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論文

Control and instrumentation for the ITER magnet system

吉田 清; 高橋 良和; 飯田 浩正

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.775 - 778, 2006/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.43(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER超伝導コイルシステムは、18個のTFコイル,6個のPFコイル,6個のCSモジュール,18個の補正コイルから構成される。これらのコイルを安全に最適に運転するには、コイルを広範囲に計測し、制御する装置が必要である。各コイルの電流と冷媒は、電源システムとヘリウム冷凍機から供給され、中央制御装置から制御される。冷凍負荷を平準化するために、コイル内の冷媒のシミュレーションを行って、各冷却ループの流量配分を制御しなければならない。また、超伝導コイルのクエンチを検出して、コイル保護を連動させる装置が独立して必要である。また、各コイルの電気絶縁を監視して、運転に警告を行う必要がある。一方、コイルやフィーダーで使用される計測センサー及び電気絶縁継手,各種共通部品は、統一仕様で一括準備することになっている。本稿ではこの計測制御システムの要求性能と機器仕様を報告する。

論文

Simulation of quench tests of the central solenoid insert coil in the ITER central solenoid model coil

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

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.783 - 786, 2006/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:54.82(Engineering, Electrical & Electronic)

クエンチ時の導体の振舞いを明らかにするため、CSインサートのクエンチ実験を直流及びパルス・モードの条件で行った。その導体は実機CSとほぼ同じ形状とパラメータを有している。導体の長さは約140mである。直流モードにおいて、導体の中央部の磁場の高いところに取付けられた誘導ヒータにより人為的にクエンチを起こした。また、パルス・モードにおいて、CSインサートは0.4-2T/sの掃引速度でクエンチした。これらのクエンチ実験における導体内の電気的及び熱流体的振舞いのシミュレーションを行った結果、実験結果とよく一致した。ITERにおける実機CSのクエンチ検出は、ピックアップ・コイルを用いた電圧法で行う予定である。実験で得られた結果と比較して、その感度やクエンチ時の導体の最高温度について検討した結果、ITER-CSのクエンチ検出システムは十分な検出感度を有することが示された。

論文

Analysis of the direction of plasma vertical movement during major disruptions in ITER

Lukash, V.*; 杉原 正芳; Gribov, Y.*; 藤枝 浩文*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 47(12), p.2077 - 2086, 2005/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:82.88(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERのディスラプション時における垂直移動の方向を、幅広い条件のもとでDINAコードにより調べた。(1)電流減衰率,(2)熱クエンチに伴う内部インダクタンスの変化量,(3)初期の垂直位置の三つの要因が、移動方向を決定する主要因であることを示し、移動方向を規定するパラメータ領域を明らかにした。これにより装置中心から55cm上方に設定された現在の標準配位においては、電流減衰率が200kA/msより大きく、内部インダクタンスの変化量が0.2より小さい場合には上方に移動することがわかった。

論文

Results from studies on high burn-up fuel behavior under LOCA conditions

永瀬 文久; 更田 豊志

NUREG/CP-0192, p.197 - 230, 2005/10

LOCAに関する日本の安全基準は、事故条件を模擬した試験により決められた急冷時燃料棒破断限界に基づいている。このため、原研はLOCA条件を模擬した総合的な急冷実験を行い、高燃焼度燃料の破断限界を評価している。水素を添加した未照射被覆管やPWRにおいて39あるいは44GWd/tまで照射した高燃焼度燃料被覆管を用いた試験をこれまでに行った。破断限界は基本的に酸化量に依存し、初期水素濃度と急冷時の軸方向拘束力に伴い低下することが明らかになった。また、試験対象とした高燃焼度燃料被覆管の破断限界は、同等の水素濃度を有する未照射被覆管の破断限界とほぼ同等であることも明らかになった。

論文

Embrittlement and fracture behavior of pre-hydrided cladding under LOCA conditions

永瀬 文久; 更田 豊志

Proceedings of 2005 Water Reactor Fuel Performance Meeting (CD-ROM), p.668 - 677, 2005/10

