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論文

Acoustic emission and disturbances in central solenoid model coil for international thermonuclear experimental reactor

新井 和邦*; 二ノ宮 晃*; 石郷岡 猛*; 高野 克敏*; 中嶋 秀夫; Michael, P.*; Vieira, R.*; Martovetsky, N.*; Sborchia, C.*; Alekseev, A.*; et al.

Cryogenics, 44(1), p.15 - 27, 2004/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:83.41(Thermodynamics)

ITER計画のもとで中心ソレノイド・モデル・コイルの試験を行い、コイルで発生するAE信号を直流運転時に測定した。その結果、コイルで発生するAE信号は、超伝導導体で発生する交流損失と関係があることが明らかになった。このことは、コイルの繰り返し通電時の撚線の動き及び素線間接触の剥がれにより交流損失が発生し、それらの動きをAE信号として測定したことを示している。また、AE信号はコイルのバランス電圧で見られる電圧スパイクとも関係があり、機械的攪乱が存在していることが明らかとなった。このことから、CSモデル・コイルにおいては、機械的攪乱の発生場所はAE信号及び電圧スパイクの情報を用いることで求めることが可能である。

論文

Nb$$_{3}$$Al導体の電磁力下での圧力損失特性; 圧力損失特性と撚線剛性の関係

濱田 一弥; 松井 邦浩; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 38(8), p.417 - 424, 2003/08

日本原子力研究所は、 ITERの工学設計活動の一環として、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイル等を製作し、13Tの磁場下で国際共同実験を行った。これらの実験の結果、通電中の導体の圧力損失の変化を調べることによって、コイル状態では見ることのできない導体内部の撚線の動きを推測できることが明らかとなった。今回、Nb$$_{3}$$Sn素線とは機械的性質が異なるNb$$_{3}$$Al線材を用いた導体について、電磁力に対する圧力損失の挙動に注目して圧力損失を測定し、過去に行われた導体の測定結果とともに解析してまとめた。その結果、(1)定常状態における圧力損失は、Nb$$_{3}$$Snを使用した導体とNb$$_{3}$$Al導体は、撚線構造が同じであれば、同様の特性を示すことがわかった。(2)同じ撚線構造でも、圧力損失特性にはばらつきが見られる。これは4次撚線とジャケット,中心チャンネル間に発生する隙間の効果であり、撚線ピッチが長い導体に発生し易いと考えられる。(3)圧力損失に対する電磁力の影響は、同じ撚線構造のNb$$_{3}$$Sn導体よりもその影響は小さく、Nb$$_{3}$$Al撚線は剛性が高いことがわかった。(4)ボイド率が小さくなるにつれて、圧力損失に対する電磁力の影響は少なくなり、撚線の動きを低減できることが明らかとなった。

論文

ITERニオブアルミ・インサート・コイルのAE特性

二ノ宮 晃*; 新井 和昭*; 高野 克敏*; 津川 一仁*; 石郷岡 猛*; 海保 勝之*; 中嶋 秀夫; 奥野 清; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 38(8), p.425 - 433, 2003/08

国際熱核融合実験炉(ITER)では大型超伝導コイル・システムの安定な運転が、その成功の鍵を握ると言っても過言ではない。このため、アコースティックエミッション(AE)技術を用いて超伝導コイルの状態を常時監視し、コイル内部の状態を推定することが重要となる。このような観点から、平成12年から14年に渡り実施されたCSモデル・コイル及びNb$$_{3}$$Alインサート・コイルを含めた三つのインサ-ト・コイルの通電試験では、AE信号の頻度,強度等を長時間にわたり計測し解析を行った。その結果、AE信号のエンベロープ波形の記録・解析で状態推定が行えること、及び、一定間隔毎に一定量のデータを記録する方法により、長時間に渡って超伝導コイルの状態監視が可能であることが示された。また、AE計測結果からは、これら開発されたコイルが安定した状態で運転されていると判断され、超伝導コイルの技術開発成果を裏付ける結果を得た。

論文

Evaluation method of critical current and current sharing temperature for large-current Cable-in-Conduit conductors

布谷 嘉彦; 礒野 高明; 杉本 誠; 高橋 良和; 西島 元*; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; 安藤 俊就*; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 13(2), p.1404 - 1407, 2003/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:51.41(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER中心ソレノイド・インサートコイルの臨界電流値($$I_c$$)及び分流開始温度($$T_{cs}$$)の解析を行った。本コイルはNb$$_3$$Sn製の超伝導コイルであり、ITER中心ソレノイドモデル・コイルを使用して実験を行った。$$I_c$$及び$$T_{cs}$$測定中に超伝導導体に発生するノーマル電圧の挙動は、特に本コイル導体のように1000本以上の超伝導線から構成されている大型導体の場合はよくわかっていない。本コイルの電圧発生挙動の詳細な解析により、導体長手方向の電界の導体断面内での平均が、素線の長手方向におけるコイル長に渡る平均電界と等しくなることがわかった。この平均電界をコイル長で積分したものを実験では電圧タップにより測定している。これは導体の撚りピッチが導体長手方向の磁場変化の度合いに比べ、今回の場合、十分小さいことから成り立つ。本研究により、電圧発生挙動を理解でき、大型導体を用いたコイルの設計に重要な特性である$$I_c$$及び$$T_{cs}$$の値を導体を構成する素線の性能から予想できる。

