Thermal stability and quench protection of prctical high temerature superconducting materials and magnets

希土類系高温超伝導(REBa2Cu3O7, REは希土類またはY：REBCO)テープは、高い磁場中臨界電流密度と強い機械的強度を有することから、これまで超伝導では不可能であった23Tを超える強磁場磁石開発が進んでいる。さらに、近年では強磁場高温超伝導磁石を採用した、小型核融合、高分解能核磁気共鳴(NMR)、高エネルギー物理用次世代円形加速器、医療用小型加速器など多くの次世代超伝導応用開発も世界中で活発に行われ、強磁場磁石はその重要なキーコンポーネントと認識されている。一方で、REBCOテープは、高い電磁力による局所劣化や臨界電流密度の不均一性による局所的常伝導領域による焼損が問題となっており、その保護が重要となる。本研究の目的は、東北大金研で進行中である33T無冷媒超伝導磁石開発プロジェクトで重要となるREBCOテープの熱的安定性とクエンチ特性の理解である。研究は2022年9月からスタートしたが、すでに中規模REBCOコイルを用いて、14 Tのバックアップ磁場と組み合わせて25 Tの強磁場発生に成功した。その際、東北大で提案しているREBCOロバストコイル構造において、2枚バンドル巻線による磁場安定度や電磁力に関して多くの知見を得ることができた。具体的には、2枚の超伝導テープの結合による磁場が、テープ内の遮蔽電流による磁場と逆方向に発生しお互いに競合していること、その時定数が大きく異なることが定量的に理解できた。さらに、提案しているロバストコイル構造によってコイル内部応力分布が最適化されることで、最大応力を低減できることを実証した。これらの結果を受けて、更なる詳細の実験とシミュレーションを進めているところである。得られた結果の一部は、共著論文ではあるが2編の出版がすでになされており、2023年度に開催される国際会議でも発表する予定である。

希土類系高温超伝導(REBa2Cu3O7, REは希土類またはY：REBCO)テープは、高い磁場中臨界電流密度と強い機械的強度を有することから、これまで超伝導では不可能であった23Tを超える強磁場磁石開発が進んでいる。さらに、近年では強磁場高温超伝導磁石を採用した、小型核融合、高分解能核磁気共鳴(NMR)、高エネルギー物理用次世代円形加速器、医療用小型加速器など多くの次世代超伝導応用開発も世界中で活発に行われ、強磁場磁石はその重要なキーコンポーネントと認識されている。一方で、REBCOテープは、高い電磁力による局所劣化や臨界電流密度の不均一性による局所的常伝導領域による焼損が問題となっており、その保護が重要となる。本研究の目的は、東北大金研で進行中である33T無冷媒超伝導磁石開発プロジェクトで重要となるREBCOテープの熱的安定性とクエンチ特性の理解である。研究は2022年9月からスタートしたが、すでに中規模REBCOコイルを用いて、14 Tのバックアップ磁場と組み合わせて25 Tの強磁場発生に成功した。その際、東北大で提案しているREBCOロバストコイル構造において、2枚バンドル巻線による磁場安定度や電磁力に関して多くの知見を得ることができた。具体的には、2枚の超伝導テープの結合による磁場が、テープ内の遮蔽電流による磁場と逆方向に発生しお互いに競合していること、その時定数が大きく異なることが定量的に理解できた。さらに、提案しているロバストコイル構造によってコイル内部応力分布が最適化されることで、最大応力を低減できることを実証した。これらの結果を受けて、更なる詳細の実験とシミュレーションを進めているところである。得られた結果の一部は、共著論文ではあるが2編の出版がすでになされており、2023年度に開催される国際会議でも発表する予定である。