空心コイル電磁計算プログラム: COIL

Analysis program for magnetic field, inductance of air-core coils; COIL

吉田 清; 礒野 高明; 杉本 誠; 奥野 清

Yoshida, Kiyoshi; Isono, Takaaki; Sugimoto, Makoto; Okuno, Kiyoshi

超伝導コイルを設計する場合には、検討すべき設計パラメータが多いため、磁界とインダクタンスの値を何度も繰返し計算しながら、コイル設計を収束させる必要がある。そのため、磁界とインダクタンスは簡便に計算できないと設計検討は進まない。実際に超伝導コイルを製作・励磁すると、静的磁界やインダクタンスの測定値と計算値は非常によく一致する。それは超伝導コイルのような鉄心を含まない空心コイルの静的磁界やインダクタンスは、数値解析で正確に求めることができるからである。それらの解析方法は1970年代に開発され確立した。本報告書は、その解析手法を実装した計算プログラム:COILについて説明する。さらに、実際に製作した超伝導コイルの磁界とインダクタンスの実測値と計算値の比較を示すことによって、本プログラムの検証とする。COILは、原研で開発中のトカマク型核融合装置で使用されるコイル形状を簡便に定義し、それらのコイルから発生する磁界及びインダクタンスを容易に計算できるプログラムである。最近のコンピュータの性能向上で、複雑で多くのコイルから構成されるトカマク装置であっても磁界とインダクタンスの値は数分間で計算でき、ITERの超伝導コイルなどの設計に利用されている。

In case of designing a superconducting coil (SC), one must calculate a magnetic field (B) and its inductance (L) many times in order to arrange proper design parameters of SC because there are many design parameters to evaluate. SC cannot be designed by the optimum condition if a B and L can't be computed easily. When SC is energized, measurement values of B and L are very well agreed with calculated values. The B and L of the coil that doesn't contain a ferromagnetic material can be calculated by the numerical integration. The analytic method were developed and established in 1970's. This paper shows the calculation program COIL that has been developed by applying this analytic method in JAERI. COIL is qualified by the comparison between measured and calculated values in case of several real SC. COIL is specified to analyze SC of tokamak device. Even for a complicated tokamak device, B and L can be calculated in several minutes by the high performance of the recent personal computer. COIL contributes to design SC for ITER and others.