2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative high-strength bronze Nb3Sn superconducting wire for fusion utilizing external Sn diffusion
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20H01889
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
菱沼 良光 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (00322529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶋田 雄介 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (20756572)
菊池 章弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50343877)
小黒 英俊 東海大学, 工学部, 講師 (90567471)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Nb3Sn / 核融合 / 高強度化 / 内部強化 / 固溶強化 / 高Jc化 / HIP処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度の研究結果では、内部補強Nb3Sn線材における高強度化と高臨界電流密度（Jc）化には線材母材のIn濃度とSn濃度に依存し、これらの両立には高Sn濃度化と高In濃度化が有効であることが明らかとなり、線材母材の最適化を検討した。Cu-14Sn-3In合金の外周にCu-15In合金を配置した線材母材を想定し、Cu-14Sn-3InとCu-15Inの合金比（各合金の断面積比にて算出、Cu-14Sn-3In断面積/Cu-15In断面積）を変化させた複合部材を用意し、Cu-14Sn-3In合金中に7本のNb芯を複合した多芯構造の拡散対を作製した。
熱処理することで、SnがNbと反応しNb3Sn相が生成すると同時に、外部に配置したCu-15In合金からCu-Sn-In合金に向かってInが拡散する挙動が確認できた。また、拡散したIn量は上述した合金比に呼応し、先行研究で明らかとなった高強度が担保される5％以上のIn組成となるためには合金比が約1.3以上となる断面構成が必要であることが分かった。
並行して、機械強度の改善方法の探索の一環として、高温静水圧焼結（HIP）処理の効果について検討した。HIP処理はNIFSのHIP装置を用いて、Nb3Sn相生成熱処理後にArガスにて650℃の温度下で200MPaまで加圧された。HIP処理による明瞭なJc特性の変化は見られなかった。これは、650℃という高い温度でのHIP処理であるものの短時間の処理時間ということで結晶粒の粗大化が起こらなかったためと考えられる。また、引張変形下でのJc特性の挙動を評価したところ、引張変形での許容応力およびひずみ量はHIP処理なし試料と比較して高く向上したことが明らかとなった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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