JP2007178340A - 超電導線材の臨界電流値を測定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な臨界電流値を測定することのできる超電導線材の臨界電流値を測定する方法を提供する。
【解決手段】超電導線材の臨界電流値を測定する方法は、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１〜第ｍ電流値の各々に対応する第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とを測定する工程を備えている。第１電流値Ｉ₁および第１電圧値Ｖ₁は、定電流源から超電導線材に流す電流を第１設定値Ｉ_1aに設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材を流れる電流および超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定される。第ｋ（ｋは２≦ｋ≦ｍを満たす整数）電流値Ｉ_kおよび第ｋ電圧値Ｖ_kは、定電流源から超電導線材に流す電流を第（ｋ−１）設定値よりも高い第ｋ設定値Ｉ_kaに設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材を流れる電流および超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定される。
【選択図】図４

Description

本発明は超電導線材の臨界電流値を測定する方法に関し、より特定的には、１００ｍを越える長尺状の超電導線材の臨界電流値を測定する方法に関する。

高温超電導線材の臨界電流特性の評価をする場合、たとえば以下の特開平１０−２３９２６０号公報（特許文献１）に開示された方法および装置が用いられる。

図８は、特開平１０−２３９２６０号公報に開示された超電導線材の臨界電流特性を測定する装置を示す模式図である。図８を参照して、測定装置１１０は、冷却槽１０７と、送りローラ１１１と、受けローラ１１２と、電極１１３、１１４と、演算・制御用コンピュータ１１７と、測定器１１８とを主に備えている。

送りローラ１１１に巻付けられた長尺状の超電導線材１０１は、受けローラ１１２によって巻取られる。そして送りローラ１１１と受けローラ１１２との間にて、超電導線材１０１は冷却槽１０７内の液体窒素１０８中に浸漬される。これにより、超電導線材１０１の一部の区間が液体窒素にて冷却されて超電導状態とされる。電流源１０６に電気的に接続された複数の電極１１４のそれぞれが超電導線材１０１の表面に押し付けられることにより超電導線材１０１における上記の区間に電流が流される。この通電状態において、電圧計１０３に電気的に接続された複数の電極１１３の各々を超電導線材１０１の表面に押し付けて、電圧計１０３によって電圧が測定される。そして、超電導線材１０１に流す電流を徐々に増加させながら超電導線材１０１を流れる電流と超電導線材１０１における上記の区間に発生する電圧とが測定される。こうして電流値と電圧値との組が多数得られる。次に、多数の電流値と電圧値との組の中で所定の電圧値（臨界電圧値）を越え、かつその所定の電圧値に最も近い電圧値を検索し、その電圧値に対応する電流値が上記の区間での超電導線材１０１の臨界電流値とされる。

その後、送りローラ１１１と受けローラ１１２とを回転させることによって超電導線材１０１を移動させ、超電導線材１０１の別の区間にて上記と同様にして電流および電圧が測定され、臨界電流値が得られる。このようにして測定された複数の区間の電圧値により超電導線材１０１全体の臨界電流値が求められる。
特開平１０−２３９２６０号公報

しかしながら、超電導線材１０１を流れる電流が増加すると、超電導線材１０１のインダクタンスに起因する誘導起電力が発生する。このため特許文献１に記載の方法では、超電導線材１０１を流れる電流が不安定となり、正確な臨界電流値を得ることができないという問題があった。

したがって、本発明の目的は、正確な臨界電流値を測定することのできる超電導線材の臨界電流値を測定する方法を提供することである。

本発明の一の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法は、超電導線材に電流を流してその電流値を変化させることにより、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１〜第ｍ電流値の各々に対応する第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とを測定する工程を備えている。第１電流値および第１電圧値は、定電流源から超電導線材に流す電流を第１設定値に設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材を流れる電流および超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定される。第ｋ（ｋは２≦ｋ≦ｍを満たす整数）電流値および第ｋ電圧値は、定電流源から超電導線材に流す電流を第（ｋ−１）設定値よりも高い第ｋ設定値に設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材を流れる電流および超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定される。

