JPH0594723A - Nb−Ti合金超電導線材 - Google Patents

Nb−Ti合金超電導線材

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JPH0594723A
JPH0594723A JP3276453A JP27645391A JPH0594723A JP H0594723 A JPH0594723 A JP H0594723A JP 3276453 A JP3276453 A JP 3276453A JP 27645391 A JP27645391 A JP 27645391A JP H0594723 A JPH0594723 A JP H0594723A
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Katsumi Miyashita
克己 宮下
Shuji Sakai
修二 酒井
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Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流モードで運転される機器に用いられるN
b−Ti合金超電導線材である。 【構成】 Cu/Cu−Ni合金/Cu−Mn合金/N
b−Ti合金またはCu/Cu−Ni合金/Cu−NI
−Mn合金/Nb−Ti合金から構成される超電導線材
において、Nb−Ti合金フィラメント周りに配置され
たCu−Mn合金層またはCu−Ni−Mn合金層の内
側にNb層を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、交流モードで運転さ
れる機器に用いられる超電導線材に関する。
【0002】
【従来の技術】現状の超電導マグネットは、その殆どが
直流モードで運転されるようになっている。これは、通
常の銅(Cu)安定化Nb−Ti合金超電導線材におけ
る交流モード運転時の交流損失が非常に大きいからであ
る。
【0003】超電導線の交流損失は、「ヒステリシス損
失」,「結合損失」および「渦電流損失」の3成分の和
からなっている。この3つの損失のうち結合損失と渦電
流損失は、導体断面の幾何学的構造や安定化銅をCu−
Ni合金の高抵抗層で分割することによりかなり低減さ
せることができる。
【0004】しかし、ヒステリシス損失は、超電導体の
ピンニング力に起因するものであり、高い電流密度を有
する超電導線ほどピンニング力が大きいため、超電導体
のヒステリシス損失が大きくなる。つまり、超電導の大
きな利点である高い電流密度を保ちながらヒステリシス
損失を低減させることは、相反することがらとなる。一
般に、ヒステリシス損失は、超電導線の臨界電流密度と
フィラメント径の積に比例する。
【0005】そのため、高電流密度,低ヒステリシス損
失の超電導線を作製するには、フィラメント径を小さく
することが望ましい。このため、直流用の超電導線のフ
ィラメント径が数μm〜数十μmなのに対し、交流用の
それはサブミクロンあるいは0.1μm以下の細さとな
り、直流用の数十分の1の細さとなる。
【0006】図2に直流用と交流用のフィラメントサイ
ズの違いを断面図に示す。即ち、(A)は従来のフィラ
メント径が数μm〜数十μmのものであり、ヒステリシ
ス損失が大きい。(B)は交流用のフィラメント径1μ
m以下のものである。Nb−Ti合金の占積率が減少し
て臨界電流密度が低下している。(C)はフィラメント
間隔を狭めることにより近接効果を出現させたものであ
る。
【0007】このように、高電流密度を保ちながらフラ
メント径を小さくしていくと、フィラメント間隔が非常
に狭くなる。Nb−Tiフィラメントから滲み出してく
る超電導電子により、隣り合うフィラメント同士が電気
的に結合し、フィラメント周りの母材金属部分にも超電
導電流が流れ、実質的にフイラメント径が太くなったよ
うな状態となる。これを近接効果という。この近接効果
によりフィラメント同士が電気的に結合するとヒステリ
シス損失が増大してしまう。
【0008】現在、近接効果によるフィラメント同士の
電気的結合を防ぐため、母材金属を従来用いられていた
Cu−10重量%Ni合金からCu−30重量%Ni合
金に代えてより高抵抗化したり、Cu−10重量%Ni
合金の代わりに磁性元素Mnを含んだCu−Mn合金を
用いることでフィラメント間隔を広げずに高い臨界電流
を保っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、Cu
−30重量%Ni合金あるいはCu−Mn合金を用いる
ことにより、近接効果によるフィラメント同士の電気的
結合を防止することができ、ヒステリシス損失を低減さ
せ、高い臨界電流密度を有する超電導線を作製すること
が可能になる。しかし、実用化レベルの値にはまだ達し
ておらず、より一層の低ヒステリシス損失化と高電流密
度化が望まれている。
【0010】現在、加工技術の発達によりNb−Ti合
金フィラメント径が0.05μm以下の超電導線も作製
することが可能になった。しかし、いくら母材金属に上
記Cu−30重量%Ni合金やCu−Mn合金を用いた
としても、近接効果の低減作用には限度があり、フィラ
メント径を細くすることによるヒステリシス損失の低減
には限界がある。
【0011】そのため、Nb−Tiフィラメント1本1
本の臨界電流密度をヒステリシス損失を増大させること
なく高くしてやる必要がある。もし、Nb−Ti合金フ
ィラメントの臨界電流密度が高くなれば、超電導線の断
面積を小さくすることができ、その結果、単位体積当り
のヒステリシス損失は低減できなくとも、超電導線の体
積が減少するため、機器全体の損失も減少することにな
る。
【0012】この発明の目的は、上記した従来の超電導
線のNb−Ti合金フィラメント周りの構造を改良し、
低ヒステリシス損失を維持しつつ、高臨界電流密度を有
する超電導線を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段および作用】この発明の要
旨は、Nb−Ti合金フィラメントの周り、また、それ
に加えてフィラメントの中心部にもNb層を配置し、こ
の周りにCu−Mn合金あるいはCu−Ni−Mn合金
を配置することにある。これにより、まずNb層でNb
−Ti合金フィラメントから滲み出してきた超電導電子
により、フィラメントの表面で磁束をピン止めして、磁
界中での臨界電流密度を上昇させ、Nb層の周りに配置
