2017 Fiscal Year Annual Research Report
高温超伝導マグネットの加速器応用に向けた遮蔽電流に関する研究
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16J07799
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
曽我部 友輔 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 加速器用マグネット / 遮蔽電流 / 交流損失 / 有限要素法 / 電磁界解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温超伝導マグネットの加速器応用に向けた課題の一つである、遮蔽電流のマグネット発生磁界精度への影響の評価・抑制を実現することを目的に研究を進めた。
本年度は、遮蔽電流のマグネット発生磁界精度への影響を評価するために用いる有限要素法電磁界解析モデルの高速化・省メモリ化を実現するための検討を進め、Hマトリクス法を用いた解析モデルの、実際の加速器用マグネットを意識して設計された高温超伝導マグネットへの適用を行った。その結果、Hマトリクス法を適用しない場合では実現不可能な大規模問題を解くことが可能となった。
また、遮蔽電流が発生する磁界の低減方法を検討し、その実現可能性についての予備検討を行った。実際の加速器用マグネットの運転パターンを模擬した通電パターンでマグネットを励磁した際に発生する遮蔽電流磁界を計算した結果、二極及び六極磁界成分へ遮蔽電流磁界が与える影響は大きく、無視できないことが分かった。この結果を過去の二次元解析結果と比較したとき、コイルエンド部分における遮蔽電流が磁界精度へ影響を及ぼしていることが明らかになった。
これらの誤差磁界成分を補正するためには、通電電流の微小制御および、六極磁界補正用コイルを用いることが有効であるといえる。六極磁界補正用コイルを銅で構成することは電流密度の観点から非現実的であり、高温超伝導線材で巻かれたコイルを使用するべきであるということが初期検討の結果わかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、高温超伝導マグネットの加速器応用に向けた遮蔽電流に関する研究の第2年度目として、Hマトリクス法を適用した有限要素法電磁界解析モデルによる実機規模マグネットの解析、異なる温度・超伝導特性をもつ線材でマグネットを構成した場合の遮蔽電流の磁場精度への影響の違いの評価、補正用コイルの導入による遮蔽電流磁界の抑制についての初期検討を実施した。三次元形状をもつマグネットのうちのどの箇所における遮蔽dね流が磁界精度へ悪影響をもたらしているかを評価し、補正コイルの導入による磁界精度補正の可能性についての検討を開始した。また、初期検討の段階で、2極磁界を発生するメインコイルのみならず、6極磁界成分を発生する補正用コイルを高温超伝導線で構成することでマグネットを実現する手法の提案は根本的な遮蔽電流磁界の抑制に繋がり得るものであるといえ、研究目的の達成に向ける大きな手がかりとなると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度提案した6極磁界補正用コイルを2極磁界を発生するメインコイルと併せて一つのマグネットとする案について、実際の電磁界解析によって実現可能性を検討する。すでに得られている電磁界解析結果をマグネットの運転パターンにフィードバックし、メインコイル及び補正用コイルの電流通電パターンを決定する。6極磁界補正用コイルの導入により、メインコイルとの間に磁気的相互作用が生じるため、これがどの程度遮蔽電流磁界に影響を及ぼすかを評価する。また、交流損失についても同様に、6極磁界補正用コイルが存在することによって増加するため、実際に運転可能な程度の損失となるかを確認する。
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Research Products
(10 results)