本発明の他の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法は、超電導線材の全長を第１区間から第ｎ区間のｎ個の長さに分割する工程と、第１区間から第ｎ区間までのそれぞれの区間に電流を流してその電流値を変化させることにより、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１〜第ｍ電流値の各々に対応する第１〜第ｍ電圧値（Ｖ_1,1〜Ｖ_1,m，Ｖ_2,1〜Ｖ_2,m，…，Ｖ_n,1〜Ｖ_n,m；ただし、Ｖ_k,iは第ｋ区間の第ｉ電流値に対応する電圧値である（ｋは１〜ｎの整数、ｉは１〜ｍの整数））とを測定する工程とを備えている。第１区間から第ｎ区間までのそれぞれの区間における第１電流値（Ｉ₁）および第１電圧値（Ｖ_1,1，Ｖ_2,1，・・・Ｖ_n,1）は、定電流源から超電導線材に流す電流を第１設定値に設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材を流れる電流および超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定される。第１区間から第ｎ区間までのそれぞれの区間における第ｊ（ｊは２≦ｊ≦ｍを満たす整数）電流値（Ｉ_j）および第ｊ電圧値（Ｖ_1,j，Ｖ_2,j，・・・Ｖ_n,j）は、定電流源から超電導線材に流す電流を第（ｊ−１）設定値よりも高い第ｊ設定値に設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材を流れる電流および超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定される。

本発明の一の局面および他の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法によれば、定電流源から超電導線材に流す電流を所定の設定値に設定した状態で一定時間保持することにより、超電導線材のインダクタンスに起因する誘導起電力を小さくすることができる。このため、超電導線材を流れる電流が安定してから電流値を測定することができ、正確な臨界電流値を得ることができる。

加えて、本発明の他の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法によれば、たとえば１００ｍを越えるような長尺の超電導線材について、全長または特定区間の臨界電流値を測定することができる。

本発明の一の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法において好ましくは、第１〜第ｍ電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とに基づいて、超電導線材を流れる電流と超電導線材に発生する電圧との関係を示す直線を算出する工程と、直線を用いて超電導線材の臨界電流値を計算する工程とがさらに備えられている。

これにより、第１〜第ｍ電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とが得られれば、これらの値から得られた直線に基づいて臨界電流値を計算することができる。このため、臨界電流値となる電流値およびそれに対応する電圧値を実際に測定しなくても臨界電流値を算出することができるので、臨界電流値の測定が容易になり、測定のスピードアップが図れる。

本発明の一の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法において好ましくは、直線を算出する工程において、最小２乗法により直線を算出する。

これにより、測定された電流値および電圧値に誤差がある場合であっても、算出された直線の精度が良好になり、臨界電流値に生じる測定誤差を最小限に留めることができる。

本発明の他の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法において好ましくは、第ｘ区間から第ｙ区間（ｘ，ｙは整数であり、１≦ｘ≦ｙ≦ｎまでの各々の区間で測定された第１電圧値の和（Ｖ_sum(1)＝Ｖ_x,1＋Ｖ_x+1,1＋…＋Ｖ_y,1）〜第ｍ電圧値の和（Ｖ_sum(m)＝Ｖ_x,m＋Ｖ_x+1,m＋…＋Ｖ_y,m）を計算する工程と、第１〜第ｍ電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１電圧値の和（Ｖ_sum(1)＝Ｖ_x,1＋Ｖ_x+1,1＋…＋Ｖ_y,1）〜第ｍ電圧値の和（Ｖ_sum(m)＝Ｖ_x,m＋Ｖ_x+1,m＋…＋Ｖ_y,m）とに基づいて、超電導線材を流れる電流と超電導線材に発生する電圧との関係を示す直線を算出する工程と、直線を用いて超電導線材の臨界電流値を計算する工程とがさらに備えられている。

これにより、臨界電流値を測定したい区間（第ｘ区間から第ｙ区間）において第１〜第ｍ電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とが得られれば、これらの値から得られた直線に基づいてその区間の臨界電流値を計算することができる。このため、臨界電流値となる電流値およびそれに対応する電圧値を実際に測定しなくても臨界電流値を算出することができるので、臨界電流値の測定が容易になり、測定のスピードアップが図れる。

本発明の他の局面に従う超電導線材の臨界電流値を測定する方法において好ましくは、直線を算出する工程において、最小２乗法により直線を算出する。

これにより、測定された電流値および電圧値に誤差がある場合であっても、算出された直線の精度が良好になり、臨界電流値に生じる測定誤差を最小限に留めることができる。

本発明の超電導線材の臨界電流値を測定する方法によれば、正確な臨界電流値を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導線材の臨界電流値の測定装置を示す模式図である。図２は図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す模式図である。図３は超電導線材と電極が接触した状態を示す図である。図１〜図３を参照して、測定装置１０は、送りローラ１１と、受けローラ１２と、演算・制御用コンピュータ１７と、電極部３０と、冷却槽７と、測定器１８とを備えている。

