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菊池 勝美*; 秋野 昇; 池田 佳隆; 大賀 徳道; 大島 克己*; 岡野 文範; 竹之内 忠*; 棚井 豊*; 本田 敦
平成16年度大阪大学総合技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2005/03
冷媒循環系制御用システムは1987年から約17年間運転されてきた。本制御システムは液体Heを用いた排気速度2,000万l/sの世界最大規模のクライオポンプの制御のためのものであり、アナログ400点,デジタル800点の監視,帰還制御を行う。今回、高経年化のため制御システムの更新を行うこととなり、システムのコスト,堅牢性,導入の難易度,汎用性等の比較検討を実施した。その結果、PLCベースでアナログループ制御が簡易に導入できるシステムを選択し更新の作業に着手したので、その検討内容を報告する。
松川 誠; JT-60SC設計チーム
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), p.1399 - 1404, 2004/06
被引用回数：4 パーセンタイル：28.63(Engineering, Electrical & Electronic)将来の核融合炉を魅力的なものとするためには、プラズマの定常高ベータ化研究や、低放射化フェライト鋼とプラズマとの適合性試験などを推進する必要がある。これらの観点に立って、我が国においてはトカマクでの核融合研究をJT-60装置において重点的に実施することが、文部科学省の科学技術・学術審議会で合意されている。平成14年度の装置設計案をベースに、プラズマ形状やダイバータ配位等についてより広い運転パラメータへ拡張できる装置としての柔軟性を確保するため、クライオスタットの形状を改善して、既存NBIタンクとの空間干渉が回避できる範囲でトロイダル磁場コイルのサイズを最大化した。これにより、オープンダイバータ配位においては、アスペクト比2.8を実現した。今回の最適化検討で特筆すべきことは、可能な限り高い電流密度で運転することで、超伝導線材の利用率を向上させることにより、使用する超伝導線材の総量をむしろ減少させたことである。講演では、本装置の超伝導マグネットシステムを中心にして、装置全体の設計最適化についても述べる。
中村 博雄; Ladd, P.*; Federici, G.*; Janeschitz, G.*; Schaubel, K. M.*; 杉原 正芳; Busigin, A.*; Gierszewski, P.*; 廣木 成治; Hurztmeirer, H. S.*; et al.
Fusion Engineering and Design, 39-40, p.883 - 891, 1998/09
被引用回数：5 パーセンタイル：44.27(Nuclear Science & Technology)本講演は、ITERの燃料供給、排気システムの設計の現状及び、燃料サイクルシステムの過渡応答解析について述べる。燃料供給システムは、ガス供給方式とペレット方式から構成されている。ガス供給場所は、ポロイダル断面で真空容器上部とダイバータ部の2か所で、トロイダル方向には5か所である。ペレット方式の燃料供給は、2台の遠心加速方式入射装置で行う。これらは、1個の容器(長さ6m,幅3m,高さ4.5m)に納められている。排気システムは、高英空用ポンプと粗引きポンプから構成されている。前者は、16台のクライオポンプ(排気速度200cm
/s),後者は、2セットの機械式粗引きポンプである。トリチウムプラントを含んだ燃料サイクル系のトリチウムインベントリの最適化のために、過渡応答コードを開発中である。
秋野 昇; 栗山 正明; 大賀 徳道; 関 宏*; 棚井 豊*
JAERI-Tech 98-034, 22 Pages, 1998/08
JT-60のW型ダイバータ化に伴い、ダイバータ部の排気をNBIクライオポンプで行うこととした。排気に使用するビームラインは、♯1,♯5,♯11の3ユニットとし、トロイダル方向に分散させることによってトロイダル方向一様に排気できるようにした。また、NBIポートに設置してある高速シャッタの開口率を調節できるように改造したことで、ダイバータ部の中性粒子圧力制御が可能となった。ダイバータ実験時のダイバータ部におけるNBIクライオポンプ3ユニット合計の排気速度は、重水素ガスに対して概略13~15m/sであった。本報告は、ダイバータ部の粒子をJT-60NBIクライオポンプで排気するために行った改造内容、改造後の単体試験結果及び、JT-60ダイバータ放電時における粒子排気特性について述べたものである。
