2020 Fiscal Year Annual Research Report
Magnet technology development for 50T cryogen-free high temperature superconducting magnet
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18H05248
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
淡路 智 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10222770)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
BADEL ARNAUD 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00836017)
柁川 一弘 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 教授 (10294894)
岡田 達典 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50793775)
高橋 弘紀 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (60321981)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 超伝導磁石 / 高温超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，50T超伝導磁石開発を目指して高温超伝導磁石技術の構築を目的とし，①伝導冷却を見据えたコイル化技術，②高い電磁力に対する機械的変形と補強，③クエンチ（熱暴走）現象の理解と保護，④交流損失と不斉磁場の４項目に対して研究を推進している。最終年度に25T無冷媒超伝導磁石（２５ＴＣＳＭ）の内層コイルによる実証と無冷媒超伝導磁石の世界記録更新を狙っている。昨年度までに本研究で新たに開発して「ロバストコイル」構造を採用して内径68 mm外径約290 mmの実機サイズのパンケーキコイルを24個積層した24積層コイルを作製した。
劣化部位を導入したロバスト構造コイルを作製して試験を行った結果、通常のコイル構造では、劣化部位の存在によりコイル臨界電流がほぼゼロとなるが、ロバストコイル構造では劣化部位があっても劣化なしコイルの90%以上の高い臨界電流を示すことが実証できた。この振る舞いは、コイル内部の磁場分布に起因した臨界電流分布によることが分かった。したがって、ロバストコイル構造は、局所劣化に対して強い構造であることが実証できた。
遮蔽電流と交流損失の計算では、有限要素法と解析式により計算が可能となり、実験結果との良い一致が見られることが分かった。これによる実機において重要な励消磁時の温度上昇を見積もることができ、冷却設計に生かすことができる。
4積層コイルの電磁力試験の結果、ロバストコイル構造によって、電磁力が効率的に補強できることも明らかとなった。
クエンチ保護の観点では、コイル内部の局所発熱による熱暴走が起こったとしても、通常のバランス電圧（コイルインダクタンス電圧をコイルの上半分と下半分で相殺した電圧）によって検出することで、焼損前に保護ができることも理解できた。以上のことから、強磁場高温超伝導マグネットに必要な技術は、そのメカニズムを含めて確立できたと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計画では2020年度に24積層コイルを作製する予定であったが、2020年度に予定外のコイル作製を行ったため、数ヶ月の遅れがでた。研究自身は、予定外の実験により劣化対策を構築でき、結果としてロバストコイル構造の発案に至ることができたため、必要な実験だったと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
24積層コイル作製が、2022年度にずれ込んでしまったが、2022年度にはこれらの成果報告を関連学会で行うと共に、242積層コイルの試験により実証の予定である。
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