ISHIYAMA, Atsushi

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Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Professor

Homepage URL

http://www.super.elec.waseda.ac.jp

Concurrent Post 【 display / non-display

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

  • Affiliated organization   Global Education Center

  • Faculty of Social Sciences   Graduate School of Social Sciences

Research Institute 【 display / non-display

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

Education 【 display / non-display

  •  
    -
    1983

    Waseda University   Graduate School, Division of Science and Engineering   Electrical Engineering  

  •  
    -
    1983

    Waseda University   Graduate School, Division of Science and Engineering   Electrical Engineering  

  •  
    -
    1977

    Waseda University   Faculty of Science and Engineering   Electrical Engineering  

Degree 【 display / non-display

  • 早稲田大学   工学博士

  • Waseda University   Dr. of Engineering

Research Experience 【 display / non-display

  • 1991.04
    -
     

    Waseda University, Professor

  • 1985.04
    -
    1991.03

    Waseda University, Assistant Professor

  • 1983.04
    -
    1985.03

    Waseda University, Lectu

  • 1979.04
    -
    1983.03

    Waseda University, Research Assistant

Professional Memberships 【 display / non-display

  •  
     
     

    電気学会

  •  
     
     

    日本生体磁気学会

  •  
     
     

    低温工学・超電導学会

 

Research Areas 【 display / non-display

  • Power engineering

Research Interests 【 display / non-display

  • Electric Machine, Application of Supercunductivity, Electromagnetic Computation, Biomagnetcs

Papers 【 display / non-display

  • Influence of Coil Size and Operating Temperature on the Transient Stability of a Multi-Stacked No-Insulation REBCO Pancake Coil System

    IEEE Transactions on Applied Superconductivity   30 ( 4 ) 4702605  2020.06  [Refereed]

  • Experiments on the Effects of Local Normal Transitions in Multi-Stacked No-Insulation REBCO Pancake Coils

    Tetsuri Ichikawa, Yuta Kakimoto, Haruka Onoshita, Tetsuro Kinpara, So Noguchi, Shigeo Nagaya, Tomonori Watanabe, Atsushi Ishiyama

    IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY   29 ( 5 )  2019.08

     View Summary

    No-insulation (NI) coils are an important technique for high-field magnetic resonance imaging (MRI). One of the tech-nical issues with NI coils is their thermal and electromagnetic be-havior when a local normal transition occurs. Given that multiple stacked coils are used in MRI, the interaction between coils must also be investigated, because a local normal transition may affect the other NI coils through magnetic coupling. In fact, when a local normal transition occurs, there is a possibility that large electro-magnetic forces are applied to the other coils, or quench may be induced in some of them. Even though overcurrent tests of stacked NI coils have been conducted, the results are not helpful in ac-tual MRI operation. In this study, we investigate the effects of the occurrence of a local normal transition in multi-stacked NI coil systems under conditions similar to those of actual operation, with a constant transport current below the coil’s Ic . The occurrence of a local normal transition is simulated by applying current to a heater inserted in manufactured small NI double pancake coils. To evaluate the interaction between NI coils, the voltage and changes in the generated magnetic field are measured at each coil. We also show the current distribution in the coils, as obtained by the partial element equivalent circuit method. The obtained results allow us to evaluate the interaction of the NI coils and evaluate coil protection methods.

    DOI

  • Comparison Between Simulation and Experimental Results of Liquid Nitrogen Coolant Distribution in a 66-kV 40-m Model HTS Power Cable System Experiencing Short-Circuit Accidents

    Daichi Horita, Koh Agatsuma, Atsushi Ishiyama, Takato Masuda, Toshiya Morimura, Tomoo Mimura

    IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY   29 ( 5 )  2019.08  [Refereed]

     View Summary

    In this study, a computer program was developed to simulate the temperature and pressure distributions of a liquid ni-trogen (LN) coolant in a high-temperature superconducting (HTS) power cable. This program is important for realizing a practical HTS power cable. According to the Japanese criterion for a 66-kV power-transmission system, in a worst case short-circuit accident, a fault current of 31.5 kA may flow in a 66-kV cable system for 2 s. In addition, when a short-circuit accident occurs, the temperature and pressure of an LN coolant increase rapidly The temperature behaviors of the cable cores and coolant were analyzed by solving the nonlinear partial differential heat-conduction equations in the cable cores by considering the energy balance of the heat flow by using the finite-difference method. Moreover, the pressure behav-iors of the coolant in a cooling system were analyzed, considering the density and volume behaviors of the coolant. The simulation results for the 66-kV 40-m model cable qualitatively reproduced the experimental results satisfactorily.