中村 博雄
プラズマ・核融合学会誌, 69(5), p.403 - 414, 1993/05
本解説は、トカマクにおけるヘリウム灰研究の現状について述べた。DT核融合炉では、核融合反応に伴ない、3.5MeVのヘリウム粒子が生成される。この粒子は、燃料粒子の加熱後に、エネルギーを失ないヘリウム灰となる。核融合燃焼を維持するには、プラズマ中のヘリウム灰含有率を約10%に制御する必要がある。ヘリウム灰の模擬実験が、JT-60やDIII-D等のトカマク装置で実施され、ITERの設計に必要なデータが出つつある。また、ヘリウム灰の制御や排気を改善するための基礎研究も行なわれている。プラズマの不安定性に伴なう粒子排出の利用、パラジウム膜による選択排気等が検討されている。ヘリウム排気ポンプは、アルゴンガス凝縮層方式クライオポンプや大容量ターボ分子ポンプ開発が行なわれている。ITERでは、300m/sから700m/sの排気容量が必要である。
柴田 猛順; 大楽 正幸; 柴沼 清; 寺門 拓也*
真空, 36(3), p.313 - 315, 1993/00
多断層熱液体ヘリウム配管への侵入熱を低減化するために液体窒素配管に熱伝導の良い金属を接触させ、これを液体ヘリウム配管に巻いた多層断熱材の上に置いて、断熱材の最外層の温度を低下させることを試みた。その結果、液体ヘリウム配管への侵入熱は1.1w/mから0.4w/mに減少できた。
柴沼 清; 秋野 昇; 大楽 正幸; 松本 孝三*; 松田 慎三郎; 大内 豊; 小野 要一*; 柴田 猛順
日本原子力学会誌, 33(12), p.1171 - 1179, 1991/12
被引用回数：1 パーセンタイル：19.91(Nuclear Science & Technology)水素ガスに対する世界最大の総排気速度20,000m/sを有する14基のクライオポンプ、3.6Kで3,000Wの国内最大のヘリウム冷凍機及び約500mの液体ヘリウム輸送用真空断熱配管から成るJT-60用クライオポンプシステムについて、自動制御法を開発し試験を行った。本制御法の特徴は、(1)14基のクライオポンプ間の予冷段階における不均衡冷却抑制制御、(2)閉ループ内各機器のヘリウム保有量を考慮したクライオポンプへの液体ヘリウムの安定供給制御、(3)クライオポンプからの負荷変動に対応したヘリウム冷凍機の安定化制御である。これらの制御法を用いて試験を行った結果、クライオポンプの各種の運転状態に対して、ヘリウム冷凍機を含めた全システムは安定に制御され、14基のクライオポンプは予冷開始後約16時間で全て定常に達することができた。同時に、これらの制御により、運転員の負担を大幅に軽減するとともに、再現性の高い運転を可能にした。
柴沼 清; 栗山 正明; 柴田 猛順
日本原子力学会誌, 33(11), p.1083 - 1095, 1991/11
被引用回数：1 パーセンタイル：19.91(Nuclear Science & Technology)JT-60NBI用クライオポンプに使用される液体ヘリウム配管用多層断熱材について、各断熱層が配管回りに同心円状に巻きつけられるように成形した一体型多層断熱材を開発し実験を行なった。その結果、従来の一体型多層断熱材に比べ、伝熱量が約1/3で配管長手方向の断熱材接続部における侵入熱もほとんどない優れた断熱性能が得られた。次に、多層断熱材の反射材間のネツト状スペーサによる輻射伝熱への寄与や各構成要素の輻射率及び熱通過率の温度依存性を考慮に入れて多層断熱材の伝熱解析を行なった結果、実験結果と良く一致し、本解析法の有効性が示された。この伝熱解析法を用いて、断熱材層数及び断熱材層密度の断熱性能への影響について検討した結果、断熱材の層数及び層密度はそれぞれN=20層、N/
=0.9層/mm以下がクライオポンプ液体ヘリウム配管用多層断熱材にとって最も効率的であることが示された。
柴沼 清; 秋野 昇; 大楽 正幸; 大内 豊; 柴田 猛順
JAERI-M 91-180, 39 Pages, 1991/10