送りローラ１１と受けローラ１２とが送り手段を構成する。送りローラ１１および受けローラ１２は円筒形状である。送りローラ１１および受けローラ１２には超電導線材１が巻付けられている。測定を開始する前には、送りローラ１１にのみ超電導線材１が巻付けられており、受けローラ１２には超電導線材１の端部が固定されているのみである。超電導線材１は銀シース材に収められた酸化物超電導材からなる。この酸化物超電導材の材質は特に限定されるものではないが、たとえば、（Ｂｉ_2-x−Ｐｂ_X）Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ₁₀を用いることができる。また、超電導線材１の長さは１００ｍ以上の長尺であることが好ましいが、１００ｍ未満の短尺であってもよい。また、超電導線材１の形状は特に限定されるものではないが、好ましくは、テープ状であり、幅が３ｍｍ程度、厚さが０．２ｍｍ程度であればよい。測定が開始されると、超電導線材１は、送りローラ１１から受けローラ１２へ順次巻取られる。また、送りローラ１１、受けローラ１２、補助ローラ１５はともに回転可能である。演算・制御用コンピュータ１７が送りローラ１１と受けローラ１２と測定器１８とに接続されている。演算・制御用コンピュータ１７は送りローラ１１および受けローラ１２に信号を与え、送りローラ１１および受けローラ１２を回転させる。このとき、演算・制御用コンピュータ１７は、送りローラ１１のみを回転させることが可能であり、また、演算・制御用コンピュータ１７は、受けローラ１２のみを回転させることも可能である。そのため、演算・制御用コンピュータ１７は、送りローラ１１および受けローラ１２に信号を与えることにより、超電導線材１に加わる張力を適宜調整することができる。また、演算・制御用コンピュータ１７は測定器１８と接続されているため、測定器１８で得られたデータから、さまざまな演算を行なうことができる。

電極部３０は、上部電流電極１４ａ、１４ｃと、下部電流電極１４ｂ、１４ｄと、上部電圧電極１３ａ、１３ｃと、下部電圧電極１３ｂ、１３ｄと、電極支持部３２と、電極駆動部３１とを備えている。これらの電極１４ａ〜１４ｄおよび１３ａ〜１３ｄは銀または銀合金からなり、一辺が３ｃｍであり、ほぼ直方体形状である。下部電流電極１４ｂ、１４ｄと下部電圧電極１３ｂ、１３ｄとは冷却槽７に固定されており、冷却槽７から電気的に絶縁されている。上部電流電極１４ａ、１４ｃと上部電圧電極１３ａ、１３ｃとはともに電極支持部３２に固定されている。電極支持部３２は電極駆動部３１により図２中の上下方向に移動可能である。そのため、電極駆動部３１が下方向へ移動すれば、上部電流電極１４ａ、１４ｃと上部電圧電極１３ａ、１３ｃとは超電導線材１に接し、さらに、超電導線材１を下方向へ押し下げる。そのため、図３に示すように上部電流電極１４ａ、１４ｃと下部電流電極１４ｂ、１４ｄとが超電導線材１を挟み込むような形になる。また、上部電圧電極１３ａ、１３ｃと下部電圧電極１３ｂ、１３ｄとが超電導線材１を挟み込むような形となる。

冷却槽７にはたとえば液体窒素８などが満たされている。液体窒素８は超電導線材１を冷却するためのものである。

測定器１８は、定電流源６と、電圧計３および４とを備えている。定電流源６は、一方の電極がシャント抵抗５を介して上部電流電極１４ａおよび下部電流電極１４ｂに接続されており、他方の電極が上部電流電極１４ｃおよび下部電流電極１４ｄに接続されている。これにより、定電流源６は超電導線材１に一定値の電流を流すことができる。電圧計３は、一方の電極が上部電圧電極１３ａおよび下部電圧電極１３ｂに接続されており、他方の電極が上部電圧電極１３ｃおよび下部電圧電極１３ｄに接続されている。これにより、電圧計３は、上部電圧電極１３ａおよび下部電圧電極１３ｂと、上部電圧電極１３ｃおよび下部電圧電極１３ｄとの間、つまり測定区間１００の電位差を計測することができる。また、電圧計４はシャント抵抗５の両端に接続されており、シャント抵抗５の両端の電位差を計測することができる。定電流源６と、電圧計３および４とで得られたデータは、演算・制御用コンピュータ１７に渡される。

次に、本実施の形態における超電導線材の臨界電流値の測定方法について説明する。
まず、一定長さの超電導線材１を用意し、超電導線材１を図１で示されるように配置する。ここで、１００ｍの超電導線材１に対して測定区間１００の距離が４ｍである場合には、超電導線材１の一方の端から４ｍの部分を第１区間として、超電導線材１の一方の端から他方の端まで超電導線材１を４ｍずつの長さに区分し、超電導線材１を第１区間から第２５区間の２５個の長さに分割する。そして、第１区間（超電導線材１の一方の端から４ｍまでの部分）が測定区間１００の部分に位置するように、演算・制御用コンピュータ１７は送りローラ１１および受けローラ１２に信号を送る。

