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「高温超電導体の核融合炉高度化への応用 」の経過報告

テーマ代表者: 宮 健三 (原子力工学研究施設)

1. 序

本研究では プラズマと高温超電導体の電磁相互作用という観点から、 具体的な応用として 高温超電導体によるプラズマ位置不安定性についての 改善策を提案し、解析を行った。 これは、今までに検討されたことのない新しい超電導体の 応用であり、従来の低温超電導体では実現不可能なものである。

2. 研究の進捗状況(装置の改良等を含む)

本研究では ITER 工学設計体系を用い、 修正インダクタンス法に基づくプラズマの動的平衡計算 および磁束フロー・クリープモデルに基づく超電導遮蔽電流計算の連成解析を 実施した。 その結果、 ITERの設計において想定される最も深刻な擾乱 (δβp = - 0.2, δli = - 0.1) を加えたとしても、 プラズマセパラトリクス上の参照点の動きは最大 22 cm 程度に抑えられ、 プラズマは高温超電導体により充分安定化されていることが確認された。 また、高温超電導体に働く電磁力、核発熱量等の評価を行い、 高温超電導体の適用可能性について検討を行なった結果、 現在製造可能な高温超電導線材を使用したとしても電磁力、 核発熱による超電導特性の劣化は問題にならないことが確認された。 この結果を受けて、超電導コイル設計のための電磁・熱連成解析コードを開発し、 超電導コイル内での遮蔽電流密度分布、および交流損失による温度変化の計算を 実施した。 その結果、 プラズマ位置不安定性発生時の磁場擾乱が 0.1 T 以下であれば 交流損失による温度上昇は無視できることがわかった。 以上より、高温超電導体によるプラズマ不安定性改善は可能であることが検証され、 且つ現在開発されている高温超電導線材を大型トカマクプラズマの安定化に 適用することは十分可能であるとの結論を得た。

