高エネルギー加速器用高磁場超伝導磁石の基礎研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07044103
• 研究機関: 高エネルギー物理学研究所
• 研究代表者: 新冨 孝和 高エネルギー物理学研究所, 低温センター, 教授 (10016082)
• 研究分担者: LEROY Daniel CERN, 加速器部, グループリーダー ; TAYLOR Thoma CERN, 加速器部, グループリーダー ; 石橋 健二 九州大学, 工学部, 教授 (00159766) ; PERIN Romeo CERN, 加速器部, グループリーダー ; 槙田 康博 高エネルギー物理学研究所, 物理部, 助手 (30199658) ; 住吉 文夫 鹿児島大学, 工学部, 教授 (20136526) ; 赤井 一憲 高エネルギー物理学研究所, 加速器部, 助手 (10184061) ; 古谷 貴章 高エネルギー物理学研究所, 加速器部, 助教授 (70156975) ; 荻津 透 高エネルギー物理学研究所, 加速器部, 助手 (30185524) ; 大内 徳人 高エネルギー物理学研究所, 加速器部, 助手 (50194080) ; 中本 建志 高エネルギー物理学研究所, 低温センター, 助手 (20290851) ; 木村 誠宏 高エネルギー物理学研究所, 低温センター, 助手 (10249899) ; 春山 富義 高エネルギー物理学研究所, 物理部, 助教授 (90181031) ; 土井 義城 高エネルギー物理学研究所, 物理部, 助教授 (60044765) ; 山本 明 高エネルギー物理学研究所, 物理部, 教授 (30113418) ; 土屋 清澄 高エネルギー物理学研究所, 加速器部, 教授 (20044787)
• キーワード: 超伝導マグネット / 双極マグネット / クエンチ / 四極マグネット / 超流動ヘリウム冷却 / 磁場勾配

研究概要

セルンで建設中のLHC加速器建設協力として、10テスラ級高磁場超伝導マグネットの開発研究を行った。研究を行ったマグネットは、双極ならびに四極超伝導マグネットである。
双極超伝導マグネットは、定格磁場8.4テスラを目標とし、クエンチなしに定格磁場を発生することを主眼においた。また、セルンで行われている開発研究と相補的になるように配慮し、かつ両研究機関の担当者と緊密に連絡を取りつつ計画を進めた。この研究では、設計ならびに製作において新しい工夫を取り入れた。1m長のモデルマグネットを製作し、試験した結果、最初のクエンチで定格磁場8.4テスラを越える8.8Tを達成し、最終的に臨界磁場の99%を越える励磁ができた。この結果は、今後の双極マグネットの開発にフィードバックされる。
四極超伝導マグネットでは、70mmのコイル内径で、240T/Mの磁場勾配を得ることを目標としている。磁場勾配が強く、コイル内最大磁場も9.6テスラを越えるマグネットである。今年度は、主として昨年度の設計を基にモデルマグネットの製作に主眼に置いた。最適端部形状、製作治工具、コイルやカラーの機械特性等についてセルンの担当者と緊密に連絡を取りつつ作業を進めた。強磁場勾配四極マグネットの開発にとって必要な基本データとして、冷却特性を知るうえで重要な超流動ヘリウム下での熱伝導特性、コイル寸法精度に密接に関係するコイルのヤング率などの基本的な研究を行った。その結果、今後の開発にとって貴要なデータを得ることができた。
これ等の開発研究を進めるために、両研究所から担当研究者が夫々派遣され、8回に及ぶ研究打合せのための会議が持たれた。

