2019 Fiscal Year Research-status Report

先進ガン治療装置の普及を加速させるための超伝導マグネットの極軽量化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	19K04364
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	尾花哲浩核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (60435518)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	超伝導コイル / 重粒子線ガン治療 / ガントリー
Outline of Annual Research Achievements	超伝導技術を活用した重粒子線がん治療用『回転ガントリー』を、国内外の医療施設へ普及させるためには、装置の大幅な軽量化が急務である。そこで、『回転ガントリー』の中核機器である超伝導マグネットの極軽量化を行う。現状の超伝導マグネットには、漏れ磁場遮蔽のために、巨大重量物である鉄ヨークを使用している。その鉄ヨークを一切使用しない“アクティブシールド（能動的磁場遮蔽）型”超伝導マグネットの設計概念を新たに導入することで、マグネット重量の劇的な軽量化を実現する。アクティブシールド型超伝導マグネットでは、鉄ヨークの代わりに超伝導コイルを用いて、マグネットから周囲に漏れる磁場を遮蔽する。それゆえ、アクティブシールド型超伝導マグネットは、粒子ビーム軌道を曲げるための『偏向磁場用コイル』と『漏れ磁場遮蔽用コイル』の2種類の超伝導コイルから構成される。2019年度の研究活動によって、粒子ビーム軌道に沿って、1万分の１の高精度で偏向磁場を発生するのと同時に、マグネットからの漏れ磁場を完全に遮蔽することが可能なアクティブシールド型超伝導マグネットの磁場設計概念を構築することができた。本研究成果は、2019年度春季低温工学・超電導学会とInternational Conference on Magnet Technology (MT26) において報告した。更に、本成果をまとめた論文が、IEEE Transactions on Applied Superconductivityで出版された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2019年度に取り組む予定にしていた研究課題である『マグネットの磁場設計概念の構築』を実現することができたため。
Strategy for Future Research Activity	アクティブシールド型超伝導マグネットでは、従来の鉄ヨークを用いた超伝導マグネットとは異なる電磁力分布となる。そのため、これまでに無い新たな電磁力支持構造を開発しなければならない。更に、マグネットの軽量化を実現するために、支持材にも従来の鉄やステンレス等とは異なる新たな材料を選定しなければならない。現在、材料候補として、繊維強化プラスチックを検討している。本研究では、新たな電磁力支持構造・支持材を取り入れたアクティブシールド型超伝導マグネットが構造的に成立する設計手法を構築する。その際、有限要素法を用いた数値計算による検証を適切に行う。
Causes of Carryover	次年度使用額が生じた理由：数値解析用ワークステーションを他の予算と合算して購入したため。使用計画：マグネットの電磁力解析、研究成果発表のための旅費、研究協力者との打ち合わせの旅費等に使用する。