3. 今後の予定

今後の研究計画としては、 本研究結果を実証するための小型トカマク炉の設計と建設、 および高温超電導体を応用した核融合動力炉の設計に関する研究を行う予定である。

4. 発表論文リスト

(A) 学位論文等

  1. Attila Gilanyi, "Nondestructive Evaluation of Damage of Structural Steels based on Magnetic Property Change" (磁気特性変化に基づいた構造用鋼の損傷の非破壊評価), 東京大学大学院工学系研究科博士論文(1997年9月).
  2. 内一 哲哉, "Electromagnetic Interaction Between High Tc Superconductors and Tokamak Plasmas" (高温超電導体とトカマクプラズマとの電磁相互作用), 東京大学大学院工学系研究科博士論文(1998年3月).
  3. 陳 振茂, "Enhancement of ECT Technique by Probe Optimization and Reconstruction of Cracks" (プローブの最適化及びき裂の再構成による渦電流探傷法の高度化), 東京大学大学院工学系研究科博士論文(1998年3月).
  4. 羅 雲, "Evaluations and Improvements of Levitation Properties of High Tc Superconducting Magnetic Bearings" (高温超電導磁気軸受における浮上特性の評価と改善), 東京大学大学院工学系研究科博士論文(1998年3月).
  5. 高瀬 健太郎, 「磁束量子動力学法による超電導体臨界電流密度の予測」, 東京大学大学院工学系研究科修士論文(1998年3月).
  6. 中山 匡, 「高温超電導線材の交流損失及び冷却安定性の評価」, 東京大学大学院工学系研究科修士論文(1998年3月).
  7. 杉山 浩隆, 「磁束量子動力学法による高温超電導体の磁化の評価」, 東京大学工学部システム量子工学科卒業論文(1998年3月).
  8. 遊佐 訓孝, 「高温超電導プラズマ安定化コイルの小型トカマク実験置への適用」, 東京大学工学部システム量子工学科卒業論文(1998年3月).
(B) 国外学会誌等
  1. J. R. Bowler, Y. Yoshida and N. Harfield: "Vector-potential boundary integral evaluation of eddy-current interaction with a crack", IEEE Trans. Magn., Vol.33, No.5 (1997) 4287-4294.
  2. T. Uchimoto, Y. Fukuzaki, N. Ikatsu and K. Miya: "Study on the application of high Tc superconductors to improve the positional stability of tokamak plasmas", (IAEA-CN-64/GP-8), FUSION ENERGY 1996, Vol.3 (1997) 531-537.
  3. Y-H. Zhou and K. Miya: "Mechanical behaviours of magnetoelastic interaction for superconducting helical magnets", Fusion Engrg. Design, Vol.38 (1998) 283-293.
  4. G. Chen, A. Yamaguchi and K. Miya: "Signal processing for detection and characterization of defects from composite eddy current signals", INSIGHT, Vol.39, No.11 (1997) 785-789.
  5. Radu C. Popa, Kenzo Miya and Masaaki Kurokawa: "Optimized Eddy Current Detection of Small Cracks in Steam Generator Tubing", J. Nondestructive Evaluation, Vol.16, No.3, (1997, Plenum Press) 161-173.
  6. H. Fukutomi, T. Takagi, J. Tani, J. Shimone, Y. Harada, G. Chen and K. Miya: "Evaluation of ECT signals due to SG tube crack with deposit", Rev. Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol.16, (Plenum Press, New York, 1997), Eds: D. O. Thompson and D. E. Chimenti, 1315-1322.
  7. A. Gilanyi, Z. Chen and K. Miya: "Electromagnetic field calculation by simulation charges supported wavelet-Galerkin method", Stud. Appl. Electromagn. Mech. 11 (1997) 162-171.
  8. K. Demachi and K. Miya: "Fluxoid dynamics simulation in type-II superocnductor", Stud. Appl. Electromagn. Mech. 11 (1997) 155-161.
  9. T. Takagi, M. Uesaka and K. Miya: "Electromagnetic NDE research activities in JSAEM", Stud. Appl. Electromagn. Mech. 12 (1997) 9-16.
  10. R. C. Popa, K. Miya and M. Kurokawa: "Optimized design of differential ECT probes for tubing inspection", Stud. Appl. Electromagn. Mech. 12 (1997) 185-192.
  11. Z. Chen, K. Miya, Y. Yoshida and M. Kurokawa: "Detectability evaluation of new ECT probes using exciting magnetic field", Stud. Appl. Electromagn. Mech. 12 (1997) 207-214.
  12. J. Pavo, A. Gasparics, I. Sebestyen, G. Vertesy, C. S. Daroczi and K. Miya: "Eddy current testing with fluxset probe", Sftud. Appl. Electromagn. Mech. 12 (1997) 215-222.