研究成果

• [文献書誌] 山本明,他: "Development of Twin Aperture Dipole Magnets for Large Haeron Collider" IEEE Trans.Appl.Superconductivity. Vol.5. 1016-1019 (1995)
• [文献書誌] 山本明,他: "Design Study of a Superconducting Insertion Quadrupole Magnet for the Large Hadron Collider" IEEE Trans.Appl.Superconductivity出版予定.
• [文献書誌] 中本建志,他: "Spallation Neutron Measurement by the Time-of-Flight Method with a Short Flight Path" Journal of Nuclear Science and Technology. Vol.32. 827- (1995)
• [文献書誌] 中本建志,他: "Charged Particle Identification Including Pions by Pulse-Shape Discrimination with an NE213 Liquid Scintillator" Review of Scientific Instruments. Vol.66. 5327- (1995)
• [文献書誌] 土屋清澄,他: "Operational Experience and Reliability of the Cryogenic Systems for the TRISTAN Insertion Quadrupole Magnets" Adv.in Cryog.Eng.Vol.41. 719-726 (1996)
• [文献書誌] 土屋清澄,他: "The Superconducting Magnet System for KEEB B-Factory" The 5th European Particle Accelerator Conf.(論文集出版予定).
• [文献書誌] 春山富義,他: "Pressure Drop of Two-Phase Helium Flowing in a Large Solenoidal Magnet Cooling Path and a Long Transfer Line" Cryogenic. Vol.36. 465-469 (1996)
• [文献書誌] 春山富義,他: "Superfluid Helium Flow through Porous Media" Cryogenics. Vol.36. 667-673 (1996)
• [文献書誌] 土井義城,他: "Reliability of He Refrigeration Systems for the TRISTAN Detector Magnets" ICEC-16/ICMC論文集出版予定.
• [文献書誌] 住吉文夫,他: "1kWh/1MW-SMES用ラザフォードケーブルの結合損失" 低温工学. Vol.31. 116-122 (1996)
• [文献書誌] 住吉文夫,他: "Measurements of Coupling Losses in Superconducting Cable-in-Conduit Conductors Affected by Internal Transverse Electromagnetic Forces" IEEE Trans,Magn.Vol.32. 2838-2841 (1996)
• [文献書誌] 石橋健二,他: "高温超伝導層流ガス冷却電流リ-ドの設計図表" 低温工学. Vol.30. 560-564 (1995)
• [文献書誌] 石橋健二,他: "Measurements of Coupling Losses in Superconducting Cable-in-Conduit Conductors Affected by Internal Transverse Electromagnetic Forces" IEEE Trans.Appl.Superconductivity. (出版予定).
• [文献書誌] 槙田康博,他: "Ballooning of a Thin Superconducting Solenoid for Particle Astrophysics" IEEE Trans.Appl.Superconductivity. Vol.5. 658-661 (1995)
• [文献書誌] 槙田康博,他: "Conceptual Design of the ATLAS Thin Superconducting Solenoid Magnet" IEEE Trans.Appl.Superconductivity. (出版予定).
• [文献書誌] 木村誠宏,他: "Cooling Performance of a Pressurized He II Cryogenic System for the Superconducting Magnet Test Facility at KEK" ICEC-16/CMC. (論文集出版予定).
• [文献書誌] 大内徳人,他: "Field Quality Measurements of Spare TRISTAN Insertion Quadrupole Magnet with Yoke Added" Appl.Superconductivity Conf.(論文集出版予定).
• [文献書誌] 大内徳人,他: "Test Results of TRISTAN Insertion Quadrupole Magnet in Superfluid Helium" Appl.Superconductivity Conf.(論文集出版予定).
• [文献書誌] T.M.Taylor,他: "Design of the 70mm Twin Aperture Superconducting Quadrupole for the LHC Dump Insertion" Appl.Superconductivity Conf.(論文集出版予定).
• [文献書誌] T.M.Taylor,他: "Progress in the Development of the One-Meter Model of the 70mm Aperture Quadrupole for the LHC Low-β Insertion" Appl.Superconductivity Conf.(論文集出版予定).
• [文献書誌] R.Perin,他: "Assessment of the Test Results of the Two CERNINFN 10 Long Superconducting Dipole Prototypes for the LHC" IEEE Trans.Magnetics. Vol.32. 2051-2054 (1996)
• [文献書誌] R.Perin,他: "Finite Element Structural Analysis of LHC Bending Megnet" IEEE Trans.Magnetics. Vol.32. 2101-2104 (1996)
• [文献書誌] D.Leroy,他: "Power Tests of Single and Twin Aperture Superconducting Dipole Models for LHC" IEEE Trans.Magnetics. Vol.32. 2089-2092 (1996)
• [文献書誌] D.Leroy,他: "Construction of a 56 mm Aperture High-Field Twin-Aperture superconducting Dipole Model Magnet" IEEE Trans.Magnetics. Vol.32. 2097-2100 (1996)