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数値シミュレーションによるNb$$_{3}$$Sn素線の波状曲げ変形時の超電導特性の評価

Numerical simulation of critical current performance in Nb$$_{3}$$Sn strand subjected to periodic bending deformation

村上 陽之*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 小泉 徳潔; 奥野 清

Murakami, Haruyuki*; Ueda, Hiroshi*; Ishiyama, Atsushi*; Koizumi, Norikiyo; Okuno, Kiyoshi

ITER-EDAの中で開発されたNb$$_{3}$$Snモデル・コイル導体で、電磁力によって素線が波状に曲げ変形し、臨界電流性能が劣化する現象が観測された。素線の曲げ変形による臨界電流性能の劣化機構を解明するために、数値解析コードを開発した。解析結果は、単一素線の波状曲げ変形試験結果とよく一致し、コードの妥当性を示すことができた。さらに、素線に加わる横荷重のピッチ,温度,銅の汚染防止用のタンタル・バリアの厚さ,ブロンズのRRRなどをパラメータとして計算を行い、荷重のピッチを短くすること、及びタンタル・バリアの厚さを厚くすることが劣化を防止するために有効であることを示した。

In the ITER Engineering Design Activity (EDA), it was revealed the critical current of the Nb$$_{3}$$Sn model coil conductor degraded by periodic strand bending caused by enormous electromagnetic force. We developed a simulation code based on the distributed circuit to investigate dependency of the critical current performance on bending strain. The results of the numerical simulations were in good agreement with the experiments. The dependence of the critical current on periodic transverse load, temperature, pitch of periodic load, thickness of Ta barrier which prevents Cu stabilizer to be contaminated by Sn, twist pitch of the strand and RRR of the bronze matrix is investigated using developed code. The results show the critical current degraded less with decreasing the pitch of the transverse load and increasing the Ta barrier thickness. It suggests that shorter twist pitch of the cable and larger bending stiffness prevent the critical current degradation.

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