酸化物高温超伝導パルスコイルの開発研究

氧化物高温超导脉冲线圈的研发

基本信息

批准号：
10750213
负责人：
岩熊成卓
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

従来、超伝導技術を特殊先端技術として位置づけ産業への応用を妨げてきた最大の要因は、超伝導マグネットが冷媒として液体ヘリウムを必要とし、非常に高価な冷却設備投資と煩雑なメインテナンスを必要としたためである。本研究は、酸化物超伝導体を用いてこれを払拭し、超伝導技術の幅広い産業分野への応用を目指して、産業界待望のスイッチを入れるだけで手軽に操作できるメンテナンスフリーにして強力な磁界を発生しうる超伝導パルスコイルシステムの開発研究に取り組んできた。具体的には、酸化物高温超伝導線材を用いた冷凍機直接冷却方式の超伝導パルスマグネットシステムの熱的、機械的、電気的基本構造について考察を行った。本研究では、まず振幅1T、周波数1Hzで連続運転可能なパルスコイルを最初の具体的な開発目標として掲げ、これを実現するための要素研究を行った。研究成果に基づき、Bi2223超伝導多芯線を素線とした4本並列導体を用いて、振幅1T、周波数1Hzで連続運転可能な冷凍機冷却方式超伝導パルスコイルを設計、製作した。本年度はこれを用いて、コイル内部で発生する交流損失による発熱量と磁束フロー損失による発熱量の温度依存性を調べ、コイルの温度上昇との関係を定量的に評価した。以下に観測により得られた主な知見を列記する。1.コイル定格運転時の平衡温度は40Kであり、これはコイルの交流損失と侵入熱等その他熱負荷の総和と冷凍機の冷却能力との平衡点であり、ヒーターを用いた較正によりこれを確認した。2.コイル全体の発熱量はコイルの温度上昇とともにある温度までは単調に減少したが、これ以上では急速に増加に転じた。3.コイル発熱量の転移点は、温度上昇とともに臨界電流密度が減少しこれに伴って減っていく交流損失と増えて行く磁束フロー損失の大小が逆転する点であった。4.コイルが熱暴走を始める温度は通電電流、交流損失に依存し、コイルの安定限界はこれらの関数であった。今後、さらにコイル内における局所的温度変化を観測することによって、発熱と冷却の分布を取り入れた解析を行い、冷凍機冷却方式超伝導パルスコイルの設計指針を明確にしていく予定である。

到目前为止，超导技术一直被视为一种特殊的先进技术，而阻碍其应用于工业的最大因素是超导磁体需要液氦作为冷却剂，这需要非常昂贵的冷却设备投资和复杂的维护。因为。本研究旨在通过使用氧化物超导体来消除这个问题，并将超导技术应用到广泛的工业领域。本研究的目的是创建一个功能强大、免维护且易于操作的系统，可以只需按一下开关即可操作，这是业界期待已久的目标。我一直致力于可产生磁场的超导脉冲线圈系统的开发和研究。具体来说，我们研究了使用氧化物高温超导线并由冰箱直接冷却的超导脉冲磁体系统的基本热、机械和电结构。在本研究中，我们将能够以1T的振幅、1Hz的频率连续工作的脉冲线圈作为第一个具体的开发目标，并为实现该目标进行了基础研究。基于研究成果，我们设计并制造了一种制冷超导脉冲线圈，该线圈能够使用由Bi2223超导多丝线制成的四个平行导体以1T的幅度和1Hz的频率连续工作。今年，我们以此为基础，研究了线圈内部产生的交流损耗引起的发热量和磁通损耗引起的发热量的温度依赖性，并定量评估了与线圈温升的关系。观察所得的主要结果如下。 1、线圈额定工作时的平衡温度为40K，这是线圈的交流损耗与侵入热等其他热负荷之和与冰箱的制冷能力之间的平衡点。 2.随着线圈温度升高到一定温度，整个线圈的发热量单调减少，但超过该温度则迅速增加。 3、线圈发热的转变点是临界电流密度随温度升高而降低的点，交流损耗的降低与磁通流损耗的增加大小相反。 4.线圈开始热失控的温度取决于传导电流和交流损耗，而线圈的稳定极限是它们的函数。未来，我们计划进一步观察线圈内的局部温度变化，进行结合发热和冷却分布的分析，并明确冰箱冷却超导脉冲线圈的设计指南。