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

用于重离子癌症治疗的高速高场束扫描磁体的高温超导技术

• 批准号: 20H00245
• 负责人: 雨宮 尚之
• 金额: $ 28.62万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00245/
• 关键词: 超伝導; 電磁石; 加速器; がん治療; 交流; 交流損失; 遮蔽電流磁界

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. Evaluation of the characteristics of SCSC in the dynamic magnetic field: Critical current, binding time, binding loss shape factor of thin film wire material, analytical formula, calculation of AC loss of SCSC in the electromagnetic field. The electromagnetic phenomena of high speed electromagnets composed of collective conductors are analyzed. The electromagnetic phenomena of SCSC are analyzed in large scale. The influence of magnetization on the superconductivity of electromagnets is considered. The AC loss is evaluated. The influence of high temperature superconducting electromagnet on the accuracy of magnetic field is analyzed in general electromagnetic field. The simple method is used to evaluate the influence of high temperature superconducting electromagnet on the accuracy of magnetic field. SCSC simulation results show that the resistance to movement is measured, theoretically predicted, and the resistance to movement is reduced AC loss evaluation of AC magnetic field and AC energization 3. Design of high-speed high-magnetic field electromagnet: conceptual design of high-speed high-magnetic field electromagnet, development of high-speed high-magnetic field electromagnet, design of high-speed high-magnetic field electromagnet, design of high-speed high-speed high-magnetic field electromagnet, design of high-speed high-speed electromagnetic field electromagnet, design of high-speed electromagnetic field electromagnet, design of high-speed electromagnetic field electromagnet, design of high-speed electromagnetic field electromagnet. 4. Evaluation of AC loss and magnetic field accuracy of electromagnets: ① Use of analytical formula for AC loss of SCSC; ③ Calculation of AC loss of electromagnets in design. The cooling method and the structure of the temperature range of the electromagnet operation temperature range, pressure reduction, liquid temperature range of 65 K, and the cooling effect are obtained. The accuracy of magnetic field is very small, and the construction method is suitable for evaluation.

项目成果

銅分流層複合マルチフィラメント薄膜高温超伝導線の動的抵抗測定

铜分流层复合多丝薄膜高温超导线的动态电阻测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 曽我部友輔，陳妙しん，雨宮尚之

Comparison of AC loss of superferric magnets consisting of HTS coils wound with stack cables and wound with CORC wires by using 3D electromagnetic field analyses

使用 3D 电磁场分析比较由堆叠电缆缠绕的 HTS 线圈和 CORC 线缠绕的超铁磁体的交流损耗

• 发表时间: 2020
• 作者: Y. Sogabe;M. Yasunaga;Y. Li;Y. Ishi;and N. Amemiya
• 通讯作者: and N. Amemiya

ローレンスバークレー国立研究所/ブルックヘブン国立研究所(米国)

劳伦斯伯克利国家实验室/布鲁克海文国家实验室（美国）

Experiments and numerical analyses of dynamic resistivities in copper-plated multifilament coated conductors

镀铜复丝涂层导体动态电阻率的实验和数值分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Sogabe;N. Amemiya
• 通讯作者: N. Amemiya

Influence of Shielding Currents in Coated Conductors on Field Quality of Iron-Dominated HTS Magnets Estimated by Numerical Analyses

• DOI: 10.1109/tasc.2023.3251300
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Yang Li;Y. Sogabe;N. Amemiya