JP3715002B2 - 超電導装置用電流リード及びその運転方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、極低温にある超電導コイルに室温にある電源から電流を通流する電流リード、とくに低温側リードに高温酸化物超電導体を用いた超電導装置用電流リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超電導コイルは液体ヘリウム等の極低温冷媒によって冷却する必要があり、真空断熱容器内に設けられた液体ヘリウム容器に液体ヘリウムに浸漬した状態で収納される。電流リードは、極低温に保持された超電導コイルに室温部にある電源から励磁電流を通流するために設けられるものであり、通電に伴うジュール発熱、および常温側から極低温側へ熱伝導によって侵入する熱を抑え、液体ヘリウムの蒸発量を低減するために、電流リードの内部に気化した低温のヘリウムガスを流して冷却し、除熱するように構成するのが通例である。電流リードの導体には、従来、銅または銅合金等の良導電性金属が用いられてきたが、断面積を大きくしてジュール発熱を抑えると熱伝導による侵入熱量が増大し、断面積を小さくして熱伝導による侵入熱量を抑えるとジュール発熱が増大するので、低減できる液体ヘリウムの蒸発量には限界があった。
【０００３】
これに対して、高温酸化物超電導体を電流リードの低温側の導体に用いて構成する電流リード（例えば、特開昭63−292610号公報参照）が、液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低減するものとして注目されている。
図７は、高温酸化物超電導体を用いた従来の超電導装置用電流リードを組み込んだ超電導装置を模式化して示す縦断面図である。
【０００４】
超電導コイル１は、真空断熱容器４の内部の液体ヘリウム容器２に液体ヘリウム３に浸漬した状態で収納され、超電導状態に保持される。電流リード１１は、銅または銅合金等の良導電性金属を導体とする高温側リード１３と、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リード１２とを中間接続体１４で導電接続した直列接続体からなり、低温端子１５を超電導コイル１の低温接続導体に接続し、常温端子１６を図示しない電源に接続することにより、超電導コイル１に電流が供給される。また、電流リード１１は、液体ヘリウム容器２で蒸発し気化した低温のヘリウムガス３Ｇを低温側リード１２の下端から導入して冷却される。低温側リード１２の導体として用いられているイットリウム系やビスマス系等のセラミックス系高温酸化物超電導体は、おおよそ液体窒素温度以下で超電導状態となるのでジュール発熱がゼロとなり、また、これらの熱伝導率は銅の熱伝導率に比べて２〜３桁も小さいので、伝導による侵入熱も低減される。とくに高温酸化物超電導材粉末を圧縮成形熱処理したバルク型の高温酸化物超電導体を用いれば伝導による侵入熱は大幅に低減される。
【０００５】
このように低温側リード１２の導体として高温酸化物超電導体を用いた超電導装置用電流リードでは、液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低減することができるが、超電導コイル１を励磁中あるいは定格電流で運転中に、なんらかの原因により低温側リード１２の高温酸化物超電導体が常電導状態へ転移すると、高温酸化物超電導体の常電導状態での電気抵抗は通常の金属材料の電気抵抗に比べて 100倍以上と極めて高いので、瞬時に通電電流を減衰させなければ温度が上昇して焼損する危険性がある。低温側リード１２が焼損すると、電流リード１１が使用不能となるばかりでなく、超電導コイル１に蓄積されている磁気エネルギーの外部への取り出しが不能となり、絶縁破壊等を引き起こし、最悪の場合には超電導コイル１の損傷や電源の損傷、真空断熱装置４の損傷等を引き起こす危険性がある。しかしながら、通電を停止するには励磁されている超電導コイル１の蓄積磁気エネルギーを外部に放出させる必要があり、超電導コイル１のインダクタンスと、超電導コイル１に接続される保護抵抗の抵抗値で定まる時定数に従って電流値が減衰することとなるので、急速な減衰は困難である。この難点を解消するものとして、高温酸化物超電導体からなる低温側リード１２に並列に保護導体を配設した超電導装置用電流リードが特開平６−69554 号に開示されている。
【０００６】
図８は、低温側リードに並列に保護導体を設置した従来の超電導装置用電流リードの低温側リード部を拡大して示す縦断面図である。良導電性金属からなる高温側リード１３に中間接続体１４を介して直列接続された高温酸化物超電導体からなる低温側リード１２に、常電導金属からなる保護導体１７が並列に電気接続されている。本構成では、保護導体１７を組み込んだことにより、この部分を通って中間接続体１４から低温端子１５へと侵入する伝導熱量が増加することとなるが、低温側リード１２を構成する高温酸化物超電導体の常電導転移が生じた際には、低温側リード１２の通電電流の大部分が保護導体１７へと分流することとなるので、低温側リード１２の温度上昇が抑制され、焼損が回避されることとなる。仮に低温側リード１２が焼損しても保護導体１７が接続されているので、超電導コイルの蓄積磁気エネルギーは外部の保護抵抗へと安全に取り出されることとなり、絶縁破壊、超電導コイルの損傷、電源の損傷、あるいは真空断熱装置の損傷等の発生を確実に防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、超電導装置用電流リードを、良導電性金属からなる高温側リードと高温酸化物超電導体からなる低温側リードの直列接続体で構成し、さらに低温側リードに常電導金属からなる保護導体１７を並列に電気接続すれば、液体ヘリウムの蒸発量の少ない電流リードが得られ、かつ高温酸化物超電導体が常電導状態に転移しても、超電導コイルや電源等に損傷を及ぼすことなく蓄積磁気エネルギーを安全に外部に取り出して超電導装置を停止することができる。したがって、低温側リードが損傷していなければ、高温酸化物超電導体が超電導状態に復帰したのを確認して再び通電することが可能となる。
【０００８】
しかしながら、このように構成した超電導装置用電流リードにおいても、低温側リードを構成する高温酸化物超電導体が、常電導転移の際の温度上昇により超電導特性の劣化を生じたり、あるいは焼損する等の事態にいたると、超電導装置を運転するためには破損部分の修復が必要となり、そのためには、運転を停止し、冷却された超電導装置を室温状態に昇温し、破損部分の交換、修復作業を行い、さらに極低温へと再度冷却する作業が必要となるので、多大の時間と費用を要し、場合によっては、高温酸化物超電導体を用いて侵入熱を低減した電流リードの利点が損なわれてしまうという問題点がある。
