New developments of remountable high-temperature superconducting magnet by introducing a maintenance viewpoint

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H03507
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Ito Satoshi 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60422078)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野上 修平 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00431528) ; 田村 仁 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (20236756) ; 西島 元 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (30333884) ; 柳 長門 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (70230258)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 分割型高温超伝導マグネット / ヘリカル型核融合炉 / 超伝導クエンチセンサー

Outline of Final Research Achievements

For maintenance and operation of remountable high-temperature superconducting magnet for fusion reactor, we conducted 1) Optimization of joint technique considering maintenance scenario, and 2) Development of condition-based maintenance technique using superconducting quench sensors. For 1), we proposed new joint structure based on results of stress condition at joint section of the magnet during fabrication and operation phases and those of mechanical testing of joint samples of REBCO high-temperature superconducting tapes. Then we achieved to avoid a joint resistance increase at reattaching process. For 2) we demonstrated that NbTi sensor can detect quench in a REBCO pancake coil. In addition, we showed that MgB2 and B-2212 sensors can detect quench under magnetic field produced by fusion magnets based on numerical analysis.

Free Research Field

核融合炉工学、応用超伝導工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果により、これまで「建設」の観点で原理実証がなされてきた核融合炉用分割型高温マグネットに関する研究開発が、「保守・運用」の観点まで取り入れるフェーズにまで進んだ。マグネット構造解析と接合体の機械試験に基づいて接合部損傷の推定を行うための知見を得た他、事後保全に必要な再着脱技術の高度化にも成功した。早期のクエンチ検出技術の確立による高温超伝導応用機器の保護は、超伝導工学分野における最大の課題になっており、本研究で提案・開発した超伝導クエンチセンサは、核融合炉用高温超伝導マグネットだけでなく、多くの高温超伝導応用機器の課題に対する解を与えうるものである。