超伝導ケーブル導体の過渡安定性に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452206
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 石山 敦士 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00130865)
• 研究分担者: 金 錫範 早稲田大学, 理工学部, 助手 (00287963) ; 若尾 真治 早稲田大学, 理工学部, 専任講師 (70257210) ; 小貫 天 早稲田大学, 理工学部, 教授 (80063428)
• キーワード: 超電導 / 交流応用 / 撚線ケーブル導体 / 過渡安定性 / 常電導伝播特性 / 分布定数回路 / 電流再配分 / 素線間接触抵抗

研究概要

1.交流用超伝導撚線導体の常伝導転移特性
撚線ケーブル導体の基本構成である3本撚線導体を試料として常伝導転移(クエンチ)特性を明確にするための実験と数値解析を行った。本研究の最終年度ということで、研究の最終目的である高安定導体の設計指針を明らかにすることを目指した。具体的には、安定化材として銅を複合させたNbTi/Cu/CuNiの3層構造の素線(絶縁被覆なし)について過渡安定性の評価を行うとともに、銅の断面配置の影響について詳しい検討を行った。
(1)クエンチ実験:3本撚線のうちの素線1本を強制的にヒ-タにより常伝導転移させ導体全体がクエンチに至る最小のヒ-タ投入熱量(MQE)を各通電電流直について探った。得られた通電電流とMQEの関係を表す曲線を過渡安定性の評価基準とした。その結果、銅を素線表面に配置する(銅シースを施す)ことにより、過渡安定性が大幅に改善されることを実験的・定量的に示すことができた。
(2)クエンチ解析:素線断面構成の影響を見るため、3次元過渡有限要素法による解析コードを作成し、銅母材の配置の影響について(1)の実験に関するシミュレーションを試み、良好な結果を得た。この解析コードを用いて銅シースの効果を明確にした。
2.撚線導体における素線間接触電気抵抗と導体内電流分布の測定法の開発
(1)接触抵抗の高感度測定:初年度開発した超伝導トランスを用いた測定装置を用い、本年度は、ラザフォード型導体を試料として接触抵抗のキュア温度や接触圧力依存性を詳しく調べ、素線表面の酸化膜の影響などを明らかにした。
(2)撚線導体内の電流分布測定:新しく鉄心付きピックアップコイルによる導体内の各素線電流を測定する方法を考案し、基礎的な実験によりその有効性を立証した。

研究成果

• [文献書誌] A.Ishiyama: "An Optimal Design Method for Highyl Homogeneous and High-field Superconducting Magnets" IEEE Transactions on Magnetics. 32. 2655-2658 (1996)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Experiment and Numerical Analysis of Normal Zone Propagation Properties in Ag Sheathed Bi-2223 Superconducting Tapes" IEEE Transactions on Magnetics. 32. 2822-2825 (1996)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Stability of Non-insulated A.C.Multi-strand Superconducting Cables" IEEE Transactions on Magnetics. 32. 2854-2857 (1996)
• [文献書誌] 石山 敦士: "高磁界・高均一超電導マグネットの最適化設計" 電気学会論文誌. 116B. 804-811 (1996)
• [文献書誌] 石山 敦士: "ビスマス系銀シース多芯テープ超電導線材の常電導伝播特性" 低温工学. 31. 379-390 (1996)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Optimal Design Method for MRI Superconducting Magnets with Ferromagnetic Shield" IEEE Transactions on Magnetics. (掲載決定). (1997)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "An Optimal Design Method for High-field Superconducting Magnets with Ferromagnetic Shields" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 3(掲載決定). (1997)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Transient Stability Analysis in Bi-2223/Ag Superconducting Tapes" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 3(掲載決定). (1997)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Improvement of Transient Stability of Non-insulated A.C.Multi-strand Superconducting Cables" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 3(掲載決定). (1997)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Design and Characteristics Analysis of Superconducting Tubular Linear Induction Motor" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 3(掲載決定). (1997)
• [文献書誌] K.Nagashima: "Characteristics of Metal/Ferroelectric/Insulator/Semiconductor Structure Using SrBi_2 TaO_9 as the Ferroelectric Material" Jpn.J.Appl.Phys.35,12B. L1680-L1682 (1996)
• [文献書誌] Y.Tarui: "Application of the Ferroelectric Materials to ULSI Memories" Appl.Surface Sci.4088. (1996)
• [文献書誌] T.Hirai: "Crystal and Electrical Characterizations of Epitaxial Ce_XZr_<1-X>O_2 Buffer Layer for the Metal/Ferroelectric/Insulator/Semiconductor Field Effect Transistor" Jpn.J.Appl.Phys.35,9B. 5250-5153 (1996)
• [文献書誌] T.Hirai: "Crystal and Electrical Characterizations of Oriented Yttria-Stabilized Zirconia Buffer Layer for the Metal/Ferroelectric/Insulator/Semiconductor Field-Effect Transistor" Jpn.J.Appl.Phys.35,7. 4016-4020 (1996)