Ultra fine A15 superconducting wire for high-field accelerator magnets

高场加速器磁体用超细A15超导线材

• 批准号: 21H04477
• 负责人: 北口 仁
• 金额: $ 27.21万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04477/
• 关键词: 超伝導線材; 強磁場加速器用マグネット; 極細金属線; A15型化合物超伝導体; 超伝導ケーブル; 極細金属線加工技術; 超伝導ケーブルの電磁現象; 極細超伝導線の特性評価技術

性能を劣化させることなく自在に曲げることができ、これまで前例のないしなやかさをもった高磁場加速器マグネット用A15型化合物超伝導ケーブルを目指し、その素線となる髪の毛よりも細い極細超伝導線材の開発と撚線ケーブル化の基盤となる電磁現象の解明に取り組んでいる。極細超伝導線の連速伸線加工を高効率で行うことのできるノンスリップ型連続伸線機を導入した。従来のスリップ型伸線機と比較してダイス毎の後方張力の精密制御が可能で、難加工性素材の伸線加工中における断線防止が期待できる。ジェリーロール法Nb/Al複合線の伸線加工を試行し、外径50μmで長さ1,000m以上の長尺線が無断線で加工できた。この一部についてさらなる極細化に挑み、短尺ではあるが絹糸よりも細い外径17μmまでの細線化に成功した。この超極細Nb/Al線は異種金属の複合細線として世界最細の事例と考えている。極細線を用いた19本撚線導体について、微分幾何学に基づく空間曲線理論により、熱処理後のマグネット巻き線を想定した曲げ歪み解析を行った。曲げ半径200mmの場合に0.033 %の歪みとなることがわかった。この結果は、線材の材料特性をフィードバックして導体の加工から運転時の特性を推定するために有用である。直径25~50μmの極細多芯Nb3Sn線材素線の室温引張強度評価のため、既存の引張試験機に組み合わせる治具を本研究で新規に考案・製作し、試験を行った。5 N容量の小型ロードセルを自作し、荷重校正の結果、荷重と出力電圧の間に良好な線形性を確認した。単繊維引張試験法により、熱処理前、後の直径50μmのNb3Sn線材の室温引張試験を実施し、再現性良く破断強度を評価できることを確認した。

为了打造一种可自由弯曲且性能不下降且具有前所未有的柔韧性的高场加速器磁体用A15型复合超导电缆，我们正在开发一种比人类头发还细的超细超导线材。构成电缆发展和绞合电缆创建基础的电磁现象。我们推出了防滑连续拉丝机，可以高效率地连续拉制超细超导线材。与传统的滑移式拉丝机相比，可以精确控制每个模具的后张力，并有望在难加工材料的拉丝过程中防止断丝。我们尝试使用果冻卷法对 Nb/Al 复合线材进行拉丝加工，能够在不断裂的情况下加工外径 50 μm、长度超过 1,000 m 的长线材。我们接受了将这根线的一部分做得更细的挑战，并成功地将其变得更细，外径为17μm，比丝线更短但更细。这种超细铌/铝丝被认为是世界上最细的由不同金属制成的复合丝。利用基于微分几何的空间曲线理论，对由超细线制成的19股导体进行弯曲应变分析，假设热处理后为磁体绕组。结果发现，当弯曲半径为200mm时，应变为0.033%。该结果对于反馈导线的材料特性和估计导体加工的操作特性很有用。为了评估直径为25至50μm的超细复丝Nb3Sn线的室温拉伸强度，我们设计并制造了一种与现有拉伸试验机结合的新夹具，并进行了测试。我们制作了一个容量为 5 N 的小型称重传感器，并且通过负载校准，我们确认了负载和输出电压之间具有良好的线性度。采用单纤维拉伸试验方法，对直径为50μm的Nb3Sn丝在热处理前后进行了室温拉伸试验，并证实可以以良好的重现性评估断裂强度。

项目成果

Jelly-Roll Processed Nb3Al Super-Fine Monofilament Wires with Cu/non-Cu Ratio of 1.0

铜/非铜比为 1.0 的果冻卷加工 Nb3Al 超细单丝线

• 发表时间: 2021
• 作者: Akihiro Kikuchi; Yasuo Iijima; Masaru Yamamoto; Masatoshi Kawano; Junya Imani; Ataru Ichinose
• 通讯作者: Ataru Ichinose