JP2023122796A - Connection structure of superconducting layer, superconducting wire material, superconducting coil, superconducting device, and connection method of superconducting layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a connection structure of superconducting layers, a superconducting wire, a superconducting coil, a superconducting device, and a method of connecting superconducting layers.
例えば、核磁気共鳴装置(NMR)や磁気共鳴画像診断装置(MRI)では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。 For example, in nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI), superconducting coils are used to generate strong magnetic fields. A superconducting coil is formed by winding a superconducting wire around a bobbin.
超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、2本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。 In order to lengthen the superconducting wire, for example, a plurality of superconducting wires are connected. For example, the ends of two superconducting wires are connected using a connection structure. A connection structure for connecting superconducting wires is required to have low electrical resistance and high mechanical strength.
本発明が解決しようとする課題は、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる超電導層の接続構造を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a superconducting layer connection structure capable of achieving low electrical resistance and high mechanical strength.
実施形態の超電導層の接続構造は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、前記結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、前記結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、を備え、前記バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、前記第1のピークに対応する第1の長径は、前記第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい。 A superconducting layer connection structure of an embodiment is provided between a first superconducting layer, a second superconducting layer, and the first superconducting layer and the second superconducting layer, and comprises a rare earth element (RE), A crystal grain containing barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and a region having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grain, wherein the distribution of the major diameters of the crystal grain is a connecting layer comprising a bimodal distribution, the bimodal distribution having a first distribution comprising a first peak and a second distribution comprising a second peak; A corresponding first major axis is greater than a second major axis corresponding to the second peak.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same or similar members are denoted by the same reference numerals, and descriptions of members that have already been described may be omitted as appropriate.
本明細書中、粒子の長径とは、粒子の外周の任意の2点間の長さの中の最大の長さである。また、粒子の短径とは、長径に対応する線分の中点を通り、上記線分に垂直で、粒子の外周を両端部とする線分の長さである。粒子の長径及び短径は、例えば、走査電子顕微鏡(SEM)による断面画像の画像解析により求めることが可能である。なお、本明細書中、長径に対応する線分を長軸と称する。また、短径に対応する線分を短軸と称する。 In this specification, the major diameter of a particle is the maximum length among the lengths between arbitrary two points on the circumference of the particle. The minor axis of a particle is the length of a line segment that passes through the midpoint of a line segment corresponding to the major axis, is perpendicular to the line segment, and has both ends at the outer periphery of the particle. The long and short diameters of the particles can be determined, for example, by image analysis of cross-sectional images using a scanning electron microscope (SEM). In this specification, a line segment corresponding to the major axis is referred to as a major axis. A line segment corresponding to the minor axis is called a minor axis.
粒子等に含まれる元素の検出及び元素の原子濃度の測定は、例えば、エネルギー分散型X線分光法(EDX)又は波長分散型X線分析法(WDX)を用いて行うことが可能である。また、粒子等に含まれる物質の同定は、例えば、粉末X線回折法を用いて行うことが可能である。 Detection of elements contained in particles and the measurement of atomic concentrations of the elements can be performed using, for example, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) or wavelength dispersive X-ray analysis (WDX). In addition, identification of substances contained in particles and the like can be performed using, for example, powder X-ray diffraction.
(第1の実施形態)
第1の実施形態の超電導層の接続構造は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、第1の超電導層と第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、を備える。バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、第1のピークに対応する第1の長径は、第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい。
(First embodiment)
The superconducting layer connection structure of the first embodiment is provided between a first superconducting layer, a second superconducting layer, and the first superconducting layer and the second superconducting layer, and comprises a rare earth element (RE) , crystal grains containing barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and a region having a carbon atom concentration higher than that of the crystal grains, and the distribution of the major diameters of the crystal grains is bilateral. a connecting layer comprising a modal distribution. The bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak, the first major axis corresponding to the first peak corresponding to the second peak larger than the second major axis.
図1は、第1の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。第1の実施形態の接続構造100は、2つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。接続構造100は、例えば、2本の超電導線材を接続し、超電導線材を長尺化するために用いられる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a connection structure of superconducting layers according to the first embodiment. The
接続構造100は、第1の超電導部材10、第2の超電導部材20、及び接続層30を備える。接続構造100は、第1の超電導部材10と第2の超電導部材20が、接続層30によって接続される構造である。接続層30は、第1の超電導部材10と第2の超電導部材20との間に設けられる。
The
第1の超電導部材10は、第1の基板12、第1の中間層14、第1の超電導層16を備える。第2の超電導部材20は、第2の基板22、第2の中間層24、第2の超電導層26を備える。
The first
第1の基板12は、例えば、金属である。第1の基板12は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第1の基板12は、例えば、ニッケルタングステン合金である。
The
第1の超電導層16は、例えば、酸化物超電導層である。第1の超電導層16は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の超電導層16は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及び、ルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
The first
第1の超電導層16は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第1の超電導層16は、例えば、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、YBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、又はEuBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The first
第1の超電導層16は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。
The first
第1の超電導層16は、例えば、第1の中間層14の上に、有機金属分解法(Metal Organic Decomposition法:MOD法)、パルスレーザ蒸着法(Pulsed Laser Deposition法:PLD法)、又は、有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition法:MOCVD法)を用いて形成される。
The
第1の中間層14は、第1の基板12と第1の超電導層16との間に設けられる。第1の中間層14は、例えば、第1の超電導層16に接する。第1の中間層14は、第1の中間層14の上に形成される第1の超電導層16の結晶配向性を向上させる機能を有する。
A first
第1の中間層14は、例えば、希土類酸化物を含む。第1の中間層14は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第1の中間層14は、例えば、第1の基板12側から、酸化イットリウム(Y2O3)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化セリウム(CeO2)が積層された構造を有する。
The first
第2の基板22は、例えば、金属である。第2の基板22は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第2の基板22は、例えば、ニッケルタングステン合金である。
The
第2の超電導層26は、例えば、酸化物超電導層である。第2の超電導層26は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の超電導層16は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
The second
第2の超電導層26は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第2の超電導層26は、例えば、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、YBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、又はEuBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The second
第2の超電導層26は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。
The second
第2の超電導層26は、例えば、第2の中間層24の上に、MOD法、PLD法、又はMOCVD法を用いて形成される。
The
第2の中間層24は、第2の基板22と第2の超電導層26との間に設けられる。第2の中間層24は、例えば、第2の超電導層26に接する。第2の中間層24は、第2の中間層24の上に形成される第2の超電導層26の結晶配向性を向上させる機能を有する。
A second
第2の中間層24は、例えば、希土類酸化物を含む。第2の中間層24は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第2の中間層24は、例えば、第2の基板22側から、酸化イットリウム(Y2O3)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化セリウム(CeO2)が積層された構造を有する。
The second
接続層30は、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。接続層30は、第1の超電導層16に接する。接続層30は、第2の超電導層26に接する。
接続層30は、酸化物超電導層である。接続層30は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及び、ルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
The
図2は、第1の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。 FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of part of the connection layer of the first embodiment.