次に、演算・制御用コンピュータ１７が電極駆動部３１へ電極支持部３２を下へ動かすように信号を送る。この信号を受けた電極駆動部３１は電極支持部３２を降下させる。これにより、図３に示すように、超電導線材１は、上部電圧電極１３ａと下部電圧電極１３ｂとに挟まれる。また、超電導線材１は、上部電流電極１４ａと下部電流電極１４ｂとに挟まれる。また、図１中の左側に位置する電極部でも超電導線材１が上部電圧電極１３ｃと下部電圧電極１３ｄとに挟まれ、かつ上部電流電極１４ｃと下部電流電極１４ｄとに挟まれる。

このような状態で、定電流源６から所定の電流が超電導線材１に流される。このときの上部電圧電極１３ａおよび下部電圧電極１３ｂと、上部電圧電極１３ｃおよび下部電圧電極１３ｄとの間の電位差、すなわち測定区間１００での電位差が電圧計３により計測され、測定区間１００の電圧値が求められる。また、電圧計４の値によってシャント抵抗５の両端の電位差が測定される。そして、この電位差とシャント抵抗の抵抗値に基づいてシャント抵抗を流れる電流が計算され、この電流値が超電導線材１を流れる電流値とされる。そして、定電流源６における電流の設定値を増加させながら、超電導線材１における測定区間１００の電流値と、超電導線材１における測定区間１００の電圧値とを測定する。このようにして電流値および電圧値のｍ（ｍは２以上の整数）個の組を得る。

ここで、本実施の形態における上記電流値および電圧値は、定電流源６から超電導線材１に流す電流を所定の設定値に設定した状態で一定時間保持した後に測定される。この測定方法について以下に詳細に説明する。

図４（ａ）は、本発明の実施の形態１における定電流源の設定値の制御方法を模式的に示す図であり、図４（ｂ）は、本発明の実施の形態１において超電導線材を流れる電流および電圧の時間変化を模式的に示す図である。図４（ｃ）は、本発明の実施の形態１において超電導線材を流れる電流および電圧の時間変化の他の例を模式的に示す図であり、図４（ｄ）は、本発明の実施の形態１において超電導線材を流れる電流および電圧の時間変化のさらに他の例を模式的に示す図である。図４（ａ）、（ｂ）を参照して、時刻ｔ₁において定電流源の設定値を設定値Ｉ_1aに設定する。そして、設定値Ｉ_1a（第１設定値）に設定した状態で時間ｔ₀（たとえば０．１秒程度）だけ保持し、時間ｔ₀経過後の時刻ｔ₂において、電流値Ｉ₁（第１電流値）および電圧値Ｖ₁（第１電圧値）を測定する。時刻ｔ₁において定電流源の設定値をＩ_1aに設定（増加）すると、超電導線材１のインダクタンスに起因する誘導起電力が測定区間１００に発生し、実際に超電導線材１に発生する電圧値にはノイズ（図４（ｂ）中矢印Ａ）が生じる。ノイズの形状は電源の回路構成によって変化し、図４（ｃ）や図４（ｄ）のようになることもある。この誘導起電力は超電導線材１に流れる電流の時間変化率に比例する大きさで生じ、一般的に電流の上げ幅が大きいほどノイズは大きくなる。また誘導起電力の大きさは超電導線材の長さにも依存し、メートル級の長さの超電導線材の測定ではノイズが大きくなる。しかし、このノイズは時間経過とともに減少していくので、時間ｔ₀経過後の時刻ｔ₂においては、実際の電流値および電流値はほぼ一定値（設定値とほぼ同じ電流値）になる。その後、時刻ｔ₃において定電流源の設定値を設定値Ｉ_2a（第２設定値）に不連続的に増加し、設定値Ｉ_2aに設定した状態で時間ｔ₀だけ保持した後で、電流値Ｉ₂（第２電流値）および電圧値Ｖ₂（第２電圧値）を測定する。このような方法により、超電導線材における第１区間の電流値Ｉ₁〜Ｉ_m（第１〜第ｍ電流値）と、電流値Ｉ₁〜Ｉ_mの各々に対応する電圧値Ｖ_1,1〜Ｖ_1,m（第１〜第ｍ電圧値）とが測定される。測定結果の一例として、測定回数ｍが１１５回である場合における、超電導線材１の第１区間で測定される電流値Ｉ₁〜Ｉ₁₁₅および電圧値Ｖ_1,1〜Ｖ_1,115の組の一例を表１〜表３に示す。また、表１〜表３における電流値と電圧値との関係を図５に示す。

