HTS NMR開発、超1GHz NMR、送電ケーブル

1B-a01
HTS NMR 開発
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
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2
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1
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Multi filamentary REBCO coil
Mono filamentary REBCO coil
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-a03
HTS NMR 開発
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㻌
4.2 K
0.02
0.01
20 K
110 K
0
0
50
100
Temperature (K)
150
㻲㼕㼓㻚㻞㻌㻾㼑㼟㼕㼐㼡㼍㼘㻌㼙㼍㼓㼚㼑㼠㼕㼏㻌㼒㼕㼑㼘㼐㻌㼢㼟㻚㻌㼏㼛㼕㼘㻌㼠㼑㼙㼜㼑㼞㼍㼠㼡㼞㼑㻚㻌
第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-a04
HTS NMR 開発
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0
5000
Hoop stress, BJR (MPa)
179.3 364.1 554.2 749.7
1 PV/cm
Thermal
runaway
4000 External field: 17.2 T
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3000
2000
1000
0.1 PV/cm
0
-1000
0
100
200
300
Coil current (A)
400
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1000
The outermost layer(8th)
800
Voltage (PV)
㻌
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12th turn
600
400
13th turn
11th turn
200
0
0
17th turn
10
20
30
40
50
Coil Current (A)
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̿̿
第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-a05
HTS NMR 開発
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28.2 T
300
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VRE (charge)
VRE (discharge)
BJR
200
210 A
100
0
0
0
100 150 A 200
300
Coil current for the HTS coils, IHTS (A)
Maximum hoop stress,
BJR RE(MPa)
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-p02
超 1GHzNMR
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Development of beyond 1 GHz NMR spectrometer (2)
– Excitation of the superconducting magnet including Bi-2223 innermost coil –
西島 元, 松本 真治, 端 健二郎, 大木 忍, 後藤 敦, 野口 隆志, 酒井 修二, 清水 禎 (NIMS);
柳澤 吉紀, 高橋 雅人, 前田 秀明 (理研); 三木 孝史, 斉藤 一功 (神戸製鋼)
NISHIJIMA Gen, MATSUMOTO Shinji, HASHI Kenjiro, OHKI Shinobu, GOTO Atsushi, NOGUCHI Takashi, SAKAI Shuji,
SHIMIZU Tadashi (NIMS); YANAGISAWA Yoshinori, TAKAHASHI Masato, MAEDA Hideaki (RIKEN);
MIKI Takashi, SAITO Kazuyoshi (Kobe Steel)
E-mail: [email protected]
1. はじめに
「超 1GHz NMR システムの開発」は,920 MHz (21.6 T)
NMR システムのアップグレードプロジェクトとして
2006 年に開始された[1]。このプロジェクトでは 920 MHz
NMR 超伝導マグネットの最内層 Nb3Sn コイルを Bi-2223
コイルに入れ替えることで 1 GHz (23.5 T) 以上で運転す
る NMR システムを開発してきた。2011 年 3 月の東日本
大震災被害からの復旧に 2 年を費やし,2013 年度には 2
度にわたり初期冷却に失敗したが,2014 年 6 月 20 日より
開始した初期冷却では 7 月 31 日に超流動ヘリウム温度に
到達した。2014 年 8 月 4 日より 7 日にかけて試験励消磁
を行った後,8 月 26 日より本励磁を開始し,10 月 17 日
に 24.0 T に到達した。半年間の 1020 MHz NMR マグネッ
トとしての運転後,2015 年 4 月 14 日に 24.2 T 発生にも
成功した。24.2 T は実用超伝導マグネットによる発生磁場
としては世界最高記録である。
本報告ではマグネットの励磁による He II バス温度およ
びコイル電圧測定結果を報告する。
2. マグネット諸元および Bi-2223 内層コイル諸元
マグネット諸元[2]および内層コイル諸元[3]を Table 1
および 2 に示す。920 MHz NMR マグネットの最内層
Nb3Sn コイルを Bi-2223 コイルに入れ替え (Bi-2223 コイ
ルは他コイルと直列接続), 運転電流 244.4 A で中心磁場
24.2 T (1030 MHz) の設計 (コイル定数 99.0 mT/A) で
あったが,今回 NMR 測定によってコイル定数を求めた結
果,99.7 mT/A に修正された。
3. 初期冷却および励磁
初期冷却には液体窒素 10,000 L, 液体ヘリウム 6,500
L を要した。励磁には電源の電圧 3 V と小さかったことと,
慎重を期したために約 1 ヶ月を要した。
Fig. 1 に 2014 年 8 月以降の運転電流 (磁場) と He II バ
ス温度変化を示す。励磁前に 1.57 K まで冷却できていた
が,1020 MHz 運転中は 1.72 K であった。He II バスへの
熱侵入は全体で 3.1 W と見積もられ,この大きな熱侵入
が運転温度上昇に与えた影響は大きい。マグネット運転
の詳細について当日報告する。
[3] G. Nishijima et al., presented at EUCAS 2015, Lyon,
France.
