JPH04100281A - 超電導装置用電流リード - Google Patents

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〕 この発明は、極低温にある超電導コイルに室温にある電
源から電流を供給する電流リード、ことにリード導体の
一部に酸化物超電導体を用いた電流リードの構造に関す
る。

〔従来の技術〕

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
供給する電流リードは通常良電導性金属導体である銅で
作られるが、銅は同時に熱の良導体でもあるので、室温
から極低温部に伝導により熱が侵入する。また、電流に
よるジュール熱も発生する。これらジュール発熱および
伝導により極低温部に流入する侵入熱の大部分は、電流
リードに沿って低温端から高温端に向けて冷媒ガスを向
流的に流して冷却する方法が知られている。

ところで、超電導磁石全体の極低温での熱負荷のうち一
ト述の電流リードからの侵入熱が占める割合は例えば５
０％以上にもなり、電流リードの低熱侵入化は高価な液
体ヘリウムの気化損失を低減し、超ｔｊｌ磁石の運転効
率を高めるためにも重要な課題になっており、例えば電
流リードの低温側に臨界温度が液体窒素の沸点７７に以
上を示す酸化物超電導体を利用した電流リードが知られ
ている（特開昭６４−７６７０７号公報参照）。

第５図は酸化物超電導体を用いた従来の電流リードを示
す側面図である０図において、常温端子１には図示しな
いブスバーを介して電源が接続され、低温端子４は例え
ば液体ヘリウム温度に冷却された超電導コイル５に接続
され、電源からの励磁電流を超電導コイルに通流する。

電流リード導体は常電導金属からなる高温側リード導体
２と、酸化物超電導体からなる低温側リード導体３との
直列接続体からなり、両導体の中間接続部には液体窒素
で冷却される冷却ジャケット６が設けられる。酸化物超
電導体は例えばイツトリウム（Ｙ）。

バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、酸素（０）系酸化物超
電導体であり、液体窒素温度（７７Ｋ）以下で超電導状
態を示す。したがって、冷却ジャケット６を液体窒素冷
却することによって低温側リード３が超電導状態となり
そのジュール熱が零になるとともに、高温側リード導体
２からの侵入熱も冷却ジャケットにより低温側リード導
体への伝導が阻止される。さらに、酸化物超電導体はそ
の熱伝導率が銅のそれよりも２桁も低いという性質があ
るので、低温端子４への侵入熱は僅かな量になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電流リードは低温側リードが機械的に脆い酸化物
超電導体で作られているために、電流をオン・オフする
際電流リードに作用する電磁機械力によって低温側リー
ド導体が破損するなどｍ械的弱点がある。また、酸化物
超電導体をエポキシ樹脂などで被覆して機械的に補強し
た電流リードも知られている（特開平１−１３３３０８
号公報参照）が、第２種の超電導体である酸化物超電導
体が、磁束量子線が超電導体の中に入っていてピンニン
グセンタでビン止めされた。熱力学的に不安定な状態の
ものであり、いわゆる磁気跳躍や外部からの磁気的ある
いは熱的擾乱によって常電導転移しやすい性質を有する
ものであり、エポキシ樹脂などの被覆がこれを防止する
機能を持たないために、常電導転移し易いという問題が
ある。さらに、−旦常電導になると、酸化物超電導導体
の比抵抗が胴のそれに比べて３ないし４桁も大きいため
、酸化物超電導導体が焼損してしまう危険性がある。

この発明の目的は、機械的に強靭で磁気的、熱的擾乱に
対して超電導状態を安定して保持でき、かつ常電導に転
移しても酸化物超電導導体が焼損しない電流リードを得
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、断熱真
空容器内に配され冷媒液により極低温に保たれた超伝導
コイルに、前記断熱真空容器の外部電流を供給する電流
リードにおいて、低熱伝導性金属からなる外管中に良電
導性金属線の束を冷媒ガス通路を保持して収納してなる
常温側リード導体と、低熱伝導性金属からなる外管中に
酸化物超電導導体と良電導性金属導体との複合導体を冷
媒ガス通路を保持して収納した低温側リード導体との直
列接続体からなり、前記二つの冷媒ガス通路が互いに連
通してなるものとする。また、テープ状の酸化物超電導
導体を所定の断面積および表面積を有する良電導性金属
導体で被覆した複合導体複数条を、複合導体相互間に冷
媒ガス通路を保持して、低熱伝導性金属からなる外管中
に収納した低温側リード導体を備えてなるものとする。

