津田 理

工場内において既に使用している液体窒素あるいは窒素ガスを冷却に活用した三相同軸超電導ケーブルシステムを開発するにあたって、工場内に布設する超電導ケーブルの低交流損失化に適したケーブル構成方法を明確にして、低損失型超電導ケーブルの実現を目指す。

医療用ＭＲＩ用高温超電導コイルにおける、線材の磁化による磁場特性阻害対策として、線材の磁化による磁場の乱れ及び安定性の影響を解析と実験の両面から評価し、対策技術を確立する

シミュレーションを用いた三相同軸型超電導ケーブルの低交流損失構造の最適化検討を行い、検討結果の妥当性を検証するために、三相同軸型超電導モデルケーブルの各層均流化確認試験を行う。

高安定磁場マグネットの磁化の影響に関する研究：まず、小型の高温超電導モデルコイルを用いてコイル磁化の時間変化を測定することでコイルの磁化特性を明確にし、コイルの磁化特性を評価できる解析手法を確立する。次にコイル通電時の磁化変動を低減する方法について検討し、モデルコイルを用いてその有効性を検証する。超電導コイルにおける交流損失の評価：まず、コイルに交流通電する場合の損失を高精度に評価するために、冷凍機とコイル温度調整器を用いた交流損失測定システムを構築する。次にその測定システムと超電導コイルを用いて、励磁条件を変化させた場合の交流損失及びコイル内温度を測定し、コイル内温度上昇の抑制に適したコイル構成方法を検討する。

本研究開発においては、大容量性・高耐久性を兼ね備え、変動する再生可能エネルギー出力に対して高精度な変動補償を可能とし、非常用電源としても活用できる、電力・水素複合エネルギー貯蔵システムの構築を目指す。特に浄水場等への用途に対し、これまでに構築してきた基盤技術に基づいて、目標とするシステムの構築に適した各構成機器の連係方法や制御方法について検討する。またシステムを構成する、水素技術・燃料電池技術・水電解装置技術や電力変換技術等において、最適化・高耐久化を目指し、必要となる要素技術の構築を実施する。

CIC導体内部において循環電流を解析し，不均一な循環電流分布の発生メカニズムを明らかにすることで，変動磁場による循環電流分布が不均一になりにくいCIC導体の構成方法を提案し，CIC導体の特性向上を図る

本研究はこれまで行われていなかったNb3Sn素線CIC導体の熱処理後の曲げ特性、および電磁力下での導体特定劣化を定量的に検討するものである。

本研究では、メガソーラファームなどの再生可能エネルギー発電による発電量の急変動を補償するために、充放電時間を短縮させた瞬発力の高い小型HTS-SMES装置の開発を行う。開発するHTS-SMES用マグネットは、線間無絶縁方式とマグネットのインダクタンス制御を可能とする方法を採用した世界初のマグネットであり、今までのSMES装置の最も大きな問題であった充電時間が飛躍的に短縮され、小型化も可能となる。

三相同軸構造超電導ケーブルにおける、低交流損失構造について、シミュレーションにより最適化検討を行うとともに、交流損失測定法について検討する。

超電導マグネットの励磁電流スイープ時にCIC導体に印加される変動外部磁場によって素線に誘起される電流分布の不均一性を評価するた め，我々が考案したCIC導体内の素線軌跡推定手法により求めた素線軌跡から，撚り乱れを考慮した素線間ループと素線間の接触抵抗を推定 し，LR等価回路モデルを用いた各素線に誘起される循環電流分布推定法を提案する。さらに，各サブケーブルの撚りピッチを変化させた場 合の素線軌跡に対して循環電流分布を解析し，各サブケーブルの撚りピッチの組み合わせが循環電流分布に及ぼす影響について検討する。ま た，素線間の接触コンダクタンスの測定を通じて，各素線間の電気的接触状況について検討を行い，電気的接触状況が循環電流分布に及ぼす 影響について検討する。そして，開発された循環電流分布解析手法を用いて，電流スイープ時に不均一な循環電流が誘起しにくいCIC導体の ケーブル外形，撚りピッチ，ボイド率，素線間接触抵抗を系統的に明らかにする。

冷凍機を用いたモデルコイルの交流損失評価方法の基本設計と、コイル形状を想定した交流損失計算手法の検討を実施する。

磁場変動を理論的に検討して影響の度合いを解析と測定で明らかにするに当たり、小型モデルコイルによる超電導コイル内の磁化測定し、磁化解析方法を検討する。

核融合炉で使用されるケーブル・イン・コンジット（CIC）超伝導導体の臨界電流性能試験として、短尺導体を用いた検証試験が実施されているが、その試験結果は、試験装置特有の磁場分布や導体長が短いことの影響を受け、それから直接的に導体性能を評価することが困難となっている。これは、0Tから11Tの急激な導体長手方向磁場分布及び50kA以上の大通電電流による導体断面内の自己磁場分布によって撚線内素線に複雑な応力分布が印加され、素線が導体断面及び軸方向に変形し、素線配置や変形量に依存して臨界電流値が変化するためである。 そのため、導体性能を正確に評価するためには、その素線配置や変形量を調査する必要があり、原子力機構は、検証試験後の導体サンプル解体検査に加え、解析的手法でそれを評価することを計画している。 一方、東北大学は、CIC導体撚線内の素線配置を実験的、解析的に評価する方法を研究し、本分野で世界的にも研究を主導している。さらに、上智大学は、1,000本以上の素線で構成されるCIC導体撚線内の素線配置を効率的に評価する方法を開発し、1,000本以上の大型導体の撚線内素線配置を正確に評価できる測定手法を確立している。 前年度は、素線配置評価結果から導体性能を評価できる計算コードを開発し、また、素線変形量を評価するために必要となる導体サンプルの詳細設計を行った。本年度は、導体サンプルの製作と併せて素線変形量の解析的手法を検討し、それに基づき撚線内の素線変形量評価試験を行い、導体性能と素線変形量の関連性を調査する

