図1　中性粒子入射加熱（NB）装置の模式図

イーターNB装置では、高出力・長時間（100万電子ボルト、16.5メガワット、1時間）の性能が要求されており、その開発を原子力機構が世界に先駆けて実施しています。また、同計画では、NB装置の開発が最重要課題とされていることから、実機に先立ってイタリアに実機試験施設を開発し、その性能を確認することになりました。この試験装置（イーター中性粒子入射加熱装置実機試験施設、NBTF）は、イタリアのRFXコンソーシアムに建設中です。

NBTF計画では欧州と日本で機器の開発と製作を分担しており、原子力機構は、装置の主要部である100万ボルト電源機器の開発を行ってきました(図2)。今回、建屋を貫通できる送電管の開発が必要となりました。このため新たに、20万ボルトから100万ボルトの5つの異なる電位の電流を同時に1本の送電管で給電できる100万ボルトの送電管を開発しました。

図3　高電圧電力導体の配置

図4　導体接続部

図5　電送管及びその支持脚

原子力機構では、20万ボルトから100万ボルトまでの5つの異なる導体を絶縁性能に優れた高圧6気圧の六フッ化硫黄絶縁ガス(SF6)を封入した容器に配置する構造を考案しました。これによって、100万ボルトの送電系は、直径2mの円筒管とすることができました。またこの円筒管を接地電位として、容易に建屋壁などを貫通することができるように工夫しました。また、本機器内で伸びや変位を吸収する構造を持たせることを実現し、問題を解決しました。

5種類の異なる電圧の導体の配置については、それぞれの導体間に電界が集中しないようにする必要があり、100万ボルトの導体ばかりでなく、低い電圧の導体の配置も含めて電界の集中を防ぐように最適化しました。加えて、接地電位である送電管の内底面の微小金属よる絶縁破壊についても考慮しました。このとき、詳細構造まで考慮した3次元電界解析を実施し、内部構造の配置を決めました(図3)。また、工場内で100万ボルトの1.2倍となる120万ボルトの電圧引加試験を実施し、実際に十分な耐電圧性能があるか確認しています。

さらに運転時の発熱による導体や送電管の伸びや地震による変位については、機器の性能劣化、機器の破損、さらに建屋の破損の抑制が課題でした。そこで、まず、導体の発熱、屋外での直射日光による発熱及び絶縁ガスの循環による除熱を3次元熱解析で検討し、各部品や送電管の温度上昇を見積もり、各部の熱伸び量を同定しました。また、3次元機械解析を実施し、地震時の変位量を調べました。その結果、最大変位は、送電管の長手方向に最大40mmもあることが分かりました。そこで、これら変位を機器内で吸収するために、内部に置かれた高電圧の複数の導体は、長手方向に2m毎に分割して、伸びを吸収するソケットで接続する工夫をしました。これにより電流を流しながら熱伸びを吸収できるようになり、問題を解決しました（図4）。送電管については、送電管の支持脚にスライド構造を考案して、機器が伸びることができるようにし、それに対して、アコーデオンと同じ構造で伸びを吸収できる直径約2m、長さ1.4mのベローズ管を挿入して、その伸びを吸収できる構造としました。その結果、建屋や機器自体の健全性に影響を与えることなく、全長100mに対して最大40mmの伸びを許容できる構造を実現しました（図5）。