| 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 |
交付 (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 / 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 / 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 |
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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 |
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し、その素線となる髪の毛よりも細い極細超伝導線材の開発と撚線ケーブル化の基盤となる電磁現象の解明に取り組んでいる。
極細超伝導線の連速伸線加工を高効率で行うことのできるノンスリップ型連続伸線機を導入した。従来のスリップ型伸線機と比較してダイス毎の後方張力の精密制御が可能で、難加工性素材の伸線加工中における断線防止が期待できる。ジェリーロール法Nb/Al複合線の伸線加工を試行し、外径50μmで長さ1,000m以上の長尺線が無断線で加工できた。この一部についてさらなる極細化に挑み、短尺ではあるが絹糸よりも細い外径17μmまでの細線化に成功した。この超極細Nb/Al線は異種金属の複合細線として世界最細の事例と考えている。
極細線を用いた19本撚線導体について、微分幾何学に基づく空間曲線理論により、熱処理後のマグネット巻き線を想定した曲げ歪み解析を行った。曲げ半径200mmの場合に0.033 %の歪みとなることがわかった。この結果は、線材の材料特性をフィードバックして導体の加工から運転時の特性を推定するために有用である。
直径25~50μmの極細多芯Nb3Sn線材素線の室温引張強度評価のため、既存の引張試験機に組み合わせる治具を本研究で新規に考案・製作し、試験を行った。5 N容量の小型ロードセルを自作し、荷重校正の結果、荷重と出力電圧の間に良好な線形性を確認した。単繊維引張試験法により、熱処理前、後の直径50μmのNb3Sn線材の室温引張試験を実施し、再現性良く破断強度を評価できることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
コロナ禍や国際情勢等による部材調達・物流困難が想定を越える状況であったため装置の納入が年度末ぎりぎりとなり、当該装置を使用する試作や試作品の評価試験等で次年度に持ち越さざるを得ないものがあったため
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| 今後の研究の推進方策 |
極細伸線加工後の組織を微細化するために伸線加工条件（特にダイス形状パラメータの影導入したノンスリップ型連続伸線機を最大限に活用して、引き続きNb3Al及びNb3Sn超伝導線の超極細線加工に取り組み、より細く且つより長い伸線加工が可能な最適条件の確立を目指す。さらに試作した超伝導極細線を複数本束ねて撚った集合撚線も作製し、それらの超伝導特性や機械特性について研究する。
絶縁されていない極細線多数本撚り線導体に対して電気回路モデルを適用し、電流分布を数値解析によって明らかにする。さらに局所的な電磁力分布から、上記歪みに重畳される歪みを評価して素線毎の超電導特性を数値解析する。この結果から通電中のクエンチ発生の可能性と、局所的クエンチによる熱源からの熱伝播解析を通して、A15極細線導体の安定性解析を行う。
室温引張について、ゲージ長を変化させて試験を行うことにより装置変形の影響を排除した変位を求め、極細多芯Nb3Sn線材のヤング率を評価する。また、素線を何本か撚り合わせた撚線についても引張試験を行い、応力―ひずみ特性や破断強度が素線のそれらから推定できるかどうかを検証する。さらに、素線の低温引張装置の開発も計画している。
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