JPH08190817A - 超電導装置および超電導装置に用いられる永久電流スイッチ素子およびその超電導線材並びに超電導線材の製造方法 - Google Patents
超電導装置および超電導装置に用いられる永久電流スイッチ素子およびその超電導線材並びに超電導線材の製造方法Info
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- JPH08190817A JPH08190817A JP7000656A JP65695A JPH08190817A JP H08190817 A JPH08190817 A JP H08190817A JP 7000656 A JP7000656 A JP 7000656A JP 65695 A JP65695 A JP 65695A JP H08190817 A JPH08190817 A JP H08190817A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】電磁気的安定性に優れ、かつ超電導状態が破れ
たときの線材の抵抗値を大きくすることが可能で信頼性
の高い永久電流スイッチに用いられる超電導線材を提供
する。 【構成】電気比抵抗の大きな線状母材2中に超電導フィ
ラメント1が埋め込まれて形成されている超電導線材に
おいて、前記線状母材2の電気比抵抗を10μΩcm以
上となし、かつその外周に電気比抵抗が0.1μΩcm
以下の低抵抗母材3を被覆し、さらにその外周に絶縁被
覆5を形成させ、かつこの線材の常電導状態での電気比
抵抗がこの線材の長手方向で平均値が1μΩcm以上と
なるように形成した。すなわち具体的には、線状母材2
の外周に、電気比抵抗の小さい金属製被覆3を設けると
ともに、この金属製被覆3を線状母材の長手方向に不連
続に形成するようにした。
たときの線材の抵抗値を大きくすることが可能で信頼性
の高い永久電流スイッチに用いられる超電導線材を提供
する。 【構成】電気比抵抗の大きな線状母材2中に超電導フィ
ラメント1が埋め込まれて形成されている超電導線材に
おいて、前記線状母材2の電気比抵抗を10μΩcm以
上となし、かつその外周に電気比抵抗が0.1μΩcm
以下の低抵抗母材3を被覆し、さらにその外周に絶縁被
覆5を形成させ、かつこの線材の常電導状態での電気比
抵抗がこの線材の長手方向で平均値が1μΩcm以上と
なるように形成した。すなわち具体的には、線状母材2
の外周に、電気比抵抗の小さい金属製被覆3を設けると
ともに、この金属製被覆3を線状母材の長手方向に不連
続に形成するようにした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導装置および超電
導装置に使用される永久電流スイッチ素子および永久電
流スイッチ素子の超電導線材に関するものである。
導装置に使用される永久電流スイッチ素子および永久電
流スイッチ素子の超電導線材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、MRI(磁気共鳴イメージング医
療診断システム)や物性研究用磁場発生装置などに使用
される永久電流モードで運転される超電導マグネットで
は、永久電流スイッチが使用される。超電導マグネット
を永久電流モードで運転すると、励磁電源を切り離すこ
とができるので電力供給なしに電磁石として使用でき
る。また、MRI用あるいは物性研究用の超電導マグネ
ットでは、永久電流モードにすると磁場変動の非常に小
さな安定な磁場を得ることができ、高精度の測定が可能
となる。
療診断システム)や物性研究用磁場発生装置などに使用
される永久電流モードで運転される超電導マグネットで
は、永久電流スイッチが使用される。超電導マグネット
を永久電流モードで運転すると、励磁電源を切り離すこ
とができるので電力供給なしに電磁石として使用でき
る。また、MRI用あるいは物性研究用の超電導マグネ
ットでは、永久電流モードにすると磁場変動の非常に小
さな安定な磁場を得ることができ、高精度の測定が可能
となる。
【0003】これら装置に用いられる永久電流スイッチ
としては、超電導線の温度をヒータで変化させて、超電
導状態(ON状態)と常電導状態(OFF状態)を切り
換える熱式、超電導線の臨界電流以上に電流を流して超
電導状態を破る電流式、あるいは超電導線に臨界磁場以
上の磁場を印加して超電導状態を破る磁場式などのスイ
ッチが知られている。
としては、超電導線の温度をヒータで変化させて、超電
導状態(ON状態)と常電導状態(OFF状態)を切り
換える熱式、超電導線の臨界電流以上に電流を流して超
電導状態を破る電流式、あるいは超電導線に臨界磁場以
上の磁場を印加して超電導状態を破る磁場式などのスイ
ッチが知られている。
【0004】これら永久電流スイッチのうち、熱式の永
久電流スイッチを組み込んだ場合を例に、その運転方法
を説明すると、永久電流モードで磁場発生を行うには、
まず超電導コイル両端を短絡するように接続された永久
電流スイッチをOFFにした状態で、励磁電源から超電
導コイルに電流を流す。所定の発生磁場となったら永久
電流スイッチをONし、励磁電源の電流をゼロとする。
この状態で超電導コイルと永久電流スイッチとの閉回路
に電流が流れ続け永久電流モードとなる。
久電流スイッチを組み込んだ場合を例に、その運転方法
を説明すると、永久電流モードで磁場発生を行うには、
まず超電導コイル両端を短絡するように接続された永久
電流スイッチをOFFにした状態で、励磁電源から超電