原研では高燃焼度燃料のLOCA時挙動を調べる体系的な研究計画を進めている。同計画の一環として再冠水時に燃料棒が急冷される際の破断限界を明らかにするため、燃焼度39$$sim$$44GWd/tの照射済PWR燃料から採取したジルカロイ-4被覆管を対象に急冷時耐破断特性試験を実施した。破断限界は被覆管が吸収している初期水素量の増加によって低下するものの、照射済燃料被覆管と水素を吸収させた未照射被覆管との間で明らかな違いは見られなかった。また、あらかじめ酸化・水素吸収させ、急冷を経た被覆管に対するリング引張及び圧縮試験を通じて急冷による延性の低下について調べ、欧米で規制に用いられている延性ゼロ基準は、急冷時破断特性試験に比べてより保守的な結果を与えることなどを示した。

報告書

冷却材喪失事故時の被覆管延性低下に及ぼす冷却時温度履歴の影響

宇田川 豊; 永瀬 文久; 更田 豊志

JAERI-Research 2005-020, 40 Pages, 2005/09

JAERI-Research-2005-020.pdf:4.63MB

急冷開始温度及び急冷前の冷却速度がLOCA時の被覆管延性低下に及ぼす影響を調べることを目的とし、未照射PWR用17$$times$$17型ジルカロイ-4被覆管から切り出した試料を水蒸気中、1373及び1473Kで酸化し、ゆっくりと冷却(徐冷)してから急冷した。試験条件のうち、徐冷の速度を2$$sim$$7K/s、急冷開始温度を1073$$sim$$1373Kの範囲で変化させて複数の試験を行い、冷却条件の異なる試料を得た。酸化,急冷した試料に対しリング圧縮試験,ミクロ組織観察,ビッカース硬さ試験を実施した。急冷開始温度低下に伴い、金属層中に析出する$$alpha$$相の面積割合が大幅に増加し、被覆管の延性が明確に低下した。徐冷速度の減少に伴い、析出した$$alpha$$相の単位大きさ及び硬さの増大が生じたが、面積割合及び被覆管の延性はほとんど変化しなかった。析出$$alpha$$相は周りの金属層より硬く、また酸素濃度が高いことから、その延性は非常に低いと考えられる。したがって、析出$$alpha$$相の面積割合増大が、急冷開始温度低下に伴う延性低下促進の近因である。

論文

Quench detection using pick-up coils for the ITER Central Solenoid

高橋 良和; 吉田 清; Mitchell, N.*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 15(2), p.1395 - 1398, 2005/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.4(Engineering, Electrical & Electronic)

超伝導コイルのクエンチ検出はコイルを保護するために重要かつ不可欠である。ITER中心ソレノイド(CS)においては電圧タップ法と冷媒の流量計法が検討されている。電圧タップ法は応答速度が速いので、クエンチ検出の主たる方法と考えられている。ITER-CSは6個のそれぞれ独立の電流パターンで運転されるパンケーキ巻きモジュールで構成される。パルス運転中の常伝導転移による抵抗性の電圧(常伝導電圧)を検出するため、巻き線部の誘導電圧を打ち消す必要がある。まず打ち消すためのピックアップコイルの形状の最適化を行った。その結果、打ち消された電圧は誘導電圧に比べて非常に小さく(70mV)、十分なクエンチ検出感度が得られた。次に、運転中のCS巻き線部のホットスポット温度(導体の最高温度)を打ち消し電圧の解析とCSモデルコイル(CSMC)のクエンチ実験結果より算出した。得られたホットスポット温度は約144Kで、ITERの設計基準(150K以下)を満足した。これより、コイルはクエンチしても、保護回路により壊れないと考えられる。これらの検討により、十分な検出感度を有するピップアップコイルを用いたITER-CSのクエンチ検出システムを設計することができた。

論文

Behavior of pre-hydrided Zircaloy-4 cladding under simulated LOCA conditions

永瀬 文久; 更田 豊志

Journal of Nuclear Science and Technology, 42(2), p.209 - 218, 2005/02

 被引用回数:25 パーセンタイル:12.34(Nuclear Science & Technology)

