耐強磁場ヘリカル炉用高温/低温複合超電導体の研究・開発

前年度に開発された、傾斜機能的な超電導線材の性能を評価するための解析コードを拡張し、高温超電導体内での温度場解析も同時に可能とした。すなわち、電磁場解析においては、高温超電導体内部に誘起される遮蔽電流を臨界状態モデル・磁束クリープモデルに加え、磁束流モデルも導入して評価した。なお、電磁場解析に関する支配方程式は、導体の存在しない領域で変数を定義する必要のない電流ベクトルポテンシャル法に基づいて導出し、超電導体の電気電導率は、非常に大きな値を初期値として仮定し、反復計算によって値を修正し、電流分布が磁束クリープモデル・磁束流モデルを含む臨界状態モデルと矛盾の無いような結果を得ることに成功した。その結果、高温超電導体内でのクエンチ発生は状況は、低温超電導体のものとは大きく異なり、クエンチの伝播・回復に要する時間が、非常に長くなり、クエンチが伝搬して行く状態なのか、回復状態にあるのかの判断が非常に困難であることが明らかとなった。これは、温度拡散係数が大きいためであり、従来の低温超電導体に適用していたクエンチ対策とは全く別のシナリオが必要となることが分かった。例えば、電圧上昇等によるクエンチ発生が検出された場合に、低温超電導体では、直ちに、電流値低下措置をとる必要性があったが、高温超電導体の場合には、時間的裕度がある。また、この際に急激に電流値を低下させるとそのこと自体が高温超電導体内での熱発生要因になり(ヒステリシス損失・結合損失)逆にクエンチを推進することにも成りうる可能性があることも明らかとなった。さらに、より詳しい電流分布を求めるために、擬3次元コードの整備を進め、3次元電流分布の解析結果が得られるまでに至った。

前年度に開発された、傾斜機能的な超電導線材の性能を評価するための解析コードを拡張し、高温超電導体内での温度場解析も同時に可能とした。すなわち、電磁場解析においては、高温超電導体内部に誘起される遮蔽電流を臨界状態モデル・磁束クリープモデルに加え、磁束流モデルも導入して評価した。なお、電磁場解析に関する支配方程式は、導体の存在しない領域で変数を定義する必要のない電流ベクトルポテンシャル法に基づいて導出し、超電導体の電気電導率は、非常に大きな値を初期値として仮定し、反復計算によって値を修正し、電流分布が磁束クリープモデル・磁束流モデルを含む臨界状態モデルと矛盾の無いような結果を得ることに成功した。その結果、高温超電導体内でのクエンチ発生は状況は、低温超電導体のものとは大きく異なり、クエンチの伝播・回復に要する時間が、非常に長くなり、クエンチが伝搬して行く状態なのか、回復状態にあるのかの判断が非常に困難であることが明らかとなった。これは、温度拡散係数が大きいためであり、従来の低温超電導体に適用していたクエンチ対策とは全く別のシナリオが必要となることが分かった。例えば、電圧上昇等によるクエンチ発生が検出された場合に、低温超電導体では、直ちに、電流値低下措置をとる必要性があったが、高温超電導体の場合には、時間的裕度がある。また、この際に急激に電流値を低下させるとそのこと自体が高温超電導体内での熱発生要因になり(ヒステリシス損失・結合損失)逆にクエンチを推進することにも成りうる可能性があることも明らかとなった。さらに、より詳しい電流分布を求めるために、擬3次元コードの整備を進め、3次元電流分布の解析結果が得られるまでに至った。