【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24AE0009

利用課題名 / Title

Cu-Nb補強による加速器超伝導磁石用Nb₃Sn線材の横圧縮応力に対する高強度化

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構 / JAEA

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

素粒子物理実験,加速器超伝導磁石,Nb3Sn線材,ひずみ効果

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

菅野 未知央

所属名 / Affiliation

高エネルギー加速器研究機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

中本　美緒,宮下　克巳

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

菖蒲　敬久,冨永　亜希

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AE-004：応力・イメージング測定装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

高エネルギー物理実験ではビーム偏光、収束用の高磁場加速器超伝導磁石が必要とされており、KEKは加速器磁石用の高耐電磁力Nb₃Sn線材の研究を行っている。本実験では、図1に示すような安定化Cuの一部をCu-Nb補強層で置き換えた線材[1]について、 Cu-Nb補強層の存在が丸線材の半径方向の圧縮（横圧縮）応力下でのNb₃Snの内部ひずみ変化に与える影響を明らかにすることを目的とした。

実験 / Experimental

Cu-Nb補強層の条件が異なる5種類の線材を用意し、図2のようにBL22XUに整備されている引張試験機で横圧縮応力を負荷した。回折配置は図3のような3方向とし、エネルギー69.4 keVの単色光を使用した。2次元検出器で測定したデバイリングを1次元化した回折プロファイルから応力負荷、除荷状態でのNb₃Snの格子ひずみを評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

図3に結果の一例を示す。この結果から、200~250 MPaまでは格子ひずみが応力の増加とともに単調に増加するが、それ以上ではNb₃Snの破断によるひずみの緩和が起こっていること、A方向では最大負荷応力まで格子ひずみが増加し続けていることがわかる。また、除荷後のひずみから、半径方向では25~50 MPという低応力で永久ひずみが残っており、線材内の金属成分の塑性変形が開始していることが示唆された。これにより、Nb₃Sn線材の横圧縮応力負荷における3方向のひずみ変化から構成要素の変形、損傷を観察するという試みに一定の成果が得られた。現在、図4で示した線材以外の補強線材についても同様の解析を進めているところである。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. Cu-Nb補強Nb₃Sn線材

図2. 測定試料

図3. 回折配置

図4. Nb₃Sn格子ひずみの横圧縮応力依存性

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

[1] M. Sugimoto et al, IEEE Trans. Appl. Supercond. 30 (2020) 6000905.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件