高エネルギー加速器用高磁場超伝導磁石の研究開発

2003 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: 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)
• 研究分担者: 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) ; 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) ; 荻津 透 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 助教授 (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, 助教授 (50194080) ; 春山 富義 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (90181031)
• キーワード: 加速器 / 超伝導電磁石 / 超伝導線材 / LHC / 超伝導四極電磁石

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で建設中のLHCは、数千台の超伝導電磁石で構成される14TeVの陽子-陽子衝突型加速器であり、2007年に完成する予定である。我国は、1995年にLHC計画に協力することを決め、高エネルギー加速器研究機構がその窓口となっている。学術的意義があり、高度な先端技術を要する強収束超伝導四極電磁石の開発と16台の実機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加熱される過酷な条件下で運転される。
平成7〜12年度の科学研究費補助金・国際学術研究と基盤研究(B)において、本協力に必要な技術開発を、モデル電磁石を用いて行った。その結果、定格電流で運転できる超伝導電磁石製作の目処が立ち、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には、高磁場とともに、散乱ビームに曝される厳しい環境下で使用出来ることが要求される。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、より高磁場に耐える先進超伝導体の開発が不可欠である。
今年度は、主として実機電磁石の量産時における製造及び性能上の問題点の調査、先進超伝導線材(Nb_3Al)の開発研究を行った。これまでに16台の実機電磁石が試験され、その結果から、将来の高磁場超伝導電磁石開発に有益となる技術データが得られている。先進超伝導線材については、10〜15T領域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った。本研究で目標とした2000A/mm2 @10T,4.2Kの電流密度に達することは出来なかったが、今まで20T以上の高磁場領域での特性しか研究されていなかったNb3Alの低磁場(10〜15T)特性が明らかになり、今後の高電流密度化に有益な知見が得られた。

研究成果

• [文献書誌] N.Ohuchi, et al.: "Status of LHC Low-β Quadrupole Magnets, MQXA, at KEK"Proc.Of the 2003 Particle Accelerator Conf.(PAC2003). 1978-1980 (2003)
• [文献書誌] C.Giloux, et al.: "Test Results of a Valiant-Design LHC Twin-Aperture Dipole Magnet"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. 13・2. 1313-1316 (2003)
• [文献書誌] K.Sugita, et al.: "Time Dependence of Magnetic Periodic Patterns Measured on The MQXA Magnets for the LHC-IR"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. 13・2. 1317-1320 (2003)
• [文献書誌] T.Nakamoto, et al.: "Production and Performance of the LHC Interaction Region Quadrupoles at KEK"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. 13・2. 1321-1324 (2003)
• [文献書誌] K.Tsuchiya, et al.: "Measurement of V-I characteristics of commercial multifilamentary NbTi wires"Physica C. 401. 265-269 (2004)
• [文献書誌] K.Tsuchiya, et al.: "V-I characteristics and n-values of multifilamentary NbTi wires"Proc.of the 6^<th> European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS2003). (2004)
• [文献書誌] N.Ohuchi, et al.: "Magnetic Field Measurements of the LHC-IR MQXA Magnets at Room Temperature"Proc.Of the 18^<th> International Conference on Magnet Technology (MT-18). (2004)
• [文献書誌] N.Ohuchi, et al.: "Magnetic Field Characteristics of the Low-beta Quadrupole Magnets, MQXA, for LHC"Proc.Of the 18^<th> International Conference on Magnet Technology (MT-18). (2004)
• [文献書誌] T.Kobayashi, et al.: "Development of Nb3Al Superconducting Wire for Accelerator Magnets"Proc.Of the 18^<th> International Conference on Magnet Technology (MT-18). (2004)
• [文献書誌] K.Sugita, et al.: "Study of Time Dependent Magnetic Field Variation Due to Current Redistribution in Rutherford Cable"Proc.Of the 18^<th> International Conference on Magnet Technology (MT-18). (2004)