JP2011029557A - 超電導回路、超電導接続部の作製方法、超電導マグネット、及び、超電導マグネットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ニオブチタン(NbTi)合金製のフィラメント18が銅(Cu)又は銅合金製のマトリックス19内に配置された構造を持つニオブチタン超電導線材12と他の超電導線材とを、接続した超電導接続部13を有する超電導回路において、超電導接続部13のフィラメント18では、それ以外のニオブチタン超電導線材12のフィラメント18に比べて、ニオブチタン合金中のα−Ti析出相の体積率が減少し、また、ビッカース硬さが低くなり、超電導接続部13と超電導接続部13以外のニオブチタン超電導線材12とが同じ強度の磁場に置かれた場合に、臨界電流密度が低くなっている。
【選択図】図4
Description
対策1)超電導フィラメントの細線化(aを小さくする)
対策2)超電導フィラメントの臨界電流密度の低下(Jcを小さくする)
前記超電導接続部における前記フィラメントのニオブチタン合金中のアルファチタン(α−Ti)析出相の体積率もしくは表面積密度が、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントのニオブチタン合金中のアルファチタン析出相の体積率、もしくは表面積密度より減少していることを特徴としている。また、前記超電導接続部と前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材とが同じ強度の磁場に置かれた場合に、前記超電導接続部における前記フィラメントの臨界電流密度が、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントの臨界電流密度より低いことを特徴としている。また、前記超電導接続部における前記フィラメントのビッカース硬さが、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントのビッカース硬さより低いことを特徴としている。そして、これらの特徴を有する超電導回路を備え、超電導コイルまたは永久電流スイッチを構成する前記ニオブチタン超電導線材と他の超電導線材とを接続した前記超電導接続部を有する超電導マグネットであることを特徴としている。
前記フィラメントを、400〜600℃になるように加熱する工程と
前記マトリックスを除去し、前記フィラメントを露出させる工程と、
前記フィラメントを、一体化部材を用いて密着させる工程とを有することを特徴としている。そして、この特徴を有する超電導接続部の作製方法を用いて、超電導コイルまたは永久電流スイッチを構成する前記ニオブチタン超電導線材と他の超電導線材とを接続した前記超電導接続部を作製する超電導マグネットの製造方法であることを特徴としている。
また、実施形態では、1箇所をプレスすることで超電導接続しているが、スリーブ14を複数個の短いものに分割して別々にプレスすることで、同一のプレス荷重で1箇所あたりのプレス圧を上げることができ、フィラメント18の密着度を向上させることが可能である。この方法は、作業スペース等の制約から、プレス機の規模が制限される場合に有効である。
なお、前述した通り、重要なのは、フィラメント18の臨界電流密度を低下させてフラックスジャンプを抑制することである。
そのひとつのプロセスとして熱処理を例に挙げたが、この目的が達成できるのであれば、レーザー照射、超音波振動印加のようにエネルギーを投入できる別のプロセスを用いてもよい。
また、超電導接続部13におけるフィラメント18(熱処理あり)と、超電導接続部13以外の例えば主コイル1a等におけるフィラメント18(熱処理なし)の相違点としてアルファチタン(α-Ti)相21の体積率(表面積密度)について言及した。
アルファチタン相21は、磁束ピニングセンタとして働くため、その体積率(表面積密度)を減少させることで臨界電流密度を低下させることができる。しかし、臨界電流密度はアルファチタン相21の体積率(表面積密度)で一義的に決まるわけではなく、アルファチタン相21の形状、ニオブチタンの結晶24の状態などにも依存する。
したがって、超電導接続部13におけるフィラメント18(熱処理あり)と、超電導接続部13以外の例えば主コイル1a等におけるフィラメント18(熱処理なし)を比較したときに、例えアルファチタン相21の体積率(表面積密度)が同じであっても、超電導接続部13におけるフィラメント18(熱処理あり)のアルファチタン相21の形状及びニオブチタンの結晶24の状態が、超電導接続部13以外の例えば主コイル1a等におけるフィラメント18(熱処理なし)のそれと比較した場合、磁束ピニングセンタとしての役割が低下するようになっていれば、アルファチタン相21の体積率(表面積密度)を減少させるのと同様の効果を得ることができる。
2a、2b シールドコイル
3 超電導マグネット
4 クライオスタット
5 ボビン
6 冷却容器
7 熱輻射シールド
8 真空容器
9 連結柱
10 磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)
11 撮像領域
12(12a乃至12e) 超電導線材
12A 超電導線材の端部
13(13a乃至13e) 超電導接続部
14 スリーブ
15 超電導永久電流スイッチ
