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論文

Demonstration of JK2LB jacket fabrication for ITER central solenoid

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 河野 勝己; 高野 克敏*; 堤 史明*; 関 秀一*; 奥野 清; 藤綱 宣之*; 溝口 満*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.787 - 790, 2006/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:38.57(Engineering, Electrical & Electronic)

原研では、国際熱核融合実験炉(ITER)の活動の一環として、中心ソレノイド(CS)のジャケットの試作作業を進めている。ITER CSの導体は、外形51.4mm角,内径35.1mmの穴を持つ矩形ジャケットを使用する。ジャケットは、4Kで耐力1000MPa以上,破壊靭性値KIC(J)130MPa$$sqrt{m}$$以上が要求される。ジャケット材料には、原研が開発したJK2LB鋼(0.03C-22Mn-13Cr-9Ni-1Mo-0.2N-B)を使用する。素材の製作として、3ton溶解炉及びElectroslag Remelting(ESR)工程を経て、直径170mmのJK2LB鍛造ビレットを1.6ton製作し、良好な熱間加工特性及び量産が可能であることを確認した。ジャケットは外形及び内径精度が+/-0.2mm、穴の偏芯率10%以下、ジャケット単長は最低5mを達成する必要がある。試作した鍛造ビレットから、熱間押し出し及び冷間引抜によりジャケットを試作し、寸法精度を確認した。その結果、外形及び内径の変動は0.2mm以下、偏芯率は5%以下、ジャケットの単長は7mであることを確認した。以上の結果より、ITER CSジャケットの製作に必要な技術を確立できた。

論文

Rapid normal zone propagation observed in a 13 T-46 kA Nb$$_{3}$$Al cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 松井 邦浩; 久米 悦雄; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 15(2), p.1363 - 1366, 2005/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Engineering, Electrical & Electronic)

原研では、Nb$$_{3}$$Al導体核融合炉への応用を目指して、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルを開発した。本コイルのクエンチ試験は、13Tにて、温度マージン(分流開始温度と運転温度の差)を変化させて行った。また、初期の常伝導転移は、誘導加熱コイルを使用し、常伝導転移後も、数秒以上電流を保持した。温度マージンが0.5Kのとき、加熱後3s後に、常伝導伝播速度が急激に加速される超高速クエンチ伝播を観測した。1次元安定性・クエンチ解析コードを用いた計算も行い、常伝導転移時のジュール発熱により、冷媒供給システムのループ内に閉じ込められている冷媒全体の圧力が上昇し、常伝導部が到達していないところでも、冷媒温度が分流開始温度を超えて常伝導転移が起こることを見いだした。

論文

Experimental investigation on the effect of transverse electromagnetic force on the V-T curve of the CIC conductor

布谷 嘉彦; 礒野 高明; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), p.1468 - 1472, 2004/06

 被引用回数:45 パーセンタイル:84.58(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER CS インサートに用いられているNb$$_{3}$$Sn製のCIC導体で得られた電圧温度曲線(V-T曲線)には、別途行われた導体を構成する超伝導線の測定結果より予想されるV-T曲線に比較し、より緩慢な立ち上がりが認められた。この緩慢な立ち上がりはn値の低下に対応し、n値として超伝導線で約30、CSインサートでは7の測定値が得られている。導体は通電中のフープ力により長手方向に均一の引っ張りひずみを受けるが、n値の低下はこのひずみの影響では説明できない。そこで特に通電中に受ける導体垂直方向からの電磁力による影響を明確にする必要がある。CIC導体内での各超伝導線は撚りピッチで定められる間隔で隣接の超伝導線と点接触で機械的に支持されるため、5mm程度の周期の連続的な変形を受ける。この変形により、超伝導線には長手方向に不均一な曲げひずみの発生が予想される。このような変形の影響を定量的に評価するために、われわれはこの連続変形を超伝導線に模擬する試験装置を考案し、電圧特性を測定した。その結果、CSインサートの通電時の超伝導線1本当たりの電磁力と同程度である520N/mの垂直方向力が負荷されるとn値が約8に低下し、CSインサートと同程度となることを見いだした。これは、超伝導線に作用する垂直方向力がCIC導体のn値の低下を説明できることを示している。

論文

Performance of joints in the CS model coil and application to the full size ITER coils

