JP5583502B2

JP5583502B2 - 強磁場小型超電導マグネット

Info

Publication number: JP5583502B2
Application number: JP2010159226A
Authority: JP
Inventors: 優富田; 祐介福本
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: JP2012023160A

Description

本発明は、強磁場小型超電導マグネットに係り、特に、直線的で均一な強い磁場を発生できる強磁場小型超電導マグネットに関するものである。

従来、高温超電導バルク体の機械的特性向上の研究が行われており、樹脂含侵により発生磁場の安定化を図るようにしている（下記特許文献１参照）。

また、高磁場における発熱除去対策の研究が行われており、金属含侵により高温超電導で世界最高記録を達成している（下記特許文献２参照）。

また、本発明者らにより、「環状ＹＢＣＯの永久モードマグネット」（下記非特許文献１参照）について開示され、マイクロＮＭＲ用永久マグネットとしての適用が行われている。

特許第３１４４６７５号公報特許第３８５８２２１号公報

ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＡＰＰＬＩＥＤＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ，ＶＯＬ．１５，ＮＯ．２ＪＵＮＥ２００５，ｐｐ．２３５２〜２３５５

これまで、高温超電導バルク体やプレート状の高温超電導マグネットからなる薄い層状の環状マグネットを使うことによって、磁場の捕捉は積層数に応じて変わると考えられていた。

本発明は、個々の超電導材料のＪｃＢ（磁場下における特性臨界磁場特性）とその配置の双方を決定することによって、発生磁場を飛躍的に向上させることができる強磁場小型超電導マグネットを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕強磁場小型超電導マグネットにおいて、
（ａ）ガドリニウム系以外の第１の高温超電導バルク体（３１）と、
（ｂ）該第１の高温超電導バルク体（３１）上に積層されるガドリニウム系の第２の高温超電導バルク体（３２）と、
（ｃ）該ガドリニウム系の第２の高温超電導バルク体（３２）上に積層されるガドリニウム系の第３の高温超電導バルク体（３３）と、
（ｄ）該ガドリニウム系の第３の高温超電導バルク体（３３）上に積層されるガドリニウム系以外の第４の高温超電導バルク体（３４）とを具備し、
（ｅ）前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）は、積層後の寸法が外径８７ｍｍ、内径４８ｍｍ、前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）のそれぞれの高さが２２ｍｍで、樹脂含浸を施した環状の高温超電導バルク体であり、前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）の中心の２個のみにガドリニウム系高温超電導バルク体を配置することにより、直線的で均一な強い磁場空間（３５）を少数の高温超電導バルク体で発生させることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の強磁場小型超電導マグネットにおいて、前記積層した高温超電導バルク体（３１〜３４）を大気圧下で液体窒素冷却することにより、直線的で均一な２テスラレベルの磁場空間を発生させる永久マグネットとすることを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載の強磁場小型超電導マグネットにおいて、前記永久マグネットをマイクロＮＭＲ用永久マグネットとして用いることを特徴とする。

本発明によれば、少ない個数の積層された高温超電導バルク体で空間に高品質の磁場、つまり、直線的で均一な磁場を発生することができる。また、小型で簡易輸送が可能であり、低温下での使用に適した、強い磁場を発生させることができる。

本発明にかかる樹脂含浸を施した高温超電導バルク体の磁場測定の様子を示す模式図である。本発明に係る高温超電導バルク体の積層数（１〜３）と半径方向距離に対する磁場値を示す図である。本発明に係る高温超電導バルク体の積層数（１〜１０）と高さ方向距離に対する磁場値を示す図である。本発明の４個積層された高温超電導バルク体による強磁場小型超電導マグネットを示す図である。本発明の４個積層された高温超電導バルク体による強磁場小型超電導マグネットの高さ方向距離に対する磁場値を示す図である。本発明の４個積層された高温超電導バルク体による強磁場小型超電導マグネットの半径方向距離に対する磁場値を示す図である。

本発明の強磁場小型超電導マグネットは、ガドリニウム系以外の第１の高温超電導バルク体（３１）と、この第１の高温超電導バルク体（３１）上に積層されるガドリニウム系の第２の高温超電導バルク体（３２）と、このガドリニウム系の第２の高温超電導バルク体（３２）上に積層されるガドリニウム系の第３の高温超電導バルク体（３３）と、このガドリニウム系の第３の高温超電導バルク体（３３）上に積層されるガドリニウム系以外の第４の高温超電導バルク体（３４）とを具備し、前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）は、積層後の寸法が外径８７ｍｍ、内径４８ｍｍ、前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）のそれぞれの高さが２２ｍｍで、樹脂含浸を施した環状の高温超電導バルク体であり、前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）の中心の２個のみにガドリニウム系高温超電導バルク体を配置することにより、直線的で均一な強い磁場空間（３５）を少数の高温超電導バルク体で発生させる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明にかかる樹脂含浸を施した高温超電導バルク体の磁場測定の様子を示す模式図である。

