JP4903729B2 - 酸化物超伝導マグネット及びその製造方法、並びに冷却方法 - Google Patents
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(1) 単結晶状のREBa 2 Cu 3 O 7-x 相(REはYを含む希土類元素又はこれらの組合せ、xは酸素欠損量)中に非超伝導相が微細分散した組織を有する酸化物超伝導体からなるコイルを有する酸化物超伝導マグネットであって、前記コイルが複数積層されており、前記複数積層されたコイル間に冷媒が通過できる流路を有し、前記流路が繊維強化プラスチックから構成され、前記繊維強化プラスチックの繊維方向が、前記コイルが形成する平面に平行に存在し、前記繊維強化プラスチックの前記繊維方向の熱膨張係数が8×10-6〜15×10-6K-1であることを特徴とする酸化物超伝導マグネット。
(2) 前記流路がコイルの径方向に放射状に存在することを特徴とする(1)に記載の酸化物超伝導マグネット。
(3) (1)または(2)に記載の酸化物超伝導マグネットを製造する方法であって、酸化物超伝導体からなる積層したコイル間に繊維方向の熱膨張係数が8×10 -6 〜15×10 -6 K -1 である繊維強化プラスチックからなる樹脂を挿入し、真空又は減圧樹脂含浸をした後、前記流路を前記積層したコイル間に冷媒が通過できる流路を形成することを特徴とする酸化物超伝導マグネットの製造方法。
(4) 前記積層したコイル間に、内部に流路が形成された流路層をその開口部を塞いだ状態で積層し、繊維強化プラスチックからなる樹脂含浸後に前記塞がれた開口部を開口することを特徴とする(3)に記載の酸化物超伝導マグネットの製造方法。
(5) (1)または(2)に記載の酸化物超伝導マグネットに形成された流路に、液体窒素、液体酸素、液体ネオン、液体水素及び液体ヘリウムのうち、1種又は2種以上を通流して前記酸化物超伝導マグネットを冷却することを特徴とする冷却方法。
本実施形態の超伝導コイルに使用する材料としては、単結晶状のREBa2Cu3O7-x相(REはYを含む希土類元素又はこれらの組合せ、xは酸素欠損量)中にRE2BaCuO5相等に代表される非超伝導相が微細分散した組織を有するものが望ましい。ここで、単結晶状というのは、完璧な単結晶でなく、小傾角粒界等の実用に差支えない欠陥を有するものも包含する。
211相+液相(BaとCuの複合酸化物)→123相
211相+液相(BaとCuの複合酸化物)→123相+211相
市販されている純度99.9%の各試薬Gd2O3、BaO2、CuOをGd:Ba:Cuの金属元素のモル比が13:17:24(即ち、最終組織の123相:211相のモル比が7:3)になるように混合した。さらに、白金を0.5質量%添加した。混合粉は一旦890℃で8時間仮焼し、さらに粉砕した。仮焼粉は酸化銀(Ag2O)を10質量%添加し、内径110mmの円筒状金型により、厚さ約35mmの円盤状に成形した。また、Gd2O3の代わりにSm2O3及びYb2O3を用いて、上記Gd系成形体と同様の方法により、厚さ4mmのSm系及びYb系円盤状成形体を作製した。
流路層がNiCr製であることを除いて、実施例1と同様に16層の超伝導マグネットを作製した。最終的に開口されたNiCr製の流路層の形状及び構造は、実施例1のGFRP製流路層と同じであるが、開口前の密閉されたNiCr層は、開口部を55℃の融点を有する半田により塞いだ。開口は、樹脂含浸工程の後、約80℃に温度設定した半田ごてにより、半田を溶融・除去することで行った。
本実施例では、GFRP製流路層の内部構造が、図2(d)に示したように放射状ではなく、図8に示すように同心円状の流路を構成するGFRP製流路層を作製した。このGFRP製流路層を用いること以外は、実施例1と同様に、GFRP製流路を有する超伝導マグネットを作製した。