導コイルに電流を流す。所定の発生磁場となったら永久
電流スイッチをONし、励磁電源の電流をゼロとする。
この状態で超電導コイルと永久電流スイッチとの閉回路
に電流が流れ続け永久電流モードとなる。
【0005】このように永久電流スイッチには、コイル
励磁時に永久電流スイッチ自体に電流が流れないように
OFF状態での高抵抗性を持たせる必要がある。そのた
め一般には、例えばNb−Ti超電導フィラメントを高
電気比抵抗のCu−Ni合金母材に埋め込んだ構造の数
十m長の超電導線材をコイル状に巻いて用いられる。こ
のとき、ヒータ線を共に巻き込み樹脂で含浸して作られ
る。
励磁時に永久電流スイッチ自体に電流が流れないように
OFF状態での高抵抗性を持たせる必要がある。そのた
め一般には、例えばNb−Ti超電導フィラメントを高
電気比抵抗のCu−Ni合金母材に埋め込んだ構造の数
十m長の超電導線材をコイル状に巻いて用いられる。こ
のとき、ヒータ線を共に巻き込み樹脂で含浸して作られ
る。
【0006】また、超電導コイルと永久電流スイッチと
の接続には、半田を用いて極力低電気抵抗となるように
したり、超電導フィラメントを相互にスポット熔接で超
電導接続したり細かい点にまで注意が払われている。
の接続には、半田を用いて極力低電気抵抗となるように
したり、超電導フィラメントを相互にスポット熔接で超
電導接続したり細かい点にまで注意が払われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この種永久電流スイッ
チの不安定性の原因は現状では必ずしも明確になっては
いないが、その原因として、使用する超電導線の母材が
高電気比抵抗のCu−Ni合金であるために、フラック
スジャンプによる電磁気的不安定性が大きいこと、ある
いは超電導フィラメント間の電流分布に偏りがあり外部
からの擾乱により電流再配分時にジュール発熱してクエ
ンチすることなどが考えられている。
チの不安定性の原因は現状では必ずしも明確になっては
いないが、その原因として、使用する超電導線の母材が
高電気比抵抗のCu−Ni合金であるために、フラック
スジャンプによる電磁気的不安定性が大きいこと、ある
いは超電導フィラメント間の電流分布に偏りがあり外部
からの擾乱により電流再配分時にジュール発熱してクエ
ンチすることなどが考えられている。
【0008】磁場発生用の超電導マグネットなどに採用
されている超電導線材の不安定性をなくす方法として、
従来においては電気比抵抗の小さなCuを内蔵させた
り、また被覆させたりする方法が採られ、超電導マグネ
ットの線材では大きな効果を秦している。
されている超電導線材の不安定性をなくす方法として、
従来においては電気比抵抗の小さなCuを内蔵させた
り、また被覆させたりする方法が採られ、超電導マグネ
ットの線材では大きな効果を秦している。
【0009】しかし、永久電流スイッチ素子では、超電
導状態が破れたときの抵抗値を大きくする必要があるこ
とから、前述した対策と同様にCuを内蔵させたり、あ
るいは被覆したりすると、素子の抵抗値が大幅に低下し
永久電流スイッチの機能が損なわれ不安定要因の一つと
なるので、このような対策は採ることができない。この
ため、このような不安定性を改善するために従来、接続
部を含めて捲き線が動かないように固定したり、裕度を
持たすため永久電流スイッチを複数個並列で使用した
り、種々の方策が採られていたが、必ずしも十分には解
決されていなかった。
導状態が破れたときの抵抗値を大きくする必要があるこ
とから、前述した対策と同様にCuを内蔵させたり、あ
るいは被覆したりすると、素子の抵抗値が大幅に低下し
永久電流スイッチの機能が損なわれ不安定要因の一つと
なるので、このような対策は採ることができない。この
ため、このような不安定性を改善するために従来、接続
部を含めて捲き線が動かないように固定したり、裕度を
持たすため永久電流スイッチを複数個並列で使用した
り、種々の方策が採られていたが、必ずしも十分には解
決されていなかった。
【0010】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、前記した問題点を無くし線材の電
磁気的安定性に優れ、かつ超電導状態が破れたときの線
材の長手方向の抵抗値を大きくすることが可能で信頼性
の高いこの種永久電流スイッチおよびそれに用いられる
超電導線材を提供するにある。
目的とするところは、前記した問題点を無くし線材の電
磁気的安定性に優れ、かつ超電導状態が破れたときの線
材の長手方向の抵抗値を大きくすることが可能で信頼性
の高いこの種永久電流スイッチおよびそれに用いられる
超電導線材を提供するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電気
比抵抗の大きな線状母材中に超電導フィラメントが埋め
込まれて形成されている超電導線材において、前記線状
母材の電気比抵抗を10μΩcm以上となし、かつその
外周に電気比抵抗が0.1μΩcm以下の低抵抗母材を
被覆し、さらにその外周に絶縁被覆を形成させ、かつこ
の線材の常電導状態での電気比抵抗がこの線材の長手方
向で平均値が1μΩcm以上となるように形成し初期の
目的を達成するようにしたものである。
比抵抗の大きな線状母材中に超電導フィラメントが埋め
込まれて形成されている超電導線材において、前記線状
母材の電気比抵抗を10μΩcm以上となし、かつその
外周に電気比抵抗が0.1μΩcm以下の低抵抗母材を
