自己保護機能を持つ永久電流・ヘリウムフリー高温超伝導磁石技術の開発

具有自我保护功能的持续电流/无氦高温超导磁体技术开发

• 批准号: 21K20419
• 负责人: 末富 佑
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20419/
• 关键词: 高温超伝導磁石; 強磁場磁石; NMR; クエンチ; 極低温冷凍機; 電磁界解析; 熱伝導解析; 導電性エポキシ樹脂; 電気的接触抵抗; 電気等価回路解析; 高温超伝導; 超伝導磁石; ヘリウムフリー; 強磁場

本研究課題において、(a)磁石保護技術、(b)永久電流運転技術、(c)冷凍機冷却技術を全て満たした理想的な高温超伝導磁石の開発を目指している。本年度は、技術開発が必要な課題の抽出を目的として、小型900 MHz (21 T 級) NMR 用永久電流・ヘリウムフリー高温超伝導磁石の設計・保護挙動の解析、また、(c)冷凍機冷却の要素技術開発を目指した基礎検討・試験準備を実施した。電磁界解析によって磁石幾何形状を検討した結果、磁石の小型化のために、「インナーノッチ構造を採用した新しい巻線構造の実証」、「磁石軸方向の電磁力の定量化・補強法の考案」が必要だと見出した。また、クエンチ挙動を数値解析した結果、研究遂行者らが提案した巻線方式である層内無絶縁（LNI）法を用いて磁石を保護するためには、巻線内部の電気的接触抵抗率ρctを100 mΩcm2程度に制御することが必要だと定量的に明らかにした。この値を実証するため、昨年度基礎検討した導電性エポキシを用いたρct制御技術を用いて、実際にLNI高温超伝導磁石を製作した。しかし、試験結果から推定されたρctは~4 mΩcm2と、基礎検討により得られた~100 mΩcm2より約2桁小さい値となった。コイル形状でρctを制御するためには、条件の再検討・最適化が必要だといえる。LNI法に対して(c)冷凍機冷却を適用した際の冷特性について数値解析を用いて調査した。LNI高温超伝導磁石は、巻線内部に熱伝導が良い銅シートを有しているため、従来の高温超伝導磁石よりも冷却特性が向上する。磁石内部のある単一の層に対して熱伝導解析を実施したところ、室温から4 Kまで冷却するのに、従来の高温超伝導磁石では約8.5時間の冷却時間を要したのに対し、LNI高温超伝導磁石では約2時間に短縮されることが明らかになった。LNI法は冷凍機冷却に対して好適だといえる。

This research topic includes (a) magnet protection technology,(b) permanent current operation technology, and (c) refrigerator cooling technology. This year, the technical development of the necessary issues to extract the purpose, small 900 MHz (21 T class) NMR permanent current, the design of high-temperature superconducting magnets, protection analysis,(c) refrigerator cooling elements of the technical development of the purpose, basic research, test preparation carried out. The results of electromagnetic field analysis, the miniaturization of magnets, the realization of new coil structures, and the investigation of quantitative and reinforcement methods of electromagnetic forces in the axial direction of magnets are presented. The results of numerical analysis and study show that the proposed method is based on the LNI method, and the contact resistance rate of the electric current inside the coil is 100 mΩ cm2. This is the first time that we've seen this. We've seen this before. We've seen this before. We've seen this before. The test results were estimated to be ~4 mΩ cm2 and ~100 mΩ cm2 respectively. The shape of a rectangle can be controlled by ρct, but re-evaluation and optimization of conditions are necessary. LNI method is applicable to (c) refrigerator cooling and cold characteristics analysis. LNI high temperature superconducting magnet, coil internal heat conduction, high temperature superconducting magnet cooling characteristics The cooling time of the magnet is about 8.5 hours. The cooling time of the magnet is about 2 hours. The LNI method is used for refrigeration.

项目成果

伝導冷却All-HTS 900 MHz NMR磁石に向けたintra-Layer No-Insulation (LNI) REBCOコイルの設計検討

用于传导冷却 All-HTS 900 MHz NMR 磁体的层内无绝缘 (LNI) REBCO 线圈的设计研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 末富 佑;田中 湧也;高尾 智明;小林 賢介;柳澤 吉紀
• 通讯作者: 柳澤 吉紀

Development of an intra-Layer No-Insulation (LNI) Winding Method for Quench Protection of a Layer-Wound REBCO Coil

开发用于层绕 REBCO 线圈失超保护的层内无绝缘 (LNI) 绕线方法

• DOI: 10.2221/jcsj.57.301
• 发表时间: 2022
• 期刊: TEION KOGAKU (Journal of Cryogenics and Superconductivity Society of Japan)
• 作者: Yu SUETOMI;Yoshinori YANAGISAWA
• 通讯作者: Yoshinori YANAGISAWA

Quench protection study on an intra-layer no-insulation (LNI) REBCO coil in a 1.3 GHz (30.5 T) LTS / HTS magnet.

1.3 GHz (30.5 T) LTS / HTS 磁体中层内无绝缘 (LNI) REBCO 线圈的淬火保护研究。

• 发表时间: 2022
• 作者: Yu SUETOMI;Yoshinori YANAGISAWA;Toshio. YAMAZAKI;Michitaka ONO;Mamoru HAMADA;Kazuyoshi SAITO;Hideaki MAEDA
• 通讯作者: Hideaki MAEDA

導電性エポキシを用いたintra-Layer No-Insulation（LNI）REBCOコイル接触抵抗率制御技術の構築

使用导电环氧树脂构建层内无绝缘 (LNI) REBCO 线圈接触电阻率控制技术

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中 湧也;末富 佑;有園若葉;高尾 智明 ;小林 賢介;柳澤 吉紀
• 通讯作者: 柳澤 吉紀