Realization of highly robust, high-performance, low-cost high-temperature superconducting coil systems without protection

本研究は、基盤研究S「次世代医療用高温超伝導スケルトン・サイクロトロンの設計原理・廃初基盤の確立（18H05244）」（2018～2022年度）の最終年度前年度応募として提案した課題であり、核医学治療用のα線放出RI（放射性同位体）製造のための高温超伝導スケルトン・サイクロトロン（HTS-SC）用REBCOコイルシステムの開発を最終目標としている。そしてその実応用に向けて、「常伝導転移事故に対する確実な検出・保護が必須」と「製作コストが高額」という２つの大きな障壁を克服する技術の確立を目的に、高安定：コイル内に劣化や欠陥が発生しても継続運転が可能、無保護：継続運転が不可能な状態になっても、従来のような保護装置が不要、低コスト：劣化・欠陥のある線材の使用を許容、高性能：未踏ステージへの応用拡大が可能、を実現するためのコイル技術について研究開発を行う計画のもと、初年度（2022年度）は以下を実施した。1.HTS-SC実証用小型REBCOマルチコイルシステムの特性評価：基盤研究Sの最終年度実施予定であった実機の1/2スケールモデルの製作・測定系の構築を終え、冷却特性、発生磁場の空間分布精度および時間安定度、電磁応力によるコイル変形の測定等を行った。2. 本研究で掲げた「高安定」と「無保護」に関する検討：無絶縁コイル巻線技術を適用したときの電磁的・熱的挙動について評価する（無絶縁REBCOコイル特有の通電特性を解析するための計算機プログラムを新たに開発）とともに、一部のコイルが常伝導転移したときの継続運転の可能性の検証、コイル保護装置を用いない方式（無保護）の可能性の検討、さらにコイル巻線内に新たな劣化・欠陥が発生したときの検出法の確立に向けた検討等を行った。この際、形状の異なるコイルから成るHTS-SC用コイルシステムの振舞いを解析するための新たな計算機プログラムを開発した。

本研究は、基盤研究S「次世代医療用高温超伝導スケルトン・サイクロトロンの設計原理・廃初基盤の確立（18H05244）」（2018～2022年度）の最終年度前年度応募として提案した課題であり、核医学治療用のα線放出RI（放射性同位体）製造のための高温超伝導スケルトン・サイクロトロン（HTS-SC）用REBCOコイルシステムの開発を最終目標としている。そしてその実応用に向けて、「常伝導転移事故に対する確実な検出・保護が必須」と「製作コストが高額」という２つの大きな障壁を克服する技術の確立を目的に、高安定：コイル内に劣化や欠陥が発生しても継続運転が可能、無保護：継続運転が不可能な状態になっても、従来のような保護装置が不要、低コスト：劣化・欠陥のある線材の使用を許容、高性能：未踏ステージへの応用拡大が可能、を実現するためのコイル技術について研究開発を行う計画のもと、初年度（2022年度）は以下を実施した。1.HTS-SC実証用小型REBCOマルチコイルシステムの特性評価：基盤研究Sの最終年度実施予定であった実機の1/2スケールモデルの製作・測定系の構築を終え、冷却特性、発生磁場の空間分布精度および時間安定度、電磁応力によるコイル変形の測定等を行った。2. 本研究で掲げた「高安定」と「無保護」に関する検討：無絶縁コイル巻線技術を適用したときの電磁的・熱的挙動について評価する（無絶縁REBCOコイル特有の通電特性を解析するための計算機プログラムを新たに開発）とともに、一部のコイルが常伝導転移したときの継続運転の可能性の検証、コイル保護装置を用いない方式（無保護）の可能性の検討、さらにコイル巻線内に新たな劣化・欠陥が発生したときの検出法の確立に向けた検討等を行った。この際、形状の異なるコイルから成るHTS-SC用コイルシステムの振舞いを解析するための新たな計算機プログラムを開発した。