超電導マグネットのクウェンチの予測に関する研究

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まず超電導マグネットのクウェンチの予測に必要不可欠なクウェンチエネルギー評価を実験的ならびに理論的に行った。実験では、小型超電導マグネットのテストコイルにLINACの電子線による体積加熱とCLTSの温度センサによる表面加熱を行い、加熱手法によりクウェンチエネルギーが違うことを明らかにした。即ち液体ヘリウムの冷却効果により、体積加熱と比較し表面加熱はクウェンチエネルギーが2倍以上大きい。従ってクウェンチの原因となる機械的擾乱の発生位置を特定することが重要であると考えられる。理論解析では、常電導伝播を解明するため熱伝導を解析する有限要素法による計算コードを作成し、上記実験結果と比較し計算コードの妥当性を確かめると共に液体ヘリウムとコイル表面のエポキシ樹脂間の熱伝達率を変え計算を行った。その結果、クウェンチエネルギーは熱伝達率に依らないが、熱伝達率の向上はクウェンチ防止に重要であることが明らかになった。またクウェンチエネルギーは熱擾乱のパルス幅に影響されるため、クウェンチの原因となる機械的擾乱の過渡特性を定量化することが重要であることがわかった。更にエポキシ樹脂,GFRP,エポキシ含浸超電導体積層板の3種の試験片による三点曲げ試験を液体ヘリウム中で行い、クラック進展とすべり発生による温度上昇を熱電対で測定した。弾性範囲内で破壊を起こすエポキシ樹脂やGFRPで、10〜20Kの温度上昇が確認された。これにより、含浸型の超電導マグネットではクラックやすべりの機械的擾乱によりクウェンチが起きるものと考えられる。今後は、理論的にクラックやすべりによる温度上昇を推定できるようにすることが重要となる。