JPH03182014A - 高安定化合金系超電導線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、安定化材として従来より使用されている高純
度無酸素銅よりも超電導臨界温度以下といった極低温下
においてはさらに電気抵抗が小さくなる（高純度無酸素
銅の約１／１０　）高純度アルミニウムあるいは銀の如
き材料を安定化材として使用し高安定化を図ることがで
きる上、交流用等として変動磁界中で使用しても交流損
の極めて少ない高安定化合金系超電導線に関するもので
ある。

［従来の技術］ ＮｂＴｉ系、Ｎｂ　Ｔｉ　Ｚｒ系あるいはＮｂ　Ｔｉ　
Ｔａ系等の合金系超電導線は、Ｎｂ３Ｓｎ系の如き化合
物系超電導線に比べると、臨界磁界は低いが、合金系に
おける特有の性質として塑性加工性に優れており、Ｃｕ
やＣｕＮｉ合金等をマトリックスとして＆４ＩＭに加工
することができ、極細多心超電導合金線に加工して超電
導コイルに成形し、高磁場を必要とする機器類に実際に
使用されており、超電導線実用化の主流を占めるに至っ
ている。

上記のように今日では超電導線は大部分がコイルとして
巻回され、超電導マグネットとして使用されているが、
このようなマグネットとして使用される時、電磁力によ
る線材の動き、熱的あるいは電磁気的何らかの擾乱によ
り超電導状態が破れ常電導への転移が起る。

このように転移するのを防止し、またたとえ転移したと
しても電流をバイパスさせて流し、超電導線材が焼損し
たりするのを防止する目的で、超電導線の周囲を高純度
無酸素鋼のように極低温下での電気抵抗が極めて小さい
材料で覆った構造とし、このような高純度無酸素銅を安
定化材とするマトリックス中にＮｂＴｉ合金等の極細線
を多数配設した所謂極細多心超電導合金線として実用に
供しているのが通常である。

上記したように、安定化材の役割は超電導材が常電導状
態に転移した際に超電導電流をバイパスさせるものであ
るから、安定化材としては当然のこと乍ら電気抵抗の小
さな材質であることが要求される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来より安定化材としては、ＮｂＴｉ合金等との複合加
工がし易いことおよび極低温下で電気抵抗が小さいこと
から、高純度無酸素銅がその主流として使用されてきた
。

しかし、最近になって超電導線を交流用としても使用し
ようという気運が高まりつつある。

この場合、上記高純度無酸素銅を安定化マトリックスと
して使用した超電導線を交流用として使用すると、種々
な交流損失を生ずる結果となる。

すなわち、安定化材を介してＮｂＴｉ心線間を′Ｓ流が
流れるいわゆる結合損、安定化材中に流れる渦電流によ
る渦電流損等がそれである。これらの交流損を小さくす
るために、安定化材をＣｕＮｉ合金等の高抵抗層で細分
化したり、ＮｂＴｉ心線間をＣｕＮｉ合金で覆ったりす
る工夫もなされている。しかしながらＣｕＮｉ等の高抵
抗層を用いることは前述の安定化という意味からは逆行
するものであり、安定性を保ちながらしかも交流損失を
小さくできる超電導線の提案が強く待たれている現状に
ある。

一方、極低温下における電気抵抗の小さい材料という観
点のみからすれば、高純度アルミニウムの方が電気抵抗
ははるかに小さく、上記高純度無酸素銅の約■／１０の
電気抵抗しかなく、安定化材としてはこの高純度アルミ
ニウムの方が一層適しており、同等の安定性を実現する
には量的にｌ／１０で済むことになる。従って、安定化
材として高純度アルミニウムを用いれば、複合超電導線
の断面積を小さくすることが可能となり、コンパクトな
線材を得ることが可能となるのみならず、交流損を小さ
くするためＣｕＮｉ等の高抵抗層を入れても安定性は銅
にくらべて損なわれる程度が少なくなるという大きな特
徴を発揮することができる。

