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論文

Method to evaluate CIC conductor performance by voltage taps using CSMC facility

布谷 嘉彦; 名原 啓博; 松井 邦浩; 辺見 努; 高橋 良和; 礒野 高明; 濱田 一弥; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4803804_1 - 4803804_4, 2012/06

 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

核融合炉に用いられるCIC超伝導導体のコンジット表面の電圧と超伝導撚線の電界との関係について詳しく考察し、電圧タップによる臨界電流特性の評価方法を確立した。コンジット表面の電圧タップで計測する電位は、コンジットの抵抗と素線-コンジット間の抵抗により定まる電圧タップ近傍の面領域で、コンジットに接する複数の素線の平均電位となるため、緩和された電位となる。ここで、撚りの効果のために各素線は導体内に均一に分布していると見なせることに着目すると、ある素線の長手方向の電界の分布を断面内の分布に置き換えて考えることができ、統計的な処理が可能となる。その結果、導体長手方向の2箇所に位置する電圧タップ対により測定される電圧は統計的な誤差を含む形で表せることを見いだし、電圧タップと撚線の電位についての一般的な関係式を導出することができる。本関係式を用いることにより、撚線の電界を正確に把握でき、導体の臨界電流特性を評価できる。これまでに測定したITER用超伝導導体の実験結果を紹介し、関係式の有効性について述べる。

論文

Mass production of Nb$$_{3}$$Sn conductors for ITER toroidal field coils in Japan

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; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 押切 雅幸; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4801904_1 - 4801904_4, 2012/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.33(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER計画において、原子力機構は2010年3月からトロイダル磁場(TF)コイル用導体を調達している6極の中で、先駆けて実機導体の製作を開始した。TFコイルは高さ14m,幅9mで、7個のダブルパンケーキから構成されている。導体の単長は最大760mであり、通電電流値は11.8Tの磁場中において68kAである。導体はケーブル・イン・コンジット型と呼ばれるもので、900本のNb$$_{3}$$Sn素線と522本の銅素線で構成されている。2010年12月までに、約60トンのNb$$_{3}$$Sn素線を製作した。これは、日本の分担分の約55%に相当する。また、11本の実機導体を製作し、日本分担分(33本)の約30%に相当する。実機導体は、ほぼ毎月1本ずつ製作している。本発表では、760mの銅ダミー導体の製作を通して確立した導体製作技術を中心に、高品質を確保する品質管理技術などの量産技術を紹介する。この量産体制の確立は、ITER建設の推進に大きく貢献している。

論文

Preparation for the ITER central solenoid conductor manufacturing

濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 高橋 良和; 河野 勝己; 齊藤 徹; 押切 雅幸; 宇野 康弘; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203404_1 - 4203404_4, 2012/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:30.33(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER計画において、原子力機構は、日本のITER国内機関として、中心ソレノイド導体の調達を担当している。CS導体は、外形49mm角,内径32.6mmの矩形円管(ジャケット)に直径0.8mmのNb$$_{3}$$Sn超伝導素線576本と銅線288本を束ねたケーブルを挿入した構造である。ジャケット材料には日本が開発した高マンガンステンレス鋼であるJK2LBを使用する。導体は、(1)51.3mm角,長さ7mのジャケットを溶接接続して900mの直線管を製作し、(2)ケーブルを引き込み,(3)外形を49mm角に圧縮成形(コンパクション)しながら直径4mに仮巻きして製作する。仮巻きされた導体は、米国に送付され、中心ソレノイドコイルに仕上げられてITERに組み込まれる。導体製作を開始する準備作業として、(1)ジャケット機械試験,(2)溶接材料選定のための溶接試験,(3)100mのケーブルを用いた滑り摩擦係数の測定,(4)コンパクション及び巻き取り後の断面変形特性試験、を実施した。これらのR&Dにより、中心ソレノイド導体の調達開始のための製作技術を確認でき、調達準備が整った。

論文

Development of structures for ITER toroidal field coil in Japan

井口 将秀; 千田 豊; 高野 克敏; 河野 勝己; 齊藤 徹; 中嶋 秀夫; 小泉 徳潔; 峯村 敏幸*; 小方 大成*; 小川 剛史*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203305_1 - 4203305_5, 2012/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:53(Engineering, Electrical & Electronic)

