Experimental investigation on the effect of transverse electromagnetic force on the V-T curve of the CIC conductor

大電流大型CIC導体における横方向電磁力がV-T曲線に与える影響の実験的研究

布谷 嘉彦; 礒野 高明; 奥野 清

Nunoya, Yoshihiko; Isono, Takaaki; Okuno, Kiyoshi

ITER CS インサートに用いられているNbSn製のCIC導体で得られた電圧温度曲線(V-T曲線)には、別途行われた導体を構成する超伝導線の測定結果より予想されるV-T曲線に比較し、より緩慢な立ち上がりが認められた。この緩慢な立ち上がりはn値の低下に対応し、n値として超伝導線で約30、CSインサートでは7の測定値が得られている。導体は通電中のフープ力により長手方向に均一の引っ張りひずみを受けるが、n値の低下はこのひずみの影響では説明できない。そこで特に通電中に受ける導体垂直方向からの電磁力による影響を明確にする必要がある。CIC導体内での各超伝導線は撚りピッチで定められる間隔で隣接の超伝導線と点接触で機械的に支持されるため、5mm程度の周期の連続的な変形を受ける。この変形により、超伝導線には長手方向に不均一な曲げひずみの発生が予想される。このような変形の影響を定量的に評価するために、われわれはこの連続変形を超伝導線に模擬する試験装置を考案し、電圧特性を測定した。その結果、CSインサートの通電時の超伝導線1本当たりの電磁力と同程度である520N/mの垂直方向力が負荷されるとn値が約8に低下し、CSインサートと同程度となることを見いだした。これは、超伝導線に作用する垂直方向力がCIC導体のn値の低下を説明できることを示している。

The voltage temperature characteristic curve (V-T curve) observed in the large-current NbSn CIC conductor, which was used in the ITER CS Insert, showed a gradual take-off toward normal state as compared with the V-T curve of an individual strand composing the conductor. The gradual take-off corresponds to the reduction in so-called "n-value." In addition, the take-off shifted to lower temperature than that of the strand, namely lower current sharing temperature (Tcs) or lower critical current (Ic). These behaviors cannot be explained by non-uniform magnetic field accompanying enlargement of the conductor, or by non-uniform contact resistance of the conductor terminals. Investigation is therefore required to clarify the condition of each strand in such large CIC conductor, especially in terms of the strain state under large electromagnetic force. In a CIC conductor, since strands are twisted to form a cable, each strand is mechanically supported by a nearby strand at an interval related to the twist pitch. Between two supporting points, the strand is fee to move under transverse force and a cyclic deformation will occur along the strand length. We designed the apparatus to simulate this cyclic deformation and measured the V-T characteristic of the strand. When the strand received the transverse force of about 500 N/m, n-value reduced to one-fifth (about 6) of the original value, which corresponds to that observed in the CS Insert. The level of the force agreed to the electromagnetic force when the CS Insert was energized to 46 kA at 13 T (about 40 A each strand 13 T = 520 N/m). This suggests that the transverse force acting on each strand can explain the behavior of the V-T curve of the large-current CIC conductor.