被覆し、さらにその外周に絶縁被覆を形成させ、かつこ
の線材の常電導状態での電気比抵抗がこの線材の長手方
向で平均値が1μΩcm以上となるように形成し初期の
目的を達成するようにしたものである。
【0012】すなわち具体的には、前記線状母材の外周
に、電気比抵抗の小さい金属製被覆を設けるとともに、
この金属製被覆を線状母材の長手方向に不連続に形成す
るようになしたものである。
に、電気比抵抗の小さい金属製被覆を設けるとともに、
この金属製被覆を線状母材の長手方向に不連続に形成す
るようになしたものである。
【0013】また、化合物系の超電導フィラメントを構
成要素とする場合には、少なくとも電気比抵抗の大きな
母材中に超電導フィラメントが埋め込まれ、この母材の
外周に拡散障壁材を構成させた構造の超電導線材におい
て、この拡散障壁材の外周に電気比抵抗の小さい金属製
被覆を該線材の長さ方向に不連続に構成させ、その外周
に絶縁被覆を形成させるようにしたものである。
成要素とする場合には、少なくとも電気比抵抗の大きな
母材中に超電導フィラメントが埋め込まれ、この母材の
外周に拡散障壁材を構成させた構造の超電導線材におい
て、この拡散障壁材の外周に電気比抵抗の小さい金属製
被覆を該線材の長さ方向に不連続に構成させ、その外周
に絶縁被覆を形成させるようにしたものである。
【0014】また、永久電流モードで運転する超電導装
置の永久電流スイッチに使用される超電導線として、電
気比抵抗の大きな母材中に超電導フィラメントが埋め込
まれた構造の超電導線材を用いたものにおいて、この母
材の外周に電気比抵抗の小さい金属製被覆を線材の長さ
方向に不連続に構成させ、その外周に絶縁被覆を形成さ
せた超電導線材としたものである。
置の永久電流スイッチに使用される超電導線として、電
気比抵抗の大きな母材中に超電導フィラメントが埋め込
まれた構造の超電導線材を用いたものにおいて、この母
材の外周に電気比抵抗の小さい金属製被覆を線材の長さ
方向に不連続に構成させ、その外周に絶縁被覆を形成さ
せた超電導線材としたものである。
【0015】
【作用】すなわちこのように形成された超電導線材にお
いて、常電導状態における単位長さ(L)当りの合成抵
抗(R)は、式1で示されるように、各構成要素の断面
積(S)と比抵抗値(ρ)とから求められる。
いて、常電導状態における単位長さ(L)当りの合成抵
抗(R)は、式1で示されるように、各構成要素の断面
積(S)と比抵抗値(ρ)とから求められる。
【0016】
【数1】 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn …(1) ここで、
【0017】
【数2】 Rn = ρn ・ L/Sn …(2) 例として、Cu−30%Niの高抵抗母材中に、Nb−
46.5%Tiの超電導フィラメントが埋め込まれた線
材について計算する。母材と超電導フィラメントの断面
積比を2:1とすると、母材の比抵抗が3.6x10-5
Ωcm、臨界温度直上での超電導体の常電導比抵抗が6
x10-5Ωcmであるので、直径が0.5mmの線材1
cm長さ当りの抵抗は2.1x10-2Ωとなる。これを
線材全断面で規格化したなど価比抵抗を求めると、4.
2x10-5Ωcmとなる。したがって、永久電流スイッ
チとして常電導状態でのスイッチ抵抗をたとえば50Ω
にするときには約25m長さの線材を必要とする。
46.5%Tiの超電導フィラメントが埋め込まれた線
材について計算する。母材と超電導フィラメントの断面
積比を2:1とすると、母材の比抵抗が3.6x10-5
Ωcm、臨界温度直上での超電導体の常電導比抵抗が6
x10-5Ωcmであるので、直径が0.5mmの線材1
cm長さ当りの抵抗は2.1x10-2Ωとなる。これを
線材全断面で規格化したなど価比抵抗を求めると、4.
2x10-5Ωcmとなる。したがって、永久電流スイッ
チとして常電導状態でのスイッチ抵抗をたとえば50Ω
にするときには約25m長さの線材を必要とする。
【0018】ところで、線材の安定性を向上させるため
に安定化材として電気比抵抗の低いCuを構成させたケ
ースを考えてみる。前述の線材において、Cu−Ni母
材の四分の一をCuに置き換えた線材で試算してみる。
Cuの電気比抵抗は2x10-8Ωcmで、Cu−30%
Niの1800分の1であり、そのために合成抵抗も線
材1cm長さ当り、6x10-5Ωと小さくなり、50Ω
のスイッチ抵抗を得るには約8kmの線材長となり実質
上永久電流スイッチを得ることができない。
に安定化材として電気比抵抗の低いCuを構成させたケ
ースを考えてみる。前述の線材において、Cu−Ni母
材の四分の一をCuに置き換えた線材で試算してみる。
Cuの電気比抵抗は2x10-8Ωcmで、Cu−30%
Niの1800分の1であり、そのために合成抵抗も線
材1cm長さ当り、6x10-5Ωと小さくなり、50Ω
のスイッチ抵抗を得るには約8kmの線材長となり実質
上永久電流スイッチを得ることができない。
【0019】本発明では、長さ方向でCuを分断する。
したがって、単位長さ当りの線材の抵抗値(R)は式
(3)で示すように、Cuを構成させた部分の抵抗(R
11)とCuを構成させない部分の抵抗(R22)との
和で示される。
したがって、単位長さ当りの線材の抵抗値(R)は式
(3)で示すように、Cuを構成させた部分の抵抗(R
11)とCuを構成させない部分の抵抗(R22)との
和で示される。
【0020】
【数3】 R = R11 + R22 …(3) すなわち、前述のCuを構成した部分とCuを構成させ
