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論文

Development of strain-applying apparatus for evaluation of ITER Nb$$_{3}$$Sn strand

布谷 嘉彦; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; 名原 啓博; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.2588 - 2590, 2007/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:38.66(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構はITERの要求仕様を満たすNb$$_3$$Sn超伝導素線の開発に成功した。これは、ブロンズ法及び内部拡散法の製法による臨界電流値として、それぞれ700A/mm$$^2$$以上及び800A/mm$$^2$$の性能を持ち、同時にヒステレシス損失が1J/cc以下に抑制されている。Nb$$_3$$Snは外部ひずみの影響を受け、臨界電流値,臨界温度,臨界磁場が変化する。そこで導体設計の最適化のためのデータベース構築を目的に、開発したNb$$_3$$Sn素線のひずみ特性を測定することが重要である。ひずみ特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。また、このような開口部の変位動作は、トルクを必要としない並進力で行うことが可能であり、将来的に評価対象を大型導体まで適応できることを特徴としている。開発した装置では、温度4.2K$$sim$$15K、及びひずみ-0.8%$$sim$$0.5%の範囲において、磁場下での素線の臨界電流を最高250Aまで測定することが可能である。本装置を用いて行った測定結果と装置の構造を紹介する。

論文

Conceptual design of magnet system for JT-60 super advanced (JT-60SA)

木津 要; 土屋 勝彦; 安藤 俊就*; Sborchia, C.*; 正木 圭; 櫻井 真治; 助川 篤彦; 玉井 広史; 藤田 隆明; 松川 誠; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.1348 - 1352, 2007/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:68.69(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構では、臨界プラズマ試験装置(JT-60)を超伝導コイルを用いたJT-60SAに改修する計画を、ITERのブローダーアプローチの一つとして欧州とともに進めている。JT-60SAのコイルシステムは、18個のトロイダル磁場コイル(TFC),4つのモジュールからなる中心ソレノイド(CS),7つの平衡磁場コイルにより構成される。TFCは6.4Tの最大経験磁場を持ち、蓄積エネルギーは1.5GJである。その高さと幅は、8.8mと4.7mである。超伝導導体(外寸29.1mm角)は、以前は、最大経験磁場が7.4Tであったため、Nb$$_{3}$$Al導体を用いる計画であったが、6.4Tへと設計変更されたことから、NbTi導体を用いた設計を新たに行った。また、CSのための空間がTFC設計変更により狭くなったこと、及びブローダーアプローチのワーキンググループの議論によりITERプラズマ模擬のため、より大きな供給磁束の達成が必要になったことからCSの設計変更も行った。CS導体を従来の7.4T導体から10T導体とすることで、ボアが小さくなったにもかかわらず、供給磁束量を3Wb増加することに成功した。

論文

Stability and quench analysis of toroidal field coils for ITER

高橋 良和; 吉田 清; 名原 啓博; 枝谷 昌博*; Bessette, D.*; Shatil, N.*; Mitchell, N.*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.2426 - 2429, 2007/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:40.63(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER-TFコイルは、18個のD型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約41GJである。導体はNb$$_{3}$$Snのケーブル・イン・コンジット(CIC)型で、中心チャンネルを有し、冷却長は約380mである。コイルの性能を十分な精度で予測するために、磁場が高く、温度マージンの小さい部分について、熱流体解析コードを用いて、安定性を解析した。TF巻線部,コイル容器,冷凍機の熱交換器を含む全系の熱流体解析は準3次元モデルのコードVINCENTAで行った。安定性解析は、1次元モデルの熱流体及び電気的解析コードGANDALFを用いて行った。流路の出入口における境界条件はVINCENTAの結果を用いた。素線の機械的動きによる擾乱とプラズマ・ディスラプションによる擾乱の2通りの場合を想定して、安定性解析を行った。その結果、TFコイルは、十分な安定性マージンを有し、安定に運転できることが示された。また、クエンチ時における導体の最高温度を解析した結果、設計基準の150K以下であったので、クエンチしてもコイルは健全であることが確認できた。

論文

Numerical simulation of critical current and n-value in Nb$$_{3}$$Sn strand subjected to bending strain

村上 陽之*; 石山 敦士*; 植田 浩史*; 小泉 徳潔; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.1394 - 1397, 2007/06

 被引用回数:18 パーセンタイル:32.11(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERモデル・コイルでは、導体に加わる電磁力が大きくなるほど、臨界電流値が劣化する現象が観測された。単一素線の臨界電流値の周期的曲げ変形依存性の実験結果をもとにした解析結果から、導体中で素線に周期的に加わる横荷重による素線の曲げ変形が、この原因であると考えられている。他方、単一素線の実験は、一定の条件下のみで行われており一般性に欠けていた。そこで、解析によって、臨界電流値の曲げ変形依存性の統一的評価を試みた。解析結果は、実験結果とよく一致したことから、改良したコードを用いて、臨界電流値の温度依存性,横荷重の周期の影響を調査することができるようになった。その結果、臨界電流値の劣化度は温度に依存し、また、横荷重の周期にかかわらず素線の曲げ歪で整理できることがわかった。

論文

Predictive analysis of the ITER poloidal field conductor insert (PFCI) test program

Zanino, R.*; Astrov, M.*; Bagnasco, M.*; Baker, W.*; Bellina, F.*; Ciazynski, D.*; Egorov, S. A.*; Kim, K.*; Kvitkovic, J. L.*; Lacroix, B.*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.1353 - 1357, 2007/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:68.69(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERポロイダル磁場コイル導体インサート(PFCI)は那珂核融合研究所のITER中心ソレノイド・モデル・コイルの中で試験される。主な実験プログラムは、DC性能,ACロス,冷媒の流体特性,安定性及びクエンチ伝播,繰り返し電磁力が与える導体特性への影響を測定することである。これらの実験項目に対して、幾つかの研究機関による解析が行われているので、それらの結果の比較検討を行った。その結果、突然のクエンチは、5.7-6.2K, 45kAにおいて起きると予測される。また、パルス運転時のACロスによる冷媒の温度上昇は巻線部出口において約0.5Kと予測される。これらの結果は実験結果と比較され、PFコイルの性能の正確な予測に用いられる。

口頭

Stability and disturbance of cable-in-conduit conductors for fusion magnets

安藤 俊就*; 木津 要; 土屋 勝彦; 玉井 広史; 松川 誠

no journal, , 

現在核融合マグネットの導体に最も多く使用されているケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の安定性について簡単なモデルを用いて考察した。その結果、低レベルの擾乱が導体に発生した場合は、導体の安定性はN値(超伝導状態から常伝導状態に転移していく勾配)が小さいほど高くなり、素線の銅比には依存しないが、高レベルの擾乱が発生し、それによる導体の温度が臨界温度以上の温度まで上昇すると、導体の安定性はN値には依存しなくて、むしろ銅比に依存し、それが大きいほど安定になることを明らかにした。また、NbTiとNb$$_{3}$$Snとの比較において低レベルの擾乱ではNb$$_{3}$$Snの方が安定であるが、50mJ/cc以上の擾乱の場合では、いずれの超伝導材料もSteklyの安定性評価で決まることを明らかにした。以上より、JT-60SAの導体の設計基準として、銅比を考慮したSteklyの安定性評価を採用すべきであることを示した。

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