JPH09129045A - NbTi系超電導撚線 - Google Patents

NbTi系超電導撚線

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JPH09129045A
JPH09129045A JP7285942A JP28594295A JPH09129045A JP H09129045 A JPH09129045 A JP H09129045A JP 7285942 A JP7285942 A JP 7285942A JP 28594295 A JP28594295 A JP 28594295A JP H09129045 A JPH09129045 A JP H09129045A
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stranded wire
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史一 細野
Shoji Inaba
彰司 稲葉
Masahiro Kiyofuji
雅宏 清藤
Shuji Sakai
修二 酒井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】結合損失を低減し、かつ安定性が良好なNbT
i系超電導撚線を提供することにある。 【解決手段】安定化銅に多数の超電導フィラメントが内
蔵された超電導素線の複数を撚合せてなるNbTi系超
電導撚線における超電導フィラメントの周りと、フィラ
メント群と安定化銅の間に夫々Cu−Ni系合金を配置
する。この場合、フィラメント群と安定化銅の間に配置
されたCu−Ni系合金の方が超電導フィラメントの周
りに配置されたCu−Ni系合金よりNi濃度が高いも
のを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は多数のNbTi系超
電導フィラメントが内蔵された超電導素線の複数を撚合
せてなる超電導撚線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的なNbTi系超電導撚線の素線構
造は、CuとNbTi系超電導体との複合線材であり、
その製造工程はCu/NbTi複合シングルビレットを
押出し加工したものを伸線加工し、それを複数本Cu管
内に組込み、再度押出しした後、時効熱処理と伸線加工
を繰返し、所定の寸法に仕上げる。
【0003】また、交流損失の低減、特に超電導フィラ
メント間の結合損失の低減を目的として、各種の構造の
NbTi系超電導線材が製造されている。その具体的な
技術として、例えばシングル線の構造がCu−Ni/C
u/NbTiの3層構造となったもの、Cu−Mn系合
金を安定化銅フィラメント群の中間に介在させたものが
知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記の前者の例である
と、線材の縦抵抗値が小さくなりフィラメント間の結合
損失が大きくなる。また後者の構造をとると、構造が複
雑になりコスト面で工業的にメリットが出ないばかりで
なく、熱伝導率が悪くなり安定性マージンが小さくな
る。
【0005】本発明の目的は、結合損失を低減し、かつ
安定性が良好なNbTi系超電導撚線を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、NbT
i系超電導素線における超電導フィラメント群と安定化
銅の間と、超電導フィラメントの周りに夫々高抵抗のC
u−Ni系合金材を介在させたことにある。
【0007】
【発明の実施の形態】超電導撚線のフィラメント間の結
合損失は、損失時定数に比例するため、時定数によって
結合損失の大きさが評価できる。損失時定数は以下の式
で表すことができる。この式に含まれる変数の意味を図
3に示す。以下の式から高抵抗材料を含ませることで縦
抵抗値が大きくなり、その結果損失時定数が小さくな
り、結合損失が小さくなることが判る。
【0008】τcc=μ0 (lp /2π)2 (Rf /R
O 2 [(k/ρI )+(l/ρC )+(m/ρB )+
(n/ρO )] k=(Rf 2 −RC 2 )/Rf 2 =1−l l=(RC /Rf 2 m=a1 2 (Rf 2 +S2 B 2 )・(Re 2
f 2 )/Rf 2 n=a2 2 (RB 2 +RO 2 )・(RO 2 −RB 2 )/
B 21 =Rf 2 /(Rf 2 +SRB 2 ) a2 =[a1 (1−S)RB 2 ]/(RB 2 +RO 2 ) S=[ρO (RO 2 +RB 2 )+ρB (RO 2
B 2 )]/[ρO (RO 2 +RB 2 )−ρB (RO 2
−RB 2 )] μ:真空の透磁率 lp :ツイストピッチ ρ:各部の抵抗値 また、安定化については次のような線材が望ましいとい
える。機械的若しくは熱的じょう乱が生じて超電導状態
から常電導状態になったとき、一早く冷媒である液体ヘ
リウム若しくは超臨界ヘリウムに伝熱させて超電導線材
内の温度を低下させるような構造が望ましい。
【0009】Cu−Ni系合金が素線の最外周にある場
