| 研究課題/領域番号 |
20K04454
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
菅原 賢悟 近畿大学, 理工学部, 准教授 (50718963)
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| 研究分担者 |
石 禎浩 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (00525834)
藤原 耕二 同志社大学, 理工学部, 教授 (20190093)
中村 健二 東北大学, 工学研究科, 教授 (70323061)
羽根 吉紀 東北大学, 工学研究科, 助教 (40908753)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 粒子線ビーム / 加速器用電磁石 / 電磁界解析 / 磁気回路網 / ケルビン変換 / 磁気ヒステリシス / 磁気余効 / 電磁石 / 加速器 / プレイモデル / 静磁界解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，磁気ヒステリシスを定量化することで，加速器用電磁石が作る磁場分布を高速かつ高精度に制御する方法を提案する。磁場を制御するには，磁気ヒステリシスの影響は大きく，これを無視することはできない。モータの分野では，これを定量化したモデリング手法について研究が進められている。一方，より加速器の分野では現在も磁気ヒステリシスの定量化は困難なものとされ，時間をかけて初期化運転を行いうことで磁気ヒステリシスの影響を抑えてきた。そこで我々は加速器の分野に磁気ヒステリシス定量化モデルを適用し，初期化運転を必要とせず，高精度な磁場変更を即座に反映できるシミュレーション技術の確立を目的とした。
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| 研究成果の概要 |
加速器用電磁石の運転ではヒステリシスの影響を考慮する必要がある。ヒステリシスの影響を評価する一つの方法として有限要素法が挙げられるが計算時間が長大となるため，加速器用電磁石の運転支援に適していない。我々は計算コストが比較的小さい「磁気回路網法」を加速器の運転支援に用いることを検討している。本研究ではケルビン変換の考え方を取り込むことで加速器電磁石のような開磁路においても適用できるように拡張した。この研究成果は日本磁気学会から論文賞として表彰された。その後，さらに実験的検討を重ねることにより直流ヒステリシスに加えて磁気余効と結合したヒステリシスのモデリングが必要であることを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
がん治療や材料開発には加速器が用いられている。加速器とは照射するビームを加速する装置であるがその軌道を制御するためには電磁石が用いられる。電磁石には鉄が用いられているが鉄にはその履歴に依存するヒステリシス現象があるため，電磁石に流す電流と発生磁場の関係が単純ではない。結果としてビームの制御を高精度に行うことの妨げとなっている。本研究では，このヒステリシスの影響を考慮することでビーム制御の高度化することを目的としている。本研究が完遂すると例えばがん治療用の高精度な照射が達成される。この科研費による研究期間では，その目標の達成に向けて重要な知見を得ることができた。
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