しかし、非常に残念乍ら、高純度アルミニウムはかなり
軟質な金属であり、高純度アルミニウムとＣｕＮｉ合金
等の高抵抗合金およびＮｂ　Ｔｉ超電専心線を一体複合
化して加工することは極めて困難な作業でありいまだそ
の成功例をみないのが現状である。

本発明の目的は、上記したような実情にかんがみ、高純
度アルミニウムを安定化材として使用し、より高安定化
を達すると共に、高純度アルミニウムを安定化材として
使用した分、より高い信頼性をもってＣｕＮｉ合金の如
き高抵抗性合金をマトリックスとして使用することを可
能ならしめ、前記した交流用として使用した場合におけ
る交流損を大巾に低減させることのできる新規な高安定
化合金系超電導線を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、合金系超電導材の内部に高純度アルミニウム
あるいは銀の如き極低温下における電気抵抗が極めて低
くなる材料を安定化材料として複合させて複合超電導心
線とし、当該複合超電導心線の複数を高抵抗性合金マト
リックス中に埋設−体止したものであり、また、上記構
成よりなる複合超電導心線にさらに無酸素銅を被覆し、
このように構成された３層複合線の複数を高抵抗マトリ
ックス中に埋設し、さらにその外周に無酸素鋼外被を設
け全体を一体化したものである。

［作用］ 高純度アルミニウムを合金系超電導心線のマトリックス
として伸線加工することは前述したように変形抵抗の差
が余りに大きく不可能であるが、合金系超電導材の内部
に封入する形で複合すれば、超電導材との同時加工が可
能となる。それによって内部の高純度アルミニウムがそ
の格段に小さい電気抵抗により十分に安定化材としての
役割を果すことが可能となり、超電導心線の外周に高抵
抗性合金をマトリックスとして使用し、万が一常電導状
態への転移が起ったとしても、内部の高純度アルミニウ
ムが安定化材として大きく作用し、焼損といった不測の
事故を十分に回避することができる。

しかも、マトリックスは高抵抗材が用いられているから
、交流用として使用しても従来みられた結合損や渦電流
損等は大巾に低減されることになり、交流用としての使
用に十分に対応可能な高安定化合金系超電導線を入手す
ることが可能となる。

［実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照しつつ説明する。

発明者らは、当初交流用超電導線材として第３および４
図に示すような構成よりなる超電導線材の試作を行なっ
た。

すなわち、第３図は、極低温における高抵抗材であるＣ
ｕＮｉ合金をマトリックスとし、その中に多数のＮｂＴ
ｉ合金心線１．１および安定化材としての無酸素銅心線
３．３を共に図のように適当に配置し、ＣｕＮｉマトリ
ックスとこれらの心線を極細多心超電導線に伸線した。

しかし、この場合安定化材である無酸素鋼心１１３．３
の配置が問題であり、必ずしも安定化材として十分な機
能を発揮し得ないことがわかった。無酸素銅心線３゜３
の代りに高純度アルミニウム心線を用いてみたが変形抵
抗に差があり、アルミニウム心線の断線や異常変形が随
所に起り満足な伸線は不可能であった。

そこで、つぎに、第４図に示すような構成の超電導線材
を試作した。

これは、ＮｂＴｉ合金心線の外周に無酸素鋼被覆３を施
し、このようにした複合心線をＣｕＮ合金マトリックス
４中に埋設し、さらにその外周に無酸素銅外被５を設け
たものである。

このように構成することにより、第３図の場合よりはＮ
ｂＴｉ合金心線の周囲に無酸素銅被覆３を直接有する分
、安定化としての効果は大きいが、無酸素銅被＆２３の
被覆厚を大きくとることができず、＠酸素銅量が少ない
ために信頼性のある安定化を期待することはできないこ
とがわかった。

そこで、発明者らは安定化材として電気抵抗の格段に小
さい高純度アルミニウムを使用することに着目し、当初
第４図同様にＮｂＴｉ合金線１の外周に被覆することを
試みたが、その後のＣｕ　Ｎｉ合金マトリックス４への
埋設が具合よくできないことがわかった。