市販されている純度99.9%の各試薬RE2O3(REはGd及びDy)、BaO2、CuOをRE:Ba:Cuの金属元素のモル比が5:7:10(即ち、最終組織の123相:211相のモル比が75:25)になるように混合した。さらに、Ptを0.3質量%、CeO2を0.8質量%、Ag2Oを15質量%添加したREがGd及びDyの混合粉を作製した。各混合粉は、一旦880℃で8時間仮焼した。さらに前記Gd系仮焼粉とDy系仮焼粉とを90:10、及び80:20で混合した仮焼粉を作製した。これらGd系仮焼粉、Gd(90)−Dy(10)系仮焼粉及びGd(80)−Dy(20)系仮焼粉の3種類の仮焼粉は、内径150mmの円筒状金型中に、図7に示すように、中心部から外周方向へGd系仮焼粉、Gd(90)−Dy(10)系仮焼粉、Gd(80)−Dy(20)系仮焼粉の順に3層構造になるよう充填し、厚さ約25mmの円盤状に成形した。また、Sm2O3及びYb2O3を用いて、上記成形体と同様の方法により、厚さ4mmのSm系とYb系円盤状成形体を作製した。さらに、各成形体について等方静水圧プレスにより圧縮加工した。
2 GFRP層
3 開口部
4 上部銅電極
5 下部銅電極
6 絶縁体
7 超伝導体
8 ネジ
9a リング
9b 削りとられた部分
10 棒状GFRP
11 ネジ止め用穴
12 下部銅電極
13 下部GFRPカバー
14 コイル
15 補強リング
16 流路を有するGFRP層
17 超伝導導体
18 上部GFRPカバー
19 貫通穴
20 上部銅電極
21 超伝導体
22 超伝導マグネットの特性
23 超伝導マグネットの特性
24 超伝導マグネットの特性
25 超伝導マグネットの特性
26 絶縁体
Claims (5)
- 単結晶状のREBa 2 Cu 3 O 7-x 相(REはYを含む希土類元素又はこれらの組合せ、xは酸素欠損量)中に非超伝導相が微細分散した組織を有する酸化物超伝導体からなるコイルを有する酸化物超伝導マグネットであって、前記コイルが複数積層されており、前記複数積層されたコイル間に冷媒が通過できる流路を有し、前記流路が繊維強化プラスチックから構成され、前記繊維強化プラスチックの繊維方向が、前記コイルが形成する平面に平行に存在し、前記繊維強化プラスチックの前記繊維方向の熱膨張係数が8×10-6〜15×10-6K-1であることを特徴とする酸化物超伝導マグネット。
- 前記流路がコイルの径方向に放射状に存在することを特徴とする請求項1に記載の酸化物超伝導マグネット。
- 請求項1または請求項2に記載の酸化物超伝導マグネットを製造する方法であって、酸化物超伝導体からなる積層したコイル間に繊維方向の熱膨張係数が8×10 -6 〜15×10 -6 K -1 である繊維強化プラスチックからなる樹脂を挿入し、真空又は減圧樹脂含浸をした後、前記流路を前記積層したコイル間に冷媒が通過できる流路を形成することを特徴とする酸化物超伝導マグネットの製造方法。
- 前記積層したコイル間に、内部に流路が形成された流路層をその開口部を塞いだ状態で積層し、繊維強化プラスチックからなる樹脂含浸後に前記塞がれた開口部を開口することを特徴とする請求項3に記載の酸化物超伝導マグネットの製造方法。
- 請求項1または請求項2に記載の酸化物超伝導マグネットに形成された流路に、液体窒素、液体酸素、液体ネオン、液体水素及び液体ヘリウムのうち、1種又は2種以上を通流して前記酸化物超伝導マグネットを冷却することを特徴とする冷却方法。
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