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麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 青柳 克弘*; 武藤 秀生*; 野村 一隆*; 高田 弘; 池田 裕二郎
JAEA-Technology 2017-021, 75 Pages, 2017/08
JAEA-Technology-2017-021.pdf:33.03MB
大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設の核破砕中性子源では、冷中性子用減速材として液体水素を用いている。2015年1月頃から液体水素を生成するヘリウム冷凍機において、熱交換器及び80 K活性炭吸着器(ADS)の差圧が上昇する事象が現れ始め、2015年11月には冷却性能の低下を引き起こすまでに進展した。この不具合の原因を究明するために冷凍機内の目視確認や循環ヘリウム中の不純物分析を行った。原因となる不純物は検出できなかったが、配管内にわずかに油の痕跡があった。他施設の同規模の冷凍能力を持つ冷凍機の不具合事例も参考にして、熱交換器の洗浄やADSの交換を行った結果、冷却性能は回復した。熱交換器を洗浄した液やADSの活性炭とそれを抑えるためのフェルトから油を検出した。特にADSのフェルトではヘリウムガス入口表面に膜状の油の蓄積が確認できた。ヘリウムガス中に含まれる油分は設計範囲の10ppb程度であったが、長期間の運転の結果、ADSのフェルト部への蓄積により差圧を発生させ、それが性能劣化をもたらした可能性があると推測している。今後さらに調査を進め、原因をより明確にする必要がある。
海老澤 昇; 木内 重巳*; 菊池 勝美*; 河野 勝己; 礒野 高明
JAEA-Testing 2014-003, 37 Pages, 2015/03
JAEA-Testing-2014-003.pdf:11.7MB
ITER CSモデル・コイル試験装置は、直径1.5mの空間に13Tの高磁場を発生する 中心ソレノイド(CS)モデルコイルを用いて核融合炉用超伝導導体の試験を行うための装置であり、大別するとヘリウム冷凍機システム、電源システム、真空システム及び計測システムで構成される。本報告は、上記ヘリウム冷凍機システムについて、2011年3月に発生した東日本大震災から2012年12月に行われたヘリウム液化試験運転までの期間を対象に本システムの整備状況についてまとめた。
麻生 智一; 達本 衡輝; 長谷川 勝一; 牛島 勇*; 大都 起一*; 加藤 崇; 池田 裕二郎
AIP Conference Proceedings 823, p.763 - 770, 2006/05
原研はKEKと共同してMW級の核破砕中性子源の建設を進めている。その中で極低温水素を用いたモデレータは、中性子性能を決定する重要な機器である。このため、超臨界水素を安定して強制循環する極低温水素循環システムの設計・製作を進めている。本システムの設計結果として、主要機器の仕様,安全性への対応について報告する。
森井 幸生; 小池 良浩; 五十嵐 武*; 久保田 実*; 鰭崎 有*; 谷田 広士*
Physica B; Condensed Matter, 284-288(Part2), p.2014 - 2015, 2000/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Condensed Matter)中性子散乱研究用液体ヘリウムフリー希釈冷凍機「mKクライオクーラー」を開発した。この冷凍機は4Kステージにパルス管冷凍機を、mKステージにジュールトムソン型稀釈冷凍機を採用して構成されている。中性子散乱実験で得られた最低温度は41mKであった。自動冷却操作が開発されつつある。この希釈冷凍機により、移動性良く、簡単な操作で、経費も低く、運転が安定して、中性子ビームロスのない中性子散乱実験が誰にでも可能になると期待される。
小池 良浩; 森井 幸生
放射線化学, (68), p.22 - 25, 1999/00
1K以下の実験には通常希釈冷凍機が用いられるが、市販の希釈冷凍機は、これを運転するための低温雰囲気(4.2K)をつくるのに大量の液体ヘリウムが必要があり、そのために取り扱いが困難である。そこでより簡単にmK域の温度が得られるようにするために、4KのハイブリッドクライオクーラーとJT予冷希釈冷凍機の組み合わせで液体ヘリウムなしで50mKの温度を実現した。
関 宏*; 大賀 徳道; 秋野 昇; 棚井 豊*; 山口 将男*; 栗山 正明; 伊藤 孝雄; 菊池 勝美*
KEK Proceedings 99-17 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00
JT-60冷媒循環系は、昭和61年から現在に至るまで、約13年間に亘って運転を行ってきた。この間、ヘリウム冷凍機の液化能力が年々減少傾向にあるため、過去の運転データを整理してみた。その結果、膨張タービン入口圧力が規定値まで上昇していないことにより、規定の風量が保てなくなっていることが判明した。その原因として膨張タービンへの不純物混入防止を目的に設置してある入口フィルターに何らかの異物が詰まったと考えられる。そのため、昨年12月にタービン入口フィルターの交換作業を行った。交換後の試運転において、タービン系の風量、圧力共に従来の運転領域に回復し、それと共に液化能力も計算上の値まで上昇した。又、交換したフィルターを調査した結果、ヘリウム圧縮機から出た潤滑油や内部吸着器から出た活性炭の粒子が多く詰まっていることが明らかとなった。