したCu−Mn合金層あるいはCu−Ni−Mn合金層
により、近接効果によるフィラメントの電気的結合を防
ぎ、ヒステリシス損失の増大を抑えている。
【0014】
【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説
明する。図1は線材の断面構造を示す断面図で、一部素
線を引き出して拡大して示している。即ち、Nb−Ti
合金素材1として、Nb−45重量%Ti材を用い、こ
のNb−Ti合金の棒を第1表に示すような被覆材2と
複合化し、それぞれ温間にて外径約29mmの押出用ビ
レットとした。この押出用ビレットをそれぞれ温間にて
外径12mmに静水圧押出をした後、それぞれ引抜伸線
し、対辺距離が1.39mmの六角断面を有するシング
ル線とした。このシングル線を所定の長さに切断したも
のを253本をそれぞれ外径が約28mmのCu−10
重量%Ni製の管4内に挿入組立てしてそれぞれ押出用
ビレットとした。この押出用ビレットをそれぞれ静水圧
押出して外径約12mmとした後、引抜伸線して対辺距
離が1.39mmの六角断面を有するサブマルチ線とし
た。
【0015】
【表1】
【0016】次に、そのサブマルチ線を所定の長さに切
断したもの198本と、このサブマルチ線と同サイズの
Cu−10重量%Ni合金被覆銅線からなるダミー線の
55本をCu−10重量%Ni合金製の管4に挿入組立
し、それぞれ押出しビレットとした。この押出しビレッ
トをそれぞれ静水圧押出して外径約12mmに加工し
た。
【0017】得られた各線材について、それぞれ数回の
引抜伸線した後、ツイスト加工し、それぞれ外径0.1
mm,Nb−Ti合金フィラメント径0.2mm,ツイ
ストピッチ0.8mmの線材とし試料とした。
【0018】第2表に、以上のようにして作製した4種
類の線材の試料の断面構成比、臨界電流密度およびSQ
UID型磁束計で測定した±0.5T1サイクル当たり
のヒステリシス損失を示した。
【0019】
【表2】
【0020】臨界電流密度は試料番号4−試料番号3−
試料番号2−試料番号1の順で増加し、試料番号1の
0.5Tでの臨界電流密度は試料番号4の約1.7倍に
達した。一方、ヒステリシス損失は試料番号4−試料番
号3−試料番号2−試料番号1の順で増加し、試料番号
1のヒステリシス損失は試料番号4の約1.5倍となっ
た。
【0021】以上の結果から、試料番号1は高い電流密
度を有するが、ヒステリシス損失は試料番号2,試料番
号3に関しては両者(試料番号1と試料番号4)の中間
の値をとることが分かった。
【0022】次に、図3(B)に示すように、Nb−T
i合金フィラメント11の中心部にもNb層12を配置
した構造を有する線材を形成した。この線材についても
同様に測定した結果、フィラメント11の周りのみにN
b層12を配置した図3(A)に示す上記構造のものに
比べ10%ほどヒシテリシス損失が増加したが、ほぼ同
様の結果がえられた。
【0023】この発明の変形例として、上記の実施例で
の試料番号2にあたるNb層を銅に置き換えるものを作
製した。また、実施例でのNb層を4.2K以上の臨界
温度をもつ金属、例えば、バナジウム(V)、鉛(P
b)などで置き換えたものでもよい。これらの場合も実
施例とほぼ同様の結果がえられた。以上の他に、超電導
電子が滲み出し易いもの、低抵抗金属でNb層と置き換
えたものでもほぼ同様の結果がえられた。
【0024】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明のNb−
Ti合金超電導線材によれば、Nb−Ti合金フィラメ
ントの周りに配置した場合、Nb層の代わりにCu−N
i合金層やCu−Ni−Mn合金層を配置するよりも、
高い臨界電流密度が得られた。しかも、臨界電流密度の
増加率が単位体積当たりのヒステリシス損失の増加率を
上回るために、同一長さで同じ臨界電流密度を有する超
電導線を試料番号1と試料番号2で作製した場合、試料
番号1の構造を有する超電導線のほうが線材の断面積を
小さくでき、なおかつ線材全体のヒステリシス損失も小
さくできる。また、断面積が小さいということは、超電
導線の使用量も少なくて済み、線材の冷却能力も向上す
る。その上、結合損失、渦電流損失は、線の直径に比例
するために、結合損失および渦電流損失も小さくするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のNb−Ti合金超電導線材の一実施
例の構成を示す断面図、
【図2】(A),(B),(C)は、直流用と交流用の
フィラメントサイズの違いを説明するための断面図、
【図3】(A)(B)は、実施例のフィラメントの構成
を示す断面図である。
【符号の説明】
1,11 Nb−Ti合金フィラメント 2,12 Nb層,Cu層,V層,Pb層 3 シングル線 4 Cu−10重量%Ni−1重量%Mnの管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu/Cu−Ni合金/Cu−Mn合金
    /Nb−Ti合金またはCu/Cu−Ni合金/Cu−
    Ni−Mn合金/Nb−Ti合金から構成される超電導
    線材において、Nb−Ti合金フィラメント周りに配置
    されたCu−Mn合金層またはCu−Ni−Mn合金層
    の内側にNb層を配置してなることを特徴とするNb−
    Ti合金超電導線材。
  2. 【請求項2】上記の超電導線材において、Nb−Ti合
    金フィラメントの中心部にもNb層を配置し、中心部か
    らNb/Nb−Ti合金/Nb/Cu−Ni−Mn合金
    という構造にしたことを特徴とする請求項1記載のNb
    −Ti合金超電導線材。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110491597A (zh) * 2019-07-31 2019-11-22 西部超导材料科技股份有限公司 一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法
CN119361237A (zh) * 2024-12-24 2025-01-24 西北工业大学 一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法

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