JPH0197876A - 超電導線の臨界電流測定法 - Google Patents

超電導線の臨界電流測定法

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JPH0197876A
JPH0197876A JP25370787A JP25370787A JPH0197876A JP H0197876 A JPH0197876 A JP H0197876A JP 25370787 A JP25370787 A JP 25370787A JP 25370787 A JP25370787 A JP 25370787A JP H0197876 A JPH0197876 A JP H0197876A
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JP
Japan
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current
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superconducting wire
critical current
superconducting
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JP25370787A
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Ryukichi Takahashi
高橋 龍吉
Nobuhiro Hara
原 伸洋
Kunishige Kuroda
黒田 邦茂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導線の基本特性である臨界電流特性の測定
方法に係り、特に超電導線の臨界電流をより正確に評価
し、信頼性の高い超電導線及びこれを巻線した超電導マ
グネットを供給するのに好適な超電導線の臨界電流測定
法に関する。
〔従来の技術〕
従来、超電導線の磁界−臨界電流特性(以下。
H−I c特性)の測定は、短尺の超電導線試料を用い
4端子法で行われている。即ち、均一磁界中に置いた試
料に電流を流し、電圧が発生した時点での電流値を臨界
電流としている。
以下、第3図を用いて従来例を具体的に説明する。第3
図に於て、先ず直流電流源6Aでクライオスタット4内
の超電導マグネット2を励磁し所望の磁界を発生させる
。此の超電導マグネット2のボア内の均一磁界中に超電
導線試料1を置き、直流電流源6B、により超電導線試
料1に通電する。
前記超電導線試料1の先端部分に取り付けた、端子間の
電圧と電流源6Bの電流値を記録計8(例えばX−Yレ
コーダー)で観測する。このとき端子間電圧を感度良く
検出するために、通常高倍率の増幅器7が用いられる。
このようにして得られた、記録肥土の電圧−電流曲線を
一般化して第4図に示す、此の曲線から超電導線試料1
の発生電圧がEの時の試料通電電流を臨界電流(以下I
c)としている、前記の超電導線試料1の発生電圧の基
準として、現在国際的に統一された規格があるわけでは
ない。通常、アメリカン・ソサイアテイー・フォー・テ
スティング・アンド・マテリアルズ、デジグネーション
 B 714−82 (AmericanSociet
y for Testing and Materia
ls、DesignationB714−82)に於て
論じられているように、1μv/a11の発生電圧、も
しくは超電導線の比抵抗ρに換算してρ=IX10″″
11〜I X 10−12Ω・■が常識的なIcの判断
基準とされている。
超電導マグネット2による発生磁界を変化させ、以上の
測定を繰り返すことにより超電導線のH−Ic特性を得
ることができる。
又、現在良く用いられている超電導フィラメントがツイ
ストされた超電導素線や、此の超電導素線を複数本撚線
した極細多心超電導線試料では、試料内の分流現象によ
って電流通電開始から電圧が発生する場合がある。この
場合の試料の電圧−電流曲線を一般化して、第5図に示
す、この様な電圧−電流曲線が得られた場合、第5図中
破線で示すようにベースラインを引き、全発生電圧から
このベースラインに相当する電圧を差し引いた電圧が1
μV/an (又は、超電導線の比抵抗ρに換算してρ
=IX10″″11〜I X 10−1zΩ・■)とな
る電流値を、Icの判断基準としている(以下この方法
をベースライン法と呼ぶ)。
次に、前記4端子法による超電導線のH−I c特性の
測定例を実験結果を用いて具体的に説明する。
実験に用いた超電導線試料1は、外径1.95mで直径
0.627amの超電導素線7本をピッチ24.5ny
aで撚線して構成されている。上記、各超電導素線は直
径0.38μmのNbTiの超電導フィラメント756
,720本をピッチ6.3mでツイストし安定化銅の中
に埋め込んである。更に、上記NbTiフィラメントの
周りは高抵抗のCuNiで覆われている。この超電導線
をU字状に曲げ第3図の超電導線試料1とした。この超