なお表１〜表３および図５では、電流値が１００Ａを越える前である測定番号１〜２２においては定電流源の設定値を約５Ａずつ増加させて電圧値を測定し、電流値が１００Ａを越えた後の測定番号２３〜１１５においては定電流源の設定値を約１Ａずつ増加させて電圧値を測定している。電流値が１００Ａを越えた後に定電流源の設定値の上げ幅を小さくしているのは、臨界電流値付近の電流値のデータを数多く得ることによって正確な臨界電流値を得るためである。図５に示すように、電圧値の対数と電流値との間には比例関係が成り立つ。

続いて、測定された電流値および電圧値に基づいて第１区間の臨界電流値を決定する。具体的には、測定された電流値Ｉ₁〜Ｉ₁₁₅および電圧値Ｖ_1,1〜Ｖ_1,115の組の中から、臨界電圧値（たとえば１μＶ（＝１×１０^-6Ｖ）／ｃｍ）を最初に超えた時の電流値を臨界電流値として決定する。表１〜表３において、１ｃｍ当たりの電圧値が１μＶ／ｃｍを最初に超えるのは測定番号８４番（１ｃｍ当たりの電圧値：１．１１×１０^-6Ｖ／ｃｍ）である。したがって、測定番号８４番の電流値である１６３．０Ａが第１区間の臨界電流値とされる。

次に、電極駆動部３１が上方向へ移動し、上部電流電極１４ａ、１４ｃと上部電圧電極１３ａ、１３ｃとが超電導線材１から離される。そして、第２区間（超電導線材１の一方の端から４ｍの位置から８ｍの位置までの部分）が測定区間１００の部分に位置するように超電導線材１が受けローラ１２に巻き取られる。その後、第１区間と同様の方法で第２区間における臨界電流値が測定される。このような方法により、超電導線材１における全ての区間（第１区間〜第２５区間）の臨界電流値が測定される。

本実施の形態における超電導線材１の臨界電流値を測定する方法は、超電導線材１の全長を一定の長さの第１区間から第２５区間の２５個の長さに分割する工程と、第１区間から第２５区間までのそれぞれの区間に電流を流してその電流値を変化させることにより、第１〜第１１５電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₁₁₅）と、第１〜第１１５電流値の各々に対応する第１〜第１１５電圧値（Ｖ_1,1〜Ｖ_1,115，Ｖ_2,1〜Ｖ_2,115，…，Ｖ_25,1〜Ｖ_25,115）とを測定する工程とを備えている。第１区間から第２５区間までのそれぞれの区間における第１電流値（Ｉ₁）および第１電圧値（Ｖ_1,1，Ｖ_2,1，・・・Ｖ_25,1）は、定電流源６から超電導線材１に流す電流を第１設定値Ｉ_1aに設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材１を流れる電流および超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定される。第１区間から第２５区間までのそれぞれの区間における第ｊ（ｊは２≦ｊ≦１１５を満たす整数）電流値（Ｉ_j）および第ｊ電圧値（Ｖ_1,j，Ｖ_2,j，・・・Ｖ_25,j）は、定電流源６から超電導線材１に流す電流を第（ｊ−１）設定値（Ｉ_(j-1)a）よりも高い第ｊ設定値（Ｉ_ja）に設定した状態で一定時間保持した後、超電導線材１を流れる電流および超電導線材１に発生する電圧を測定することにより測定される。

本実施の形態における超電導線材の臨界電流値を測定する方法によれば、定電流源６から超電導線材１に流す電流を所定の設定値に設定した状態で一定時間保持することにより、超電導線材１のインダクタンスに起因する誘導起電力を小さくすることができる。このため、超電導線材１を流れる電流が安定してから電圧値を測定することができ、正確な臨界電流値を得ることができる。

加えて、本実施の形態における超電導線材１の臨界電流値を測定する方法によれば、たとえば１００ｍを越えるような長尺の超電導線材について、全長または特定区間の臨界電流値を測定することができる。

図６（ａ）は、定電流源の設定値を時間に比例して増加させた場合における、定電流源の設定値の時間変化を示す図であり、図６（ｂ）は、定電流源の設定値を時間に比例して増加させた場合における、超電導線材に発生する電圧の時間変化を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）を参照して、定電流源の設定値を時間に比例して増加させた場合には、定電流源の設定値が一定時間保持されない。このため、超電導線材のインダクタンスに起因する誘導起電力が大きいときに電圧値が測定される。このため、実際よりも小さい値の電圧値が得られ、正確な臨界電流値を得ることができない。

