2022 Fiscal Year Research-status Report
High current density, high stability, and high quench protection of HTS coils in AC magnetic fields
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22K04075
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
高尾 智明 上智大学, 理工学部, 教授 (30245790)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 一也 上智大学, 理工学部, 教授 (00407339)
福井 聡 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70293199)
小川 純 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (60377182)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 高温超伝導コイル / クエンチ / 安定化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温超伝導線に絶縁を施した絶縁コイルを対象として、従来の絶縁コイルの巻線部電流密度の限界と考えられる1平方センチメートル当たり200Aを超える電流を安定に流せる技術を得る見通しを立てるため、令和４年度は主に以下を実施した。
クエンチ検出の高感度化及び高クエンチ耐性化に関する研究としては、ホットスポット温度を低減させる方策の一つとして銅テープ共巻き法を提案し、高温超伝導YBCOテープを用いた小型超伝導コイルに実際に銅テープ共巻き法を適用し、その有効性を実証した。具体的には、冷凍機で50Kまで冷却したコイルに直流電流105Aを流した状態でクエンチ発生を模擬したヒータに通電した。その結果、コイルはいったんクエンチするものの、その後に超伝導状態に復帰することが確認できた。そして、共巻きする銅テープの厚みを増せばホットスポット温度はより低減することも確認された。
また、変動磁界損失および抵抗領域における発熱に対する抜熱を高めるコイル構造材料の研究として、高温超伝導YBCOテープ線を用いたコイル巻線部を模擬した巻線パックを作成し、テープ線間の熱伝達特性データなどを取得した。具体的には、コイルパックを冷凍機により77Kまで冷やしてYBCOテープ線の接触面圧や巻線部に挿入した小型ヒータによる発熱などを変えながら温度上昇を測定した。例えば、250mWのヒータ入力に対して抜熱が悪い条件では22Kの温度上昇が生じるのに対して、抜熱が良い条件では7Kの温度上昇まで低減された。これ以外にも、コイル構造材である高熱伝導プラスチックの熱歪特性と関連付けて、コイル巻線部における熱伝達特性のデータを蓄積した。
さらに、高熱伝導なイオン液体で超伝導コイルを含浸することにより、コイルの熱的安定性を高める研究としては、試験治具の作成やイオン液体単体の電気的特性を測定する装置の作成を行い、令和5年度における本格的な試験に備えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルスの影響を受けて、令和４年度は徐々に実験を始めた状況であったため、計画した通りのスケジュールでは試験を実施できず，やや遅れが生じた。
今後は新型コロナウイルスの感染の再拡大などがなければ，令和５年度はこれ以上に遅れが大きくなることはないと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
変動磁界損失および抵抗領域での発熱の抜熱を高めるコイル構造の検討として、REテープ線のコイル巻線部を模擬した巻線パックモデルを用いて，コイル構造材として高熱伝導の有機材料を挿入した際の伝熱特性の向上と温度低減を実験的に評価する。
また、イオン液体を用いて、まずイオン液体自体の極低温での電気特性を把握する。そして、高温超伝導コイルの含浸材としてイオン液体を適用し、これを用いた際の変動磁界損失および抵抗領域での発熱に対するコイル巻線部の温度上昇を検討する試験を実施する計画である。
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| Causes of Carryover |
令和４年度において、これまでの予備的な検討を含めて国内外の学会にて発表できるレベルの研究成果が得られた。そのため、アメリカでの２０２２年超伝導応用会議（Applied Superconductivity Conference 2022）および電気学会が主催する令和５年電気学会全国大会において発表を行った。これらのための旅費を使用したため、当初に計画していた使用予定額よりも大きな支出となった。
なお、令和４年度の使用額のオーバーが大きくないため、令和５年度およびそれ以降の予算執行において十分に調整可能である。
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