電導線試料1の先端に2am間隔で電圧端子3を取り付
け、液体ヘリウム5中の超電導マグネット2のボア内に
設置した。前記、超電導マグネット2は電流源6Aによ
って励磁するがその励磁電流と発生磁界との関係は予め
測定してあり、シャント9Aと電流記録計10により実
験中、超電導線試料1に印加される磁界の大きさを知る
ことができる。超電導マグネット2により所望の磁界を
発生させ、電流源6Bにより超電導試料1に通電し試料
の通電電流をシャント9Bを介して、一方超電導線試料
1で発生する電圧を高倍率の増幅器7を通じてX−Yレ
コーダー8で記録した。
この様にして構成した装置によって、前記ベースライン
法で求めた超電導線試料1のHIc特性を第8図中Δで
示した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
元来、超電導線の臨界電流は、磁界中で超電導線試料に
電流を流した場合に電圧(抵抗)発生の無いときの最大
電流値として決めるべきであるが、現実には測定機器の
感度等の問題から、前述の如く有限な電圧が発生すると
きの試料通電電流を便宜的に臨界電流としている。この
電圧(抵抗)の発生基準も国際的に統一された値がある
訳ではない。また、この様にして求めた超電導線の短尺
試料のHIc特性を基に超電導マグネットを設計製作し
た場合に、臨界電流以下で超電導マグネット内で電圧の
発生がみられ、超電導マグネット全体の常電導転移に至
る等の問題があった。
更に、特に交流用超電導線等に用いられる極細多心超電
導線では、一般に交流損失を低減するために銅比を少な
くし、CuNi等の高抵抗体を使用するため超電導線内
の電流分流に伴う発熱が顕著となり、前記4端子法によ
る測定法では、超電導線試料に通電開始から電圧端手間
に電圧が発生しベースライン法を用いて臨界電流を決め
ようとしても、ベースラインを一義的に引くことが困難
であり、求めた臨界電流もデータの処理の仕方によって
は大きく異なる等信頼性に欠ける問題があった。
本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、安価で、かつ、厳密に超電導線の臨界電流
が測定でき、超電導マグネットの信頼性を大巾に向上さ
せる超電導線の臨界電流測定法を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、従来の超電導線の発生電圧(もしくは比抵
抗)を臨界電流の判断基準とする代わりに、超電導線の
温度上昇を臨界電流の判断基準にしたり、又は両方法を
併用することによって達成される。
〔作用〕
超電導線の冷媒温度以上の温度上昇は、超電導線内で臨
界電流以上に電流が通電されたため常電導部が発生し、
通電電流の1部が安定化材に流れてそのジュール熱が発
生している事を示している。
従って、超電導線の温度上昇を感度良く検出すること1
こよって正確に臨界電流を測定することができる。
〔実施例〕
以下1本発明の一実施例を第1図により説明する。
本実施例で用いた超電導線試料1は第3図の従来の4端
子法との比較を容易にするため、従来法の場合と同一諸
元とし同じくU字(ヘアピン)状とした。本実施例では
超電導線試料1の温度上昇を検出する方法として、カー
ボン抵抗体で構成したブリッジ回路を用いた。超電導線
試料1の先端ニカーボン抵抗体11 (1/IOW、室
温テ110Ω)を密着させエポキシ樹脂で固定した。一
方。
これと近接する液体ヘリウム5中に前記カーボン抵抗体
と同一仕様のカーボン抵抗体12.13を置き、室温中
の可変抵抗体14(10にΩ、可変)とで第2図に示す
ホイートストン・ブリッジ回路を構成した。尚、このと
き微小電流源15の電流は30μAとした。実験前に、
電流源6Aで超電導マグネット2を励磁し、超電導マグ
ネット2のボア内に所望の磁界を発生させこのブリッジ
回路のバランスをとった後、定電流電源6Bで超電導線
試料1に通電した。このときの超電導線試料1の分流、
又は超電導転移に伴う試料の温度上昇によるカーボン抵
抗体11の抵抗変化;即ち第2図のブリッジ回路のアン
バランス電圧(第2図中。
a−0間電圧)を、超電導線試料1の通電電流と共にX
−Yレコーダ8で記録した。尚、カーボン抵抗体11〜
13の校正は、液体He温度(4,224K) 、液体
Nz温度(77,348K>及び氷点(273,15K
)での抵抗の実測値(各々カーボン抵抗体11で107
2.0Ω、 125,8Ω、 101.2Ω、カーボン
抵抗体12で1076.3Ω、 127.2Ω、 10
2.9Ω。
カーボン抵抗13で1064.0Ω、 126.4Ω、
 102.2Ω)を用いて行った。
このようにして求めた超電導線試料1の磁界4Tでの結
果をデータ処理して第6図に示す。第6図中、超電導試
料1の液体He温度(4,224K)からの温度上昇0
.001 KをIc判断基準とすると工。
=30OAであった。一方、これと同じ超電導線試料1
を用いた。前記従来の4端子法による測定結果を第7図
に示す。ベースライン法を用いて1μV / amの電
圧発生基準では、Ic=945Aであった。0.001
