導体内電流分布を制御した高安定超伝導導体の開発研究

1998 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 09450117
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電気機器工学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 三戸 利行 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (10166069)
• 研究分担者: 高畑 一也 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (10216773) ; 山田 修一 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (50249968) ; 西村 新 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (60156099) ; 前川 龍司 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (80280600) ; 岩本 晃史 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00260050) ; 柳 長門 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (70230258)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• キーワード: 超伝導導体 / 撚線 / 電流分布 / 電流分流 / 交流損失 / 安定性 / 超伝導導コイル / 核融合

研究概要

本研究に先立つ研究として超伝導撚線の電流分流特性について以下の研究を行ってきた。撚線間の電流分布の不均一が安定性に及ぼす影響について定量的な評価を行った。結果として、撚線間の転流特性を転流部での発熱が安定性を悪化させない基準値以上に保てば、偏流が生じても安定性への影響は小さいことが示された。また、素線間の接触抵抗を撚線の張力を制御することによって変化させ、接触抵抗と安定性との関連について定量的な評価を行い、最小伝播電流以上の通電電流では、安定性が接触コンダクタンスの正の関数であることを確認した。更に、実際の超伝導導体の例として、素線の表面処理を変化させたNb3Sn超伝導成形撚線の電流転流特性及び安定性を測定し、素線表面処理の相違が導体の安定性に大きな影響を与えることを示した。
上記の研究成果を受け、導体内の電流分布を制御した高安定導体の開発研究を行った。導体内の電流分布を制御し、高い安定性と交流損失の低減を両立させる撚線構造の超伝導導体の開発研究を行った。まず、導体内の電流分布と交流損失の関係について考察した。撚線導体を用いた大型超伝導コイルの交流損失の測定結果から、運転周波数付近の低周波領域で交流損失が増大することが報告されており、大型超伝導コイルの実用化を阻む新たな要因として、その原因の究明が急がれていた。本研究では、撚線導体内の電流分布の不均一が導体長手方向に変化することがその原因であるとの推察に基づき、2本撚線を用いた要素実験によって、撚り乱れに起因する電流分布の不均一が交流損失増大の原因となることを示した。次に、これまでに得られた導体内の電流分布が安定性及び交流損失に及ぼす影響に関する研究成果に基づき、安定性と低交流損失をバランスさせた新しい超伝導導体の撚線構造の設計指針を提案した。本設計指針に基づいた試作導体の設計を行い、交流損失及び安定性を解析した。また、導体の製作性について検討するため導体試作を行った。

研究成果

• [文献書誌] T. Mito, et al.: "Extra AC Losses for a CICC Coil due to the Non-uniform Current Distribution in the Cable"Cry ogenics. 38. 551-558 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N. Hirano, et al.: "Increase of AC Losses for the Asymmetrically Transposed Superconducting Cable due to the Non-uniform Current Distribution between the Strands"Proceedings of 15th International Confierence on Magnet Technology(MT-15). 461-464 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T. Kawashima, et al.: "3D Analysis of Coupling Current Losses of Superconducting CIC Conductors"Proceedings of 15th International Conference on Magnet Technology(MT-15). 1331-1334 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N. Hirano: "Increase of AC Losses for the Asymmetrically Transposed Superconducting Cable due to the Non-uniform Current Distribution between the Strands"Annual Report of National Institute for Fusion Science. April 1997-March 1998. 21 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] F. Sumiy oshi: "AC Losses in Superconducting Conductors Carrying Transport Currents for the Poloidal Coil"Annual Report of National Institute for Fusion Science. April 1997-March 1998. 67 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A. Kawagoe: "Increase of Inter-Strand Coupling Losses in Superconducting Cable-in-Conduit Conductor under Actual Condition of Sweep Rate"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. Vol.9, No.2. 727-730 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 平野直樹: "大型超伝導導体の電流分布が安定性ならびに交流損失に及ぼす影響に関する研究"総合研究大学院大学・数物科学研究科・核融合科学専攻・平成9年度. 155 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T. Mito, et al.: "Extra AC Losses for a CICC Coil due to the Non-uniform Current Distribution In the Cable"Cryogenics. Vol. 38. 551-558 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Hirano, et al.: "Increase of AC Losses for the Asymmetrically Transposed Superconducting Cable due to the non-uniform current distribution between the strands"Proceedings of 15th International Conference on Magnet Technology (MT-15). 461-464 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Kawashima, et al.: "3D Analysis of Coupling Current Losses of Supercnducting CIC Conductors"Proceedings of 15th International Conference on Magnet Technology (MT-15). 1331-1334 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Hirano: "Increase of AC Losses for the Asymmetrically Transposed Superconducting Cable due to the non-uniform current distribution between the strands"Annual Report of National Institute for Fusion Science, April 1997 - March 1998. 21-21 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] F. Sumiyoshi: "AC Losses in Superconducting Conductors Carrying Transport Currents for the Poloidal Field Ciol."Annual Report of National Institute for Fusion Science, April 1997 - March 1998. 67-67 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A. Kawagoe, et al.: "Increase of Inter-Strand Coupling Losses in Superconducting Cable-in-Conduit Conductor under Actual Condution of Sweep Rate"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. Vol. 9, No. 2. 727-730 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Hirana: "Study on influence of current distribution among multi-strand superconducting cables on its stability and AC losses"The Graduate University for Advanced Studies Engibeering doctor, Thesis. (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より