2018 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 |
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。Hマトリクス法に加えて並列処理の適用を進め、より大規模な問題の解析を可能とした。また、非線形導電特性を電磁現象シミュレーションの基礎データとして、超伝導線の非線形導電特性を実験結果から求めた。
回転ガントリーのビーム光学設計の検討に着手し、電磁石群全体での磁場性能についての研究に着手した。線材反磁化が存在する場合に偏向電磁石の磁場発生領域をビームが通過した後のビームの形状の変化を評価可能な手法を確立した。
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、経常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した。さらに、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した。主電磁石の電流を電磁現象シミュレーションの結果から得られた反磁化の2極磁場成分への影響を打ち消すように制御することにより、2極磁場を補正できることを確認した。また、補正用高温超伝導6極電磁石を設計し、電磁現象シミュレーションの結果得られた反磁化の6極磁場成分への影響を打ち消すように電流を制御することにより、6極磁場を補正できることを確認した。
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した。ダブルパンケーキコイル及びソレノイドコイルをマルチフィラメント線材、モノフィラメント線材で巻いた場合の電磁現象シミュレーションを行い、反磁化の振舞いを調べた。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した。
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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
高度化した電磁現象シミュレーションモデルを適用することにより、「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」が大きく進んだ。ビーム偏向電磁石全体での、反磁化の発生磁場への影響抑制を実現することができ、大きく進展した。
以上より、「お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、より大規模な問題の解析が可能になるようモデルの高度化を進める。回転ガントリー全体の性能評価を意識しつつ、必要に応じ、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、経常精度の高い磁場を発生するマグネットの設計を実施する。回転ガントリーのビーム光学設計（ビームを集束し輸送するための偏向電磁石と集束電磁石から構成される電磁石群の構成・配置法）を検討し、電磁石群全体での磁場性能について研究する。前年度着手した主電磁石の電流制御による2極磁場補正と6極補正コイルによる6極磁場補正を組み合わせた磁場補正の検討結果を取りまとめる。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による反磁化抑制についてパンケーキコイルの磁場測定や電磁現象シミュレーションを通して研究する。必要に応じ、電磁現象シミュレーションの基礎データとしての超伝導線の非線形導電特性の評価・定式化、マグネットの安定運転のために必要な超伝導線・導体のクエンチ特性について検討する。
さらに、磁場精度の観点から回転ガントリー用高磁場高温超伝導ビーム偏向電磁石の実現可能性を示し、今後の研究開発の方向性などを提案する。
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