高橋 良和; 吉田 清; Mitchell, N.*; Bessette, D.*; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; 礒野 高明; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), p.1410 - 1413, 2004/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:49.46(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERトロイダル磁場(TF)及び中心ソレノイド(CS)コイル用導体は、外径約0.8mmのNb$$_{3}$$Sn超電導素線を約1000本撚線したものを金属製コンジットの中に挿入したCIC型である。その定格電流値は、40-68kAである。CSモデル・コイル計画において開発した2種類のジョイント(ラップ型とバット型)は、その目標性能が通電実験により達成された。TFコイルの場合、D型の巻線部から離れた位置にジョイント部を置くことにより、その最高磁場は2.1Tとなり、巻線部の最高磁場11.8Tに比べて、かなり低減できる。CSコイルのジョイント部は、スペ-スが限られているため巻線部の外周に埋め込み、ジョイント部の最高磁場を3.5Tに抑える。これらのジョイントは、導体巻線部の出口に直列に繋げられ、冷却される。ジョイントの電気抵抗による冷媒の温度上昇を、冷凍機への熱負荷の制限により0.15K以下に設計した。ITER実機コイルの運転条件において実験デ-タをもとに性能を評価し、これらのジョイントがITER実機コイルに適用可能であることを明らかにした。

論文

Quench analysis of an ITER 13T-40kA Nb$$_{3}$$Sn coil (CS insert)

稲口 隆*; 長谷川 満*; 小泉 徳潔; 礒野 高明; 濱田 一弥; 杉本 誠; 高橋 良和

Cryogenics, 44(2), p.121 - 130, 2004/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:28.9(Thermodynamics)

導体断面中心に副流路を持つケーブル・イン・コンジット導体のクエンチ解析を行うために、軸対称2次元解析モデルを開発した。CSインサートの圧損,クエンチ時の電圧,温度,常電導伝播の実験結果と本解析を比較し、良い一致を見ることを示した。よって、モデルの妥当性を示すことができた。また、解析の結果から、定常状態でも、副流路と主流路の間で対流が発生することが示され、これにより、導体軸方向の圧損が増加することが判明した。さらに、温度が高い冷媒が副流路を流れる場合は、これによって主流路の冷媒とケーブルが加熱されることも明らかになり、副流路の流れが常電導伝播の速度を加速させることがわかった。

論文

Evaluation of strain applied to strands in a 13T-46kA Nb$$_{3}$$Al cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 中嶋 秀夫; 安藤 俊就*; 奥野 清

Superconductor Science and Technology, 16(9), p.1092 - 1096, 2003/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:44.11(Physics, Applied)

ITER-EDAの一環として、TFコイルの製作にreact-and-wind法を採用できることを実証するために、13T-46kA Nb$$_{3}$$Alインサート(ALI)を開発した。react-and-wind法を採用した場合、導体は0.4%の曲歪を受けるため、ALI導体には、熱処理後に故意に0.4%の曲歪を印加した。したがって、導体は熱歪と曲歪を受ける。ALIの臨界電流値の測定結果から、素線が受ける熱歪,導体の曲げによる歪みは、それぞれ0.4%, 0%と評価できた。熱歪は予想値とよく一致した。他方、導体の曲げによっては、素線軸方向の歪は印加されなかった。また、歪の評価結果を、Nb$$_{3}$$Sn導体のそれとも比較した。Nb$$_{3}$$Sn導体の場合は、予想外の歪が生じたが、Nb$$_{3}$$Al導体ではそのような歪は発生しなかった。これは、Nb$$_{3}$$Al線の剛性が高いことに起因する。本結果は、Nb$$_{3}$$Al導体が大型コイルへの適用性に優れていることを示す。

論文

CSモデル・コイルとCSインサート・コイルのパルス励磁試験結果

小泉 徳潔; 礒野 高明; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 安藤 俊就; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 36(6), p.368 - 372, 2001/06

CSモデルコイル,CSインサートコイルの実験結果のうち、パルス励磁試験の結果について報告する。CSモデルコイルは0.6T/Sのパルス励磁に、CSインサートコイルは1.2T/Sのパルス励磁に成功した。これらは、設計値0.4T/Sを満足するものであり、CS導体の設計が妥当であったことが実証できた。また、CSインサートコイルについては、パルス励磁時のクエンチ電流値の励磁速度依存性を研究した。この結果、交流損失だけでは説明のできないクエンチ電流値の低下現象が観測された。

論文

CSインサート・コイルの交流損失特性

松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 河野 勝己; 高橋 良和; 西井 憲治*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 36(6), p.361 - 367, 2001/06

CSインサート・コイルは超伝導導体の特性を評価するための単層ソレノイド・コイルである。このコイル用の導体には、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線を1152本撚り合わせたケーブル・イン・コンジット導体が使用されている。このような導体ではその構造が複雑なため、導体で発生する交流損失を評価するのが困難である。CSモデル・コイルの試験を通じてCSインサート・コイルの交流損失を熱量法により測定した。また、短尺導体の交流損失を測定し、コイルの試験結果と比較・検討した。

