2022 Fiscal Year Final Research Report

Research on high-speed and high-precision control methods for accelerator electromagnets with quantified magnetic hysteresis.

Research Project

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Project/Area Number	20K04454
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 21010:Power engineering-related
Research Institution	Kindai University
Principal Investigator	Sugahara Kengo 近畿大学, 理工学部, 准教授 (50718963)
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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
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
Outline of Final Research Achievements	In the operation of accelerator magnets, it is necessary to consider the effect of hysteresis. The finite element method is a method to evaluate the effect of hysteresis, but it is not suitable for the operation of accelerator magnets because of its long calculation time. Therefore, the use of "reluctance networks analysis," which have a relatively low computational cost, is being considered to support the operation of accelerator magnets. In this study, the concept of the Kelvin transformation is extended to be applicable to open magnetic circuits such as accelerator magnets. The results of this research have received a paper award from the Magnetics Society of Japan. Further experimental investigation revealed that in addition to DC hysteresis, it is necessary to model hysteresis coupled with magnetic aftereffects.
Free Research Field	加速器工学と電磁界解析
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	がん治療や材料開発には加速器が用いられている。加速器とは照射するビームを加速する装置であるがその軌道を制御するためには電磁石が用いられる。電磁石には鉄が用いられているが鉄にはその履歴に依存するヒステリシス現象があるため，電磁石に流す電流と発生磁場の関係が単純ではない。結果としてビームの制御を高精度に行うことの妨げとなっている。本研究では，このヒステリシスの影響を考慮することでビーム制御の高度化することを目的としている。本研究が完遂すると例えばがん治療用の高精度な照射が達成される。この科研費による研究期間では，その目標の達成に向けて重要な知見を得ることができた。