| 研究課題/領域番号 |
26220913
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
橋爪 秀利 東北大学, 工学研究科, 教授 (80198663)
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| 研究分担者 |
江原 真司 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30325485)
伊藤 悟 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60422078)
遊佐 訓孝 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60466779)
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)
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| 研究期間 (年度) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| キーワード | プラズマ・核融合 / 超伝導材料・素子 |
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| 研究実績の概要 |
1. 接合部極限性能予測手法の開発：X線CTで用いられるX線スペクトルに基づくCTの数値シミュレーションと実際に得られた断面画像の比較により接合部の空隙の存在を検出することに成功した。また渦電流探傷法による接合状態検査の検討のために、コイル形状・配置による接合部接触抵抗の評価特性を数値解析によって評価した。現状では表面から0.1mmより内部の領域に空隙が存在した場合に検出が困難であり、さらなる検査パラメータの検討が必要である。また、冷却時の接合抵抗の温度磁場依存性の詳細評価をするために、REBCO線材内の界面抵抗の分析に取り組んだ。現状の測定結果では、接合面に平行磁場をかけた場合の接合抵抗の異常上昇を説明するには至っておらず、さらなる知見の蓄積が必要である。
2. 超伝導物理に基づく機能分割構造導体の設計：REBCO線材に陽子線照射を行い、照射量と線材の臨界電流の温度依存性を評価した。液体窒素、液体ヘリウムの両温度域において、現状、照射なしの線材のほうが臨界電流が高い状態であり、正確な分析のためには、今後、照射量の調整が必要である。
3. 多孔質体を利用した冷却システムの性能予測と分割流路設計：銅多孔質体を用いた冷却システムの強制対流沸騰の取得を行い、多孔質体内の熱伝導モデルも踏まえて、強制対流の伝熱相関式の改善した。
4. 100 kA 級のモックアップマグネット製作による分割型高温超伝導マグネット総合設計と実証：実証試験に必要な10 kA級のコイル状導体接合サンプルの設計に取り組んだ。ハンダ付け用強酸フラックスを用いて、インジウム箔とREBCO線材を固着できることを発見し、これをブリッジ式機械的ラップジョイントのジョイントピース内のREBCO線材の固定に用いることができることを示した。今後、この知見を基に大型モックアップマグネットの製作に取り組む予定である。
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| 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. 接合部極限性能予測手法の開発、においては、種々の非破壊検査による接合部評価手法の開発を行っているが、X線CTついては接合部の空隙を検出することに成功しており、順調に進んでいる。渦電流探傷法については当初の予想以上に困難であり、今後、新たな手法の導入や、分析手法の改善が必要な状態である。一方で冷却時の接合抵抗の温度磁場依存性の詳細分析のために、当初予定していなかったREBCO線材内の界面抵抗の分析に取り組み、一定の成果を得ることはできている。
2. 超伝導物理に基づく機能分割構造導体の設計、においては、線材の照射量と臨界電流の関係の温度依存性を評価するまで至っており、おおよそ順調に進んでいる。最終年度では積層導体の臨界電流の評価が必要となる。
3. 多孔質体を利用した冷却システムの性能予測と分割流路設計、については伝熱相関式の改善は進んでいるが、当初予定していたプール沸騰の実験にまで着手できていない状況である。
4. 100 kA 級のモックアップマグネット製作による分割型高温超伝導マグネット総合設計と実証、については、モックアップマグネット製作に向けた設計が順調に進んでおり、最終年度に試験が行える状況にある。進んでいる部分と遅れている部分があるが、総合的に見て、おおむね順調に進展している、といった状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. 接合部極限性能予測手法の開発：X線CTの大型導体への適用性評価に基づく、実体系への検査シナリオ策定に取り組む。また渦電流探傷法による接合面状態の評価（コイル形状・配置最適化、磁場評価）に加え、超音波ガイド波の導入も試みて、常温での非破壊検査手法確立を目指す。また、REBCO線材内の界面抵抗の評価および接合サンプルの抵抗の磁場角度依存性の評価を通して、接合抵抗の要因分析とモデル化に取り組む。
2. 超伝導物理に基づく機能分割構造導体の設計：REBCO線材に陽子線照射を行い、照射量と線材の臨界電流の温度依存性を評価する。加えて、積層導体の自己磁場予測を数値解析によって行い、磁場分布に適した欠陥分布を検討する。陽子線照射したREBCO線材を用いて積層導体を製作し、欠陥分布と臨界電流の関係を実験的に評価する。
3. 多孔質体を利用した冷却システムの性能予測と分割流路設計：多孔質体を用いた冷却システムのプール沸騰の特性を取得し、核沸騰、核沸騰限界点、核沸騰膜沸騰共存領域の伝熱相関式の構築に取り組む。さらに分割型高温超伝導マグネットの接合部をモデル化して伝熱解析を行い冷却安定性についてのデザインウィンドウの構築を目指す。
4. 100 kA 級のモックアップマグネット製作による分割型高温超伝導マグネット総合設計と実証：冷却チャンネルを有する10 kA級のブリッジ式機械的ラップジョイント、および機械的エッジジョイントのモックアップマグネットサンプルを製作し、液体ヘリウム冷却体系下において、10～100 kAの通電試験を行う。
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