  13. R. Shinagawa, Y. Yoshida, K. Demachi, K. Miya, M. Sawamura and I. Itoh: "Computation on superoconducting shielding current with anisotropy of critical current density", Proc. Third Int. Conf. Electromagn. Field Problems and Applications (ICEF '96), (International Academic Publishers, 1997) 311-314.
  14. Y. Yoshida, J. R. Bowler and K. Miya: "Computation of eddy current crack interaction based on vector potential integral formulation", Proc. Third Int. Conf. Electromagn. Field Problems and Applications (ICEF '96), (International Academic Publishers, 1997) 334-337.
  15. T. Takagi, J. R. Bowler and Y. Yoshida: "Electromagnetic Nondestructive Evaluation", IOS Press, 1997.
  16. K. Miya, H. Kobayashi, K. Koizumi, K. Hada and T. Shimakawa: "Construction of structural design guidelines for vessel and other components", Abstr. 4th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology (ISFNT-4), (1997) 38.
  17. T. Takagi, Y. Yoshida, P. Ruatto and L. V. Boccacini: "Usefulness of electromagnetic analysis in fusion reactor", Abstr. 4th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology (ISFNT-4), (1997) 39.
  18. T. Nakayama, Y. Yoshida and K. Miya: "Numerical prediction of quench behavior of high-Tc superconducting cable", Abstr. 4th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology (ISFNT-4), (1997) 119.
  19. Y. Yoshida and K. Miya: "Scaling law for magnetoelastic vibration of thin shell components in magnetic fusion reactors", Abstr. 4th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology (ISFNT-4), (1997) 398.
  20. Y. Fukuzaki, T. Uchimoto, Y. Yoshida and K. Miya: "Evaluation of flux flow resistivity of high Tc superconducting cable in light of its application to fusion reactors", Abstr. 4th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology (ISFNT-4), (1997) 399.
  21. A. Gilanyi, K. Morishita, T. Sukegawa, M. Uesaka and K. Miya: "Magnetic nondestructive evaluation of ferromagnetic steels in nuclear fusion energy systems", Abstr. 4th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology (ISFNT-4), (1997) 408.
  22. Y. Yoshida, R. Shinagawa, M. Rabara and K. Miya: "Evaluation of anisotropy of critical current density of Bi-based high Tc superconductor", Digest Int. Symp. Non-linear Electromagnetic Systems (ISEM-Branunschweig), (1997) MPA2-3.
  23. Z. Chen and K. Miya: "A knowledge based approach for fast computation of crack signals", Digest Int. Symp. Non-linear Electromagnetic Systems (ISEM-Branunschweig), (1997) MPB1-21.
  24. Y. Luo, Y. Yoshida, K. Miya and H. Higasa: "A hysteresis hardening effect for levitation force in HTSC magnetic bearing", Digest Int. Symp. Non-linear Electromagnetic Systems (ISEM-Branunschweig), (1997) WPB1-9.
  25. W. Cheng, Z. Chen, K. Miya and Y. Yoshida: "Numerical evaluation of ECT signal due to multiple cracks", Digest E'NDE-Reggio Calabria, 35-36, 1997.
  26. Z. Chen, K. Miya and M. Kurokawa: "Reconstruction of crack shapes using a newly developed ECT probe", Digest E'NDE-Reggio Calabria, 65, 1997.
  27. R. C. Popa and K. Miya: "A data processing and neural network approach for the inverse problem in ECT", Digest E'NDE-Reggio Calabria, (1997) 82-83.
  28. Rabara, Yoshida, Shinagawa, Miya: "Anisotropic dependence of critical current density on magnetic field for Ag-sheathed Bi2Sr2Ca2Cu3Ox superconductive tape", Abstr. 4th Japanese-Czech-Slovak Joint Semin., J. Electrical Engin., Vol. 48 (1997) 185.