【０００９】
この発明は、上記のごとき問題点を考慮してなされたもので、その目的は、低温側リードの導体として用いる高温酸化物超電導体が常電導転移に伴って破損し、通電不能となる事態が生じても、超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再度通電が可能な低侵入熱の超電導装置用電流リードを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明においては、
超電導装置用電流リードを、真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体のみが前記低温側リードに並列に電気接続されている構成とする。
また、超電導装置用電流リードを、真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が前記低温側リードに並列に電気接続されているとともに、前記超電導導体に常電導金属からなる保護導体が並列に電気接続され、かつ、前記保護導体を形成する前記常電導金属がステンレス鋼あるいはチタン材料のいずれかである構成としてもよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、前記保護導体が筒状に形成されてなり、その内部に前記低温側リードが配されている構成とするとよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、前記超電導導体が、筒状に形成された前記保護導体に螺旋状に巻回されている構成とするとよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、筒状に形成された前記保護導体の外周に熱絶縁層が付設されている構成としてもよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、筒状に形成された前記保護導体が２層で構成され、その層間に真空層が形成されている構成としてもよい。
また、超電導装置用電流リードの運転方法を、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるとともに、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が前記低温側リードに並列に電気接続されている超電導装置用電流リードを用いて、真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードの運転方法において、前記低温側リードの通電が不能となった際に、前記超電導導体が全長にわたり超電導状態になるように電流リードに流すヘリウムガスの流量を正常運転時より増量する構成とするとよい。
【００１１】
このように超電導装置用電流リードを構成し、低温のヘリウムガスを通流して冷却すれば、高温酸化物超電導体の臨界温度は金属系超電導体や化合物系超電導体の臨界温度に比べて大幅に高いので、通常の冷却条件においては、低温側リードは超電導状態となるが、並列に電気接続した超電導導体は低温側の部分のみ超電導状態となり高温側リードに近い部分は常電導状態となる。したがって、通電電流は低温側リードにのみ流れることとなる。通電中に何らかの原因により高温酸化物超電導体が常電導状態へ転移すると、低温側リードと超電導導体に、その抵抗比に反比例して電流が流れ、超電導コイルとその保護抵抗で定まる時定数に従って減衰する。このとき、仮に高温酸化物超電導体からなる低温側リードが破損しても、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が損傷しなければ、超電導装置用電流リードは高温側リードと超電導導体との直列接続体として存続することとなる。
【００１２】
高温側リードと低温側リードを接続する中間接続体の温度、従って超電導導体の上端部の温度は、図９に示したように電流リードに通流する冷却冷媒、すなわち低温ヘリウムガスの流量に大きく依存する。この温度を化合物系超電導体からなる超電導導体が超電導状態となる目安を与える２０Ｋ以下に抑えるには、低温ヘリウムガスの流量を図中のＦ0 以上にすればよい。この流量Ｆ0 は、高温酸化物超電導体を超電導状態に冷却して用いる正常の運転条件のヘリウムガス流量の約２倍に相当する。したがって、万が一低温側リードが破損した際には、低温ヘリウムガスの流量を正常の運転時の２〜３倍に上げて、超電導導体を超電導状態に保持することにより、電流リードの機能を継続して保持することができることとなる。
【００１３】
また、上記の金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体は、通電特性を安定にするために、通常、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金に埋設して用いており、熱伝導性がよいので、侵入熱量が多大とならないよう断面積を抑える必要がある。
したがって、上記の超電導装置用電流リードにおいて、さらに、上記の超電導導体に常電導金属、例えばステンレス鋼あるいはチタン材料等の低熱伝導金属からなる保護導体を並列に電気接続するようにすれば、高温酸化物超電導体が常電導状態へ転移したとき、その電流はこの保護導体に分流して効果的に減衰させることができるので、超電導導体の断面積を、超電導状態での通電容量が定格通電電流を上回る範囲において、小さく抑えることができ、正常運転時の超電導導体を介しての侵入熱を少量に抑制することができる。
【００１４】
さらに、上記の保護導体を筒状に形成し、その内部に低温側リードを配するように構成すれば、保護導体が、電流を分流する役割のみならず低温側リードおよび超電導導体の強度補強部材の役割と低温のヘリウムガスのガイド管の役割を同時に果たすこととなる。
さらに、筒状に形成した上記の保護導体に、超電導導体を螺旋状に巻回して構成すれば、中間接続体と低温端子とを繋ぐ超電導導体の実効長が長くなるので、超電導導体を介して侵入する伝導熱が低減されることとなる。
【００１５】
また、筒状に形成した上記の保護導体の外周に熱絶縁層を付設するか、あるいはまた、筒状に形成する上記の保護導体を２層で構成し、その層間に真空層を形成するように構成すれば、保護導体の内側は外部と熱的に絶縁されるので、低温側リードの高温酸化物超電導体が万が一破損し、保護導体に配設した超電導体に通電中においても、超電導体は外気温度に左右されず臨界温度以下に保持され、安定して通電されることとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明による超電導装置用電流リードの第１の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図である。
