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論文

Analysis of maximum voltage transient of JT-60SA toroidal field coils in case of fast discharge

Novello, L.*; Cara, P.*; Coletti, A.*; Gaio, E.*; Maistrello, A.*; 松川 誠; Philipps, G.*; Tomarchio, V.*; 山内 邦仁

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 26(2), p.4700507_1 - 4700507_7, 2016/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:69.19(Engineering, Electrical & Electronic)

The voltage transient appearing across and inside the toroidal field (TF) coils of JT-60SA in case of fast voltage variation, such as a safety discharge operated by the quench protection circuit (QPC), can be significantly high. In fact, the voltage distribution between coils and inside the winding can be not uniform during fast transient, being influenced by the presence of parasitic capacitances. A simplified electrical model of the TF coils has been developed to investigate this aspect. The obtained model has been used in conjunction with an electrical model of the TF circuit elements, including a simplified model of the QPC. The worst case in terms of transient voltage applied to the winding has been identified, corresponding to a fault to ground occurring just after QPC operation. It has been verified that the resulting voltage is largely inside the coil insulation capability defined by performed insulation voltage tests.

論文

Fatigue assessment of the ITER TF coil case based on JJ1 fatigue tests

濱田 一弥; 中嶋 秀夫; 高野 克敏*; 工藤 祐介; 堤 史明*; 奥野 清; Jong, C.*

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.87 - 91, 2005/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:59.33(Nuclear Science & Technology)

ITER TFコイル・ケースのインボード側(D形状の直線部及び上下コーナー部)材料は、4Kで、0.2%耐力が1000MPa以上,破壊靱性値200MPam$$^{0.5}$$以上が要求される。原研が、鉄鋼メーカーと共同で開発したJJ1は、これらの要求を満足するステンレス鋼であり、インボード材料の候補となっている。TFコイル・ケースには繰り返し荷重が加わるが、これまで、ケース材料の母材及び溶接部の疲労寿命(S-N)特性については、十分なデータがなく、この面からの疲労解析はほとんど行われてこなかった。今回、JJ1について、母材及び溶接部の疲労寿命を、1万から200万サイクルまで、4.5Kで詳細に測定し、S-N曲線を得た。そして、原研が策定に協力しているITER構造技術基準(案)に則り、破断回数に対して20倍、応力強さ振幅に対して2倍の安全率を考慮した設計S-N曲線を導き、TFコイル・ケースの繰り返し荷重に関する疲労評価を実施した。その結果、TFコイルの仕様である6万回の繰り返し荷重に対して、疲労設計が技術基準案を満たすことを示した。

論文

Effective bending strain estimated from $$I$$$$_{c}$$ test results of a D-shaped Nb$$_{3}$$Al CICC coil fabricated with a react-and-wind process for the National Centralized Tokamak

安藤 俊就*; 木津 要; 三浦 友史*; 土屋 勝彦; 松川 誠; 玉井 広史; 石田 真一; 小泉 徳潔; 奥野 清

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.99 - 103, 2005/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.75(Nuclear Science & Technology)

トカマク国内重点化装置のTFコイルはNb$$_{3}$$Al導体を用い、リアクト・アンド・ワインド法で製作することが検討されている。その製作方法の妥当性を実証するために、実機サイズの導体に0.4%の曲げ歪みを加えて巻き線したコイルサンプルを試作し、試験した結果、その臨界電流値は曲げ歪みを加えていない導体サンプルの臨界電流値とほとんど同じであった。このことは、コイル製作時の曲げ歪みによって臨界電流値が約10%低下するとの予想に反し、実機コイルの製作には朗報である。この現象について解析を行った結果、導体のケーブル部を構成するNb$$_{3}$$Al線が曲げ加工中に互いに滑ったことが予想された。その考察,解析について議論する。

論文

A New intelligent coil current control system combined with a synchronous generator and a diode rectifier

島田 勝弘; 大森 栄和; 古川 弘*; 寺門 恒久; 松川 誠; 栗原 研一

Proceedings of International Conference on Electrical Engineering 2004 (ICEE 2004), p.777 - 781, 2004/00

同期発電機とダイオード整流器で構成される電源を用いてトカマク型核融合装置JT-60のトロイダル磁場コイル電流を制御する新しいシステムの開発を行った。このコイル電流制御では、状態フィードバック制御手法を採用し、高精度でほぼ任意のパターンで電流を変化させることを可能とした。さらに、発電機界磁電流,発電機端子電圧及びトロイダル磁場コイル電圧のリミタ機能や、安全のためにリアルタイムでのコイル異常検出機能も設けている。開発された新しいコイル電流制御システムの動作試験及びコイル通電試験を行い、システムの健全性を確認した。本発表では、新しいコイル電流制御システムの設計・製作・試験について報告する。

