熱起電力による高温超伝導コイルの通電特性

热电动势引起的高温超导线圈的载流特性

基本信息

批准号：
15656054
负责人：
岡村哲至
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

熱電素子を組み込んだ回路内の全電気抵抗における、熱電素子の内部抵抗や超伝導コイルのフラックスフロー抵抗など、各部の電気抵抗値の割合を明らかにするために、小型の高温超伝導コイルと熱電素子を組み合わせて、永久電流通電実験を行った。コイルは、ビスマス系2223銀シース超伝導線を使って、既存のクライオスタット内に収めた。コイルは、1段パンケーキ巻きで、外径190mm、内径100mm、厚さ7mmである。熱伝素子は平成15年度の実験結果より、片極接続の方がπ型接続に比べ高い性能が得られることが明らかになっているので、片極接続とした。熱電素子の高温部に張り付けたヒーターの温度を変化させることで、熱電素子の起電力が変化し、システム内に流れる電流値を制御できることを確かめた。実験で、システム内に取り付けられた電圧タップから、熱電素子の内部抵抗、超伝導コイルのフラックスフロー抵抗、回路構成のための接続抵抗など計測した結果、通電電流値が大きくなると、超伝導コイルの温度が上昇し抵抗がシステム全体の抵抗の約1/3を占めることがわかった。そこで2段GM冷凍機を用いて、コイルの作動温度の上昇を低減し、しかも熱電素子の温度を70Kから100Kに保つ条件で、通電実験を行った。その結果、単位電流を通電するために必要なヒーターへの入力電力が0.15Wであった。この値は、現在用いられている、最適化された高温超伝導マグネット用の電流リードの、0.09W/Aに比較的近い値である。本研究では、n型Bi_2Te半導体を用いた、厚さ1.5mm、断面積635mmの熱伝素子によって、短絡通電では最大237.5A、高温超伝導コイル通電では185.3Aを通電することができた。

为了明确热电元件的内阻和超导线圈的磁通流阻等各部分的电阻值与包含热电元件的电路中的总电阻的比率，我们使用将小型高温超导线圈和热电线圈组合起来进行了持续电流通电实验。该线圈安装在现有的低温恒温器内，使用铋基 2223 银护套超导线。线圈为单级扁平绕组，外径190毫米，内径100毫米，厚度7毫米。对于导热元件，2003年的实验结果表明，单极连接比π型连接具有更高的性能，因此采用单极连接。确认了通过改变安装在热电元件的高温部分的加热器的温度，热电元件的电动势发生变化，可以控制系统中流动的电流值。在实验中，我们通过安装在系统中的电压抽头测量了热电元件的内阻、超导线圈的磁通流阻以及电路配置的连接电阻，发现随着电流值的增加，超导线圈的电阻随着温度的升高而增大，其电阻约占系统总电阻的1/3。因此，我们采用两级GM制冷机进行了通电实验，以降低线圈工作温度的上升，将热电元件的温度维持在70K~100K之间。结果，加热器提供单位电流所需的输入功率为0.15W。该值比较接近目前优化高温超导磁体使用的电流引线，即0.09 W/A。在这项研究中，我们使用厚度为 1.5mm 的 n 型 Bi_2Te 半导体的传热元件，能够在短路传导中传导最大 237.5A，在高温超导线圈传导中传导最大 185.3A。 -截面积635mm。