超伝導マグネットのミクロ安定性の体系的研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05452180
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 佐藤 隆 核融合科学研究所, 装置技術研究系, 助教授 (80225961)
• 研究分担者: 岩本 晃史 核融合科学研究所, 装置技術研究系, 助手 (00260050) ; 田村 仁 核融合科学研究所, 装置技術研究所, 助手 (20236756) ; 高畑 一也 核融合科学研究所, 装置技術研究所, 助手 (10216773) ; 三戸 利行 核融合科学研究所, 装置技術研究所, 助教授 (10166069)
• キーワード: ミクロ安定性 / 超伝導マグネット / 密巻マグネット / CICC / 超伝導素線 / 電流転流現象 / ボロイダルコイル / スケーリング則

研究概要

1.CICCマグネット安定性
(1)密巻マグネット安定性理論の応用として、CICCの素線周囲の非冷却条件とコイル平均電流密度の蓄積エネルギー・スケーリング則を用いて実用的設計基準を導出し、核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)のポロイダルコイル3種の設計に適用した(雑誌論文5(次ページ記載の1番目))。
(2)さらに、CICC素線表面のHe熱伝達特性と臨界電流マージンを考慮した高電流密度化設計基準を提案した(佐藤、高畑、三戸、山本:1994年度秋季低温工学・超電導学会、A3-8(Nov.1994)227)。この解析においては、素線回復電流と臨界電流マージンの与え方として、設計者の経験や感覚で決定しうる設計裕度系数K_RとK_Cを導入し、それらが式の中に含まれた素線Cu-SC比の解析解を得ることができた。
(3)ポロイダルコイルのうち内側垂直磁界(IV)コイルについては、IV-Lコイル1台(蓄積エネルギー68MJ)の単体冷却励磁試験を平成7年1月から3月初めにかけて実施した。コイル冷却特性はほぼ設計どおりのデータを測定できたが、ヘリウム冷却系内の不純物除去で難点があり、安定な冷却運転ができず、定格電流20.8KAに対してコイル励磁を2.2KAにとどめた(雑誌論文6)。不純物除去フィルタと冷却関連装置の改良を行い、再試験する予定である。
(4)1本の素線がクエンチしたときに他の素線へ電流が転流する安定性の解析と実験を実施した(星野、佐藤、高畑、三戸、他:1994年度春季・秋季低温工学超電導学会、D3-5(Apr.1994)246・B1-14(Nov.1994)35)。電流転流時の過度現象をピックアップコイルによって測定することができた。データと解析の比較検討を実施中である。
2.密巻超伝導マグネットのミクロ安定性
密巻マグネットの安定性評価法(雑誌論文1)の適用妥当範囲を確認することを目的として、内径90mmの密巻コイル2台の試作を開始した。素線(外径0.8mm)のCu-SC比をパラメータ(0.9と1.8)にしている。7年度に、コイルのデグラデーション、トレーニング効果を測定し、またヒ-タ加熱によるクエンチ電流特性をとり、理論との比較を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Satow: "Optimum Conditions of Stabilizer Ratio and Critical Current Margin for Maximizing the Current Density of a Tightly-wound Superconducting Magnet" IEEE Tran.Applied Superconductivity. Vol.3,No.1. 539-542 (1993)
• [文献書誌] T.Satow: "Present Status of Design and Wanufacture of the Superconducting Magnets for the Large Helical Device" IEEE Tran.Applied Superconductivity. Vol.3.No.1. 365-368 (1993)
• [文献書誌] K.Takahata: "Stability of Cable-in-conduit Superconductors for Large Helical Device" IEEE Tran.Applied Superconductivity. Vol.3.No.1. 511-514 (1993)
• [文献書誌] K.Takahata: "Stability Tests of the Nb-Ti Cable-in-Conduit Superconductor with Bare Strands for Demonstration of the Large Helical Device Poloidal Field Coils" IEEE Tran.MAGNETICS. Vol.30,No.4. 1705-1709 (1994)
• [文献書誌] T.Satow: "Practical Design Criterion of a Superconducting Magnet wound from Cable-in-conduit Conductors with a Copper Matrix" 1994 Applied Superconductivity Conference,LQC-1,Boston. (1994)
• [文献書誌] T.Satow: "Cooling and Excitation Tests of an Inner Vertical Coil for the Large Helical Device" Magnet Technology 14.Tampere,B9,Finland. (1995)