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論文

Evaluation of thermal strain induced in components of Nb$$_{3}$$Sn strand during cooling

諏訪 友音*; 辺見 努*; 齊藤 徹*; 高橋 良和*; 小泉 徳潔*; Luzin, V.*; 鈴木 裕士; Harjo, S.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28(3), p.6001104_1 - 6001104_4, 2018/04

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

Nb$$_{3}$$Sn strands, whose properties are very sensitive to stress/strain, are utilized for ITER cable-in-conduit conductor (CICC) of the central solenoids. The Nb$$_{3}$$Sn strands experience temperature range of $$sim$$1000 K from the temperature of the heat treatment with the initiation of the Nb$$_{3}$$Sn reaction to the operation temperature of $$sim$$4 K. Due to this large temperature range, large thermal strain is induced in the Nb$$_{3}$$Sn filaments due to the differences between the coefficients of thermal expansion and Young's moduli of the components of the strand. Therefore, it is considered that initial performance of the CICC is influenced by the thermal strain on the Nb$$_{3}$$Sn, and it is important to evaluate the strain state of the Nb$$_{3}$$Sn strand at low temperature. In this study, the thermal strain of the components of free Nb$$_{3}$$Sn strand was measured by neutron diffraction and stress/strain state was assessed from room temperature to low temperature. As the results of diffraction measurements, it was found that 0.111 % and 0.209 % compressive strain were generated in Nb$$_{3}$$Sn filaments at 300 and 10 K, respectively.

論文

Thermal strain in superconducting Nb$$_{3}$$Sn strand at cryogenic temperature

Harjo, S.; 川崎 卓郎; 辺見 努; 伊藤 崇芳*; 中本 建志*; 相澤 一也

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031001_1 - 031001_5, 2015/09

Measurements of thermal strains in the superconducting constituent (Nb$$_{3}$$Sn phase) in Nb$$_{3}$$Sn strand were performed using BL19 Takumi of MLF, J-PARC. Lattice parameters of Nb$$_{3}$$Sn phase change continuously with increasing temperature. To avoid the thermal expansion effect, lattice parameters of the filaments (extracted from the strand) measured at the same temperatures were used to estimate the thermal strains in Nb$$_{3}$$Sn phase. As results, thermal strains for axial direction below 50 K are kept roughly constant at large compressive values, while the values are much lower (the difference is $$sim$$0.13%) than that measured at room temperature.

論文

Overview of national centralized tokamak program; Mission, design and strategy to contribute ITER and DEMO

二宮 博正; 秋場 真人; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井上 信幸; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S428 - S432, 2006/12

現在検討が進められているJT-60のコイルを超伝導コイルに置き換える計画(トカマク国内重点化装置計画)の概要について述べる。本計画はITER及び原型炉への貢献を目指しているが、その位置づけ,目的,物理設計及び装置設計の概要,今後の計画等について示す。物理設計については、特に高い規格化ベータ値を実現するためのアスペクト比,形状因子及び臨界条件クラスのプラズマや完全非誘導電流駆動のパラメータ領域等について、装置については物理設計と整合した設計の概要について示す。

論文

Momentum dependence of Mott gap excitations in optimally doped YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$ studied by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 葛下 かおり; 稲見 俊哉; 大和田 謙二; 前川 禎通*; 増井 孝彦*; 田島 節子*; et al.

AIP Conference Proceedings 850, p.445 - 446, 2006/09

共鳴非弾性X線散乱により最適ドープにある高温超伝導体YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$($$T_{c}$$=93K)の研究を行った。非双晶の結晶を用いることでab面内における異方的なスペクトルを観測することができた。一次元CuO鎖からの励起は$$b^{*}$$方向のゾーン端で2eVあたりに強度が増大するのに対し、1.5-4eVにあるCuO$$_2$$面からの励起は運動量にほとんど依存しない。一次元及び二次元ハバードモデルに基づく理論計算では、異なったクーロンエネルギーを取り入れることで、観測したスペクトルを再現することができる。CuO鎖のモットギャップの大きさはCuO$$_2$$面に比べて小さいことが明らかになった。

論文

Doping Momentum dependence of charge dynamics in Nd$$_{2-x}$$Ce$$_{x}$$CuO$$_4$$ (x=0, 0.075, and 0.15) studied by Resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 前川 禎通*; Hoesch, M.; 葛下 かおり; 稲見 俊哉; 坪田 雅己; 山田 和芳*; et al.