日本原子力研究開発機構(以下、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構造物)すべての製作を担当する。TF構造物調達活動の一環として、原子力機構はTF構造物の材料品質確認、及び製作技術の検討及び検証活動を行ってきた。原子力機構は日本機械学会が2008年に制定した核融合炉設備規格超電導マグネット構造規格(JAME S KA1 2008)(以下、JSME規格)のTF構造物製造適用を提案しており、JSME規格の実用性を検証するために、実規模試作用に製作したステンレス鍛鋼品に対する品質確認試験を4Kにて実施し、JSME規格との比較を実施した。また、製作技術検討活動として、FMYJJ1ワイヤを使用した狭開先TIG溶接の溶接施工法の検証、溶接能率向上のためのFMYJJ1以外のワイヤの適用可能性の検討、TF構造物施工法確認のためにTF構造物の小規模及び実規模試作を行ってきた。本発表ではこれらの活動結果について報告する。

論文

Test results and investigation of Tcs degradation in Japanese ITER CS conductor samples

辺見 努; 布谷 嘉彦; 名原 啓博; 吉川 正敏*; 松井 邦浩; 梶谷 秀樹; 濱田 一弥; 礒野 高明; 高橋 良和; 小泉 徳潔; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4803305_1 - 4803305_5, 2012/06

 被引用回数:36 パーセンタイル:10.53(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER CS導体の性能評価及び設計の妥当性を検証するため、スイスのCRPPが所有するサルタン試験装置でCS導体の性能試験を実施した。分流開始温度(Tcs)測定は試験開始時、6000回までの繰り返し通電試験の間及び昇温再冷却後にTcsの測定を実施したところ、1000回までの繰り返し通電試験の結果から測定されたTcsはNb$$_{3}$$Sn素線の性能と設計歪から推定されたTcsを満足した。しかし、継続的なTcsの低下が観測され、1000回から6000回の繰り返し通電によるTcsの低下は約0.6Kであった。一方、2000年に原子力機構で実施したCSインサート試験では、1000回から10000回まで繰り返し通電によるTcsの劣化は約0.1Kであり、同様の低下は確認されていない。Tcsの低下の原因を調査するために、(1)中性子回折による歪測定、(2)切断によるジャケットの歪測定、(3)素線分解調査、(4)フィラメントの破断状況、(5)計算モデルの構築と解析についてCS導体試験サンプルの調査を実施した。その結果、低下の原因が試験サンプルの短尺形状及び狭い磁場分布に起因する試験方法にあることを示した。

論文

Trial fabrication of one-third scale double pancake of ITER toroidal field coil

松井 邦浩; 小泉 徳潔; 辺見 努; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 木村 諭*; 飯島 亜美*; 酒井 正弘*; 大勢持 光一*; 嶋田 守*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4203005_1 - 4203005_5, 2012/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:53(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構は、国内機関として9個のITER TFコイル調達を担当している。TFコイルの製作では、熱処理によって長さが変化する超伝導導体を、電磁力の支持及び電気絶縁の信頼性向上の役割を果たすラジアル・プレートの溝に挿入する。このTFコイルの製作では、0.01%程度の高精度の巻線技術、導体長さ及び巻線形状の変化を評価する熱処理技術、耐放射線性の高いシアネート・エステルとエポキシの混合樹脂による絶縁含浸技術の確立が重要である。そのため、TFコイルの製作に向けた上記技術の確立のために、2009年3月から小規模及び実規模の試作を実施している。実規模試作では、TFコイルの1/3規模のダブルパンケーキ(DP)の巻線を行い、目標精度で巻線できることを確認した。また、それらの1/3規模DPを使用して、熱処理及び絶縁含浸試験を実施した。熱処理試験では、熱処理による導体の長さ及び巻線形状の変化を評価しており、これらを考慮してTFコイルの巻線製作を実施する必要がある。絶縁含浸試験では、要求性能である2.2kVの耐電圧性能を有すること、巻線の内部まで十分に含浸されていることを確認した。

論文

Examination of Japanese mass-produced Nb$$_3$$Sn conductors for ITER toroidal field coils

