High-temperature-superconductor technology toward high-speed and high-field beam scanning magnets for heavy-ion cancer therapy

用于重离子癌症治疗的高速高场束扫描磁体的高温超导技术

基本信息

批准号：
20H00245
负责人：
雨宮尚之
金额：
$ 28.62万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00245/
关键词：
超伝導電磁石加速器がん治療交流交流損失遮蔽電流磁界

项目摘要

①変動磁界下におけるSCSCケーブルの特性評価：種々のマルチフィラメント薄膜線材の臨界電流・結合時定数・結合損失形状因子の測定結果を用いた解析式によって、スキャニング電磁石の運転条件におけるSCSCケーブルの交流損失を計算することを可能にした。②集合導体で構成した高速変動電磁石の電磁現象解明：SCSCケーブルを対象とした大規模数値電磁界解析プログラムを改良し、スキャニング電磁石の超伝導コイルの、鉄ヨークの磁化の影響を考慮した交流損失評価を可能にした。また、鉄ヨークをもつ高温超伝導電磁石における遮蔽電流磁界の磁界精度への影響を汎用電磁界解析ソフトウェアを用いた簡易的手法によって評価し、その影響が発生磁界に対して千分の一以下と十分小さいことを明らかにした。SCSCケーブルを模擬したスパイラル状マルチフィラメント線における動的抵抗を測定し、理論的に予想される通りの動的抵抗低減効果が得られることを確認した。また、交流磁界下・交流通電におけるスパイラル状マルチフィラメント線の交流損失の実験的評価を行い初期データを得た。③高速変動高磁界スキャニング電磁石の設計：スキャニング電磁石の概念設計を進め、現在実用化されている常伝導スキャニング電磁石の諸元をもとに、より高磁界化した場合の磁界発生領域や磁極形状を決定し、汎用電磁石解析ソフトウェアを用いて電磁石の断面形状設計を行った。④スキャニング電磁石の交流損失・磁界精度評価：①で構築したSCSCケーブルの交流損失の解析式を用い、③で設計したスキャニング電磁石の交流損失を計算した。冷却方式や構造の観点からスキャニング電磁石の運転温度について検討し、減圧した液体窒素による65 K程度の冷却が現実的であるという結果を得た。磁場精度について、②で構築した手法を適用した評価を行い、遮蔽電流磁界が磁界精度に与える影響は十分小さいことを確認した。

①脉动磁场下SCSC电缆的特性评估：利用各种多丝薄膜线的临界电流、耦合时间常数和耦合损耗形状因数的测量结果，通过解析公式评估SCSC电缆在扫描电磁铁工作条件下的交流损耗。可以计算。 ② 阐明由集体导体组成的高速脉动电磁体的电磁现象：改进了SCSC电缆大规模数值电磁场分析程序，并考虑解决了扫描电磁体超导线圈的交流损耗铁轭磁化的影响使得评估成为可能。此外，我们利用通用电磁场分析软件，通过简单的方法评估了屏蔽电流磁场对铁轭高温超导电磁体磁场精度的影响，发现影响小于结果证明它足够小。我们测量了模拟 SCSC 电缆的螺旋多丝线的动态电阻，并证实了动态电阻降低效果达到了理论上的预测。此外，我们还对交流磁场和交流电流下螺旋多丝线的交流损耗进行了实验评估，并获得了初步数据。 ③高速脉动高磁场扫描电磁铁的设计：正在进行扫描电磁铁的概念设计，并根据目前实用的常导扫描电磁铁的规格，进行磁场产生的设计当磁场增加到更高时的面积和磁极形状使用通用电磁体分析软件设计了电磁体的横截面形状。 ④扫描电磁铁交流损耗和磁场精度评估：利用①中构造的SCSC电缆的交流损耗解析公式，计算了③中设计的扫描电磁铁的交流损耗。我们从冷却方法和结构的角度研究了扫描电磁铁的工作温度，发现使用减压液氮冷却至65 K左右是现实的。我们采用②中开发的方法评估了磁场精度，并证实屏蔽电流磁场对磁场精度的影响足够小。