接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、炭素含有粒子33、及び空孔34を含む。接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び炭素含有粒子33が焼結することにより形成されている。
The
第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32は、結晶粒子の一例である。炭素含有粒子33は、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域の一例である。
The
接続層30は、例えば、多孔質である。例えば、接続層30に含まれる粒子の間に空孔34(Void)が存在する。接続層30には、空孔34が存在しなくても構わない。
The
第1の結晶粒子31は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の結晶粒子31は、希土類酸化物である。第1の結晶粒子31は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。
The
第1の結晶粒子31は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第1の結晶粒子31は、例えば、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、YBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、又はEuBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The
第1の結晶粒子31は、超電導体である。
The
第1の結晶粒子31は、例えば、板状又は扁平形状である。扁平形状とは、粒子のアスペクト比が2以上であることを意味する。粒子のアスペクト比とは、粒子の短径に対する長径の比(長径/短径)である。
The
第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値は、例えば、2以上である。
The median value of the aspect ratios of the
図3は、第1の実施形態の結晶粒子の長径及び短径の定義を示す図である。図3は第1の結晶粒子31を例にした図である。
FIG. 3 is a diagram showing the definition of the major axis and minor axis of the crystal grains of the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the
粒子の長径とは、粒子の外周の任意の2点間の長さの中の最大の長さである。また、粒子の短径とは、長径に対応する線分の中点を通り、上記線分に垂直で、粒子の外周を両端部とする線分の長さである。 The major diameter of a particle is the maximum length among the lengths between arbitrary two points on the circumference of the particle. The minor axis of a particle is the length of a line segment that passes through the midpoint of a line segment corresponding to the major axis, is perpendicular to the line segment, and has both ends at the outer periphery of the particle.
例えば、図3に示す第1の結晶粒子31の場合の長径は、線分L1の長さである。また、図3に示す第1の結晶粒子31の場合の短径は、線分S1の長さである。線分S1は線分L1の中点M1を通る。図3に示す第1の結晶粒子31のアスペクト比は、L1/S1である。
For example, the major axis of the
第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、100nm以上10μm以下である。第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きい。
The median length of the
第1の結晶粒子31の長軸方向は、例えば、第1の超電導層16と接続層30の界面に対して傾斜する。第1の結晶粒子31の長軸方向の、第1の超電導層16と接続層30の界面に対する角度は第1の傾斜角である。第1の傾斜角は、例えば、15度以上90度以下である。
The major axis direction of the
第2の結晶粒子32は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第2の結晶粒子32は、希土類酸化物である。第2の結晶粒子32は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第2の結晶粒子32は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The
第2の結晶粒子32は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第2の結晶粒子32は、希土類酸化物である。第2の結晶粒子32は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第2の結晶粒子32は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、超電導体である。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、第1の結晶粒子31と同一の希土類元素を含む。第2の結晶粒子32の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と同一である。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、第1の結晶粒子31と異なる希土類元素を含んでも構わない。第2の結晶粒子32の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と異なっても構わない。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、球状又は不定形状である。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さい。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、例えば、2未満である。
The
第2の結晶粒子32の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さい。第2の結晶粒子32の長径の中央値は、例えば、10nm以上1μm未満である。第2の結晶粒子32の長径の中央値は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より小さい。
The median length of the
第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、第2の結晶粒子32の長径の中央値の10倍以上1000倍以下である。
The median length of the
図4は、第1の実施形態の接続層に含まれる結晶粒子の長径分布を示す図である。図4は、接続層30に含まれる第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32の長径分布を示す。
FIG. 4 is a diagram showing the major diameter distribution of crystal grains contained in the connection layer of the first embodiment. FIG. 4 shows the major diameter distribution of the
図4に示すように、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、バイモーダル分布を含む。バイモーダル分布は、第1のピーク(図4中のPk1)を含む第1の分布と、第2のピーク(図4中のPk2)を含む第2の分布と、を有する。
As shown in FIG. 4, the long diameter distribution of the crystal grains contained in the
なお、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、ピークが3個以上となるマルチモーダル分布であっても構わない。
Note that the long diameter distribution of the crystal grains contained in the
第1の分布に含まれる結晶粒子が、第1の結晶粒子31である。第2の分布に含まれる結晶粒子が、第2の結晶粒子32である。
Crystal grains included in the first distribution are the
第1のピークPk1に対応する長径が第1の長径(図4中のd1)である。第2のピークPk2に対応する長径が第2の長径(図4中のd2)である。 The major axis corresponding to the first peak Pk1 is the first major axis (d1 in FIG. 4). The major axis corresponding to the second peak Pk2 is the second major axis (d2 in FIG. 4).
第1の長径d1は、第2の長径d2よりも大きい。第1の長径d1は、例えば、第2の長径d2の10倍以上1000倍以下である。 The first major axis d1 is larger than the second major axis d2. The first major axis d1 is, for example, 10 times or more and 1000 times or less as large as the second major axis d2.
第1の長径d1は、例えば、100nm以上10μm以下である。第2の長径d2は、例えば、10nm以上1μm未満である。 The first major axis d1 is, for example, 100 nm or more and 10 μm or less. The second length d2 is, for example, 10 nm or more and less than 1 μm.
第1の長径d1は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きい。第2の長径d2は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より小さい。
The first major axis d1 is, for example, larger than the thickness of the
炭素含有粒子33は、炭素(C)を含む。炭素含有粒子33の原子濃度は、第1の結晶粒子31の原子濃度よりも高い。炭素含有粒子33の原子濃度は、第2の結晶粒子32の原子濃度よりも高い。
The carbon-containing
炭素含有粒子33の原子濃度は、例えば、第1の結晶粒子31の原子濃度の10倍以上である。炭素含有粒子33の原子濃度は、例えば、第2の結晶粒子32の原子濃度の10倍以上である。
The atomic concentration of the carbon-containing
炭素含有粒子33は、例えば、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む。炭素含有粒子33は、例えば、炭酸バリウムである。炭素含有粒子33は、例えば、Ba2CO3で表記される化学組成を有する。
The carbon-containing
炭素含有粒子33は、例えば、球状又は不定形状である。炭素含有粒子33のアスペクト比は、例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比よりも小さい。炭素含有粒子33のアスペクト比は、例えば、2未満である。
The carbon-containing
炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さい。炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第1の長径d1よりも小さい。
The median length of the carbon-containing
炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第2の結晶粒子32の長径の中央値よりも小さい。炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第2の長径d2よりも小さい。
The median length of the carbon-containing
炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、10nm以上1μm未満である。
The median length of the carbon-containing
接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、例えば、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数よりも少ない。接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、例えば、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数の10分の1以下である。
The number of carbon-containing
第1の実施形態の超電導層の接続方法は、第1の超電導層と第2の超電導層を準備し、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を作製し、酸化物超電導体を粉砕して、第1の結晶粒子を作製し、希土類元素(RE)の有機酸塩の粉末、バリウム(Ba)の有機酸塩の粉末、及び銅(Cu)の有機酸塩の粉末を溶解させた有機金属塩溶液を作製し、有機金属塩溶液に第1の結晶粒子を混合したスラリーを作製し、第1の超電導層の上にスラリーを塗布し、第1の超電導層と第2の超電導層との間にスラリーを挟んだ状態で熱処理を行う。 In the superconducting layer connection method of the first embodiment, a first superconducting layer and a second superconducting layer are prepared, and a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) are added. An oxide superconductor containing: and a powder of an organic acid salt of copper (Cu) are dissolved to prepare an organic metal salt solution, a slurry is prepared by mixing the first crystal particles in the organic metal salt solution, and the slurry is formed on the first superconducting layer. is applied, and heat treatment is performed with the slurry sandwiched between the first superconducting layer and the second superconducting layer.
