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概要
MRI（磁気共鳴画像）装置には、高い磁場均一性と安定性が求められます。しかし、NbTiやNb3Snなどの低温超電導マグネットは、液体ヘリウム温度での熱安定性の低さにより、予期せぬクエンチが発生するリスクがあります。
この課題に対する解決策として注目されているのが無絶縁構造です。ターン同士を電気的に接触させることで、局所的なクエンチ発生時に電流を隣接ターンへ迂回させ、過熱による損傷を防ぐことが可能と考えられています。無絶縁構造は、クエンチリスク低減というメリットを持つ一方で、充電挙動や磁場特性に不確かさを生じさせるため、設計段階での精密な解析が不可欠です。
ここでは、NbTiのMRI用超電導マグネットを対象に、安定化層 がターン間で接触する無絶縁構造と、接触していない絶縁構造の両方で解析を行います。その結果、ターン間に電流が流れ込むことに起因して充電の遅延が発生する現象を確認します。
この課題に対する解決策として注目されているのが無絶縁構造です。ターン同士を電気的に接触させることで、局所的なクエンチ発生時に電流を隣接ターンへ迂回させ、過熱による損傷を防ぐことが可能と考えられています。無絶縁構造は、クエンチリスク低減というメリットを持つ一方で、充電挙動や磁場特性に不確かさを生じさせるため、設計段階での精密な解析が不可欠です。
ここでは、NbTiのMRI用超電導マグネットを対象に、安定化層 がターン間で接触する無絶縁構造と、接触していない絶縁構造の両方で解析を行います。その結果、ターン間に電流が流れ込むことに起因して充電の遅延が発生する現象を確認します。
電圧特性
図1に絶縁コイルと無絶縁コイルそれぞれの端子電圧、および投入電流、図2に600秒時点における両コイルの安定化層の電流密度分布を示します。
図1より、無絶縁コイルでは、絶縁コイルと比べて充電遅延が確認されます。図2より、絶縁コイルでは安定化層に電流が流れていないのに対し、無絶縁コイルではターン間に電流が流入しています。無絶縁コイルでは、電流が通電方向以外にも流れるため磁場が比較的遅れて立ち上がります。