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。

報告書

強制冷凍超電導コイルの流量低下現象とコイル安定運転限界に関する研究

杉本 誠

JAERI-Research 2000-069, 134 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2000-069.pdf:7.46MB

強制冷凍超電導コイルでは、この運転条件により、冷媒である超臨界ヘリウムの供給流量が低下することを本研究において初めて見いだした。この流量低下現象には、コイルのパルス運転(定常流量低下現象)によるものと、コイル内の常伝導転移(非定常流量低下現象)によるものがあり、それぞれの場合で流量低下量を精度良く予測できるようにした。これにより、コイルのパルス運転では、必要な最小流量を算出できる手法を確立した。また、常伝導転移による流量低下から、内部で消費されたエネルギーを予測し、精度のよい動作判定方法を開発した。

論文

AC loss performance of the 100kwh SMES model coil

浜島 高太郎*; 花井 哲*; 和智 良裕*; 嶋田 守*; 小野 通隆*; Martovetsky, N.*; Zbasnik, J.*; Moller, J.*; 高橋 良和; 松井 邦浩; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 10(1), p.812 - 815, 2000/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:54.49(Engineering, Electrical & Electronic)

100kwh SMESモデルコイルの交流損失特性を原研の試験装置及び、米国ローレンス・リバモア国立研究所の試験装置を用いて試験し、両結果はほぼ一致した。長時定数の結合損失の存在も確認した。改良導体として、CuNi被覆素線を用いた導体で小コイルを製作し、結合損失を1/6まで減少することができた。また、小コイルでは長時間の時定数は測定されなかった。

論文

Fabrication of ITER central solenoid model coil-outer module

安藤 俊就; 檜山 忠雄; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 杉本 誠; 礒野 高明; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9(2), p.628 - 631, 1999/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.23(Engineering, Electrical & Electronic)

国際協力で進めている国際熱核融合実験炉(ITER)のR&Dにおいて最も重要な位置を占める中心ソレノイド・モデル・コイルの外層モジュールの建設が90%の完成をみるところまで進展した。その製作の内容について紹介する。

論文

Quasi-two-dimensional numerical model for stability simulation of a cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 東 克典*; K.Macfall*; 松井 邦浩; 高橋 良和; 辻 博史

Cryogenics, 39(6), p.495 - 507, 1999/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:24.36(Thermodynamics)

原研が開発した一次元安定性解析コードPOCHIの熱伝達モデルを改良した。新モデルでは、温度境界層内の冷媒温度を数値的に解くことによって、素線冷媒間の熱伝達を評価することとした。これにより、安定性解析の精度を向上することができた。

論文

Flow reduction by AC losses for a forced flow superconducting coil with a cable-in-conduit conductor

杉本 誠; 加藤 崇; 礒野 高明; 吉田 清; 辻 博史

Cryogenics, 39(4), p.323 - 330, 1999/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:24.36(Thermodynamics)

ケーブル・イン・コンジット導体を用いた強制冷凍型超電導コイルの交流損失による流量低下現象について定量的解析手法を示した。この手法による流量低下評価は大型超電導コイルを用いた実験結果と良く一致した。また本手法を用いた評価により、ITER実機の超電導コイルや商用の超電導電力貯蔵用コイルのパルス運転に対する安定な動作条件について、大型・大容量の低温ポンプが必要不可欠であることを示した。

論文

SMESモデルコイル; パルス通電特性

浜島 高太郎*; 嶋田 守*; 小野 通隆*; 瀧上 浩幸*; 花井 哲*; 和智 良裕*; 高橋 良和; 松井 邦浩; 伊藤 智庸*; 礒野 高明; et al.

低温工学, 33(7), p.492 - 499, 1998/00

SMESモデルコイルのパルス性能試験として、100kWh SMESで予想される磁界変化率でモデルコイルの定格以上まで通電し、その性能を実証した。また、パルス運転による交流損失を測定し、短尺導体の試験結果との比較を行った。その結果、予想できない長い時定数を持つ損失があることが判明した。

論文

Ramp-rate limitation due to current imbalance in a large cable-in-conduit conductor consisting of chrome-plated strands

小泉 徳潔; 高橋 良和; 西 正孝; 礒野 高明; 辻 博史; 小野 通隆*; 浜嶋 孝*; 藤岡 勉*

Cryogenics, 37(8), p.441 - 452, 1997/00

 被引用回数:28 パーセンタイル:78.04(Thermodynamics)