以下、第1の実施形態の超電導層の接続方法の一例について説明する。 An example of a method for connecting superconducting layers according to the first embodiment will be described below.
図5は、第1の実施形態の超電導層の接続方法の一例の工程フロー図である。図5に示すように、第1の実施形態の超電導層の接続方法の一例は、導電層準備ステップS01、酸化物超電導体作製ステップS02、第1の結晶粒子作製ステップS03、有機金属溶液作製ステップS04、スラリー作製ステップS05、スラリー塗布ステップS06、熱処理ステップS07を備える。 FIG. 5 is a process flow diagram of an example of a method for connecting superconducting layers according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, an example of the superconducting layer connection method of the first embodiment includes a conductive layer preparation step S01, an oxide superconductor preparation step S02, a first crystal grain preparation step S03, and an organometallic solution preparation step. S04, a slurry preparation step S05, a slurry application step S06, and a heat treatment step S07.
最初に、第1の超電導層16及び第2の超電導層26を準備する(S01)。第1の超電導層16及び第2の超電導層26は、例えば、MOD法、PLD法、又は、MOCVD法を用いて形成される。
First, the
次に、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を形成する(S02)。酸化物超電導体は、例えば、固相反応法により形成する。酸化物超電導体は、例えば、希土類元素(RE)の酸化物の粉末、バリウム(Ba)の炭酸塩の粉末、及び銅(Cu)の酸化物の粉末を混合して圧縮して圧粉体を作製し、圧粉体を焼結することにより作製する。 Next, an oxide superconductor containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) is formed (S02). An oxide superconductor is formed, for example, by a solid state reaction method. The oxide superconductor is produced, for example, by mixing and compressing powders of rare earth element (RE) oxide, barium (Ba) carbonate, and copper (Cu) oxide to form a compact. It is produced by sintering the green compact.
酸化物超電導体の形成においては、例えば、Gd2O3、BaCO3、及びCuOの粉末を混合して圧縮し、圧粉体を作製する。圧粉体を焼結することにより、例えば、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)組成の酸化物超電導体が形成される。 In forming an oxide superconductor, for example, powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO are mixed and compressed to produce a powder compact. By sintering the compact, for example, an oxide superconductor having a composition of GdBa 2 Cu 3 O δ (6≦δ≦7) is formed.
次に、酸化物超電導体を粉砕して、第1の結晶粒子31を作製する(S03)。第1の結晶粒子31は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。例えば、粉砕により生じた粒子の中から、所望のサイズ及び形状の粒子を第1の結晶粒子31として選別する。
Next, the oxide superconductor is pulverized to produce first crystal grains 31 (S03). The
例えば、第1の結晶粒子31が板状又は扁平形状となるように、第1の結晶粒子31を作製する。例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値が2以上になるように、第1の結晶粒子31を作製する。
For example, the
次に、MOD法を用いて接続層30を形成する。
Next, the
希土類元素(RE)の有機酸塩の粉末、バリウム(Ba)の有機酸塩の粉末、及び銅(Cu)の有機酸塩の粉末を溶解させた有機金属塩溶液を作製する(S04)。例えば、Gd(OCOCH3)2の粉末、Ba(OCOCH3)2の粉末、及びCu(OCOCH3)2の粉末を用い、有機金属塩溶液を作製する。 An organic metal salt solution is prepared by dissolving an organic acid salt powder of a rare earth element (RE), a powder of an organic acid salt of barium (Ba), and a powder of an organic acid salt of copper (Cu) (S04). For example, Gd(OCOCH 3 ) 2 powder, Ba(OCOCH 3 ) 2 powder, and Cu(OCOCH 3 ) 2 powder are used to prepare an organometallic salt solution.
次に、作製された有機金属塩溶液に第1の結晶粒子31を混合し、スラリーを作製する(S05)。
Next, the
次に、作製されたスラリーを第1の超電導層16の上に塗布する(S06)。 Next, the prepared slurry is applied onto the first superconducting layer 16 (S06).
次に、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間にスラリーを挟んだ状態で熱処理を行う(S07)。熱処理は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26を、第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向に加圧した状態で行う。
Next, heat treatment is performed with the slurry sandwiched between the
熱処理は、例えば、酸素を含む雰囲気中で行う。熱処理は、例えば、800℃以下の温度で行う。熱処理により接続層30が形成される。
The heat treatment is performed, for example, in an atmosphere containing oxygen. The heat treatment is performed, for example, at a temperature of 800° C. or lower. A
スラリーの焼成により、第2の結晶粒子32が形成される。第2の結晶粒子32は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。
By firing the slurry, the
第2の結晶粒子32の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さくなる。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さくなる。
The median length of the
スラリーの焼成により、炭素含有粒子33が形成される。炭素含有粒子33は、例えば、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む。炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さくなる。また、炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第2の結晶粒子32の長径の中央値よりも小さくなる。
Carbon-containing
以上の方法により、第1の超電導層16と第2の超電導層26とが接続される。以上の方法により、第1の実施形態の超電導層の接続構造100が形成される。
By the above method, the
なお、酸化物超電導体は、固相反応法にかえて、例えば、MOD法、PLD法、又は、MOCVD法を用いて形成することも可能である。 It should be noted that the oxide superconductor can also be formed using, for example, the MOD method, the PLD method, or the MOCVD method instead of the solid phase reaction method.
次に、第1の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導層の接続方法の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effects of the superconducting layer connection structure and the superconducting layer connection method of the first embodiment will be described.
例えば、核磁気共鳴装置(NMR)や磁気共鳴画像診断装置(MRI)では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。 For example, in nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI), superconducting coils are used to generate strong magnetic fields. A superconducting coil is formed by winding a superconducting wire around a bobbin.
超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、2本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。 In order to lengthen the superconducting wire, for example, a plurality of superconducting wires are connected. For example, the ends of two superconducting wires are connected using a connecting structure. A connection structure for connecting superconducting wires is required to have low electrical resistance and high mechanical strength.