小池 良浩*; 森井 幸生; 五十嵐 武*; 久保田 実*; 鰭崎 有*; 谷田 広司*
Proc. of Int. Cryogenic Engineering Conf. 1998 (ICEC17), p.263 - 266, 1998/00
我々は超低温における中性子散乱実験を誰もが簡単に行えるようにするため、パルス管・GMハイブリッド型冷凍機とジュールトムソン型希釈冷凍機を組合わせた、液体ヘリウム寒剤を使用しない超低温用冷凍機``mK Cryocooler''の開発を行っている。現在、試作機が完成し中性子ビーム中で約40mKの温度が得られている。この成功により、操作の簡便化、コスト低減化、中性子ビーム利用効率化を達成する見込みをつけた。冷却テストの結果、室温から4.2Kまでの予冷時間の結果で希釈冷凍機部分の予冷に約一日、その後8時間程度で液化が終了、約70mKに到達した。熱交換ガスとしてH
を用いた。交換ガスは排気していない。この冷却テスト時のcooling powerは100mKで約22
Wであった。
Heの循環量は10
mol/sec程度であった。
牛草 健吉; 森 活春*; 中川 勝二*; 永島 圭介; 栗田 源一; 豊島 昇; 青柳 哲雄; 高橋 良和; 松井 邦浩; 菊池 満; et al.
JAERI-Research 97-027, 281 Pages, 1997/03
JAERI-Research-97-027.pdf:9.25MB
定常炉心試験装置の超伝導マグネット及びHe冷凍機設備の設計を行った。超伝導線材としてNb
AlとNbTiを併用したトロイダル磁場コイルは、18個のD型コイルで構成され、隣合う2個のコイルをシアパネルで連結することでコイル単体150トンの軽量なコイルを実現した。10個のポロイダルコイルの最適設計を行い、10MA,200秒の電流フラットトップを生成し、プラズマ位置形状制御に融通性のあるシステムが構成できた。装置の誤差磁場を補正するための超伝導コイルを採用することとした。総低温重量4000トンの超伝導マグネット系を1ヶ月以内に4.5Kまで冷却し、定常的熱負荷約6.5kW及び非定常熱負荷8.5MJを放電間隔30分以内で除熱するために、冷凍能力36kWのヘリウム冷凍設備を設計した。
片桐 政樹
日本原子力学会誌, 38(9), p.726 - 727, 1996/00
液体窒素を用いずにメインテナンスフリーで使用できるGe検出器の開発がさまざまな分野から要望され研究が進められて来た。最近、電源を供給するだけで使用できる小型冷凍機を用いた電気冷却式Ge検出器が国内外で開発された。米国ローレンスリバモア研究所グループはサンクーラという商品名の小型冷凍機を用いた小型電気冷却式Ge検出器を開発した。一方、国内ではGe検出素子の冷却にスターリング冷凍機を用いた電気冷却式Ge検出器の開発研究が原研を主体としたグループにより進められており、用途に合せて3種類の検出器が開発された。スターリング冷凍機1台を冷却に用いた超小型検出器、2台を用いた汎用型検出器及び検出素子を交換可能なPopTop型検出器である。以上の検出器に関して解説を行った。
片桐 政樹; 伊藤 博邦
Radiation Detectors and Their Uses,Proc of 8th Workshop; KEK Proc. 94-7, 0, p.174 - 178, 1994/00
測定現場でのガンマ線スペクトロスコピーに欠かせないGeガンマ線検出器の小型化の研究を行った。液体窒素温度(77K)上での冷却に小型スターリング冷凍機を用いた小型電気冷却式Geガンマ線検出器を開発した。本方式を用いた場合の大きな問題点であるエネルギー分解能のマイクロフォニック雑音による劣化を雑音低減法を考察することにより解決した。AC電圧を定格の11Vから8Vに落として運転しかつスペクトロスコピーアンプの時定数を1secに設定した場合、考案した低減法を用いることにより従来の液体窒素冷却法とほぼ同等のエネルギー分解能を有することがわかった。また、スペクトルアナライザとデジタルオシロスコープを用いて雑音スペクトル解析を行うことによりエネルギー分解能劣化原因の究明を行った。
竹内 末広; 柴田 理尋; 石井 哲朗; ブースター開発グループ
Proc. of the 9th Symp. on Accelerator Science and Technology, p.437 - 439, 1993/00
原研東海では46台の超電導空洞から成るタンデム加速器の後段ブースターを開発してきた。超電導空洞はニオブと銅でつくられた1/4波長型である。オフラインのテストでは7MV/m(平均)の加速電界を4Wの高周波入力で発生することができた。ブースターは2台のヘリウム冷凍機で全空洞を液体ヘリウム温度に冷却する。冷凍機で冷却した時の空洞性能は空洞によって多少の劣下があった。本講演及び論文では空洞を含むブースターの加速構造、空洞の製作技術、オフラインのテスト結果、Q値劣下の現象、ビーム診断方法、冷却系、オンラインのRF(高周波)テスト結果について論ずる。
萩原 正義; 宮本 泰明; 長谷川 信
PNC TN8410 92-094, 36 Pages, 1992/04