ない部分が線材の長さ方向に直列で接続されていること
になり、単位長さ当りの抵抗は1.1x10-2Ωとな
る。スイッチ抵抗をたとえば50Ωにするときには約5
0m長さの線材を必要とし、これはCuを構成させない
ときの2倍であるが、線材としてはCuを構成させてあ
るので電磁気的に安定性が大幅に向上するので、効果的
に機能する永久電流スイッチとすることが可能となるの
である。
ない部分が線材の長さ方向に直列で接続されていること
になり、単位長さ当りの抵抗は1.1x10-2Ωとな
る。スイッチ抵抗をたとえば50Ωにするときには約5
0m長さの線材を必要とし、これはCuを構成させない
ときの2倍であるが、線材としてはCuを構成させてあ
るので電磁気的に安定性が大幅に向上するので、効果的
に機能する永久電流スイッチとすることが可能となるの
である。
【0021】また、この永久電流スイッチを超電導装置
に採用することにより、電磁気的な不安定性が解決さ
れ、安定で信頼性の高いものとすることができるのであ
る。
に採用することにより、電磁気的な不安定性が解決さ
れ、安定で信頼性の高いものとすることができるのであ
る。
【0022】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。
に説明する。
【0023】〔実施例1〕、図7はその超電導線材を破
断して示すもので、超電導線材は電気比抵抗の大きな線
状母材2中に超電導フィラメント1が埋め込まれて形成
されている。この線状母材2の電気比抵抗は10μΩc
m以上となるようになされている。またその外周に電気
比抵抗が0.1μΩcm以下の低抵抗母材3が被覆され
ている。
断して示すもので、超電導線材は電気比抵抗の大きな線
状母材2中に超電導フィラメント1が埋め込まれて形成
されている。この線状母材2の電気比抵抗は10μΩc
m以上となるようになされている。またその外周に電気
比抵抗が0.1μΩcm以下の低抵抗母材3が被覆され
ている。
【0024】ここで重要なことは、線状母材2に被覆さ
れている低抵抗母材3は、この線材全体の常電導状態で
の電気比抵抗が、この線材の長手方向で平均値が1μΩ
cm以上となるようにその長手方向に対し大きな抵抗を
もつように形成されているのである。低抵抗母材3の外
周には、絶縁被覆5が形成されている。
れている低抵抗母材3は、この線材全体の常電導状態で
の電気比抵抗が、この線材の長手方向で平均値が1μΩ
cm以上となるようにその長手方向に対し大きな抵抗を
もつように形成されているのである。低抵抗母材3の外
周には、絶縁被覆5が形成されている。
【0025】超電導線材がこのように形成されると、線
状母材2の外周には電気比抵抗が0.1μΩcm以下の
低抵抗母材3が被覆されていることから、線材の電磁気
的安定性に優れたものとなり、さらにこの線材の常電導
状態での電気比抵抗が線材の長手方向で平均値が1μΩ
cm以上となるように形成されているので、超電導状態
が破れたときの線材の長手方向の抵抗値を大きくするこ
とが可能であり、したがって電磁気的に安定で信頼性の
高いスイッチ素子とすることができる。
状母材2の外周には電気比抵抗が0.1μΩcm以下の
低抵抗母材3が被覆されていることから、線材の電磁気
的安定性に優れたものとなり、さらにこの線材の常電導
状態での電気比抵抗が線材の長手方向で平均値が1μΩ
cm以上となるように形成されているので、超電導状態
が破れたときの線材の長手方向の抵抗値を大きくするこ
とが可能であり、したがって電磁気的に安定で信頼性の
高いスイッチ素子とすることができる。
【0026】なお、本発明において使用する超電導体と
しては、従来から使用されているNb−Tiなどの合金
系材料、NbSnやNbAlなどの化合物系材料が使用
される。高抵抗母材には、使用する超電導材料との組合
せ、あるいは製造プロセスとの組合せで適切な材料が選
択される。例えば、Nb−Ti超電導体を用いた場合に
はCu−Ni合金が一般的であり、NbSnの場合に
は、ブロンズ法で製造するときにはCu−Sn合金が望
ましい。
しては、従来から使用されているNb−Tiなどの合金
系材料、NbSnやNbAlなどの化合物系材料が使用
される。高抵抗母材には、使用する超電導材料との組合
せ、あるいは製造プロセスとの組合せで適切な材料が選
択される。例えば、Nb−Ti超電導体を用いた場合に
はCu−Ni合金が一般的であり、NbSnの場合に
は、ブロンズ法で製造するときにはCu−Sn合金が望
ましい。
【0027】NbAlの場合、ジェリーロール法ではC
u−Ni合金が使用できるが、Nbチューブ法ではN
b、Taなどの金属あるいはそれらを基体とする合金を
用いることもできる。いずれの場合でも高抵抗母材の電
気比抵抗は1μΩcm以上であれば差しつかえない。
u−Ni合金が使用できるが、Nbチューブ法ではN
b、Taなどの金属あるいはそれらを基体とする合金を
用いることもできる。いずれの場合でも高抵抗母材の電
気比抵抗は1μΩcm以上であれば差しつかえない。
【0028】低抵抗母材としては、超電導線材において
電磁気的安定性を向上させる目的で構成させるので、電
気比抵抗は小さいほど望ましく、Cu、Ag、Alなど
の金属が用いられる。さらに、本発明の超電導線材の製
造方法として、高抵抗母材中に超電導体が埋め込まれ、
その外周に低抵抗金属を構成させた複合体を作り、細線
化した後、低抵抗金属層が線材の長手方向に例えば不連
続に構成されるように溶解除去し、絶縁被覆をしてから
