自己保護機能を持つ永久電流・ヘリウムフリー高温超伝導磁石技術の開発

具有自我保护功能的持续电流/无氦高温超导磁体技术开发

• 批准号: 21K20419
• 负责人: 末富 佑
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20419/
• 关键词: 高温超伝導磁石; 強磁場磁石; NMR; クエンチ; 極低温冷凍機; 電磁界解析; 熱伝導解析; 導電性エポキシ樹脂; 電気的接触抵抗; 電気等価回路解析; 高温超伝導; 超伝導磁石; ヘリウムフリー; 強磁場

本研究課題において、(a)磁石保護技術、(b)永久電流運転技術、(c)冷凍機冷却技術を全て満たした理想的な高温超伝導磁石の開発を目指している。本年度は、技術開発が必要な課題の抽出を目的として、小型900 MHz (21 T 級) NMR 用永久電流・ヘリウムフリー高温超伝導磁石の設計・保護挙動の解析、また、(c)冷凍機冷却の要素技術開発を目指した基礎検討・試験準備を実施した。電磁界解析によって磁石幾何形状を検討した結果、磁石の小型化のために、「インナーノッチ構造を採用した新しい巻線構造の実証」、「磁石軸方向の電磁力の定量化・補強法の考案」が必要だと見出した。また、クエンチ挙動を数値解析した結果、研究遂行者らが提案した巻線方式である層内無絶縁（LNI）法を用いて磁石を保護するためには、巻線内部の電気的接触抵抗率ρctを100 mΩcm2程度に制御することが必要だと定量的に明らかにした。この値を実証するため、昨年度基礎検討した導電性エポキシを用いたρct制御技術を用いて、実際にLNI高温超伝導磁石を製作した。しかし、試験結果から推定されたρctは~4 mΩcm2と、基礎検討により得られた~100 mΩcm2より約2桁小さい値となった。コイル形状でρctを制御するためには、条件の再検討・最適化が必要だといえる。LNI法に対して(c)冷凍機冷却を適用した際の冷特性について数値解析を用いて調査した。LNI高温超伝導磁石は、巻線内部に熱伝導が良い銅シートを有しているため、従来の高温超伝導磁石よりも冷却特性が向上する。磁石内部のある単一の層に対して熱伝導解析を実施したところ、室温から4 Kまで冷却するのに、従来の高温超伝導磁石では約8.5時間の冷却時間を要したのに対し、LNI高温超伝導磁石では約2時間に短縮されることが明らかになった。LNI法は冷凍機冷却に対して好適だといえる。

在此研究主题中，我们旨在开发理想的高温超导磁铁，以符合所有（a）磁铁保护技术，（b）永久性当前操作技术，以及（c）冰箱冷却技术。今年，为了提取需要技术开发的问题，我们对紧凑型900 MHz（21 t类）NMR永久电流和无氦的高温超导磁体的设计和保护行为进行了分析，还进行了基础检查和测试制剂，旨在开发（C）开发（C）用于冷却回避剂的元素技术。在通过电磁场分析研究磁铁几何形状后，我们发现为了减小磁体的尺寸，有必要“使用内部凹槽结构来演示新的绕组结构”，并“设计一种方法来量化和增强磁铁方向上电磁力的方法。”此外，对淬灭行为的数值分析数量揭示了为了使用Intarayer非绝缘（LNI）方法保护磁体，研究人员提出的一种绕组方法，有必要控制绕组中的电气接触电阻pctρct绕组到约100mΩcm2。为了证明这一值，实际上，使用ρCT控制技术使用导电环氧树脂制造了LNI高温超导磁体，该技术于去年从根本上进行了研究。但是，从测试结果估计的ρCT为〜4MΩCM2，大约是通过基本研究获得的〜100MΩCM2小的两个数量级。可以说，为了用线圈形控制ρct，有必要重新检查和优化条件。使用数值分析研究（C）冷却器冷却到LNI方法时的冷却特性。 LNI高温超导磁铁具有铜板，绕组内部具有良好的导热率，这比常规的高温超导磁体改善了冷却特性。在磁铁内部的单层上进行了热导率分析，并发现从室温到4 K的冷却是传统的高温超导磁体约8.5小时的冷却时间，而LNI高温超导磁体的冷却时间减少到大约2小时。可以说LNI方法适合在冰箱中冷却。

项目成果

伝導冷却All-HTS 900 MHz NMR磁石に向けたintra-Layer No-Insulation (LNI) REBCOコイルの設計検討

用于传导冷却 All-HTS 900 MHz NMR 磁体的层内无绝缘 (LNI) REBCO 线圈的设计研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 末富 佑;田中 湧也;高尾 智明;小林 賢介;柳澤 吉紀
• 通讯作者: 柳澤 吉紀

Development of an intra-Layer No-Insulation (LNI) Winding Method for Quench Protection of a Layer-Wound REBCO Coil

开发用于层绕 REBCO 线圈失超保护的层内无绝缘 (LNI) 绕线方法

• DOI: 10.2221/jcsj.57.301
• 发表时间: 2022
• 期刊: TEION KOGAKU (Journal of Cryogenics and Superconductivity Society of Japan)
• 作者: Yu SUETOMI;Yoshinori YANAGISAWA
• 通讯作者: Yoshinori YANAGISAWA

Quench protection study on an intra-layer no-insulation (LNI) REBCO coil in a 1.3 GHz (30.5 T) LTS / HTS magnet.

1.3 GHz (30.5 T) LTS / HTS 磁体中层内无绝缘 (LNI) REBCO 线圈的淬火保护研究。

• 发表时间: 2022
• 作者: Yu SUETOMI;Yoshinori YANAGISAWA;Toshio. YAMAZAKI;Michitaka ONO;Mamoru HAMADA;Kazuyoshi SAITO;Hideaki MAEDA
• 通讯作者: Hideaki MAEDA

導電性エポキシを用いたintra-Layer No-Insulation（LNI）REBCOコイル接触抵抗率制御技術の構築

使用导电环氧树脂构建层内无绝缘 (LNI) REBCO 线圈接触电阻率控制技术

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中 湧也;末富 佑;有園若葉;高尾 智明 ;小林 賢介;柳澤 吉紀
• 通讯作者: 柳澤 吉紀