超音波を用いた超電導マグネットの診断およびクエンチの検出法に関する研究

磁気閉じ込め型核融合装置および励磁用超電導エネルギー貯蔵装置には大形の超電導マグネットが不可欠であるが、この超電導マグネットの監視・診断と確実なクエンチの検出・保護は極めて重要である。このため超音波を用いた超電導マグネットの診断とクエンチの早期検出を行う手法について研究を行ってきたが、特に今年度は、周期白色雑音を音源に用いて超電導マグネットの音響的伝達関数を求め、この変化を本科研費で購入したFFT・ディジタル・オシロスコープによりディジタル的に処理して数量化し、超電導マグネットの内部状態の変化を定量的に求める事を試みた。その結果、以下の知見と成果を得た。1.超電導マグネットの巻線部の2万分の1程度の容積で発生する0.1Jのパルス発熱(1〜2度の局部的温度上昇を発生)に対し、音響的伝達関数は顕著な変化を示した。2.その変化を時間と周波数の2つの座標軸で2次元的に表し、超電導マグネットの内部異常を視覚的に表示することができた。3.超電導マグネットの励磁電流による伝達関数の変化は、内部で局部的温度上昇やエポキシクラックが発生しなければ再現性があることが判った。4.連続的に励磁電流を増加させてクエンチに至らせる実験から、クエンチ直前に伝達関数の顕著な前駆的変化があることが見出された。5.オフラインの超電導マグネットの超音波による診断により、マグネットの健全度・劣化度が判定できる可能性がある事が判った。

磁気閉じ込め型核融合装置および励磁用超電導エネルギー貯蔵装置には大形の超電導マグネットが不可欠であるが、この超電導マグネットの監視・診断と確実なクエンチの検出・保護は極めて重要である。このため超音波を用いた超電導マグネットの診断とクエンチの早期検出を行う手法について研究を行ってきたが、特に今年度は、周期白色雑音を音源に用いて超電導マグネットの音響的伝達関数を求め、この変化を本科研費で購入したFFT・ディジタル・オシロスコープによりディジタル的に処理して数量化し、超電導マグネットの内部状態の変化を定量的に求める事を試みた。その結果、以下の知見と成果を得た。1.超電導マグネットの巻線部の2万分の1程度の容積で発生する0.1Jのパルス発熱(1〜2度の局部的温度上昇を発生)に対し、音響的伝達関数は顕著な変化を示した。2.その変化を時間と周波数の2つの座標軸で2次元的に表し、超電導マグネットの内部異常を視覚的に表示することができた。3.超電導マグネットの励磁電流による伝達関数の変化は、内部で局部的温度上昇やエポキシクラックが発生しなければ再現性があることが判った。4.連続的に励磁電流を増加させてクエンチに至らせる実験から、クエンチ直前に伝達関数の顕著な前駆的変化があることが見出された。5.オフラインの超電導マグネットの超音波による診断により、マグネットの健全度・劣化度が判定できる可能性がある事が判った。