核融合実験装置用大型超電導マグネットの冷却安定化及び保護

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01050012
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 塚本 修巳 横浜国立大学, 工学部, 教授 (30017975)
• 研究分担者: 伊藤 猛宏 九州大学, 工学部, 教授 (20037740) ; 桜井 彰 京都大学, 原子エネルギー研究所, 教授 (20027121) ; 原 雅則 九州大学, 工学部, 教授 (30039127) ; 住吉 文夫 鹿児島大学, 工学部, 助教授 (20136526) ; 小笠原 武 日本大学, 理工学部, 教授 (40059340)
• キーワード: 大型ヘリカル装置 / 加圧HeII冷却方式 / クエンチ検出・保護 / SHEの流動特性 / 安定性評価 / 過渡熱伝達特性 / 動的安定化 / 擾乱の定量化

研究概要

研究の成果を要約すると次のようになる。
1.擾乱の定量化、安定性評価に関し、マグネットに生じる擾乱エネルギーの大きさを明らかにする見通しを得た。また、液体ヘリウムの種々の条件下での定常および過渡熱伝達特性のデータを集積し、高電流密度大型マグネットの安定評価基準を明らかにした。さらに、交流磁界による損失下での安定性を解析した。
2.クエンチ検出・保護および診断に関し、超電導マグネット環境下における液体ヘリウムの絶縁特性のデータを取得し、クエンチ時のマグネットの保護方式に有用なデータを得た。また、音響方式による新しいクエンチ検出方式を提案し、その原理を検証した。さらにマグネット巻線の応力とAEの関係を明らかにした。
3.冷却方式に関し、高電流密度大型マグネットに適していると考えられているSHE強制冷却導体について、導体の通電特性、SHEの流動特性、冷却特性さらに擾乱に対する流体の挙動を明らかにした。また、ヘッド圧を利用した加圧HeII冷却方式について導体の安定性向上を確認した。
4.動的安定化に関し、先進材に適した新しい安定化法の概念を提案し、理論的、実験的検証を行なった。
5.電流リード方式に関し、損失を大幅に低減する多段冷却電流リード方式について検討を行い、その優位性を明らかにした。
以上の成果により、次期大型ヘリカル装置用超電導マグネットの設計に具体的に役立つデータが得られた。また、次期大型トカマク装置の超電導化に有用なデータが与えられるとともに今後のR&Dの方向性が明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] T.Takao: "Frictional motion of conductor in superconducting magnet and quantification of disturbance energy" Advances in Cry.Eng.(1990)
• [文献書誌] T.Takao: "Technique to reduce disturbance energy due to frictional conductor motion in superconducting magnet" Proc.of MT11. (1990)
• [文献書誌] O.Tsukamoto: "Stability analysis of superconducting magnet:an approach to quantification of energy disturbance caused by conductor motion" Cryogenics. 29. 616-620 (1989)
• [文献書誌] M.Hara: "Influence of transverse magnetic field on breakdown characteristics of vacuum,gaseous helium at low temperature and liquid helium" Cryogenics. 29. 448-456 (1989)
• [文献書誌] M.Hara: "Thermal bubble bleakdown characteristics of LN_2 at 0.1MPa under a.c.and impulse electric fields" Cryogenics. 29. 895-903 (1989)
• [文献書誌] F.Sumiyoshi: "Numerical method of interstrand coupling current losses in superconducting conductors" Cryogenics. 29. 741-747 (1989)
• [文献書誌] F.Sumiyoshi: "An indirect estimation method of an inter-strand resistance of superconducting cabled-conductors" Proc.of MT11. (1990)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Magnetic conditioning for flux jump instability in superconducting Nb_3Sn tape magnet" Proc.of MT11. (1990)
• [文献書誌] A.Sakurai: "Quasi-steady nucleate boiling and its life caused by large stepwise heat input in saturated pool liquid HeI" Cryogenics. 29. 597-601 (1989)
• [文献書誌] M.Shiotsu: "Effects of diameter and system pressure on critical heat flux for horizontal cylinder in saturated liquid HeI" Cryogenics. 29. 593-596 (1989)
• [文献書誌] A.Sakurai: "Effect of system pressure and liquid subcooling on quasi-steady nucleate boiling and its life for liquid helium I" Advances in Cry.Eng.(1990)
• [文献書誌] 西尾茂文: "超伝導導体の冷却安定化" 生産研究. 41. 1-8 (1989)