| 研究課題/領域番号 |
17H03507
|
|---|
| 研究機関 | 東北大学 |
|---|
研究代表者 |
伊藤 悟 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60422078)
|
|---|
| 研究分担者 |
野上 修平 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00431528)
柳 長門 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (70230258)
田村 仁 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (20236756)
西島 元 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (30333884)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| キーワード | プラズマ・核融合 / 超伝導材料・素子 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では、核融合炉用分割型高温超伝導マグネットの保守・運用に向けて、1. 保全シナリオを考慮した接合技術の最適化、2. 高温超伝導線材へのクエンチ検出機能付加によるマグネット状態監視保全技術の開発、を行うことを目的とする。本年度の研究実績は以下の通りである。
1. 保全シナリオを考慮した接合技術の最適化：
インジウムを接合部に挿入したREBCO線材の機械的接合サンプルを製作し、ひずみサイクルによる接合抵抗の変化を実験的に評価した。現状はサンプル数が不足しているため、今後、データ数を増やし、議論を行う必要がある。また、同機械的接合サンプルにおいて、温度上昇によって接触材料のインジウム箔を溶融させて分解させ、再接合を行ったところ、分解前と同等の接合抵抗が達成できることを実験的に示した。インジウムを溶融させずに接合サンプル分解する実験も行っているが、サンプル数が不足しているため、今後、データ数を増やして議論する必要がある。さらに核融合炉用中型導体の接合サンプルの引張試験をドイツKITで実施することを計画し、サンプル製作・通電試験を行った結果、小規模サンプルと同等の接合性能を達成できることを確認した。
2. 高温超伝導線材へのクエンチ検出機能付加によるマグネット状態監視保全技術の開発：
NbTiクエンチセンサを取り付けたREBCO線材を用いて、従来手法よりもクエンチ検出を早めることができることを実験的に実証した。また、超伝導センサ材質（NbTi、Nb3Sn、Nb3Al、MgB2、Bi-2212）、センサ構造、配置、熱絶縁、センサ電流負荷率のクエンチ検出特性への影響を数値計算によって評価し、設計指針を得た。さらにヘリカル型核融合炉用高温超伝導マグネットに本手法を用いた場合に、MgB2とBi-2212のクエンチセンサを用いることでクエンチ検出ができる可能性があることを数値計算によって示した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1. 保全シナリオを考慮した接合技術の最適化、については、交付申請書に記載した内容に着手できているが、当初予定していたインジウムを溶融させない温度域での分解試験には着手できていない状況にある。2. 高温超伝導線材へのクエンチ検出機能付加によるマグネット状態監視保全技術の開発、については、当初予定していたNbTiセンサによるREBCO線材のクエンチ検出に加えて、Nb3Sn、Nb3Al、MgB2、Bi-2212センサの検討、核融合炉用マグネットへの適用性の検討も進められており、交付申請書に記載した当初の計画以上の進展があった。1、2を総合的に見れば、おおむね順調に進展していると言える。
|
| 今後の研究の推進方策 |
1. 保全シナリオを考慮した接合技術の最適化：
インジウムを接合部に挿入したREBCO線材の機械的接合サンプルを製作し、接合抵抗のひずみサイクル（大きさ、回数）依存性を評価する。また、室温、昇温時（室温～インジウム融点）で同機械的接合サンプルを分解するために必要な引張応力とREBCO線材の引張特性の関係性を評価する。併せて大型導体接合部分解時の昇温法を数値計算に用いて検討し、先述の試験結果と併せて、大型導体接合部の分解シナリオについて議論する。さらに核融合炉用中型導体の接合サンプルの引張試験をドイツKITで実施し、中型導体における機械特性と小型サンプルでのそれを比較する。
2. 高温超伝導線材へのクエンチ検出機能付加によるマグネット状態監視保全技術の開発：
REBCOパンケーキコイルに超伝導クエンチセンサを取り付けた場合のクエンチ検出特性のセンサ材質・配置・構造・センサ電流依存性を評価する。また、REBCO線材への通電電流を定常・非定常とした場合のクエンチ検出特性を比較し、励磁時のクエンチ検出の可能性についても検討する。さらに、超伝導クエンチセンサによるREBCOパンケーキコイルのクエンチ検出を実験的に実証する。
|