第1の実施形態の超電導層の接続方法は、第1の超電導層16と第2の超電導層26とを接続する接続層30が、長径の大きい第1の結晶粒子31、長径の小さい第2の結晶粒子32、及び炭素含有粒子33を含む。接続層30が、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び炭素含有粒子33を含むことで、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた超電導層の接続構造100が実現できる。以下、詳述する。
In the superconducting layer connection method of the first embodiment, the
第1の実施形態の超電導層の接続構造100は、長径の大きい第1の結晶粒子31を備えることで、接続層30の電気抵抗が低減する。長径の大きい第1の結晶粒子31を備えることで、接続層30の中に占める結晶粒子界面が減少する。したがって、結晶粒子界面の界面抵抗が接続層30の電気抵抗を増加させることが抑制される。
The superconducting
また、第1の実施形態の超電導層の接続構造100は、長径の小さい第2の結晶粒子32が、長径の大きい第1の結晶粒子31の間を充填している。第2の結晶粒子32により、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32が結合し、接続層30の機械的強度が向上する。
In the
酸化物超電導体の結晶粒子の炭素原子濃度が高くなると、結晶粒子の導電性が低くなる。第1の結晶粒子31の炭素原子濃度は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度よりも低い。また、第2の結晶粒子32の炭素原子濃度は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度よりも低い。
As the carbon atom concentration in the crystal grains of the oxide superconductor increases, the conductivity of the crystal grains decreases. The carbon atom concentration of the
第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32の炭素原子濃度を低くすることで、接続層30の電気抵抗を低減することができる。特に、接続層30の電気抵抗の低減への寄与度が高い第1の結晶粒子31の炭素原子濃度を低くすることで、接続層30の電気抵抗を低減することができる。
By lowering the carbon atom concentrations of the
以上のように、第1の実施形態の超電導層の接続構造100によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度が実現できる。
As described above, according to the superconducting
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の炭素原子濃度は、第1の結晶粒子31の炭素原子濃度の10倍以上であることが好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の炭素原子濃度は、第2の結晶粒子32の炭素原子濃度の10倍以上であることが好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
いいかえれば、接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の炭素含有粒子33は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度の10分の1以下であることが好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第2の結晶粒子32の炭素含有粒子33は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度の10分の1以下であることが好ましい。
In other words, from the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数よりも少ないことが好ましい。接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数の10分の1以下であることがより好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さいことが好ましい。また、接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の長径の中央値は、第2の結晶粒子32の長径の中央値よりも小さいことが好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
炭素含有粒子33は超電導特性を備えず、導電性が低い。したがって、炭素含有粒子33の個数が少なくなることで、接続層30の電気抵抗の上昇を抑制できる。また、炭素含有粒子33の長径が小さくなることで、接続層30の電気抵抗の上昇を抑制できる。
The carbon-containing
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の長径の中央値は、100nm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、3μm以上であることが更に好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の長径d1は、100nm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、3μm以上であることが更に好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の長径の中央値は、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きいことが好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の長径d1は、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きいことが好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値は、第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値よりも大きいことが好ましい。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さいことが好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値は、2以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、6以上であることが更に好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、2未満であることが好ましく、1.5未満であることがより好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の長軸方向の、第1の超電導層16と接続層30の界面に対する第1の傾斜角の中央値は、15度以上であることが好ましく、20度以上であることがより好ましく、30度以上であることが更に好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の結晶粒子32の長径の中央値は、1μm未満であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、200nm未満であることが更に好ましい。接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の長径d2は、1μm未満であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、200nm未満であることが更に好ましい。
From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the
接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第1の結晶粒子31の長径の中央値は、第2の結晶粒子32の長径の10倍以上であることが好ましい。接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第1の長径d1は、第2の長径d2の10倍以上であることが好ましい。
From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the
接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第1の結晶粒子31の化学組成と第2の結晶粒子32の化学組成が同一であることが好ましい。
From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the
第1の実施形態の超電導層の接続方法では、第1の結晶粒子31と第2の結晶粒子32を独立した製造ステップで形成する。第1の結晶粒子31は、あらかじめ作製した酸化物超電導体を粉砕することで形成する。一方、第2の結晶粒子32は、MOD法で形成する。したがって、第1の結晶粒子31の特性及び第2の結晶粒子32の特性を、接続層30の低い電気抵抗と高い機械的強度を実現するために最適な特性とすることが容易となる。
In the superconducting layer connection method of the first embodiment, the
第1の結晶粒子31に特に要求される特性は、接続層30の電気抵抗を低減する観点から、例えば、結晶性が高く、粒子の長径が大きく、アスペクト比が高く、炭素原子濃度が低いことである。あらかじめ作製する酸化物超電導体は、最適な製造条件を選択することで高い結晶性、及び低い炭素原子濃度を得ることが可能である。また、酸化物超電導体を粉砕して第1の結晶粒子31を作製する際に、最適な粉砕条件及び粒子選別条件を選択することで、粒子の長径が大きく、アスペクト比が高い第1の結晶粒子31を作製できる。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
第2の結晶粒子32に特に要求される特性は、接続層30の機械的強度を向上させる観点から、粒子の長径が小さく、粒子同士の焼結性が高いことである。また、第1の超電導層16及び第2の超電導層26の超電導特性を劣化させない観点から、第2の結晶粒子32は、低温で形成できることが要求される。MOD法を用いることで、長径が小さく、粒子同士の焼結性の高い第2の結晶粒子32を、低温で形成することが可能である。
From the viewpoint of improving the mechanical strength of the
また、MOD法を用いることで、接続層30の中の炭素含有粒子33の個数や、炭素含有粒子33の長径を小さくすることができる。したがって、接続層30の電気抵抗が低減する。
Moreover, by using the MOD method, the number of carbon-containing
以上、第1の実施形態の超電導層の接続方法によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた超電導層の接続構造を製造することが可能である。 As described above, according to the superconducting layer connection method of the first embodiment, it is possible to manufacture a superconducting layer connection structure having low electrical resistance and high mechanical strength.
あらかじめ作製する酸化物超電導体は、固相反応法を用いて形成することが好ましい。あらかじめ形成する酸化物超電導体は、希土類元素(RE)の酸化物の粉末、バリウム(Ba)の炭酸塩の粉末、及び銅(Cu)の酸化物の粉末を混合して圧縮して圧粉体を作製し、圧粉体を焼結することにより作製することが好ましい。上記方法により、結晶性が高く、炭素原子濃度の低い酸化物超電導体を作製することが可能となる。 The prefabricated oxide superconductor is preferably formed using a solid phase reaction method. The preformed oxide superconductor is produced by mixing and compressing powders of rare earth element (RE) oxide, barium (Ba) carbonate, and copper (Cu) oxide. and sintering the green compact. By the above method, it is possible to produce an oxide superconductor with high crystallinity and low carbon atom concentration.
