高エネルギー加速器用高磁場超伝導磁石の開発研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694106
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 新冨 孝和 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 教授 (10016082)
• 研究分担者: 木村 誠宏 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 助手 (10249899) ; 山本 明 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 教授 (30113418) ; 土屋 清澄 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 教授 (20044787) ; 中本 建志 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 助手 (20290851) ; 荻津 透 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 助手 (30185524)
• キーワード: 加速器 / LHC / 超伝導電磁石 / 四極電磁石 / 超流動ヘリウム / Nb-Ti / 高磁場

研究概要

LHC(Large Hadron Collider-CERNで建設中)用強収束超伝導電磁石の開発をCERN-FNAL-KEKの共同研究として行ってきた。この電磁石は、口径70mm、磁場勾配240T/mと大口径、強収束であるため、コイルの最大経験磁場が9Tを越える。そのためにNb-Ti撚線を用いたコイルを1.9K超流動ヘリウムで冷却する方式が採用される。LHCでは、この超伝導四極電磁石を32台必要とし、半数を我国で製作し、残り半数が米国で製作される。我国で製作した電磁石はFNALへ送られ、真空容器に入れ、最終的にCERNに送られる。これまでに2台の1m長さのモデル電磁石を製作・試験し、励磁特性、磁場精度などの性能確認を行ってきた。その結果、ビーム力学から要求される磁場精度が当初より厳しくなったこともあり、コイル配置を微調整した再設計を行った。今年度は再設計によるモデル電磁石を2台製作し、1台の性能確認試験を行った。その結果は、励磁特性、磁場精度ともに要求仕様を満足するものであり、ほぼ実機生産へ移行できる必要なデータを得ることができた。本超伝導電磁石は、9Tを越える高磁場であり、技術的にも学術的にも挑戦的なものである。そのために、Nb-Tiケーブル中の電磁現象、超流動ヘリウム中での熱伝達特性などの基礎的な研究も合せて行ってきた。また、本研究は欧米の高エネルギー加速器の主要研究機関との共同研究であり、この挑戦的な高磁場電磁石の開発において、技術打合せなど相互に緊密な連絡を取りながら研究を遂行した。

研究成果

• [文献書誌] N. Kimura, V. Kovachev, et al.: "Heat transfer from Insulated Rutherford Type Cables Immersed in Pressurized He II"Adv. Cry. Eng.. Vol. 43. 1433-1440 (1998)
• [文献書誌] T. Haruyama, N. Kimura, et al.: "Measurement of Cryogenic Characteristics of a Pressurized Superfluid Helium Cryostat"Proc. of MT-15. 1234-1241 (1998)
• [文献書誌] N. Kimura, V. Kovachev, et al.: "Improved Heat transfer from Rutherford-Type Insulated Cables in Pressurized He II"Proc. of MT-15. Vol. 43. 1238-1241 (1998)
• [文献書誌] N. Nakamoto, T. Shintomi, et al.: "Development of 56 mm Aperture Superconducting Dipole Model magnet for the LHC"Proc. of MT-15. 55-58 (1998)
• [文献書誌] A. Yamamoto, G. A. Kirby, et al.: "Development of a Superconducting Insertion Quadrupole Model Magnet for the Large Hadron Collider"Proc. of MT-15. 59-62 (1998)
• [文献書誌] G. A. Kirby, A. Terashima, et al.: "Mechanical Design and Characteristics of a Superconducting Insertion Quadrupole Model for the LHC"Proc. of MT-15. 63-66 (1998)
• [文献書誌] Y. Ajima, E. Burkhardt, et al.: "Development and Test Results of a Low-β Quadrupole model for the Large Hadron Collider"Proc. 6^<th> EPAC. 2047-2049 (1998)
• [文献書誌] N. Ohuchi, K. Tsuchiya, et al.: "Magnetic Field Measurement of a 1-m Long Model Quadrupole Magnet for the LHC Interaction Regon"IEEE Trans on App. SC. Vol. 9. 451-454 (1999)
• [文献書誌] N. Kimura, V. Kovachev, et al.: "Heat Transfer Cooling Characteristics of Rutherford-Type Superconducting Cables in Pressurized He II"IEEE Trans on App. SC. Vol. 9. 1097-1100 (1999)
• [文献書誌] T. Nakamoto, K. Tanaka, et al.: "Quench and Mechanical Behavior of an LHC Low-β Quadrupole Model"IEEE Trans on App. SC. Vol. 9. 697-700 (1999)
• [文献書誌] T. Shintomi, T. Nakamoto, et al.: "Test Results of a Single Aperture Dipole Model Magnet for LHC"IEEE Trans on App. SC. Vol. 9. 467-470 (1999)
• [文献書誌] T. Shimada, K. Wada, et al.: "Development of Nb-Ti-Ta Ternary Alloy Multifilamentary Superconducting Wire"IEEE Trans on App. SC. Vol. 9. 1731-1734 (1999)
• [文献書誌] K. Sasaki, T. Ogitsu, et al.: "Influence of Inaterstrand Current Redistribution on Acceleration of Quench Propagation in Eight-Strand Rutherford Cable"IEEE Trans on App. SC. Vol. 9. 266-269 (1999)
• [文献書誌] H. Yonekawa, N. Amemiya, et al.: "Non-Uniform current Distribution in Superconducting Cables Exposed to External Magnetic Field and Its Influence on Stability"IEEE Trans on App. SC. Vol. 9. 579-582 (1999)
• [文献書誌] N. Kimura, A. Terashima, et al.: "Heat Transfer through Narrow Cooling Channels in Pressurized He II"To be published in Proc. of CEC.
• [文献書誌] K. Tsuchiya, T. Nakamoto, et al.: "Magnetic Design of a Low-β Quadrupole Magnet for the LHC Interaction Regions"To be published in Proc. of MT-16.
• [文献書誌] N. Ohuchi, Y. Ajima, et al.: "Field Quality of Two 1-m Model Magnets for LHC Low-β Quadrupole Magnets"To be published in Proc. of MT-16.
• [文献書誌] T. Nakamoto, A. Yamamoto, et al.: "Training Characteristics of 1-m Model Magnets for the LHC Low-β Quadrupoles"To be published in Proc. of MT-16.