水素ガスに対する世界最大の総排気速度20,000m/sを有する14基のクライオポンプ、3.6Kで3,000Wの国内最大のヘリウム冷凍機及び約500mの液体ヘリウム輸送用真空断熱配管から成るJT-60用クライオポンプシステムについて、自動制御法を開発し試験を行った。本制御法の特徴は、(1)14基のクライオポンプ間の予冷段階における不均衡冷却抑制制御、(2)閉ループ内各機器のヘリウム保有量を考慮したクライオポンプへの液体ヘリウムの安定冷却制御、(3)クライオポンプからの負荷変動に対応したヘリウム冷凍機の安定化制御である。これらの制御法を用いて試験を行った結果、クライオポンプの各種の運転状態に対して、ヘリウム冷凍機を含めた全システムは安定に制御され、14基のクライオポンプは予冷開始後約16時間で全て定常に達することができた。同時に、これらの制御により、運転員の負担を大幅に軽減するとともに、再現性の高い運転を可能にした。
柴沼 清; 秋野 昇; 大楽 正幸; 国枝 俊介; 栗山 正明; 松田 慎三郎; 大内 豊; 柴田 猛順; 白形 弘文
日本原子力学会誌, 33(10), p.960 - 974, 1991/10
被引用回数：1 パーセンタイル：19.91(Nuclear Science & Technology)水素ガス排気用JT-60NBI用大容量クライオポンプを開発し、性能試験を行なった結果、以下の結論を得た。(1)水素ガスに対するクライオポンプ1基当たりの排気速度は約1,400m/sであり、14基全体として20,000m/sとなり、世界最大の排気システムを構成した。(2)ヘリウム冷凍機の冷凍能力は3,020Wであり、日本最大値を示した。(3)ヘリウム冷凍機と14基のクライオポンプの予冷は、新しく開発した計算機制御によりクライオポンプ間に熱的不均衡をもたらすことなく、16時間で完了した。(4)ビームエネルギ75keVで20MWの中性水素ビームパワーによる定格入射時においても、全てのクライオポンプの排気特性は安定であり、さらに、ドリフト部における平均再離損失は4.6%となり、目標の5%を十分満足した。
柴沼 清; 奥村 義和; 柴田 猛順
真空, 32(3), p.284 - 287, 1989/03
水素ガスに対する排気速度100m/secの液体ヘリウム使用の大容量クライオポンプの開発を行った。自然循環を行う定常ラインと予冷ラインに二重管構造を採用することにより、配管類の大幅な合理化を行った。しかも、予冷時の効果的冷却と定常時の安定冷却を同時に達成することができた。また、クライオパネルを二重円筒の中空構造とすることにより、定常運転時の液体ヘリウムの保有量が減り、液体ヘリウムの消費量を低減することができた。水素ガスに対する排気速度の測定値は107m/secであり、設計値111m/secと極めて良い一致を示した。
柴沼 清; 荒木 政則; 大楽 正幸; 小野 要一*; 柴田 猛順
JAERI-M 88-046, 11 Pages, 1988/03
JT-60NBI用クライオポンプは1基当り1,400m/secであり、14基全体の総排気速度は20,000m/secにも達する世界最大の排気装置である。
柴田 猛順; 柴沼 清
低温工学, 21(2), p.78 - 86, 1986/00
JT-60用中性子入射装置は14基のビームラインで構成され、各ビームラインにはイオン源等から流れる2~4Pa・m/sの水素ガスを排気して、真空容器内を10
Pa程度に排気するため約1400m/sの排気速度をもつ凝縮型クライオポンプが用いられる。各クライオポンプは6個のクライオポンプモジュールでできており各モジュールに液体ヘリウムと液体窒素が気液分離器より自然循環により供給される。14基のクライオポンプに液体ヘリウムを供給する冷凍システムは、冷凍機,Heトランスファーライン,液体ヘリウム容器等で構成された完全な閉サイクルである。冷凍能力の設計値は3.7K,2400Wで国内最大である。本システムの建設は1983年秋に始まり、14基のクライオポンプは1基ずつ調整スタンドでの試験を終了した。ヘリウム冷凍機の冷凍能力の試験も行い、3.6Kで2500W以上の値が得られた。本システムの完成は1986年7月の予定である。
柴沼 清; 大楽 正幸; 黒金 正春*; 小野 要一*; 柴田 猛順; 寺門 拓哉*
JAERI-M 85-167, 12 Pages, 1985/10
JT-60NBI用クライオポンプの熱負荷を軽減するために、クライオポンプの内部配管に使用される多層断熱材の断熱性能の向上を試みた。候補となる3種類の断熱材について性能試験を実施した結果、著者らが考案Lた断熱材が最も優れた断熱性能を有することが確認された。また、この断熱材は断熱材の各層が少しずつずれて10層一体となっていることから、断熱材を10層一度に巻くことができるだけでなく、各層は同心円状に巻かれる。
