2018 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) |
中村 武恒 京都大学, 工学研究科, 特定教授 (30303861)
谷貝 剛 上智大学, 理工学部, 教授 (60361127)
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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。
昨年度に引き続き，コイル製作過程での機械的ひずみを想定したY系線材の短尺試料試験を実施した。現在まで，機械的ひずみと臨界電流特性の関係について評価関数が求められつつある状況にある。具体的には，液体窒素冷却による通電結果に基づき，テープ形状の高温超電導線材に複合的に印加される引張，厚み方向曲げ（フラットワイズ曲げ），幅方向曲げ（エッジワイズ曲げ）による機械的ひずみを線材長手方向に印加される1軸ひずみに換算し，臨界電流特性を線材長手方向の1軸ひずみの関数で評価することを試みている。この評価関数の妥当性を検証すべく，1 T級のヘリカル巻線形状のモデルコイルの開発準備を進めており，ヘリカル巻線形状によって印加される機械的ひずみを解析的に求め，予想される臨界電流特性に関して，短尺試料試験で得られた評価関数を用いて検討をしている。モデルコイルは，独自に開発を進めているヘリカル巻線機を用いて製作する予定であり，臨界電流特性を低下させない巻線張力の大きさに関して定量的に評価している段階にある。なお，現在までにモデルコイル用巻枠の製作も完了しており，巻線作業を行う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
これまでに実施したY系線材の短尺試料試験結果から，引張，曲げなど複合的に印加される機械的ひずみを線材長手方向の1軸ひずみとして評価し，この1軸ひずみを変数として臨界電流特性の評価関数を求めることができている状況にある。この研究成果は，「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する」という本研究課題の最終目標の達成に向けて，具体的な見通しが得られたことを意味する。すなわち，Y系線材に引張，曲げが加わった場合，臨界電流特性は機械的ひずみの加算値で評価できる可能性を示唆し，高温超電導コイルの設計・製作・通電試験段階でスケーリング則が適用できる可能性を見出す成果が得られたことを意味する。今後は，モデルコイル開発を通じて，コイル形状，コイル製作，通電試験それぞれの過程で想定される機械的ひずみを評価し，短尺試料試験で得られた評価関数の妥当性を実証していく必要があるが，現時点では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 |
本年度は，本研究課題の最終年度となる。本年度は，モデルコイル開発を通じて，Y系線材の短尺試料試験結果から得られた複合的な機械的ひずみと臨界電流特性との関係を示す評価関数をコイルレベルに適用し，この考え方の妥当性を実証していくことが主な研究課題となる。
現在，Y系線材を用いた1 T級ヘリカルコイルの開発を計画している。まずは，独自に開発を進めているヘリカル巻線機を用いてヘリカルコイルを製作する。Y系線材の臨界電流特性を劣化させないための巻線張力の許容値に関して試験巻線を実施し，液体窒素冷却による通電試験結果から上記評価関数に基づく巻線張力許容値評価方法の妥当性を検証する。その際に，適宜，データを補完するために，Y系線材の短尺試料試験も並行して実施する予定である。1 T級のヘリカルコイルの製作が完了し液体窒素冷却での通電試験を実施した後，液体ヘリウムを用いて1 Tの発生を試みる通電試験を連携研究者の協力のもと核融合研で実施する予定にある。加えて，短尺試料試験での臨界電流特性結果とヘリカルコイルでの臨界電流特性結果との関係性を検討するために，1ターンコイル試験も適宜実施する計画にあり，ボア径150 mmの10 T無冷媒超電導マグネットを用いて磁場を印加し，外部磁場と機械的ひずみに対する臨界電流特性の関係性を検証する計画にある。
上記，短尺試料，1ターンコイル，ヘリカルコイルの3段階においてスケーリング則の適用の可能性を検討し，Y系線材による超電導コイル化に関する技術体系をまとめるために，研究代表者，研究協力者および連携研究者との間で議論を重ね，研究を総括するとともに成果をまとめていく予定である。
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