なる製造方法、あるいは、高抵抗母材中に超電導体が埋
め込まれた複合体を作り、細線化した後、低抵抗金属層
が線材の長手方向に不連続に構成されるように被覆処理
し、絶縁被覆してからなる製造方法を採用する。
電磁気的安定性を向上させる目的で構成させるので、電
気比抵抗は小さいほど望ましく、Cu、Ag、Alなど
の金属が用いられる。さらに、本発明の超電導線材の製
造方法として、高抵抗母材中に超電導体が埋め込まれ、
その外周に低抵抗金属を構成させた複合体を作り、細線
化した後、低抵抗金属層が線材の長手方向に例えば不連
続に構成されるように溶解除去し、絶縁被覆をしてから
なる製造方法、あるいは、高抵抗母材中に超電導体が埋
め込まれた複合体を作り、細線化した後、低抵抗金属層
が線材の長手方向に不連続に構成されるように被覆処理
し、絶縁被覆してからなる製造方法を採用する。
【0029】なお、線材にCuを構成させると、安定性
向上に効果的であるが、このとき線材断面でのCuの構
成割合は使用目的で異なるが、母材の10%以上とする
のが望ましい。本発明の線材では、線材の常電導状態で
の電気比抵抗は線材の長手方向で平均値が1μΩcm以
上となるように形成する手段として長さ方向にCuが連
続しないように構成させるが、このとき、Cuを構成さ
せた部分とCuを構成させない部分との比率は、前記式
3に示したように線材の抵抗値に関係し、線材長の許容
範囲内であれば可能であるが、1:9以下、望ましくは
1:1前後が用いられる。また、長さとしては、1mm
乃至10mm程度の間隔であることが、長さ方向での線
材の安定性の観点から望ましい。
向上に効果的であるが、このとき線材断面でのCuの構
成割合は使用目的で異なるが、母材の10%以上とする
のが望ましい。本発明の線材では、線材の常電導状態で
の電気比抵抗は線材の長手方向で平均値が1μΩcm以
上となるように形成する手段として長さ方向にCuが連
続しないように構成させるが、このとき、Cuを構成さ
せた部分とCuを構成させない部分との比率は、前記式
3に示したように線材の抵抗値に関係し、線材長の許容
範囲内であれば可能であるが、1:9以下、望ましくは
1:1前後が用いられる。また、長さとしては、1mm
乃至10mm程度の間隔であることが、長さ方向での線
材の安定性の観点から望ましい。
【0030】また、以上の説明ではNb−Ti線材を例
に説明したが、NbSnやNbAlなどのA15型化合
物系線材にも適用できる。化合物系線材では製造プロセ
スとの関連で、ブロンズ法によるNbSn線材では高抵
抗母材がCu−Sn合金、Nbチューブ法によるNbA
l線材では高抵抗母材がNbあるいはNb合金になった
りする。化合物系線材では650℃以上で熱処理して作
ることから、Cuを構成させるときCuの汚染を避ける
ためにNbやTaあるいはそれらの合金を拡散障壁とし
て用いる。
に説明したが、NbSnやNbAlなどのA15型化合
物系線材にも適用できる。化合物系線材では製造プロセ
スとの関連で、ブロンズ法によるNbSn線材では高抵
抗母材がCu−Sn合金、Nbチューブ法によるNbA
l線材では高抵抗母材がNbあるいはNb合金になった
りする。化合物系線材では650℃以上で熱処理して作
ることから、Cuを構成させるときCuの汚染を避ける
ためにNbやTaあるいはそれらの合金を拡散障壁とし
て用いる。
【0031】本発明の線材の製造するに際しては、その
方法として大きく2種類に分けられる。ひとつは、複合
加工法によりCuを線材表面に構成して伸線加工を行
い、硝酸で部分的にCuを溶解除去して作る方法であ
る。他の一つは、伸線加工後に表面に、例えば化学メッ
キでCuを被覆して作る方法である。いずれも、製造は
容易である。通常、絶縁処理をしてからコイル巻線を行
うが、絶縁処理前に線材の長さ方向の凹凸を無くすため
に、ダイスを通して軽く加工すると効果的である。絶縁
材としては、エナメルなどの有機絶縁材が一般的である
が、化合物系線材では巻線後に高温熱処理を必要とする
場合が多く、そのときはアルミナガラスなどの無機絶縁
材が用いられる。
方法として大きく2種類に分けられる。ひとつは、複合
加工法によりCuを線材表面に構成して伸線加工を行
い、硝酸で部分的にCuを溶解除去して作る方法であ
る。他の一つは、伸線加工後に表面に、例えば化学メッ
キでCuを被覆して作る方法である。いずれも、製造は
容易である。通常、絶縁処理をしてからコイル巻線を行
うが、絶縁処理前に線材の長さ方向の凹凸を無くすため
に、ダイスを通して軽く加工すると効果的である。絶縁
材としては、エナメルなどの有機絶縁材が一般的である
が、化合物系線材では巻線後に高温熱処理を必要とする
場合が多く、そのときはアルミナガラスなどの無機絶縁
材が用いられる。
【0032】〔実施例2〕、本発明の他の実施例を図1
により説明する。この図は、本発明の実施例による超電
導線材の模式図である。超電導フィラメント1が高抵抗
母材2に埋め込まれ、外周に低抵抗金属被覆3が線材の
長手方向に不連続に構成されている。絶縁被覆5が最外
周に施されている。この模式図では絶縁被覆を透かして
記述してある。
により説明する。この図は、本発明の実施例による超電
導線材の模式図である。超電導フィラメント1が高抵抗
母材2に埋め込まれ、外周に低抵抗金属被覆3が線材の
長手方向に不連続に構成されている。絶縁被覆5が最外
周に施されている。この模式図では絶縁被覆を透かして
記述してある。
【0033】本実施例では、超電導フィラメント1はφ
10μmのNb−56.5%Ti合金を955本とし