    DOI

  • Evaluation of Electromagnetic Behavior of No-Insulation REBCO Pancake Coil With Multiple Defects

    Yuta Kakimoto, Tetsuri Ichikawa, Haruka Onoshita, Tetsuro Kinpara, Atsushi Ishiyama, So Noguchi

    IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY   29 ( 5 )  2019.08

     View Summary

    We previously developed a high-magnetic-field RE-BCO coil for use in medical devices such as medical accelerators and high-magnetic-field MRI. The use of high-temperature supercon-ducting (HTS) coils in such applications necessitates their minia-turization while providing high magnetic fields. However, when the current density is improved by reducing the copper-stabilization-layer thickness in the conventional insulated HTS coil, the thermal stability is lowered, which leads to a tradeoff between high cur-rent density and high thermal stability. Therefore, we examine no-insulation (NI) coils that allow compatibility between high current density and thermal stability. Recent research has indicated that NI coils with multiple defects can afford a stable and high critical current (Ic) and operate without serious problems, which makes it possible to produce coils wound with commercial REBCO tapes containing several defects along the tape, which in turn makes fab-rication economically viable. However, there are many unknown aspects of the current, magnetic field, and heat behaviors of NI coils with defects, particularly when large currents flow through them. Here, in order to examine the behavior of a multiple-defect NI coil subjected to a large current at the temperature of ∼30 K via application of the conduction cooling method, we use a com-bination of the partial element equivalent circuit method and the finite-element method to investigate the detailed current and ther-mal behaviors. Our results indicate that defective NI coils can af-ford a critical current Ic value of ∼80% of that of defect-free NI coils, which makes our findings valuable in terms of contributing to further developments in HTS coil applications.

    DOI

  • Conceptual Design of Compact HTS Cyclotron for RI Production

    Hiroshi Ueda, Atsushi Ishiyama, So Noguchi, Tomonori Watanabe, Shigeo Nagaya, Jun Yoshida, Mitsuhiro Fukuda

    IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY   29 ( 5 )  2019.08  [Refereed]

     View Summary

    In autumn 2017, the project "Quantum Innovation for Safe and Smart Society (QiSS)" was started in Program on Open Innovation Platform with Enterprises, Research Institute and Academia (OPERA) by Japan Science and Technology Agency (JST). One of the key issues of this project is the advancement of compact cyclotron and beam irradiation device for stable supply of short-lived radioisotope (RI). We proposed the air-core cyclotron using high-temperature superconducting (HTS) technology, named Skeleton Cyclotron, as high intensity compact cyclotron. Currently, we are carrying out a feasibility study on a variable-energy multi-particle Skeleton Cyclotron for RI production. In this paper, key issues in HTS magnet technologies for Skeleton Cyclotron and the preliminary conceptual design of variable-energy multi-particle Skeleton Cyclotron are reported.

    DOI

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Books and Other Publications 【 display / non-display

  • 超電導エネルギー工学

    仁田旦三編著, 石山敦士ほか

    オーム社  2006.08 ISBN: 427420281X

  • フィニッシュ電験三種—機械③—

    小貫天編修, 石山敦士

    オーム社  1996.06

  • フィニッシュ電験三種 機械 3

    オーム社  1996.03

Misc 【 display / non-display

  • 高温超電導応用機器の数値解析技術の現状

    植田 浩史, 野口 聡, 石山 敦士

    低温工学   54 ( 2 ) 89 - 96  2019.03  [Refereed]  [Invited]

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal)  