本実施例においては、良導電性金属の銅を導体とした高温側リード１３と、低温端に良導電性金属の銅からなる低温端子１５を接続したバルク型の高温酸化物超電導体を導体とする低温側リード１２を、良導電性金属の銅からなる中間接続体１４により導電接続して直列接続体を構成し、さらに、中間接続体１４と低温端子１５との間に Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８を接続することにより、超電導導体１８を低温側リード１２に並列接続している。
【００１７】
本構成において、正常運転のヘリウムガス流量では、低温側リード１２は全て超電導状態にあるが超電導導体１８の高温側の部分は常電導状態にあるので、電流は全て低温側リード１２を流れる。高温酸化物超電導体が何らかの原因により常電導状態に転移すると、電流は低温側リード１２と超電導導体１８へと分流し発熱を伴いながら、超電導コイルの保護回路の時定数に従って減衰することとなる。この常電導状態への転移に際して低温側リード１２の破損が生じなければ、再度冷却して正常運転が行われる。この常電導状態への転移に際して低温側リード１２が破損した際には、超電導装置の昇温、低温側リード１２の補修、交換、再冷却等の一連の作業は行わないで、電流リードに流すヘリウムガス流量を正常運転時の２〜３倍に増量して超電導導体１８を全て超電導状態にし、この超電導導体１８に電流を流すことにより電流リードの機能を継続させることとなる。
【００１８】
なお、電流リードの機能を継続させるには、上記のようにヘリウムガス流量を増量する必要があり、超電導装置の冷凍機の負荷を増加させることとなるので、コストの上昇をもたらすが、この処置は万が一の場合についての対応であり、すでに述べた装置の停止、昇温、補修交換、再冷却に要する時間および費用に比較すると、はるかに効果的である。
【００１９】
図２は、この発明による超電導装置用電流リードの第２の実施例の低温側リード部を拡大して示す断面図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例では、円筒状に形成された低熱伝導金属のステンレス鋼よりなる常電導金属の保護導体１７Ａが低温側リード１２に並列に接続され、さらに保護導体１７Ａの外周に鉛直方向に形成された溝の中に Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８Ａが埋設されており、低温側リード１２と保護導体１７Ａと超電導導体１８Ａが互いに電気的に並列接続体を構成している点が特徴である。
【００２０】
本構成は、通常熱伝導性の良い安定化材に埋設される超電導導体１８Ａの断面積を最小限に抑え、低温側リード１２の導体の高温酸化物超電導体が常電導状態に転移した際には、保護導体１７Ａへ電流を分流させるもので、第１の実施例に比較して定常時の侵入熱量が大幅に低減されるのが特徴である。低温側リード１２が破損した際には、第１の実施例と同様に、低温側リード１２の補修、交換を行わないで、ヘリウムガス流量を正常運転時の２〜３倍に増量して超電導導体１８Ａを全て超電導状態とし、この超電導導体１８Ａに電流を流すことにより電流リードの機能を継続させる。
【００２１】
図３は、この発明による超電導装置用電流リードの第３の実施例の低温側リード部を拡大して示す断面図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例と上記の第２の実施例との差異は、超電導導体１８Ｂの保護導体１７Ｂへの埋設位置にあり、本実施例では保護導体１７Ｂの内周に鉛直方向に形成された溝の中に Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８Ｂが埋設されている。本構成では、超電導導体１８Ｂが保護導体１７Ｂの内部を流れる低温のヘリウムガスに直接接して冷却されるので、第２の実施例に比べて冷却効率が高く、低温側リード１２が破損した際に電流リードとして用いられる超電導導体１８Ｂを効果的に冷却することができる。
【００２２】
図４は、この発明による超電導装置用電流リードの第４の実施例の低温側リード部を拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例と上記の第２の実施例との差異は、超電導導体１８Ｃが保護導体１７Ｃの外周に形成された鉛直方向に伸びる螺旋状溝の中に埋設されていることにある。本構成では、超電導導体１８Ｃの中間接続体から低温端子に至る長さが、第２の実施例に比較して大幅に長くなるので、超電導導体１８Ｃの熱抵抗が高くなり、低温端子に侵入する伝導熱量が大幅に低減されるという特徴がある。
【００２３】
図５は、この発明による超電導装置用電流リードの第５の実施例の低温側リード部を拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例と上記の第３の実施例との差異は、保護導体１７Ｄの外周にエポキシ系樹脂からなる円筒状の熱絶縁層１９が付設されている点にある。本構成では、保護導体１７Ｄが外部と熱的に絶縁されるので、保護導体１７Ｄの内周の溝中に埋設された Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８Ｄは、外部の温度に左右されることなく臨界温度以下に保持され、安定した運転が可能となる。
【００２４】
図６は、この発明による超電導装置用電流リードの第６の実施例の低温側リード部を拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例の特徴は、超電導導体１８Ｅを内周の溝中に埋設した保護導体１７Ｅの外側に、さらに保護導体１７Ｆが配設され、その層間に円筒状に形成された真空層２０を備えていることにある。本構成では、真空層２０によって保護導体１７Ｅと保護導体１７Ｆとの間が熱的に絶縁されるので、超電導導体１８Ｅは、上記の第５の実施例の超電導導体１８Ｄと同様に、外部の温度に左右されることなく臨界温度以下に保持され、安定した運転が可能となる。
【００２５】
なお、上に列記した実施例では、 Nb3Alからなる超電導導体を使用するものとしているが、 Nb3Alに限るものではなく、 Nb3Sn等の化合物系超電導体、あるいはNbTi合金等の合金系超電導体を超電導導体に用いても、その超電導体の臨界温度に対応させてヘリウムガス流量を増大させることにより、同様の効果が得られることは改めて説明するまでもなく明らかである。
【００２６】
