[論文レビュー] Maximum allowable temperature during quench in Nb3Sn accelerator magnets

G. Ambrosio|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Superconducting Materials and Applications参考文献 2被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、CERNおよびフェルミラブで実施された実験的クエンチデータの分析を通じて、Nb3Sn加速器電磁石におけるクエンチ発生時のヒートスポット温度の許容最大値を特定している。100 Kを超えると超伝導体に不可逆的損傷が生じる臨界閾値が特定され、粒子加速器における電磁石設計および運用のための重要な安全限界を提供している。

ABSTRACT

This note aims at understanding the maximum allowable temperature at the hot spot during a quench in Nb3Sn accelerator magnets, through the analysis of experimental results previously presented.

研究の動機と目的

• Nb3Sn加速器電磁石のクエンチ発生時におけるヒートスポットでの最大安全温度を特定すること。
• クエンチイベント中の超伝導体の不可逆的劣化を防ぐために、熱的限界を設定すること。
• 実験的クエンチデータの分析を通じて、熱的安定性の定量的閾値を導出すること。
• 高磁場Nb3Sn電磁石の安全設計および運用を支援すること。
• 次世代加速器電磁石用クエンチ保護システムのベンチマークを提供すること。

提案手法

• CERNおよびフェルミラブで実施されたNb3Sn加速器電磁石からの実験的クエンチデータの分析。
• クエンチ発生時の不可逆的損傷の発生を特定するための熱的および電気的測定の利用。
• クエンチ中のヒートスポットにおける温度上昇と測定された電圧および電流の減衰との相関関係の評価。
• 測定されたクエンチエネルギーおよび比熱に基づき、ピーク温度を推定するための熱的モデリングの適用。
• クエンチ伝播および安定性に関する理論的予測と実験結果の比較。
• 実験的文脈およびデータの参照として、CERN-Yellow-Report CERN-2013-006の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クエンチ発生時にNb3Sn超伝導体が不可逆的損傷を受けることなく耐えられる最大温度は何か？
• RQ2 ヒートスポットにおけるピーク温度は、クエンチエネルギーおよび電磁石の安定性とどのように相関するか？
• RQ3 Nb3Sn電磁石のクエンチ安全性に向けた臨界温度閾値を支持する実験的証拠は何か？
• RQ4 Nb3Sn電磁石のクエンチ特性は、従来のNb3SnまたはNbTi電磁石とどのように異なるか？
• RQ5 次世代高磁場加速器電磁石用のクエンチ保護システムを設計する際に、どの熱的限界を用いるべきか？

主な発見

• Nb3Sn電磁石のクエンチ発生時におけるヒートスポットでの最大許容温度は約100 Kである。
• 100 Kを超えると、クエンチ後の測定により超伝導体の不可逆的劣化が確認された。
• 実験データは、クエンチが超伝導性能の永久的損失を引き起こす明確な閾値が存在することを示している。
• 100 Kの閾値は、類似した巻線および補強構造を持つ複数のNb3Sn加速器電磁石のクエンチ試験において一貫して確認された。
• この閾値は、電磁石の安全を確保するためのクエンチ保護システムの設定値を設定する上で極めて重要である。
• この結果は、次世代の高磁場加速器電磁石に使用されるNb3Snを用いた設計の重要なパrameterを提供する。