研究課題
特別研究員奨励費
報告者は核融合炉に適した100 kA級高温超伝導（HTS）導体の開発研究を行っている。本年度はHTS導体の冷却安定性の設計指標を示すとともにヘリカル型核融合炉のホットスポット温度解析を行った。冷却安定性とは、何らかの擾乱によって超伝導導体の温度が上昇して常伝導転移したとき、その熱を高い熱伝導率を持つ安定化層や冷媒などに伝熱することにより、超伝導状態に復元させることを保障する概念である。30 kA級導体試験において、導体に流れる電流が導体の臨界電流値を超えた後、クエンチする場合とそうでない場合があった。臨界電流の磁場・温度依存性を見ると、磁場・温度に関係なく臨界電流が約50 kA（銅安定化材を含んだ電流密度として約85 A/mm2）以下の場合はクエンチしなかった。これは印加磁場や導体温度が低いと臨界電流が高くなり、臨界電流到達後のジュール発熱が大きくなるため、発熱が熱伝導による冷却を上回りクエンチに至ったためと考えられる。これにより熱・電磁解析を進め、これを導体の冷却安定性の設計指標として示すことができるとの見通しが得られた。ヘリカル型核融合炉FFHR-d1のホットスポット温度熱解析は1次元の熱拡散方程式を支配方程式として行った。ホットスポット温度とは常伝導転移を検出して電流が減衰する間に導体が上昇する最高温度のことである。本解析では、超伝導体の特性評価にはパーコレーションモデルを用いた。擾乱を導体の左端から断面一様に熱流束で与え、常伝導転移を発生させるとした。計算の結果、導体のホットスポット温度は137 Kまで達した。一般にホットスポット温度は200 K以下にすることが目安となっているが、今回の解析ではこの値を下回った。これにより本解析によって高温超伝導導体の設計指標を得ることができた。
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of Physics: Conference Series
巻: 印刷中
IEEE Transactions on Applied Superconductivity
巻: 25 号: 3 ページ: 4602905-4602905
10.1109/tasc.2014.2377793
