2020 Fiscal Year Research-status Report
A Hybrid Trapped Field Magnet Lens (HTFML): concept and realization
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19K05240
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
藤代 博之 岩手大学, 学長・副学長等, 理事 (90199315)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内藤 智之 岩手大学, 理工学部, 准教授 (40311683)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | バルク超電導体 / 捕捉磁場 / 磁束ピン止め効果 / 磁気シールド効果 / 擬似微小重力環境 / 超電導バルク磁石レンズ(HTFML) / 高勾配超電導バルク磁石(HG-TFM) / ライフサイエンス応用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
REBaCuO系超電導バルク磁石は、「磁束ピン止め効果」を用いてバルク中に15 T以上の強磁場を捕捉でき、医療分野などへの新しい応用が始まっている。一方、超電導コイル磁石が作る磁場を、「磁気収束効果」を用いて内部に設置する超電導バルクで作製された磁気レンズにより磁束線を収束し、磁場増幅率が1.5~2.5程度の強磁場を実現する磁場収束レンズの研究が行われているが、外部磁場をゼロにするとその効果は失われる。本研究では研究代表者により提案された全く新しいハイブリッド型超電導バルク磁石レンズ（HTFML）（「バルク円筒による磁場の捕捉現象」に「バルクレンズによる磁気収束効果」を組み合わせ、着磁磁場より大きな磁場を持続的に発生）の実証研究を行うことを目的とする。
本研究では今年度、以下の３つのプロセスで研究を進め、様々な検討の結果、１つの冷凍機でREBaCuO系超電導バルクレンズとバルク円筒を冷却し、解析結果に近いHTFMLを実現することが出来た。さらに擬似微小重力環境を実現する非常に大きな磁場勾配を実現する新しいバルク磁石(HG-TFM)を提案し、実証の準備を開始した。
１）GdBaCuOレンズとGdBaCuO円筒を用いて、”lose contact method”によりHTFMLの実証実験を行った。その結果、7 Tの外部磁場で9.8 Tの定常磁場を実現した。
２）HTFML構造は印加磁場よりも大きな捕捉磁場の実現以外に、非常に大きな磁場勾配を実現することを数値シミュレーションで明らかにした。
３）水滴の磁気浮上も可能な非常に大きな磁場勾配を実現する高勾配超電導バルク磁石(HG-TFM)を提案し、電磁界及び応力解析シミュレーションによる構造の最適化を行った。その成果を論文発表し、特許出願を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では今年度、3つのプロセスについて検討を進め、以下の結果が明らかになった。
１）GdBaCuOレンズとGdBaCuO円筒を10 K冷凍機にセットしHTFMLの実証実験を行った。１台の冷凍機でHTFMLを実現する様々な方法を検討したが、最終的に”loose contact method”を開発し、この方法を用いて印加磁場Bapp = 7 Tの条件で、レンズ中心でBc = 9.8 Tの磁場を持続的に発生することを確認した。さらに大きな印加磁場Bapp = 10 Tの条件では途中までBc=13 Tが予測されたが、着磁終了直前でバルク円筒の破壊が起こり完全な実証は出来なかった。しかし、十分に価値の高い結果を得ることが出来、これらの結果は学術論文に”Letter”として発表した。
２）HTFML構造は印加磁場よりも大きな捕捉磁場の実現以外に、非常に大きな磁場勾配(3000 T2/m)を実現することを数値シミュレーションで明らかにした。これらの結果は、学術論文として発表した。
３）水滴の磁気浮上(1400 T2/m以上)も可能で、HTFMLよりも着磁が容易で室温空間が広く、非常に大きな磁場勾配を実現する高勾配超電導バルク磁石(HG-TFM)を提案し、電磁界及び応力解析シミュレーションによる構造の最適化を行った。その結果、直径10 mmの室温空間に6000 T2/mの磁場勾配を有することを明らかにし、その成果を論文発表と特許出願を行った。現在、実証実験とタンパク質の結晶成長や３次元細胞培養などのライフサイエンス応用を目指した準備を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
３年目となる令和３年度は、以下の点について重点的に研究を推進する。
１）電磁界及び応力解析シミュレーションによる非常に大きな磁場勾配を実現する高勾配超電導バルク磁石(HG-TFM)の提案を実験により実証する。様々な条件で捕捉磁場及び磁場勾配分布を測定し、解析結果と比較する。これらの結果を国際会議で発表し、論文として投稿する。
２）HG-TFM装置を用いて、様々な磁化率と密度を有する各種材料を空気中、または溶媒中で浮上させ、静止画及び動画に撮影する。浮上位置が解析結果と一致しているかどうか検証する。これらの結果を論文として投稿する。
３）さらにHG-TFM装置を用いて、タンパク質の結晶成長や３次元細胞培養などのライフサイエンス応用を目指した実験を他大学等との共同で実施する。擬似微小重力効果を実際の応用において実証することが重要と考えている。
４）Cambridge大学との共同研究をさらに進め、HTFML及びHG-TFMの研究を世界的に展開する。
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| Causes of Carryover |
年度末に予定していた実験を次年度へ繰り越したため
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