ＨＴＳ超電導ケーブルについては、国家プロジェクトにおいて、三相一括型超電導ケーブルの研究開発が精力的に進められている。これに対し、三相同一軸型超電導ケーブルは、三相一括型超電導ケーブルよりも、使用線材ならびに交流損失を低減できる可能性がある。本研究では、この様な三相同一軸型超電導ケーブルの電磁的特性や熱的特性について研究する

核融合装置やSMESに用いる大型の超電導導体は，大電流を供給するために3本「トリプレット」を単位として多段に多数本の細い素線を撚り合わせたケーブルを圧縮してステンレス菅に収めたCIC [Cable-in-Conduit]の構成をする場合が多い。しかし，トリプレット型CIC導体では電流が均一に流れない偏流現象が発生し，場合によっては超電導特性が劣化する懸念があった。その原因の一つとして導体間の接続部における電流分布の不均一性が考えられるので，接続部の解析を行い，その対策を行うことによって，特性向上を図る。

核融合装置やSMESに用いる大型の超電導導体は，大電流を供給するために3本（トリプレット）を単位として多段に多数本の細い素線を撚り合わせたケーブルを圧縮してステンレス菅に収めたCIC（Cable-in-Conduit）の構成をする場合が多い。しかし，トリプレット型CIC導体では電流が均一に流れない偏流現象が発生し，場合によっては超電導特性が劣化する懸念があった。その原因の一つとして導体間の接続部における電流分布の不均一性が考えられるので，接続部の解析を行い，その対策を行うことによって，特性向上を図る

高温超電導コイルの蓄積エネルギーは、コイルのインダクタンスとコイル電流の二乗に比例する。このため、コイルの蓄積エネルギーを改善するには、インダクタンスの増加、コイル電流（コイルの電流容量）の増加が不可欠となる。また、高温超電導線はテープ形状をしており、テープ面に対し垂直方向の磁界印加により、臨界電流値が大幅に低下する。この問題の解決方法の１つとして、トロイダルコイルの採用ならびにトロイダル中心への鉄心の導入が考えられる。鉄心の導入によりコイルの鎖交磁束が大幅に改善されるため、コイルのインダクタンスの増加を期待できる。また、コイル内部の磁束は鉄心中に吸収されるため、コイルを構成する超電導テープ線への垂直磁場印加による臨界電流低下の抑制を期待できる。以上を踏まえ、本研究では、以下の様な実験を試みる。なお、実験では、既に所有しているYBCOテープ線で構成されるダブルパンケーキコイル８個を使用する。①YBCOテープ線の短尺資料の臨界電流特性の磁場依存性評価（外部磁場の大きさ、テープ面に対する外部磁場の角度をパラメータとする）、②ダブルパンケーキコイルとトロイダルコイル（ダブルパンケーキコイル８個で構成）での臨界電流特性の鉄心導入効果の評価（鉄心の有無による臨界電流特性の違いを評価）、③コイル単体とトロイダルコイルの自己インダクタンス評価（鉄心の有無による違いを評価）、④①～③の結果を踏まえた超電導コイルの蓄積エネルギーの比較検討

これまでに、バルク超電導体に臨界磁場以上の磁場印加により、超電導・常電導転移現象を制御する「磁気遮蔽型スイッチ素子」について検討してきた。しかし、市販の材料である、QMG法で作製した単結晶YBCOバルク体、焼結法で作製したBi2223バルク体、MOD法で作製したYBCO薄膜を用いて原理検証を試みたところ、いずれの材料においても、臨界磁場が高いことが原因で、超電導体全域を常電導転移させることができなかった。そこで、臨界磁場が低いことが予想される多結晶YBCOバルク体に着目し、下図のような小型モデルを用いた整流試験により、整流波形が得られるかどうか等の原理検証を行うとともに、超電導整流器に適した超電導材料特性を明確にする

太陽光発電や風力発電では、日中のみならず、電力系統の調整力が減少する夜間でも出力変動が大きく、電圧や周波数の変動を引き起こすため、直接電力系統と連系する場合は、その導入量が大きく制約される。そこで、この自然エネルギー導入量の制約を取り除き、自然エネルギーを最大限有効活用するために、水素技術と超電導技術を融合した先進超伝導電力変換システム（Advanced Superconducting Power Conditioning System : ASPCS）を考案し、その有効性について研究している。

本研究は、様々な負荷が共存する工場内において、工場内交流系統間を直流連系することによって、各配電線の潮流の均等化を実現し、工場内電力系統の省エネ化を実現するものである。連系点の選定方法や連系時の省エネ効果などについて検討を実施している。