| 研究課題/領域番号 |
20H01889
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14020:核融合学関連
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
菱沼 良光 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (00322529)
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| 研究分担者 |
嶋田 雄介 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (20756572)
菊池 章弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50343877)
小黒 英俊 東海大学, 工学部, 講師 (90567471)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
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| キーワード | Nb3Sn / 核融合 / 高強度化 / 内部強化 / 固溶強化 / 高Jc化 / HIP処理 / 核融合炉 / Nb3Sn線材 / 内部補強 / 固溶強化機構 / HIP |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ITER以降の原型炉における超伝導マグネットに対して実用性及び生産性に優位なブロンズ法Nb3Sn極細多芯線の高強度化が切望されている。
これまでに、従来の外部補強による高強度化ではなく、金属学的相変態論に基づく固溶強化機構を利用した三元系ブロンズ（Cu-Sn-In）による新しく簡素な高強度化に成功し、最高の機械強度を示した。しかし、超伝導特性に大きく影響するブロンズ母材中の初期Sn量の低下が明らかになった。
当該研究では、これまでに得られた成果を更に高度化する目的で、高Sn濃度合金等を配置した外部Sn拡散等を駆使することで高超伝導特性と高強度を両立した革新的ブロンズ法の実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
令和4年度の研究結果では、内部補強Nb3Sn線材における高強度化と高臨界電流密度（Jc）化には線材母材のIn濃度とSn濃度に依存し、これらの両立には高Sn濃度化と高In濃度化が有効であることが明らかとなり、線材母材の最適化を検討した。Cu-14Sn-3In合金の外周にCu-15In合金を配置した線材母材を想定し、Cu-14Sn-3InとCu-15Inの合金比（各合金の断面積比にて算出、Cu-14Sn-3In断面積/Cu-15In断面積）を変化させた複合部材を用意し、Cu-14Sn-3In合金中に7本のNb芯を複合した多芯構造の拡散対を作製した。
熱処理することで、SnがNbと反応しNb3Sn相が生成すると同時に、外部に配置したCu-15In合金からCu-Sn-In合金に向かってInが拡散する挙動が確認できた。また、拡散したIn量は上述した合金比に呼応し、先行研究で明らかとなった高強度が担保される5％以上のIn組成となるためには合金比が約1.3以上となる断面構成が必要であることが分かった。
並行して、機械強度の改善方法の探索の一環として、高温静水圧焼結（HIP）処理の効果について検討した。HIP処理はNIFSのHIP装置を用いて、Nb3Sn相生成熱処理後にArガスにて650℃の温度下で200MPaまで加圧された。HIP処理による明瞭なJc特性の変化は見られなかった。これは、650℃という高い温度でのHIP処理であるものの短時間の処理時間ということで結晶粒の粗大化が起こらなかったためと考えられる。また、引張変形下でのJc特性の挙動を評価したところ、引張変形での許容応力およびひずみ量はHIP処理なし試料と比較して高く向上したことが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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