石山 敦士 (イシヤマ アツシ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

ホームページ

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

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

  • 社会科学総合学術院   大学院社会科学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1983年

    早稲田大学   理工学研究科   電気工学  

  •  
    -
    1983年

    早稲田大学   理工学研究科   電気工学  

  •  
    -
    1977年

    早稲田大学   理工学部   電気工学  

学位 【 表示 / 非表示

  • Waseda University   Dr. of Engineering

  • 早稲田大学   工学博士

経歴 【 表示 / 非表示

  • 1991年04月
    -
     

    早稲田大学教授

  • 1985年04月
    -
    1991年03月

    早稲田大学助教授

  • 1983年04月
    -
    1985年03月

    早稲田大学専任講師

  • 1979年04月
    -
    1983年03月

    早稲田大学助手

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    電気学会

  •  
     
     

    日本生体磁気学会

  •  
     
     

    低温工学・超電導学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 電力工学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 電気機器・超伝導応用・電磁界数値解析・生体磁気

論文 【 表示 / 非表示

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

    H. Onoshita, Y. Yoshihara, H. Ueda, S. Noguchi, A. Ishiyama

    IEEE Transactions on Applied Superconductivity   30 ( 4 ) 4702605  2020年06月  [査読有り]

  • 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年08月

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    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年08月  [査読有り]

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    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年08月

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    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年08月  [査読有り]

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    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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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 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年08月 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年06月

  • フィニッシュ電験三種 機械 3

    オーム社  1996年03月

Misc 【 表示 / 非表示

  • 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年03月  [査読有り]  [招待有り]

    記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

    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年05月

    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年05月

    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年05月

    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年05月

    J-GLOBAL

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産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 空芯型サイクロトロン

    6255549

    石山 敦士, 植田 浩史

    特許権

  • 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

    特許権

  • 超電導線材及びそれを用いた超電導コイル

    石山 敦士

    特許権

  • 空芯型サイクロトロン

    5708984

    石山 敦士, 植田 浩史

    特許権

  • 空芯型サイクロトロン

    5682903

    石山 敦士, 植田 浩史

    特許権

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 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

    研究期間:

    2018年06月
    -
    2023年03月
     

     概要を見る

    本研究の目標は、核医学治療用α線放出RI(211At)の多量・安定・分散生産のための加速器「高温超伝導スケルトン・サイクロトロン(HTS-SC)」を開発することである。そして本課題では、ビーム加速に必要な磁場を高精度に形成するための高温超伝導マルチコイルシステムを実現する5-High技術(高機械強度・高電流密度・高熱的安定・高磁場・高精度磁場)を統合した革新的コイル化技術の確立を目指す。2019年度(2年目)の主な成果としては、まず、2021年・22年度に試作・実験を予定している「小型モデル(Baby-HTS-SC)」用REBCOマルチコイルシステムの設計を予定より前倒して終了した。また5-High統合コイル化技術については、1)高機械強度化技術:非円形小型モデルコイルの高磁場(10T)下での通電試験(電磁応力・ひずみ測定)を実施し、初年度実施した数値解析で予測された結果が得られた。2)高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術(無絶縁コイル技術):コイルサイズ、運転温度、発生磁場等をパラメータとして過渡安定性を解析評価した結果、HTS-SC用のような大口径(0.5mφ以上)コイルにおいて無絶縁コイル技術が特に有効であることを明らかにした。また、層間の接触電気抵抗の適正値の決定法とその制御法を提案した。さらにREBCO線材の一部に欠陥や電磁力等による線材劣化が存在・発生しても、従来の外部保護抵抗によるエネルギー回収を行わずに運転を継続できる可能性を示すことができた。3)高精度の磁場を発生する技術(遮蔽電流磁場の低減):遮蔽電流磁場低減法の1つである細線化後の線材に安定化銅をメッキ(実用上不可欠)したときの不整磁場を低減する新しい電流制御波形を提案しその効果を明らかにした。また無絶縁コイル巻線技術を適用した時の遮蔽電流磁場の影響評価を可能とする計算機プログラムを新たに開発した。全体として期待以上の成果が見込まれる状況にある。本研究を含めた成果が認められ、公益財団法人「低温工学・超電導学会」より、「2020年度業績賞(学術業績)」を受賞した。まず、「HTS-SCマルチコイルシステムのための5-High統合・革新的コイル化技術の開発」については、1)高機械強度化技術:2018年度唯一未達であった非円形セクター小型モデルコイルを試作し、高磁場下での試験・評価(変形・ひずみ測定)を実施した。2)高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術:予定していた項目はすべて予定通り進捗している。加えて、実応用上重要となる「無絶縁コイル巻線内の層間接触電気抵抗のばらつきの影響」と「無絶縁マルチコイルシステムの保護法」に関する新たな知見・指針が得られた。3)高精度の磁場を発生する技術(遮蔽電流磁場の低減):予定通り進捗し、遮蔽電流磁場の影響低減法の効果を示すことができた。加えて線材に安定化銅をメッキ(実用上不可欠)したときの不整磁場低減のための電流制御波形を提案した。つぎに「5-High統合・革新的コイル化技術の展開」については、無絶縁コイル技術と遮蔽電流による不整磁場の低減技術の2つを統合したときに生じる課題に取り組むための短時間で精度の高い解析評価を可能とする手法を提案した。また、遮蔽電流の偏流による電磁応力・ひずみの影響が内外で問題視されたことから、そのための計算機プログラムを新たに開発した。これは、「予見していなかった展開(課題)への対応」である。さらに「211At製造のための実規模HTS-SC用マルチコイルシステムの試設計」については、ヒアリング審査時に、磁気シールを含めた設計の必要性の指摘があったことから、鉄シールド付きコイルシステムの試設計を項目に追加し、本項目を1年前倒しで開始した。実応用に向けて有効な知見が得られつつある。5-High統合・革新的コイル化技術をHTS-SC用マルチコイルシステムに適用した場合の電磁的・熱的・機械的特性評価を進めていく。また2020年度・21年度において、最終年度(2022年度)に予定している小型マルチモデルコイルシステムによる試作・実験によって、5-High統合・革新的コイル化技術の実現性・有用性をどのように検証するかを検討・決定し、それに基づく実験・評価システムを構築していく。以下に項目ごとの概要をまとめる。まず、「HTS-SCマルチコイルシステムのための5-High統合・革新的コイル化技術の開発」については、1)高機械強度化:マルチコイルを構成する無絶縁コイルの一部が常伝導転移したときのコイル間の電磁力バランスの変化の予測とそのための支持構造について検討を進める。2)高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術: 実規模HTS-SC用無絶縁マルチコイルシステムのコイル保護法について検討を進めるとともに、「高安定・無保護」および欠陥を許容する技術に基づく「低コスト化」の可能性を探っていく。3)高精度の磁場を発生する技術: 多目的使用の可能性を検証するため発生磁場変化時の挙動・影響評価とその低減法に焦点を当てる。つぎに「5-High統合・革新的コイル化技術の展開」については、本研究のキーテクノロジーである「Super-YOROIコイル補強構造」、「無絶縁コイル巻線技術」、「遮蔽電流磁場低減技術」を適用した時のHTS-SC検証用小型マルチコイルシステムの電磁的・熱的・機械的特性を数値解析により予測し、その成果を実験による検証に反映する。さらに、「211At製造のための実規模HTS-SC用マルチコイルシステムの試設計」として、エネルギー変化時の運転パターンを想定したときに求められる仕様や運転制御を考慮し、これらを設計条件に加えたコイルシステムの最適化も進めていく

  • 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

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2022年03月
     

  • 超高磁場・超高貯蔵密度を実現する革新的高温超伝導コイル化技術に関する基礎研究

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2018年03月
     

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    超伝導電力貯蔵装置(SMES)は長寿命且つ大電力の瞬時応答が可能という特長を有するが、貯蔵密度がLiイオン電池等と比べ大きく劣っている。そこでSMES用高温超伝導コイルの超高磁場・超高貯蔵密度化(600kWh/m3)を目的として、1)超高強度コイル支持構造「Super-YOROI」と、2)高電流密度化と高熱的安定化の両立を可能とする「層間電気抵抗制御技術」の適用による超高貯蔵密度SMESの実現可能性を、数値解析に基づき評価・検証した

  • 次世代医療用サイクロトロン開発のための5H超伝導コイルシステムの基盤技術の確立

    研究期間:

    2014年06月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    重粒子線がん治療用超伝導加速器「先進ハイブリッド・サイクロトロン(AHC)」の開発を目標に、その実現の鍵となる5H(High):高機械強度・高電流密度・高安定・高磁場・高精度磁場を可能とするREBCO高温超伝導コイル開発のための基盤技術の確立を目指してきた。そして、高強度化・高磁場化のための「Super-YOROIコイル構造」、高電流密度化と高熱的安定化の両立のための「無絶縁コイル巻線方式」、そして高精度磁場化のための「遮蔽電流磁場の低減法」について有効性を数値解析と実験により検証した

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 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年  

     概要を見る

     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年   小貫 天, 若尾 真治, 金 錫範

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    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年   小貫 天, 若尾 真治

     概要を見る

    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。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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