また、上記の実施例では、ステンレス鋼からなる保護導体を使用することとしているが、チタン材料等の低熱伝導性金属を用いても同様な効果が得られることは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、
真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体を低温側リードに並列に電気接続することとしたので、低温側リードの高温酸化物超電導体が常電導状態に転移し、温度が上昇して、破損あるいは超電導特性の劣化が生じて通電が不能となることがあっても、電流リードの冷却用のヘリウムガス流量を２〜３倍に増量し、超電導導体を全長にわたり超電導状態にして電流を流すことにより、電流リードの機能を継続して保持することができるので、多大な時間と経費を必要とする超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる超電導装置用電流リードが得られることとなった。
【００２８】
さらに、上記の超電導導体に常電導金属、例えばステンレス鋼あるいはチタン材料等の低熱伝導金属からなる保護導体を並列に電気接続することとすれば、高温酸化物超電導体が常電導状態に転移した際には、通電電流は保護導体に流れることとなり、超電導導体の断面積を小さく抑えることができるので、正常運転時の侵入熱量が低減される。また、低温側リードが通電が不能となることがあっても、ヘリウムガス流量を２〜３倍に増量して超電導導体に電流を流すことにより、電流リードの機能を継続して保持することができるので、超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードが得られることとなる。
【００２９】
さらに、上記の保護導体を筒状に形成し、その内部に低温側リードを配することとすれば、保護導体が、電流を分流する役割のみならず、低温側リードおよび超電導導体の強度補強部材の役割と、低温のヘリウムガスのガイド管の役割を同時に果たすこととなるので、低温側リードが通電不能となることがあっても超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードとして好適である。
【００３０】
さらに、筒状に形成した上記の保護導体に、超電導導体を螺旋状に巻回して構成することとすれば、中間接続体と低温端子とを繋ぐ超電導導体の実効長が長くなり熱抵抗が増大するので、超電導導体を介して侵入する伝導熱が低減されることとなる。したがって、低温側リードが通電不能となることがあっても超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードとしてより好適である。
【００３１】
また、筒状に形成した上記の保護導体の外周に熱絶縁層を付設することとすれば、あるいはまた、筒状に形成する上記の保護導体を２層で構成し、その層間に真空層を形成することとすれば、保護導体の内側は外部と熱的に絶縁されるので、保護導体に配設された超電導体は外気温度に左右されることなく臨界温度以下に保持され、安定して通電できることとなるので、低温側リードが通電不能となることがあっても超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードとしてより好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による超電導装置用電流リードの第１の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図
【図２】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第２の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図３】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第３の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図４】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第４の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図５】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第５の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図６】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第６の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図７】高温酸化物超電導体を用いた従来の超電導装置用電流リードを組み込んだ超電導装置を模式化して示す縦断面図
【図８】低温側リードに並列に保護導体を設置した従来の超電導装置用電流リードの低温側リード部を拡大して示す縦断面図
【図９】一般的な低温側リードの高温端温度と冷却冷媒流量の特性図
【符号の説明】
１ 超電導コイル
１１ 電流リード
１２ 低温側リード
１３ 高温側リード
１４ 中間接続体
１５ 低温端子
１６ 常温端子
１７ 保護導体
１７Ａ，１７Ｂ 保護導体
１７Ｃ，１７Ｄ 保護導体
１７Ｅ，１７Ｆ 保護導体
１８，１８Ａ 超電導導体
１８Ｂ，１８Ｃ 超電導導体
１８Ｄ，１８Ｅ 超電導導体
１９ 熱絶縁層
２０ 真空層
【発明の属する技術分野】
この発明は、極低温にある超電導コイルに室温にある電源から電流を通流する電流リード、とくに低温側リードに高温酸化物超電導体を用いた超電導装置用電流リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超電導コイルは液体ヘリウム等の極低温冷媒によって冷却する必要があり、真空断熱容器内に設けられた液体ヘリウム容器に液体ヘリウムに浸漬した状態で収納される。電流リードは、極低温に保持された超電導コイルに室温部にある電源から励磁電流を通流するために設けられるものであり、通電に伴うジュール発熱、および常温側から極低温側へ熱伝導によって侵入する熱を抑え、液体ヘリウムの蒸発量を低減するために、電流リードの内部に気化した低温のヘリウムガスを流して冷却し、除熱するように構成するのが通例である。電流リードの導体には、従来、銅または銅合金等の良導電性金属が用いられてきたが、断面積を大きくしてジュール発熱を抑えると熱伝導による侵入熱量が増大し、断面積を小さくして熱伝導による侵入熱量を抑えるとジュール発熱が増大するので、低減できる液体ヘリウムの蒸発量には限界があった。
