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2016 年度 実績報告書

分割型高温超伝導マグネットの最適機械接触界面構造および接合荷重履歴シナリオの構築

研究課題

研究課題/領域番号 26420849
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)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード超伝導材料・素子 / プラズマ・核融合
研究実績の概要

革新的核融合炉用超伝導マグネットの設計案として機械的接合法を利用した分割型高温超伝導マグネットが提案されている。本研究では、接合抵抗発生メカニズムの温度・磁場・応力依存性を定量化して最適機械接触界面構造を明らかにし、ミクロな接触界面物理とマクロな構造特性を踏まえてマグネット接合部の施工・運転・着脱までを想定した最適荷重シナリオを構築することを目的とする。
1) 最適機械接触界面構造の検討:接合面にインジウムを挿入したREBCO線材の機械的接合の接合抵抗を安定的に低減する接合部製作時熱処理の前処理として線材のベーキング処理が有効であり、TDSによる線材からの放出ガス分析により、ベーキング、熱処理温度の最適条件を決定することで、77 K自己磁場においてこれまでの最小接合抵抗率2.5 pΩm2を達成した。また、本手法を適用した接合では、10 K付近の磁場上昇による接合抵抗上昇の度合が小さくなることも確認した。さらに、本手法を大型導体に適用することで、従来の1/3以下の接合抵抗に抑えることができた。
2) 最適接合荷重履歴シナリオの検討:接合部製作時のインジウムのクリープ変形・接触圧力の緩和について実験的に評価し、接合部に挿入するインジウムの厚さが100μm以下であれば、接触圧力の緩和の問題がないことを示した。また液体窒素浸漬冷却体系にてREBCO線材の機械的接合の引張試験を実施し、インジウム層のせん断破壊後の変位と接合抵抗の関係を評価した。核融合炉マグネットの電磁力によって発生しうる変位を考慮した場合でも接合抵抗の上昇は軽微であり、許容できると結論づけた。さらに接合部の解体の1つの方法としてインジウムを融解させ、接合面の残留インジウムをシリコンオイルで除去する方法が有望であることも示した。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Bending Characteristic of a Bridge-Type Mechanical Lap Joint of REBCO Tapes2017

    • 著者名/発表者名
      S. Ito, T. Nishio, H. Hashizume
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 ページ: 4600105 1-5

    • DOI

      10.1109/TASC.2016.2625748

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Heating and Loading Process Improvement for Indium Inserted Mechanical Lap Joint of REBCO Tapes2017

    • 著者名/発表者名
      T. Nishio, S. Ito, H. Hashizume
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 ページ: 4603305 1-5

    • DOI

      10.1109/TASC.2017.2672691

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 革新的核融合炉実現に向けた分割型高温超伝導マグネットの研究開発 ‐高温超伝導導体の着脱可能な接合法の開発状況‐2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟,橋爪秀利,遊佐訓孝,柳長門,田村仁,相良明男
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌

      巻: 92 ページ: 623-634

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分割型高温超伝導マグネットの機械的接合の研究進展 (1) 接合部熱処理条件改善による接 合抵抗低減2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第33回年会
    • 発表場所
      東北大学青葉山キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-02
  • [学会発表] Research progress in mechanical joint technique for remountable high-temperature superconducting magnet (2) Improvement on interfacial shear strength of mechanical lap joint2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第33回年会
    • 発表場所
      東北大学青葉山キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-02
  • [学会発表] 核融合炉開発と先進超伝導マグネット設計2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟
    • 学会等名
      電子情報通信学会東北支部講演会
    • 発表場所
      八戸工業大学(青森県八戸市)
    • 年月日
      2016-11-18 – 2016-11-18
    • 招待講演
  • [学会発表] Bending Characteristic of a Bridge-Type Mechanical Lap Joint of REBCO Tapes2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2016
    • 発表場所
      Colorado Convention Center (Denver CO, USA)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Heating and loading process improvement for indium inserted mechanical lap joint of REBCO tapes2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2016
    • 発表場所
      Colorado Convention Center (Denver CO, USA)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Interface and Cohesion Shear Strength of Mechanical Lap-Joint between HTS Coated Conductors Intended for Segmented HTS Magnet2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟
    • 学会等名
      The 22nd Topical Meeting on the Technology of Fusion Engineering
    • 発表場所
      Sheraton Society Hill (Philadelphia, PA, USA)
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-25
    • 国際学会
  • [学会発表] 分割型高温超伝導マグネット接合部製作技術の開発進展2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤悟
    • 学会等名
      第11回核融合エネルギー連合講演会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-07-14 – 2016-07-15

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公開日: 2018-01-16  

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