複数個の樹脂含浸を施した高温超電導バルク体１（ここでは２個）を積層し、その内径ｒの中心位置にホール素子２を配置して、磁場の測定を行うようにしている。なお、この測定では、内径ｒの中心位置を０として半径方向の距離を示し、高温超電導バルク体１を積層した高さの１／２の位置を０として高さ方向の距離を示している。

図２は本発明に係る高温超電導バルク体の積層数（１〜３）と半径方向距離に対する磁場値を示す図、図３は高温超電導バルク体の積層数（１〜１０）と高さ方向距離に対する磁場値を示す図である。

図２に示すように、高温超電導バルク体を複数個積層することによって、より均一な磁場を得られることがわかる。

また、図３において、１１〜２０は高さ方向の磁場分布の解析値を示しており、１１は環状の高温超電導バルク体が１層の場合、以下、環状の高温超電導バルク体がそれぞれ、１２は２層の場合、１３は３層の場合、１４は４層の場合、１５は５層の場合、１６は６層の場合、１７は７層の場合、１８は８層の場合、１９は９層の場合、２０は１０層の場合を示している。また、２１〜２３は１層〜３層の場合の実測値である。図３に示すように、高温超電導バルク体の積層数を増やすことによって、より強い磁場を発生させることできることがわかる。

このように、高温超電導バルク体を複数個積層することによって、均一で強い磁場を得られることがわかった。

図４は本発明の４個積層された高温超電導バルク体による強磁場小型超電導マグネットを示す図、図５はその強磁場小型超電導マグネットの高さ方向距離に対する磁場値を示す図、図６はその強磁場小型超電導マグネットの半径方向距離に対する磁場値を示す図である。

図４に示すように、第１の高温超電導バルク体３１、ガドリニウム系（Ｇａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ）の第２の高温超電導バルク体３２、ガドリニウム系（Ｇａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ）の第３の高温超電導バルク体３３、第４の高温超電導バルク体３４を積層した。ここでは、内径は４８ｍｍ（樹脂層を除くと５０ｍｍ）、外径は８７ｍｍ（８０ｍｍ）、高温超電導バルク体３１，３２，３３，３４の高さはそれぞれ２２ｍｍ（２０ｍｍ）である。

図４〜図６から明らかなように、積層される高温超電導バルク体の中心の２個のみにガドリニウム系高温超電導バルク体を配置することにより、直線的で均一な強い磁場空間３５を少数の高温超電導バルク体で発生させることができる。

上記したように、環状に加工した外径８７ｍｍの超電導バルク体を積層し、大気圧下で液体窒素冷却することによって、内径４８ｍｍ径の空間に２．０２テスラの安定した磁場空間が得られることを実証した。

また、本発明によれば、少数の高温超電導バルク体の積層により、ボア径４０ｍｍ以上で発生磁場強度が２テスラ以上の小口径の強磁場小型超電導マグネットを実現できた。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の強磁場小型超電導マグネットは、少数の高温超電導バルク体により、直線的で均一な磁場を発生させることができるので、マイクロＮＭＲなどに利用可能である。

１高温超電導バルク体
２ホール素子
１１〜２０環状の高温超電導バルク体の積層数１〜１０の場合の磁場分布の解析値
２１〜２３環状の高温超電導バルク体の積層数１〜３の場合の磁場分布の実測値
３１第１の高温超電導バルク体
３２ガドリニウム系（Ｇａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ）の第２の高温超電導バルク体
３３ガドリニウム系（Ｇａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ）の第３の高温超電導バルク体
３４第４の高温超電導バルク体
３５磁場空間

Claims

（ａ）ガドリニウム系以外の第１の高温超電導バルク体（３１）と、
（ｂ）該第１の高温超電導バルク体（３１）上に積層されるガドリニウム系の第２の高温超電導バルク体（３２）と、
（ｃ）該ガドリニウム系の第２の高温超電導バルク体（３２）上に積層されるガドリニウム系の第３の高温超電導バルク体（３３）と、
（ｄ）該ガドリニウム系の第３の高温超電導バルク体（３３）上に積層されるガドリニウム系以外の第４の高温超電導バルク体（３４）とを具備し、
（ｅ）前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）は、積層後の寸法が外径８７ｍｍ、内径４８ｍｍ、前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）のそれぞれの高さが２２ｍｍで、樹脂含浸を施した環状の高温超電導バルク体であり、前記４個の高温超電導バルク体（３１〜３４）の中心の２個のみにガドリニウム系高温超電導バルク体を配置することにより、直線的で均一な強い磁場空間（３５）を少数の高温超電導バルク体で発生させることを特徴とする強磁場小型超電導マグネット。
請求項１記載の強磁場小型超電導マグネットにおいて、前記積層した高温超電導バルク体（３１〜３４）を大気圧下で液体窒素冷却することにより、直線的で均一な２テスラレベルの磁場空間を発生させる永久マグネットとすることを特徴とする強磁場小型超電導マグネット。
請求項２記載の強磁場小型超電導マグネットにおいて、前記永久マグネットをマイクロＮＭＲ用永久マグネットとして用いることを特徴とする強磁場小型超電導マグネット。