相変態を積極活用した新型超伝導センサ：高温超伝導コイルの高速異常検出に挑む

主动利用相变的新型超导传感器：高温超导线圈高速异常检测的挑战

基本信息

批准号：
19J10989
负责人：
泊瀬川晋
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

低温超伝導クエンチ検出器(LTS QD)の希土類系銅酸化物超伝導(REBCO)コイルへの有効性を評価するべく、①Nb-Ti QDの応答性への支配因子の解明およびその影響評価、また②LTS QDによるREBCOコイルクエンチ検出、保護性能の評価を行った。①では、4.2 K液体He冷却下の局所劣化を持つREBCOテープ線材に、安定化材の異なるNb-Ti QDを使用する体系を対象とした数値解析、実験を実施し、本手法による早期クエンチ検出において許容可能なLTS QD-REBCO線材間接触熱抵抗や、早期クエンチ検出可能なLTS QDへの要求（安定化材、検査電流負荷率）が明らかとなった。②では、Cu-Ni安定化材を持つ極細Nb-Ti QDをREBCOコイルの電気絶縁層に導入し、4.2 K液体He冷却下の局所劣化を持つREBCOコイルの早期クエンチ検出を実証した。本実験結果を再現可能な有限要素数値解析プログラムの開発も実施し、当プログラムを用いて実機運転条件(4.2 K, 最高30 T)を仮定したREBCOコイルのクエンチ検出、保護解析を行った。結果、Nb-Ti QDとNb3Al QDの組み合わせ使用により、励磁中のREBCOコイルを局所欠陥由来のクエンチを早期に検出し、コイル内ホットスポット温度を高々40 K程度（<< 許容温度: 150 K程度）に抑えることが可能であることが示された。さらに、熱的安定性が高いがゆえにクエンチ検出が難しいとされる無絶縁、金属絶縁コイルに対しても本手法が有効である可能性も実験的に確認された。以上より、LTS QDの普遍的な設計方針を提案し、その絶縁ありREBCOコイルへの有効性を示すという当初の目的は達成された。また、無絶縁コイルや金属絶縁コイルへの本手法の有効性も確認されており、本手法が任意環境かつ任意のコイルに適用可能であることが示された。

为了评估稀土铜氧化物超导 (REBCO) 线圈的低温超导失超探测器 (LTS QD) 的有效性，我们的目标是 (1) 阐明 Nb-Ti QD 响应性的控制因素并评估其效果; ②我们使用LTS QD评估了REBCO线圈失超检测和保护性能。在①中，我们在4.2 K液氦冷却下局部劣化的REBCO带状线材上使用具有不同稳定材料的Nb-Ti QD的系统进行了数值分析和实验，并证明了使用该方法进行早期淬火检测的可接受的要求。 LTS QD-REBCO 线接触热阻和能够早期失超检测（稳定材料、测试电流负载率）的 LTS QD 已得到澄清。 ②，将带有Cu-Ni稳定材料的超细Nb-Ti量子点引入REBCO线圈的电绝缘层中，并演示了在4.2 K液氦冷却下局部退化的REBCO线圈的早期失超检测。我们还开发了一个可以重现该实验结果的有限元数值分析程序，并使用该程序在假设实际工作条件（4.2 K，最大30 T）的情况下对REBCO线圈进行失超检测和保护分析。因此，通过使用Nb-Ti量子点和Nb3Al量子点的组合，可以及早检测到励磁过程中REBCO线圈中局部缺陷引起的淬火，并且线圈内的热点温度最多可以降低到40 K左右。（<<允许温度：约150 K））被证明是可能的。此外，实验证实该方法对于非绝缘和金属绝缘线圈可能有效，这些线圈由于热稳定性高而难以检测。如上所述，提出LTS QD的通用设计策略并证明其对绝缘REBCO线圈的有效性的初衷已经达到。此外，该方法对于非绝缘线圈和金属绝缘线圈的有效性都得到了证实，表明该方法可以应用于任何环境下的任何线圈。