液体窒素冷却方式によるラマンレーザーの低温化において発生した問題の改善策としてブライン冷却方式を検討した。その結果を以下に示す。(1)ラマンレーザー特性において,1.ラマン変換効率は設計パス回数の37パスとすれば飽和変換領域に達すること。2.銅ミラーの変形量は液体窒素冷却に比べ,上下で約1/5,表裏面で約1/3となり,マルチパス形成上,問題はないと考えられること。3.ブライン冷却にした場合,ガス流動速度は液体窒素冷却の約半分以下と推測される他,ミラー穴付近の複雑な流動も解消されることが期待されるため,ビームの揺れは現状より改善されると思われること。(2)ブライン循環システムについて,1.噴流方式が最適と思われること。2.噴出速度を5m/s程度とすれば,流れによる攪拌効果が期待できること。3.冷媒としてメタノール(60wt%)で充分冷却可能であること。4.冷媒及び冷凍機に対して、官庁申請等を必要としないこと。
竹内 末広
DESY-M-92-01 (Vol. 1), p.76 - 83, 1992/04
原研物理部における高周波超電導に関する研究開発活動には(1)超電導空洞を用いたタンデム後段ブースターの開発(2)超電導リニアックを利用した自由電子レーザーの開発(3)酸化物高温超電導体の高周波特性の研究と応用の3つがある。会議ではこれらの現状報告を行う。(1)については超電導空洞の製作状況と性能テストの結果及びクライオスタット、ヘリウム冷凍機の内容について概要を述べる。(2)については、リニアックの構成と製作状況、冷凍方式について概要を述べる。(3)については、表面抵抗の測定について簡単に述べる。
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：19.9(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; 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：19.9(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。
竹内 末広; 石井 哲朗; 池添 博; 冨田 芳明
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 287, p.257 - 262, 1990/00
被引用回数：12 パーセンタイル：75.58(Instruments & Instrumentation)原研ではタンデム加速器の後段ブースターとして30MV級の超電導リニアックを開発している。リニアックは40台の1/4波長型ニオブ製超電導空洞から成り、空洞の周波数は130MHz、最適イオン速度は0.1C(光速の10%)である。リニアックの前には260MHzと130MHzの超電導空洞からなるバンチャーが置かれタンデムからの(直流)のイオンビームの60%がパルス化される。リニアックの後にはデバンチャーを置きエネルギーを揃えてから分析マグネットを通して実験室にビームを導びく。これまでにバンチャーとデバンチャーを製作しており、超電導空洞は最高7MV/mという高い加速電界を達成した。冷凍機は液体窒素の補助を必要としない系でしかも80Kのクライオスタット熱シールド用ラインをもち2台の冷凍機に分ける。以上の開発計画の概要、進展状況、超電導空洞の性能等を述べる。
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。
山西 敏彦; 木下 正弘; 吉田 浩
JAERI-M 85-188, 43 Pages, 1985/11
本報は、H/D系を対象とした深冷蒸留塔の実験装置の設計研究結果を要約したものである。本装置を用いた実験研究の主要目的は、蒸留塔の分離特性の把握、基礎工学データ(HETP、フラッディング速度、塔内ホールドアップ、充填部圧損)の取得、凝縮器、充填塔、再沸器、熱交換器等主要機器の設計法の確立にある。本報の主な項目は、装置の構成手法の決定、主要機器の設計計算及びその結果に基づいた構造の決定、計装制御方式の検討、計測機器の選定であり、なかでも冷凍機を含む装置全体における熱収支の検討を重要視した。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘
no journal, ,
物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源では、ターゲットで発生した高速中性子を冷中性子に冷却するために、超臨界圧(1.5MPa)の低温水素(18K)を3基のモデレータに供給し、発生する核発熱(約3.8kW)を強制方式で冷却する。水素系の冷却はヘリウム冷凍機で行う。これまで、中性子利用実験のために約2-3ヶ月の連続運転を行ってきたが、2015年から冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)で運転中に圧力損失が増加し、冷凍機の冷却性能が低下して長期間の安定運転に支障を来す状態となった。冷凍機昇温後の運転再開時には圧力損失は解消されることから、水分や窒素などの不純物が原因と考え、熱交換器とADSの再生などの対策を施したが、状況は改善されなかった。一方、熱交換器入口配管で紫外光による油の反応があったため、油の蓄積が原因となり得ると判断し、2016年夏季保守期間に、熱交換器をフロン洗浄してADSを新品に交換した。11月から再開した運転では、圧力損失の増加は生じていない。