名原 啓博; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 高橋 良和; 松井 邦浩; 辺見 努; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 海老澤 昇; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4804804_1 - 4804804_4, 2012/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:32.31(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER TFコイル用Nb$$_3$$Sn導体のうち、原子力機構は日本の国内実施機関として415mの導体を9本、760mの導体を24本調達する。調達の第一段階として、TF導体の製作能力を確認するため、長さ4mの導体を2本組合せてサンプルを製作し、SULTAN装置を使って試験した。その結果、各導体の最小の分流開始温度$$T_{cs}$$は6.22Kと6.02Kであり、設計値(5.7K)を満たすことを確認した。そこで原子力機構はTF導体の量産を開始し、まず100mの導体と415mの導体を製作した。第二段階として、量産プロセスの適切性を確認するため、これら2本の導体からそれぞれ4mの導体を切り出し、SULTAN装置で試験した。その結果、各導体の最小の$$T_{cs}$$は6.16Kと5.80Kであり、設計値を上回ったことで、量産プロセスが適切であることを実証した。

論文

Strain and magnetic-field characterization of a bronze-route Nb$$_3$$Sn ITER wire; Benchmarking of strain measurement facilities at NIST and University of Twente

Cheggour, N.*; Nijhuis, A.*; Krooshoop, H. J. G.*; Lu, X. F.*; Splett, J.*; Stauffer, T. C.*; Goodrich, L. F.*; Jewell, M. C.*; Devred, A.*; 名原 啓博

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4805104_1 - 4805104_4, 2012/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:42.14(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER用ブロンズ法Nb$$_3$$Sn素線の4.2Kにおける臨界電流を、軸方向歪みと磁束密度を関数としてNISTとTwente大学でそれぞれ測定し、ベンチマーク試験を行った。NISTはWalters' spring歪み印加装置を、Twente大学ではPacman歪み印加装置を使って測定した。このITER用ブロンズ法素線は非常に高い可逆限界歪みを持っているので、$$-1%$$から$$+1%$$までの広い歪み範囲で測定データの比較が可能である。本稿では、各装置での測定データとそれらの比較を行い、また、測定方法やフィッティング関数のパラメータ決定方法に関しても議論する。

論文

First results of AC loss test on ITER TF conductors with transverse load cycling

Miyoshi, Yasuyuki*; Ronando, G.*; Vostner, A.*; 名原 啓博; Nijhuis, A.*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4804304_1 - 4804304_4, 2012/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:63(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER用コイルに用いられる各種導体は、機械的繰り返し横荷重に対するACロスの変化を評価することになっている。この繰り返し荷重は、ITER運転時のローレンツ力や、時間的に変化するコイルの運転条件を模擬したものである。これまで、NbTi及びNb$$_3$$Sn素線の試作CIC導体に対して、低温下で撚線の圧縮試験をTwente大学で実施してきた。本稿では、最近初めて試験した2本の実機TFコイル用導体の結果を示す。これらの導体は、それぞれ異なるメーカ製の素線で製作した導体である。TFコイル用導体に加わる荷重を模擬して、578kN/mの圧縮力で30000回の繰り返し荷重を撚線に印加した。この時、印加荷重に対する撚線の圧縮度合いから、撚線の横方向の機械的硬さも評価した。荷重による素線間の接触抵抗の変化は、導体内に形成される電流ループをさまざまに変え、その結果、導体全体としての電流減衰時定数とACロスに影響を与える。また、素線1本のACロスの測定データを用いて、導体内の素線の軌跡に基づく数値ケーブルモデルの妥当性の検証も行う。

論文

Influence of wire parameters on critical current versus strain characteristics of bronze processed Nb$$_3$$Sn superconducting wires

