2022 Fiscal Year Annual Research Report
超高磁場発生のための高耐久高安定マグネットの開発技術および経済性運転技術の確立
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20H02125
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
野口 聡 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (30314735)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 錫範 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (00287963)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高磁場発生 / 超伝導マグネット / 安定性・耐久性 / 経済性運転 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究実績概要は以下の通りである。
１）超高磁場下での電流分布シミュレーション・コードの開発を行った。REBCO超伝導線が、超高磁場下では電磁応力によるコイル形状変形がおき、電流分布が変形を考慮しない場合と異なることを、これまでに確認してきた。しかし、従来用いられてきたビーンモデルと異なる電流分布も測定されており、電磁応力によるコイル形状変形を考慮した解析手法でも超高磁場下では適用できない可能性が示されている。該当年度は、超高磁場下におけるREBCO超伝導線の電磁的振る舞いを表現する新しいモデルに基づく、電流分布シミュレーション・コードを開発した。新しいモデルでは、動的磁束解析シミュレーションに基づいており、これまでのマクロスコピックな考え方ではなく、メゾスコピック領域での超伝導状態を表現した。
２）パンケーキコイルの巻線間接触抵抗の測定について、遮蔽電流を考慮したシミュレーションを実施することで、これまでの計測精度について検証した。これまで、交流電流を通電するパンケーキコイルの巻線間接触抵抗測定手法を提案し、その有効性について検証してきた。詳細なシミュレーションにより、巻線間接触抵抗のより正確な値への補正手法を確立し、提案してきた。また、ダブルバンケーキコイルを作製し、実測の準備を進めてきた。
３）電磁応力による周方向コイル形状変形に関するシミュレーション・コードの開発を行ってきた。昨年度まで、径方向のコイル形状変形についてシミュレーションを実施し、REBCO超伝導線の安定性などについて検討してきた。その際に、過剰なフープ応力が発生しており、新たなモデルの構築が必要であることが示唆された。そこで、新たに周方向コイル形状変形をシミュレーションし、フープ応力の緩和を確認した。
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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
本申請科研費の大きな研究項目として、(１)熱、応力、電磁界連成シミュレーション手法の開発、(２)誘導電流の低減の電磁機構の開発、(３)巻線間電気抵抗の制御および測定、(４)無絶縁REBCOマグネット用のフラックス・ポンプの開発がある。2022年度、項目(1)に関しては、予定より進展があった。本来は実施する予定ではなかったが、コイル周方向変形に関するシミュレーション手法を開発し、フープ応力の緩和を確認するに至った。項目(２)に関しては実施予定はなかったが、新たなコンセプトを検討するための準備を行なった。項目(３)は予定通り、実験検証の精度をシミュレーションで検討した。その結果、これまでの手法では測定精度が高くないことが判明し、シミュレーションに基づく補正方法を提案した。項目(3)は概ね予定通りの進展であった。項目(4)は、フラックス・ポンプの試験用の超伝導コイル製作を終えた。ただし、コロナ禍の影響が少し残っており、思うように岡山大学で実験準備を完了できなかった。総じて、項目(1)から(3)に関しては、予定より進んでいるが、さらに進展させていく。項目(4)は、若干遅れているため、早い段階で申請者が岡山大学を訪問し、次年度内早々に遅れを取り戻すこと に注力する。以上のような状況から、前倒し開始した項目や新たな検討を追加したことで、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方針として、項目ごとに以下の最終年度の実施計画を立てている。（１）これまで進めてきた熱、応力、電磁界連成シミュレーション手法の開発を引き続き実施する。次年度は最終年度であるので、安定性や耐久性の検討をより深く実施する。一方で、単純な立式によるコイル安定性評価手法を確立することで、汎用性の高い手法を広く周知する。（２）誘導電流の低減の電磁機構の開発では、予定より早く応力に関する検討を終えることができた。しかし、より安定性を向上させるコンセプトが見つかったため、シミュレーションによる検討を行い。安定性向上を目指す。（３）巻線間電気抵抗制御・測定に関しては、幅広い周波数でのシミュレーションや測定を終えた。その結果、高精度測定への補正方法を新たに提案した。該当年度は、この補正手法をこれまでは測定不可能であったコイルに対象を広げて、提案法の有効性を検証する。（４）これまで、コロナ禍の影響で、フラックス・ポンプ用コイルの基礎実験が少し遅れで気味であった。次年度はコロナ禍の影響がほぼなくなったことから、実験を当初予定まで進める。
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