Quench analysis for magnet protection of RIKEN Superconducting Ring Cyclotron

Abstract

Quench characteristics of superconducting main and trim coils of RIKEN Superconducting Ring Cyclotron (SRC) were studied using a computer program QUENCH-M. Since whole protection circuit of the main and trim coils is complicated, the analysis of the magnet protection was made only for some simplified circuits. In order to protect the main coil more safely, the principal circuit diagram for the main coils was divided into two sections. Since an inductive coupling between the two sections was small, it was confirmed that the coupling effect was negligible in the quench characteristics. Inductance of the SRC main coil depends on the exciting current because of the presence of the iron pole and yoke. The nonlinear inductance depending on the current can be calculated from the stored energy. The nonlinear inductance approached a constant inductance calculated for the case without iron, as the exciting current increases. Current decays, temperature rise, and time dependence of the maximum voltage of the main coil were calculated during quench. Furthermore, the quench analysis for the system of the main and trim superconducting coils was also carried out.

計算機プログラムQUENCH-Mを使って、理研超伝導リングサイクロトロン(SRC)の超伝導主コイルとトリムコイルのクエンチ特性を調べた。主コイルとトリムコイルの全保護回路は複雑なので、磁石保護解析は幾つかの簡単化した回路についてのみ行った。主コイルをより安全に保護するために、主コイル用の主要回路図を2つの部分に分けることとした。2つの部分間の誘導結合は小さいので、クエンチ特性では結合効果が無視できることを確認した。鉄ポールとヨークがあるために、SRC主コイルのインダクタンスは励磁電流に依存し、電流に依存する非線形インダクタンスは蓄積エネルギーから計算できる。励磁電流が増加するに従って、非線形インダクタンスは鉄がない場合について計算した定インダクタンスに近づいた。クエンチ中での主コイルの電流減衰、温度上昇、および最大電圧の時間依存性を示した。さらに、主およびトリム超伝導コイルシステムに対するクエンチ解析も行った。