【０００３】
これに対して、高温酸化物超電導体を電流リードの低温側の導体に用いて構成する電流リード（例えば、特開昭63−292610号公報参照）が、液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低減するものとして注目されている。
図７は、高温酸化物超電導体を用いた従来の超電導装置用電流リードを組み込んだ超電導装置を模式化して示す縦断面図である。
【０００４】
超電導コイル１は、真空断熱容器４の内部の液体ヘリウム容器２に液体ヘリウム３に浸漬した状態で収納され、超電導状態に保持される。電流リード１１は、銅または銅合金等の良導電性金属を導体とする高温側リード１３と、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リード１２とを中間接続体１４で導電接続した直列接続体からなり、低温端子１５を超電導コイル１の低温接続導体に接続し、常温端子１６を図示しない電源に接続することにより、超電導コイル１に電流が供給される。また、電流リード１１は、液体ヘリウム容器２で蒸発し気化した低温のヘリウムガス３Ｇを低温側リード１２の下端から導入して冷却される。低温側リード１２の導体として用いられているイットリウム系やビスマス系等のセラミックス系高温酸化物超電導体は、おおよそ液体窒素温度以下で超電導状態となるのでジュール発熱がゼロとなり、また、これらの熱伝導率は銅の熱伝導率に比べて２〜３桁も小さいので、伝導による侵入熱も低減される。とくに高温酸化物超電導材粉末を圧縮成形熱処理したバルク型の高温酸化物超電導体を用いれば伝導による侵入熱は大幅に低減される。
【０００５】
このように低温側リード１２の導体として高温酸化物超電導体を用いた超電導装置用電流リードでは、液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低減することができるが、超電導コイル１を励磁中あるいは定格電流で運転中に、なんらかの原因により低温側リード１２の高温酸化物超電導体が常電導状態へ転移すると、高温酸化物超電導体の常電導状態での電気抵抗は通常の金属材料の電気抵抗に比べて 100倍以上と極めて高いので、瞬時に通電電流を減衰させなければ温度が上昇して焼損する危険性がある。低温側リード１２が焼損すると、電流リード１１が使用不能となるばかりでなく、超電導コイル１に蓄積されている磁気エネルギーの外部への取り出しが不能となり、絶縁破壊等を引き起こし、最悪の場合には超電導コイル１の損傷や電源の損傷、真空断熱装置４の損傷等を引き起こす危険性がある。しかしながら、通電を停止するには励磁されている超電導コイル１の蓄積磁気エネルギーを外部に放出させる必要があり、超電導コイル１のインダクタンスと、超電導コイル１に接続される保護抵抗の抵抗値で定まる時定数に従って電流値が減衰することとなるので、急速な減衰は困難である。この難点を解消するものとして、高温酸化物超電導体からなる低温側リード１２に並列に保護導体を配設した超電導装置用電流リードが特開平６−69554 号に開示されている。
【０００６】
図８は、低温側リードに並列に保護導体を設置した従来の超電導装置用電流リードの低温側リード部を拡大して示す縦断面図である。良導電性金属からなる高温側リード１３に中間接続体１４を介して直列接続された高温酸化物超電導体からなる低温側リード１２に、常電導金属からなる保護導体１７が並列に電気接続されている。本構成では、保護導体１７を組み込んだことにより、この部分を通って中間接続体１４から低温端子１５へと侵入する伝導熱量が増加することとなるが、低温側リード１２を構成する高温酸化物超電導体の常電導転移が生じた際には、低温側リード１２の通電電流の大部分が保護導体１７へと分流することとなるので、低温側リード１２の温度上昇が抑制され、焼損が回避されることとなる。仮に低温側リード１２が焼損しても保護導体１７が接続されているので、超電導コイルの蓄積磁気エネルギーは外部の保護抵抗へと安全に取り出されることとなり、絶縁破壊、超電導コイルの損傷、電源の損傷、あるいは真空断熱装置の損傷等の発生を確実に防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、超電導装置用電流リードを、良導電性金属からなる高温側リードと高温酸化物超電導体からなる低温側リードの直列接続体で構成し、さらに低温側リードに常電導金属からなる保護導体１７を並列に電気接続すれば、液体ヘリウムの蒸発量の少ない電流リードが得られ、かつ高温酸化物超電導体が常電導状態に転移しても、超電導コイルや電源等に損傷を及ぼすことなく蓄積磁気エネルギーを安全に外部に取り出して超電導装置を停止することができる。したがって、低温側リードが損傷していなければ、高温酸化物超電導体が超電導状態に復帰したのを確認して再び通電することが可能となる。
【０００８】
しかしながら、このように構成した超電導装置用電流リードにおいても、低温側リードを構成する高温酸化物超電導体が、常電導転移の際の温度上昇により超電導特性の劣化を生じたり、あるいは焼損する等の事態にいたると、超電導装置を運転するためには破損部分の修復が必要となり、そのためには、運転を停止し、冷却された超電導装置を室温状態に昇温し、破損部分の交換、修復作業を行い、さらに極低温へと再度冷却する作業が必要となるので、多大の時間と費用を要し、場合によっては、高温酸化物超電導体を用いて侵入熱を低減した電流リードの利点が損なわれてしまうという問題点がある。
【０００９】
この発明は、上記のごとき問題点を考慮してなされたもので、その目的は、低温側リードの導体として用いる高温酸化物超電導体が常電導転移に伴って破損し、通電不能となる事態が生じても、超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再度通電が可能な低侵入熱の超電導装置用電流リードを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明においては、
超電導装置用電流リードを、真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体のみが前記低温側リードに並列に電気接続されている構成とする。