報告書

Nb$$_3$$Al insert experiment log book; 3rd Experiment of CS model coil

杉本 誠; 小泉 徳潔; 礒野 高明; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 堤 史明*; 押切 雅幸*; 若林 宏*; 奥野 清; 辻 博史

JAERI-Tech 2002-080, 100 Pages, 2002/11

JAERI-Tech-2002-080.pdf:7.89MB

CSモデル・コイルの第3回実験が2002年3月より開始した。第3回目の実験では、CSモデル・コイルの内側にNb$$_3$$Alインサート・コイルを設置し、実験を行った。CSモデル・コイルとNb$$_3$$Alインサート・コイルの予冷は同年3月4日から開始して、約1ヶ月を費やした。その後直ちに4月3日より通電試験を行った。同年5月2日に通電試験を完了した。その後コイルの昇温を行い、全ての実験を同年5月30日に終了した。この間、実験番号は102を数え、収集したデータはバイナリ形式で5.2GBに達した。本報告書は5週間にわたる実験のログ(日誌)とそのリストを集めたデータベースである。

論文

ITER-TFインサート・コイルの分流開始温度

布谷 嘉彦; 杉本 誠; 礒野 高明; 濱田 一弥; 松井 邦浩; 奥野 清; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 37(10), p.523 - 530, 2002/10

国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動(ITER-EDA)を、 ITER参加国である米国, 欧州, ロシア, 日本によって進めてきた。ITER-EDAの一環として、 日本原子力研究所は ロシア・エフレモフ電気物理研究所が主体になり製作したTFインサート・コイルの性能評価実験を原研の試験装置を用いてITER参加国と共同で行った。電圧タップより測定される電圧と、導体内の素線に発生している電圧の関係を定量的に考察することにより、分流開始温度の評価が正確に行われるよう考案した。これにより、定格条件(磁場12T,電流46kA)においての導体性能を把握することができ、ITER TFコイルの超伝導性能の実証を行った。

論文

Pulsed operation test results of the ITER-CS model coil and CS insert

安藤 俊就*; 礒野 高明; 加藤 崇; 小泉 徳潔; 奥野 清; 松井 邦浩; Martovetsky, N.*; 布谷 嘉彦; Ricci, M.*; 高橋 良和; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 12(1), p.496 - 499, 2002/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:68.03(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERの工学設計活動で最も重要なR&D項目の一つである中心ソレノイド(CS)モデル・コイル計画におけるCSモデル・コイルとCSインサートのパルス通電結果について報告する。CSモデル・コイルとCSインサートは、いずれもITER-CSの設計値である13Tの磁場を0.4T/Sの励磁速度で安定に達成でき、ITER-CSは設計通り製作できることを実証した。さらに、コイルが常電導状態に転移する電流値の励磁速度依存性について、コイルの冷媒温度を変えて測定した結果、ほぼ交流損失による温度上昇で説明できることがわかった。これらの結果は、ITERの超伝導コイルの設計、また、パルス通電する超伝導コイルの設計に対しての有益なデータベースの構築に寄与するものである。

論文

Experimental results of pressure drop measurement in ITER CS model coil tests

濱田 一弥; 加藤 崇; 河野 勝己; 原 英治*; 安藤 俊就; 辻 博史; 奥野 清; Zanino, L.*; Savoldi, L.*

AIP Conference Proceedings 613, p.407 - 414, 2002/00

国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動の一環として、中心ソレノイド(CS)モデル・コイルが日本,欧州,ロシア及び米国の国際協力により、製作され、性能試験が行われた。CSモデル・コイルは、強制冷却型ケーブル・イン・コンジット導体を採用しており、導体内部に4.5Kの超臨界ヘリウムを流して冷却する。導体の圧力損失を調べることは、コイルの熱的な性能及び冷凍機の負荷の観点から、極めて重要である。今回CSモデル・コイルの実験において、ITER実機規模の超伝導導体として初めて、4.5Kの超臨界圧ヘリウムによって圧力損失特性が測定されたので、その結果について報告する。

報告書

TF insert experiment log book; 2nd experiment of CS model coil

杉本 誠; 礒野 高明; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 堤 史明*; 田宮 忠俊*; 押切 雅幸*; 若林 宏*; 奥野 清; 辻 博史