第2の結晶粒子32を形成する熱処理は、高い焼結性を実現する観点から酸素を含む雰囲気中で行われることが好ましい。
The heat treatment for forming the
第2の結晶粒子32を形成する熱処理は、800℃以下の温度で行われることが好ましく、700℃以下で行われることがより好ましい。熱処理を低温で行うことで、第1の超電導層16及び第2の超電導層26の超電導特性の劣化を抑制できる。
The heat treatment for forming the
接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の結晶粒子32の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さいことが好ましい。また、接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さくすることが好ましい。
From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the
(変形例)
図6は、第1の実施形態の変形例の接続層の一部の拡大模式断面図である。変形例の接続層30は、炭素含有粒子33にかえて炭素含有部分35を含む点で、第1の実施形態の接続層30と異なる。
(Modification)
FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the connection layer of the modified example of the first embodiment. The
第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32は、結晶粒子の一例である。炭素含有部分35は、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域の一例である。
The
炭素含有部分35は、炭素(C)を含む。炭素含有部分35の原子濃度は、第1の結晶粒子31の原子濃度よりも高い。炭素含有部分35の原子濃度は、第2の結晶粒子32の原子濃度よりも高い。
The carbon-containing
炭素含有部分35の原子濃度は、例えば、第1の結晶粒子31の原子濃度の10倍以上である。炭素含有部分35の原子濃度は、例えば、第2の結晶粒子32の原子濃度の10倍以上である。
The atomic concentration of the carbon-containing
炭素含有部分35は、例えば、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む。炭素含有部分35は、例えば、炭酸バリウムである。炭素含有部分35は、例えば、Ba2CO3で表記される化学組成を有する。
Carbon-containing
炭素含有部分35は、不定形状である。
The carbon-containing
以上、第1の実施形態の超電導層の接続構造及び変形例によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。 As described above, according to the connection structure of the superconducting layers of the first embodiment and the modified example, low electric resistance and high mechanical strength can be realized.
(第2の実施形態)
第2の実施形態の超電導線材は、第1の超電導層を含む第1の超電導線材と、第2の超電導層を含む第2の超電導線材と、第1の面と第1の面と対向する第2の面を有する第3の超電導層と、第1の超電導層と第3の超電導層との間、及び、第2の超電導層と第3の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、を備える。第1の超電導層及び第2の超電導層は、第3の超電導層の第1の面の側に位置する。バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、第1のピークに対応する第1の長径は、第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい。第2の実施形態の超電導線材は、第1の超電導線材と第2の超電導線材を接続する構造として、第1の実施形態の超電導層の接続構造を用いる。以下、第1の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
(Second embodiment)
In the superconducting wire of the second embodiment, the first superconducting wire including the first superconducting layer, the second superconducting wire including the second superconducting layer, and the first surface face the first surface. A third superconducting layer having a second surface, provided between the first superconducting layer and the third superconducting layer, and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, and a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and a region having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grain, a connecting layer whose distribution includes a bimodal distribution. The first superconducting layer and the second superconducting layer are located on the side of the first surface of the third superconducting layer. The bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak, the first major axis corresponding to the first peak corresponding to the second peak larger than the second major axis. The superconducting wire of the second embodiment uses the connection structure of the superconducting layers of the first embodiment as a structure for connecting the first superconducting wire and the second superconducting wire. In the following, a part of the description of the content that overlaps with that of the first embodiment will be omitted.
図7は、第2の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第2の実施形態の超電導線材400は、第1の超電導線材401、第2の超電導線材402、及び接続部材403を備える。第2の実施形態の超電導線材400は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402が、接続部材403を用いて接続されることで、長尺化されている。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire according to the second embodiment. A
第1の超電導線材401は、第1の基板12、第1の中間層14、第1の超電導層16、第1の保護層18を備える。第2の超電導線材402は、第2の基板22、第2の中間層24、第2の超電導層26、第2の保護層28を備える。接続部材403は、第3の基板42、第3の中間層44、第3の超電導層46を備える。
First
第1の超電導線材401、第2の超電導線材402、及び接続部材403は、第1の実施形態の第1の超電導部材10及び第2の超電導部材20と同様の構造を備える。
The
接続層30は、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。接続層30は、第1の超電導層16に接する。接続層30は、第3の超電導層46に接する。
接続層30は、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。接続層30は、第2の超電導層26に接する。接続層30は、第3の超電導層46に接する。
The
第1の超電導層16と第3の超電導層46との間の接続層30と、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間の接続層30は連続している。
The connecting
接続層30は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に存在しない。第1の超電導層16と第2の超電導層26との間は、例えば、空隙(air gap)である。
The
接続層30は、酸化物超電導層である。接続層30は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
The
第2の実施形態の接続層30は、図2に示す第1の実施形態の接続層30と同様の構成を備える。
The
第2の実施形態の超電導線材400では、例えば、第1の超電導線材401から、接続層30、接続部材403、及び接続層30を通って第2の超電導線材402に電流が流れる。
In
第1の超電導線材401と接続部材403とが接続層30を用いて接続されることで、第1の超電導線材401と接続部材403とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。また、第2の超電導線材402と接続部材403とが接続層30を用いて接続されることで、第2の超電導線材402と接続部材403とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。
By connecting
したがって、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。よって、超電導線材400は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。
Therefore, the connection structure connecting
なお、3本以上の超電導線材を接続し、更に長尺化した超電導線材を形成することも可能である。 It is also possible to connect three or more superconducting wires to form a longer superconducting wire.
(第1の変形例)
図8は、第2の実施形態の超電導線材の第1の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第1の変形例の超電導線材410は、補強材60を備える点で、第2の実施形態の超電導線材400と異なる。
(First modification)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a first modification of the superconducting wire of the second embodiment. A
補強材60は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。
Reinforcing
補強材60は、例えば、第1の超電導線材401及び第2の超電導線材402に接する。補強材60は、例えば、接続層30に接する。
The reinforcing
補強材60を備えることで、超電導線材410の機械的強度が向上する。
By providing reinforcing
補強材60は、例えば、金属又は樹脂である。補強材60は、例えば、はんだである。補強材60は、例えば、銀(Ag)及びインジウム(In)を含むはんだである。
The reinforcing
(第2の変形例)
図9は、第2の実施形態の超電導線材の第2の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第2の変形例の超電導線材420は、接続層30が互いに離間した第1の領域30aと第2の領域30bを含む点で、第2の実施形態の超電導線材400と異なる。
(Second modification)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a second modification of the superconducting wire of the second embodiment. A
接続層30は、第1の領域30aと第2の領域30bを含む。第1の領域30aと第2の領域30bは離間する。
The
第1の領域30aは、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。第1の領域30aは、第1の超電導層16に接する。第1の領域30aは、第3の超電導層46に接する。
The
第2の領域30bは、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。第2の領域30bは、第2の超電導層26に接する。第2の領域30bは、第3の超電導層46に接する。
A
(第3の変形例)
図10は、第2の実施形態の超電導線材の第3の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第3の変形例の超電導線材430は、第1の超電導層16の第3の超電導層46に対向する面の一部が露出し、第2の超電導層26の第3の超電導層46に対向する面の一部が露出する点で、第2の実施形態の第2の変形例の超電導線材420と異なる。
(Third modification)
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a third modification of the superconducting wire of the second embodiment. In a
第1の超電導層16の上面の、第2の超電導層26側の端部の近傍に、接続層30が存在しない領域がある。また、第2の超電導層26の上面の、第1の超電導層16側の端部の近傍に、接続層30が存在しない領域がある。
On the upper surface of the
(第4の変形例)
図11は、第2の実施形態の超電導線材の第4の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第4の変形例の超電導線材440は、補強材60を備える点で、第2の実施形態の第3の変形例の超電導線材430と異なる。
(Fourth modification)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a fourth modification of the superconducting wire of the second embodiment. A
補強材60は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。補強材60は、例えば、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の領域30aと第2の領域30bとの間に設けられる。
Reinforcing
補強材60を備えることで、超電導線材440の機械的強度が向上する。
By providing reinforcing
補強材60は、例えば、金属又は樹脂である。補強材60は、例えば、はんだである。補強材60は、例えば、銀(Ag)及びインジウム(In)を含むはんだである。
The reinforcing
以上、第2の実施形態及び変形例によれば、2本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。 As described above, according to the second embodiment and the modified example, a long superconducting wire having low electric resistance and high mechanical strength can be realized by connecting two superconducting wires.