宮武 孝之*; 村上 幸伸*; 倉橋 秀文*; 林 征治*; 財津 享司*; Seeber, B.*; Mondonico, G.*; 名原 啓博

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4805005_1 - 4805005_5, 2012/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:63(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER TF及びCSコイル用のブロンズ法Nb$$_3$$Sn素線の性能向上を目的として、Nb$$_3$$Sn素線のフィラメント径,バリア材,バリア厚さ,熱処理パターン,Ti添加量といったさまざまなパラメータの、臨界電流-歪み特性に対する影響を調べた。これらのパラメータは、ゼロ歪み下での臨界電流やn値といった素線特性を大きく変える。しかし、Tiを添加しなかった素線を除くすべての素線は、異なる素線パラメータにもかかわらず、規格化した臨界電流-歪み特性はほぼ同じになった。本調査から、12T, 4.2Kでの非銅部の臨界電流密度が1,100A/mm$$^2$$以上のブロンズ法Nb$$_3$$Sn素線を作ることができ、この素線はCSコイルに適用できると考える。

論文

Status of ITER conductor development and production

Devred, A.*; Backbier, I.*; Bessette, D.*; Bevillard, G.*; Gardner, M.*; Jewell, M.*; Mitchell, N.*; Pong, I.*; Vostner, A.*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4804909_1 - 4804909_9, 2012/06

 被引用回数:97 パーセンタイル:1.97(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERマグネットシステムは18個のTFコイル,6個のPFコイル,6モジュールのCSコイル,9組の補正コイルから構成される。これらはすべてCIC導体を巻線して作られ、CIC導体は超伝導素線と銅素線を多段階撚りでケーブル状にし、オーステナイト系ステンレス鋼管の中に組み込んで製作される。TF及びCSコイルには約500トンのNb$$_3$$Sn素線が、PF及び補正コイルには約250トンのNbTi素線が必要となる。Nb$$_3$$Sn素線の必要量は既存の工業生産能力を遥かに超えており、世界的に生産能力を上げる必要がある。ITER機構が技術的要求を定めた後、ITERの6つの国内機関(中国,ヨーロッパ,日本,韓国,ロシア,米国)の間で導体の製作分担を決めた。本稿では、現在進行しているITER用導体の製作状況を示す。最も製作が進行しているのはTFコイル用導体であり、6つの全国内機関で製作会社の承認が成され、既に全量の30%以上が、ITER機構の開発したITER導体データベースに登録されている。

論文

Development of ITER TF coil in Japan

小泉 徳潔; 松井 邦浩; 辺見 努; 高野 克敏; 千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫; 嶋田 守*; 大勢持 光一*; 牧野 吉延*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4200404_1 - 4200404_4, 2012/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.92(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構は、ITER計画において9個のTFコイルの調達を担当しており、この調達を次に記す3段階に分けて段階的に実施している。第一段階:技術的課題の解決と合理化検討、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個のコイル製作。このうち、第一段階として2009年3月から、中・実規模試作を実施した。これまでに実規模導体を用いた巻線試作,熱処理試作等を実施し、また、実規模ラジアル・プレートも試作した。これにより、TFコイル製作技術の課題を解消することができたとともに、製作の合理化も進めた。

論文

Resonance characteristics and maximum turn voltage of JT-60SA EF coil

村上 陽之; 木津 要; 土屋 勝彦; 吉田 清; 山内 邦仁; 島田 勝弘; 寺門 恒久; 松川 誠; 長谷川 満*; 湊 恒明*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.9501405_1 - 9501405_5, 2012/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.2(Engineering, Electrical & Electronic)

超伝導コイルの開発において、ターン間絶縁の耐電圧特性は重要な設計パラメータである。しかし実機コイルのターン間電圧は、電源の電圧変動やコイル内の共振現象により、理想的に電圧が分布した場合に比べ局所的にターン間電圧が高くなる危険性が指摘されている。そこで電源の電圧変動を評価するためJT-60SAと同等の大型電源であるJT-60Uの電源電圧測定を実施した。また、コイル内の共振現象を把握するため、EF4ダミーパンケーキを用いた共振特性試験及び数値解析によりEFコイルの共振特性を評価した。これらの結果、実際のターン間電圧は理想的な電圧分布から大きく外れないことが確認できた。

論文

Manufacture of the winding pack and development of key parts for the JT-60SA poloidal field coils

土屋 勝彦; 木津 要; 村上 陽之; 吉田 清; 栗原 研一; 長谷川 満*; 久野 和雄*; 野元 一宏*; 堀井 弘幸*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4202304_1 - 4202304_4, 2012/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:53(Engineering, Electrical & Electronic)