クロムメッキ素線からなる導体内の電流分布を解析した。ジョイントおよび素線の電気的接触を介して循環電流が発生することがわかった。これらの循環電流は、励磁速度が速くなると大きくなる。一方、励磁中に常電導転移した素線にも、引き続き循環電流が流れることが示された。これらの結果は、Ramp-rate limitationをよく説明するものである。また、実験結果から、電流分布の不均一がある場合は、安定性が劣化することが分かった。ただし、電流分布不均一よりクエンチに至るためには、導体内の冷媒流に層流域が発生する必要がある。このような層流域はパルス励磁時のACロスによって発生する。

報告書

Pressure drop characteristic in a cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 高橋 良和; 杉本 誠; 濱田 一弥; 加藤 崇; 辻 博史; 島本 進

JAERI-Research 95-062, 10 Pages, 1995/09

JAERI-Research-95-062.pdf:0.72MB

核融合炉用超電導用コイルでは、大電流、高磁場および高い絶縁性能等が要求される。ケーブル・イン・コンジット導体はこれらの要求を満足する導体として有力視されている。ケーブル・イン・コンジット導体では冷媒を強制的に導体内を流すことによって導体を冷却する。そこで、導体の圧損特性が重要な設計要因となる。本報告書では、80m長のケーブル・イン・コンジット導体の圧損特性の測定結果について報告する。圧損は、低レイノルズ数領域では、ハーゲン・ポアズイユの式に一致し、高レイノルズ数では、圧損係数がレイノルズ数の0.157乗に比例することがわかった。また、この場合の比例定数は0.257であった。

報告書

チタンコンジットを用いた(Nb,Ti)$$_{3}$$Snケーブル・イン・コンジット超電導導体の開発

和田山 芳英*; 安藤 俊就; 中嶋 秀夫; 西 正孝; 樋上 久彰*; 保川 幸雄*; 辻 博史

JAERI-M 93-065, 13 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-065.pdf:0.75MB

ケーブル・イン・コンジット型導体の臨界電流特性の低下を抑制するために(Nb,Ti)$$_{3}$$Sn超電導フィラメントと熱収縮率が同等である純チタンを適用することを試みた。実験ではチタンコンジットの有効性を確認するために提案したチタン及び従来材のステンレス鋼の2種類のコンジットに対してコンジット内空隙率(ボイド率)を種々変化させたケーブル・イン・コンジット導体を作成し、臨界電流特性を測定比較した。実験結果よりステンレス鋼コンジット導体においては約2~4割の臨界電流の低下が認められたが、チタンコンジット導体では低下が認められず素線本来の特性が保持されておりチタンコンジットをケーブル・イン・コンジット導体へ適用することの有効性が確認された。

報告書

ヘリウム・ガス蒸発法による誘導加熱量測定装置の製作及び測定法の確立

塚本 英雄*; 和田山 芳英*; 小泉 徳潔; 礒野 高明; 高橋 良和; 西 正孝

JAERI-M 93-001, 25 Pages, 1993/02

JAERI-M-93-001.pdf:0.64MB

超電導マグネットの安定性試験において超電導導体を高速加熱する方法として誘導加熱法が適用される。この方法で導体に実際に投入される熱量を定量的に測定できる装置を製作し、測定法の確立を試みた。測定法はヘリウム・ガス蒸発法で、その原理は誘導加熱に伴う液体ヘリウムの蒸発容積を測定し、蒸発熱から総投入熱量を算出するものである。装置の検証として、抵抗ヒータ加熱による蒸発容積測定の結果計算値と良く一致し、その有効性が確認された。また測定法の確立のために、ケーブル・イン・コンジット型導体の誘導加熱量を測定した結果、素線及びコンジットへの誘導加熱量、誘導ヒータの自己発熱量の各々が定量的に評価でき、安定性試験における入熱量の較正に本法が適用であることを実証した。

報告書

Experimental investigation of cooling perimeter and disturbance length effect on stability of Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit conductors

J.R.Armstrong*

JAERI-M 92-013, 70 Pages, 1992/02

JAERI-M-92-013.pdf:2.13MB

Nb$$_{3}$$Snケーブル・イン・コンジット導体の安定性に関し、その冷却周囲長依存性および擾乱入熱長依存性について実験的に研究した。安定性は冷却周囲長が長いほど高く、また、その値は計算結果と良く一致した。擾乱入熱長は長いほど低い安定性が観測された。さらに、測定した常電導伝播速度および制限電流値に関しても推算値と良く一致する結果が得られた。

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