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現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 工学研究科 電気工学専攻 超伝導工学

超伝導工学

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科目ナンバリング
  • G-ENG10 5C613 LB72
開講年度・開講期 2020・前期
単位数 2 単位
授業形態 講義
配当学年 修士
対象学生 大学院生
使用言語 日本語及び英語
曜時限 月4
教員
  • 中村 武恒(工学研究科 特定教授)
  • 雨宮 尚之(工学研究科 教授)
授業の概要・目的 超伝導は極低損失での電流輸送・磁界発生、常伝導では不可能な高磁界発生という特徴をもっており、様々な電気機器を革新するポテンシャルを有している。この科目では、超伝導現象の基礎、電気・電子工学に関連した超伝導技術の応用、周辺技術、さらに超伝導技術の研究開発と将来動向も加えた内容を講述する。
電磁気学的側面から超伝導応用の基礎となる学術について理解を深めるとともに、超伝導を題材として電磁気学の応用力を涵養することを目的とする。
到達目標 ・超伝導応用の基礎となる電磁現象の理解
・超伝導応用機器を設計する際の基本的知識の習得
・電磁気学を多様な問題に適用する力の獲得
授業計画と内容 以下の各項目について講述する。各項目には、履修者の理解の程度を確認しながら、【】で指示した週数を充てる。各項目・小項目の講義の順序、それぞれに充てる講義週数は固定したものではなく、担当者の講義方針と履修者の背景や理解の状況に応じて、講義担当者が適切に決める。全15回の講義の進め方については適宜、指示をして、履修者が予習をできるように十分配慮する。
講義は基本的に英語で行う。シラバスにある日本語のテクニカルタームなどに対応する英語について予習しておくことを期待する。

(1)序論(Introduction)【1週】(Introduction):
超伝導工学を学ぶ上で理解しておくべき背景を概説する。

(2)超伝導現象の基礎(Basics of superconducting phenomena)【3~4週】:
超伝導体の基礎的物理現象について、量子論や熱力学を使って講述する。

(3)応用の基礎となる超伝導特性(Superconducting properties as basis of applications)【2~3週】:
超伝導体の具体的応用を考える上で必要な物理現象(例えば磁束ピン止め現象など)を概説する。

(4)第二種超伝導体の電磁特性(Electromagnetic phenomena in type II superconductor)【1週】:
磁気的不安定性、交流損失、常伝導転移などについて理解するために必要な第二種超伝導体の電磁特性(混合状態と臨界状態モデル、臨界電流と磁束フロー)について講述する。

(5)磁気的不安定性(Thermomagnetic instability)【1週】:
第二種超伝導体における基礎的な電磁現象であり、実用上も注意が必要な磁気的不安定性について講述する。

(6)ヒステリシス損失(Hysteresis loss of superconductor)【1週】:
超伝導体は交流で使ったときに発生する損失のうちでも代表的なヒステリシス損失について、モノリシック超伝導体を対象に発生機構と定量的表式について講述する。

(7)多心線の電磁現象(Electromagnetic phenomena in multifilament superconductor)【2週】:
磁気的不安定性抑制やヒステリシス損失低減のために多心化された超伝導線の電磁現象について講述する。具体的には、多心化によるヒステリシス損失低減、フィラメント間の電磁的結合と結合時定数、結合損失などについて講述する。

(8)超伝導ケーブル(集合導体)の電磁現象(Electromagnetic phenomena in superconducting cable (assemble conductors)))【0.5週】:
大電流化のために多心線や単心線を集合化した超伝導ケーブル(集合導体)では、ひとつ大きな空間スケールでの電磁現象が発現するので、これについて講述する。

(9)超伝導線のクエンチと保護(Quench / thermal runway of superconductor and protection )【1.5週】:
極低温で使用する超伝導体に常伝導部が発生したときの振る舞いと、超伝導安定性・保護の考え方について講述する。

(10)演習・フィードバック【1週】:
受講者の理解度を深めるため、適時、演習やフィードバックを実施する。

受講者の興味と時間的余裕次第では、以下の項目についても講義する。

(11)超伝導体の電磁現象の数値解析(Numerical electromagnetic field analysis of superconductor):
超伝導体の交流損失の評価のために有効な数値解析について紹介する。
成績評価の方法・観点 試験を実施する。また、適宜レポートを課し、成績に反映する。
履修要件 電磁気学
量子力学や熱力学の基礎
授業外学習(予習・復習)等 数式の導出など、授業中には時間が十分とれず解説できないことについて、各自、予習・復習を行うこと。
参考書等
  • 超電導工学, 電気学会,