High-temperature-superconductor technology toward high-speed and high-field beam scanning magnets for heavy-ion cancer therapy

①変動磁界下におけるSCSCケーブルの特性評価：種々のマルチフィラメント薄膜線材の臨界電流・結合時定数・結合損失形状因子の測定結果を用いた解析式によって、スキャニング電磁石の運転条件におけるSCSCケーブルの交流損失を計算することを可能にした。②集合導体で構成した高速変動電磁石の電磁現象解明：SCSCケーブルを対象とした大規模数値電磁界解析プログラムを改良し、スキャニング電磁石の超伝導コイルの、鉄ヨークの磁化の影響を考慮した交流損失評価を可能にした。また、鉄ヨークをもつ高温超伝導電磁石における遮蔽電流磁界の磁界精度への影響を汎用電磁界解析ソフトウェアを用いた簡易的手法によって評価し、その影響が発生磁界に対して千分の一以下と十分小さいことを明らかにした。SCSCケーブルを模擬したスパイラル状マルチフィラメント線における動的抵抗を測定し、理論的に予想される通りの動的抵抗低減効果が得られることを確認した。また、交流磁界下・交流通電におけるスパイラル状マルチフィラメント線の交流損失の実験的評価を行い初期データを得た。③高速変動高磁界スキャニング電磁石の設計：スキャニング電磁石の概念設計を進め、現在実用化されている常伝導スキャニング電磁石の諸元をもとに、より高磁界化した場合の磁界発生領域や磁極形状を決定し、汎用電磁石解析ソフトウェアを用いて電磁石の断面形状設計を行った。④スキャニング電磁石の交流損失・磁界精度評価：①で構築したSCSCケーブルの交流損失の解析式を用い、③で設計したスキャニング電磁石の交流損失を計算した。冷却方式や構造の観点からスキャニング電磁石の運転温度について検討し、減圧した液体窒素による65 K程度の冷却が現実的であるという結果を得た。磁場精度について、②で構築した手法を適用した評価を行い、遮蔽電流磁界が磁界精度に与える影響は十分小さいことを確認した。

①変動磁界下におけるSCSCケーブルの特性評価：種々のマルチフィラメント薄膜線材の臨界電流・結合時定数・結合損失形状因子の測定結果を用いた解析式によって、スキャニング電磁石の運転条件におけるSCSCケーブルの交流損失を計算することを可能にした。②集合導体で構成した高速変動電磁石の電磁現象解明：SCSCケーブルを対象とした大規模数値電磁界解析プログラムを改良し、スキャニング電磁石の超伝導コイルの、鉄ヨークの磁化の影響を考慮した交流損失評価を可能にした。また、鉄ヨークをもつ高温超伝導電磁石における遮蔽電流磁界の磁界精度への影響を汎用電磁界解析ソフトウェアを用いた簡易的手法によって評価し、その影響が発生磁界に対して千分の一以下と十分小さいことを明らかにした。SCSCケーブルを模擬したスパイラル状マルチフィラメント線における動的抵抗を測定し、理論的に予想される通りの動的抵抗低減効果が得られることを確認した。また、交流磁界下・交流通電におけるスパイラル状マルチフィラメント線の交流損失の実験的評価を行い初期データを得た。③高速変動高磁界スキャニング電磁石の設計：スキャニング電磁石の概念設計を進め、現在実用化されている常伝導スキャニング電磁石の諸元をもとに、より高磁界化した場合の磁界発生領域や磁極形状を決定し、汎用電磁石解析ソフトウェアを用いて電磁石の断面形状設計を行った。④スキャニング電磁石の交流損失・磁界精度評価：①で構築したSCSCケーブルの交流損失の解析式を用い、③で設計したスキャニング電磁石の交流損失を計算した。冷却方式や構造の観点からスキャニング電磁石の運転温度について検討し、減圧した液体窒素による65 K程度の冷却が現実的であるという結果を得た。磁場精度について、②で構築した手法を適用した評価を行い、遮蔽電流磁界が磁界精度に与える影響は十分小さいことを確認した。