論文

核融合炉応用を目指したNb$$_{3}$$Al導体の開発と大型超電導コイルへの適用

小泉 徳潔; 奥野 清; 中嶋 秀夫; 安藤 俊就*; 辻 博史

低温工学, 38(8), p.391 - 398, 2003/08

原研は、1980年代にNb$$_{3}$$Al導体の開発を開始し、1990年代終りには約1トンのNb$$_{3}$$Al線を製造し、150m長の大電流Nb$$_{3}$$Al導体を開発した。本導体を用いてNb$$_{3}$$Alインサート・コイルを開発し、試験した。本コイルの開発では、コイル端子の電気的接続部の開発や、従来の知見では予想されていなかった熱応力への対処法の考案等を行った。さらに、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルの製作では、Nb$$_{3}$$Al線の歪による臨界電流値の低下が小さいことを利用して、Nb$$_{3}$$Al生成熱処理後に巻線加工を行うことで、コイル製作方法を簡易にする手法を採用した。この手法の適用性検証のため、熱処理後の導体に人為的に曲げ歪を印加した。このようにして、2001年1月にNb$$_{3}$$Alインサート・コイルの製作を完了し、2002年4月に通電試験を行った。その成果として、46kA-13Tの定格励磁に成功した。また、60kA-12.5Tの拡張試験も行い、大きな電磁力の下でも、コイルを安定に運転できることを実証した。さらに、熱処理後の導体の曲げの臨界電流性能への影響も十分小さく、コイル製作方法の簡易化が可能であることを示した。

論文

Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルの臨界電流性能評価

小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 高安 真*; 杉本 誠; 名原 啓博; 押切 雅幸*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 38(8), p.399 - 409, 2003/08

トロイダル磁場コイルへのNb$$_{3}$$Al導体とReact-and-wind法の適用性を実証するために、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルを開発した。本コイルの導体には、熱処理後0.4%の曲げ歪を印可した。臨界電流値試験の結果、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイル導体の素線に加わった実効歪は、素線とコンジットの熱歪差に起因する成分が-0.4%、導体の曲げに起因する成分がほぼゼロと評価できた。後者は、予想よりも小さかったが、Nb$$_{3}$$Al導体を用いたReact-and-wind法の適用性を実証するとともに、Nb$$_{3}$$SnコイルへのReact-and-wind法の適用性も示唆した。さらに、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイル導体と同規模のNb$$_{3}$$Sn導体では、電磁力が増加するに従って臨界電流値が低下する現象が観測されたが、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルでは、このような予想外の臨界電流性能の劣化は観測されなかった。これは、Nb$$_{3}$$Al線の剛性が高い、及びその臨界電流値の歪に対する低下度が小さいためと考えられた。これは、Nb$$_{3}$$Al導体が、高磁場、大電流応用に適していることを示す。また、導体内の電流分布について解析し、その臨界電流値の評価への影響を考察した。その結果、本影響が小さいことを明らかにした。

論文

Development of the Nb$$_{3}$$Al D-shaped coil fabricated by react-and-wind method for JT-60 superconducting Tokamak

木津 要; 三浦 友史; 土屋 勝彦; 小泉 徳潔; 松井 邦浩; 安藤 俊就*; 濱田 一弥; 原 英治*; 今橋 浩一*; 石田 真一; et al.

Proceedings of 6th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2003), p.400 - 407, 2003/00

JT-60SCのトロイダル磁場コイル(TFC)は18個のD型コイルで構成される。運転電流19.4kAでのTFCの最大経験磁場は7.4Tとなる。原研ではTFCのために先進的なNb$$_{3}$$Al導体を開発した。Nb$$_{3}$$Alは歪に強いという性質があるため、熱処理後巻線する方法:リアクト・アンド・ワインド法(R&W法)でTFCを製作することが可能となり、より高いコイル製作精度と低コスト化を実現できる。R&W法によるコイル製作を実証するためにD型の2ターンコイルを開発した。D型コイルを温度範囲4.3-4.4K,磁場範囲7-12Tで試験し、30kA(7.3T,4.4K)の臨界電流(Ic)を達成した。D型コイルと超伝導素線とのIc比較より、導体の歪は-0.6%程度と見積もられた。この歪とNb$$_{3}$$Alの臨界電流密度・磁場・温度の関係式を用いて性能を予測したところ、TFCをR&W法で製作した場合でも、設計基準の温度マージンを確保できることが見出された。以上より、R&W法がTFC製作に適用可能であることが実証できた。

論文

Critical current test results of 13T-46kA Nb$$_{3}$$Al cable-in-conduit conductor

小泉 徳潔; 高橋 良和; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 安藤 俊就; 辻 博史; 奥野 清; 東 克典*; Fuchs, A.*; Bruzzone, P.*; et al.