(第3の実施形態)
第3の実施形態の超電導コイルは、第2の実施形態の超電導線材を備える。以下、第2の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
(Third embodiment)
A superconducting coil of the third embodiment includes the superconducting wire of the second embodiment. In the following, a part of the description may be omitted for the contents that overlap with the second embodiment.
図12は、第3の実施形態の超電導コイルの模式斜視図である。図13は、第3の実施形態の超電導コイルの模式断面図である。 FIG. 12 is a schematic perspective view of the superconducting coil of the third embodiment. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the superconducting coil of the third embodiment.
第3の実施形態の超電導コイル700は、例えば、NMR、MRI、重粒子線治療器、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両などの超電導機器の磁場発生用のコイルとして用いられる。
The
超電導コイル700は、巻枠110、第1の絶縁板111a、第2の絶縁板111b、及び巻線部112を備える。巻線部112は、超電導線材120と、線材間層130を有する。
図13は、第1の絶縁板111a、及び第2の絶縁板111bを除いた状態を示す。
FIG. 13 shows a state in which the first insulating
巻枠110は、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。超電導線材120は、例えば、テープ形状である。超電導線材120は、図13に示すように、巻回中心Cを中心に、同心円状のいわゆるパンケーキ形状に巻枠110に巻き回される。
The
線材間層130は、超電導線材120を固定する機能を有する。線材間層130は、超電導線材120が、超電導機器の使用中の振動や、互いの摩擦により破壊されることを抑制する機能を有する。
第1の絶縁板111a及び第2の絶縁板111bは、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。第1の絶縁板111a及び第2の絶縁板111bは、巻線部112を外部に対して絶縁する機能を有する。巻線部112は、第1の絶縁板111aと第2の絶縁板111bとの間に位置する。
The first insulating
超電導線材120には、第2の実施形態の超電導線材が用いられる。
The superconducting wire of the second embodiment is used for the
以上、第3の実施形態によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材を備えることで、特性の向上した超電導コイルが実現できる。 As described above, according to the third embodiment, a superconducting coil having improved characteristics can be realized by providing a superconducting wire having a low electrical resistance and a high mechanical strength.
(第4の実施形態)
第4の実施形態の超電導機器は、第3の実施形態の超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第3の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
(Fourth embodiment)
A superconducting device of the fourth embodiment is a superconducting device including the superconducting coil of the third embodiment. In the following, a part of the description of the content overlapping with that of the third embodiment will be omitted.
図14は、第4の実施形態の超電導機器のブロック図である。第4の実施形態の超電導機器は、重粒子線治療器800である。重粒子線治療器800は、超電導機器の一例である。
FIG. 14 is a block diagram of the superconducting equipment of the fourth embodiment. A superconducting device of the fourth embodiment is a heavy
重粒子線治療器800は、入射系50、シンクロトロン加速器52、ビーム輸送系54、照射系56、制御系58を備える。
The heavy
入射系50は、例えば、治療に用いる炭素イオンを生成し、シンクロトロン加速器52に入射するための予備加速を行う機能を有する。入射系50は、例えば、イオン発生源と線形加速器を有する。
The
シンクロトロン加速器52は、入射系50から入射された炭素イオンビームを治療に適合したエネルギーまで加速する機能を有する。シンクロトロン加速器52に、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。
The
ビーム輸送系54は、シンクロトロン加速器52から入射された炭素イオンビームを照射系56まで輸送する機能を有する。ビーム輸送系54は、例えば、偏向電磁石を有する。
The
照射系56は、ビーム輸送系54から入射された炭素イオンビームを照射対象である患者に照射する機能を備える。照射系56は、例えば、炭素イオンビームを任意の方向から照射可能にする回転ガントリーを有する。回転ガントリーに、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。
The
制御系58は、入射系50、シンクロトロン加速器52、ビーム輸送系54、及び照射系56の制御を行う。制御系58は、例えば、コンピュータである。
A
第4の実施形態の重粒子線治療器800は、シンクロトロン加速器52及び回転ガントリーに、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。したがって、特性の優れた重粒子線治療器800が実現される。
The heavy
第4の実施形態では、超電導機器の一例として、重粒子線治療器800の場合を説明したが、超電導機器は、核磁気共鳴装置(NMR)、磁気共鳴画像診断装置(MRI)、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両であっても構わない。
In the fourth embodiment, as an example of superconducting equipment, the case of the heavy
(実施例1)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Example 1)
An intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) were formed on a Hastelloy substrate, and covered with silver and copper protective layers. I prepared a book. A portion of 1.0 cm from one end was wet-etched using a mixed solution of nitric acid and ammonia and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, and thoroughly mixed, and the mixed powder was compression-molded to prepare a powder compact. By sintering the obtained compact at 930° C., an oxide superconductor having a composition of GdBa 2 Cu 3 O 7-δ was produced. The obtained oxide superconductor is pulverized in a mortar by beating it, and particles having a suitable diameter are screened with a sieve or the like to obtain an aspect having a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less. A superconductor powder with a high ratio was produced.
得られた2種類の超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:2で混合し、スラリーを作製した。 The obtained two kinds of superconductor powders and an organometallic salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 and Cu(OCOCH 3 ) 2 are dissolved were mixed at a weight ratio of 1:2 to form a slurry. was made.
得られたスラリーを、上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層に塗布した。その後、超電導線材のスラリーを塗布した部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The resulting slurry was applied to the exposed oxide superconducting layer of one of the above superconducting wires. After that, the portion of the superconducting wire to which the slurry was applied and the portion of the other superconducting wire in which the superconducting layer was exposed were placed face to face.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The superimposed wire rod was sandwiched between jigs from above and below, and was pressurized.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第1の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第2の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 A first heat treatment was performed by heating to 780° C. in an air atmosphere while being sandwiched between jigs. After that, it was cooled to around room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the furnace was heated to 500° C. in an oxygen atmosphere to perform a second heat treatment, thereby forming a connection structure of the superconducting wires.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。本接続構造の、超電導転移後の臨界電流値を基準値1.0として、以下実施例、比較例において相対臨界電流値を示す。 Terminals were attached to both ends of the superconducting wire after connection, and the temperature dependence of the electrical resistance was measured. Assuming that the critical current value of this connection structure after the transition to superconductivity is 1.0 as a reference value, relative critical current values are shown in the following examples and comparative examples.
