| 研究課題/領域番号 |
26249036
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
石山 敦士 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00130865)
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| 研究分担者 |
山川 宏 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00097263)
金 錫範 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00287963)
植田 浩史 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (10367039)
野口 聡 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (30314735)
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| 研究期間 (年度) |
2014-06-27 – 2018-03-31
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| キーワード | 加速器 / 超伝導材料 / 電気機器 / 量子ビーム / 癌 |
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| 研究実績の概要 |
高温超電導コイル技術を活用した小型・高効率・高性能の重粒子線がん治療用超伝導加速器「先進ハイブリッド・サイクロトロン（以下「AHC」）の開発を目標に、5H（高機械強度・高電流密度・高安定・高磁場・高精度磁場）の達成を目指してきた。本年度の主な成果を以下にまとめる。まず、高磁場精度化について、不整磁場要因の１つである遮蔽電流磁場の評価を行った。AHCを構成するセクターコイルとメインコイルともに遮蔽電流磁場が大きく，その低減が必須であること、励磁方法によって遮蔽電流磁場を大きく抑制することが可能であることがわかった。一方、遮蔽電流による不整磁場と時間的磁場安定性の両方を完全に改善する励磁方法を見出すことは難しく、コイルシステム全体の構造設計最適化にフィードバックする必要があることがわかった。次に高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術として、本研究では無絶縁コイル巻線技術の導入・確立を目指している。本年度は、まず、局所的常電導転移発生後の無絶縁コイルの振舞いを、これまでに開発してきた計算機プログラムを用いて解析・評価した。その結果、局所的常電導転移が生じた際、常伝導転移部を含むターン全体で隣接ターンへ電流転流が起こるため、局所的温度上昇を有効に抑えられることがわかった。また、実規模大口径無絶縁コイルにおいても、同様の効果が得られることがわかった。さらに、熱的安定性は線材の銅安定化層の厚みに依らないことがわかった。すなわち、熱的安定性を損なうことなく、電流密度を向上させることができる可能性を示すことができた。無絶縁コイルの保護法の開発としては、ターン間の接触電気抵抗が保護抵抗の働きをするため、従来の絶縁コイルの保護に多用されてきた外部保護抵抗は不要であり、常伝導転移事故が起こった際には、無絶縁コイルの両端を開放するという本研究で提案する保護法が有効である可能性を示すことができた。
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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
以下のように、本年度は予定を上回る成果が得られた。次年度に向け、予定を前倒しして研究を進めることが可能となったと考える。
１．高電流密度化と高熱的安定化の両立:本研究課題において最も実現が難しいと考えていた高電流密度化と高熱的安定化の両立（研究計画調書に記載）について、これを「無絶縁コイル巻線方式」の活用によって実現できる基盤技術の確立の可能性が見えてきた。
２．高機械強度化:目標とする重粒子線がん治療用超伝導加速器（サイクロトロン）を想定し、先行研究で代表者らが提案したYOROIコイル構造の適用可能性を検討してきた。本年度は、補強構造材料の影響、補強構造材料の寸法最適化を行い、極めて良好な成果が得られた。
３．高磁場精度化:最も影響評価の難しい不整磁場要因である遮蔽電流磁場を対象に、本年度は、目標とする重粒子線がん治療用超伝導加速器（サイクロトロン）用超伝導コイルシステム全体における遮蔽電流磁場の影響評価を実施し、その全体像を明らかにするとともに、それを低減するための指針を示すことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術として無絶縁コイル巻線方式に着目し研究開発を進めてきたが、計画以上の成果が得られつつあるので、さらに検証実験等を繰り返し行いながら、その有効性の検証と実応用に向けた検討を進めていきたいと考える。また、研究開始当初に立てた計画のうち多くのものが予定より早く進んだ。これまでに得られた成果を利用して、最終年度（平成29年度）に計画していた高磁場・小型ＡＨＣ用コイルシステムの設計を前倒しして進めていきたいと考えている。
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