2012 Fiscal Year Annual Research Report
大型CIC導体の大電磁力下における素線のキンク変形による特性劣化の原因究明
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24360103
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宮城 大輔 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10346413)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津田 理 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10267411)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | CIC導体 / 超電導コイル / 核融合装置 / 偏流 / 素線配置 / 接触抵抗 |
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| Research Abstract |
超伝導電力貯蔵装置や核融合炉用超伝導コイルに用いられる導体として,複数の細い超伝導素線を多段階に撚り合せたケーブルを金属管に収納したケーブルインコンジット導体(CIC導体)が用いられているが,励磁速度に対する不安定な動作や設計値に比べて超伝導特性が劣化するといった問題が確認されている。これの要因のひとつとして,外部からの変動磁場により誘起される循環電流に基づく偏流現象が挙げられるが,この現象は,実際の導体においてコンジットへの収納時に規則的な撚線構造が崩れる「撚り乱れ」によって生じるためと考えられる。そこで,CIC導体内部において循環電流を誘起する素線間ループについて実測を行い,撚り乱れによって素線間の鎖交ループ面積にばらつきがあることを確認し,偏流現象が起きえることを示した。さらに,我々が考案したCIC導体内の素線軌跡推定手法より得られた素線軌跡について,同様に素線間の鎖交ループ面積を計算したところ,ループ面積のばらつきの分布の傾向は実測値と一致し,推定手法により得られた素線軌跡を用いてダイナミクスな偏流現象の検討が可能であることを示した。さらに,ダイナミクスな偏流現象に大きく寄与する,CIC導体内部撚線内の素線間の接触抵抗を液体ヘリウム温度下で測定した。実際に測定した素線軌跡から求めた撚線内の素線間の接触抵抗値の分布と実際に測定した接触抵抗値の分布を比較したところ,分布の傾向はおおよそ一致する結果が得られ,素線間の単位長さ当たりの接触抵抗値を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CIC導体内のダイナミクスな電流分布を求めるために,コンジット内に挿入することで生じる撚り乱れを考慮した素線軌跡推定法の有用性を確認するとともに素線間に生じるループのバラつきを明らかにした。さらに,集中定数回路モデルで必要となる撚線内の素線間の接触抵抗に関して,実測と素線軌跡を用いて推定でき,ダイナミクスな電流分布を求めるために必要な素線間のインダクタンスおよびコンダクタンスの検討が行えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
素線軌跡にともなう偏流現象の有無とそれに起因する電磁力分布を評価することで,電磁力と素線のキンク変形現象との関係を明らかにする。そのためには,局所的なループのバラつきにより誘起される電流分布と,それに起因する電磁力分布を求める。さらに,長尺導体においても素線軌跡を推定し,撚り乱れに起因するインダクタンスやコンダクタンスを求めて,より実際に近い偏流現象とそれに起因する電磁力分布を明確にする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は,当初計画していた1,2次サブケーブルでの測定をより実際のCIC導体に近いサンプルでの検証に変更して行うために,次年度以降に実施する簡易モデルにおける実験的検証に必要な経費として,平成25年度請求額とあわせて使用する予定である。
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