荒木 政則; 大楽 正幸; 柴沼 清; 柴田 猛順
JAERI-M 85-060, 16 Pages, 1985/05
JT-60NBIクライオポンプ用Heトランスファーラインにはスペースをとらない三重管か採用される。同トランスファーラインは総長500mにも及びかつ14基のクライオポンプと継がるため多数の分岐・合流部が存在し、ヘリウム冷凍機に入る熱負荷の約半分の熱負荷があるものと予想される。JT-60NBIクライオポンプ用Heトランスファーラインの熱負荷を軽減するためには同ラインの圧力損失を定量的に把握することが重要であり、多重管の分岐・合流部を含む系内の圧力損失評価法を確立した。本評価法の健全性を調べるために原型ユニットで実験を行い、本評価法の誤差
15%以内の精度であり、圧力損失評価法として十分健全であることが確認された。また、同評価法を用いてJT-60NBIクライオポンプ用Heトランスファーライン配管口径の選定及びその妥当性を調べた。
柴田 猛順; 松田 慎三郎
真空, 24(3), p.130 - 135, 1981/00
JT-60用中性粒子入射装置の主排気ポンプであるクライオポンプについての原研での研究開発についてまとめたものである。 同ポンプを開発するために原研では12,000l/s、60,000l/sの排気速度を持つクライオポンプを試作開発して種々の特性を調べJT-60用中性粒子入射装置の設計試料とした。 この解説ではこれらの試作開発の結果とJT-60用中性粒子入射装置のクライオポンプの設計について述べる。
柴田 猛順; 水谷 泰彦*; 奥村 義和; 桜庭 順二*; 柴沼 清
JAERI-M 9213, 8 Pages, 1980/11
60,000/secのクライオポンプ内にビームダンプを置き、そこに70KeV、5A、10秒の水素イオンビームを入射し、そのときのクライオポンプ内圧力と液体ヘリウム蒸発量の変化をみた。ビーム入射中、クライオポンプ内の水素ガス圧力が、7.6
10
Torrから8.510Torrへ上昇するのが見られた。ビーム入射中のパルス熱負荷によりパネルの溶接部の温度が上昇し、水素蒸気圧が高くなって水素ガスを放出するとして、ポンプ内圧力上昇の説明を試みた。JT-60用中性粒子入射装置のクライオポンプでは、クライオポンプが直接受熱面を見込まないように水冷のスパッタシールドを設けるなどの工夫をして、パネルへの熱負荷を小さくしてビーム入射中の水素ガス放出を抑える予定である。
桜庭 順二*; 松田 慎三郎; 柴田 猛順
JAERI-M 8936, 12 Pages, 1980/07
JT-60中性粒子入射装置のクライオポンプの設計のために、トーラスプラズマからのサイクロトロン放射によるクライオ面の熱負荷を評価することが重要である。NBI入射ポートのサイクロトロン放射透過率を計算するためにモンテカルロ法による計算コードを作成した。この計算コードを用いて検討した結果、サイクロトロン放射の約80%は、入射ポート内で吸収またほ反射されることがわかった。
柴田 猛順; 堀池 寛; 栗山 正明; 松田 慎三郎; 桜庭 順二*; 白形 弘文
JAERI-M 8935, 34 Pages, 1980/07
JT-60中性粒子入射装置のクライオポンプのクライオパネルとしてキルティング構造のステンレス板にアルミニウムをコーティングしたものを選び、このパネルに対する定常熱負荷とパルス熱負荷を評価し、パルス熱負荷がかかった時のパネル温度の上昇を計算した。パルス熱負荷時のクライオパネルの最大温度上昇は約0.2Kと評価された。
桜庭 順二*; 大賀 徳道; 柴田 猛順
JAERI-M 8013, 16 Pages, 1978/12
中性粒子入射加熱用クライオポンプでは、必要排気速度の維持に関して、高エネルギー粒子との両立性が重要な問題となる。この間題を調べることを目的として、設計排気速度6万l/secのクライオポンプ内に、最大26.4kV、2.7A(パルス巾100msec、パルス間隔1sec)の水素ビームを入射する実験を行なった。ビーム入射に伴うクライオパネルへの熱負荷は0.52w/m
であった。この実験では、ポンプの排気性能に及ぼすビームの影響は見られず、また、クライオパネルへの熱入力は、モンテカルロ法による計算から、熱幅射と後方散乱粒子によるものと説明することができた。