なお、本実施の形態においては、長尺の超電導線材を第１区間〜第２５区間に分割して、それぞれの区間における臨界電流値を測定する場合について示した。しかしながら、本発明の測定方法は１００ｍ未満の短尺の超電導線材における臨界電流値の測定にも適用することができる。短尺の超電導線材の臨界電流値を測定する場合には、超電導線材を分割せずに全長の臨界電流値が一度に測定される。つまり、超電導線材の全長に亘っての第１〜第ｍ電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、第１〜第ｍ電流値の各々に対応する第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とが測定される。そして、上記と同様の方法により臨界電流値が決定される。

また、本実施の形態における超電導線材１の臨界電流値の測定方法は、湿度が７０％以下の室温の雰囲気で実施されることが好ましい。これにより、雰囲気に含まれる水蒸気が超電導線材１とともに冷却槽７内に取り込まれることを抑止することができる。その結果、氷等異物の混入による液体窒素８の温度（７７．３Ｋ）の変動を抑止することができる。また、電極１３ａ〜１３ｄおよび１４ａ〜１４ｄと超電導線材１との間に氷等異物が挟まることがなくなるので、臨界電流値の測定の際に超電導線材１が傷つけられることを抑止することができる。

さらに、送りローラ１１および受けローラ１２の回転速度（超電導線材１の送り速度）は８ｍ／分以上２０ｍ／分以下であることが好ましい。超電導線材１の送り速度を８ｍ／分以上とすることにより、超電導線材１の所定の部分を測定区間１００へ短時間で移動させることができる。また、超電導線材１の送り速度を２０ｍ／分以下とすることにより、受けローラ１２付近に存在する超電導線材１の急激な温度上昇を抑止することができる。すなわち、受けローラ１２付近に存在する超電導線材１は、液体窒素８中から取り出された直後の状態であるため、液体窒素温度から室温まで急激に温度上昇し、バルーニング（膨れ）が生じやすい。超電導線材１の送り速度を２０ｍ／分以下とすることによりこのようなバルーニングの発生を抑止することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１における臨界電流値の測定方法においては、電流値が１００Ａを越えるまでは定電流源の設定値を５Ａずつ増加させて電圧値を測定し、電流値が１００Ａを越えた後には定電流源の設定値を１Ａずつ増加させて電圧値を測定している。そして、測定された電流値および電圧値の組の中から、所定の臨界電圧値を最初に超えた時の電流値を臨界電流値として決定している。

これに対して、本実施の形態における臨界電流値の測定方法においては、電流値に関わらず定電流源の設定値を一定幅（たとえば５Ａ）で増加させて電圧値を測定する。本実施の形態の測定方法を用いて得られた測定結果の一例として、測定回数ｍが４０回である場合における、超電導線材１の第１区間で測定される電流値Ｉ₁〜Ｉ₄₀および電圧値Ｖ_1,1〜Ｖ_1,40の組の一例を表４に示す。また、表４における電流値と電圧値との関係を図７に示す。

表４および図７を参照して、本実施の形態では電流値に関わらず定電流源の設定値を約５Ａずつ増加させて電圧値を測定しているため、表１〜表３に示される実施の形態１の測定結果と比較して、測定回数が大きく減少している。また、図７に示すように、電圧値の対数と電流値との間には比例関係が成り立つ。

続いて、電流値Ｉ₁〜Ｉ₄₀および電圧値Ｖ_1,1〜Ｖ_1,40に基づいて、超電導線材を流れる電流Ｉと超電導線材の第１区間に発生する電圧Ｖとの関係を示す直線を用いて算出する。この直線は最小２乗法により算出されるのが好ましい。表４の電流値Ｉ₁〜Ｉ₄₀および電圧値Ｖ_1,1〜Ｖ_1,40に基づいて最小２乗法により直線を計算すると、以下の式（１）の直線が得られる。

電圧Ｖ（Ｖ／ｃｍ）＝３．６３０×１０^-50×（電流Ｉ）^19.63 ・・・（１）
続いて、得られた直線から超電導線の第１区間における臨界電流値を求める。たとえば臨界電圧値が１×１０^-6（Ｖ／ｃｍ）である場合には、上記式（１）の電圧Ｖに１×１０^-6を代入する。その結果、第１区間の臨界電流値として１６３．２Ａというより精度の高い値が求められる。

その後、第１区間と同様の方法で第２区間における臨界電流値が測定される。このような方法により、超電導線材１における全ての区間（第１区間〜第２５区間）の各々の臨界電流値が測定される。

本実施の形態における超電導線材の臨界電流値を測定する方法においては、第１〜第４０電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₄₀）と、第１〜第４０電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ₄₀）とに基づいて、超電導線材を流れる電流と超電導線材に発生する電圧との関係を示す直線を算出する工程と、直線を用いて超電導線材の臨界電流値を計算する工程とがさらに備えられている。