    DOI

  • 核医学治療用高温超電導スケルトン・サイクロトロンの開発(3)―実証用高温超電導小型マルチコイルシステムの遮蔽電流解析―

    植田浩史, 粟津佑太, KIM SeokBeom, 野口聡, 渡部智則, 長屋重夫, 吉田潤, 福田光宏, 石山敦士

    低温工学・超電導学会講演概要集   98th   79  2019.05

    J-GLOBAL

  • MRI用REBCOコイルシステムにおける遮蔽電流に起因する不整磁場の低減法:電流制御波形の最適化について

    緒方隆充, 稲垣善太, 石山敦士, 植田浩史, 野口聡

    低温工学・超電導学会講演概要集   98th   123  2019.05

    J-GLOBAL

  • 核医学治療用高温超電導スケルトン・サイクロトロンの開発(4)―実証用高温超電導小型マルチコイルシステムの機械特性解析―

    粟津佑太, KIM SeokBeom, 植田浩史, 野口聡, 渡部智則, 長屋重夫, 吉田潤, 福田光宏, 石山敦士

    低温工学・超電導学会講演概要集   98th   80  2019.05

    J-GLOBAL

  • 核医学治療用高温超電導スケルトン・サイクロトロンの開発(2)―実証用高温超電導小型マルチコイルシステムの設計―

    野口聡, 植田浩史, 粟津佑太, KIM SeokBeom, 渡部智則, 長屋重夫, 吉田潤, 福田光宏, 石山敦士

    低温工学・超電導学会講演概要集   98th   78  2019.05

    J-GLOBAL

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Industrial Property Rights 【 display / non-display

  • 空芯型サイクロトロン

    6255549

    石山 敦士, 植田 浩史

    Patent

  • 超電導コイルのクエンチ検出装置及びクエンチ検出方法

    石山 敦士

    Patent

  • 超電導線材及びそれを用いた超電導コイル

    石山 敦士

    Patent

  • 空芯型サイクロトロン

    5708984

    石山 敦士, 植田 浩史

    Patent

  • 空芯型サイクロトロン

    5682903

    石山 敦士, 植田 浩史

    Patent

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Awards 【 display / non-display

  • 業績賞 学術業績

    2020   (公益財団法人)低温工学・超電導学会  

    Winner: 石山敦士

  • 電気科学技術奨励賞

    2012   ( 公益財団法人)電気科学技術奨励会   高強度超電導コイルの開発

    Winner: 石山敦士, 渡部智則, 淡路智

Research Projects 【 display / non-display

  • Establishment of design principle and basic technology for next generation medical high temperature superconducting skeleton-cyclotron

    Project Year :

    2018.06
    -
    2023.03
     

  • 次世代医療用高温超伝導スケルトン・サイクロトロンの設計原理・開発基盤の確立

    Project Year :

    2018.04
    -
    2022.03
     

  • Basic Study on innovative high temperature superconducting coil technology realizing ultra-high magnetic field and ultra-high storage density

    Project Year :

    2016.04
    -
    2018.03
     

     View Summary

    The Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) device has the feature of a long lifetime and instantaneous response of large power. However, the storage density is much inferior to that of Li-ion batteries and the like. Therefore, with the aim of ultra-high magnetic field and ultra-high storage density (600 kWh / m 3) of high-temperature superconducting coil for SMES, the feasibility of ultra-high storage density SMES by applying "Super-YOROI" high-strength coil support structure and "interlayer electric resistance control technology" which realizes both high current density and high thermal stability, has been evaluated and verified by numerical analyses

  • Establishment of 5H Superconducting Coil System Technology for Next Generation Medical Cuclotron

    Project Year :

    2014.06
    -
    2018.03
     

     View Summary

    With the purpose of developing a superconducting accelerator "Advanced Hybrid Cyclotron (AHC)" for heavy particle cancer therapy, we have aimed at establishing basic technology for development of REBCO high-temperature superconducting coil system which enables high mechanical strength, high current density, high stability, high magnetic field and high precision magnetic field. And the effectiveness of "Super-YOROI coil structure" for high strength and high magnetic field, "no-insulation coil winding method" for compatibility between high current density and high thermal stability, and " Method for reducing the shielding current magnetic field " was verified by numerical analyses and experiments

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Specific Research 【 display / non-display

  • 高安定・高性能・低コスト高温超伝導コイルシステムの開発

    2020  

     View Summary

    超伝導線材の中で現状圧倒的に優れた特性(高温・高磁場中で高い臨界電流特性)を有しているREBCO系線材(RE:希土類)を巻線したコイル応用に関する研究開発が国内外で活発になっている。一方、その実用化に向けて、「常伝導転移事故に対する安全性の向上」と「製作費の低コスト化」を確保しつつ高性能(高磁場・高電流密度・高機械強度)なコイルを実現する技術の開発が求められている。そこで、本研究では、「無絶縁コイル巻線技術」と「YOROIコイル補強構造」の2つをキーテクノロジーとする新しいコイル化技術を提案し、その有効性を実験と数値解析により検証した。