 K の温度上昇をIcの判断基準とした超電導線試料
1の磁界1〜7Tでの臨界電流の測定結果を、第8図中
0印で示す、第8図Δ印で示した従来の4端子法(ベー
スライン法、発生電圧1μV / an )と本発明に
よる試料温度上昇を検出する方法(第8図中0印)を比
較すると前者は後者の約2〜3倍大きいことが分かる。
即ち。
従来法では超電導線試料1での工。の判断基準をベース
ライン法を用い1μV / amとしたため、この時の
試料通電電流は臨界電流を越え周囲の銅やCuNiの常
電導体に電流が分流しているため。
熱が発生している事を示している。第8図中の0印は、
前記4端子法の結果で発生電圧を1μV/1より厳しく
し、X−Yチャート上(、フル・スケール2mV)で読
み取れる最小値(第7図中、A点)とした結果であり、
温度検出法による結果(第8図中の0印)と比較的良く
一致していることが分かる。
尚、本発明では、従来の4端子法のように高価な電圧増
幅器7を必要としないため測定装置も安価となる。又、
本発明の他の実施例とした従来の4端子法と本実施例を
併用する方法もある。
ここでは、超電導線の温度を検出する方法としてカーボ
ン抵抗と可変抵抗からなるブリッジ回路を用いた実施例
を示したが、他の方法を用いても構わないし、又超電導
線試料が高温超電導体の場合などは液体He以外の冷媒
(例えば液N2)を用いても良い。
この様に、本実施例によれば従来法より厳密な超電導線
の臨界電流を安価な装置を用いて測定することができる
〔発明の効果〕
以上説明した本発明によれば、従来法より安価で、かつ
厳密に超電導線の臨界電流を測定するのに効果があり、
超電導マグネットの信頼性を大巾に向上させることが出
来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のカーボン抵抗体でブリッジ
回路を構成し超電導線の温度上昇を検出する臨界電流測
定方法を示す図、第2図は第1図のブリッジ回路構成の
詳細を示す図、第3図は、従来の4端子による超電導線
の臨界電流測定法を示す図、第4図は、従来の4端子法
による超電導試料の電圧端子間の電圧−電流曲線からI
cの決定法を一般化して示した図、第5図は従来の4端
子法のベースライン法でIcを決める図、第6図は本発
明による磁界4Tでの結果を説明する図、第7図は第6
図と同じ試料を用いた磁界4Tでの従来の4端子法によ
る測定結果を示す図、第8図は同一試料を用いて従来の
4端子法と本発明による方法で測定した超電導線の磁界
1〜7TでのHIc特性の具体的な測定結果を示す図で
ある。 1・・・超電導線試料、2・・・超電導マグネット、6
A。 6B・・・電流源、8・・・記録計、9A、9B・・・
シャント、11〜13・・・カーボン抵抗体、14・・
・可変抵抗体、15・・・微小電流源。 X、エ ′/ 奉 /121 乎2 カ ー  第 3 口 乎 4 a 箒 5 目 第 6 図 第 7I2] べ料走電電3t(A) 早 8 囚 扁騙 界 (丁)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、超電導線の臨界電流を測定する方法において、超電
    導線の温度上昇を臨界電流値の判断基準としたことを特
    徴とする超電導線の臨界電流測定法。 2、4端子法と併用して行うことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の導電導線の臨界電流測定法。
JP25370787A 1987-10-09 1987-10-09 超電導線の臨界電流測定法 Pending JPH0197876A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5065087A (en) * 1988-10-04 1991-11-12 Sharp Kabushiki Kaisha Apparatus for observing a superconductive phenomenon in a superconductor
US5218296A (en) * 1992-02-07 1993-06-08 International Business Machines Corporation Method and apparatus for determining at least one characteristic of a superconductive film
JP2007142137A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Railway Technical Res Inst 高温超電導電流リード基礎特性試験装置
JP2015045617A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 株式会社フジクラ 長尺用超電導線材の臨界電流評価装置および評価方法

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