超伝導 — CAE用語解説

超伝導は特定の温度（臨界温度Tc）以下で電気抵抗が完全にゼロになる現象だよ。電磁界解析の観点では「抵抗率ρ=0の完全導体」を扱うことになる。MRIの超伝導マグネットでは、一度電流を流すと永久に流れ続けて強力な磁場（1.5〜3T）を維持できる。ジュール損失がゼロだから、通常の銅コイルでは実現不可能な電流密度（数千A/mm²）が通せるんだ。

通常の導体と同じMaxwell方程式が基本だけど、超伝導特有の現象を考慮する必要がある。まず「マイスナー効果」で外部磁場が超伝導体の内部に侵入しない（完全反磁性）。また臨界磁場・臨界電流密度・臨界温度のどれかを超えると超伝導が壊れる「クエンチ」が起きる。クエンチ解析は電磁-熱連成の過渡問題で、局所的に常伝導に戻った部分のジュール発熱が急激に拡大するから非常に厳しいシミュレーションだよ。

超伝導コイルの一部が何らかの外乱（機械的擾乱、中性子照射など）で局所的にTcを超えると、その部分が常伝導に戻って巨大なジュール発熱が発生する。この熱が周囲に伝わってさらに常伝導域が広がる——この連鎖的な崩壊をシミュレーションする。核融合炉ITERのトロイダルフィールドコイルの設計ではこのクエンチ解析が安全評価の核心だよ。

超伝導コイルの磁場計算もMaxwell方程式が基本。電流密度が桁違いに大きいのが特徴だ。

インダクタンス、磁場、電流密度は超伝導コイル設計の基礎パラメータだよ。

• インダクタンス
• 磁場
• 電流密度

そう。超伝導コイルには蓄積エネルギーがGJ（ギガジュール）オーダーで溜まっているから、クエンチ時にこのエネルギーを安全に消散させるクエンチ保護システムの設計もCAEの重要な役割だよ。