  • 核廃棄物処理のための大出力超伝導サイクロトロンの設計研究

    2013  

     View Summary

     今後の原子力発電のゆくえは極めて不透明な状況にあるが、放射性廃棄物処理の問題はそのいかんに関わらず原子力分野最大の課題の1つであり、最終処理場の選択や処理技術開発については将来世代に委ねねばならないという厳しい状況となっている。

  • 超伝導交流機器に関する基礎研究

    1998   小貫 天, 若尾 真治, 金 錫範

     View Summary

    1. 交流用超伝導撚線導体の過渡安性評価 銅複合化による安定性の向上効果について実験と三次元数値シミュレーションによる評価を行った。線径、マトリクス比、B-J特性(臨界磁界―臨界電流密度特性)がほぼ等しく、銅の配置のみ異なる3種類の線材と銅を含まない線材を素線とする3本撚線導体(合計4種類)を用意し、各通電電流値における最小クエンチエネルギー(素線1本をヒータにより強制的に常電導転移させ、その後3本撚線導体全体が常電導転移する最小のヒータ投入熱量)を評価基準として実験を行った。その結果、銅複合化により安定性が飛躍的に向上し、最小クエンチエネルギーとしては1~3桁の向上があった。銅複合化により、攪乱熱を有効に拡散できること、、常電導転移に伴う素線間電流再分配時のジュール発熱密度を抑えることができることなどを明らかにした。2. 超伝導垂直円筒型リニア誘導モータの試作・試験 モータの超電導化に当たっては、速度トルク特性などの回転機としての通常の動作特性とは別に、超伝導巻線の交流損失や巻線に加わる電磁力などに対しモータが安定に動作するよう設計・製作する必要がある。本研究は、超電導交流機器実現へ向けて、実運転環境下における超電導巻線の振舞を明確にするための検討を行うため、その対象機器として最適と考えた円筒型短一次リニア誘導モータの試作(97年度)・試験(98年度)を行った。動作試験では、始動トルク特性、二次導体(アルミ円筒体)駆動特性をはじめ、クエンチ(常電導転移)検出・保護装置の動作確認や、無効電力補償(力率改善)などについて検証実験が行われ良好な結果が得られた。今後、同試作機を用いて二次導体突入・脱出時の機械的攪乱の影響や交流損失低減についてさらに検討を進めていく予定である。

  • 交流用超電導ケーブル導体の電磁的・熱的特性に関する研究

    1995   小貫 天, 若尾 真治

     View Summary

    1. 交流用ケーブル導体の常電導伝播特性素線絶縁の施されていない3本,7本および(6+1)本(7本中,中心素線1本を銅または銅ニッケル線としたもの)撚線ケーブル導体の常電導転移(クエンチ)特性を明確にするための実験と解析を行った。(1) クエンチ実験:3本撚線ケーブル導体を試料として,1本を選択的にヒータにより強制的に常電導転移させたときの,撚線ケーブル導体内の電流再配分現象と,導体全体が常電導状態へ転移する最少のヒータ投入熱量を測定した。その結果,従来の直流用ケーブル導体とは異なる特有のクエンチ特性を有することが示された。(2) クエンチ解析:初年度(94年度)開発したケーブル導体内の電流分布と温度分布を解析する計算機コードを用い,3本撚線ケーブル導体について解析を行った。実験結果との比較により,その妥当性の確認を行うとともに,実験によって示された特有のクエンチ特性についてその発生機構について考察を行った。その上で,3本,7本および(6+1)本撚線ケーブル導体について解析・シミュレーションを行い,母材である銅ニッケルの電気抵抗率と熱伝導率や,素線間の接触電気および熱抵抗などのクエンチ特性に与える影響,銅シース(素線表面に設けた銅の薄い層)の過渡安定性への寄与などを明確にした。2. 素線間接触電気抵抗の精密測定 撚線ケーブルタイプの超電導導体の安定性を評価するためには,導体内の電流分布を支配するパラメータの一つである素線間の微小な接触電気抵抗を正確に知る必要がある。超電導トランスを用いた新しい測定法を提案・試作し,10-9〔Ω〕という微小抵抗の測定が可能となり,成形撚線型導体について実測し貴重なデータを得ることができた。

 

Syllabus 【 display / non-display

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