JP2651018B2 - 高磁場マグネット - Google Patents
高磁場マグネットInfo
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- JP2651018B2 JP2651018B2 JP1167314A JP16731489A JP2651018B2 JP 2651018 B2 JP2651018 B2 JP 2651018B2 JP 1167314 A JP1167314 A JP 1167314A JP 16731489 A JP16731489 A JP 16731489A JP 2651018 B2 JP2651018 B2 JP 2651018B2
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- Japan
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- magnetic field
- magnet
- conductor
- high magnetic
- superconducting conductor
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、常電導では工業的に発生不可能な2T（テス
ラー）以上、特に10T以上の高い磁場を発生するマグネ
ットに関し、理科学測定、NMRスペクトロスコピー、加
速器、核融合、磁気浮上、発電機、電力貯蔵（SMES）等
の機器の中心部をなすマグネット等に利用される高磁場
マグネットに係る。
ラー）以上、特に10T以上の高い磁場を発生するマグネ
ットに関し、理科学測定、NMRスペクトロスコピー、加
速器、核融合、磁気浮上、発電機、電力貯蔵（SMES）等
の機器の中心部をなすマグネット等に利用される高磁場
マグネットに係る。
銅電線と鉄芯を用いた常電導マグネットは高々2Tまで
の磁場を発生し得るもので、より高磁場を要する場合は
Nb−Tiフィラメントを銅やアルミ等の導電性金属に埋込
んだ複合多芯線からなる超電導マグネットが用いられて
いる。
の磁場を発生し得るもので、より高磁場を要する場合は
Nb−Tiフィラメントを銅やアルミ等の導電性金属に埋込
んだ複合多芯線からなる超電導マグネットが用いられて
いる。
これらの超電導マグネットは、導体にNb−Tiを用いた
場合、液体Heの4.2Kでは７〜8Tが限界があり、1.8Kにま
で過冷することにより10T前後にまで磁場を高めること
ができる。更に高い磁場を得る為にはNb3SnやV3Ga等の
Ａ−15型化合物がNb−Tiの代りに利用されるが発生磁場
は16〜18T留まりである。上記の超電導体はNb3SnやV3Ga
等の超電導体を内部に、Nb−Ti超電導体を外部に配置し
てハイブリッドマグネットとして利用する場合が多い。
又超電導マグネットは、目的に応じてソレノイド、パン
ケーキ、レーストラック、鞍型等のコイル形態として利
用される。
場合、液体Heの4.2Kでは７〜8Tが限界があり、1.8Kにま
で過冷することにより10T前後にまで磁場を高めること
ができる。更に高い磁場を得る為にはNb3SnやV3Ga等の
Ａ−15型化合物がNb−Tiの代りに利用されるが発生磁場
は16〜18T留まりである。上記の超電導体はNb3SnやV3Ga
等の超電導体を内部に、Nb−Ti超電導体を外部に配置し
てハイブリッドマグネットとして利用する場合が多い。
又超電導マグネットは、目的に応じてソレノイド、パン
ケーキ、レーストラック、鞍型等のコイル形態として利
用される。
ところで、当然のことながら、これら超電導マグネッ
トは、発生磁場が大きい程得られる電磁作用は大きく、
従って機器の小型化、高性能化が期待されるものであ
る。
トは、発生磁場が大きい程得られる電磁作用は大きく、
従って機器の小型化、高性能化が期待されるものであ
る。
このようなことから、より高磁場の得られるマグネッ
トの開発が希求されており、近年液体He温度で50Tの臨
界磁場を発生し得るPbMo6S8等のシェブレル相化合物が
高磁場マグネット用材料として見出されているが、線材
化が難しく、又TCが12.6Kと低い為実用化が困難視され
ている。
トの開発が希求されており、近年液体He温度で50Tの臨
界磁場を発生し得るPbMo6S8等のシェブレル相化合物が
高磁場マグネット用材料として見出されているが、線材
化が難しく、又TCが12.6Kと低い為実用化が困難視され
ている。
このような状況下において、液体窒素温度で超電導を
示す銅を含有する複合酸化物が見出された。この複合酸
化物は例えば臨界温度（TC）が90〜95KのYBa2Cu3O7-δ
又は上記Ｙを他の希土類元素で置換したもの、TCが90〜
110KのBi2Sr2CaCu2O8、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、TCが100〜125
KのTl2Ba2CaCu2O8、Tl2Ba2Ca2Cu3O10、TlBa2Ca2Cu3O8.5
