Thermal stability and quench protection of prctical high temerature superconducting materials and magnets

实用高温超导材料及磁体的热稳定性及失超保护

基本信息

批准号：
22KF0040
负责人：
淡路智
金额：
$ 1.41万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0040/
关键词：
高温超伝導マグネット強磁場安定性

项目摘要

希土類系高温超伝導(REBa2Cu3O7, REは希土類またはY：REBCO)テープは、高い磁場中臨界電流密度と強い機械的強度を有することから、これまで超伝導では不可能であった23Tを超える強磁場磁石開発が進んでいる。さらに、近年では強磁場高温超伝導磁石を採用した、小型核融合、高分解能核磁気共鳴(NMR)、高エネルギー物理用次世代円形加速器、医療用小型加速器など多くの次世代超伝導応用開発も世界中で活発に行われ、強磁場磁石はその重要なキーコンポーネントと認識されている。一方で、REBCOテープは、高い電磁力による局所劣化や臨界電流密度の不均一性による局所的常伝導領域による焼損が問題となっており、その保護が重要となる。本研究の目的は、東北大金研で進行中である33T無冷媒超伝導磁石開発プロジェクトで重要となるREBCOテープの熱的安定性とクエンチ特性の理解である。研究は2022年9月からスタートしたが、すでに中規模REBCOコイルを用いて、14 Tのバックアップ磁場と組み合わせて25 Tの強磁場発生に成功した。その際、東北大で提案しているREBCOロバストコイル構造において、2枚バンドル巻線による磁場安定度や電磁力に関して多くの知見を得ることができた。具体的には、2枚の超伝導テープの結合による磁場が、テープ内の遮蔽電流による磁場と逆方向に発生しお互いに競合していること、その時定数が大きく異なることが定量的に理解できた。さらに、提案しているロバストコイル構造によってコイル内部応力分布が最適化されることで、最大応力を低減できることを実証した。これらの結果を受けて、更なる詳細の実験とシミュレーションを進めているところである。得られた結果の一部は、共著論文ではあるが2編の出版がすでになされており、2023年度に開催される国際会議でも発表する予定である。

稀土基高温超导（REBa2Cu3O7，RE为稀土或Y：REBCO）胶带在磁场中临界电流密度高，机械强度强，因此可在超过23T的强磁场中使用，以前对于超导体来说这是不可能的，磁铁的开发正在取得进展。此外，近年来，利用强磁场、高温超导磁体开发了许多下一代超导应用，例如紧凑型核聚变、高分辨率核磁共振（NMR）、用于高通量成像的下一代圆形加速器等。能源物理、医用小型加速器等领域在世界各地积极开展，高场磁体被公认为重要的关键部件。另一方面，REBCO胶带会因高电磁力而遭受局部劣化，并因临界电流密度不均匀而导致局部正常导通区域而导致烧毁，因此保护很重要。本研究的目的是了解 REBCO 胶带的热稳定性和淬火特性，这对于东北大学金属研究所正在进行的 33T 无冷却剂超导磁体开发项目非常重要。该研究于 2022 年 9 月开始，但他们已经成功地使用中型 REBCO 线圈与 14 T 备用磁场相结合，产生了 25 T 的强磁场。当时，由于东北大学提出的REBCO鲁棒线圈结构中的两束绕组，我们获得了很多关于磁场稳定性和电磁力的知识。具体来说，可以定量地理解，两个超导带耦合产生的磁场与带内屏蔽电流产生的磁场方向相反，并且相互竞争，并且这些磁场的时间常数Ta 的场明显不同。此外，我们证明了可以通过使用所提出的稳健线圈结构优化线圈内部的应力分布来降低最大应力。基于这些结果，我们正在进行更详细的实验和模拟。部分成果已发表在两篇合着论文中，并计划在 2023 年举行的国际会议上发表。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Performance Test of 20-Stacked Two-Tapes-Bundled REBCO Pancake Coils for Upgrading of 25-T Cryogen-Free Superconducting Magnet to 30 T

DOI：
10.1109/tasc.2023.3252496
发表时间：
2023
期刊：
IEEE Transactions on Applied Superconductivity
影响因子：
1.8
作者：
K. Takahashi;A. Badel;A. Zampa;T. Okada;S. Awaji;G. Nishijima;T. Uto;H. Takewa;S. Hanai;S. Ioka;J. Inagaki
通讯作者：
K. Takahashi;A. Badel;A. Zampa;T. Okada;S. Awaji;G. Nishijima;T. Uto;H. Takewa;S. Hanai;S. Ioka;J. Inagaki

First Validation of Robust REBCO Insert Concept on a Large 20-Pancake Prototype Reaching Up to 25 T

首次在重达 25 吨的大型 20 煎饼原型上验证稳健的 REBCO 插入概念

DOI：
10.1109/tasc.2023.3255178
发表时间：
2023
期刊：
IEEE Transactions on Applied Superconductivity
影响因子：
1.8
作者：
Badel A.;Takahashi K.;Zampa A.;Okada T.;Nishijima G.;Uto T.;Takewa H.;Hanai S.;Ioka S.;Inagaki J.;Awaji S.
通讯作者：
Awaji S.