Cryogenics, 42(11), p.675 - 690, 2002/11

 被引用回数:19 パーセンタイル:37.08

ITER-EDAの一環として、Nb$$_{3}$$All導体とReact-and-wind法のITER-TFコイルへの適用性を実証するために、13T-46kA級ステンレス鋼製ジャケットNb$$_{3}$$Al導体を開発した。本導体が曲げ歪を加えた場合も含めて、臨界電流値性能を達成できることを確認するために、臨界電流値試験を実施した。試験は、磁場7,9,10,11T,温度6-9Kの範囲で行った。また、予想臨界電流値を評価するために開発した解析モデルによる計算の結果、実験結果は計算結果とよく一致することがわかった。したがって、本導体の製造過程が妥当であり、かつ、React-and-wind法の適用が可能であることを実証できた。

論文

核融合装置用超伝導コイルの電磁現象; 強制冷却型超伝導コイル

濱田 一弥; 小泉 徳潔

プラズマ・核融合学会誌, 78(7), p.616 - 624, 2002/07

現在、ITER等のトカマク型核融合炉の設計には、高磁場性能,高耐電圧性能,電磁力に対する高剛性の要求から、強制冷却型超伝導コイルが採用されている。強制冷却型超伝導コイルにおいては、超伝導の電気抵抗ゼロの特性や反磁性という性質に、ケーブル・イン・コンジット導体(CICC)特有の複雑な構造が加わることにより、多様な電磁現象が発生することが知られている。最近特に解明に労力が注がれているのは,導体内部に発生する不均一電流による通電安定性に対する影響や変動磁場で発生する導体の交流損失現象である.CICCの開発においては、超伝導素線のヒステリシス損失及び交流損失及び導体内部での不均一電流による不安定性について研究が進展し、素線のフィラメント配置の最適化や、素線間の接触抵抗の制御を行うことによって、ITERモデル・コイルのような大型超伝導コイルの開発に成功することができたので、その概要を報告する。

論文

Shielding analysis for toroidal field coils around exhaust duct in fusion experimental reactors

佐藤 聡; 高津 英幸; 真木 紘一*; 関 泰

J. Fusion Eng. Des., 30(3), p.1076 - 1080, 1996/12

国際熱核融合実験炉(ITER)排気ダクト周囲のトロイダルコイル(TFC)に対する遮蔽解析を、2次元SN放射線輸送解析コードDOT3.5を用いて、ダイバータ遮蔽体が無い場合と有る場合に関して行った。ダイバータ遮蔽体が無い場合、排気ダクト周囲のTECの核的応答を1桁減少させるには、排気ダクトの壁厚を約160mm増加させる必要があり、TFCの遮蔽設計目標値を満足するには、約480mmの厚さの排気ダクト壁が必要である。140mm幅のスリットを有する480mm厚さのダイバータ遮蔽体を、排気ダクト入口の前に設置することによって、TFCの核的応答は、約1/16になった。ダイバータ遮蔽体が有る場合には、TFCの遮蔽設計目標値を満足するには、約290mm厚さの排気ダクト壁が必要である。

論文

Development of the proto-type conductors and design of the test coil for the fusion experimental reactor

西 正孝; 高橋 良和; 礒野 高明; 今野 雅行*; 吉田 清; 小泉 興一; 多田 栄介; 辻 博史; 奥野 清; 安藤 俊就; et al.

Proc. of IEEE 13th Symp. on Fusion Engineering,Vol. 1, p.780 - 783, 1990/00

原研にて設計作業が進められている次世代のトカマク型核融合実験炉(FER)の超電導トロイダル・コイル開発のために原型トロイダル・コイル計画が立案され、30kA-12Tの大電流・高磁界の高性能原型トロイダル・コイル用超電導導体の開発が進行中である。原型トロイダル・コイル用導体として、TMC-FF、プリフォームド・アーマ、アドバンスト・ディスクの3種類の導体が開発され、それぞれ、2m規模の試作コイルの製作が成功裏に完了した。また、各導体の特性を把握するための多くの種類のサンプルの製作もほぼ完了し、評価作業が進行中である。原型トロイダル・コイルの設計も進み、FERにおけるのと同じ環境を与える試験装置の設計もほぼ完了に近い状態にある。

論文

Results of verification tests and coil test of DPC-TJ

西 正孝; 辻 博史; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 礒野 高明; 安藤 俊就; 島本 進; 向 博志*; 浜島 高太郎*; 白木 八男*; et al.

Proc. of the 11th Int. Conf. on Magnet Technology,Vol. 2, p.856 - 861, 1990/00

DPC-TJは核融合炉トロイダル・コイル開発の一環として原研が(株)東芝と共同研究にてその開発・製作を進めている高電流密度、高磁界、大電流の大型超電導コイルである。現在、DPC-TJの製作はほぼ終了し、原研のDPC試験装置による試験を間近に控えた状況にある。本件では、DPC-TJの製作に関連して行われた実証試験の結果とDPC-TJ本体の試験方法等について報告する。

報告書

ORNL-LCTの磁界と応力の解析

吉田 清; 安藤 俊就; 島本 進

JAERI-M 7543, 37 Pages, 1978/02

JAERI-M-7543.pdf:0.85MB

現在米国のOAK RIDGE NATIONAL LABORATORYで計画されているLARGE COIL TASKで使用する超電導トロイダル・コイルの磁界及び応力の解析を行いここに報告する。この結果をみるとNb-Ti合金を超電導線材として、本コイルを製作するには磁界及び電流密度の点から克服すべき問題点が多い。又、電磁力によって発生する応力については、低温で材料強度か増加する事を考慮すると十分使用限界内であることが明確になった。

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