JPS62148867A - 即座に試験可能な超伝導体継手 - 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】 発明の背景 本発明は超伝導体継手に関するものであって、更に詳し
く言えば、容易に試験可能な超伝導体継手に関する。

超伝導性とは、絶対零度に近い極低温下においである種
の物質が電力の損失なしに電流を流し得る性質を意味す
る。超伝導モードまたは持続モードを達成するためには
、超伝導体ワイヤを巻いた電磁石を超伝導温度にまで冷
却し、次いで外部の直流電源から電力を供給すればよい
。通例、液体ヘリウムの使用によって超伝導装置は約４
．２０Ｋに冷却される。所望の電流および磁界が設定さ
れたとき、コイル・ワイヤを連続したループの形に接続
するスイッチが閉じられて、電源が切離される。その場
合、ループ中に抵抗性要素（非超伝導性冴素）が存在し
なければ、電流および磁界は永久に一定に保たれること
になる。

上記のスイッチは、加熱されたときに常伝導状態（抵抗
性状態）となるワイヤの一部で構成されるに過ぎない。

それ故、ループを完成するためには、各磁石に対して少
なくとも１個のワイヤ間継手が必要とされる。２個以上
のコイルを含む磁石については、全てのコイルを１本の
連続したワイヤで形成することは困難もしくは不可能で
あり、従って複数の継手が必要とされる。持続モードで
は、このような継手が、磁石の動作中に磁界の作用を受
けたときに常伝導状態に変わらないようにしなければな
らない。

超伝導性電気接続の完全性を判定するために現在使用さ
れている方法に従えば、磁石コイルの継手を形成する直
前および直後に試験用継手が作成される。次いで、超伝
導環境（４，２°Ｋ）中において持続電流およびクエン
チ（ｑｕｅｎｃｈ）電流を測定することにより、かかる
試験用継手が評価される。磁石コイルを接続する直前お
よび直後に作成された試験用継手が満足すべきものであ
ることが判明した場合、その磁石コイルの接続もまた適
格なものと推定されている。磁石コイルの接続それ自体
の初期試験は、磁石システム全体を完全に組立てかつ低
温槽内に密封するまでは行われていない。したがって、
この接続に欠陥がある場合には、継手の修理を行うため
に低温槽を完全に解体しかつ磁石システムを大幅に分解
することが必要となる。なお、１．５テスラの超伝導磁
石は３５個を越える超伝導継手を存することがある。

本発明の目的の１つは、接続した直後で磁石システムの
組立て前において完全性および持続性の検査を行うこと
ができるような超伝導磁石コイル用の電気接続部を提供
することにある。

また、磁石全体を４．２″にの環境中に配置する必要な
しに完全性および持続性の検査を即座に行うことができ
るような超伝導磁石コイル用の電気接続部を提供するこ
とも本発明の目的の１つである。

発明の概要 本発明の一側面に従えば、即座に試験可能な超伝導体継
手が提供される。かかる超伝導体継手ハ、超伝導体ワイ
ヤから成る試験ループおよび２本の接続すべき超伝導体
ワイヤを含んでいて、試験ループの両端および２本の接
続すべき超伝導体ワイヤの末端が単一の継手で一緒に結
合される。

本発明の別の側面に従えば、即座に試験可能な超伝導体
継手を用いて超伝導磁石を組立てる方法が提供される。

かかる方法の実施に際しては、先ず、超伝導体ワイヤか
ら成る試験ループが形成される。次いで、かかる試験ル
ープの両端および２本の接続すべき超伝導体ワイヤの末
端が１つの継手によって結合される。次に、かかる継手
によって結合された試験ループの超伝導性が試験される
。

その後、試験ループの継手外に位置する部分を切断する
ことによって試験ループが除去される。

本発明の特徴は特許請求の範囲に記載されているが、本
発明の目的および利点は添付の図面を参照しながら好適
な実施の態様に関する以下の説明を読むことによって一
層容易に理解できょう。

発明の詳細な説明 以下、添付の図面を参照しながら本発明を説明するが、
図面中において同じ参照番号は同じ構成要素を示してい
る。先ず第１図を見ると、２本の超伝導体ワイヤのリー
ド線５および７を結合すると共に、超伝導体ワイヤから
成る試験ループ１１の両端をも結合する超伝導体継手９
が示されている。かかる超伝導体ワイヤは、銅の母材中
にニオブ−チタン合金のフィラメントを埋込んだ複合体
から成るものであり得る。上記の継手は任意の超伝導は
んだ付は技術を用いて形成することができる。その−例
としては、１９８３年１２月３０日に出願された「超伝
導ワイヤおよびコイル用の超伝導継手並びにその形成方
法」と称する米国特許出願第５６７１１７号明細書中に
記載のものが挙げられる。