接続部断面をSEM及びSEM-EDXで観察したところ、板状又は扁平形状で炭素(C)がほとんど観測されないGdBa2Cu3O7-δ組成の第1の結晶粒子と、アスペクト比の低い不定形状のGdBa2Cu3O7-δ組成の第2の結晶粒子とが確認された。第1の結晶粒子の長径の平均は5μm程度、短径は2μmであり、第2の結晶粒子の粒径(第2の粒径)は長径短径とも90nm程度であり、バイモーダルな分布であった。さらに第2粒子の周辺に第2粒子より小さい不定形状の炭素含有粒子33を確認し、この粒子から第1の結晶粒子の10倍以上の強度の炭素(C)が観測された。
Observation of the cross section of the connecting portion with SEM and SEM-EDX revealed that the first crystal grains had a plate-like or flat shape and almost no carbon (C) was observed, and had a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition, and an indeterminate crystal grain with a low aspect ratio. Second crystal grains of the GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition in the shape were confirmed. The average major axis of the first crystal grains is about 5 μm, and the average minor axis is 2 μm. there were. Further, irregular shaped carbon-containing
(比較例1)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Comparative example 1)
An intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) were formed on a Hastelloy substrate, and covered with silver and copper protective layers. I prepared a book. A portion of 1.0 cm from one end was wet-etched using a mixed solution of nitric acid and ammonia and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, and thoroughly mixed, and the mixed powder was compression-molded to prepare a powder compact. By sintering the obtained compact at 930° C., an oxide superconductor having a composition of GdBa 2 Cu 3 O 7-δ was produced. The obtained oxide superconductor is pulverized in a mortar by beating it, and particles having a suitable diameter are screened with a sieve or the like to obtain an aspect having a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less. A superconductor powder with a high ratio was produced.
得られた超電導体粉末と、粒径が50nm程度のGd2O3粉末と、粒径が70nm程度のBaCO3粉末と、粒径が30nm程度のCuO粉末とを乳鉢を用いて混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。 The obtained superconductor powder, Gd 2 O 3 powder with a particle size of about 50 nm, BaCO 3 powder with a particle size of about 70 nm, and CuO powder with a particle size of about 30 nm were mixed using a mortar. Water and sodium alginate were added to the obtained mixed powder to form a slurry.
上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、超電導線材のスラリーを塗布した部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 After applying the slurry to the exposed oxide superconducting layer of one of the superconducting wires, the portion of the superconducting wire that has been coated with the slurry faces the portion of the other superconducting wire that has the superconducting layer exposed. superimposed on each other.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The superimposed wire rod was sandwiched between jigs from above and below, and was pressurized.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第1の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第2の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 A first heat treatment was performed by heating to 780° C. in an air atmosphere while being sandwiched between jigs. After that, it was cooled to around room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the furnace was heated to 500° C. in an oxygen atmosphere to perform a second heat treatment, thereby forming a connection structure of the superconducting wires.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は0.8となった。 Terminals were attached to both ends of the superconducting wire after connection, and the temperature dependence of the electrical resistance was measured. Also, the critical current value after the transition to superconductivity was 0.8.
接続部断面をSEM及びSEM-EDXで観察したところ、板状又は扁平形状の第1の結晶粒子及びアスペクト比の低い不定形状の第2の結晶粒子が観察された。第2の結晶粒子の表面に炭素(C)が検出された。また、100nmから2μm程度の実施例1よりも大きな不定形状の炭素含有粒子33の塊が観察された。
Observation of the cross section of the connecting portion by SEM and SEM-EDX revealed plate-like or flattened first crystal grains and amorphous second crystal grains with a low aspect ratio. Carbon (C) was detected on the surface of the second crystal grain. In addition, lumps of irregularly shaped carbon-containing
(実施例2)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を3本用意した。それぞれの長さは1本を2.2cm、残りの2本を10cmとした。2.2cmの線は両端部間を、10cmの2本は片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Example 2)
Three oxide superconducting wires were prepared, each having an intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) formed on a Hastelloy substrate and covered with silver and copper protective layers. The length of each was 2.2 cm for one and 10 cm for the remaining two. The 2.2 cm line is wet-etched between both ends, and the two 10 cm lines are wet-etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide at a distance of 1.0 cm from one end to form an oxide superconducting layer. exposed.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, and thoroughly mixed, and the mixed powder was compression-molded to prepare a powder compact. By sintering the obtained compact at 930° C., an oxide superconductor having a composition of GdBa 2 Cu 3 O 7-δ was produced. The obtained oxide superconductor is pulverized in a mortar by beating it, and particles having a suitable diameter are screened with a sieve or the like to obtain an aspect having a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less. A superconductor powder with a high ratio was produced.
選別の際に得られた上記より小さい粒子をさらにボールミルを用いて3時間以上粉砕することで粒径の中央値が3μm以上のアスペクト比が2未満と低い超電導体粉末を作製した。 Particles smaller than the above obtained during the selection were further pulverized using a ball mill for 3 hours or longer to produce a superconductor powder with a median particle size of 3 μm or more and a low aspect ratio of less than 2.
得られた2種類の超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:1:4で混合し、スラリーを作製した。 The obtained two kinds of superconductor powders and an organometallic salt solution in which Gd( OCOCH3 ) 2 , Ba( OCOCH3 ) 2 and Cu( OCOCH3 ) 2 were dissolved were mixed at a weight ratio of 1:1:4. , to prepare a slurry.
得られたスラリーを、上記2.2cmの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した。その後、図7に示す構造となるように、2.2cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The resulting slurry was applied to the exposed oxide superconducting layer of the 2.2 cm superconducting wire. After that, the portion of the 2.2 cm superconducting wire to which the slurry was applied and the portion of the 10 cm superconducting wire where the superconducting layer was exposed were overlapped so as to form the structure shown in FIG.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The superimposed wire rod was sandwiched between jigs from above and below, and was pressurized.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第1の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第2の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 A first heat treatment was performed by heating to 780° C. in an air atmosphere while being sandwiched between jigs. After that, it was cooled to around room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the furnace was heated to 500° C. in an oxygen atmosphere to perform a second heat treatment, thereby forming a connection structure of the superconducting wires.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 Terminals were attached to both ends of the superconducting wire after connection, and the temperature dependence of the electrical resistance was measured. Also, the critical current value after the transition to superconductivity was 1.0.
(変形例1)
実施例2の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造の10cmの超電導線材が向かい合う面に銀とインジウムを含むはんだを乗せ、200℃で加熱することではんだを溶融し接着することで補強材とした。
(Modification 1)
After forming the connection structure according to the procedure of Example 2, solder containing silver and indium is placed on the surfaces of the connection structure where the 10 cm superconducting wires face each other, and the solder is heated at 200 ° C. to melt and bond the reinforcing material. and
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 Terminals were attached to both ends of the superconducting wire after connection, and the temperature dependence of the electrical resistance was measured. Also, the critical current value after the transition to superconductivity was 1.0.
