2017 Fiscal Year Annual Research Report
高温超電導線材の機械的ひずみ効果の評価法とコイル化技術に関する基礎研究
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16H04321
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
野村 新一 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (90401520)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷貝 剛 上智大学, 理工学部, 准教授 (60361127)
中村 武恒 京都大学, 工学研究科, 特定教授 (30303861)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高温超電導線材 / 超電導コイル / 機械的ひずみ / 臨界電流特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，「イットリウム系（Y系）高磁場高温超電導線材のコイル化技術の工学的理論を確立する」ことを研究目的とする。本研究では実際のコイル形状とその製作技術を想定して短尺試料試験を行い，超電導コイルレベルでの機械的ひずみの許容値を決定する評価手法を確立し，その妥当性について実験コイルを開発して実証する。
平成28年度に引き続き，複合的なひずみに対する短尺試料試験の臨界電流特性とコイル製作過程で印加される複合的なひずみによる臨界電流特性との関係性を示すために，Y系線材に印加する巻線張力をロードセルで計測しながら1ターンコイルを巻く試験装置を開発し研究を進めている。平成29年度は，Y系線材にひずみゲージを取り付け，線材に印加される厚み方向の曲げ半径と巻線張力を様々に変えたサンプルコイルを製作し液体窒素冷却による臨界電流特性を評価した。1ターンコイルの巻線作業は常温中で実施している。また，サンプルコイルを無冷媒の超電導マグネット中に設置して，最大3 T程度の外部磁場を印加して臨界電流特性の評価も行っている。外部磁場に対する臨界電流特性に関しては，機械ひずみが大きく印加されたサンプルの方が低下率が大きい傾向があるように見られる。
また，複合的なひずみが最も複雑に印加される場合としてヘリカルコイルの開発を進めている。テープ形状の線材に余分なひずみが印加させずヘリカルコイルが製作可能な巻線機を開発し，Y系線材を用いた1層分のヘリカルコイルを製作し液体窒素冷却での通電特性を評価している。今後は，1 T級のヘリカルコイルを製作するための準備を進めている状況にある。
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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
昨年度までのY系線材を用いた短尺試料試験結果から，機械的なひずみに対する臨界電流特性の劣化の目安について定量的に示すことができている。本研究課題の次の段階は，臨界電流特性に関して，短尺試料試験とコイルレベルとの関係性を明らかにすることである。この研究は，線材に曲げ，引張が加わった場合，臨界電流特性は機械的ひずみの加算値で評価できるかどうかを検証する点が重要であり，外部磁場の依存性も含めてテータ収集を進めていく必要がある。これまで，巻線張力を変えながら1ターンコイルを製作する試験装置の開発を進めており，サンプルコイルを製作し，液体窒素冷却による臨界電流特性の評価を進めている状況にある。また，無冷媒超電導マグネットを用いてサンプルコイルに外部磁場を印加しながら臨界電流特性を評価している。したがって，機械的ひずみおよび外部磁場に対するコイルレベルでの臨界電流特性を評価する実験環境は整っている状況にあり，今後は，詳細なデータ収集が必要であるが，Y系高磁場高温超電導線材のコイル化技術の工学的理論を確立するという研究目的に向けて，研究はおおむね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は，引き続き1ターンコイルの臨界電流特性評価を進めていく。特に，Y系線材に厚み方向だけでなく，幅方向にも曲げひずみを印加できるよう試験装置およびサンプルコイルの形状に関しても適宜改良を加えながら研究を進めていく。張力を変化させたサンプルコイルをいくつか製作し，臨界電流値を劣化させない機械的なひずみの許容値に関して評価を進めていく。また，無冷媒超電導マグネットを用いてサンプルコイルに磁場を印加し，外部磁場を印加した状態での臨界電流特性を評価する。コイルレベルでのデータの妥当性を確認するために，適宜短尺試料試験を実施し研究を進めていく。また，Y系線材を用いた1 T級のヘリカルコイルの製作も進めていく予定である。まずは液体窒素冷却による通電試験を試みるが，連携研究者の協力のもと，電流密度を高めるために液体ヘリウム冷却による通電試験を実施し1 Tの発生を試みる計画にある。引き続き，研究代表者と研究分担者との協力体制を整えながら，機械的ひずみ，外部磁場に対するデータベースを作成し，超電導コイルのスケーリング則がどのような形で適用可能であるか明らかにしていきたいと考えている。
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