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本研究は、高温酸化物超伝導体の電磁界および熱解析の連成問題と最適化アルゴリズムを用いた超伝導機器の特性改善が目的となっている。
高温酸化物超伝導体の電磁界解析手法として、種々の手法が提案されているが、E-J特性を考慮した場合に、解の収束性が悪くなるという特徴を有している。そこで、まず本年度は、解析手法の改善を行った。その結果、従来方では解が収束しないような間題に対しても、提案手法は安定して解を求めており、かなりの改善が見られるようになった。
また、高温酸化物超伝導体を使用した超伝導マグネットの最適化設計を試みた。まず、独自に開発してきた非線形最適化手法を用いた超伝導マグネットの手法に、高温酸化物超伝導テープ線材の持つ異方性を考慮することができるようにした。従来の金属系超伝導体の場合は、コイル自体を半径方向に分割し(グレーディング)、外側のコイルほど大きいという設計が有効的であることが周知されていた。しかし、最適化アルゴリズムを導入し、高温酸化物超伝導体を使用した超伝導マグネットの最適化設計を行ったところ、内側のコイルほど長くした方が良いという、金属系とは反対の結果を得るにいたった。その結果、高温酸化物超伝導テープ線材の持つ異方性により、従来は巻線体積が増加せざるをえなかった形状に対して、巻線体積をおよそ75%に削減できることを示した。
次年度は、解析手法の妥当性を検証するための実験が必要であり、熱解析などと連成し、実際の高温酸化物超伝導体のモデリングが必要となる。そして、最適化設計と併用することで、より実用的な超伝導応用機器の最適化設計へと発展させる。
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