高エネルギー加速器用高磁場超伝導磁石の開発研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694106
• 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) ; 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) ; 大内 徳人 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助手 (50194080)
• キーワード: 超伝導電磁石 / 加速器 / Nb_3Al導体

研究概要

高エネルギー加速器研究機構(高エ研)ではセルンとLHC加速器建設協力として実験衝突点最近傍の強収束四極超伝導電磁石の開発を行っている。本電磁石は最大経験磁界が9Tを越えるので、NbTi+超流動ヘリウム冷却の組合せで要求仕様を満たす。モデル磁石による開発研究により、ほぼ技術的に実用超伝導磁石の開発の目処が立っている。この種の衝突型加速器は、実験効率を上げるため将来必ずシステムをup-gradeするが、それにはより強力な超伝導四極電磁石が要求される。
本研究では、従来のNbTi超伝導線に代わる高臨界磁場・臨界電流密度特性を持つA15型化合物超伝導線(Nb_3Al)を用いた次世代の超伝導磁石の開発研究を行ってきた。
今年度は、従来のNbTi超伝導線を用いたモデルマグネットによる四極電磁石の開発研究と並行に、Nb_3Al導体の電流密度を向上することに重点を置く開発研究を行ってきた。その中で、Nb_3Al導体製造法に特有の瞬間加熱/急冷法、フィラメント直径、フィラメント間隔、製造時における素線の減面率などが電流密度に及ぼす効果について、実験的に調査を行ってきた。その結果、臨界電流密度に及ぼすこれ等のパラメータの相関が把握できつつある。また、臨界電流密度は、目標値(2000A/mm^2【greater than or equal】T,4.2K)の93%の値が得られている。
この値は今までのパラメータサーベイで得られた知見を基に開発をすることで、目標値を達成できるものと考える。今後は、安定化銅の付加方法、加速器用超伝導電磁石に適した成型撚線への加工などを行う必要があるが、これ等についてもほぼ開発の目処は立っている。

研究成果

• [文献書誌] A.Yamamoto, et al.: "Analysis of Mechanical Tolerances of a Low-β Quadrupole Magnet for the LHC"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 10-1. 131-134 (2000)
• [文献書誌] K.Tsuchiya, et al.: "Magnetic Design of a Low-beta Quadrupole Magnet for the LHC Interaction Regions"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 10-1. 135-138 (2000)
• [文献書誌] N.Ohuchi, et al.: "Field Quality of Two 1-m Model Magnets for LHC Low-β Quadrupole Magnets"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 10-1. 139-142 (2000)
• [文献書誌] T.Nakamoto, et al.: "Training Characteristics of 1-m Model Magnets for the LHC Low-β Quadrupoles"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 10-1. 143-146 (2000)
• [文献書誌] E.E.Burkhardt, et al.: "Quench Protection Heater Studies for the 1-m Model Magnets for the LHC Low-β Quadrupoles"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 10-1. 681-684 (2000)
• [文献書誌] H.Arima, et al.: "Multipole Analysis for Absolute Magnetic Field Measured by Multi-Probe Pulsed-NMR Method"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 10-1. 1450-1453 (2000)
• [文献書誌] K.Tsuchiya, et al.: "Field Analysis of LHC Insertion Quadrupole Model Magnets at KEK"Proc. of European Particle Accelerator Conference. 2175-2177 (2000)
• [文献書誌] N.Ohuchi, et al.: "Field Measurements of 1-m Model Quadrupole Magnets for the LHC-IR"Proc. of European Particle Accelerator Conference. 373-375 (2000)