2022 Fiscal Year Annual Research Report
磁気ヒステリシスを定量化した，加速器用電磁石の高速かつ高精度な制御方法の研究
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20K04454
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
菅原 賢悟 近畿大学, 理工学部, 准教授 (50718963)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石 禎浩 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (00525834)
藤原 耕二 同志社大学, 理工学部, 教授 (20190093)
中村 健二 東北大学, 工学研究科, 教授 (70323061)
羽根 吉紀 東北大学, 工学研究科, 助教 (40908753)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 粒子線ビーム / 加速器用電磁石 / 電磁界解析 / 磁気回路網 / ケルビン変換 / 磁気ヒステリシス / 磁気余効 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、加速器を用いた研究が多様化し、原子核・素粒子から物質構造・生命、医療・産業応用など、幅広い分野で活躍しています。粒子線がん治療用の加速器システムでは、高精度な照射が求められており、装置の小型化が強く望まれています。加速器システムでは、荷電粒子を制御するのに電場発生装置および磁場発生装置が用いられます。磁場発生装置である電磁石の振る舞いは、電磁場理論と鉄心の磁気特性に依存し、特に磁気ヒステリシスがビーム調整に大きな障害となります。
磁気ヒステリシスの定量的評価は難しいとされてきましたが、直流ヒステリシスを表現できるプレイモデルが近年研究されています。しかし、これらの手法は電気機器を対象としており、加速器の分野では適用が検討されていません。現状では、加速器用電磁石を励磁する際に磁気ヒステリシスの影響を減らすため、「初期化運転」と呼ばれる繰り返し過程が必要です。この過程は、加速器システムの運用とコストに大きな障害となっています。
加速器用電磁石では、磁場安定度を確保するために直流励磁が行われますが、磁気余効の影響も無視できません。これまでの研究では、磁気余効が磁気ヒステリシスに及ぼす影響は調査されていません。このため、加速器用電磁石に適したモデリング手法を確立するには、実験的基礎データの取得・分析が必要です。
本稿では、加速器用電磁石の高速かつ高精度な磁場制御手法の確立を目指し、小型のC型電磁石や実際の加速器システムで用いられる四極電磁石を用いて実験を行いました。
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