2017 Fiscal Year Annual Research Report
粒子線がん治療用回転ガントリーを目指した高温超伝導電磁石の高精度磁場発生技術
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16H02326
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
雨宮 尚之 京都大学, 工学研究科, 教授 (10222697)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
美舩 健 京都大学, 工学研究科, 講師 (20362460)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電気機器 / 超伝導電磁石 / 磁場精度 / 遮蔽電流 / 反磁化 / 粒子線がん治療 / 回転ガントリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
［電磁現象シミュレーションモデルの高度化］超伝導線内部のミクロスケールの電磁現象をシミュレート可能なモデルの高度化を進めた。具体的には、Hマトリクス法、誤差修正法などの適用を進め、より、大規模な問題を高速、高精度に解析できるようになった。例えば、150万自由度程度の問題を2日程度で解析できるようになった。
［超伝導線の非線形導電特性の実験的評価］多様な温度、磁場下での超伝導線の非線形導電特性（電界E-電流密度J特性）を磁化法や通電法により実験結果から求めた。また、マルチフィラメント線材の適用が新たな反磁化抑制策として浮上してきたので、この線材の非線形導電特性の実験的評価を踏まえ、単純な形状のコイルについて反磁化抑制効果を明らかにした。
［変動励磁2極電磁石における多極磁場評価・変動励磁円形コイルによる磁場安定性の評価］変動励磁2極電磁石や変動励磁円形コイルの電磁現象シミュレーションを行った。これらの研究を通し、励磁速度や超伝導線の非線形導電特性が線材内部のミクロスケール電磁現象に与える影響を解明した。
［反磁化の影響を抑制するビーム偏向電磁石設計指針検討・電磁現象シミュレーションによる反磁化の影響を考慮したビーム偏向電磁石の設計］電磁現象シミュレーションにより、反磁化の影響を抑制し、かつ織り込み、形状精度の高い磁場を発生するコイル形状設計法について検討した。回転ガントリー用2極マグネットのような直線部が比較的短いマグネットを設計し、電磁現象シミュレーションを行った結果、磁場安定度、再現性よりも、電流負荷率による6極成分の誤差の変動が克服すべき課題であることがわかった。すなわち、電磁現象シミュレーションによる反磁化の影響を考慮したビーム偏向電磁石の1次設計の結果、6極磁場成分を補正する補正コイルの必要性が明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電磁現象シミュレーションモデルの高度化においては、これまで実用的な解析は数万自由度程度で行っていたものが、150万自由度の解析も実用的な計算時間で実施できるようになったことは研究を進める上でブレークスルーであった。これにより、回転ガントリー用ビーム偏向電磁石をより正確にモデル化して電磁現象シミュレーションを行えるようになった。この成果をてこに、「反磁化の影響を抑制するビーム偏向電磁石設計指針検討・電磁現象シミュレーションによる反磁化の影響を考慮したビーム偏向電磁石の設計」が大きく進展した。
以上より、「おむね順調に進展している。」と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
電磁現象シミュレーションモデルの高度化に関して、引き続き、超伝導線内部のミクロスケールの電磁現象をシミュレート可能なモデルの高度化を進める。特に、並列処理の適用を進め、よ大規模な問題の解析に取り組む。超伝導線の非線形導電特性の実験的評価も基礎データ取得の観点から引き続き取り組んでいく。電磁現象シミュレーションにより、反磁化の影響を抑制し、かつ織り込み、形状精度の高い磁場を発生するコイル形状設計法について検討を進め、電磁現象シミュレーションによる反磁化の影響を考慮したビーム偏向電磁石を設計する。前年度の研究の結果、直線部の短い電磁石においては、主電磁石の電流の制御並びに、補正用電磁石による6極磁場補正が必要であることがわかった。そこで、主電磁石の電流制御による2極磁場補正法について研究し、また、高温超伝導補正電磁石を設計し、その効果について電磁現象シミュレーションにより研究する。反磁化抑制策のひとつとして、マルチフィラメント線材の適用を考え、マルチフィラメント線材で巻かれたコイル、比較用のモノフィラメント線材で巻かれたコイルを対象とした電磁現象シミュレーションを行い、その効果を明らかにする。また、シミュレーション結果と比較するための実験も実施する。
さらに、以上の電磁石単体についての研究の成果を踏まえ、回転ガントリーを構成する電磁石群についての研究を展開していく。
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[Presentation] R&D toward HTS based accelerator magnets2017
Author(s)
N. Amemiya, Y. Sogabe, N. Tominaga, X. Luo, S. Takayama, Y. Ishii, T. Ogitsu, Y. Iwata, K. Noda, and M. Yoshimoto
Organizer
9th Asian Conference on Applied Superconductivity and Cryogenics (ACASC2017)
Int'l Joint Research / Invited
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