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Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルの臨界電流性能評価

Evaluation of the critical current performance of a Nb$$_{3}$$Al insert

小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 高安 真*; 杉本 誠; 名原 啓博; 押切 雅幸*; CSモデル・コイル実験グループ

Koizumi, Norikiyo; Nunoya, Yoshihiko; Takayasu, Makoto*; Sugimoto, Makoto; Nabara, Yoshihiro; Oshikiri, Masayuki*; CS Model Coil Test Group

トロイダル磁場コイルへのNb$$_{3}$$Al導体とReact-and-wind法の適用性を実証するために、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルを開発した。本コイルの導体には、熱処理後0.4%の曲げ歪を印可した。臨界電流値試験の結果、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイル導体の素線に加わった実効歪は、素線とコンジットの熱歪差に起因する成分が-0.4%、導体の曲げに起因する成分がほぼゼロと評価できた。後者は、予想よりも小さかったが、Nb$$_{3}$$Al導体を用いたReact-and-wind法の適用性を実証するとともに、Nb$$_{3}$$SnコイルへのReact-and-wind法の適用性も示唆した。さらに、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイル導体と同規模のNb$$_{3}$$Sn導体では、電磁力が増加するに従って臨界電流値が低下する現象が観測されたが、Nb$$_{3}$$Alインサート・コイルでは、このような予想外の臨界電流性能の劣化は観測されなかった。これは、Nb$$_{3}$$Al線の剛性が高い、及びその臨界電流値の歪に対する低下度が小さいためと考えられた。これは、Nb$$_{3}$$Al導体が、高磁場、大電流応用に適していることを示す。また、導体内の電流分布について解析し、その臨界電流値の評価への影響を考察した。その結果、本影響が小さいことを明らかにした。

A Nb$$_{3}$$Al insert was developed to demonstrate the applicability of a Nb$$_{3}$$Al conductor and wind-and-react method to a TF coil of a fusion reactor by artificially applying 0.4% bending strain to the conductor after its heat treatment. The critical current test results show that the effective strains applied to the strands is almost zero. Then, the validity of the react-and-wind method was demonstrated. In addition, while an unexpected strain, which was proportional to electromagnetic force, was observed in the same scale Nb$$_{3}$$Sn conductor, such strain did not exist in the Nb$$_{3}$$Al conductor. This shows a Nb$$_{3}$$Al conductor is suitable to the application to large magnets, such as the TF coil. Furthermore, the effect of the current transfer among the strands on the critical current evaluation is studied by developing a numerical analysis code, KORO. The results figure out that the critical current of a large cable-in-conduit conductor can be easily evaluated assuming the uniform current distribution if the conductance among the strands is 10E5 S/m or less.

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