Table 1
Main Parameters of 920 MHz and 1020 MHz NMR
Magnets
920 MHz 1020 MHz
Room temperature (RT) bore diameter [mm]
54
Å
Cold bore diameter [mm]
74
Å
Maximum outer diameter of windings [mm]
909.2
Å
Maximum height of windings [mm]
1520
Å
Inductance [H]
1123
1155
Operating current (Iop) [A]
244.2
240.5a
Central magnetic field (B0) [T]
21.62
24.0
Stored energy [MJ]
33
33
Operating temperature (Top) [K]
1.55
1.72
Operation mode
PCb
PSc driven
a
2
Iop was determined by D NMR measurement to verify
magnetic field value precisely.
b
Persistent current.
c
Power supply.
Table 2
Innermost Coil Parameters for 920 MHz and 1020 MHz
NMR Magnets
920 MHz
1020 MHz
Superconductor
Nb3Sn
Bi-2223
Lamination material
n/a
Cu-Sn
Conductor size [mm]
3.5u1.75
4.45u0.36
Insulation material
Glass yarn
Polyimide tapes
Inner diameter [mm]
78.4
78.4
Outer diameter [mm]
124.3
124.0
Height [mm]
599.1
840.0
Number of turns
1,953
10,094
Contribution field [T]
1.0
3.6
謝辞
本研究は国立研究開発法人科学技術振興機構 (JST) の
研究成果展開事業「先端計測分析技術・機器開発プログ
ラム」の支援によって行われた。
参考文献
[1] T. Kiyoshi et al., IEEE Trans. Appl. Supercond., 18 (2008)
860.
[2] G. Nishijima et al., presented at MT-24, Seoul, Korea.
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Fig. 1 Magnetic field and He II bath temperature as a
function of date for 1020 MHz NMR magnet.
第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
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超 1GHzNMR
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-p05
超 1GHzNMR
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̿̿
Magnetic field difference,
Bz(z)-Bz(0) (Hz)
Normalized magnetic
field difference,
(Bz(z)-Bz(0))/Bz(0) (ppm)
44.5 mm
58.1 mm
Normalized magnetic
field difference,
(Bz(z)-Bz(0))/Bz(0) (ppm)
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The 920 MHz LTS NMR
magnet (Map 1)
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30
The 1020 MHz LTS/Bi-2223
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NMR magnet (Map 1)
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20
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Large tesseral
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10
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(a)
(b)
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z
z
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(ii) Steel sheets
(i) Steel sheets
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which compensate
which compensate
the C2/S2
the ZX/ZY, X/Y
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(iv) Fine adjustment
(iii)Nickel wires
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which compensate
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2000
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-p06
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-p09
送電ケーブル (1)
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Fig.1㻌 Schematic view of Ishikari line 1
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Fig.2㻌 Configuration of equipment in line 1
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Fig.3㻌 Result of current loading test with 5 kA for 30min.
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Voltage monitored for the inner conductors were plotted. We also
monitored the voltage for the outer conductors and it showed an
identical result.
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1.
S. Yamaguchi et al., Abstracts of CSSJ Conference,
Vol.88 (2013) p.23.
2.
N. Chikumoto et al., Abstracts of CSSJ Conference,
Vol.89 (2014) p.40.
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-p10
送電ケーブル (1)
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
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第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会
1B-p12
送電ケーブル (1)
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KITAYA Daiki䠈 SAKAKIBARA Ryoji䠈 MIYAGI Daisuke䠈TSUDA Makoto (Tohoku Univ.)䠗
HAMAJIMA Takataro (Mayekawa Mfg.)
E-mail: [email protected]
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Table.1 Specifications of an HTS tri-axial cable
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Nominal voltage [kV]
66
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Transport current [kA]
6
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Cable length [m]
1000
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U1
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U2
44.6
/ 47.0
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Layer radius [mm]
V1 / V2
62.8 / 64.2
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W1 / W2
80.4 / 81.8
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Table.2 Twist pitch of each layer
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Phase-U
Phase-V
Phase-W
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1st
2nd
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Current uniform type
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Twist pitch [mm]
200 200 300 300
500
500
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Twist direction
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Critical current [kA]
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16.35
22.65
Low loss type
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Twist pitch [mm]
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400
400
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Twist direction
Z
S
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S
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Critical current [kA]
12.15
18.45
21.45
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ᦆኻ䜢 Fig.2 䛻䠈㟁ὶศᕸ䜢 Fig.3 䛻♧䛩䚹ᆒὶ᫬䛸ẚ㍑䛩䜛
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Fig.2 AC Loss of each layer
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U
V1
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㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌
1,2
䛯䛰䛧䠈IU 䛿 㼁 ┦䛾ྜィ㟁ὶ䠈IV1 䛿 㼂 ┦୍ᒙ┠䛾㟁ὶ䛷䛒
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Fig.1 Electrical circuit of tri-xial cable
Fig.3 Current waveform in a low loss type cable
ཧ⪃ᩥ⊩㻌
1. S. Ono, et al.: Abstracts of CSJ Conference, Vol. 84 (2011)
p.190
2. T. Hamajima, M. Tsuda, T. Yagai, S. Monma, H. Sato and K.
Shimoyama: IEEE Trans. Appl. Supercond, Vol. 17 (2007)
p.1692-1695
̿̿
第92回 2015年度秋季低温工学・超電導学会