Quench protection of MgB2 thin superconducting solenoid for particle detector
Project/Area Number |
21H01100
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
Principal Investigator |
槇田 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (30199658)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 良也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, シニアフェロー (30391775)
川井 正徳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 先任技師 (50391735)
谷貝 剛 上智大学, 理工学部, 教授 (60361127)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
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Keywords | ニホウ化マグネシウム / 超伝導ソレノイド / クエンチ保護 / ニホウ化マグネシウム超伝導線 / クエンチ / クエンチ検出器 |
Outline of Research at the Start |
超伝導転移温度39 Kのニホウ化マグネシウム(MgB2)超伝導線に注目し、従来のニオブチタン超伝導線で製作された粒子検出器用薄肉超伝導ソレノイドよりもより粒子透過性に優れたソレノイドの開発を目指している。MgB2はNbTiよりも物質量が低く粒子透過性が良いだけでなく、臨界温度が高いため真空断熱極低温容器(クライオスタット)から輻射熱シールドを除いても十分超伝導状態に保たれる。モデルシステムを作成し、これらの実証をする。一方で、臨界温度が高いためかえってクエンチ検出が遅れ、クエンチ保護の失敗が心配されており、よりクエンチ検出感度の向上を高める改良も進めていく。
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Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は実験的に研究を進めるうえで重要な、試験用MgB2薄肉ソレノイドを2台製作した。先行研究の中で調達していた熱処理済みのMgB2線材で巻線され、2台とも30 cm径、3.3mm厚さ(後述する熱伝導板込み)のソレノイドコイルで長さはそれぞれ12 cmと25 cmとなっている。ソレノイドの内面及び外面には0.2 mmの純アルミニウム熱伝導板が貼りつけられ、小型冷凍機による伝導冷却を前提にした冷却設計となっている。またこの純アルミニウム板は、ソレノイド軸方向のクエンチ伝播を促して局所的な温度上昇を防ぐ、クエンチ保護の役目も担っている。2023年度には、これらの試験用ソレノイドを対象とした冷却励磁試験を実施し、その中でクエンチ特性を測定し、分析する。 試験用コイルの製作と並行して、安定化材をより多く付加したMgB2超伝導線の超伝導安定性とクエンチ時の電圧発生状況を実験とシミュレーションで、研究を進めている。将来大型の超伝導磁石になるとNbTi超伝導線によるこれまでの磁石と同様に、超伝導安定性やクエンチ安全の確保のためより多くの安定化材(銅やアルミニウムなど)が付加された大断面積のMgB2線材となることが予測され、これを模擬した線材サンプルを製作して試験をする。クエンチ時には大断面となった安定化材へ超伝導部から電流が転流するが、クエンチ検出をする電圧の発生状況を知る必要がある。線材サンプル用の試験ホルダーを製作した、計算機シミュレーションも行っている。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本科研費研究以外の業務のうち現地据付及び試運転実施をしている超伝導磁石システムがあり、そちらにエフォートを割いたので、本研究は試験用コイルの製作までにとどまり、試験用テストベンチの整備ができなかった。
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Strategy for Future Research Activity |
本年度製作した試験用コイルの冷却励磁試験をまず一般的な液体ヘリウム浸漬冷却で実施し、線材の劣化が発生していないことと電磁力に対する機械的な強度を有していることを確認する。次に小型冷凍機による伝導冷却で励磁及びクエンチ試験を実施し、クエンチ特性を測定する。安定化材を付加したMgB2超伝導線の安定性及び電圧発生観察と計算機シミュレーションも並行して進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Demonstration of kA-Class Rutherford Cables Using MgB2 Wires for an Energy Storage Device Suitable for a Liquid Hydrogen Indirect Cooling2022
Author(s)
T. Yagai , M. Takahashi , R. Inomata , T. Takao , T. Onji , T. Komagome , Y. Makida , T. Shintomi , N. Hirano , T. Hamajima , A. Kikuchi , G. Nishijima , A. Matsumoto
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Journal Title
IEEE Transactions on Applied Superconductivity
Volume: 32
Issue: 6
Pages: 4801605-4801605
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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