超電導マグネットの高電流密度化を目指す安定化技術の研究

核融合装置の超電導化に向けて、コンパクトで信頼性の高い超電導マグネットの実現が強く要請されている。本研究では超電導マグネットの高電流密度化を目指して新しい安定化基準を確立する為に、(A)超電導導体の安定化設計、(B)超電導マグネットの冷却・耐電圧化、(C)超電導マグネットの安定化構造と診断・保護、等の要素的研究を重点的に遂行した。(1)超電導マグネット内での導体のずれに対するモデルを用いてスペーサの寸法精度や支持距離と擾乱との関係を定量化し、安定化の為のスペーサの配置や構造、許容電流等を明らかにした。又、超電導フィラメントアサイセンサによって過渡的温度分布を測定して擾乱の発生機構の解明とクエンチ予測の為の診断技術について検討した。(2)面冷却と動的安定化法により垂直な変動磁界に対しても安定な超電導テープ導体を提案し、電磁気的擾乱に対して高度の安定性が確保できることを理論的に示した。特に磁気的安定性基準を実験的に検証して、提案したテープ導体の安定性を実証した。(3)大容量パルス導体として使用される撚線導体に対して、交流損失の数値解析による評価法を確立すると共に、導体の安定化や保護対策の観点から撚線導体に特有のクエンチ機構を解明し定量化した。(4)超臨界ヘリウム強制冷却導体において繰り返し加熱がある時の流体の温度分布を測定して安定限界を議論した。さらに、同浸漬冷却においてもパルス加熱に対して液体Heと同等以上の特性をもつことが判った。(5)超電導マグネットにおける機械的擾乱の原因となるローレンツ力による応力分布の解析を行うと共に、応力集中に伴うすべり発生の機構を複合積層モデルにより解析し実験的に検証した。(6)超電導マグネットにおいては磁界や熱バルブが絶縁耐力を低下させる原因であることを実験的に明らかにし、その対策を提案した。

核融合装置の超電導化に向けて、コンパクトで信頼性の高い超電導マグネットの実現が強く要請されている。本研究では超電導マグネットの高電流密度化を目指して新しい安定化基準を確立する為に、(A)超電導導体の安定化設計、(B)超電導マグネットの冷却・耐電圧化、(C)超電導マグネットの安定化構造と診断・保護、等の要素的研究を重点的に遂行した。(1)超電導マグネット内での導体のずれに対するモデルを用いてスペーサの寸法精度や支持距離と擾乱との関係を定量化し、安定化の為のスペーサの配置や構造、許容電流等を明らかにした。又、超電導フィラメントアサイセンサによって過渡的温度分布を測定して擾乱の発生機構の解明とクエンチ予測の為の診断技術について検討した。(2)面冷却と動的安定化法により垂直な変動磁界に対しても安定な超電導テープ導体を提案し、電磁気的擾乱に対して高度の安定性が確保できることを理論的に示した。特に磁気的安定性基準を実験的に検証して、提案したテープ導体の安定性を実証した。(3)大容量パルス導体として使用される撚線導体に対して、交流損失の数値解析による評価法を確立すると共に、導体の安定化や保護対策の観点から撚線導体に特有のクエンチ機構を解明し定量化した。(4)超臨界ヘリウム強制冷却導体において繰り返し加熱がある時の流体の温度分布を測定して安定限界を議論した。さらに、同浸漬冷却においてもパルス加熱に対して液体Heと同等以上の特性をもつことが判った。(5)超電導マグネットにおける機械的擾乱の原因となるローレンツ力による応力分布の解析を行うと共に、応力集中に伴うすべり発生の機構を複合積層モデルにより解析し実験的に検証した。(6)超電導マグネットにおいては磁界や熱バルブが絶縁耐力を低下させる原因であることを実験的に明らかにし、その対策を提案した。