冷却材喪失事故(LOCA)時の高燃焼度燃料棒挙動に関し、未照射ジルカロイ-4被覆管を用い、LOCA模擬試験を行った。水素濃度約100$$sim$$1400ppmを有する被覆管を、水蒸気中にて1220$$sim$$1500Kの温度範囲で等温酸化した後、冠水により急冷した。急冷時に生じる燃料棒の収縮を拘束したが、生じる荷重の最大値を4段階に調節した。主として肉厚に占める酸化割合に依存して、被覆管は急冷時に周方向亀裂を伴って破断した。酸化割合に関する破断/非破断のしきい値は、初期水素濃度と拘束荷重の増大とともに低下した。結局、拘束荷重が535N以下であれば、水素濃度にかかわらず、破断しきい値は酸化割合20%を超え、日本におけるECCS性能評価指針の基準値を上回ることが明らかになった。

論文

Luminescence study of lanthanide(III) ions in non-aqueous solutions containing azide ions

Lis, S.*; 木村 貴海; 吉田 善行; But, S.*

Journal of Alloys and Compounds, 380(1-2), p.173 - 176, 2004/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:58.2(Chemistry, Physical)

時間分解レーザー誘起蛍光分光法と蛍光光度法を用いて、アジ化物イオン(N$$_{3}$$$$^{-}$$)を含む非水溶媒中のランタノイド(III)イオン、Ln$$^{3+}$$(Ln=Eu, Gd, Tb)の発光寿命と発光強度を測定し、Ln$$^{3+}$$に対するN$$_{3}$$$$^{-}$$の消光効果を検討した。N$$_{3}$$$$^{-}$$共存下でのEu$$^{3+}$$の発光特性をジメチルホルムアミド,ジメチルスルホキシド,メチルホルムアミド,ホルムアミド、及びメタノール中で測定した。Ln$$^{3+}$$の発光強度または発光減衰定数と溶液中のN$$_{3}$$$$^{-}$$濃度の関係から、Ln$$^{3+}$$の発光準位と基底状態間のエネルギー差の順序はGd$$>$$Tb$$>$$Euであるが、N$$_{3}$$$$^{-}$$の消光効果はGd$$>$$Eu$$>$$Tbの順であることを明らかにした。Eu$$^{3+}$$にみられる消光パターンの不規則性は、エネルギー移動による消光に加え、Eu$$^{2+}$$への還元が起きているためである。種々の溶媒中で測定したEu$$^{3+}$$の消光速度定数は溶媒のアクセプター数が大きいときほど小さくなることを見いだした。

論文

Edge safety factor at the onset of plasma disruption during VDEs in JT-60U

杉原 正芳; Lukash, V.*; Khayrutdinov, R.*; 閨谷 譲

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(10), p.1581 - 1589, 2004/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:59(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、垂直位置移動中に熱クエンチが発生する時の境界安全係数q値を、FBI/FBEQU及びDINAコードで平衡配位を再構築することにより求めた。両者の結果は極めて類似しており、q値が1.5-2の範囲で熱クエンチが発生する結果が得られた。これにより、垂直位置移動シミュレーションにおいては、この範囲で熱クエンチが起こると仮定し、その後のプラズマの移動やハロー電流を求めることが妥当であることが示された。

論文

Results from simulated LOCA experiments with high burnup PWR fuel claddings

永瀬 文久; 更田 豊志

Proceedings of 2004 International Meeting on LWR Fuel Performance, p.500 - 506, 2004/09

原研は、さらなる燃焼度延伸がLOCA時の燃料挙動に及ぼす影響を評価するために必要なデータを取得することを目的に、系統的な研究計画を進めている。その計画の一環として、LOCA時に起こる全過程を模擬した総合的な試験を、PWRにおいて39$$sim$$44GWd/tまで照射したジルカロイ-4被覆管に対して実施した。30%ECRまで酸化した被覆管は、急冷時に破断した。この破断は、同等の水素濃度を有する未照射被覆管の破断クライテリア(約25%ECR)に合致する。約16及び18%ECRまで酸化した2本の被覆管は急冷時に破断しなかったことから、調べた燃焼度範囲では、照射によって著しく破断限界が低下することはないと考えられる。本報告では、酸化速度や破裂挙動も含め、試験の結果を報告する。

論文

Effect of pre-hydriding on thermal shock resistance of Zircaloy-4 cladding under simulated loss-of-coolant accident conditions