  29. Y. Luo, S. Shindo, Y. Yoshida and K. Miya: "Influence of alternating magnetic field on levitation in HTSC magnetic bearing", Abstr. Int. Symp. Superconductivity, Oct. 27-30, 1997, Gifu, Japan (1997) 191.
  30. Rabara, Yoshida, Miya: "Measurement and Analysis of angular dependence of critical current density on magnetic field in Bi2223 superconductive tape", Abstr. 10th International Symposium on Superconductivity (ISS'97 Gifu) (1997) 109.
  31. S. Shindo, Y. Luo, Y. Yoshida, K. Miya: "Investigation of levitation properties in HTSC magnetic bearing", Proc. 1st Vietnam-Japan Symp. Advances in Applied Electromagnetics and Mechanics, Jan. 19-21, 1998, Hochiminh City, Vietnam (1998).
  32. Y. Yoshida, K. Miya and Z. Chen: "Identification of a crack in non-magnetic steel based on eddy current testing", Proc. 1st Vietnam-Japan Symp. Advances in Applied Electromagnetics and Mechanics, Jan. 19-21, 1998, Hochiminh City, Vietnam (1998).
  33. K. Miya and Y. Yoshida: "Magnetomechanical problems of nuclear fusion reactor", Proc. 1st Vietnam-Japan Symp. Advances in Applied Electromagnetics and Mechanics, Jan. 19-21, 1998, Hochiminh City, Vietnam (1998).
  34. T. Yamada, T. Uchimoto, Y. Yoshida and K. Miya: "Application of high Tc superconductor to passive controle of plasma position of nuclear fusion reactor", Proc. 1st Vietnam-Japan Symp. Advances in Applied Electromagnetics and Mechanics, Jan. 19-21, 1998, Hochiminh City, Vietnam (1998).
  35. K. Demachi and K. Miya: "Development of 3-dimensional simulation code for fluxoid dynamics of type II superconductor", Abstr. 11th Conf. Computation of Electromagnetic Field, November 2-6, (1997, Rio, Brazil) 751-752.
  36. K. Miya: "Numerical simulation of fluxoid dynamics in high Tc superconductor Bi2Sr2Ca2Cu3O9+x", Proc. Int. Symp. Theoretical Electrical Engineering, June 9-11, (1997, Palermo, Italy) 4-7.
  37. Y. Sasano, K. Miya, S. Nagaya, M. Minami and K. Kawashima: "Evaluation of Magnetic Force Characteristics in High-Tc Superconducting Flywheel", Abst. 10-th Int. Symp. Supercond. (ISS'97), (Oct 27-30, 1997) 188.
(C) 国内学会誌等
  1. 陳, 宮: 「ECTプローブ検出性能の簡易評価法」, 日本電器学会論文集 E編, 117巻, 12号, 1997, 637-643.
  2. 福崎, 内一, 吉田, 宮: 「高温超電導バルク材の実効的磁束フロー抵抗率測定手法 -- パルス励振法 --」, 低温工学 Vol. 32, No. 7 (1997) 336-344.
  3. 羅, 吉田, 宮, 樋笠: 「高温超電導磁気軸受における浮上特性の減衰とその改善」, 日本機械学会論文集 C編, 64巻, 618号 (1998) 495-501.
  4. 陳, 宮, 黒川: 「ECT探傷における傾斜きずの評価」, 日本AEM学会誌 Vol.5, No.4, 86-92, 1997.
  5. 吉田, 高木 敏行: 「電磁構造連成現象」, 計算工学 Vol.2, No.4 (1997) 226-232.
  6. 内一, 山田, 吉田, 宮: 「高温超電導トカマクの炉心設計」, 日本原子力学会「1997年秋の大会」予稿集 (1997) B2, Vol.I, 85.
  7. 程 衛英, ?????????? : 日本原子力学会「1997年秋の大会」予稿集 (1997) ???
  8. 中山, 吉田, 宮: 「変動磁場下における高温超電導線材の安定性の評価」, 低温工学会講演論文集 (1997, 低温工学協会) ??page??.
  9. 吉田, 中山, 山田, 内一, 宮: 「高温超電導プラズマ安定化コイルの電磁・熱連成解析」, 第57回1997年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集 (1997) E2-17, 182.
  10. 新藤, 羅, 吉田, 宮: 「変動磁場によるHTSC磁気軸受の浮上特性への影響」, 第57回1997年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集 (1997) E1-26, 96.
  11. 高瀬, 出町, 宮: 「高温超電導体における非線形電磁現象の磁束量子動力学に基づいた数値解析」, 第57回1997年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集 (1997,低温工学協会) A1-1, 1.
  12. 出町, 高瀬, 宮: 「Bi-2212 単結晶における照射効果の数値解析」, 第57回1997年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集 (1997,低温工学協会) E1-8, 78.
  13. 宮: 「ITER工学設計活動の現状と今後の動向: 工学設計と R & D」, プラズマ・核融合学会第14回年会予稿集 (1997, プラズマ・核融合学会) 30-31.
  14. 出町, 宮: 「磁束量子動力学法による超電導電磁現象の解析 (日本応用磁気学会第104回研究会講演論文集): 磁性材料をとりまく最近の磁界解析技術の動向と展望」, (1998, 日本応用磁気学会) 65-70.

Last modified: Fri Jul 3 14:14:11 JST 1998