た。高抵抗母材2にはCu−30%Ni合金を用い、母
材と超電導体の断面積比を1.5とした。図4の製造プ
ロセスを用い、低抵抗金属被覆3として、Cuメッキに
より50μm厚みで形成させ。Cuメッキ部の長さが5
mm、Cuメッキの無い部分の長さが5mmとし、ダイ
スを通して外直径を0.5mmにした。絶縁5にはポリ
イミドを用い、20μm厚みとした。
10μmのNb−56.5%Ti合金を955本とし
た。高抵抗母材2にはCu−30%Ni合金を用い、母
材と超電導体の断面積比を1.5とした。図4の製造プ
ロセスを用い、低抵抗金属被覆3として、Cuメッキに
より50μm厚みで形成させ。Cuメッキ部の長さが5
mm、Cuメッキの無い部分の長さが5mmとし、ダイ
スを通して外直径を0.5mmにした。絶縁5にはポリ
イミドを用い、20μm厚みとした。
【0034】本発明の効果を確認するために、直径30
mmのボビンに10ターン巻きしたコイル状試料を、超
電導マグネット中にセットし磁場中での安定化電流を求
めた。比較試料としてCu被覆の無い従来線材及び母材
を全てCuとした線材を用いた。図6に結果を示すが、
横軸に印加磁場、縦軸に線材の臨界電流あるいは安定化
電流を表示した。Cu母材の試料では曲線63で臨界電
流の磁場依存性が示され、従来線材では曲線62で超電
導フィラメントの臨界電流までの通電が不可で、安定化
電流は100〜200A程度と臨界電流よりも大幅に低
下している。
mmのボビンに10ターン巻きしたコイル状試料を、超
電導マグネット中にセットし磁場中での安定化電流を求
めた。比較試料としてCu被覆の無い従来線材及び母材
を全てCuとした線材を用いた。図6に結果を示すが、
横軸に印加磁場、縦軸に線材の臨界電流あるいは安定化
電流を表示した。Cu母材の試料では曲線63で臨界電
流の磁場依存性が示され、従来線材では曲線62で超電
導フィラメントの臨界電流までの通電が不可で、安定化
電流は100〜200A程度と臨界電流よりも大幅に低
下している。
【0035】本発明の線材では4T以上の磁場中では臨
界電流まで通電でき、低磁場領域での安定化電流も従来
線材のおおよそ倍の値が得られた。したがって、本発明
の線材では不安定性が大幅に改善されていることが分か
る。
界電流まで通電でき、低磁場領域での安定化電流も従来
線材のおおよそ倍の値が得られた。したがって、本発明
の線材では不安定性が大幅に改善されていることが分か
る。
【0036】〔実施例3〕、図2に本発明による超電導
線材の他の実施例を示す。超電導フィラメント11が高
抵抗母材22に埋め込まれ、外周に低抵抗金属被覆3が
線材の長手方向に不連続に構成されている。絶縁被覆5
が最外周に施されている。この模式図でも絶縁被覆を透
かして記述してある。本実施例では、超電導フィラメン
ト11はφ3μmのNbSnフィラメンを14,000
本とした。高抵抗母材22にはCu−Sn合金を用い、
母材と超電導体の断面積比を1.5とした。
線材の他の実施例を示す。超電導フィラメント11が高
抵抗母材22に埋め込まれ、外周に低抵抗金属被覆3が
線材の長手方向に不連続に構成されている。絶縁被覆5
が最外周に施されている。この模式図でも絶縁被覆を透
かして記述してある。本実施例では、超電導フィラメン
ト11はφ3μmのNbSnフィラメンを14,000
本とした。高抵抗母材22にはCu−Sn合金を用い、
母材と超電導体の断面積比を1.5とした。
【0037】図5の製造プロセスを用い、低抵抗被覆部
処理は硝酸に線材を浸せきし、局部的にCuを溶解除去
して行った。Cu被覆部の直径は0.7mm、Cu被覆
の無い部分の直径は0.56mmである。また、Cu被
覆部の長さが5mm、Cu被覆の無い部分の長さが5m
mとした。絶縁5にはアルミナファイバーの袋編みした
厚みが0.1mmのスリーブを使用した。本実施例で
は、NbSn超電導化合物の臨界温度が17.5K、か
つ臨界磁場が24Tと高いことから、高磁場中での使用
が可能である。
処理は硝酸に線材を浸せきし、局部的にCuを溶解除去
して行った。Cu被覆部の直径は0.7mm、Cu被覆
の無い部分の直径は0.56mmである。また、Cu被
覆部の長さが5mm、Cu被覆の無い部分の長さが5m
mとした。絶縁5にはアルミナファイバーの袋編みした
厚みが0.1mmのスリーブを使用した。本実施例で
は、NbSn超電導化合物の臨界温度が17.5K、か
つ臨界磁場が24Tと高いことから、高磁場中での使用
が可能である。
【0038】〔実施例4〕、本発明による超電導線材の
他の実施例を図1を用いて説明する。超電導フィラメン
ト1が高抵抗母材2に埋め込まれ、外周に低抵抗金属被
覆3が線材の長手方向に不連続に構成されている。絶縁
被覆5が最外周に施されている。この模式図で絶縁被覆
を透かして記述してある。本実施例では、超電導フィラ
メント1はφ20μmのNbAlフィラメントを102
本とした。高抵抗母材2にはNbを用い、母材と超電導
体の断面積比を1.5とした。
他の実施例を図1を用いて説明する。超電導フィラメン
ト1が高抵抗母材2に埋め込まれ、外周に低抵抗金属被
覆3が線材の長手方向に不連続に構成されている。絶縁
被覆5が最外周に施されている。この模式図で絶縁被覆
を透かして記述してある。本実施例では、超電導フィラ
メント1はφ20μmのNbAlフィラメントを102
本とした。高抵抗母材2にはNbを用い、母材と超電導
体の断面積比を1.5とした。
【0039】図3の製造プロセスを用い、複合体組み込
みはいわゆるNbチューブ法を用い、低抵抗被覆部処理