永瀬 文久; 更田 豊志

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(7), p.723 - 730, 2004/07

 被引用回数:26 パーセンタイル:12.63(Nuclear Science & Technology)

冷却材喪失事故(LOCA)条件を模擬した実験を行い、酸化したジルカロイ-4被覆管の耐熱衝撃性に及ぼす水素吸収の影響を評価した。試験には人工的に水素を添加した被覆管(400$$sim$$600ppm)と水素を添加しない被覆管を用いた。急冷時の被覆管破断は主として酸化量に依存することから、破断しきい値を「等価被覆酸化量(ECR)」に関して評価した。被覆管を軸方向に拘束しない条件では、破断しきい値は56%ECRであり、水素添加の影響は見られなかった。急冷時に被覆管を拘束することにより破断しきい値は低下し、水素を添加した被覆管でより顕著であった。完全拘束条件下での破断しきい値は、水素を添加しない被覆管で20%ECR、添加した被覆管で10%ECRであった。本試験の結果は、LOCA条件下で高燃焼度燃料棒の破断しきい値が低下する可能性を示している。

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:68.93(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

Wave form of current quench during disruptions in Tokamaks

杉原 正芳; Lukash, V.*; 河野 康則; 芳野 隆治; Gribov, Y.*; Khayrutdinov, R.*; 三木 信晴*; 大森 順次*; 嶋田 道也

プラズマ・核融合学会誌, 79(7), p.706 - 712, 2003/07

トカマクのプラズマディスラプション時の電流減衰波形に関して、JT-60の実験解析を行い、ITER設計の物理ガイドラインを導出した。速い電流減衰は指数関数的波形でよく表され、遅い電流減衰は直線的波形でよく表される。

論文

ITER TFインサート・コイルのクエンチ特性と交流損失

礒野 高明; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 杉本 誠; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; Rodin, I.*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 37(10), p.539 - 544, 2002/10

トロイダル磁場(TF)インサート・コイルは、TF導体の特性を評価するためにロシアで開発され、中心ソレノイド(CS)モデルコイルの中に組込み、13T磁場下で試験した。本報告では主にクエンチ特性と交流損失について報告する。TF導体とCS導体と主な違いは、ジャケットの形状とマンドレルの有無であり、これが、クエンチ特性,交流損失に影響する。クエンチ試験は、46kA,12T,6.5Kで行い、常伝導転移後9秒まで電流を保持してクエンチ特性を測定した。常伝導転移長さは16mで、最大伝播速度は2m/sであった。最大温度は推定誤差が大きいが、160K程度と推定される。ヒステリシス損失は、熱量法で測定でき、素線の特性と良く一致した。しかし結合損失については、マンドレルの発熱が結合損失より10倍大きく、測定が難しい。TF導体のクエンチ特性などITERの設計反映できる情報が取得できた。

論文

Axisymmetric disruption dynamics including current profile changes in the ASDEX-Upgrade tokamak

中村 幸治; Pautasso, G.*; Gruber, O.*; Jardin, S. C.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(8), p.1471 - 1481, 2002/08

 被引用回数:10 パーセンタイル:61.91(Physics, Fluids & Plasmas)

軸対称MHDシミュレーションによって、ディスラプションの際発生する垂直移動現象(VDE)を支配している新しい機構を明らかにした。単一ダイバータ・プラズマで急激なプラズマ電流分布の平坦化が起きると、プラズマはダイバータ側に向かって大きく引き寄せられ、その際のダイバータ配位に応じて上下偏ったVDEが発生しやすくなる。リミター配位のプラズマは本来ダイバータを持たないため、この引き寄せ効果が存在せず、VDEは常に上下方向等しい確率で発生する。この新しい効果は、 ASDEX-Upgradeの実験でも確認することができ、これとこれまでの研究で明らかにしてきた「中立平衡点」による効果によって、ディスラプション挙動の全体像を初めて明らかにした。

論文

Study of high burnup fuel behavior under LOCA conditions at JAERI; Hydrogen effects on the failure-bearing capability of cladding tubes