(変形例2)
実施例2の手順に従い超電導線材及びスラリーを準備し、2本の10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分にスラリーを塗布し、2.2cmの超電導線材と2本の10cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分とを向かい合わせて重ね合わせた。
(Modification 2)
A superconducting wire and a slurry are prepared according to the procedure of Example 2, the slurry is applied to the exposed portions of the superconducting layers of the two 10 cm superconducting wires, and the 2.2 cm superconducting wire and the two 10 cm superconducting wires. The parts coated with the slurry were placed face to face.
上下から治具で挟み込み、加圧したまま実施例2と同様の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成、測定を行った。 The superconducting wires were sandwiched between jigs from above and below, and heat treatment was performed in the same manner as in Example 2 while pressure was applied to form and measure the connection structure of the superconducting wires.
93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 A clear superconducting transition was confirmed at around 93K and a transition width of about 1K. Also, the critical current value after the transition to superconductivity was 1.0.
(変形例3)
実施例2の手順に従い超電導線材及びスラリーを準備し、2.2cmの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層の両端からそれぞれ0.9cmの範囲に塗布した後、図10に示す構造となるように、2.2cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。
(Modification 3)
A superconducting wire and a slurry were prepared according to the procedure of Example 2, and the superconducting wire with a length of 2.2 cm was coated in a range of 0.9 cm from each end of the exposed oxide superconducting layer, and then the structure shown in FIG. 10 was obtained. Thus, a portion of the 2.2 cm superconducting wire to which the slurry was applied and a portion of the 10 cm superconducting wire where the superconducting layer was exposed were placed face to face.
上下から治具で挟み込み、加圧したまま実施例2と同様の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成、測定を行った。 The superconducting wires were sandwiched between jigs from above and below, and heat treatment was performed in the same manner as in Example 2 while pressure was applied to form and measure the connection structure of the superconducting wires.
93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 A clear superconducting transition was confirmed at around 93K and a transition width of about 1K. Also, the critical current value after the transition to superconductivity was 1.0.
(変形例4)
変形例3の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造の10cmの超電導線材が向かい合う面に銀とインジウムを含むはんだを乗せ、200℃で加熱することではんだを溶融し接着することで補強材とした。
(Modification 4)
After forming the connection structure according to the procedure of Modification 3, solder containing silver and indium is placed on the surfaces of the connection structure where the 10 cm superconducting wires face each other, and the solder is heated at 200 ° C. to melt and bond the reinforcing material. and
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 Terminals were attached to both ends of the superconducting wire after connection, and the temperature dependence of the electrical resistance was measured. Also, the critical current value after the transition to superconductivity was 1.0.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, components of one embodiment may be substituted or modified with components of another embodiment. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
16 第1の超電導層
26 第2の超電導層
30 接続層
31 第1の結晶粒子
32 第2の結晶粒子
33 炭素含有粒子
35 炭素含有部分
46 第3の超電導層
100 接続構造
400 第2の実施形態の超電導線材
401 第1の超電導線材
402 第2の超電導線材
700 超電導コイル
800 重粒子線治療器
Pk1 第1のピーク
Pk2 第2のピーク
d1 第1の長径
d2 第2の長径
16
Claims (20)
第2の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、前記結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、前記結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、
を備え、
前記バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、
前記第1のピークに対応する第1の長径は、前記第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい、超電導層の接続構造。 a first superconducting layer;
a second superconducting layer;
Crystal grains provided between the first superconducting layer and the second superconducting layer and containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and the crystal grains a region having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the connection layer, wherein the distribution of the major diameters of the crystal grains includes a bimodal distribution;
with
The bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak,
The superconducting layer connection structure, wherein a first major axis corresponding to the first peak is larger than a second major axis corresponding to the second peak.
前記第2の長径は、前記厚さよりも小さい、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の超電導層の接続構造。 The first major axis is larger than the thickness of the connection layer in the direction from the first superconducting layer to the second superconducting layer,
The connection structure of superconducting layers according to any one of claims 1 to 7, wherein said second major axis is smaller than said thickness.
第2の超電導層を含む第2の超電導線材と、
第1の面と前記第1の面と対向する第2の面を有する第3の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第3の超電導層との間、及び、前記第2の超電導層と前記第3の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、前記結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、前記結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、
を備え、
前記第1の超電導層及び前記第2の超電導層は、前記第3の超電導層の前記第1の面の側に位置し、
前記バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、
前記第1のピークに対応する第1の長径は、前記第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい、超電導線材。 a first superconducting wire including a first superconducting layer;
a second superconducting wire including a second superconducting layer;
a third superconducting layer having a first surface and a second surface facing the first surface;
Between the first superconducting layer and the third superconducting layer and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, a rare earth element (RE), barium (Ba), Crystal grains containing copper (Cu) and oxygen (O), and a region having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grains, and the distribution of major diameters of the crystal grains includes a bimodal distribution. a connection layer;
with
the first superconducting layer and the second superconducting layer are located on the first surface side of the third superconducting layer;
The bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak,
A superconducting wire, wherein a first major axis corresponding to the first peak is larger than a second major axis corresponding to the second peak.
希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を作製し、
前記酸化物超電導体を粉砕して、第1の結晶粒子を作製し、
希土類元素(RE)の有機酸塩の粉末、バリウム(Ba)の有機酸塩の粉末、及び銅(Cu)の有機酸塩の粉末を溶解させた有機金属塩溶液を作製し、
前記有機金属塩溶液に前記第1の結晶粒子を混合したスラリーを作製し、
前記第1の超電導層の上に前記スラリーを塗布し、
前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に前記スラリーを挟んだ状態で熱処理を行う、超電導層の接続方法。 providing a first superconducting layer and a second superconducting layer;
Producing an oxide superconductor containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O),
pulverizing the oxide superconductor to produce first crystal particles,
preparing an organic metal salt solution by dissolving an organic acid salt powder of a rare earth element (RE), a powder of an organic acid salt of barium (Ba), and a powder of an organic acid salt of copper (Cu);
preparing a slurry by mixing the first crystal particles with the organometallic salt solution;
applying the slurry on the first superconducting layer;
A method of connecting superconducting layers, wherein a heat treatment is performed with the slurry sandwiched between the first superconducting layer and the second superconducting layer.
前記第2の結晶粒子の長径の中央値は、前記第1の結晶粒子の長径の中央値よりも小さく、
前記第2の結晶粒子のアスペクト比の中央値は、前記第1の結晶粒子のアスペクト比の中央値よりも小さい、請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の超電導層の接続方法。 The heat treatment forms second crystal grains containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O),
The median length of the second crystal grains is smaller than the median length of the first crystal grains,
20. The method of connecting superconducting layers according to claim 16, wherein the median aspect ratio of the second crystal grains is smaller than the median aspect ratio of the first crystal grains. .
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