等であり、更に上記各々の酸化物超電導体を構成する金
属元素の一部をPb、In、Sb、アルカリ金属等で置換した
もの、又はＯの一部をＦで置換したもの等も含まれる。
示す銅を含有する複合酸化物が見出された。この複合酸
化物は例えば臨界温度（TC）が90〜95KのYBa2Cu3O7-δ
又は上記Ｙを他の希土類元素で置換したもの、TCが90〜
110KのBi2Sr2CaCu2O8、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、TCが100〜125
KのTl2Ba2CaCu2O8、Tl2Ba2Ca2Cu3O10、TlBa2Ca2Cu3O8.5
等であり、更に上記各々の酸化物超電導体を構成する金
属元素の一部をPb、In、Sb、アルカリ金属等で置換した
もの、又はＯの一部をＦで置換したもの等も含まれる。
これら複合酸化物は薄膜体としては高い超電導特性を
示すものの、線材においては高い特性のものが得られな
い状況にあり、依って高磁場マグネットの開発も頓挫し
た状態にあった。
示すものの、線材においては高い特性のものが得られな
い状況にあり、依って高磁場マグネットの開発も頓挫し
た状態にあった。
本発明はかかる状況に鑑み鋭意研究を行った結果なさ
れたものでその目的とするところは、30Kで20T以上の磁
場を発生できる高磁場マグネットを提供することにあ
る。
れたものでその目的とするところは、30Kで20T以上の磁
場を発生できる高磁場マグネットを提供することにあ
る。
即ち本発明は、酸化物超電導導体をマグネットワイヤ
ーに用いた高磁場マグネットであって、上記酸化物超電
導導体の結晶構造が通電方向と直角方向に下記（１）式
のＦ値で80％以上のＣ軸配向率を有しており、結晶粒の
通電方向の長さが0.1mm以上、上記導体の厚さが0.5mm以
下で、且つ上記導体が30K以下の温度に冷却されている
ことを特徴とするものである。
ーに用いた高磁場マグネットであって、上記酸化物超電
導導体の結晶構造が通電方向と直角方向に下記（１）式
のＦ値で80％以上のＣ軸配向率を有しており、結晶粒の
通電方向の長さが0.1mm以上、上記導体の厚さが0.5mm以
下で、且つ上記導体が30K以下の温度に冷却されている
ことを特徴とするものである。
Ｆ＝（P0−P00）／（１−P00） ……（１） 但しＦ…Ｃ軸配向率 P0…酸化物超電導導体側面のＸ線回折強度比 P00…均一混合した無配向酸化物超電導体粉末のＸ線回
折強度比 P0orP00＝ΣＩ（00l）／ΣＩ（hkl） 尚、Ｉ（hkl）は（hkl）ピークの強度 本発明の高磁場マグネットは、マグネットワイヤに酸
化物超電導導体を用いたもので、上記導体は結晶構造が
通電方向に対し直角方向にＣ軸配向しており、又結晶粒
の通電方向の長さが0.1mm以上、導体厚さが0.5mm以下
で、且つ上記導体が30K以下に冷却されたマグネットで
ある。
折強度比 P0orP00＝ΣＩ（00l）／ΣＩ（hkl） 尚、Ｉ（hkl）は（hkl）ピークの強度 本発明の高磁場マグネットは、マグネットワイヤに酸
化物超電導導体を用いたもので、上記導体は結晶構造が
通電方向に対し直角方向にＣ軸配向しており、又結晶粒
の通電方向の長さが0.1mm以上、導体厚さが0.5mm以下
で、且つ上記導体が30K以下に冷却されたマグネットで
ある。
本発明のマグネットは、上記結晶構造や形状等の性状
を有する酸化物超電導導体を作製し、これをコイルに巻
いて製造すること（React ＆ Wind）も可能であるが、
酸化物超電導体の前躯体又は上記性状を現出する前の酸
化物超電導導体をコイルに巻いたのち加熱処理を施して
超電導体への反応又は／及び上記性状の現出を行うこと
（Wind ＆ React）も可能であり、後者は、脆い酸化物
超電導体を損傷せずにコイリングできるので好ましい方
法である。
を有する酸化物超電導導体を作製し、これをコイルに巻
いて製造すること（React ＆ Wind）も可能であるが、
酸化物超電導体の前躯体又は上記性状を現出する前の酸
化物超電導導体をコイルに巻いたのち加熱処理を施して
超電導体への反応又は／及び上記性状の現出を行うこと
（Wind ＆ React）も可能であり、後者は、脆い酸化物
超電導体を損傷せずにコイリングできるので好ましい方
法である。
本発明のマグネットの製造は、上記のように可撓性線
材をコイル化する方法以外に円筒や円盤等の基板にコイ
ル状回路を印刷、塗布、析出、押出し等の方法で形成
し、この成形体を加熱処理して製造することもできる。
更にこの円筒や円盤を多重に組合わせ結線する方法でマ
グネット化することも可能である。
材をコイル化する方法以外に円筒や円盤等の基板にコイ
ル状回路を印刷、塗布、析出、押出し等の方法で形成
し、この成形体を加熱処理して製造することもできる。
更にこの円筒や円盤を多重に組合わせ結線する方法でマ
グネット化することも可能である。
本発明のマグネットには使用中大きな電磁力（ローレ
