超電導破壊の早期予測と超電導コイルの高安定化に関する熱工学的研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452126
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 相原 利雄 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90006172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小原 拓 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (40211833) ; 金 柱均 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (00214859) ; 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192) ; 高橋 秀明 東北大学, 工学部付属破壊力学応用研究施設, 教授 (10005267)
• Keywords: 超電導体 / 熱的安定性 / 浸漬冷却 / 強制冷却 / 熱伝達

Research Abstract

本研究の目的は、強制冷却形および浸漬冷却形超電導コイルにおいて、数十の因子が関与するクエンチ発生機構を解明し、常電導転移の早期予測法に関する理論を確立し、超電導コイルの安定性に及ぼす諸因子の影響について継続的研究を行ない、クエンチ抑制に優れた超電導コイルの高度安定化法を確立することである。初年度では、まず超電導コイルにおけるクエンチ発生機構と過渡安定性を解明するため、数値解析を行ない、関連諸因子の影響を定量的に明らかにし、常電導転移とクエンチの発生を熱工学的に極めて早期に予測する方法の基礎を構築した。更に平成3年度に購入した精密恒温槽と平成4年度購入する予定であった精密熱擾乱印加用温度コントロ-ルユニットの一部を今年度予算で購入・設置し、性能検証と超電導コイルの非定常伝熱に関する予備実験を行なった。得られた結果を要約すると、以下のようになる。
(1)超電導コイルの安定限界は、導体の内部発熱量と流体による冷却熱量の影響を受け、電流密度比、磁束密度、擾乱印加長さ、並びに絶縁被膜の熱抵抗が大きくなると低下し、擾乱持続時間の増大と共に安定限界は向上する。
(2)導体物性値の温度依存性は、超電導コイルの熱的安定性に関与するジュ-ル発熱率、導体温度、ヘリウム冷却率、および導体温度の経時変化率に大きく影響を与え、導体物性値の温度依存性を考慮した超電導コイルの安定限界は、定物性値より約1.5倍以上大きくなる。
(3)擾乱の空間分布形状が長方形と放物線形の2ケ-スの解析によれば、いずれの場合も、擾乱終了直後の過渡的導体温度分布における極大値は、常に擾乱中心に生じ、両者ともほぼ同じ時間変化をたどる。
以上要するに、総合的な自己評価として、本年度の研究目標はほぼ達成されたものと考えられる。

Research Products

• [Publications] 相原 利雄,嶽間沢 秀孝,岡田 定五,金 柱均: "超電導コイルの安定限界に及ぼす導体物性値の温度依存性の影響" 東北大学流体科学研究所報告書. 2. 55-66 (1991)
• [Publications] S.Okada,J.ーK.Kim,T.Aihara,and K.Kuroda: "Numerical Analysis of Thermal Stability of an ImmersionーCooled,Pancake Type Superconducting Coil" Cryogenics. 31. 547-550 (1991)
• [Publications] 嶽間沢 秀孝,相原 利雄: "強制冷却超電導体の安定性に及ぼす熱擾乱の時間および空間分布の影響" 低温工学. 26(4). 272-280 (1991)