強制冷却超伝導導体の交流損失と温度マージンの解析法

Analysis method of AC loss and temperature margin in forced flow cooled superconductors

市毛 寿一; 村上 陽之; 木津 要; 吉田 清

Ichige, Toshikatsu; Murakami, Haruyuki; Kizu, Kaname; Yoshida, Kiyoshi

超伝導導体は温度上昇すると、超伝導状態が壊れ常伝導転移し、熱的に暴走してクエンチという現象が起こり、超伝導コイルの機能が維持できない。超伝導導体を正常に運転するには、常伝導転移するまでの温度マージンを十分に確保しなければならない。トカマク型核融合用超伝導コイルは、電気絶縁特性と機械強度を満足するために、強制冷却型超伝導導体を用いる。その超伝導導体の臨界特性は、電流及び磁場,温度に依存して大きく変動するため、超伝導導体の温度マージンを全長にわたって推定するには、交流損失などの外部からの入熱を考慮した流体熱析を行う必要がある。本解析法は、導体全長かつ運転の間の超伝導導体の温度マージンを、容易に評価するものである。そのため、超伝導導体が正常に動作するように、冷媒の流量などの冷却条件の検討を可能にして、JT-60SA用超伝導導体の設計研究に大きく貢献できた。

The superconducting coil cannot operate after the quench that its conductor temperature becomes above the critical temperature and normal reason expands explosively. It is important to keep enough temperature margin from the operating temperature to the current sharing temperature. The forced flow conductor is adopted for the Tokamak machine because the mechanical strength and electrical high voltage are required. The performance of its conductor is depended on the magnetic field and temperature. This analysis method is validated by the comparison between experimental data and this analysis. This analysis method can evaluate the temperature margin of the superconducting conductor along its cooling length and during all operation scenarios, in case of the inlet temperature and the mass flow rate for the cooling condition. This analysis method can provide analysis results for selection of conductor parameters and for optimizing of the cooling condition from the cryoplant.