これにより、第１〜第４０電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₄₀）と、第１〜第４０電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ₄₀）とが得られれば、これらの値から、得られた式（１）に基づいて臨界電流値を計算することができる。このため、臨界電流値となる電流値およびそれに対応する電圧値を実際に測定しなくても臨界電流値を測定することができるので、実施の形態１の場合よりも臨界電流値の測定が容易になり、測定のスピードアップが図れる。

また、最小２乗法により直線が算出されるので、測定された電流値および電圧値に誤差のある場合であっても、算出される直線の精度が良好になり、臨界電流値の誤差を最小限に留めることができる。

なお、本実施の形態においては、第１区間〜第２５区間の各々の臨界電流値を求める場合について示した。しかし、本発明の測定方法は、第１区間〜第２５区間のうち第ｘ区間から第ｙ区間（ｘ，ｙは整数であり、１≦ｘ≦ｙ≦ｎ）までの区間の臨界電流値の測定にも適用することができる。

たとえば第１区間〜第２５区間のうち第２区間から第２４区間までの臨界電流値を測定する場合には、表４の測定結果から、第２区間から第２４区間までの各々の区間で測定された第１電圧値の和（Ｖ_sum(1)＝Ｖ_1,1＋Ｖ_2,1＋…＋Ｖ_24,1）〜第４０電圧値の和（Ｖ_sum(40)＝Ｖ_2,40＋Ｖ_3,40＋…＋Ｖ_24,40）を計算する。次に、第１〜第４０電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₄₀）と、第１電圧値の和（Ｖ_sum(1)＝Ｖ_1,1＋Ｖ_2,1＋…＋Ｖ_24,1）〜第４０電圧値の和（Ｖ_sum(40)＝Ｖ_2,40＋Ｖ_3,40＋…＋Ｖ_24,40）とに基づいて、超電導線材を流れる電流と超電導線材に発生する電圧との関係を示す直線を算出する。そして、この直線を用いて超電導線材の臨界電流値を計算する。

この方法により、臨界電流値を測定したい区間（第２区間から第２４区間）において第１〜第４０電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ₄₀）と、第１〜第４０電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ₄₀）とが得られれば、これらの値から得られた直線に基づいてその区間の臨界電流値を計算することができる。このため、臨界電流値となる電流値およびそれに対応する電圧値を実際に測定しなくても臨界電流値を測定することができるので、臨界電流値の測定が容易になる。

なお、本実施の形態においては、定電流源の設定値の増加幅を５Ａとした場合について示したが、定電流源の設定値の増加幅は任意であり、臨界電流値の２０分の１程度であることが好ましい。また電流値および電圧値の測定回数は任意であり、電流値および電圧値の組が少なくとも２個得られれば本発明の測定方法を適用することができる。

さらに、本実施の形態１および２では、シャント抵抗の両端の電圧から超電導線材を流れる電流の電流値を計算する場合について説明されているが、定電流源の電流の設定値を超電導線材を流れる電流の電流値としてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の測定方法は、１００ｍを越える長尺状の超電導線材の臨界電流値の測定に適している。

本発明の実施の形態１における超電導線材の臨界電流値の測定装置を示す模式図である。 図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す模式図である。 図２において超電導線材と電極が接触した状態を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態１における定電流源の設定値の制御方法を模式的に示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態１において超電導線材を流れる電流および電圧の時間変化を模式的に示す図である。（ｃ）は、本発明の実施の形態１において超電導線材を流れる電流および電圧の時間変化の他の例を模式的に示す図であり、（ｄ）は、本発明の実施の形態１において超電導線材を流れる電流および電圧の時間変化のさらに他の例を模式的に示す図である。 表１〜表３における電流値と電圧値との関係を示す図である。 （ａ）は、定電流源の設定値を時間に比例して増加させた場合における、定電流源の設定値の時間変化を示す図であり、（ｂ）は、定電流源の設定値を時間に比例して増加させた場合における、超電導線材に発生する電圧の時間変化を示す図である。 表４における電流値と電圧値との関係を示す図である。 特開平１０−２３９２６０号公報に開示された超電導線材の臨界電流特性を測定する装置を示す模式図である。

符号の説明

１，１０１ 超電導線材、３，４，１０３ 電圧計、５ シャント抵抗、６ 定電流源、７，１０７ 冷却槽、８，１０８ 液体窒素、１０，１１０ 測定装置、１１，１１１ 送りローラ、１２，１１２ 受けローラ、１３ａ，１３ｃ 上部電圧電極、１３ｂ，１３ｄ 下部電圧電極、１４ａ，１４ｃ 上部電流電極、１４ｂ，１４ｄ 下部電流電極、１５ 補助ローラ、１７，１１７ 演算・制御用コンピュータ、１８，１１８ 測定器、３０ 電極部、３１ 電極駆動部、３２ 電極支持部、１００ 測定区間、１０６ 電流源、１１３，１１４ 電極。

