相変態を積極活用した新型超伝導センサ：高温超伝導コイルの高速異常検出に挑む
| Project/Area Number |
19J10989
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
泊瀬川 晋 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 高温超伝導コイル / クエンチ / 低温超伝導線材 / REBCOコイル / クエンチ検出 / クエンチ保護 / 次元解析 / 有限要素法 / 低温実験 / 最適設計 |
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| Outline of Research at the Start |
現在，低温超伝導（LTS）線材と比較し極低温高磁場下での臨界電流が高く，熱的安定性にも優れた高温超伝導（HTS）線材の，極低温下でのコイルとしての応用が核融合工学等の各方面で期待されている。しかし、HTSのその物理的な特性から,機器全体に影響を及ぼし得る異常がHTS線材内で生じても従来法によるその検出が困難となるため、先行研究において超伝導センサ（SCセンサ）を用いた新たなHTS線材用の異常検出手法を提案している。
本研究ではSCセンサの異常検出性能に影響を及ぼし得るパラメータの特定、そしてその知見をもとにセンサの使用条件の最適化を目指し、最終的に実機での運用を想定し本手法の有効性を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
低温超伝導クエンチ検出器(LTS QD)の希土類系銅酸化物超伝導(REBCO)コイルへの有効性を評価するべく、①Nb-Ti QDの応答性への支配因子の解明およびその影響評価、また②LTS QDによるREBCOコイルクエンチ検出、保護性能の評価を行った。
①では、4.2 K液体He冷却下の局所劣化を持つREBCOテープ線材に、安定化材の異なるNb-Ti QDを使用する体系を対象とした数値解析、実験を実施し、本手法による早期クエンチ検出において許容可能なLTS QD-REBCO線材間接触熱抵抗や、早期クエンチ検出可能なLTS QDへの要求（安定化材、検査電流負荷率）が明らかとなった。
②では、Cu-Ni安定化材を持つ極細Nb-Ti QDをREBCOコイルの電気絶縁層に導入し、4.2 K液体He冷却下の局所劣化を持つREBCOコイルの早期クエンチ検出を実証した。本実験結果を再現可能な有限要素数値解析プログラムの開発も実施し、当プログラムを用いて実機運転条件(4.2 K, 最高30 T)を仮定したREBCOコイルのクエンチ検出、保護解析を行った。結果、Nb-Ti QDとNb3Al QDの組み合わせ使用により、励磁中のREBCOコイルを局所欠陥由来のクエンチを早期に検出し、コイル内ホットスポット温度を高々40 K程度（<< 許容温度: 150 K程度）に抑えることが可能であることが示された。さらに、熱的安定性が高いがゆえにクエンチ検出が難しいとされる無絶縁、金属絶縁コイルに対しても本手法が有効である可能性も実験的に確認された。
以上より、LTS QDの普遍的な設計方針を提案し、その絶縁ありREBCOコイルへの有効性を示すという当初の目的は達成された。また、無絶縁コイルや金属絶縁コイルへの本手法の有効性も確認されており、本手法が任意環境かつ任意のコイルに適用可能であることが示された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