日本が担当しているJT-60SAのポロイダル磁場コイルのうち、中心ソレノイド(CS)については、巻線機が完成して調整中であり、平衡磁場コイル(EF)コイルについては、一号機となるEF4コイルが製造を開始し、これまでに本コイルを構成する10個のダブルパンケーキコイル(DP)のうち4個のDPが完成している。また、3つのDPについては寸法検査も行われ、電流中心の誤差は、+2.2mmから-2.1mmの範囲であり、設計誤算範囲である$$pm$$3mmよりも十分小さくなっていることがわかった。このことから、本コイル製造は順調に進んでいるものと判断できる。一方、巻線を構成する部品である、冷媒入口部や巻線終端部の製作は、コイル巻線作業直後に行われる作業でもあるので、早急に設計を完遂する必要がある。特にCSは大きな電磁力を生じることから、設計条件が厳しくなる。まずインレットについては、この電磁力に耐えるうえに、加工時に超伝導線を傷つけないようにする設計ができた。巻線終端構造については、ITERで提案されているものに比べ簡素でありながら、フープ力に耐えつつ絶縁性能も保持する構造とすることができた。これにより、終端部の占有空間が小さくなって巻線の欠ターン数を少なくでき、プラズマ運転領域の確保に貢献した。

論文

The Manufacturing of the superconducting magnet system for the JT-60SA

吉田 清; 木津 要; 土屋 勝彦; 村上 陽之; 神谷 宏治; Payrot, M.*; Zani, L.*; Wanner, M.*; Barabaschi, P.*; Heller, R.*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4200304_1 - 4200304_4, 2012/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:22.71(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SA装置はEUと日本の共同で、ITERのサテライトトカマクを製作する計画である。CSとEFコイル用導体は、2008年から製作を開始し、量産を開始し、2010年末に21本のEF導体を製作した。CSとEFコイルの製作は、2009年から製作冶具の製作を開始し、2011年から実機製作を開始した。TFコイルは、OISや重力支持など特徴のある設計が完了した。コイル製作の発注が開始され、TFコイル用導体製作は、2011年から素線製作を開始した。導体複合化の準備も開始された。ヘリウム冷凍機は、約9KWの冷凍能力で運転できる見通しを得た。フィーダーは機器仕様が確定したので、HTS電流リードは製作が開始された。以上のように、各方面の創意工夫で、コスト削減の問題も解決して、順調に製作が開始された。

論文

Addressing the technical challenges for the construction of the ITER Central Solenoid

Libeyre, P.*; Bessette, D.*; Jewell, M.*; Jong, C.*; Lyraud, C.*; Rodriguez-Mateos, M.*; 濱田 一弥; Reiersen, W.*; Martovetsky, N.*; Rey, C.*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4201104_1 - 4201104_4, 2012/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:53(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER中心ソレノイド(CS)は、ブラズマ電流の誘起とプラズマの上下方向の安定性を得るために必要であり、高さ12.5m,直径4mで上下方向に6分割された構造の超伝導コイルである。CS用超伝導導体には、Nb$$_{3}$$Sn線材が使用され、13T, 40kAで運転される。CSは6万回の繰返し電磁力に耐えることが要求される。日本は導体を製作して、米国に送付し、米国では、コイル形状への加工及び超伝導コイルへの仕上げを担当する。CSを開発するための国際的な取り組みとして、コイルの試作に先立ち、ジャケット,絶縁及び構造物の開発及び機械特性試験が行われた。また、コイル試作のための、コイル形状への加工技術の開発,導体の接続技術の開発、及び高応力集中が予想される冷媒導入部の設計,モックアップの製作が行われた。これらの成果について発表する。

口頭

High magnetic field for material science; Quantum beam materials science view point

加倉井 和久; 野尻 浩之*

no journal, , 

The recent advances in the high magnetic field environment for scattering experiments, especially synchrotron X-ray and neutron scattering experiments in the magnetic field up to 40T, will be reported. The developments of the high magnetic field sample environment in accord with the instrumental developments at these modern quantum beam facilities will open doors to a new era of materials investigation with and for the high magnetic field technology.

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