16 励磁用電源端子
17 常電導線材
18 フィラメント
19 マトリックス
21 α−Ti析出相
22 1ターン部
23 超電導接続部
24 ニオブチタンの結晶
25 隙間
Claims (14)
- ニオブチタン(NbTi)合金製のフィラメントが銅(Cu)又は銅合金製のマトリックス内に配置された構造を持つニオブチタン超電導線材と他の超電導線材とを接続した超電導接続部を有する超電導回路において、
前記超電導接続部における前記フィラメントのニオブチタン合金中のアルファチタン(α−Ti)析出相の体積率もしくは表面積密度が、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントのニオブチタン合金中のアルファチタン析出相の体積率もしくは表面積密度より少ないことを特徴とする超電導回路。 - ニオブチタン合金製のフィラメントが銅又は銅合金製のマトリックス内に配置された構造を持つニオブチタン超電導線材と他の超電導線材とを接続した超電導接続部を有する超電導回路において、
前記超電導接続部と前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材とが同じ強度の磁場に置かれた場合に、前記超電導接続部における前記フィラメントの臨界電流密度が、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントの臨界電流密度より低いことを特徴とする超電導回路。 - 前記超電導接続部と前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材とが同じ強度の磁場に置かれた場合に、前記超電導接続部における前記フィラメントの臨界電流密度が、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントの臨界電流密度の5〜80%になっていることを特徴とする請求項2に記載の超電導回路。
- ニオブチタン合金製のフィラメントが銅又は銅合金製のマトリックス内に配置された構造を持つニオブチタン超電導線材の端部同士を接続した超電導接続部を有する超電導回路において、
前記超電導接続部における前記フィラメントのビッカース硬さが、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントのビッカース硬さより低いことを特徴とする超電導回路。 - 前記超電導接続部における前記フィラメントのビッカース硬さが、前記超電導接続部以外の前記ニオブチタン超電導線材における前記フィラメントのビッカース硬さの30〜90%になっていることを特徴とする請求項4に記載の超電導回路。
- 前記超電導接続部では、前記ニオブチタン超電導線材の前記マトリックスが除去されて前記フィラメントが露出しており、前記ニオブチタン超電導線材の露出した前記フィラメントが他の超電導線材の露出したフィラメントと一体化部材内で互いに密着して配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の超電導回路。
- 前記一体化部材として、金属製の筒状部材を用いることを特徴とする請求項6に記載の超電導回路。
- 前記他の超電導線材が、ニオブチタン超電導線材であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の超電導回路。
- 前記一体化部材の内部空間の容積に対して、前記フィラメントの占有する割合が70〜100%であることを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の超電導回路。
- 前記一体化部材が、銅、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)の内の少なくとも1つを主成分にすることを特徴とする請求項6乃至請求項10に記載の超電導回路。
- ニオブチタン(NbTi)合金製のフィラメントが銅(Cu)又は銅合金製のマトリックス内に配置された構造を持つニオブチタン超電導線材と他の超電導線材とを接続した超電導接続部の作製方法において、
前記ニオブチタン超電導線材の前記フィラメントを、400〜600℃になるように加熱する工程と
前記ニオブチタン超電導線材の前記マトリックスを除去し、前記ニオブチタン超電導線材のフィラメントを露出させる工程と、
前記フィラメントを、一体化部材を用いて密着させる工程とを有することを特徴とする超電導接続部の作製方法。 - 前記加熱する工程は、前記露出させる工程の前に実施されることを特徴とする請求項11に記載の超電導接続部の作製方法。
- 請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の超電導回路を備え、
超電導コイルまたは永久電流スイッチを構成する前記ニオブチタン超電導線材と他の超電導線材とを接続した超電導接続部を有することを特徴とする超電導マグネット。 - 請求項10又は請求項11に記載の超電導接続部の作製方法を用いて、
超電導コイルまたは永久電流スイッチを構成する前記ニオブチタン超電導線材と他の超電導線材とを接続した前記超電導接続部を作製することを特徴とする超電導マグネットの製造方法。
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