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[JAC310] パンケーキ型超電導コイルのクエンチ特性解析

2025-09-10 / 最終更新日：2025-09-12 　

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概要

超電導コイルは医療、輸送、エネルギーなどの分野で応用が期待されています。
超電導コイルが過電流などにより局所的に常伝導状態に転移すると、その部分で温度が上昇し、周囲の超電導領域も常伝導化します。これにより、温度上昇と常伝導領域の拡大が連鎖的に進行します（クエンチ）。そのため、事前に解析を行い、クエンチ発生時の温度変化を把握することは有用です。
ここでは、パンケーキ型超電導コイルにおいてクエンチが発生した際の温度および電流密度の変化を確認します。

超電導層の臨界電流密度-磁束密度特性

超電導層の臨界電流密度-磁束密度特性を図1に示します。

電流、温度

図2に超伝導層の通電電流と内周側の1点と外周側の1点の温度の変化、図3に電流値ごとの超電導層の温度分布、図4に電流値ごとの超電導層の電流密度（円周方向成分）分布、図5に電流値ごとの安定化層の電流密度（円周方向成分）分布を示します。
図2より、電流値が70(A)を超えたあたりからクエンチが発生し、温度が急激に上昇していることがわかります。また、内周と外周が-195(deg C)に到達する時刻には約4.4(sec)の差があることがわかります。
図3より、温度が引き出し線付近から上昇し始めており、クエンチがその付近から発生したことがわかります。
図4、図5より、クエンチ発生前には電流が超電導層にのみ流れていることがわかります。超電導層に流れる電流の低下に伴い安定化層に電流が流れ込んでいます。