ンツ力）が加わるので機械的補強手段を付加する必要が
あり、例えば線材自体や基板を強化すると共に線間やコ
イル外周を補強材で強く固定して導体のローレンツ力に
よる動きを抑止する必要があり、これらの対策には従来
の超電導マグネットの製造において培われた多くの技術
が利用できる。例えばテープ状酸化物超電導導体と耐熱
性金属、例えばハステロイ等のNi合金やSUS等のFe合金
又はカーボンファイバー、ZrO2テープ等のセラミックス
等とを一緒にしてコイル化する方法がある。
ンツ力）が加わるので機械的補強手段を付加する必要が
あり、例えば線材自体や基板を強化すると共に線間やコ
イル外周を補強材で強く固定して導体のローレンツ力に
よる動きを抑止する必要があり、これらの対策には従来
の超電導マグネットの製造において培われた多くの技術
が利用できる。例えばテープ状酸化物超電導導体と耐熱
性金属、例えばハステロイ等のNi合金やSUS等のFe合金
又はカーボンファイバー、ZrO2テープ等のセラミックス
等とを一緒にしてコイル化する方法がある。
又コイリングにおける導体の絶縁方法としては、例え
ば前述のWind ＆ React法においては、予め酸化物超電
導体又は補強材のいずれかにセラミックスや耐熱ガラス
をコーティングして絶縁するか、又は上記のセラミック
スを補強材に用いて絶縁を兼ねる方法により行われる。
ば前述のWind ＆ React法においては、予め酸化物超電
導体又は補強材のいずれかにセラミックスや耐熱ガラス
をコーティングして絶縁するか、又は上記のセラミック
スを補強材に用いて絶縁を兼ねる方法により行われる。
本発明の高磁場マグネットの最も有用な実施態様は、
金属系超電導体を併用してハイブリッドマグネットとし
て用いる場合で、本発明マグネットが金属系超電導体で
は達成できない高磁場部を分担して、統合的に高い磁場
を発生させることができる。
金属系超電導体を併用してハイブリッドマグネットとし
て用いる場合で、本発明マグネットが金属系超電導体で
は達成できない高磁場部を分担して、統合的に高い磁場
を発生させることができる。
即ち、上記ハイブリッドマグネットは、本発明マグネ
ットの酸化物超電導導体コイルを内部に配置し、この外
方に金属系超電導体コイルを配置したもので、双方の超
電導体は液体He温度で最高の特性を発想し、且つ同じ液
体Heを冷却媒体として用いればマグネット構造は大幅に
簡略化される。
ットの酸化物超電導導体コイルを内部に配置し、この外
方に金属系超電導体コイルを配置したもので、双方の超
電導体は液体He温度で最高の特性を発想し、且つ同じ液
体Heを冷却媒体として用いればマグネット構造は大幅に
簡略化される。
本発明マグネットに用いられる酸化物超電導導体とし
ては、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系等のBi系酸化物超電導体が
30K以下の温度で高いJCが得られて最も好ましいもので
ある。一方Tl系はTCは高いもののTlが毒性を有し、且つ
揮発性の為線材加工時の加熱処理が困難であり、又Ｙ系
はTCが低いので本発明における特性向上がBi系程には期
待できないものである。
ては、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系等のBi系酸化物超電導体が
30K以下の温度で高いJCが得られて最も好ましいもので
ある。一方Tl系はTCは高いもののTlが毒性を有し、且つ
揮発性の為線材加工時の加熱処理が困難であり、又Ｙ系
はTCが低いので本発明における特性向上がBi系程には期
待できないものである。
本発明の高磁場マグネットの酸化物超電導導体は、結
晶構造が通電方向に対し直角方向にＣ軸配向したもの、
即ち通電方向に平行に超電導電流の流れ易いbc軸を含む
面が配向したものなので高いJCが得られるが、そのＣ軸
配向率は（１）式に示したＦ値において80％以上が実用
上要求される高JC値を得る為に必要であり、特には90％
以上とするのが好ましいものである。
晶構造が通電方向に対し直角方向にＣ軸配向したもの、
即ち通電方向に平行に超電導電流の流れ易いbc軸を含む
面が配向したものなので高いJCが得られるが、そのＣ軸
配向率は（１）式に示したＦ値において80％以上が実用
上要求される高JC値を得る為に必要であり、特には90％
以上とするのが好ましいものである。
又結晶粒界は通電抵抗部となるので結晶粒を通電方向
に長く形成して粒界を減ずることが肝要で、結晶粒は通
電方向に0.1mm以上の長さとするのがＣ軸配向性との間
で相乗的効果をもたせる上で必要である。
に長く形成して粒界を減ずることが肝要で、結晶粒は通
電方向に0.1mm以上の長さとするのがＣ軸配向性との間
で相乗的効果をもたせる上で必要である。
又上記酸化物超電導導体は、小サイズな程Ｃ軸配向率
並びに通電方向への結晶粒の伸長が助長されて好ましく
更に耐クエンチ性にも優れるので、その厚さ（線の場合
は直径）は0.5mm以下とする必要があり、特には0.3〜0.