JAERI-Tech 2001-085, 104 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-085.pdf:4.64MB

CSモデル・コイルの第2回実験が2001年8月より開始した。第2回目の実験では、CSモデル・コイルの内側にTFインサート・コイルを設置し、実験を行った。CSモデル・コイルとTFインサート・コイルの予冷は同年8月20日から開始して、約1ヶ月を費やした。その後直ちに9月17日より通電試験を行った。同年10月19日に通電試験を完了した。この間、実験番号は88を数え、収集したデータはバイナリ形式で4GBに達した。本報告書は5週間にわたる実験のログ(日誌)とそのリストを集めたデータベースである。

論文

Development of ITER-CS model coil terminal assembling by using indium wires

高橋 良和; 加藤 崇; 布谷 嘉彦; 安藤 俊就; 西島 元; 中嶋 秀夫; 檜山 忠雄; 杉本 誠; 礒野 高明; 小泉 徳潔; et al.

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.93 - 97, 2001/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:48.81(Nuclear Science & Technology)

ITER計画において、13T-46kA定格性能を有するCSモデルコイルが開発され、実験が行われている。超電導コイルにおいて、電源と接続し電流を供給する窓口であるターミナル・ジョイントは、そのコイルの性能を決める重要なものの1つである。モデル・コイルは、真空容器の中で組立てられた。この時、ジョイントは垂直方向に組立てられるので、通常用いられるハンダは使用できないので、インジウム線を用いた組立て技術を開発した。開発にあたって、3組の短尺サンプルを製作し、実験を行った。その結果、十分に小さな電気抵抗であったので、モデル・コイルにこの技術を適用した。モデル・コイルの実験において、5n$$Omega$$以下という低抵抗であり、その温度上昇は0.06K以下であった。これらの結果を報告する。

論文

ITER-CSインサート・コイルの臨界電流および分流開始温度

布谷 嘉彦; 礒野 高明; 杉本 誠; 高橋 良和; 安藤 俊就; 西島 元; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 36(6), p.354 - 360, 2001/06

国際熱核融合実験炉の工学設計活動をITER参加国間で進めてきた。原研は、ITER-CSモデルコイル及びITER-CSインサートコイルの開発、製作及び性能評価実験をITER参加国と共同で行った。インサートコイルの臨界電流及び分流開始温度(T$$sigma$$)の測定方法、その測定結果の評価手法及び素線レベルの性能との比較について発表する。インサートコイルの導体内の磁場が不均一の場合の、発生電圧評価方法を考案した。今回の測定結果を、素線の測定結果と比較した場合、線に付加する歪みを-0.33%とすると両者は、一致した。

論文

CSモデル・コイルとCSインサート・コイルの初期冷凍・定常熱負荷・昇温特性

原 英治*; 濱田 一弥; 河野 勝己; 加藤 崇; 榛葉 透*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 36(6), p.324 - 329, 2001/06

国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動の一環として、中心ソレノイド(CS)モデル・コイル及びCSインサート・コイルが開発され、このコイルの性能試験が行われた。コイル及びその支持構造物には48の並行冷却流路があり、超臨界圧ヘリウムにより4.5Kに冷却される。本論文では、実験によって得られた初期冷凍及び昇温特性ならびに非通電時における定常熱負荷について報告する。

論文

CSモデル・コイル実験結果; 機械特性

杉本 誠; 中嶋 秀夫; 土屋 佳則; 久保 博篤*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 36(6), p.336 - 343, 2001/06

ITER-EDAにおける主要R&DであるCSモデル・コイルの第一回目の通電試験が2000年8月に成功裏に終了した。通電試験は同年4月から開始し、定格13T-46kAに直流及びパルス通電で達した。CSモデル・コイル並びにCSインサート・コイルの機械的特性について記述した。コイルの通電中のひずみ測定結果を論じるとともに、有限要素法による解析結果と比較しその妥当性を論じた。またCSインサート・コイルで実施した1万回のくり返し試験において、その機械的特性に変化はなかった。あわせて、未経験領域での通電において、スパイク状の温度上昇を観測した。電圧信号との同期からこれは機械的じょう乱によるものと思われる。これによる発熱量を考察した。

報告書

CS model coil experiment log book

礒野 高明; 西島 元; 杉本 誠; 布谷 嘉彦; 若林 宏*; 辻 博史

JAERI-Tech 2000-084, 393 Pages, 2001/02

JAERI-Tech-2000-084.pdf:16.39MB

世界最大の超電導パルス・コイルであるITER中心ソレノイド(CS)・モデル・コイル及びCSインサート・コイルの通電実験は2000年4月11日に開始され、同年8月18日に終了した。この間、実験番号は356を数え、収集したデータは20GBを超えた。本報告書は4ヶ月にわたる実験のログ(日誌)とそのリストを集めたデータベースである。