AIP Conference Proceedings 850, p.403 - 404, 2006/09

共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による電子ドープ型高温超伝導体Nd$$_{1.85}$$Ce$$_{0.15}$$CuO$$_4$$の電荷励起の研究について報告する。低エネルギーにある電荷励起を観測できるように実験条件を適切にあわせることで、フェルミエネルギーを越えるバンド内励起とバンド間励起を初めて分離することができた。バンド内励起では幅に運動量($${mathbf q}$$)依存があるような分散関係が現れるのに対し、バンド間励起では強度がゾーン中央で2eV付近に集中する。これらの実験結果は、ハバードモデルに基づくRIXSスペクトルの理論的な計算と一致している。

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

よくわかる核融合炉のしくみ,9; プラズマ閉じ込めの磁場を作る超伝導コイル

小泉 徳潔; 西村 新*

日本原子力学会誌, 47(10), p.703 - 708, 2005/10

核融合炉で使われる超伝導コイルについて、超伝導コイルの必要性,超伝導材料の種類と特性,導体・コイルの構造について解説した。

論文

Novel pressure phase diagram of heavy fermion superconductor CePt$$_{3}$$Si investigated by ac calorimetry

立岩 尚之; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 池田 修悟; 安田 敬*; 竹内 徹也*; 摂待 力生*; 大貫 惇睦

Journal of the Physical Society of Japan, 74(7), p.1903 - 1906, 2005/07

 被引用回数:66 パーセンタイル:89.13(Physics, Multidisciplinary)

結晶反転対称性のない重い電子系超伝導物質CePt$$_3$$Siの反強磁性・超伝導転移温度の圧力依存性を交流比熱測定によって調べた。常圧で2.2Kである反強磁性転移温度(ネール温度$$T_{rm N}$$)は加圧とともに減少し消滅する。反強磁性臨界圧力$$P_{rm AF}$$は0.6GPaと決定された。一方、超伝導相は常圧から1.5GPaの幅広い圧力領域で存在する。CePt$$_3$$Siの圧力相図は大変独創的で、これまでの重い電子系超伝導物質の圧力相図と大きな違いがある。

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

Theory of transport properties in the $$p$$-wave superconducting state of Sr$$_2$$RuO$$_4$$; A Microscopic determination of the gap structure

野村 拓司

Journal of the Physical Society of Japan, 74(6), p.1818 - 1829, 2005/06

 被引用回数:24 パーセンタイル:73.44(Physics, Multidisciplinary)

Sr$$_2$$RuO$$_4$$$$p$$波超伝導状態における輸送的性質の定量的な解析を行った。具体的には、平均場近似の範囲で、超音波減衰係数と熱伝導度を計算した。現実的な多バンドの電子構造を持つ模型に対して微視的な計算に基づき超伝導ギャップを求め、輸送量を計算し実験と比較した。結果として、実験結果を定量的に再現することに成功した。

論文

Momentum dependence of charge excitations in the electron-doped superconductor Nd$$_{1.85}$$Ce$$_{0.15}$$CuO$$_4$$; A Resonant inelastic X-ray scattering study

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 前川 禎通*; Hoesch, M.; 葛下 かおり; 坪田 雅己; 稲見 俊哉; 水木 純一郎; et al.

Physical Review Letters, 94(20), p.207003_1 - 207003_4, 2005/05

 被引用回数:69 パーセンタイル:89.31(Physics, Multidisciplinary)

共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による電子ドープ型高温超伝導体Nd$$_{1.85}$$Ce$$_{0.15}$$CuO$$_4$$の電荷励起の研究について報告する。低エネルギーにある電荷励起を観測できるように実験条件を適切にあわせることで、フェルミエネルギーを越えるバンド内励起とバンド間励起を初めて分離することができた。バンド内励起では幅に運動量($${mathbf q}$$)依存があるような分散関係が現れるのに対し、バンド間励起では強度がゾーン中央で2eV付近に集中する。これらの実験結果は、ハバードモデルに基づくRIXSスペクトルの理論的な計算と一致している。

論文

Mott gap excitations in twin-free YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$ ($$T_{c}$$ = 93 K) studied by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 葛下 かおり; 稲見 俊哉; 大和田 謙二; 前川 禎通*; 増井 孝彦*; 田島 節子*; et al.