また、超電導装置用電流リードを、真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が前記低温側リードに並列に電気接続されているとともに、前記超電導導体に常電導金属からなる保護導体が並列に電気接続され、かつ、前記保護導体を形成する前記常電導金属がステンレス鋼あるいはチタン材料のいずれかである構成としてもよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、前記保護導体が筒状に形成されてなり、その内部に前記低温側リードが配されている構成とするとよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、前記超電導導体が、筒状に形成された前記保護導体に螺旋状に巻回されている構成とするとよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、筒状に形成された前記保護導体の外周に熱絶縁層が付設されている構成としてもよい。
また、上記の超電導装置用電流リードにおいて、筒状に形成された前記保護導体が２層で構成され、その層間に真空層が形成されている構成としてもよい。
また、超電導装置用電流リードの運転方法を、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるとともに、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が前記低温側リードに並列に電気接続されている超電導装置用電流リードを用いて、真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードの運転方法において、前記低温側リードの通電が不能となった際に、前記超電導導体が全長にわたり超電導状態になるように電流リードに流すヘリウムガスの流量を正常運転時より増量する構成とするとよい。
【００１１】
このように超電導装置用電流リードを構成し、低温のヘリウムガスを通流して冷却すれば、高温酸化物超電導体の臨界温度は金属系超電導体や化合物系超電導体の臨界温度に比べて大幅に高いので、通常の冷却条件においては、低温側リードは超電導状態となるが、並列に電気接続した超電導導体は低温側の部分のみ超電導状態となり高温側リードに近い部分は常電導状態となる。したがって、通電電流は低温側リードにのみ流れることとなる。通電中に何らかの原因により高温酸化物超電導体が常電導状態へ転移すると、低温側リードと超電導導体に、その抵抗比に反比例して電流が流れ、超電導コイルとその保護抵抗で定まる時定数に従って減衰する。このとき、仮に高温酸化物超電導体からなる低温側リードが破損しても、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が損傷しなければ、超電導装置用電流リードは高温側リードと超電導導体との直列接続体として存続することとなる。
【００１２】
高温側リードと低温側リードを接続する中間接続体の温度、従って超電導導体の上端部の温度は、図９に示したように電流リードに通流する冷却冷媒、すなわち低温ヘリウムガスの流量に大きく依存する。この温度を化合物系超電導体からなる超電導導体が超電導状態となる目安を与える２０Ｋ以下に抑えるには、低温ヘリウムガスの流量を図中のＦ0 以上にすればよい。この流量Ｆ0 は、高温酸化物超電導体を超電導状態に冷却して用いる正常の運転条件のヘリウムガス流量の約２倍に相当する。したがって、万が一低温側リードが破損した際には、低温ヘリウムガスの流量を正常の運転時の２〜３倍に上げて、超電導導体を超電導状態に保持することにより、電流リードの機能を継続して保持することができることとなる。
【００１３】
また、上記の金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体は、通電特性を安定にするために、通常、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金に埋設して用いており、熱伝導性がよいので、侵入熱量が多大とならないよう断面積を抑える必要がある。
したがって、上記の超電導装置用電流リードにおいて、さらに、上記の超電導導体に常電導金属、例えばステンレス鋼あるいはチタン材料等の低熱伝導金属からなる保護導体を並列に電気接続するようにすれば、高温酸化物超電導体が常電導状態へ転移したとき、その電流はこの保護導体に分流して効果的に減衰させることができるので、超電導導体の断面積を、超電導状態での通電容量が定格通電電流を上回る範囲において、小さく抑えることができ、正常運転時の超電導導体を介しての侵入熱を少量に抑制することができる。
【００１４】
さらに、上記の保護導体を筒状に形成し、その内部に低温側リードを配するように構成すれば、保護導体が、電流を分流する役割のみならず低温側リードおよび超電導導体の強度補強部材の役割と低温のヘリウムガスのガイド管の役割を同時に果たすこととなる。
さらに、筒状に形成した上記の保護導体に、超電導導体を螺旋状に巻回して構成すれば、中間接続体と低温端子とを繋ぐ超電導導体の実効長が長くなるので、超電導導体を介して侵入する伝導熱が低減されることとなる。
【００１５】
また、筒状に形成した上記の保護導体の外周に熱絶縁層を付設するか、あるいはまた、筒状に形成する上記の保護導体を２層で構成し、その層間に真空層を形成するように構成すれば、保護導体の内側は外部と熱的に絶縁されるので、低温側リードの高温酸化物超電導体が万が一破損し、保護導体に配設した超電導体に通電中においても、超電導体は外気温度に左右されず臨界温度以下に保持され、安定して通電されることとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明による超電導装置用電流リードの第１の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図である。
本実施例においては、良導電性金属の銅を導体とした高温側リード１３と、低温端に良導電性金属の銅からなる低温端子１５を接続したバルク型の高温酸化物超電導体を導体とする低温側リード１２を、良導電性金属の銅からなる中間接続体１４により導電接続して直列接続体を構成し、さらに、中間接続体１４と低温端子１５との間に Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８を接続することにより、超電導導体１８を低温側リード１２に並列接続している。
【００１７】
本構成において、正常運転のヘリウムガス流量では、低温側リード１２は全て超電導状態にあるが超電導導体１８の高温側の部分は常電導状態にあるので、電流は全て低温側リード１２を流れる。高温酸化物超電導体が何らかの原因により常電導状態に転移すると、電流は低温側リード１２と超電導導体１８へと分流し発熱を伴いながら、超電導コイルの保護回路の時定数に従って減衰することとなる。この常電導状態への転移に際して低温側リード１２の破損が生じなければ、再度冷却して正常運転が行われる。この常電導状態への転移に際して低温側リード１２が破損した際には、超電導装置の昇温、低温側リード１２の補修、交換、再冷却等の一連の作業は行わないで、電流リードに流すヘリウムガス流量を正常運転時の２〜３倍に増量して超電導導体１８を全て超電導状態にし、この超電導導体１８に電流を流すことにより電流リードの機能を継続させることとなる。
