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波状曲げ変形を受けたNb$$_{3}$$Sn素線の臨界電流特性評価手法の開発

Development of evaluation procedure for critical current of periodically bent Nb$$_{3}$$Sn strand

梶谷 秀樹; 石山 敦士*; 我妻 洸*; 村上 陽之; 辺見 努; 小泉 徳潔

Kajitani, Hideki; Ishiyama, Atsushi*; Agatsuma, Ko*; Murakami, Haruyuki; Hemmi, Tsutomu; Koizumi, Norikiyo

ITER TFコイルに用いられるケーブルインコンジット(CIC)導体には、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線が用いられている。CIC導体内部のNb$$_{3}$$Sn超伝導線は、電磁力によって、波状の曲げ変形を受けることで、その超伝導性能が劣化する。導体性能を正確に評価するためには、この劣化量を正確に把握しておく必要がある。波状の曲げ変形を受けた時の素線の超伝導性能評価手法は、既に開発されているが、このような既存の手法は、膨大な計算時間を必要とするものであるため、導体内数百本分のNb$$_{3}$$Sn超伝導線に同時に適用することは、計算時間やメモリ容量の観点から、不可能である。そのため、このようなNb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形に対して、計算時間を大幅に短縮することのできる新たな評価手法を確立する必要があった。そこで、われわれは、超伝導線内のフィラメント間で電流が転流しないことを仮定した高抵抗モデル(HTRM)と呼ばれる評価手法の概念を波状曲げ変形に導入することによって、定量的かつ高速に波状曲げ変形特性を評価することのできる手法を開発した。開発した手法を用いて計算したNb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形特性は、試験結果のそれと比較的よく一致し、本手法の妥当性を確認することができた。この結果は、Nb$$_{3}$$Sn超伝導線の波状曲げ変形特性を高速に評価できるようになったことによって、導体内数百本のNb$$_{3}$$Sn超伝導線に対しても適用できることを示す。以上より、導体性能の定量的な評価が可能となった。

A cable-in-conduit (CIC) conductor using Nb$$_{3}$$Sn strand is applied to an ITER TF coil. The Nb$$_{3}$$Sn strand in the conductor is periodically bent due to electromagnetic force, which causes degradation of performance. This degradation should be evaluated to predict conductor critical current performance. In a past study, a numerical simulation model was developed to evaluate the superconductivity of a periodically bent single strand. However, this model is not suitable for application to strands in the conductor because of the extensive calculation time. The author thus developed a new analytical model with a much shorter calculation time to evaluate the performance of periodically bent strand. This new model uses the classical model concept of a high transverse resistance model (HTRM). The calculated results show good agreement with the test results of a periodically bent Nb$$_{3}$$Sn strand. This indicates that a more practical solution can be achieved when evaluating the performance of periodically bent strands. Thus, the model developed in this study can be applied to evaluate the performance of conductors incorporating many strands.

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