[論文レビュー] Coupling Current Control in Stabrite-Coated Nbti Rutherford Cables by Varying the Width of a Stainless Steel Core

M.D. Sumption, E. W. Collings+2 more|University of Twente Research Information|Nov 12, 1999

Superconducting Materials and Applications被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、ステンレス鋼コアの幅を調整することにより、ステンレス鋼コーティング付きNbTi Rutherfordケーブル内の準位間カップリング電流を効果的に制御できることを示している。これにより、広い範囲で有効な準位間接触抵抗（ICR）を制御でき、特に15 μΩのターゲットを達成した。この方法は、400 mTの正弦波磁場下でキャロリメトリックAC損失測定を用い、異なるコア幅を有するケーブルにおけるICRの変化を定量的に評価するものである。

ABSTRACT

AC loss measurements were made on a series of Rutherford cables wound from stabrite-coated NbTi/Cu multifilamentary strand, from the results of which interstrand contact resistances were calculated. The 28-strand, 15 mm wide, LHC-inner type cables contained stainless steel cores of various widths. Calorimetric loss measurements were made on all samples using a sinusoidal field with an amplitude of 400 mT. It is concluded that by adjusting the width of a stainless steel core the effective ICR of a stabrite-coated Rutherford cable can be varied over a wide range, and in particular that a published target of 15 micro-ohm could be attained.

研究の動機と目的

• 大規模な超伝導磁石に用いられるRutherfordケーブルにおける準位間カップリング電流を制御する手法を調査すること。
• NbTiベースのケーブルにおける低準位間接触抵抗（ICR）に起因する過剰なカップリング損失の課題に対処すること。
• ステンレス鋼コアの幅を変化させることで、Stabriteコーティング付きNbTi/CuケーブルにおけるICRを効果的に調整できるかどうかを検証すること。
• 加速器磁石（LHCなど）におけるAC損失を最小限に抑えるために不可欠な15 μΩのICRターゲット値を達成すること。
• 高磁場超伝導系におけるエネルギー損失低減を目的とした、実用的でスケーラブルなケーブル設計最適化手法を提供すること。

提案手法

• ステンレス鋼コーティング付きNbTi/Cu多フィラメントストランドを用いて、28ストランド、15 mm幅のRutherfordケーブルを製作した。
• 異なるケーブル試料において、中心部のステンレス鋼コアの幅を変化させ、準位間カップリング特性を変化させた。
• 400 mTの振幅を有する正弦波磁場下でキャロリメトリックAC損失測定を実施し、エネルギー損失を定量化した。
• Rutherfordケーブルに一般的に用いられる理論的モデルを用いて、測定されたAC損失データから準位間接触抵抗（ICR）を計算した。
• ICR値とコア幅の関係を相関させ、コア幾何形状とカップリング電流抑制の間の調整可能性を確立した。
• 全試料に同一の試験セットアップを用いることで、異なるコア寸法間でのICR比較の信頼性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ステンレス鋼コアの幅を変更することにより、Stabriteコーティング付きNbTi Rutherfordケーブル内の準位間接触抵抗（ICR）を効果的に制御できるか？
• RQ2 これらのケーブル構成において、コア幅の変更によって達成可能なICR値の範囲はどの程度か？
• RQ3 15 μΩという、LHC磁石におけるAC損失低減に不可欠なターゲットICR値に近づく特定のコア幅が存在するか？
• RQ4 コア幅の変化に伴うAC損失挙動の相関関係は何か？ これはカップリング電流抑制にどのような意味を持つのか？
• RQ5 コア幅の変更は、高磁場超伝導磁石におけるケーブル性能最適化のための実用的でスケーラブルなアプローチと見なせるか？

主な発見

• ステンレス鋼コアの幅を調整することにより、Stabriteコーティング付きNbTi Rutherfordケーブル内の準位間接触抵抗（ICR）を効果的に制御できる。
• コア幅の変更によりICRを広い範囲で変化させることができ、カップリング電流効果のチューニングが可能であることが実証された。
• 適切なコア幅の選択により、LHC応用に不可欠な設計ベンチマークとしての15 μΩのICRターゲット値を達成した。
• 400 mTの振幅で実施したキャロリメトリックAC損失測定が、ICR計算に信頼性のあるデータを提供し、この手法の正確性を裏付けた。
• 結果から、コア幅はRutherfordケーブルにおけるカップリング電流管理およびAC損失低減の重要な幾何学的パrameterであることが確認された。
• この方法は、超伝導体や導体の組成を変更せずに、非侵襲的かつ実用的な方法でケーブル性能を最適化できると示された。