Realization of highly robust, high-performance, low-cost high-temperature superconducting coil systems without protection

实现高鲁棒、高性能、低成本的无保护高温超导线圈系统

• 批准号: 22H01478
• 负责人: 石山 敦士
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01478/
• 关键词: 電気機器; 超伝導材料; 加速器; 量子ビーム; 癌; 電気機器工学

本研究は、基盤研究S「次世代医療用高温超伝導スケルトン・サイクロトロンの設計原理・廃初基盤の確立（18H05244）」（2018～2022年度）の最終年度前年度応募として提案した課題であり、核医学治療用のα線放出RI（放射性同位体）製造のための高温超伝導スケルトン・サイクロトロン（HTS-SC）用REBCOコイルシステムの開発を最終目標としている。そしてその実応用に向けて、「常伝導転移事故に対する確実な検出・保護が必須」と「製作コストが高額」という２つの大きな障壁を克服する技術の確立を目的に、高安定：コイル内に劣化や欠陥が発生しても継続運転が可能、無保護：継続運転が不可能な状態になっても、従来のような保護装置が不要、低コスト：劣化・欠陥のある線材の使用を許容、高性能：未踏ステージへの応用拡大が可能、を実現するためのコイル技術について研究開発を行う計画のもと、初年度（2022年度）は以下を実施した。1.HTS-SC実証用小型REBCOマルチコイルシステムの特性評価：基盤研究Sの最終年度実施予定であった実機の1/2スケールモデルの製作・測定系の構築を終え、冷却特性、発生磁場の空間分布精度および時間安定度、電磁応力によるコイル変形の測定等を行った。2. 本研究で掲げた「高安定」と「無保護」に関する検討：無絶縁コイル巻線技術を適用したときの電磁的・熱的挙動について評価する（無絶縁REBCOコイル特有の通電特性を解析するための計算機プログラムを新たに開発）とともに、一部のコイルが常伝導転移したときの継続運転の可能性の検証、コイル保護装置を用いない方式（無保護）の可能性の検討、さらにコイル巻線内に新たな劣化・欠陥が発生したときの検出法の確立に向けた検討等を行った。この際、形状の異なるコイルから成るHTS-SC用コイルシステムの振舞いを解析するための新たな計算機プログラムを開発した。

该研究作为基础研究S“下一代医用高温超导骨架回旋加速器的设计原则和废物优先基础设施的建立（18H05244）”（2018-2022）最后一年的申请被提出最终目标是开发用于高温超导骨架回旋加速器 (HTS-SC) 的 REBCO 线圈系统，用于生产用于核医学治疗的 α 发射 RI（放射性同位素）。为了将该技术投入实际应用，我们的目标是建立一种能够克服两个主要障碍的技术：“可靠的检测和保护，防止正常导通转换事故”和“高生产成本”。即使在出现缺陷；未受保护：无法连续运行关于线圈技术，实现了以下目标：即使电线处于危险状态，也不需要传统的保护装置；低成本：允许使用劣化或有缺陷的电线材料；高性能：可以将应用扩展到未开发的阶段。根据研发计划，第一年（2022年）开展了以下活动。 1.用于HTS-SC演示的小型REBCO多线圈系统的特性评估：在完成了实际机器的1/2比例模型的制作和测量系统的构建之后，计划在最后一年进行在基础研究 S 中，我们评估了冷却特性和产生的磁场，测量了电磁应力引起的空间分布精度、时间稳定性和线圈变形。 2.本研究中提到的“高稳定性”和“无保护”的考虑：评估应用非绝缘线圈绕线技术时的电磁和热行为（分析非绝缘REBCO线圈特有的载流特性）和新开发的计算机程序）此外，我们还将验证部分线圈正常导通转变时连续运行的可能性，考察采用不使用线圈保护装置（无保护）的方法的可能性，并进一步调查线圈出现新的劣化或缺陷的可能性。我们进行了研究，建立了发生这种情况时的检测方法。此时，我们开发了一种新的计算机程序来分析 HTS-SC 线圈系统的行为，该系统由不同形状的线圈组成。