2017 Fiscal Year Research-status Report
High sensitive magnetization measurements beyond 100 T using non-destructive flux concentration of pulsed high magnetic fields
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17K18758
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
鳴海 康雄 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50360615)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | パルス強磁場 / 100テスラ / 非破壊 / 磁束濃縮 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場は物質の基本的性質を決める電子が持つスピンとその軌道運動に直接作用する事ができる重要な外場である。磁場発生技術の発展が広く科学の基礎研究から産業応用に与えた影響は計り知れない。一般に、超伝導磁石を用いた磁場発生法が良く知られているが、現在の超伝導技術では到達することの出来ない30テスラを越える磁場領域では、コンデンサに蓄積したエネルギーを大電流としてコイル（電磁石）に開放することで、瞬間的に強い磁場を得ることができるパルス強磁場発生法が利用される。但しこの方法でも、100テスラを越える磁場領域ではコイルに架かる電磁応力の影響が深刻となり、コイルの破壊を伴うことなく磁場を発生する事はできない。本研究目的は、単純に電流を増強して磁場強度を高める従来のパルス強磁場発生技術とは一線を画す、自発的に磁束を閉じ込め磁場強度を上げる全く新しいアイデアに基づいた強磁場発生技術を確立することである。
今年度に実施した研究では、まず元になる磁場（種磁場）を発生するサブミリ秒の持続時間を持ったパルス電磁石の開発を行い、約0.5ミリ秒のパルス幅（変動する磁場の半周期）で最大36テスラの磁場発生に成功した。次に、この電磁石内部の磁束を濃縮する磁束濃縮器を作製し、これを用いることで挿入する前の5テスラの磁場を10テスラまで、約200パーセントの磁束の濃縮に成功した。今後、より高い種磁場強度での濃縮率の変化を測定しながら、より効率的に磁束を濃縮できる濃縮器の構造の最適化を併せて進め、非破壊で100テスラの磁場発生を実現する装置開発を推進する。
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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
実際のパルス強磁場実験で使用しているコンデンサ電源を用いてキロアンペアオーダーの大電流を電磁石に印加し、テスラ級の磁場領域においても期待していた磁束の濃縮が起こる事を実証した。平行して、ノイズの少ない磁場発生を実現するためのパルス磁場電源の回路設計を行った。
原理的には可能であると考えていた磁束の濃縮が、実用レベルの装置でも実現出来ることを示す成果が今年度の研究で得られたため、初年度の研究は概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
より高い種磁場強度において磁束の濃縮率がどのように変化するかを調べ、その結果をもとにして、分割数やテーパー角度を変えた複数の磁束濃縮器を作製し、磁束濃縮器の構造の最適化を図る。平行して、外部補強を強化したサブミリ秒パルス電磁石を作製して、これまでに達成した36テスラを大きく越える50テスラを上回る種磁場の発生を実現する。
さらに、実用実験を見据えて、ボーア径を広くしたパルス電磁石と、ヘリウム温度の4.2ケルビンでの実験に必要な10Φの試料空間を確保した大口径の磁束濃縮器を作製する。また、ノイズの少ない磁場発生を実現するパルス磁場電源の製作も平行して進める。
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| Causes of Carryover |
本研究で開発する100テスラパルス電磁石を用いて実際の高感度な磁化測定を実現するために開発を進めている、ノイズの少ない磁場発生を実現する新しいパルス磁場電源の回路設計に予定より時間を要することとなった。とりわけ、選定した回路部品が受注生産品であったことから納品までに３ヶ月以上を要するという事情も重なって、初年度予算が一部執行できない状況にあった。
しかし、特に長い納期を要する部品に関しては2017年度注に発注済みであり、一部未選定の部品も早急に選定を進め、2018年度の前半には随時電源の製作を進めていく予定にしている。実際には、電磁石の開発にはさらに時間が必要であるため、2018年度の後半には２つを組み合わせた実験を実施出来る見込みである。以上のことから、今回の予算執行の遅れが本研究の推進に大きく影響することは無い。
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Research Products
(1 results)