永瀬 文久; 上塚 寛

NUREG/CP-0176, p.335 - 342, 2002/05

高燃焼度燃料のLOCA時挙動を評価するための基礎データを得ることを目的とした試験計画の一環として、被覆管中の水素濃度の増大が急冷時の耐破損特性に及ぼす影響を分離効果的に調べた。試験の結果、水素濃度と急冷時の軸方向拘束力に依存した被覆管の破断しきい値(酸化量)の変化を明らかにすることができた。拘束力が比較的大きな場合は、破断しきい値は水素添加により明確に低下した。拘束力の減少とともに破断しきい値は低下し、調べた水素濃度範囲(1200ppm以下)において、拘束力が540N以下であれば破断しきい値は20% ECR(等価酸化量)を超えた。

論文

JT-60U、Alcator C-Mod及びASDEX-Upgradeトカマクにおける中立平衡点の評価

中村 幸治; 芳野 隆治; Granetz, R. S.*; Pautasso, G.*; Gruber, O.*; Jardin, S. C.*

プラズマ・核融合学会誌, 78(4), p.347 - 355, 2002/04

トカマク・ディスラプションの際発生する垂直移動現象(VDE)を回避するうえで有利な「中立平衡点」を、国際共同研究によって、JT-60U,Alcator C-Mod及びASDEX-Upgrade トカマクで調べた。米国のAlcator C-Modトカマクでは、キラー粒子を入射することで強制的にディスラプションを発生させ、VDEの様子を調べた。その結果、計算機シミュレーションの結果通り、赤道面から数cm上に「中立平衡点」が存在することを確認した。一方、ドイツASDEX-Upgradeトカマクのディスラプション・データベースを解析し、トカマク装置によってVDEに個性があり明確な「中立平衡点」が存在しないことがわかった。その原因を計算機シミュレーションで調べた結果、ディスラプションの最中生じているプラズマ電流分布の変化が垂直移動現象に強く影響していることを明らかにした。

論文

Phenomenon identification and ranking tables (PIRTs) for loss-of-coolant accidents in pressurized and boiling water reactors containing high burnup fuel

Boyack, B. E.*; Motta, A. T.*; Peddicord, K. L.*; Alexander, C. A.*; Andersen, J. G. M.*; Blaisdell, J. A.*; Dunn, B. M.*; Ebeling-Koning, D.*; 更田 豊志; Hache, G.*; et al.

NUREG/CR-6744, 455 Pages, 2001/12

米国原子力規制委員会(NRC)では、安全上重要と考えられる事象について、随時、PIRT(Phenomenon Identification and Ranking Table: 現象の抽出と重要度分類)と呼ばれる活動を行っている。その目的は、対象とする事象における個別の現象をリストアップし、重要度分類表(PIRT)を作成することにあり、(1)問題の定義,(2)目的設定,(3)対象とするプラントの設定,(4)事象の定義,(5)パラメータの定義,(6)入手可能な全ての実験データ・解析結果の収集,(7)想定シナリオの設定,(8)シナリオの時系列区分,(9)機器・要素別区分,(10)現象の抽出,(11)重要度分類(PIRTの作成),(12)感度解析,(13)報告書作成,の各段階で進められる。最大の特徴は、重要度分類などの判断を下す際に、構成員による多数決方式を採るところにある。本報告書は、冷却材喪失事故時における高燃焼度燃料の挙動に関するPIRT活動の結果をまとめたものである。

論文

First test results for the ITER central solenoid model coil

加藤 崇; 辻 博史; 安藤 俊就; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 河野 勝己; 押切 雅幸*; et al.

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.59 - 70, 2001/10

 被引用回数:13 パーセンタイル:28

ITER中心ソレノイド・モデル・コイルは、1992年より設計・製作を開始し、1999年に完成した。2000年2月末に原研に建設されたコイル試験装置への据え付けが終了し、3月より第1回のコイル実験が開始され、8月末に終了した。本実験により、コイルの定格性能である磁場13Tを達成したとともに、コイルに課せられた設計性能が十分に満足されていることを実証することができた。本論文は、上記実験結果につき、直流通電、急速励磁通電、1万回サイクル試験結果としてまとめる。また、性能評価として、分流開始温度特性、安定性特性、クエンチ特性についても言及する。

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