3.4.4 その他
超電導磁石は超電導コイルの他に永久電流スイッチ、電流リードなどの多くの関連機器から構成されている。ここでは、今までに取り上げた永久電流スイッチ、電流リード、磁気シールド以外で、超電導磁石と関連のある励磁電源や超電導コイルのクエンチ検出など超電導コイルの監視に関する文献についてまとめる。
(1)励磁電源
超電導コイルを励磁する方法には、励磁電源により通電する方法やフラックスポンプにより超電導コイルに電流を誘導する方法がある。
現在、実用的な超電導磁石の励磁には、励磁電源が使用されている。超電導磁石用の励磁電源は、その使用目的によりいろいろな特性が要求されるが、一般的には、電流制御型で大電流に対応できること、電流、電圧にリップルが小さいこと、電源損失が少ないこと、電流安定度に優れていることなどが要求される。また、超電導コイルがクエンチした場合のクエンチ保護機能を併せ持った構成にすることもある。
ここでは、最近報告された文献から、核融合科学研究所の大型ヘリカル実験装置(LHD)用超電導コイルの励磁電源の報告について紹介する[1]。大型ヘリカル実験装置は、プラズマ中心の磁場3Tを発生させる12個の超電導コイルを持ち、その蓄積エネルギーは1GJに達する。この超電導コイルには、30kA級の出力電流、0.04%以下の電流制御誤差及び高信頼性クエンチ保護能力を持つ大電流直流電源が必要である。実験装置の励磁電源は、ポロイダルコイル用直流電源3台と、ヘリカルコイル用直流電源3台の計6電源から構成され、それぞれに冷却用の純水製造設備や断路器駆動用の圧縮空気製造設備なども有している。ポロイダルコイル用電源は、図3.4.19のようにサイリスタ整流回路、直流LCフィルタ、電流減衰時定数5分の急速減磁回路、減衰時定数20秒の緊急減磁回路から構成される大電流低電圧電源であり、他の電源も同様の構成を取っている。また、新開発の図3.4.20のような大容量2段階直流遮断回路によるクエンチ保護システムを採用して、動作確認を行っている。
フラックスポンプによる励磁は、電流リードによる電流供給や永久電流モード運転時において、熱侵入や電流安定度の問題を解決する有効な方法として、発電型フラックスポンプおよび整流型フラックスポンプが研究されてきたが、インダクタンスの大きなコイルでは励磁に時間がかかること、良好な超電導スイッチの開発など課題がある。最近では、フラックスポンプに関する発表は少ないが、ASC96において韓国から、発電型のフラックスポンプに関して動作特性の実験(図3.4.21)や温度分布の解析など3つの報告が見られる[2]〜[4]。
