2013 Fiscal Year Annual Research Report
接合抵抗発生メカニズム定量化による分割型高温超伝導マグネットの電磁力接合構造設計
| Project/Area Number |
23686132
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊藤 悟 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60422078)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 超伝導材料・素子 / プラズマ核融合 |
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| Research Abstract |
商用核融合炉を目指した設計案として機械的接合法を利用した分割型高温超伝導マグネットを提案している。本研究では、高温超伝導導体の機械的接合法における抵抗発生メカニズムを基礎実験および数値解析によって定量的に分析し、機械的接合の接合構造・接
合力負荷法を最適化することで、核融合炉環境下でも低抵抗・再着脱可能な機械的接合が可能であることを実証することを目的とする。さらに電磁力、熱ひずみ等を考慮した構造解析を実施し、分割型高温超伝導マグネットの最適構造設計案を提示する。
(1) 機械的接合法の抵抗発生メカニズムの定量化：昨年度確立した接触抵抗抽出法を用いて接触抵抗の温度依存性を評価し、Holmの接触理論と比較した。接触抵抗は集中抵抗と皮膜抵抗から構成されるが、接触点材料の抵抗率に比例する集中抵抗の寄与を接触抵抗から差し引き、差分の温度依存性を評価したところ、接触点材料の酸化物の抵抗の文献値の温度依存性とほぼ一致した。すなわち接触抵抗の温度依存性の定量化に成功した。
(2) 高温超伝導導体の機械的接合法：100 kA級GdBCO導体を製作し、機械的ブリッジジョイントを用いて接合試験を行った結果、(1)に基づいて確立した接合抵抗予測手法による接合抵抗の推定値と同等の抵抗値を得ることできた。また、製作した導体で励磁・減磁試験を行い、導体を構成する各GdBCO線材の接合抵抗のばらつきが、交流通電時における接合抵抗の電流依存性の原因になることを示した。
(3) 電磁力・接触解析： 電磁力による引張応力と導体の接合部の機械的接触面の最大静止摩擦力の関係から、接合部の健全性について検討した。摩擦係数の文献値から考えると現状の超伝導コイル設計と同等の構造材が配置されていれば、接合部のずれは起こらないことを示した。今後は実際に引張試験を行うなど、接合部の機械的特性を実験的にも確かめる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Performance of a Mechanical Bridge Joint for 30-kA-class High-temperature Superconducting Conductors2014
Author(s)
S. Ito, K. Kawai, Y. Seino, T. Ohinata, Y. Tanno, N. Yanagi, Y. Terazaki, K. Natsume, S. Hamaguchi, H. Noguchi, H. Tamura, T. Mito, A. Sagara, H. Hashizume
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Journal Title
IEEE Transactions on Applied Superconductivity
Volume: 24-3巻
Pages: 4602305
DOI
Peer Reviewed
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