2022 Fiscal Year Annual Research Report
磁気アルキメデス法による海中マイクロプラスチック回収装置の概念設計
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20K20989
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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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2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁気分離 / 超高磁場応用 / マイクロプラスチック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高磁場を利用した海水からのマイクロプラスチック回収装置の提案およびシミュレーションによる実現検証を行なっている。マイクロプラスチックは、負の磁化率を有することから、超高磁場中で高磁場勾配を作ることで、海水中のマイクロプラスチックの挙動をシミュレーションしてきた。マイクロプラスチックを効果的に回収するためには、30テスラ程度の超高磁場と、6.66テスラ/メートルの高磁場勾配が必要であり、長さも1.5メートルを要することが明らかになった。そして、この超高磁場・高磁場勾配マグネットを実現するために、（１）マグネットに働く電磁応力のシミュレーション、（２）第２世代高温超伝導マグネットの安定性を向上させるための保護技術について検討を行なってきた。（１）マグネットに働く電磁応力のシミュレーションとして、これまでに検討されてきたrz平面上のマグネット変形だけではなく、rθ平面上でのマグネットの回転力をシミュレーションし、新たな検討を実施した。その結果、超高磁場下では、マグネットの中心付近が大きく回転することが示された。（２）超伝導マグネットの保護手法として、無絶縁巻線技術についてこれまでも検討を重ねてきた。該当年度は、その派生技術であるメタル絶縁巻線技術、導電性エポキシ含浸技術などを体系的に検討してきた。その結果、部分的絶縁巻線技術が、クエンチ時の最大電流を抑制できることを見出し、保護性能が高いことが明らかになった。
最終年度の検討として、マグネットの最適化設計に関して、鉄シールドの解析手法について検討した。一般的に、非線形特性を有する鉄の磁場解析には、膨大な計算時間を有するため、最適化設計を適用できなかった。次元縮約法を採用することで、計算時間を大幅に短縮できるようになり、磁気シールド付き超高磁場・高磁場勾配マグネットの最適化設計ができるようになった。
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