| 研究課題/領域番号 |
22H00142
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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 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
荻津 透 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, 教授 (30185524)
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| 研究分担者 |
雨宮 尚之 京都大学, 工学研究科, 教授 (10222697)
淡路 智 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10222770)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2024年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
2023年度: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2022年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
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| キーワード | 超伝導電磁石 / 高温超伝導 / 超伝導ケーブル / 加速器 / クエンチ / 高温超伝導ケーブル / 高磁場電磁石 / 電磁力 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高温超伝導(HTS)線材を用いて、加速器応用で特徴的なビームロスや繰り返し運転における交流損による高熱負荷条件でもクエンチせずに安定的に運用できる加速器科学用の超伝導マグネットで20T超の高磁場を実現する基盤技術を確立する。特に必須となる2つの基盤技術：電磁力対応技術;20Tの磁場が作る非常に大きな電磁力に対応できる超伝導体およびコイル構造と、クエンチ安定化・保護技術;高い熱負荷環境でもマグネットがクエンチしないHTS導体の安定化技術と万が一クエンチしてもマグネット損傷を防ぐクエンチ保護技術を確立することを目標とする。
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| 研究実績の概要 |
東北大学では圧縮ひずみ測定用プローブの設計・作製と、これに平行してREBCO線材の主に引張特性評価を行った。特に安定化銅の厚みの異なるREBCOテープでは、銅の厚みによってヤング率が異なることや、室温と比べて低温でヤング率や降伏応力が向上することなどを確認できた。さらに、4.2 K近傍の低温における臨界電流のひずみ依存性評価のため、 REBCOテープをレーザによって加工することを試みた。結果として1mm幅程度まで、臨界電流密度の低下なしで加工することに成功した。一方で、引張応力の印加によって容易に剥離することが分かった。このことから、テープ端部の銅が試料の剥離強度に大きく影響していることが示唆される。また、REBCOテープのハステロイ基板に対して引張応力―ひずみ特性を評価した結果、室温で250GPa、4.2 Kの低温では300GPaとなる可能性があることも分かった。詳細な確認が必要ではあるが、加工によってハステロイ基板の強度向上による機械特性向上も見込まれる。また、REBCOコイル形状での機械特性評価も合わせて実施した結果、コイルの巻線状況等でコイル内部の応力分布を調整可能であることも分かった。
京都大学ではコアの周りに超伝導線を1本巻いたケーブルの要素的構造でクエンチ安定性・保護特性について実験的に調べた。
１）4端子法で接触抵抗の実測を試行した。
２）クエンチ時の電流分流について、超伝導線に沿った電圧タップ、コアに沿った電圧タップ、超伝導線とコアの間につけた電圧タップにより観測した。その結果、接触抵抗を介してのコアへの電流分流を確認できた。また、長さ50mm程度の区間の接触抵抗は1マイクロオームと評価できた。一方、コアの抵抗は50マイクロオーム程度である。
KEKでは、これらの結果を受けて加速器用超伝導電磁石に最適なケーブルの構成について検討を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
東北大学での応力測定、京都大学でのケーブルの要素試験、KEKでの検討共に研究は概ね順調に進んだ。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は、東北大学で令和4年度に作成したプローブの調整後に横圧縮下の超伝導特性評価を中心に各種テープ線材の試験を実施する予定である。また京都大学では構成を単純化したケーブルなど、クエンチ・保護試験に適したサンプルケーブルを作製し、作製したサンプルケーブルに様々な電圧タップを取り付け、素線間の定常的な電流分流のほか、クエンチ時の過渡的な電流分流を調べる実験を進めていく。KEKでは引き続きケーブルの構成やそれを用いた超伝導電磁石の設計指針の策定を行う。
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