JP2699732B2 - 超電導導体及びこれに用いる安定化材 - Google Patents

超電導導体及びこれに用いる安定化材

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JP2699732B2 JP3317983A JP31798391A JP2699732B2 JP 2699732 B2 JP2699732 B2 JP 2699732B2 JP 3317983 A JP3317983 A JP 3317983A JP 31798391 A JP31798391 A JP 31798391A JP 2699732 B2 JP2699732 B2 JP 2699732B2
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彰司 稲葉
洋 中沢
洋一 鈴木
康博 楜沢
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁場中で安定性の高い
大電流超電導導体及びこれに用いる安定化材に関し、特
にアルミニウム安定化材の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】核融合装置やエネルギー貯蔵装置に用い
られる高磁界大容量マグネットは、一般に超電導導体を
用いて構成される。この超電導導体としては、液体ヘリ
ウム等の冷媒中に浸漬して冷却する浸漬冷却型の導体
や、導体中に冷媒通路を形成した所謂ホロー型の導体が
多数提案されている。
【0003】大容量超電導導体は、大容量であるがゆえ
に、超電導状態が破れたときの安全性を考慮し、極低温
において超電導状態になる超電導材料をフィラメントと
して銅等の金属中に埋め込んだ極細多芯型の超電導線材
を大量の高純度アルミニウム、高純度銅等の安定化材と
複合一体化して使用される。
【0004】安定化材として純度が99.99%以上の
高純度アルミニウムを用いる理由は、極低温、すなわち
4.2Kの液体ヘリウム温度下における電気抵抗が高純
度銅、例えば無酸素銅の約1/10であることから、同
一断面積では銅の10倍の安定性が達成できる。別の見
方をすれば、高純度のアルミニウムを銅の代わりに使用
することにより安定化材の断面積を1/10にすること
ができ、超電導導体、延いては超電導マグネットのコン
パクト化が図れるからである。
【0005】しかしながら、高純度アルミニウムは機械
的強度が小さいため、マグネットとして用いる場合、そ
の電磁力に耐える導体としては、高純度銅等の機械的強
度の高い材料と半田等の金属性接着剤で一体化して使用
されるのが一般的である。
【0006】この場合、アルミニウムは半田付けが難し
いため、予めアルミニウムに銅を被覆しておき、これを
超電導線材及び強度部材としての銅と半田付けにより一
体化する方法が用いられる。
【0007】高純度アルミニウムに被覆する銅と強度部
材としての銅としては電気的、熱的安定性を向上させる
ためにアルミニウムと同様に高純度な材質のものが用い
られる。
【0008】一般に、二種類の金属の複合体の電気抵抗
は、複合則が成り立ち、次の式で求めることができる。
【0009】1/R=1/R1 +1/R2 ここでR1 、R2 は夫々の二種類の金属の抵抗、Rは複
合抵抗である。
【0010】この式を夫々の磁場中での比抵抗ρ、
ρ1 、ρ2 及び断面積A、A1 、A2 で置き換えると、 A/ρ=(A1 +A2 )/ρ=A1 /ρ1 +A2 /ρ2 で表される。
【0011】ここで高純度アルミニウムと高純度銅の断
面積比を0.8:0.2とした複合材の5テスラ(T)
の磁場中における比抵抗(ρ)を前記複合則を用いて求
めると、 アルミニウムの値:A1 =0.8、ρ1 =2.5×10-9Ω・cm 銅 の 値 :A2 =0.2、ρ2 =4.0×10-8Ω・cm を代入して、ρ=3.1×10-9Ω・cmが求まる。
【0012】従って、高純度銅で被覆された高純度アル
ミニウムの複合材としての比抵抗は、3.1×10-9Ω
・cm at 5Tとして超電導体の安定性に寄与すると考え
られる。しかるに、高純度アルミニウムと高純度銅をそ
の断面積比が0.8:0.2となるように複合してその
比抵抗を4.2K、5Tで測定すると、6×10-9Ω・
cmという値を示し、複合則で求めた値よりも高い値にな
る。従って、高純度アルミニウムと高純度銅との複合材
の比抵抗は、実用的には有用性が期待されたものより小
さいものとなる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、高純度
アルミニウムと高純度銅との複合材は極低温の磁場中で
は複合則で期待される比抵抗よりも高い値を示し、安定
性への寄与が小さくなってしまう。従って、高純度アル
ミニウムが本来持っている磁場中での小さな比抵抗値を
活かし、しかも機械的強度部材である高純度銅と複合す
るための方法の確立が望まれていた。
【0014】なお、高純度アルミニウムと高純度銅の複
合材がなぜ複合則に合わない比抵抗値を示すかについて
は、現状では明確な解答はないが、ある種のホール効果
に原因すると考えられる。
【0015】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、高純度アルミニウムと高純度銅を複合しても
高純度アルミニウムの本来の磁場中での低い比抵抗を損
なうことのない安定性に優れた超電導導体を提供するこ
とにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、高純度アルミニウムと高純度銅を安定
化材として組合せて用いる場合に、その間に高純度銅よ
りも電気抵抗の高い金属の層を介して複合化するように
している。
【0017】この場合、高純度銅よりも電気抵抗の高い
金属としては、超電導導体が使用される極低温したにお
いて1×10-7Ω・cm以上の比抵抗を示すものが望まし
く、その中でも磁場中での電気抵抗の増加率が高純度ア
ルミニウムとほぼ同等の傾向を示すものが望ましく、例
えば銅ーニッケル合金、銅ーマンガン合金、銅ー錫合
金、脱酸銅、銀合金、ニッケル合金、亜鉛合金等が使用
