高温酸化物超電導体の応用と最適化に関する研究

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本研究は、高温酸化物超伝導体の電磁界および熱解析の連成問題と最適化アルゴリズムを用いた超伝導機器の特性改善が目的となっている。高温酸化物超伝導体の電磁界解析手法として、種々の手法が提案されているが、E-J特性を考慮した場合に、解の収束性が悪くなるという特徴を有している。そこで、解析手法の改善を行った。その結果、従来方では解が収束しないような問題に対しても、提案手法は安定して解を求めており、かなりの改善が見られるようになった。また、酸化物バルク超伝導体表面上の磁束密度を計測する実験により、改善手法の妥当性を確認した。さらに、高温酸化物超伝導体を使用した高均一磁場発生用、電力貯蔵用の超伝導マグネットの最適化設計を試みた。まず、独自に開発してきた非線形最適化手法を用いた超伝導マグネットの手法に、高温酸化物超伝導テープ線材の持つ異方性を考慮することができるようにした。従来の金属系超伝導体の場合は、コイル自体を半径方向に分割し(グレーディング)、外側のコイルほど大きいという設計が有効的であることが周知されていた。しかし、最適化アルゴリズムを導入し、高温酸化物超伝導体を使用した超伝導マグネットの最適化設計を行ったところ、内側のコイルほど長くした方が良いという、金属系とは反対の結果を得るにいたった。その結果、高温酸化物超伝導テープ線材の持つ異方性により、従来は巻線体積が増加せざるをえなかった形状に対して、巻線体積をおよそ75%に削減できることを示した。これらの成果は、Applied Superconductivity Conferenceをはじめとする国内外の学会にて発表を行った。