超電導マグネットの冷却安定化技術の研究

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核融合への利用を目指す超電導マグネットの冷却に有効な方法を修得するために、He【I】、超流動ヘリウム(He【II】)、超臨界ヘリウム、固体伝導の4つの冷却について伝熱・流動特性をはじめ、クエンチ(破局的常電導転移)をトリガする擾乱の発生機構、安定作動要因の一つである電流リードの冷却に到る広範な安定化技術を総合的に研究した。1)超電導マグネットのクエンチの原因についてa)エポキシ含浸コイルb)非含浸コイルを用いHe【I】中で研究した。a)に関してはモデルコイルによる実験の結果、エポキシのひび割れの他に導体のずれもクエンチの原因となることが解った。b)に関しては、導体のずれの大きさが導体の機械的性質に大きく影響されることが解った。2)飽和・非飽和超流動ヘリウムの特長を互いに補強し、両者を同時に用いるハイブリッド冷却をホロー型導体に適用するため基礎となる伝熱特性が測られた。1気圧に加圧された非飽和液の良好な熱移送のため飽和液の比較的小さな臨界熱速値が改善され両相液の平均にまで増大した。ハイブリッドの場合小さい方の臨界値で抑えられず和で決る。3)強制冷却コイル(NbTiホロー導体、全長87m、内径3mm、ソレノイド巻数215ターン)を作成し予冷および超臨界ヘリウム冷却試験を行った。通電加熱によってクエンチの起る位置の電流および超臨界ヘリウム状態依存性を詳しく調べ、加熱量の大きいときには上流側でクエンチする危険性のあることが判明した。計算機によるシミュレーションによって。この時の超臨界ヘリウムの状態が明らかになった。4)超電導マグネット励磁用電流リードの冷却に関し、多段冷凍機による局所的予冷系をもつ冷却方式を検討した。リード材として残留低抗比の指定された銅を用いた計算結果から、少くとも2段以上の予冷をすることによって定常温度分布保持に必要な冷凍機の所要電力が、ガス冷却方式のそれに比較して半減し得ることが示唆された。