03mmとするのが好ましいものである。
並びに通電方向への結晶粒の伸長が助長されて好ましく
更に耐クエンチ性にも優れるので、その厚さ（線の場合
は直径）は0.5mm以下とする必要があり、特には0.3〜0.
03mmとするのが好ましいものである。
本発明の高磁場マグネットは、その酸化物超電導導体
を30K以下の温度に冷却して用いて20T以上の高磁場の発
生を実現できるものであって、たとえ冷却温度が上記酸
化物超電導導体のTCより低温であっても液体N2温度等の
比較的高温においては、上記のような高磁場は得られな
い。本発明の高磁場マグネットは低温程指数関数的に特
性が向上するもので30K以下特には4.2K以下に冷却して
用いるのが実用上有利である。
を30K以下の温度に冷却して用いて20T以上の高磁場の発
生を実現できるものであって、たとえ冷却温度が上記酸
化物超電導導体のTCより低温であっても液体N2温度等の
比較的高温においては、上記のような高磁場は得られな
い。本発明の高磁場マグネットは低温程指数関数的に特
性が向上するもので30K以下特には4.2K以下に冷却して
用いるのが実用上有利である。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例１ Bi2.0Pb0.3Sr2.0Ca2.1Cu2.2OXの仮焼成粉をプレス成
形後予備焼結して相対密度83％の予備焼結体となし、次
いでこれを外径36mmφ肉厚7mm長さ100mmのAg−8wt％Pd
合金の管状体に充填し、この管状体をスエージングと引
抜き加工により種々径の線材に加工し、次いでこの線材
を圧延して巾4.5mm厚さ0.06〜0.70mmのテープ状体とな
した。
形後予備焼結して相対密度83％の予備焼結体となし、次
いでこれを外径36mmφ肉厚7mm長さ100mmのAg−8wt％Pd
合金の管状体に充填し、この管状体をスエージングと引
抜き加工により種々径の線材に加工し、次いでこの線材
を圧延して巾4.5mm厚さ0.06〜0.70mmのテープ状体とな
した。
しかるのちこのテープ状体を大気中で890℃１時間加
熱し、890℃から770℃まで0.1〜10℃/minの種々速度で
冷却してテープ状の酸化物超電導導体となした。
熱し、890℃から770℃まで0.1〜10℃/minの種々速度で
冷却してテープ状の酸化物超電導導体となした。
斯くの如くして得られた各々の酸化物超電導導体につ
いてＣ軸配向率及び結晶粒径を測定した。上記において
Ｃ軸配向率はAg−Pd合金の外層を除去し露出した酸化物
超電導導体の側面をＸ線回折し、回折強度を（１）式に
代入して求めた。又結晶粒径は光学顕微鏡を用いて測定
した。
いてＣ軸配向率及び結晶粒径を測定した。上記において
Ｃ軸配向率はAg−Pd合金の外層を除去し露出した酸化物
超電導導体の側面をＸ線回折し、回折強度を（１）式に
代入して求めた。又結晶粒径は光学顕微鏡を用いて測定
した。
次に得られた酸化物超電導導体を4.2Kに冷却して21T
の磁場下でのJC、及びJC＝104A/cm2での磁場強度Ｈを求
めた。磁場は最大33Tのハイブリットマグネットを用い
て発生せしめた。次に温度を20、25、35、77Kにかえ、2
1Tの磁場下でのJCを測定した。結果は、第１表に示し
た。
の磁場下でのJC、及びJC＝104A/cm2での磁場強度Ｈを求
めた。磁場は最大33Tのハイブリットマグネットを用い
て発生せしめた。次に温度を20、25、35、77Kにかえ、2
1Tの磁場下でのJCを測定した。結果は、第１表に示し
た。
第１表より明らかなように本発明品（１〜５）は4.2K
で104A/cm2のJCを24T以上の高い磁場強度Ｈで達成し、
又21Tの磁場中では25Kまでの冷却温度で104A/cm2以上の
高いJC値が得られた。中でもNo3,4はＣ軸配向率及び結
晶長さが長い為、Ｈ、JCとも特に優れた値のものとなっ
た。
で104A/cm2のJCを24T以上の高い磁場強度Ｈで達成し、
又21Tの磁場中では25Kまでの冷却温度で104A/cm2以上の
高いJC値が得られた。中でもNo3,4はＣ軸配向率及び結
晶長さが長い為、Ｈ、JCとも特に優れた値のものとなっ
た。
このように本発明マグネットに用いる酸化物超電導導
体は従来達成し得なかった高磁場特性を示すもので、依
ってこの線材を所定ターン数コイリングし固定化するこ
とにより従来にない高磁場マグネットが得られることが
実証された。
体は従来達成し得なかった高磁場特性を示すもので、依
ってこの線材を所定ターン数コイリングし固定化するこ
とにより従来にない高磁場マグネットが得られることが