合と安定化銅のフィラメント群との中間にある場合とで
は、仮に厚みが同じであるとしても、体積的には最外周
にある法が多くなり、結果的に熱伝導が悪くなる。更に
Cu−Ni系合金を熱伝導が良好な銅で複数に分割する
と、内部発熱が生じても分割された部分から熱が伝搬し
て線材の温度上昇を防止することができる。従って、本
発明においては超電導フィラメント群と安定化銅との間
に介在させるCu−Ni系合金は素線の断面において周
方向に連続している必要はなく、周方向に銅又は銅合金
で複数に分割された形で間隔をおいて配置されていても
差支えない。
【0010】本発明では2重にCu−Ni系合金が配置
される。その合金におけるNi濃度は0.5〜20重量
%であることが好ましい。これはNi濃度が0.5重量
%以下では抵抗値が小さく交流損失の低減は殆ど期待で
きず、又20重量%以上ではその材料の変形抵抗が大き
いため伸線過程において断線が多発するようになるため
である。
【0011】本発明において使用されるCu−Ni系合
金は、超電導フィラメント群と安定化銅の間に介在させ
る合金材と超電導フィラメントの周りに配置される合金
材とでNi濃度を異にし、前者の方が後者に比べて低濃
度であることが望ましい。
【0012】前者の好ましいNi濃度は5〜20重量%
であり、後者の好ましいNi濃度は0.5〜5重量%で
ある。
【0013】そのようなCu−Ni系合金における不純
物成分としてはFe≦0.5重量%、Mn≦1.5重量
%、P≦0.5重量%、その他の不可避的な不純物≦
0.5重量%であることが望ましい。
【0014】なお、本発明はNbTi系であれば、いか
なる組成においても適用でき、その効果を得ることがで
きる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0016】図1は、超電導撚線の例の断面を示し、多
数のNbTi系の超電導フイラメントが安定化銅で被覆
された超電導素線1が12本撚合わされて平角状に成形
されている。この撚線を構成する各素線1は図2に示す
ようにな構成となっている。すなわち、各超電導フィラ
メント2はNbTiの芯3が銅4とCu−Ni系合金5
によって被覆され、そのフィラメント群6は中心部の安
定化銅7を被覆するように配置され、その外周が安定化
銅8で覆われているが、安定化銅7、8との間には夫々
Cu−Ni系合金9が配置された構造となっている。
【0017】(実施例1)超電導フィラメント2の周り
のCu−Ni系合金5としてCu−2重量%Ni合金に
固定し、フィラメント群6と安定化銅7、8の間のCu
−Ni系合金9として表1に示すように、Ni濃度を変
化させて各種の線材を次の方法により作製した。
【0018】NbTi/Cu/Cu−Niとなる3層構
造の複合ビレットを静水圧押出しと伸線により断面六角
形のシングル線に加工した後、得られた線材を複数に切
断してその複数本を再び銅パイプ内に収容して押出しと
伸線により所定のマルチ線材とした。得られたマルチ線
を複数に切断し、その7本をCu−Ni系合金で被覆さ
れた安定化銅の棒の周囲に配置すると共に、その周囲に
Cu−Ni系合金パイプと銅パイプを被覆し、再び押出
し加工をし、伸線と時効熱処理を繰返した後、ツイスト
加工を施し、更に伸線して線径1.1mm、フィラメント
径6.0μm、フィラメント数74000本、ツイスト
ピッチ20mm<Cu/Cu−Ni/NbTiが2.5/
2.0/1.0のNbTiファインマルチ線材を作製し
た。
【0019】得られた各線材について交流損失を測定
し、その値から損失時定数を求めた。交流損失の測定は
図4に示すように、測定サンプル10となる超電導素線
をコイル状に巻き線してその外側にピックアップコイル
11を、外側にキャンセルコイル12をセットし、外周
に配置したバックグラウントセマグネット18のバック
アップ磁界を変動させることによって誘発される電圧を
ピックアップコイル11にて検出し、それを積分器14
にて磁束変換して結合損失を求める。なお、図4中、1
3は増幅器、15はデシタルメモリー・パソコン、16
はシャント抵抗、17は電源である。
【0020】測定の条件は温度4.2Kにて磁束振幅を
1Tとして行った。
【0021】かくして得られた値から次の式を用いて損
失時定数を求めた。
【0022】 Qc=Bm2/2μ0 [τC /(τC +τp )] ここで、Qc[J]:結合損失、Bm[T]:最大磁
界、μ0 [−]:真空の透磁率、τC [s]:線材の損
失時定数、τp [s]:バックグラウンド磁界の遮断時
定数である。
【0023】その結果を表1に併せて示す。この結果か
らフィラメント群と安定化銅の間のCu−Ni系合金中
のNi濃度が5重量%以上のとき線材の結合損失が大幅
に低減できることが判る。
【0024】
【表1】
【0025】(実施例2)フィラメント群と安定化銅の
間のCu−Ni系合金をCu−10重量%Ni合金と
し、超電導フィラメント周りのCu−Ni系合金のNi
濃度を表2に示すように変化させた以外は実施例1と同
様にして各種の線材を作製した。
【0026】その後、各線材について図1に示すような
12本撚りのラザフォード型撚線導体とし、各導体の安