さらに、低温側リード導体が複合導体の一方の面に並列
に導電結合した補助良電導性金属導体を備えてなるもの
とする。

〔作用〕

低温側リード導体を酸化物超電導導体と良電導性金属導
体との複合導体として低熱伝導性金属からなる外管に収
納し、複合導体相互間の冷媒ガス道路を高温側リード導
体に向けて流れる低温の冷媒ガスにより、酸化物超電導
導体を超電導状態に保持するよう構成したことにより、
低温側リード導体は外管によってａ械的に補強され、か
つ冷媒ガスによって酸化物超電導導体が超電導状態に保
持されてジュール熱がほぼ零になる。また、テープ状の
酸化物超電導導体を銀、銅等の良電導性金属導体で被覆
するよう構成すれば、磁気が酸化物超電導導体に侵入す
ることを阻止し、磁気的外乱による常電導転移を回避で
きるとともに、たとえ常電導転移が生じた場合にも、電
気抵抗が低い良電導性金属導体からなる被ｊｉ！導体に
酸化物超電導導体をバイパスして電流が流れ、酸化物超
電導導体の焼損を防止する機能が得られる。さらに、複
合導体に補助良電導性金属導体を設けて良電導性金属導
体の断面積を増加すれば、酸化物超電導導体の焼損防止
作用を一層強化できる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になる超電導装置用電流リー
ドを示す側面図であり、従来の装置と同じ部分には同一
参照符号を用いることにより、詳細な説明を省略する。

図において、高温側リード導体１２と低温側リード導体
２０は中間の接続部１５で気密に導電接続されており、
低温のヘリウムガス９が低温端子１４例の入口１８から
図示しない冷媒ガス通路を通って常温端子１例の出口１
９から外部に排出するよう構成され、高温側リード導体
１２は取り付はフランジ７により例えば断熱真空容器の
外被８に気密に取り付けられる。

第２図は実施例における低温側リード導体の第１図Ａ−
Ａ位置の断面図、第３図はＢ−Ｂ位置における高温側リ
ード導体の断面図である０図において、低温側リード導
体２０はテープ状の酸化物超電導導体２２を良電導性金
属導′体としての銀または銅２３で被覆した断面が方形
の複合導体２１を、複合導体相互間にヘリウムガス通路
２４を保持して外管２５中に収納した構造となっており
、外管２５は低熱伝導性金属としてのステンレス合金で
方形の筒状に形成される。

高温側リード導体１２は例えば銅などの常電導線材２６
の丸線の束を、ステンレス合金製の外管２７中に収納し
たものからなり、線材相互間または線材と外管との隙間
が冷媒ガス通路２８となる。

なお、外管２５および２７は接続部１５で気密に連結さ
れて機械的剛性を保持するとともに、常電導線材２６と
複合導体２１とが接続部１５で導電接結合されて導電路
を形成する。

酸化物超電導導体２２は例えばビスマス（Ｂｉ）、−ス
トロンチウム（Ｓｒ）、−カルシウム（Ｃａ）、　　　
（Ｃｕ）、　　　（０）系、あるいはＹ　−Ｂ　ａ　−
Ｃｕ　−０系であり、その断面積は例えば超電導状態に
おける最高使用温度を７０にとした場合、その臨界電流
の半分が定格通電電流となるよう、その断面積に余裕を
持たせる。また、良電導性金属導体２３の断面積および
冷却面積は、酸化物超電導導体が持つ磁気的不安定性や
熱的擾乱によって、部分的に常電導転移の芽が生しても
良電導性金属導体２３が電流および熱を吸収して酸化物
超電導導体の温度上昇を抑制できる条件を勘案して決め
られる。なお、設計は電流リード２０に要求される安全
性の程度によって、完全安定化２部分安定化等の設計手
法の適切なものを選択し、適用する。

酸化物超電導導体では、臨界電流密度の高い線材を得る
方法として、銀などとともに圧延した後熱処理し、方向
性の強い線材を得る方法が知られており、したがって酸
化物超電導導体２２はテープ状にした方が高い電流密度
が得られて有利である。

このように構成された電流リードにおいては、気化した
低温のヘリウムガスによって酸化物超電導導体２２が超
電導状態となり、ジュール熱が零になる分だけ低温端子
１４側への侵入熱を低減することができるが、高温側リ
ード導体１２側からの侵入熱は複合導体２１の良電導性
金属被覆２３を介して低温端子側に伝導する。したがっ
て、冷媒ガス通路２４における複合導体２１の冷却表面
積を十分確保して低温のヘリウムガスによる冷却効果を
高めることにより、酸化物超を導導体２２を超電導状態
に維持する。

