| 研究課題/領域番号 |
21H04477
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
北口 仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, 特命研究員 (60354304)
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| 研究分担者 |
西島 元 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, グループリーダー (30333884)
菅野 未知央 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 准教授 (30402960)
菊池 章弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, グループリーダー (50343877)
谷貝 剛 上智大学, 理工学部, 教授 (60361127)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 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 |
42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)
2023年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2022年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2021年度: 19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)
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| キーワード | 超伝導線材 / 極細金属線加工技術 / 超伝導ケーブルの電磁現象 / 極細超伝導線の特性評価技術 / 強磁場加速器用マグネット / 極細金属線 / A15型化合物超伝導体 / 超伝導ケーブル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
髪の毛よりも細い極細超伝導線材を撚り合わせることで、性能を劣化させることなく自在に曲げることができ、これまで前例のないしなやかさをもった高磁場加速器マグネット用A15型化合物超伝導ケーブルを目指す。加速器マグネット主コイル用として十分な性能を目指して極細線の高性能化に取り組む。また、極細線撚り合わせケーブルにおける様々な電磁現象は解明されておらず、実験とシミュレーションの両面から理解を深め、ケーブル化のための基盤を構築する。
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| 研究実績の概要 |
前年度に試作した線材2種は、いずれも外径0.05mmまで縮径することができ、極細線に特化したデザインでの量産化の目処がついた。さらに、外径0.05mmの極細線を用いて、外径約3mmの3次撚りケーブル（7本×7本×36本：合計1764本）を試作した。熱処理後に優れた可撓性（曲げやすさ）を維持していることを確認した上で、実際に5,000A（4.2K、2T）の大電流通電実験を行って臨界電流特性確認し、多重撚線導体として実証した。
直径0.05 mmのブロンズ法Nb3Sn線材を19本撚り合わせたケーブルの電流分布を詳細に解析するには、インダクタンスとコンダクタンスで構成される回路網の構成要素が素線間接触点と素線本数の積に比例して増大するため、大規模な回路方程式を解く必要がある。これまで導入した節点電位法は回路のモデル化に適しているが、使用メモリが大きくなるため市販のサーバーでは計算時間が膨大となる。そこで科学計算に特化した200GB近いメモリを搭載したPCを組み、電流の流れる回路要素の枝電流を直接計算パラメータとして扱える修正節点電位法を取り入れた。これにより詳細な電流分布が直接取得できるコードを開発し、今後の大規模回路網解析への基盤となるプロシージャが整備できた。
直径0.05 mmのブロンズ法Nb3Sn線材を19本撚り合わせたケーブルの室温引張試験を行った。ケーブルと単線で破断強度、ヤング率はよく一致する一方、ケーブルの0.2%耐力は単線より低く、ケーブルの柔軟性の議論には塑性変形による永久ひずみの蓄積に注意が必要であることがわかった。単線、ケーブルに室温で軸方向の引張応力を負荷、除荷後に4.2 K、外部磁場中で臨界電流の測定を行い、許容応力は単線、ケーブルともほぼ同レベルであることがわかった。
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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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