【００１８】
なお、電流リードの機能を継続させるには、上記のようにヘリウムガス流量を増量する必要があり、超電導装置の冷凍機の負荷を増加させることとなるので、コストの上昇をもたらすが、この処置は万が一の場合についての対応であり、すでに述べた装置の停止、昇温、補修交換、再冷却に要する時間および費用に比較すると、はるかに効果的である。
【００１９】
図２は、この発明による超電導装置用電流リードの第２の実施例の低温側リード部を拡大して示す断面図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例では、円筒状に形成された低熱伝導金属のステンレス鋼よりなる常電導金属の保護導体１７Ａが低温側リード１２に並列に接続され、さらに保護導体１７Ａの外周に鉛直方向に形成された溝の中に Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８Ａが埋設されており、低温側リード１２と保護導体１７Ａと超電導導体１８Ａが互いに電気的に並列接続体を構成している点が特徴である。
【００２０】
本構成は、通常熱伝導性の良い安定化材に埋設される超電導導体１８Ａの断面積を最小限に抑え、低温側リード１２の導体の高温酸化物超電導体が常電導状態に転移した際には、保護導体１７Ａへ電流を分流させるもので、第１の実施例に比較して定常時の侵入熱量が大幅に低減されるのが特徴である。低温側リード１２が破損した際には、第１の実施例と同様に、低温側リード１２の補修、交換を行わないで、ヘリウムガス流量を正常運転時の２〜３倍に増量して超電導導体１８Ａを全て超電導状態とし、この超電導導体１８Ａに電流を流すことにより電流リードの機能を継続させる。
【００２１】
図３は、この発明による超電導装置用電流リードの第３の実施例の低温側リード部を拡大して示す断面図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例と上記の第２の実施例との差異は、超電導導体１８Ｂの保護導体１７Ｂへの埋設位置にあり、本実施例では保護導体１７Ｂの内周に鉛直方向に形成された溝の中に Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８Ｂが埋設されている。本構成では、超電導導体１８Ｂが保護導体１７Ｂの内部を流れる低温のヘリウムガスに直接接して冷却されるので、第２の実施例に比べて冷却効率が高く、低温側リード１２が破損した際に電流リードとして用いられる超電導導体１８Ｂを効果的に冷却することができる。
【００２２】
図４は、この発明による超電導装置用電流リードの第４の実施例の低温側リード部を拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例と上記の第２の実施例との差異は、超電導導体１８Ｃが保護導体１７Ｃの外周に形成された鉛直方向に伸びる螺旋状溝の中に埋設されていることにある。本構成では、超電導導体１８Ｃの中間接続体から低温端子に至る長さが、第２の実施例に比較して大幅に長くなるので、超電導導体１８Ｃの熱抵抗が高くなり、低温端子に侵入する伝導熱量が大幅に低減されるという特徴がある。
【００２３】
図５は、この発明による超電導装置用電流リードの第５の実施例の低温側リード部を拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例と上記の第３の実施例との差異は、保護導体１７Ｄの外周にエポキシ系樹脂からなる円筒状の熱絶縁層１９が付設されている点にある。本構成では、保護導体１７Ｄが外部と熱的に絶縁されるので、保護導体１７Ｄの内周の溝中に埋設された Nb3Alの化合物系超電導体からなる超電導導体１８Ｄは、外部の温度に左右されることなく臨界温度以下に保持され、安定した運転が可能となる。
【００２４】
図６は、この発明による超電導装置用電流リードの第６の実施例の低温側リード部を拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図である。
本実施例の特徴は、超電導導体１８Ｅを内周の溝中に埋設した保護導体１７Ｅの外側に、さらに保護導体１７Ｆが配設され、その層間に円筒状に形成された真空層２０を備えていることにある。本構成では、真空層２０によって保護導体１７Ｅと保護導体１７Ｆとの間が熱的に絶縁されるので、超電導導体１８Ｅは、上記の第５の実施例の超電導導体１８Ｄと同様に、外部の温度に左右されることなく臨界温度以下に保持され、安定した運転が可能となる。
【００２５】
なお、上に列記した実施例では、 Nb3Alからなる超電導導体を使用するものとしているが、 Nb3Alに限るものではなく、 Nb3Sn等の化合物系超電導体、あるいはNbTi合金等の合金系超電導体を超電導導体に用いても、その超電導体の臨界温度に対応させてヘリウムガス流量を増大させることにより、同様の効果が得られることは改めて説明するまでもなく明らかである。
【００２６】
また、上記の実施例では、ステンレス鋼からなる保護導体を使用することとしているが、チタン材料等の低熱伝導性金属を用いても同様な効果が得られることは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、
真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体を低温側リードに並列に電気接続することとしたので、低温側リードの高温酸化物超電導体が常電導状態に転移し、温度が上昇して、破損あるいは超電導特性の劣化が生じて通電が不能となることがあっても、電流リードの冷却用のヘリウムガス流量を２〜３倍に増量し、超電導導体を全長にわたり超電導状態にして電流を流すことにより、電流リードの機能を継続して保持することができるので、多大な時間と経費を必要とする超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる超電導装置用電流リードが得られることとなった。
【００２８】
さらに、上記の超電導導体に常電導金属、例えばステンレス鋼あるいはチタン材料等の低熱伝導金属からなる保護導体を並列に電気接続することとすれば、高温酸化物超電導体が常電導状態に転移した際には、通電電流は保護導体に流れることとなり、超電導導体の断面積を小さく抑えることができるので、正常運転時の侵入熱量が低減される。また、低温側リードが通電が不能となることがあっても、ヘリウムガス流量を２〜３倍に増量して超電導導体に電流を流すことにより、電流リードの機能を継続して保持することができるので、超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードが得られることとなる。