一方、酸化物超電導導体を良電導性金属導体で覆って複
合導体としたことにより、磁気跳躍などによる磁界の急
変は良電導性金属によって酸化物超電導導体への侵入が
阻止され、常電導転移を防止できるとともに、熱的外乱
も良１を導性金属導体の熱容量により安定化し、常電導
転移を回避できる。また、何らかの原因で酸化物超電導
導体に常電導転移が生じた場合、酸化物超電導導体に流
れていた電流が良電導性金属導体側に流れることにより
、酸化物超電導導体の焼損を回避し超電導コイルへの励
磁電流の供給を安定化することができる。さらに、電流
リードはステンレス合金製の外管２５および２７で覆わ
れて高い剛性が得られるとともに、機械的に脆い酸化物
超電導導が良電導性金属導体で覆われて応力の集中が阻
止されるので、優れた機械的信鯨性を有する電流リード
を得ることができる。

第４図はこの発明の異なる実施例を示す要部の断面図で
あり、ステンレス外管３５内に冷媒ガス通路２４を保持
して収納された複合導体２１が、その良電導性金属導体
２３の一方の表面に密着してはんだ等で導電結合された
補助良電導性金属導体３３を備えた点が前述の実施例と
異なっている。

複合導体２１の製造工程に適した銀の量は、酸化物超電
導導体の安定化に必要な銀の量と必ずしも一致しない、
この実施例では補助良電導性金属導体３３が複合導体２
１に付加されることにより、複合導体２１の製造条件を
好適に保つと同時に、酸化物超電導導体２２に常電導転
移が生したとき、電流を側路して超Ｎｉｌ状態を回復さ
せるに必要な良電導性金属導体の量を確保することがで
きる。

Ｃ発明の効果〕 この発明は前述のように、電流リードの低温側リード導
体部分を、テープ状の酸化物超電導導体を良電導性金属
導体で包んだ複合導体とし、複合導体相互間に冷媒ガス
通路を保持して低熱伝導性金属からなる外管中に収納す
るよう構成した。その結果、機械的に脆い酸化物超電導
導体の弱点は剛性の高い外管および艮電導性金属導体の
補強効果によって改善され、従来技術で問題となった低
温側リード導体の破損を回避することができる。

また、低温側リード導体中の酸化物超電導導体が、磁気
的不安定性または熱的擾乱のために部分的に常電導転移
しても、電流および熱がこれと並列な良を導性金属導体
に側路して流れ、酸化物超電導導体の温度上昇を抑制し
、かつ低温の冷媒ガスによって冷却されて超電導状態を
回復する。したがって、従来技術で問題となった酸化物
超電導導体が焼損するなどの事態を回避して超電導コイ
ルに励磁電流を安定して供給できる信頼性の高い電流リ
ードを備えた超電導装置を捉供することができる。さら
に、複合導体に並列に補助良電導性金属導体を設けるよ
う構成すれば、酸化物超電導導体の常電導転移をより効
果的に阻止できる利点かえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる超電導装置用電流リー
ドを示す側面図、第２図は第１図Ａ−Ａ位置の断面図、
第３図は第１図のＢ−Ｂ位置の断面図、第４図はこの発
明の異なる実施例を示す要部の断面図、第５図は従来の
電流リードを示す断面図である。 ■・・常温端子、２．１２・・高温側リード導体、３．
２０．３０・・低温側リード導体、４゜１４・・低温端
子、５・・超電導コイル、６・・冷却ジャケット、７・
・取り付はフランジ、９・・ヘリウムガス、１８．１９
・・ヘリウムガスの入口、出口、２１・・複合導体、２
２・・酸化物超電導導体、２３・・良電導性金属導体、
２４゜２８・・冷媒ガス通路、２５，２７．３５・・低
熱電導性金属からなる外管、３３・・補助良電導第２国 ′ｆＪ３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）断熱真空容器内に配され冷媒液により極低温に保た
   れた超伝導コイルに、前記断熱真空容器の外部から電流
   を供給する電流リードにおいて、低熱伝導性金属からな
   る外管中に良電導性金属線の束を冷媒ガス通路を保持し
   て収納してなる高温側リード導体と、低熱伝導性金属か
   らなる外管中に酸化物超電導導体と良電導性金属導体と
   の複合導体を冷媒ガス通路を保持して収納した低温側リ
   ード導体との直列接続体からなり、前記二つの冷媒ガス
   通路が互いに連通してなることを特徴とする超電導装置
   用電流リード。 ２）テープ状の酸化物超電導導体を所定の断面積および
   表面積を有する良電導性金属導体で被覆した複合導体複
   数条を、複合導体相互間に冷媒ガス通路を保持して、低
   熱伝導性金属からなる外管中に収納した低温側リード導
   体を備えてなることを特徴とする請求項１記載の超電導
   装置用電流リード。 ３）低温側リード導体が、複合導体の一方の面に並列に
   導電結合した補助良電導性金属導体を備えてなることを
   特徴とする請求項２記載の超電導装置用電流リード。