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Development of an experimental system for characterization of high-temperature superconductors cooled by liquid hydrogen under the external magnetic field

外部磁場中の液体水素冷却超伝導線材特性測定装置の開発

達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*

Tatsumoto, Hideki; Shirai, Yasuyuki*; Shiotsu, Masahiro*; Naruo, Yoshihiro*; Kobayashi, Hiroaki*; Inatani, Yoshifumi*

これまでにない外部磁場環境下における液体水素中の高温超電導材料の通電基礎特性データを取得し、液体水素冷却高温超電導機器の冷却設計指針を確立するために、液体水素冷却超伝導線材特性測定装置を設計・製作を行った。本装置では、高温超電導線材等の供試体を設置する液体水素槽は、実績のある既存の液体水素熱流動実験装置をベースに機器設計および安全設計を行った。その外側に真空断熱槽を介して、磁場発生用の7TのNbTi超電導マグネット冷却用液体ヘリウム槽を設けて、多重容器構造とした。長時間、安定に実験を行うために、熱流動解析により侵入熱軽減対策を実施し、超電導マグネットクエンチ時の安全対策を検討した。さらに、強磁場発生時における周辺機器への漏洩磁場の影響も3次元磁場解析により明らかにし、その軽減対策も施した。水素防爆の観点から、実験時は、安全距離を十分確保した制御室で行えるように、遠隔による計測・制御システムも構築した。初めて実施した低温性能試験により、設計どおりの性能を有することが確認できた。

An experimental system has been developed to investigate electro-magnetic properties of high-Tc superconductors cooled by liquid hydrogen under the external magnetic field of up to 7 T. A LH$$_{2}$$ cryostat with a LH$$_{2}$$ inventory of 61 L is concentrically mounted on the inside of a LHe cryostat to cool a NbTi superconducting magnet. The experimental system is installed in an explosion-proof room and explosion proof electrical devices are used. The current leads are covered with an enclosure filled with nitrogen gas. A remote control system has been developed to maintain safety distance. Furthermore, the effects of stray magnetic field on the existing and the new devices are investigated and electro-magnetic shielding panels and enclosure made of iron were designed using ANSYS analysis. It is confirmed through the cryogenic test that the experimental system meets the design requirements.

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