磁石システム中において超伝導体同士を接続するための
個々の電気接続部中に超伝導試験ループが含まれていれ
ば、該接続部の形成直後に各継手を試験することが可能
になる。更にまた、磁石システムの寿命期間内のいかな
る時点においても、ｍ手への接近が可能であればその再
試験を行うことも可能となる。

次に第２図について説明すれば、試験ループ１１を含む
継手９を試験するためには、液体ヘリウムを入れたジュ
ワー瓶１３の中に継手を配置して、試験ループおよびは
んだ接続部を４．　２６Ｋに冷却する。試験ループは、
直径が１／４インチで長さか約４フイートの壁厚の薄い
ステンレス鋼管１７の末端に取付けられたテキストライ
ト（Ｔｅｘｔｏｌｉｔｅ　）製の試験体ホルダ１５に装
着されており、それによって試験体の挿入および取出し
が可能となっている。ジュワー瓶内にはまた、超伝導性
の一次コイル２１が配置されると共に、ホール素子形の
磁束計２３が一次コイルおよび試験ループと同軸的に配
置されている。磁束計は、較正状態を維持するため、実
質的に室温下で動作させられる。

そのため、磁束計は真空によって液体ヘリウムから断熱
されたステンレス鋼製容器２５内に配置され、そして磁
束計の周囲には毎時数立方フィートの乾燥窒素が流され
る。かかる磁束計を使用すれば、ループ電流によって発
生される磁界を測定することによってループ電流の値を
求めることができる。試験体ホルダ１５には、試験ルー
プ１１に密接させて抵抗加熱ヒータ２７が取付けられて
いる。かかるヒータのリード線は、磁石コイルのリード
線５および７と共に試験体ホルダの上方へ伸びている。

１．８Ωの抵抗加熱ヒータに１〜２アンペアの電流を流
すことにより、試験ループは数秒で常伝導状態になる。

次いでヒータ電流を遮断すれば、試験ループは数秒で超
伝導状態に戻ることになる。

磁石コイルをシミュレートする超伝導体ワイヤの大きい
ループの両端と試験ループとを結合する継手に関し、試
験ループを４．２°にの環境中に置きかつ該大きいルー
プを室温下に置いて行った試験の結果を第３図に示す。

励磁コイルまたは一次コイルは４．２°にのジュワー瓶
内に配置された。−次コイル中の励磁電流を次第に増加
させると、磁束計によって測定される磁束密度は増大す
る。次いで試験ループを加熱することにより、Ｂ時点に
おいて試験ループを常伝導状態にすると、試験ループ中
の逆向きの電流は停止する。このように試験ループ中に
誘導電流が存在しない場合には、−次コイル中を流れる
電流のために磁束密度は増大する。励磁電流を一定に保
ちなからヒータ電流を遮断すると、試験ループは再び超
伝導状態になる。励磁電流を次第に減少させれば、試験
ループ中に電流が誘導され、そして試験ループ中の電流
は励磁電流がゼロになった後でも持続する。

磁束計によって磁束密度が測定されるが、それをガウス
／ターン数の単位のループ対磁束計較正定数で割れば誘
導電流が得られる。その後、磁束計を監視することによ
って電流の減少状況が検査される。

次に、試験ループを切断して除去する一方、磁石コイル
をシミュレートする超伝導体ワイヤの大きなループを取
付具上に巻いてからジュワー瓶内に配置して行った継手
試験の結果を第４図に示す。

−次コイル中の励磁電流を次第に増加させると、取付真
上の大きなループ中に電流が誘導される。

また、磁束計によって測定される磁束密度も増大する。

Ｂ時点において取付具上の大きなループを加熱してそれ
を常伝導状態にすると、この大きなループ中の逆向きの
電流は消失し、その結果として磁束密度は増大する。次
いで加熱を停止すると、大きなループは再び超伝導状態
になる。−次コイル中の励磁電流を次第にゼロにまで減
少させると、大きなループ中には逆向きの電流が流れる
。励磁電流の減少に伴って磁束密度は低下し、そして励
磁電流がゼロになった場合に得られる磁束密度は大きな
ループ中の電流を表わすことになる。