は硝酸に線材を浸せきし、局部的にCuを溶解除去して
行った。Cu被覆部の長さが5mm、Cu被覆の無い部
分の長さが5mmとした。絶縁5には実施例2と同様ア
ルミナファイバーの袋編みした厚みが0.1mmのスリ
ーブを使用した。
みはいわゆるNbチューブ法を用い、低抵抗被覆部処理
は硝酸に線材を浸せきし、局部的にCuを溶解除去して
行った。Cu被覆部の長さが5mm、Cu被覆の無い部
分の長さが5mmとした。絶縁5には実施例2と同様ア
ルミナファイバーの袋編みした厚みが0.1mmのスリ
ーブを使用した。
【0040】以上超電導線材の例について説明してきた
が、この超電導線材を永久電流スイッチ素子および磁場
発生装置などに組み込んだ超電導応用装置に採用するよ
うにすれば、安定な信頼性の高い永久電流スイッチ素子
が得られ、また電磁気的に安定で信頼性の高い超電導装
置を得ることができる。
が、この超電導線材を永久電流スイッチ素子および磁場
発生装置などに組み込んだ超電導応用装置に採用するよ
うにすれば、安定な信頼性の高い永久電流スイッチ素子
が得られ、また電磁気的に安定で信頼性の高い超電導装
置を得ることができる。
【0041】なお、永久電流スイッチ素子の製造に際し
ては、コイル巻枠にヒータ線を巻き、その上に超電導線
材を巻き回し、ヒータおよび超電導線材に樹脂を含浸硬
化させて形成するようにする。なお、化合物系線材の場
合には、超電導線材を巻き回してから熱処理を行い、そ
の後に含浸処理を行うようにするとよい。
ては、コイル巻枠にヒータ線を巻き、その上に超電導線
材を巻き回し、ヒータおよび超電導線材に樹脂を含浸硬
化させて形成するようにする。なお、化合物系線材の場
合には、超電導線材を巻き回してから熱処理を行い、そ
の後に含浸処理を行うようにするとよい。
【0042】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、線状母材の外周に電気比抵抗の小さい金属製被覆が
設けられて低抵抗母材に構成されることから、線材の電
磁気的安定性に優れることは勿論、さらに低抵抗母材が
長手方向で不連続に構成されているので、超電導状態が
破れたときの線材の長手方向の抵抗値を大きくすること
が可能であり、したがって電磁気的に安定で信頼性の高
いこの種永久電流スイッチに用いられる超電導線材を得
ることができる。
ば、線状母材の外周に電気比抵抗の小さい金属製被覆が
設けられて低抵抗母材に構成されることから、線材の電
磁気的安定性に優れることは勿論、さらに低抵抗母材が
長手方向で不連続に構成されているので、超電導状態が
破れたときの線材の長手方向の抵抗値を大きくすること
が可能であり、したがって電磁気的に安定で信頼性の高
いこの種永久電流スイッチに用いられる超電導線材を得
ることができる。
【図1】本発明の超電導線材の一実施例を示す一部破断
斜視図である。
斜視図である。
【図2】本発明の超電導線材の他の実施例を示す一部破
断斜視図である。
断斜視図である。
【図3】本発明超電導線材の製造プロセスを説明するた
めのブロック図である。
めのブロック図である。
【図4】本発明超電導線材の製造プロセスを説明するた
めのブロック図である。
めのブロック図である。
【図5】本発明超電導線材の製造プロセスを説明するた
めのブロック図である。
めのブロック図である。
【図6】磁場と臨界電流・安定化電流との関係を示す特
性図である。
性図である。
【図7】本発明の超電導線材の他の実施例を示す一部破
断斜視図である。
断斜視図である。
1…超電導フィラメント、2…高抵抗母材、3…低抵抗
母材、4…拡散障壁、5…絶縁、11…超電導フィラメ
ント、22…高抵抗母材。
母材、4…拡散障壁、5…絶縁、11…超電導フィラメ
ント、22…高抵抗母材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧 直樹 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (12)
- 【請求項1】 電気比抵抗の大きな線状母材中に超電導
フィラメントが埋め込まれて形成されている超電導線材
において、 前記線状母材の外周に、電気比抵抗の小さい金属製被覆
を設けるとともに、該金属製被覆を線状母材の長手方向
に不連続に形成するようにしたことを特徴とする超電導
線材。 - 【請求項2】 電気比抵抗の大きな線状母材中に超電導
フィラメントが埋め込まれて形成されている超電導線材
において、 前記線状母材の外周に、該線状母材より電気比抵抗の小
さい金属製被覆を、該線状母材の外周面と接触させて設
けるとともに、該金属被覆を線状母材の長手方向に不連
続に形成し、かつその外周面に絶縁被覆を設けるように
したことを特徴とする超電導線材。 - 【請求項3】 前記高抵抗母材がCu−Niを基体とす
る合金であり、かつ前記超電導フィラメントがNb−T
iを基体とする合金系超電導体であり、かつ前記低抵抗
金属被覆がCuである請求項1若しくは2記載の超電導
線材。 - 【請求項4】 電気比抵抗の大きな線状母材中に超電導
フィラメントが埋め込まれ、かつ線状母材の外周に拡散
障壁を有する超電導線材において、 前記拡散障壁の外周に、該拡散障壁と接触させて電気比
抵抗の小さい金属製被覆を設けるとともに、該金属被覆
を線状母材の長手方向に不連続に形成し、かつその外周
に絶縁被覆を設けるようにしたことを特徴とする超電導
線材。 - 【請求項5】 前記高抵抗母材がCu−Snを基体とす
る合金からなり、前記超電導フィラメントがNbSnを
