2015 Fiscal Year Annual Research Report
核融合炉に適した１００ｋＡ級高温超伝導体の開発研究
| Project/Area Number |
14J05370
|
|---|
| Research Institution | The Graduate University for Advanced Studies |
|---|
Principal Investigator |
寺﨑 義朗 総合研究大学院大学, 物理科学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
|
| Keywords | 核融合マグネット / 高温超伝導 / 単純積層導体 / 100 kA級導体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
報告者は核融合炉に適した100 kA級高温超伝導（HTS）導体の開発研究を行っている。この導体は単純積層したHTS線材の周りを銅安定化材とステンレス構造材で囲った構造をしている。HTS線材の有する本質的に高い冷却安定性とHTS線材を単純積層することによる高い機械特性と製作性が特徴である。報告者は本年度、HTS導体の安定性解析を行う計算コードを作成するとともに、来年度実施予定の30 kA級導体コイル試験のサンプルの設計を行った。
HTS導体の安定性解析では、コイルに生じる巨大な電磁力による急激な巻線の変位などによって超伝導導体内部に発熱を生じたとき、導体の温度がどのように変化するか調べるため、１次元有限要素法数値解析コードの作成を行った。解析対象とした導体はHTS線材と安定化銅の周りをステンレスジャケットで囲った構造で、超伝導体に対する銅比は7である。この導体に100 kAの電流を流した状態で、1 kJの発熱がある導体断面で0.1秒間続いた場合の導体温度の時間変化を計算した。計算に用いた物性値は密度と比熱の温度依存性を各材料の平均値として、電気抵抗率と熱伝導率は並列回路によって求め、HTS線材の電流電圧特性はパーコレーションモデルを用いた。これにより、擾乱に対する導体の安定性限界を調べることが可能になった。今後、計算条件（電流密度、発熱量、発熱時間等）を様々に変化させ、詳細な解析を行っていく計画である。本年度はさらに3030 kA級導体コイル試験のサンプルの設計を行った。設計したサンプルは2ターンのパンケーキコイルを2つ組み合わせた4ターンのダブルパンケーキコイルで、導体断面構造は比較を容易にするため以前行った30 kA導体サンプルと同じにした。来年度はサンプルを製作し、サンプル全体がほぼ一様な磁場、温度条件下で試験を行う予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、コイルが大型化したときに導体内部で大きな電流偏流を生じ、本来の臨界電流値より低い電流値でクエンチするRamp Rate Limitationの不安定性が生じないかどうか数値解析と実験から示す予定であった。
数値解析では単純積層導体をモデル化して電磁解析と熱解析を練成して説く解析を行い、通電特性を評価する予定であった。しかし数値解析手法の習得が遅れたため、熱解析のみを行う安定席解析コードの作成にとどまった。一方実験についても、実験を予定していた設備が本年度使えなかったこともあり、導体コイルサンプルの設計を行うにとどまった。これらの研究の遅れは来年度取り戻すことができると考えており、このためやや遅れていると評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後はマグネットが大型化したとき、偏流をどこまで許容できるか、Ramp Rate Limitationの限界はどこにあるのかを検討するため、電磁解析と熱解析とを同時に行う連成解析手法を用いて通電特性を評価する数値解析コードの作成とコイルサンプル試験を行う。このコードを用いてRamp rate limitationの限界を示すとともに、核融合マグネットに単純積層導体を適用可能であることを示す。これらの最初の段階は本年度に行われており、今後はスムーズにこれらを進めることができると考えている。
|
Research Products
(3 results)