Physical Review Letters, 94(18), p.187002_1 - 187002_4, 2005/05

 被引用回数:38 パーセンタイル:81.25(Physics, Multidisciplinary)

共鳴非弾性X線散乱により最適ドープにある高温超伝導体YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$($$T_{c}$$=93K)の研究を行った。非双晶の結晶を用いることでab面内における異方的なスペクトルを観測することができた。一次元CuO鎖からの励起は$$b^{*}$$方向のゾーン端で2eVあたりに強度が増大するのに対し、1.5-4eVにあるCuO$$_2$$面からの励起は運動量にほとんど依存しない。一次元及び二次元ハバードモデルに基づく理論計算では、異なったクーロンエネルギーを取り入れることで、観測したスペクトルを再現することができる。CuO鎖のモットギャップの大きさはCuO$$_2$$面に比べて小さいことが明らかになった。

論文

Phonon anomaly on Na$$_x$$HfNCl superconductors with ${it T}$$$_c$$=22 K

社本 真一; 平井 淳郎*; 山中 昭司*; 阿曽 尚文*; 梶谷 剛*

Journal of Neutron Research, 12(4), p.295 - 300, 2004/12

T$$_c$$=22Kのx=0.27と0.38のNa$$_x$$HfNCl超伝導体について、中性子粉末非弾性散乱実験を行った。その結果、例えば前者の試料では、E=15, 29, 76と81meVで、温度に依存したフォノン異常が見つかった。そのなかで、Q=6$AA $^{-1}$$で、E=14.5meVのフォノン異常は両方の試料で再現され、T$$_c$$よりもずっと高い40Kから、その異常が始まることを見つけた。 そのフォノンは、ab-面内のE$$_u$$モードであり、おもに塩素とハフニウム原子が振動している。この振動は、バンド構造を変調するものである。キャリアの不均一性の観点から、フォノン異常を議論した。

論文

Vortex phase diagram in Bi$$_{2}$$Sr$$_{2}$$CaCu$$_{2}$$O$$_{8+delta}$$ with damage tracks created by 30 MeV fullerene irradiation

石川 法人; Van der Beek, C. J.*; Dunlop, A.*; Jaskierowicz, G.*; Li, M.*; Kes, P. H.*; Della-Negra, S.*

Journal of the Physical Society of Japan, 73(10), p.2813 - 2821, 2004/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.16(Physics, Multidisciplinary)

30MeV C$$_{60}$$フラーレンビームをBi$$_{2}$$Sr$$_{2}$$CaCu$$_{2}$$O$$_{8+delta}$$単結晶試料に照射し、試料表面200nmの深さまで20nm直径のトラックを形成した。照射により、臨界電流密度の向上を見いだした。照射された試料は、未照射試料の特徴である磁束液体-固体相転移と単原子イオン照射された試料だけの特徴であるBose Glass転移の両方の特徴を併せ持つ特異な磁束相図を示すことがわかった。

論文

Penetration of vortices into micro-superconductors observed with a scanning SQUID microscope

西尾 太一郎; 岡安 悟; 鈴木 淳市; 門脇 和男

Physica C, 412-414(Part1), p.379 - 384, 2004/10

走査型SQUID顕微鏡(SQM2000, セイコーインスツルメンツ)を使って、われわれは30-50$$mu$$mの大きさを持つ円,三角,四角のような幾何学的な拘束条件のある微小超伝導体における磁束状態を研究した。試料は電子リソグラフィーとFIB技術によって作られた。量子化された磁束は、磁化の連続的な階段状の跳びを伴う磁場の関数として、不連続に微小超伝導体に入る。磁束数の関数として空間的な磁束の配列の量的あるいは質的な解析は最近の理論的な予測と比較されて示された。

論文

国際熱核融合実験炉(ITER)用超電導コイルに使用される超電導材料とその要求性能

奥野 清

超電導Web21(インターネット), (2004年8月), P. 1, 2004/08

ITER超電導コイルはTFコイル,CS,PFコイルの3種類があり、これらのコイルには超電導素線を約1,000本束ねた撚り線を金属管に封入した強制冷凍型導体が使用される。TFコイルとCSは12$$sim$$13Tの磁場で運転されるため超電導材料としてNb$$_{3}$$Snが使用され、PFコイルは6T以下の磁場であるためNbTiが用いられる。ITER工学設計活動では、ITER実機環境の高磁場(13T),大電流(46kA)で運転されるCSモデル・コイルを開発した。本開発では、高電流密度と低ヒステリシス損失を同時に実現する高性能Nb$$_{3}$$Sn素線を開発した。ITER実機におけるNb$$_{3}$$Sn素線の要求性能は、臨界電流密度が700$$sim$$800A/mm$$^{2}$$以上、ヒステリシス損失が1000mJ/cm$$^{3}$$以下で、これらは、モデル・コイルで開発した技術の外挿で十分達成可能である。