論文

Completion of CS insert fabrication

杉本 誠; 礒野 高明; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 松川 誠; 濱田 一弥; 松井 邦浩; 西島 元; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 10(1), p.564 - 567, 2000/03

 被引用回数:22 パーセンタイル:27.17(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER工学設計活動(EDA)の中心をなす開発計画であるCSモデル・コイル計画の中で、製作が行われていたCSインサート・コイルの製作がこのほど完了した。CSインサート・コイルはCSモデル・コイルの最内層に設置し、ITER実機と同じ磁束密度、電流、温度及びひずみ環境下で、超電導導体の性能試験を行うためのNb$$_{3}$$Sn-ClCC製コイルである。コイルの巻線、熱処理、絶縁施工、素子取付、支持構造物の製作・組付け等CSインサート・コイル製作進捗を報告する。

論文

R&D activity of SAGBO avoidance for the CS insert fabrication

杉本 誠; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 澤田 健治*; 高橋 良和; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9(2), p.636 - 639, 1999/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:82.35(Engineering, Electrical & Electronic)

CSインサート・コイル製造のため、応力下酸化割れ(SAGBO,Stress Accelerated Grain Boundary Oxidation)を回避するためのR&Dを、短試験片を用いて行った。この結果について報告する。短試験片でのSAGBO発生試験では、導体に施工されたクロム・メッキの有無ならびに、溶接箇所により、SAGBO割れの発生がみられた。これに回避するための溶接箇所の変更を行い、かつCSインサート製造工程をすべて反映したサンプルを製作した。本サンプルにてSAGBO発生実験を行い、SAGBO割れを発生することなく、CSインサートの熱処理が可能であることを実証した。

報告書

AC loss calculation of central solenoid model coil

A.Gilanyi*; 秋場 真人; 奥村 義和; 杉本 誠; 高橋 良和; 辻 博史

JAERI-Research 99-014, 71 Pages, 1999/03

JAERI-Research-99-014.pdf:3.56MB

現在ITER計画の中で製造が進められているCSモデル・コイルの交流損失解析を行った。特にCSモデル・コイルの支持構造物を対象に、汎用有限要素法コードANSYSにより、その解析を行った。支持構造物中では、下部テンション・プレートと呼ばれる部材からの発熱が最も大きく、約3kWに達することが判明した。

論文

Development of the CS insert coil

杉本 誠; 寺澤 充水*; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 高橋 良和; 安藤 俊就; et al.

Proc. of 15th Int. Conf. on Magnet Technology (MT-15), p.409 - 412, 1997/00

1992年より開始したITER-EDAの主要R&D項目であるCSモデルコイルの開発が進行中である。このCSモデルコイル開発のなかで、導体特性評価のためにCSインサートコイルが開発されている。CSインサートコイルの開発におけるR&D結果について報告する。ジョイント部開発やSAGBO(応力酸化割れ)回避のための熱処理要領開発について報告する。ジョイント開発においては、実機導体による抵抗測定結果について述べる。またNb$$_{3}$$Sn生成のための熱処理基準について述べる。併せて試巻線の結果を報告する。

論文

日本における国際熱核融合炉(ITER)用Nb$$_{3}$$Sn素線の開発

礒野 高明; 西 正孝; 布谷 嘉彦; 吉田 清; 辻 博史

低温工学, 32(4), p.150 - 157, 1997/00

ITER用Nb$$_{3}$$Sn超電導素線の開発量産を各極で進めているが、日本における開発ステップ及び開発結果などを報告する。Nb$$_{3}$$Sn素線は、3社で2種類(ブロンズ法・内部拡散法)の製法で開発・量産が行われ、結果としてITER仕様を満足する素線が開発でき、合計11.1トン(2,400m)の量産を行った。この開発により量産技術が向上し、ITER実機用の製造体制が整えられた。

論文

ITER用内部拡散法Nb$$_{3}$$Sn量産素線の開発

江川 邦彦*; 久保 芳生*; 永井 貴之*; 若田 光延*; 田口 修*; 若本 勝嘉*; 守田 正夫*; 礒野 高明; 布谷 嘉彦; 吉田 清; et al.

低温工学, 32(4), p.173 - 180, 1997/00

ITER・CSモデルコイルに使用するNb$$_{3}$$Sn超電導素線を内部拡散法により開発を行った。内部拡散法は高電磁密度が図れるが、低交流損失化が問題であった。これを、Snコア径、フィラメント間隔、フィラメント径を最適化することにより改良し、Ca/Taバリアを使用することにより量産性を向上した。この結果、ITER仕様を満足する素線を600km製造し、量産技術を確立した。

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