2021 Fiscal Year Annual Research Report
Systematization of characterization technologies for high-temperature superconducting wires, conductors and coil windings, and their development to highly reliable magnets
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19H05617
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
木須 隆暢 九州大学, 超伝導システム科学研究センター, 教授 (00221911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東川 甲平 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (40599651)
井上 昌睦 福岡工業大学, 工学部, 教授 (80346824)
和泉 輝郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20415938)
中村 武恒 京都大学, 工学研究科, 特定教授 (30303861)
鈴木 匠 成蹊大学, 理工学部, 助教 (70756238)
寺西 亮 九州大学, 工学研究院, 教授 (70415941)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 高温超伝導線材 / 導体 / コイル / ロバスト性 / 電流輸送特性 / 欠陥検出 / 磁気計測 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．実用長尺線材における局所欠陥の検出法として、申請者等が開発した高速連続磁気顕微計測に機械学習による画像解析を組み合わせることで、長尺線材における数1000枚の磁気計測画像の自動解析を可能とし、現在の数100m級実用長尺線材において従来認識されていなかった局所欠陥が内包されることを明らかにすると共に、昨年開発したClassification modelに加え、欠陥部位を直接検出するObject detection modelを開発し、長尺線材における欠陥位置やサイズの統計分布をも明らかとした。
２．高速磁気顕微鏡観察を系統的に作製条件を変化させたコンビナトリアル長尺試料に適用する事で、プロセス条件と線材性能との関係を高速に取得し、機械学習を用いた回帰モデルによって、線材の作製条件より、線材の液体窒素中のIcを精度良く推定できる事を実証した。
３．高安定化導体の開発に関して、２枚の希土類系高温超伝導素線を対面させて連続に貼り合わせ加工した長尺のFFDS導体を作製し、その均一性についてリール式磁気顕微鏡観察によって検証した。また、欠陥を有するFFDS導体の電流輸送特性を解析的に記述する手法について検討し、解析モデルによって定量的な記述を可能とすると共に、実験との比較によってFFDS導体の電流輸送時の優れた安定性について明らかとした。
４．素線ならびにFFDS導体の機械特性試験に関して、曲げ直径10mm以下の小径領域の試験手法を新たに提案すると共に、その原理検証と本手法に基づく連続曲げ試験装置を開発した。さらにFFDS導体を用いた実測データの取得により、臨界曲げ直径は素線の特性を凌駕する6 mm程度まで向上できることを実証した。合わせて、系統的なデータを取得し、コイル巻き線用導体としての特性を取得した。これらのデータに基づき、試験用コイルの設計を終え、要素コイル試験の準備を整えた。
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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
１．素線の性能向上のための評価手法の確立と新たな機能の開拓：リール式高速磁気顕微鏡観察に機械学習を導入し、線材評価手法としての新たな機能の発現と、線材の空間的不均一性の実測データを取得した。欠陥部位を直接検知するObject Detection modelを新たに開発し、従来法では検出が難しかった複雑な形状を有する欠陥ドメインを画像データとして認識し、そのサイズや線材内の位置を正確に把握することが可能となった。また、液体窒素中の臨界電流（Ic）と線材の作製プロセスとの関係を高速に取得し、機械学習を用いた回帰モデルによって、作製条件よりIcを推定できることを実証した。
２．高安定化FFDS導体の開発：素線を複合化するFFDS導体において、素線に欠陥を有するFFDS導体の実験と解析との比較によって、FFDS導体の電流輸送特性を解析的に記述できるモデルを確立した。また、使用条件や素線の局所Ic分布に応じたFFDS導体の設計指針を明らかとすると共に、その具体的な作製法についても目処を得た。さらに、コイル化のために重要となる曲げ特性に関して、特にFFDS導体の特徴となる優れた曲げ特性に関する特性を解明するため、曲げ直径10 mm以下の小径に適用可能な新たな試験法を提案すると共に、その理論解析と定量性ならびに再現性を実験によって明らかとした。加えて、本手法に基づいて、連続曲げ試験装置を開発した。COVID-19の影響による特注品の納入遅れにより2022年度に当該予算の繰越を行い、無事装置を完成させると共に、コイル試作のための曲げ特性データを取得した。
３．コイル化：前述の曲げ特性試験のデータを元に実証用コイルの設計を進めると共に、長尺FFDS導体を用いて実証用コイル試験の準備を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．素線の性能向上のための評価手法の確立と新たな機能の開拓：これまでに開発した磁気顕微鏡観察と機械学習の融合による局所欠陥の解析手法を用いて、製法の異なる線材間の特性の差異について調べると共に、低温・磁場下を含む実際の実用環境下における特性評価に展開する。更に、これらの高速計測の結果得られる測定データと線材作製プロセスとの関係を明らかとし、線材の使用条件に応じた作製条件最適化について検討する。
２．高ロバスト性導体の開発：これまでに開発を進めてきている高安定化FFDS導体の作製プロセスを更に高速化し、長尺化のための作製プロセスとしての目処を得ることを目標とする。
３．コイル化：開発した高安定化FFDS導体の直流、交流バイアス時の過負荷試験を実施し、損失並びに熱的安定性に関する基礎特性を取得する。これまでに取得したコイル巻線に用いるFFDS導体の基本特性を基に、試験コイルのための電磁気的設計を完成させると共に、最終試験用のコイル試作の準備を進める。
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Research Products
(22 results)
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[Presentation] Study of the Basic Properties of Meter-class REBCO High-Temperature Superconducting Coils for MRI2021
Author(s)
MIURA,Hideaki; HATTORI,Taisuke; OYA,Masayoshi; MATSUDA,Tetsuya ; TONOOKA,Shun; SATO,Shinji; HIGASHIKAWA,Kohei; KISS,Takanobu; YOKOE,Daisaku; ITOH,Taishi; KATO,Takeharu
Organizer
27th International Conference on Magnet Technology (MT27)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Hybrid Microscopy to Clarify Failure Mechanisms of REBCO Tapes in Meter-Class Pancake-Coils2021
Author(s)
KISS,Takanobu; TAKARABE,Yusuke; SHIGEOKA,Shun; WU,Zeyu; IMAMURA,Kazutaka; HIGASHIKAWA,Kohei; YOKOE,Daisaku; ITOH,Taishi; KATO,Takeharu; MIURA,Hideaki; HATTORI,Taisuke; OYA,Masayoshi; TONOOKA,Shun
Organizer
27th International Conference on Magnet Technology (MT27)
Int'l Joint Research
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