超電導

超電導機器は、すでに多く実用化されている金属系超電導線材（低温超電導線材）を用いたものと、1986年の発見以降、研究開発が進められている高温超電導線材を利用したものとに大別されます。
低温超電導線材は、医療用のMRI（Magnetic Resonance Imaging）や理化学分析用の核磁気共鳴分析装置、加速器などに利用されています。高温超電導線材を用いた超電導機器としては、小型核融合装置をはじめ、電力輸送用ケーブル、航空機用推力モータなどがあり、REBCO線材などを接続した超電導コイルが利用されています。
超電導機器は、高い磁束密度での磁気評価だけでなく大電流が流れ温度上昇することによる熱評価、大きなローレンツ力による強度評価など、マルチフィジックスを考慮した特性評価が必要です。モデルも大規模かつ強い非線形性を有します。
JMAGの高並列ソルバ―およびマルチフィジックス解析機能が、高速かつ高精度に特性評価を行います。

超電導

超電導材料モデリング

JMAGでは、n値モデルおよびBeanモデルの2種類のモデルを採用しています。臨界電流密度Jc 、n値、基準電界Ec は磁束密度の大きさおよび角度と温度の依存性を考慮することができます。これらのモデルを用いて超電導体の特性を表現し、目的に応じた解析を実現します。

n値モデルとBeanモデルによる電流密度-電界特性の表現
n値モデル（n値が4~40）およびBeanモデルによる超電導特性。Jc（臨界電流密度）とEc（基準電界）で規格化した特性を示しています。

事例

異方性を考慮したCORC型ケーブルの解析

トカマク型核融合炉などで使用される導体の一つであるCORC導体（Conductor on round core）はREBCO線材をテープ状に巻きつけた構造をもつ導体です。テープ面の垂直方向から水平方向に向けて電気特性が角度依存性をもつため、その異方性を考慮した評価事例を紹介します。

異方性を考慮したCORC型ケーブルの解析
Θ=0°の特性はΘ=90°の特性にくらべ、|B|の増加に伴う臨界電流密度の低下が顕著になります。このため、磁束密度が大きくかつΘが0°に近いテープ端部では、中央部よりも臨界電流密度が大きく減少する傾向となります。

JMAGの機能：

3次元解析、高速ソルバー、n値モデル、磁場異方性を考慮した材料特性、交流損失

高温超電導コイルのクエンチ解析

高温超電導コイルは、装置の小型・軽量化、高効率化が可能なため、核融合、MRI、電力ケーブル、リニアモーターカーなど幅広い分野での応用が進められています。一方で、コイルの一部が超電導状態から常電導状態に戻るクエンチという現象が起こると機器の損傷につながるため、それを未然に防ぐための評価が必要です。
REBCOテープを使用した無絶縁パンケーキコイルに発生するクエンチ現象の詳細な挙動を予測します。

高温超電導コイルのクエンチ解析