AbstractThe use of high temperature superconductors (HTS) in long term tokamak fusion reactors is analyzed in this paper. The well-documented physical properties of high temperature superconductors are used in the evaluation. Short-sample wires and tapes of Bi2Sr2CanCun+1Oy materials, with n=1, 2 (referred to as BSCCO), and YBCO (YBa2CuO7−x) tapes approach their single-crystal performance limits. They provide a useful reference frame as well as a starting point of what may be possible in the future. In this paper, the design issues that arise when this technology is used in tokamak magnet applications will be investigated by extrapolating the properties of short sample YBCO thick films and BSCCO tapes to longer lengths. The properties of YBCO operating at elevated temperatures (>10 K) will also be summarized. The limitations imposed on the performance and lifetime of the HTS materials because of the fusion environment will be reviewed. The consequences of implementing an HTS configuration in a fusion environment will then be described. The use of HTS material may offer an opportunity for a fundamentally different approach to magnet design and construction leading to either lower cost or reduced maintenance. Reduced cost magnets requiring decreased shielding, with better access and easier maintenance may be feasible.
本論文では、高温超伝導体（HTS）のトカマク核融合炉における長期的な使用について分析する。評価には、高温超伝導体の十分に文書化された物理的特性を用いる。Bi2Sr2CanCun+1Oy材料（n=1、2、BSCCOと称する）およびYBCO（YBa2CuO7−x）の短尺試料線材およびテープは、その単結晶性能限界に近づいている。これらは、将来において可能となる性能の出発点として、また有用な参照基準を提供する。本論文では、短尺試料のYBCO厚膜およびBSCCOテープの特性を長尺へ外挿することにより、この技術をトカマク磁石用途に適用する際に生じる設計上の課題を検討する。また、高温（10 K超）でのYBCOの動作特性も要約する。さらに、核融合環境によるHTS材料の性能および寿命への制約を考察する。続いて、核融合環境におけるHTS構成の実装がもたらす結果について述べる。HTS材料の使用は、磁石の設計および建設に対する根本的に異なるアプローチの機会を提供し、低コスト化または保守の軽減につながる可能性がある。遮蔽の低減を必要とする低コスト磁石は、より優れたアクセス性と容易な保守を実現できる可能性がある。