2007 Fiscal Year Annual Research Report
核融合炉用超伝導マグネットの重量最小化を目指した高剛性巻線構造の研究
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18560793
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
高畑 一也 National Institute for Fusion Science, 大型ヘリカル研究部, 教授 (10216773)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 仁 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教 (20236756)
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| Keywords | 超伝導マグネット / 核融合炉 / アルミニウム合金複合化超伝導導体 / 摩擦撹拌接合 / アルミニウム合金 / ニオブ3スズ |
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| Research Abstract |
リジッド導体と間接冷却法の採用を条件にして、核融合炉用超伝導マグネットの導体と巻線構造の最適化を行ってきた。その結果、アルミニウム合金複合化ニオブ3スズ導体と間接冷却方式巻線構造の組合せが、核融合炉用超伝導マグネットの有望な候補となることを実証してきた。巻線構造の成立性を検証するために、ヘリカル型核融合炉FFHRのヘリカルコイルの具体的設計を行い、有限要素法による構造解析を実施した。その結果、想定される磁場、通電条件において、応力・ひずみはいずれも許容範囲内であり、機械的に成立することが確かめられた。さらに、従来のケーブル・イン・コンジット導体を用いた強制冷却方式巻線構造より剛性が高く、コイル重量の低減が可能であることが示唆された。
アルミニウム合金複合化ニオブ3スズ導体の製作性を実証するために、縮小導体を開発し、通電試験を行った。アルミニウム合金の複合化には、摩擦撹拌接合(FSW)という新しい技術を採用した。反応熱処理を行った撚線をアルミニウム合金の中に埋め込むため、熱収縮差による性能劣化が小さいことが通電試験によって確認された。さらに曲げ半径150mmで曲げた後に直線に戻したサンプルにおいても性能劣化がないことが確かめられた。これらの結果から、アルミニウム合金複合化ニオブ3スズ導体という新しい型の導体が、コイル用導体として応用可能であり、さらに高性能の導体となる可能性を有していることが示された。
研究を纏め、高剛性巻線によるコイル重量低減の方向性を示すとともに、今後の核融合炉開発に向けた技術課題を抽出した。
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