネットでは、核融合反応によって生じた中性子がブランケットを透過し、また、ポートから漏えいし、超伝導マグネットに到達する。このような中性子によって超伝導マグネットを構成する材料は放射化し、
線を発生するようになる。そのため、原子力機構では、超伝導マグネット材料の中性子照射効果研究体制を構築し、原子力機構のFNSやJRR-3での中性子照射試験を行い、照射後試験方法の確立,照射効果の体系的研究を目指して種々の研究を行ってきた。本研究では、シアネートエステル・エポキシ混合樹脂の硬化過程と試作した絶縁材料の中性子及び線照射後の層間せん断強度変化について報告する。
松井 邦浩; 小泉 徳潔; 辺見 努; 高野 克敏; 井口 将秀; 中嶋 秀夫
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原子力機構は、ITER計画における日本国内機関として、9個のトロイダル磁場(TF)コイルの調達を担当しており、実機コイルの製作に先駆けて製造設計、中規模及び実規模の試作をメーカと協力して段階的に実施している。この試作のうち高い巻線精度が要求される巻線技術に関して、模擬導体及びTF導体を用いてTFコイルの1/3規模の大きさの巻線を試作し、巻線製作技術の検証及び巻線精度の評価を行った。その結果、導体長さを目標精度以内で管理し、また、ほぼ所定の形状に巻線できることを確認した。本講演では、これらの試作の結果について報告する。
松井 邦浩; 小泉 徳潔; 辺見 努; 高野 克敏; 井口 将秀; 中嶋 秀夫
no journal, ,
原子力機構は、ITER計画における日本国内機関として、9個のトロイダル磁場(TF)コイルの調達を担当しており、実機コイルの製作に先駆けて製造設計、中規模及び実規模の試作をメーカと協力して段階的に実施している。この試作のうち熱処理に関して、熱処理による導体伸縮量及び巻線形状の変化を踏まえた巻線技術を開発するために、TF導体の伸縮量及び巻線形状の変形の評価を行った。その結果、導体の長さは巻線の形状により異なること、直線部赤道面の導体を固定した巻線ではD型の形状が膨らむように変形することが明らかとなった。本講演では、これらの試作の結果について報告する。