2017 Fiscal Year Research-status Report
液体ヘリウム温度下での素線配置計測に基づくＣＩＣ導体の交流損失の撚りピッチ依存性
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15K06648
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
谷貝 剛 上智大学, 理工学部, 准教授 (60361127)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ケーブル・イン・コンジット導体 / 撚りピッチ / 超電導特性の劣化 / 交流損失の増大 / 素線配置三次元計測 / 素線間接触抵抗の実測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大型のCIC導体は、核融合炉で広範囲に強磁場を発生させるマグネット用の導体としては最も量産実績があり、今後大型化する次世代の原型炉マグネット導体としても、最も有力な候補となっている。短時間で13Tまで励磁を行うセンターソレノイド（CS）コイルでは、機械的に脆いNb3Sn素線が大きな電磁力に晒されるため、多数段にわけて撚り合わせる際のピッチが比較的長い従来の撚りピッチ（～45mm程度）では、素線が通電中に動き、その結果曲げ歪みが加わって超電導特性の劣化を招いていた。解決策として撚りピッチを短くして素線同士を密着させ、撚り線導体としての剛性を向上させて対応してきた。これが功を奏して繰り返し励磁を行った際の劣化は免れたが、一方で交流損失は2～3倍に増大した。損失の増大は冷却系への負担増、さらにマグネット自体の安定性に影響する。損失の増大は、素線同士の密着度が上がり、素線間接触抵抗が小さくなった事が原因と考えられているが、定量的な解析は行われていない。本研究では、運転温度（液体ヘリウム温度）において、素線配置および素線間接触抵抗値を実測するシステムを開発し、これまで困難だった素線間接触抵抗の局所分布を詳細に観測、それを基に統計的な解析を行って交流損失増大の原因を明らかにする事を目的としてきた。最終年度では、素線配置計測に用いる導体の輪切りサンプルを真空断熱下で冷凍機で伝導冷却し、運転温度付近まで下げて素線間の接触抵抗値を測定する装置の開発を行った。研究目的と装置完成に必要な要素技術開発状況を国際会議にて報告し、サンプル計測の全ての準備が整った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
大型の真空容器（直径1.2 m×高さ1 m）の入手および冷凍機が高額であり、装置開発コストが当初の見積もりよりも大幅に増えた。そのためコストの削減に取り組んだ結果、別テーマの共同研究先から借用して適宜改修・再利用する事で、装置の完成に至った。しかし、時間の遅れは取り戻せず、最終年度で装置の完成・最終調整まで行ったがサンプルの計測および結果の解析にまでは至っていない。研究期間の延長を申し入れ、受理されたため、平成30年度において計測および結果の解析を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述の計画遅れの理由で述べたように、装置の完成までは期間内に終えることができた。超電導導体のサンプルは研究協力者である量研機構（旧原研）から入手済みであり、延長が認められた最終年度（平成30年度）において、測定および解析に集中できる。運転温度制御は、装置全体の熱侵入や測定時間に大きく依存するため、最終年度の前半はサンプルを計測しながら測定条件のチェック・必要があれば適宜改良を行い、統計的解析に十分なデータの取得を目指す。年度の後半では、得られたデータを電気回路ネットワークに基づいた数値解析に適用し、マグネット冷却系および安全な運転に支障を来す交流損失増大のメカニズムを明らかにする予定である。
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