Claims (6)

1. 超電導線材に電流を流してその電流値を変化させることにより、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、前記第１〜第ｍ電流値の各々に対応する第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とを測定する工程を備え、
   前記第１電流値および前記第１電圧値は、定電流源から前記超電導線材に流す電流を第１設定値に設定した状態で一定時間保持した後、前記超電導線材を流れる電流および前記超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定され、
   前記第ｋ（ｋは２≦ｋ≦ｍを満たす整数）電流値および前記第ｋ電圧値は、定電流源から前記超電導線材に流す電流を第（ｋ−１）設定値よりも高い第ｋ設定値に設定した状態で一定時間保持した後、前記超電導線材を流れる電流および前記超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定されることを特徴とする、超電導線材の臨界電流値を測定する方法。
2. 前記第１〜第ｍ電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、前記第１〜第ｍ電圧値（Ｖ₁，Ｖ₂，…，Ｖ_m）とに基づいて、前記超電導線材を流れる電流と前記超電導線材に発生する電圧との関係を示す直線を算出する工程と、前記直線を用いて超電導線材の臨界電流値を計算する工程とをさらに備える、請求項１に記載の超電導線材の臨界電流値を測定する方法。
3. 前記直線を算出する工程において、最小２乗法を用いて前記直線を算出する、請求項２に記載の超電導線材の臨界電流値を測定する方法。
4. 超電導線材の全長を第１区間から第ｎ区間のｎ個の長さに分割する工程と、
   前記第１区間から前記第ｎ区間までのそれぞれの区間に電流を流してその電流値を変化させることにより、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、前記第１〜第ｍ電流値の各々に対応する第１〜第ｍ電圧値（Ｖ_1,1〜Ｖ_1,m，Ｖ_2,1〜Ｖ_2,m，…，Ｖ_n,1〜Ｖ_n,m；ただし、Ｖ_k,iは第ｋ区間の第ｉ電流値に対応する電圧値である（ｋは１〜ｎの整数、ｉは１〜ｍの整数））とを測定する工程とを備え、
   前記第１区間から前記第ｎ区間までのそれぞれの区間における前記第１電流値（Ｉ₁）および前記第１電圧値（Ｖ_1,1，Ｖ_2,1，・・・Ｖ_n,1）は、定電流源から前記超電導線材に流す電流を前記第１設定値に設定した状態で一定時間保持した後、前記超電導線材を流れる電流および前記超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定され、
   前記第１区間から前記第ｎ区間までのそれぞれの区間における前記第ｊ（ｊは２≦ｊ≦ｍを満たす整数）電流値（Ｉ_j）および前記第ｊ電圧値（Ｖ_1,j，Ｖ_2,j，・・・Ｖ_n,j）は、定電流源から前記超電導線材に流す電流を第（ｊ−１）設定値よりも高い第ｊ設定値に設定した状態で一定時間保持した後、前記超電導線材を流れる電流および前記超電導線材に発生する電圧を測定することにより測定されることを特徴とする、超電導線材の臨界電流値を測定する方法。
5. 前記第ｘ区間から前記第ｙ区間（ｘ，ｙは整数であり、１≦ｘ≦ｙ≦ｎまでの各々の区間で測定された前記第１電圧値の和（Ｖ_sum(1)＝Ｖ_x,1＋Ｖ_x+1,1＋…＋Ｖ_y,1）〜前記第ｍ電圧値の和（Ｖ_sum(m)＝Ｖ_x,m＋Ｖ_x+1,m＋…＋Ｖ_y,m）を計算する工程と、
   前記第１〜第ｍ電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，…，Ｉ_m）と、前記第１電圧値の和（Ｖ_sum(1)＝Ｖ_x,1＋Ｖ_x+1,1＋…＋Ｖ_y,1）〜前記第ｍ電圧値の和（Ｖ_sum(m)＝Ｖ_x,m＋Ｖ_x+1,m＋…＋Ｖ_y,m）とに基づいて、前記超電導線材を流れる電流と前記超電導線材に発生する電圧との関係を示す直線を算出する工程と、前記直線を用いて前記超電導線材の臨界電流値を計算する工程とをさらに備える、請求項４に記載の超電導線材の臨界電流値を測定する方法。
6. 前記直線を算出する工程において、最小２乗法を用いて前記直線を算出する、請求項５に記載の超電導線材の臨界電流値を測定する方法。

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