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三次元磁界解析と実験を行うことにより、大容量交流超電導線接続部のクエンチ現象の解明及び接続端子の最適化を行うことができた。本研究により得られた知見を要約すると、以下のようになる。
1.超電導線接続部の三次元電流分布解析法の開発
超電流線と銅板の接続部を液体ヘリウムに漬して、商用周波の電流を流すと、銅板の導電率が常温の約100倍になるため、銅板中の電流の表皮深さは約1mm、超電流線の中のそれは約0.01mmになる。この場合の解析を、通常の三次元有限要素法を用いて行う際は要素数が膨大となり、実用的な解析は不可能である。そこで、強制電流と渦電流を別々に解析することにより、本接続部のように、極端な表皮効果が生じている場合でも、実用的な三次元解析が可能な手法を開発した。
2.商用周波数における接続端子中の電流分布の測定
我々によって開発された導体中の電流分布の精密測定法(改良プロープ法)を用いて、商用周波数における超電導線と銅板端子の接続部の電流分布の測定を行った。測定には、四端子法を用いたが、得られる出力電圧がμVオーダーと極端に小さいため、単にフィルタを設けるだけではノイズ成分が無視できなくなるため、ホモダイン計測法を導入することによって、測定精度の向上を図った。また、直流での測定も行い、なぜ商用周波でクエンチが起こるかを実験的に解明することができた。
3.接続端子の最適設計
我々の開発した極細多芯線の三次元解析法を用いて、接続端子の形状・寸法が電流の局部集中に及ぼす影響を明らかにして、交流超電導線の臨界電流近くまで電流が流せる接続端子の検討を行った。
4.最適接続端子の試作及び実験的検証
最適な接続端子を試作し、どの程度の値まで、クエンチせずに電流が流せるかを実験により明らかにした。
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