論文

Superconducting magnet system in a fusion reactor

奥野 清; Shikov, A.*; 小泉 徳潔

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.141 - 147, 2004/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:64.04(Materials Science, Multidisciplinary)

磁場閉じ込め型核融合炉では、TFコイルが作り出す磁場が高いほど高性能のプラズマが効率的に得られる。このことから、核融合研究は、常に新たな優れた超伝導材料を工業ベースで大型コイルに適用する技術開発の先陣を司ってきた。国際熱核融合実験炉(ITER)では、高性能Nb$$_{3}$$Sn超伝導線材の工業的規模での生産を実証するとともに、実規模大のモデル・コイルを製作し、13Tの高磁場で動作する大型超伝導コイルの製作技術を確立した。また、Nb$$_{3}$$Snより高磁場特性が優れたNb$$_{3}$$Alについても、原研独自の方法で線材の大量生産技術を開発、13Tで動作するコイルを製作し、大型コイルへの適用性を実証した。一方、高温超伝導体については、線材の基礎的な特性評価を進めている。しかしながら、Nb$$_{3}$$Alや高温超伝導体を、核融合炉用としてこれらが本来有する優れた性能を発揮し、高磁場(Nb$$_{3}$$Alで約16T,高温超伝導で20T以上)で使用できるようになるには、大電流化や大型コイル製作のための製造技術,設計手法など、数多くの困難な技術的課題を克服しなければならない。これら核融合炉用超伝導コイル開発における日本とロシアの研究状況について述べる。

論文

Progress in the superconducting magnet technology through the ITER CS model coil programme

奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), p.1376 - 1381, 2004/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:37.68(Engineering, Electrical & Electronic)

核融合用超伝導マグネットは、大型で強磁場を発生し、また大電磁力,中性子線場で運転される。この特長から、ITERでは、新しい設計概念と、それを実現するための製作法を提案した。ITER工学設計活動では、この新しい設計手法,製作手法の有効性を実証するため、日本,米国,EU,ロシアの国際協力の下でCSモデル・コイル計画を遂行した。CSモデル・コイルは定格13T, 46kAを達成するとともに、0.6T/sのパルス運転にも成功し、開発の全ての目標を達成した。このCSモデル・コイル計画では、以下に述べるような多くの分野で、先進的な技術開発がなされた。(1)高性能ニオブ・スズ超伝導線の開発と実用化、(2)超伝導生成熱処理に耐える高強度ジャッケト材料、(3)最大46kAの大電流化技術、(4)10MGyの吸収線量まで許容する絶縁材料、(5)大型マグネットの製作を容易にしたwind-react-and-transfer方によるコイル製作技術、などである。これらCSモデル・コイルで得られた成果は、ITERマグネットの設計や品質保証計画にフィードバックされ、その設計はさらに洗練されたものとなった。また、これらの技術は産業界を通して、核融合以外の他分野でも有効利用される。

論文

核融合炉用60kA高温超伝導電流リードの開発と試験結果

礒野 高明; 濱田 一弥; 河野 勝己; 阿部 加奈子*; 布谷 嘉彦; 杉本 誠; 安藤 俊就*; 奥野 清; 坊野 敬昭*; 富岡 章*; et al.

低温工学, 39(3), p.122 - 129, 2004/03

高温超伝導体(HTS)を核融合用電流リードに応用する開発を行ってきた結果、ITERに必要な60kA級への大電流化と性能試験に成功した。本開発研究では、従来の銅を用いた電流リードの性能と比較して、4Kへの熱侵入量を1/10、冷凍機消費電力を1/3となることを開発目標とした。これらの目標を達成するための課題として、HTSシース材の選択,銅部の最適化,接続部発熱の軽減,HTSとステンレス鋼間の熱接触の改善を行った。開発した電流リードは60kA通電と開発目標を達成した。このHTS電流リードはITERに適用でき、冷凍機電力の低減が期待できる。

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: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。

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