される。この金属は、安定化材としての高純度アルミニ
ウムの直上に被覆して用いられる。従って、高純度アル
ミニウムが高純度銅との複合材である場合には、前記金
属は高純度アルミニウムと高純度銅との間に介在させて
用いられる。また前記金属層は、量が少ない程高純度
ルミニウムとの複合抵抗が小さくなるので、できるだけ
薄い層にすることが望ましい。
【0018】
【作用】本発明に係る超電導導体用安定化材は上記のよ
うな構造を有するため、これを用いた超電導導体は、高
抵抗な金属の層が抵抗体となり、ある種のホール効果に
より、高純度銅で被覆しただけの高純度アルミニウム材
を用いた超電導導体に比べて比抵抗を大幅に減少させる
ことができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0020】実施例に係る超電導導体は、図1に示すよ
うに、ニオブーチタン系超電導体のフィラメントが純度
99.996%の無酸素銅中に多数埋め込まれた超電導
線材1を撚合せた撚線2と、高純度アルミニウム3を銅
−10%ニッケル合金からなる銅材4で被覆してなる複
合材5を、機械的強度部材と安定化材を兼ねた無酸素銅
6(純度99.996%)の中に挿入し、各構成材同志
を半田7で一体化してなる。この場合、複合材5は、次
のように加工される。
【0021】例えば、外径42mm、内径36mmの銅−1
0%ニッケル合金管内に、外径35mm、純度99.99
9%以上の高純度アルミニウム棒を挿入し、これを共引
き法により中間に熱処理を加えて、例えば4mm×8mmの
矩形断面に引抜加工する。
【0022】このようにして製造された複合材5を撚線
2と共に無酸素銅6の中に挿入し、各構成材同志を半田
7で複合一体化する。
【0023】超電導導体における無酸素銅、銅−10%
ニッケル合金及び高純度アルミニウムの断面積比を0.
66:0.07:0.27とし、これを4.2Kの液体
ヘリウム中に浸漬し、5Tでの比抵抗を測定したとこ
ろ、5×10-9Ω・cmであった。これに対し、無酸素銅
を被覆材としただけの従来の安定化材による導体(ほぼ
同一断面積比)は15×10-9Ω・cmであり、本実施例
の安定化材の3倍の抵抗値を示した。この値は、複合則
から計算で求めた3.35×10-9Ω・cmに対して約
4.5倍であった。
【0024】図2は、超電導導体の別の例を示し、複合
材5の周りに複数本の超電導線材1を撚合せ、それを無
酸素銅6の中に挿入して半田7で一体化したものであ
る。
【0025】また、図3は、アルミニウム安定化材の別
の例を示したもので、図1に示した複合材5に相当する
ものの外周に無酸素銅の層が形成されている。この複合
材は前に示した複合材5と同様に、共引き法等で製作す
ることかでき、これを用いて図1や図2に示すような超
電導導体を構成しても効果は同じである。
【0026】図4は、超電導導体の別の例を示し、複合
材5の周りに複数本の超電導線材1を撚合せ、それを無
酸素銅6の中に挿入して半田7で一体化したもので、図
2の場合とことなる点は、図1と同様に無酸素銅6によ
る蓋材を用いている点である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は安定化材
としての高純度アルミニウムと高純度銅の間に、高純度
銅より電気抵抗の高い金属の層を介在させて複合化して
いるため、磁場中の比抵抗を大幅に減少させ、アルミニ
ウム安定化超電導導体の安定性を向上させることができ
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超電導導体の一例を示す断面図。
【図2】本発明に係る超電導導体の別の例を示す断面
図。
【図3】本発明に係るアルミニウム安定化材の別の例を
示す断面図。
【図4】本発明に係る超電導導体の別の例を示す暖炉面
図。
【符号の説明】
1 超電導線材 2 超電導撚線 3 高純度アルミニウム 4 金属としての銅−ニッケル合金の層 5 アルミニウム安定化材としての複合材 6 無酸素銅 7 金属性接着剤としての半田 8 無酸素銅の層
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 洋一 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社土浦工場内 (72)発明者 楜沢 康博 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭48−52396(JP,A) 特開 昭59−105211(JP,A) 特開 昭59−9809(JP,A) 特開 平5−81940(JP,A) 実開 平2−7820(JP,U)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高純度銅内に超電導フィラメントが多数埋
    め込まれた超電導線材と、高純度アルミニウム材とを
    純度銅材の溝内に埋め込むと共に、これらを金属性接着
    剤で一体化してなる超電導導体において、前記高純度ア
    ルミニウム材はその直上に高純度銅より電気抵抗の高い
    金属の層が形成されたものであることを特徴とする超電
    導導体。
  2. 【請求項2】前記高純度アルミニウム材が、前記金属の
    層の上に高純度銅の層を設けたものであることを特徴と
    する請求項1に記載の超電導導体。
  3. 【請求項3】高純度銅内に超電導フィラメントが多数埋
    め込まれた超電導線材と、高純度アルミニウム材とを高
    純度銅材の溝内に埋め込むと共に、これらを金属性接着
    剤で一体化してなる超電導導体に使用する安定化材であ
    って、前記高純度アルミニウム材の直上に高純度銅より
    電気抵抗の高い金属の層を設けてなることを特徴とする
    超電導導体用安定化材。
  4. 【請求項4】前記金属の層の上に高純度銅の層が設けら
    れていることを特徴とする請求項3に記載の超電導導体
    用安定化材。
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