超電導マグネットのクエンチ現象に関する研究

• 研究課題/領域番号: 60050057
• 研究種目: エネルギー特別研究(核融合)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 近葉 実雄 近畿大学, 工, 教授 (70088623)
• 研究期間 (年度): 1985
• 研究課題ステータス: 完了 (1985年度)
• 配分額: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円); 1985年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
• キーワード: 超電導マグネット / 安定性 / 安全性 / クエンチ / AE / ひずみ / 常電導伝播

研究概要

超電導マグネットの信頼性ある設計と運転のために安定性と安全性の両面について検討した。まず安定性については各種機械的擾乱の性格を明らかにするための検出法ならびにクエンチ予測について考察した。テストマグネットは単層、多層NbTiマグネットを用い、擾乱検出は従来の電圧振動法の代りにマグネットの表面ひずみ測定を行ない、AEとの相関を調べ次の成果を得た。
(1)AEは励磁回数を重ねるごとに減少するが表面ひずみは殆ど励磁回数に依存しない。(2)マグネット軸方向には圧縮ひずみが、半径方向には引張りひずみが現われ、引張りひずみには多層の場合でもヒステリシスは少ないが、圧縮ひずみには大きなヒステリシスがあり、これとAEとが密接な関係があるという知見が得られた。(3)多層マグネットになると更に軸方向に対するねじれが現われ、これも特徴的AE(クエンチ近くで通常の30倍程度の急激なエネルギー増加)になりクエンチ予測の手掛かりとなることが判明した。
次にマグネットの安全性にとって重要となるクエンチ時の常電導伝播をマグネットの巻線構造との関連において実験的理論的に検討した。まず単層ソレノイドコイルにおいて巻線方向とこれに垂直方向の常電導伝播速度を独立に測定することによって層内常電導伝播には2つの伝播モードがあることを明らかにした。さらに、2つの伝播モード間の転移条件や各モードにおける2方向の伝播速度を定量的に説明するために、巻線間の熱的結合を考慮して2次元的常電導伝播を解析した。その結果、巻線間の熱的結合が層内の常電導伝播に重要な役割を持っていることがわかり、実測値もこの解析法によってうまく説明できた。又、マグネット内の巻線構造中の典型的構造である導体部と非導体部からなる積層構造中での常電導伝播を積層構造を均質化することによって平均的に評価する解析法を提案し、その妥当性を検討した。