定性マージンを求めた。
【0027】安定性マージンの測定は、図5に示すよう
に、測定サンプルとなる導体に巻き付けられた誘導ヒー
タLoによって、そのときに発生する交流磁界によって
共振器から発信される交流電流が流され、サンプルに外
部からエネルギーガ投入される方法によった。測定の条
件は、温度4.2K、通電電流1kA、外部磁界5Tで
ある。
【0028】超電導導体のサンプルがクエンチしない限
界の投入エネルギーヲ安定性マージンと呼び、通常、単
位素線体積当たりのエネルギー量を表す。
【0029】その結果を表2に併せて示す。この結果か
ら、Cu−Ni系合金中のNi濃度が5重量%のとき純
銅の場合と殆ど変わらず、これ以上になると安定性マー
ジンが極度に低下することが判る。
【0030】
【表2】
【0031】(実施例3)超電導フィラメントの周りの
Cu−Ni系合金をCu−1重量%Ni合金とし、実施
例1と同様にしてサブマルチ線を得た。その後、ファイ
ンマルチ線用の複合ビレットを組み立てる際、Cu−N
i系合金パイプの代りに断面6角形の細いCu−10重
量%Ni合金線を用い、それをフィラメント群の外周に
配列し、その2/3を断面6角形の同寸法の銅線で置き
換えることにより、Cu−10重量%Ni合金線を外周
の4箇所に等分配置した。
【0032】このようにして組み立てた複合ビレットを
用いて実施例1と同様にしてファインマルチ線を作製し
た。その後、その線材を図1に示すような12本撚りの
ラザフォード型撚線導体として実施例2と同様にして安
定性マージンを求めた。
【0033】その結果、フィラメント群と安定化銅の間
に介在させるCu−Ni系合金を分割した場合、分割し
ない場合の670に対し、約2倍高い1210の安定性
マージン(mJ/cc-strand)が得られた。
【0034】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば線材のフィラメント間の結合損失を低減し、かつ安定
性が良好なNbTi系超電導撚線を得ることができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超電導撚線の一実施例を示す断面
図。
【図2】本発明に係る超電導撚線の素線の断面構成を示
す図。
【図3】線材の損失時定数を求めるときのモデルを示す
図。
【図4】交流損失の測定方法を示す概念図。
【図5】安定性マージンの測定方法を示す概念図。
【符号の説明】 1 超電導素線 2 超電導フィラメント 4 銅 5、9 Cu−Ni系合金 6 フィラメント群 7、8 安定化銅
フロントページの続き (72)発明者 酒井 修二 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】安定化銅に多数の超電導フィラメントが内
    蔵された超電導素線の複数を撚合せてなるNbTi系超
    電導撚線において、超電導フィラメントの周りと、フィ
    ラメント群と安定化銅の間に夫々Cu−Ni系合金を配
    置してなることを特徴とするNbTi系超電導撚線。
  2. 【請求項2】フィラメント群と安定化銅の間に配置され
    たCu−Ni系合金の方が超電導フィラメントの周りに
    配置されたCu−Ni系合金よりNi濃度が高いことを
    特徴とする請求項1に記載のNbTi系超電導撚線。
  3. 【請求項3】フィラメント群と安定化銅の間に配置され
    たCu−Ni系合金のNi濃度が5〜20重量%である
    請求項1又は請求項2に記載のNbTi系超電導撚線。
  4. 【請求項4】超電導フィラメントの周りに配置されたC
    u−Ni系合金のNi濃度が5重量%以下である請求項
    1、請求項2又は請求項3に記載のNbTi系超電導撚
    線。
  5. 【請求項5】フィラメント群と安定化銅の間に配置され
    たCu−Ni系合金が超電導素線の周方向に複数に分割
    されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
    か1に記載のNbTi系超電導撚線。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007311341A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 General Electric Co <Ge> 超伝導マグネット向けの低ac損失超伝導体及びその製作方法
JP2019119929A (ja) * 2017-12-27 2019-07-22 住友電気工業株式会社 銅合金線

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007311341A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 General Electric Co <Ge> 超伝導マグネット向けの低ac損失超伝導体及びその製作方法
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