実証された。
これに対し比較品のNo6は導体が厚い為、No7,9は結晶
長さが短く又Ｃ軸配向率が低い為、No8は結晶長さが短
い為いずれもＨ及びJCが低い値のものとなった。
長さが短く又Ｃ軸配向率が低い為、No8は結晶長さが短
い為いずれもＨ及びJCが低い値のものとなった。
以上述べたように本発明の高磁場マグネットは、現在
経済的に発生限界とされる16〜18Tの定常磁場を上廻る
高磁場を発生し得るもので、科学技術測定用マグネッ
ト、高性能NMRスペクトロスコピー、高エネルギー物理
用加速器、更には物質分離や加工プロセス等の高磁場応
用技術分野にも広く適用可能であり、工業上顕著な効果
を奏するものである。
経済的に発生限界とされる16〜18Tの定常磁場を上廻る
高磁場を発生し得るもので、科学技術測定用マグネッ
ト、高性能NMRスペクトロスコピー、高エネルギー物理
用加速器、更には物質分離や加工プロセス等の高磁場応
用技術分野にも広く適用可能であり、工業上顕著な効果
を奏するものである。
Claims (2)
- 【請求項１】酸化物超電導導体をマグネットワイヤーに
用いた高磁場マグネットであって、上記酸化物超電導導
体の結晶構造が通電方向と直角方向に下記（１）式のＦ
値で80％以上のＣ軸配向率を有しており、結晶粒の通電
方向の長さが0.1mm以上、上記導体の厚さが0.5mm以下
で、且つ上記導体が30K以下の温度に冷却されているこ
とを特徴とする高磁場マグネット。 Ｆ＝（P0−P00）／（１−P00） ……（１） 但しＦ…Ｃ軸配向率 P0…酸化物超電導導体側面のＸ線回折強度比 P00…均一混合した無配向酸化物超電導体粉末のＸ線回
折強度比 P0orP00＝ΣＩ（00l）／ΣＩ（hkl） 尚、Ｉ（hkl）は（hkl）ピークの強度 - 【請求項２】請求項１記載の高磁場マグネットにおい
て、酸化物超電導導体のコイルの外方に金属超電導導体
のコイルが配置されていることを特徴とする高磁場マグ
ネット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167314A JP2651018B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 高磁場マグネット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167314A JP2651018B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 高磁場マグネット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0332003A JPH0332003A (ja) | 1991-02-12 |
| JP2651018B2 true JP2651018B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=15847453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167314A Expired - Lifetime JP2651018B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 高磁場マグネット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2651018B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11248810A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Rikagaku Kenkyusho | 核磁気共鳴装置 |
| JP2009099573A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-05-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導コイルの製造方法 |
-
1989
- 1989-06-29 JP JP1167314A patent/JP2651018B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0332003A (ja) | 1991-02-12 |
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