基体とする化合物系超電導体で、前記拡散障壁がTa、
Nbあるいはそれらを基体とする合金であり、かつ前記
低抵抗金属被覆がCuである請求項4記載の超電導線
材。 - 【請求項6】 前記高抵抗母材がCu−Ni、あるいは
Nbを基体とする合金からなり、かつ超電導フィラメン
トがNbAlを基体とする化合物系超電導体で、前記拡
散障壁がTa、Nbあるいはそれらを基体とする合金で
あり、かつ前記低抵抗金属被覆がCuである請求項4記
載の超電導線材。 - 【請求項7】 電気比抵抗が10μΩcm以上の高抵抗
母材中に超電導フィラメントが埋め込まれ、かつ高抵抗
母材の外周に電気比抵抗が0.1μΩcm以下の低抵抗
母材が被覆されてなる超電導線材において、 前記線材の常電導状態での電気比抵抗を、線材の長手方
向で平均値が1μΩcm以上となるように形成したこと
を特徴とする超電導線材。 - 【請求項8】 電気比抵抗が10μΩcm以上の高抵抗
母材中に超電導フィラメントが埋め込まれ、かつ高抵抗
母材の外周に電気比抵抗が0.1μΩcm以下の低抵抗
母材が被覆されてなる超電導線材において、 前記線材の常電導状態での電気比抵抗を、線材の長手方
向で平均値が1μΩcm以上となるように形成し、かつ
その外周に絶縁被覆を形成するようにしたことを特徴と
する超電導線材。 - 【請求項9】 超電導フィラメントが埋め込まれている
電気比抵抗の大きな線状母材の外周に、電気比抵抗の小
さい金属製被覆を線状母材の長手方向に不連続に形成す
るに際し、まず高抵抗母材の外周に低抵抗金属を構成さ
せた複合体を作り、細線化した後、低抵抗金属層が線材
の長手方向に不連続に構成されるように溶解除去するよ
うにしたことを特徴とする超電導線材の製造方法。 - 【請求項10】 超電導フィラメントが埋め込まれてい
る電気比抵抗の大きな線状母材の外周に、電気比抵抗の
小さい金属製被覆を線状母材の長手方向に不連続に形成
するに際し、高抵抗母材中に超電導体が埋め込まれた複
合体を作り、細線化した後、低抵抗金属層が線材の長手
方向に不連続に構成されるように被覆処理するようにし
たことを特徴とする超電導線材の製造方法。 - 【請求項11】 コイル巻枠にヒータ線および請求項
1、2、3、4、5、6若しくは7記載の超電導線材を
巻回し、前記ヒータ線および超電導線材に樹脂を含浸硬
化してなる永久電流スイッチ素子。 - 【請求項12】 請求項11記載の永久電流スイッチ素
子を備えていることを特徴とする超電導装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7000656A JPH08190817A (ja) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | 超電導装置および超電導装置に用いられる永久電流スイッチ素子およびその超電導線材並びに超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7000656A JPH08190817A (ja) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | 超電導装置および超電導装置に用いられる永久電流スイッチ素子およびその超電導線材並びに超電導線材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08190817A true JPH08190817A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11479772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7000656A Pending JPH08190817A (ja) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | 超電導装置および超電導装置に用いられる永久電流スイッチ素子およびその超電導線材並びに超電導線材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08190817A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014034295A1 (ja) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | 株式会社 日立製作所 | 伝導冷却式永久電流スイッチ、mri装置、nmr装置 |
-
1995
- 1995-01-06 JP JP7000656A patent/JPH08190817A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014034295A1 (ja) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | 株式会社 日立製作所 | 伝導冷却式永久電流スイッチ、mri装置、nmr装置 |
| US9887029B2 (en) | 2012-08-29 | 2018-02-06 | Hitachi, Ltd. | Conductive cooling-type persistent current switch, MRI apparatus and NMR apparatus |
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