| 研究課題/領域番号 |
15K05941
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
金 錫範 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00287963)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 高性能磁場源 / 超伝導 / 高温超伝導バルク体 / 高温超伝導線材 / 液体窒素運転 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、液体窒素温度で冷却され、一度励磁された後は電源が不要となる小型で高磁場性能を有する磁場源の開発を行っている。
①受動式磁場補正と高温超伝導バルク体の一体化型高性能磁場源：現有超伝導マグネットの磁場均一度は設計上600ppm/cmであり、実測で690ppm/cm である。しかし、積層構造の高温超伝導バルク体を用いてNMR装置などで使用可能な高性能磁場源を開発するためには150ppm/cm 以下の磁場均一度が要求され、電磁場数値解析により設計された磁場補正用の鉄リングを製作し、製作した鉄リングを超電導マグネットの室温空間に配置することで最大67ppm/cmの磁場均一度を得ることに成功した。また、磁場補正用の鉄リングと高温超伝導バルク体を一体化させ、NMR信号が計測できる1.5Tおよび1000ppm/cm以下の磁場が実験的に得られた。
②積層構造の次世代高温超伝導コイルの永久電流モード高性能磁場源：次世代高温超伝導線材を巻線とする永久電流モードの超伝導マグネットを高性能磁場源として開発するために、基本となる円筒型コイルの形状設計に加えて中心部に配置するコイルの形状が異なるバルジ型コイルとノッチ型コイルについても検討を行っい、全てのコイル形状において発生磁場1.5Tと150ppm/cm以下の磁場均一度が得られる形状設計に成功し、さらに、高価な次世代線材の消費量を抑えながら要求される磁場特性が達成できるコイル形状の設計に成功した。
③高温超伝導バルク体と次世代高温超伝導コイルを組み合わせたHybrid高性能磁場源：３次元電磁場数値解析により、異なる形状のバルク体とコイルについて検討した結果、磁場今強度1.0Tと150ppm/cm以下の磁場均一度を達成させることは設計上では可能であるが、次世代高温超伝導線材の曲げ特性を考慮した場合、製作するのは難しいことが判明した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
①受動式磁場補正と高温超伝導バルク体の一体化型高性能磁場源：開発する高温超伝導バルクでNMR信号取得のための実験的検討を行った。内径79mm・外径83mmで高さが20mmと13mmの２種類の鉄リングを作製し、高さ20mmの鉄リングを高さ方向の中心位置に配置し、この鉄リングの上下に高さ13mmの鉄リングを配置させ、その間隔を最適化して最大67ppm/cmの磁場均一度が得られた。さらに、内径20mm、外径60mm、厚み5mmの10個の高温超伝導バルク体を用いて、1.5Tと1000 ppm/cm以下の磁場を得ることができ、NMR信号の計測可能であることを示した。また、経年劣化した高温超伝導バルク体を有効利用するために、超伝導特性の劣化度合に合わせたバルク体の積層位置を電磁場数値解析により最適化させることに成功した。
②積層構造の次世代高温超伝導コイルの永久電流モード高性能磁場源：基本形状である円筒型高温超伝導コイルに加えてバルジ型とノッチ型コイルの形状依存性について３次元電磁場数値解析を行い、目標値である1.5 Tの磁場強度と150 ppm/cm3以下の磁場均一度が得られる形状設計に成功した。さらに、各コイルについて発生磁場の目標値を達成させると同時に線材の消費量を抑制できる形状最適化に成功した。そして、永久電流スイッチ用の含浸材の選定と永久電流スイッチのコイル化について検討した。
③高温超伝導バルク体と次世代高温超伝導コイルを組み合わせたHybrid高性能磁場源：高温超伝導バルク体と高温超伝導コイルを組み合わせることで目標値である1.5Tの磁場強度と150ppm/cm以下の磁場均一度が達成できる形状設計は出来たものの、次世代線材が持っている曲げ特性を考慮した場合、現在設定している内径20mmの制限下では製作するのが難しいと判断し、この形状については検討しないことを決定した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、液体窒素温度で冷却され、一度励磁された後は電源が不要となる小型で高磁場性能（高磁場強度・高磁場均一度・高時間安定度）を有する磁場源を開発するための基礎研究として、主に三つの形状の磁場源について検討を行って来た。昨年までの研究により、高温超伝導バルク体による磁場源については、すでにNMR信号が計測できる段階まで来ている。そこで、本年度も引き続き、MRI装置やNMR Relaxometry装置に使える小型で高磁場強度（1.5T以上）・高磁場均一度（150 ppm/cm3以上）・高時間安定度（0.01 ppm/h以上）を有し、液体窒素温度で運転できる高磁場性能磁場源の開発を行う。そして、NMR信号検出用のプローブと信号処理システムを同時に開発し、NMR信号の計測を目指した研究を行う。高温超伝導コイルによる磁場源については、実際に試験コイルを作製するためには相当な研究費が必要となるため、引き続き３次元電磁場数値解析による検討を行う。最後に、高温超伝導バルク体とコイルを組み合わせたHybrid形状の磁場源については、今後検討しない方針を決め、上記の二つの磁場源について集中的に検討することにした。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
購入予定であった高温超伝導バルク体を他の予算で購入したため
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| 次年度使用額の使用計画 |
電気・電子部品とプローブ作製費に使用する
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