The Chinese Fusion Engineering Test Reactor (CFETR) Central Solenoid Model Coil is being fabricated by the Institute of Plasma Physics Chinese Academy of Sciences. The Model Coil is comprised of Nb3Sn and NbTi modules held together by a preload structure. It will operate at 4.5 K to produce a peak field of 12 T at 48 kA. In order to investigate the feasibility and integrity of the Model Coil design before its manufacturing, the mechanical performance has been evaluated for the room temperature preload, 4.5 K stand-by and 48 kA operating conditions. A 1/15 3D detailed model that consists of jackets, insulations, bladders, buffers and preload structure, is constructed and simulated using the coupled structural-thermal-electromagnetic solver of ANSYS. In contrary to a smeared winding pack model, our analysis with the detailed model can directly and precisely simulate the differential thermal contraction effect of the preload structure, jacket and insulations, as well as the electromagnetic load acting on the jacket. The detailed deformation and stress behaviors of the Model Coil are illustrated and discussed. The results indicate that the final design of the CFETR Central Solenoid Model Coil is reasonably conservative and satisfy the design criteria.
中国核融合工学試験炉(CFETR)中心ソレノイドモデルコイルは、中国科学院プラズマ物理研究所によって製作されている。モデルコイルは、Nb3SnおよびNbTiモジュールで構成され、予圧構造によって互いに保持されている。それは4.5 Kで動作し、48 kAで12 Tのピーク磁場を生成する。その製造前にモデルコイル設計の実現可能性と健全性を調査するために、室温予圧、4.5 K待機、および48 kA運転条件について機械的性能が評価されている。ジャケット、絶縁、ブラダー、バッファ、および予圧構造からなる1/15の3D詳細モデルが構築され、ANSYSの構造-熱-電磁連成ソルバーを用いてシミュレーションされている。スミア巻線パックモデルとは対照的に、詳細モデルを用いた我々の解析は、予圧構造、ジャケットおよび絶縁の差動熱収縮効果、ならびにジャケットに作用する電磁荷重を直接的かつ正確にシミュレートできる。モデルコイルの詳細な変形および応力挙動が示され、考察される。結果は、CFETR中心ソレノイドモデルコイルの最終設計が合理的に保守的であり、設計基準を満たしていることを示している。