磁石コイルをシミュレートする超伝導体ワイヤの大きな
ループを使用して得られた若干の試験結果を示す下記第
１表かられかる通り、試験ループを除去した場合に継手
を通って流れる電流の大きさは試験ループに関するデー
タとほんの作かだけ異なっている。これは、試験用電源
の最大出力の制限および不安定性のために、それ以上の
電流レベルを達成することができなかったことに原因し
ている。なお各継手のクエンチ電流に関しては、試験ル
ープが存在するか否かにかかわらず、同じ値が得られる
ものと期待される。

第　　１　　表 ８クエンチ電流の値を示す。他の試検体については、ク
エンチ電流の値を測定しなかった。

寡末試験用電源の最大電流容量がこれらの値に制限され
ること示す。

第１図中の超伝導体ワイヤのリード線５および７の自由
端が室温下に置かれかつ試験ループ１１が超伝導状態に
ある場合には、超伝導体ワイヤのリード線５および７が
ループを形成していても、それらの抵抗は４．２６にの
環境中にある試験ループに比べて無限に大きい。継手を
流れる持続電流は、はんだを通して一方の超伝導体フィ
ラメント束から別の超伝導体フィラメント束へ伝達され
る。それ故、試験ループを用いて得゛られた測定値は継
手それ自体に関する値を表わしている。

かかる継手を磁石システム内に配置する場合、試験ルー
プは切断して除去することが出来る。あるいはまた、試
験ループを残しておくこともできるが、その場合には磁
界中に不均質状態を生じないようにするため試験ループ
は磁界に直交するように配置される。試験ループが除去
されず、かつ継手への数フィートのリード線が巻かれな
いままにある場合には、磁石の組立て後でも所望に応じ
て継手を個別に試験することができる。そのためには、
継手を再びジュワー瓶内に挿入し、そして試験ループ中
に電流を誘導させればよい。

以上、接続部の形成直後で磁石システムの組立て前にお
いて完全性および持続性を検査し得るような超伝導磁石
コイル用の電気接続部について開示した。

本発明を好適な実施の態様に関連して詳細に説明したが
、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに形態
および細部を様々に変更し得ることは当業者にとって自
明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による試験ループを含む超伝導性電気接
続部の斜視図であり、第２図は本発明に従って形成され
た継手を試験するための試験装置を示す部分切欠き斜視
図であり、第３図は試験ループを含む超伝導体継手に関
する代表的な試験結果を示すグラフであって、励磁電流
および得られた磁束密度を共通の時間目盛−Ｌにプロッ
トしたグラフであり、また第４図は試験ループを除去し
た後の超伝導体継手に関する代表的な試験結果を示すグ
ラフであって、励磁電流および得られた磁束密度を共通
の時間目盛上にプロットシたグラフである。 図中、５および７は超伝導体ワイヤのリード線、９は継
手、１１は試験ループ、１３はジュワー瓶、１５は試検
体ホルダ、１７はステンレス鋼管、２１は一次コイル、
２３は磁束計、２５はステンレス鋼製容器、そして２７
は抵抗加熱ヒータを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）超伝導体ワイヤから成る試験ループ、（ｂ）
   ２本の接続すべき超伝導体ワイヤ、並びに（ｃ）前記試
   験ループの両端および前記２本の接続すべき超伝導体ワ
   イヤの末端を結合する単一の継手を有することを特徴と
   する、即座に試験可能な超伝導体継手。 ２、前記継手がはんだ継手である特許請求の範囲第１項
   記載の超伝導体継手。 ３、（ａ）超伝導体ワイヤから成る試験ループを形成し
   、（ｂ）前記試験ループの両端および２本の接続すべき
   超伝導体ワイヤの末端をはんだ付けして１個のはんだ継
   手を形成し、（ｃ）前記はんだ継手によって結合された
   前記試験ループの超伝導性を試験し、次いで（ｄ）前記
   試験ループの前記はんだ継手外に位置する部分を切断す
   ることによって前記試験ループを除去する諸工程を有す
   ることを特徴とする、即座に試験可能な超伝導体継手を
   用いて超伝導磁石を組立てる方法。 ４、前記継手がはんだ継手である特許請求の範囲第３項
   記載の方法。