そこで、発明者らは、発想を転換し、Ｎｂ　Ｔｉ合金の
内部に高純度アルミニウムを複合させることに着目し、
これを伸線したところ極めて具合よく伸線することがで
き、高純度アルミニウムが異常変形したり断線したりす
ることなく、外側のＮｂＴｉ合金層と共に同じ断面縮小
率の、ｔま伸線できることが実証された。

第１図は、そのようにして内部に高純度アルミニウム２
を有する複合ＮｂＴｉ合金心線１．１と無酸素銅心線３
，３とをＣｕＮｉ合金マトリックス４中に埋設一体化し
た本発明に係る極細多心超電導線の断面構成を示す説明
図である。

各ＮｂＴｉ合金心線１の内部には既に説明したように極
低温下での電気抵抗が無酸素銅の約１／１０と非常に小
さい高純度アルニウム２が存在しており、万が一常電導
状態に転移したとしても、この高純度アルミニウム２が
安定化材としての役割を十分に果し、十分な余裕をもっ
て信頼性の高い高安定化を達成することができる。この
場合谷部の安定化材しとて高純度アルミニウムに代えて
同様な抵抗値を示す銀等を用いてもよい。

しかして、マトリックスには高抵抗性材料であるＣｕＮ
ｉ合金が使用されているから、この超電導線を交流用と
して使用しても、Ｎｂ　Ｔｉ合金心線間の結合損及び無
酸素銅を用いた場合にみられたような渦電流損をＣｕＮ
ｉ合金マトリックスが適切に防止し、交流損を大巾に低
減し得ることも確認された。

第２図は、本発明に係る別な′！Ｒ戒例を示す説明断面
図である０本実施例においては、ＮｂＴ＋合金心線ｌの
内部に安定化材としての高純度アルミニウム２を複合し
、さらにその外周には無酸素銅被覆３を設けた３ＮＪ複
金線に構成し、無酸素銅被複層３にも安定化材としての
役目を補助させ一層の高安定化を可能とすると共に、こ
れら３層複合線の複数をＣｕＮｉ合金マトリックス４中
に埋設し、さらに安定化材としての補助ないし熟伝導の
保持の意味から無酸素銅外被５を設けたものである。

これによって超電導線としての特性向上が図られる上、
無酸素銅層３を設けてはいるものの、間にマトリックス
としてのＣｕＮｉ合金４よりなる高抵抗層が存在してい
るため交流用として使用しても結合損を非常に小さなも
のに止めることができる。

［発明の効果］ 以上詳記の通り、本発明に係る超電導線によれば、個々
の超電導心線の６部に高純度アルミニウムあるいは銀の
如き極低温下で極めて電気抵抗の小さい材料を複合させ
たから、複合加工性を損わずに安定性を向上させること
ができ、マトリックスに高抵抗性のＣｕＮｉ合金の如き
材料を用いたことにより交流用として使用しても従来例
よりも格段に交流損の小さな超電導線を入手することが
可能となり、それによって交流用へと超電導線の適用範
囲を拡大し得ることになる工業上の意義は計り知れない
ものがある。

【図面の簡単な説明】

第１および２図は本発明に係る２様の構成例を示す説明
断面図、第３および４図はそれぞれ２様の従来試作例を
示す説明断面図である。 １　：　Ｎｂ　Ｔｉ心線、 ：高純度アルミニウム、 ：無酸素銅被覆、 ：ＣｕＮｉ合金マトリックス、 ：無酸素銅外被。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）合金系超電導材の内部に高純度アルミニウムある
   いは銀の如き極低温下における電気抵抗が極めて低くな
   る材料を安定化材料として複合させて複合超電導心線と
   し、当該複合超電導心線の複数を高抵抗性合金マトリッ
   クス中に埋設一体化してなる高安定化合金系超電導線。
2. （２）合金系超電導材の内部に高純度アルミニウムある
   いは銀の如き極低温下における電気抵抗が極めて低くな
   る材料を安定化材料として複合させて複合超電導心線と
   し、当該複合超電導心線の外周に無酸素銅被複層を設け
   、このように構成された３層複合線の複数を高抵抗マト
   リックス中に埋設し、さらにその外周に無酸素銅外被を
   設け全体を一体化してなる高安定化合金系超電導線。