2020 Fiscal Year Annual Research Report
Comparison of measurements and electromagnetic field analyses of time-changing magnetic field of an HTS magnet
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19K23513
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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, 助教 (40847216)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 加速器用マグネット / 磁界精度 / 遮蔽電流磁界 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小規模高温超伝導マグネットを対象とした磁界測定および電磁界解析を実施し、その双方を比較することによって、高温超伝導マグネットを変動励磁した際の電磁現象、特に遮蔽電流磁界についての知見を得た。
磁界測定では、レーストラック形状の高温超伝導コイルから構成される小規模高温超伝導マグネットを対象とした。空間における磁界の多極成分が測定可能である回転ピックアップコイル法を用いた磁界測定方法を用い、粒子加速器の運転パターンを模擬して、小型高温超伝導マグネットを変動励磁した場合の磁界測定を行った。この運転パターンでは、通電電流値を変化させるランプアップ/ランプダウンの過程に加え、電流値を一定のまま保持するステップをランプダウンの過程中に設定し、通電電流の最大値・最小値の組合せや、ランプアップ/ランプダウン速度、ステップを設定する電流値などを変化させて測定を行った。過去の通電履歴の影響を排除するため、各磁界測定の間で小規模高温超伝導マグネットを常伝導状態に戻す過程を経た。
上述の小規模高温超伝導マグネットにおける種々の通電パターンによる変動励磁を電磁界解析によって模擬し、比較検討した。磁界測定との厳密な比較を行うためには、小規模高温超伝導マグネットの厳密な形状を再現可能な大規模電磁界解析モデルが必要であるため、研究代表者が所属している研究グループが保有するクラスタ型計算サーバを使用した。このモデルでは、小規模高温超伝導マグネットの巻線・接続構造や、巻線に沿った超伝導特性の分布などの複雑な三次元形状が考慮されている。電磁界解析によって得られた結果から、小規模高温超伝導マグネットを構成する高温超伝導線内部の電流・磁界分布を議論し、変動励磁中の遮蔽電流及び遮蔽電流磁界の特性を評価するとともに、粒子加速器用高温超伝導マグネットにおける遮蔽電流磁界の振舞いを予測し、抑制することが可能かを見極めた。
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