【００２９】
さらに、上記の保護導体を筒状に形成し、その内部に低温側リードを配することとすれば、保護導体が、電流を分流する役割のみならず、低温側リードおよび超電導導体の強度補強部材の役割と、低温のヘリウムガスのガイド管の役割を同時に果たすこととなるので、低温側リードが通電不能となることがあっても超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードとして好適である。
【００３０】
さらに、筒状に形成した上記の保護導体に、超電導導体を螺旋状に巻回して構成することとすれば、中間接続体と低温端子とを繋ぐ超電導導体の実効長が長くなり熱抵抗が増大するので、超電導導体を介して侵入する伝導熱が低減されることとなる。したがって、低温側リードが通電不能となることがあっても超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードとしてより好適である。
【００３１】
また、筒状に形成した上記の保護導体の外周に熱絶縁層を付設することとすれば、あるいはまた、筒状に形成する上記の保護導体を２層で構成し、その層間に真空層を形成することとすれば、保護導体の内側は外部と熱的に絶縁されるので、保護導体に配設された超電導体は外気温度に左右されることなく臨界温度以下に保持され、安定して通電できることとなるので、低温側リードが通電不能となることがあっても超電導装置の室温への昇温や破損部分の交換を行わずとも再通電のできる低侵入熱の超電導装置用電流リードとしてより好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による超電導装置用電流リードの第１の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図
【図２】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第２の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図３】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第３の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図４】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第４の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図５】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第５の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図６】（ａ）は、この発明による超電導装置用電流リードの第６の実施例の低温側リード部を拡大して示す縦断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の横断面図
【図７】高温酸化物超電導体を用いた従来の超電導装置用電流リードを組み込んだ超電導装置を模式化して示す縦断面図
【図８】低温側リードに並列に保護導体を設置した従来の超電導装置用電流リードの低温側リード部を拡大して示す縦断面図
【図９】一般的な低温側リードの高温端温度と冷却冷媒流量の特性図
【符号の説明】
１ 超電導コイル
１１ 電流リード
１２ 低温側リード
１３ 高温側リード
１４ 中間接続体
１５ 低温端子
１６ 常温端子
１７ 保護導体
１７Ａ，１７Ｂ 保護導体
１７Ｃ，１７Ｄ 保護導体
１７Ｅ，１７Ｆ 保護導体
１８，１８Ａ 超電導導体
１８Ｂ，１８Ｃ 超電導導体
１８Ｄ，１８Ｅ 超電導導体
１９ 熱絶縁層
２０ 真空層
Claims (7)
- 真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体のみが前記低温側リードに並列に電気接続されていることを特徴とする超電導装置用電流リード。
- 真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードで、良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるものにおいて、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が前記低温側リードに並列に電気接続されているとともに、前記超電導導体に常電導金属からなる保護導体が並列に電気接続され、かつ、前記保護導体を形成する前記常電導金属がステンレス鋼あるいはチタン材料のいずれかであることを特徴とする超電導装置用電流リード。
- 前記保護導体が筒状に形成されてなり、その内部に前記低温側リードが配されていることを特徴とする請求項２に記載の超電導装置用電流リード。
- 前記超電導導体が、筒状に形成された前記保護導体に螺旋状に巻回されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導装置用電流リード。
- 筒状に形成された前記保護導体の外周に熱絶縁層が付設されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導装置用電流リード。
- 筒状に形成された前記保護導体が２層で構成され、その層間に真空層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導装置用電流リード。
- 良導電性金属を導体とする高温側リードと、高温酸化物超電導体を導体とする低温側リードとの直列接続体で構成されるとともに、金属系超電導体または化合物系超電導体からなる超電導導体が前記低温側リードに並列に電気接続されている超電導装置用電流リードを用いて、真空断熱容器の液体ヘリウム容器内に液体ヘリウムに浸漬して収納される超電導コイルに外部電源より電流を通流する超電導装置用電流リードの運転方法において、前記低温側リードの通電が不能となった際に、前記超電導導体が全長にわたり超電導状態になるように電流リードに流すヘリウムガスの流量を正常運転時より増量することを特徴とする超電導装置用電流リードの運転方法。
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