高エネルギー加速器用高磁場超伝導磁石の開発研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440085
• 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: LHC / 加速器 / 超伝導電磁石 / 超伝導体 / 四極超伝導電磁石

研究概要

未発見の粒子"ヒッグス"探索を主目的に、欧州原子核研究機構(セルン)で建設中のLHCは、数千台の超伝導電磁石で構成される重心系で14TeVの陽子-陽子衝突型加速器であり、2006年から物理実験を開始する予定である。我国は、1995年にLHC計画に協力することを正式に決定した。高エネルギー加速器研究機構がその窓口となっている。学術的にも意義があり、最も高度な先端技術を要求する実験衝突点最近傍の強収束超伝導四極電磁石の開発と16台の実機マグネットの製作を分担することとなった。この超伝導電磁石は、高精度、高磁場の要求だけでなく、衝突点からの散乱粒子に曝される過酷な条件で運転される。
平成7〜9年度の科学研究費補助金・国際学術研究(共同研究)による基礎開発研究に引続き、平成11〜12年度の同補助金・基盤研究(B)において、本協力の遂行に必要なより具体的な技術開発研究を、モデル電磁石を用いて行ってきた。その結果、定格電流で運転できる超伝導電磁石の開発の目処が立ち、現在、実機の製作・試験を行っている。
この強収束超伝導電磁石は、高磁場が要求されるとともに、散乱ビームに曝される厳しい運転環境にある。他方で、素粒子実験の効率向上の観点からより強力な強収束四極電磁石への改良が将来要求される。そのためには、電磁気・機械構造上の電磁石の見直しのほかに、より高磁場に耐えうる先進超伝導体の開発やコイルの冷却特性の研究などが必要不可欠である。
今年度は、主として実機電磁石の試験による加速器用超伝導電磁石の評価、先進超伝導体(Nb-3Al)の開発研究を行った。
これまでに10台の実機電磁石が試験され、その結果から将来、加速器用超伝導電磁石の性能向上の技術的知見が得られた。先進超伝導体については、10T近傍での臨界電流密度の向上を目指し、最適化条件を求めるための基礎研究を行い、条件の絞り込みを行っている。一方、冷却特性に関しては、HeII中におけるマイクロチャネルの熱移送特性のチャンネル形状依存性について実験的研究を実施した。これに関しては、今まで研究されていなかったマイクロチャネル領域での貴重な知見が得られている。

研究成果

• [文献書誌] K.Sugita, H.Hirano, T.Nakamoto: "Analytical Calculation of Field Error due to Radical Coil Distortions of the LHC Low-Beta Quadrupole Magnets"IEEE Trans.on Applied Superconductivity. 12・1. 1693-1696 (2002)
• [文献書誌] N.Ohuchi, H.Hirano, Y.Ajima, T.Ogitsu, T.Nakamoto, N.Kimura: "Magnetic Field Measurements of the Prototype LHC-IR MQXA at 1.9K"IEEE Trans.on Applied Superconductivity. 12・1. 188-191 (2002)
• [文献書誌] M.Qiu, N.Ohuchi, K.Tsuchiya, T.Nakamoto, T.Shintomi, T.Ogitsu: "Magnetic Field Error Analysis of a Low-β Quadrupole Magnet"IEEE Trans.on Applied Superconductivity. 12・1. 215-218 (2002)
• [文献書誌] T.Nakamoto, T.Orikasa, Y.Ajima, E.Burkhardt, N.Higashi, S.: "Fabrication and mechanical behavior of the 6-m prototype for the LHC Low-Beta Quadrupole Magnet"IEEE Trans.on Applied Superconductivity. 12・1. 174-178 (2002)
• [文献書誌] T.Nakamoto, E.Burkhardt, A.Yamamoto, T.Ogitsu, T.Shintomi: "Quench Protection of the 6-m Prototype Magnet for the LHC Low-Beta Quadrupole Magnets"IEEE Trans.on Applied Superconductivity. 12・1. 170-173 (2002)
• [文献書誌] H.Hirano, Y.Ajima, T.Ogitsu, N.Ohuchi, T.Shintomi, K.Tsuchiya: "Warm Magnetic Field Measurements of 6-m Prototype Low-Beta Quadrupole Magnet"IEEE Trans.on Applied Superconductivity. 12・1. 1663-1666 (2002)