JPH0460477A - 超電導体の磁気特性測定方法 - 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］ 本発明は超電導体の磁気特性の測定方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 超電導体の特性を測定する方法としてはいろいろな方法
が考えられている。例えば、 （１）超電導体に直流電流を流し、超電導体に発生する
電圧を測定することによって臨界電流密度を求める方法
、 （２）超電導体に静磁場を印加して、漏れてぎた磁場を
測定することによって臨界磁場を求める方法、 などがある。いずれの方法も特定形状の測定試料を用い
て、超電導体の臨界電流または臨界磁場を測定するもの
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、これらの従来の方法は試料形状か限定されるた
めに簡単にどの様な形状のものでも測定できるわけでは
ない。例えば（１）の方法では試料が大きくなると電極
の形成が難しく、また測定に要する電流が非常に大きく
なるため測定が困難になり、電極の発熱により測定が正
確にできない。

そのため大ぎな試料の特性を測定するためには試料を適
当な大きさに切断しなければならず、試料を破壊するこ
となく測定することは不可能である。

また（２）の方法では例えばコイルなどの磁場発生源と
磁場検出センサーとの間に超電導体を配置するため、超
電導体の大きさに関わらずこれら３つの位置関係を一定
にするためには測定の度にこれらに位置の調整を必要と
する。また測定用磁場内に包含されるように試料を配置
するので超電導体に対する磁場発生源による磁場の印加
領域の位置関係が明確でなく、測定結果に対する超電導
体の形状効果を把握できない欠点がある。

本発明の課題は、測定すべき超電導体の形状寸法に拘ら
ず簡単にかつ前記形状効果を含めて精度よく超電導体の
磁気特性を測定することが可能な方法を提供することに
ある。

［Ｂ題を解決するための手段］ 前記のｎ題を解決するために、本発明による超電導体の
磁気特性測定方法では、超電導体表面の局所領域に対し
て測定用磁束が作用するように測定用磁場を印加し、該
測定用磁場が印加される同一面側に配置された磁場検出
素子により、前記測定用磁場の印加を停止した後に、前
記超電導体表面付近の残留磁場強度を測定するものであ
る。

［作　用］ 本発明の測定法の原理を以下に説明する。

超電導体はその臨界温度ＴＣ以上の温度Ｔては通常の導
体（常電導体）であり、Ｔ　＜　Ｔ　ｃの温度で超電導
体となる。超電導材料では試料にＴ〉Ｔｃの温度で磁場
を与えてから冷却を開始するとＴ＞ＴｃからＴ　＜　Ｔ
　ｃへ通過する瞬間に試料内の磁束が完全に排除されて
完全反磁性体の振る舞いを示し、これはＴ　＞　Ｔ　ｃ
試料の透磁率μか真空の透磁率μ。に等しいが、ＴくＴ
ｃではマイスナー効果によりμ＝０となるものとして理
解されている。

超電導体に磁場を掛けるとマイスナー効果により内部に
磁束を排除する変化が起きるわけであるが、この変化に
は限界があり、外部磁場が臨界磁場ＨＣを超えると外部
磁場に対抗する内部変化を維持できなくなる。

一般に磁性体中の磁場の強さＨと磁束密度Ｂとの間には
Ｂ；μ。（Ｈ＋Ｍ）の関係があり、Ｍをその材料の磁化
と呼ぶことは周知の通りである。

超電導体中ではＢ＝ＯであるからＭ＝−Ｈてあり、一般
に反磁場係数がＯである第２種超電導体の磁化特性は第
２図に示す通りであり、磁場Ｈを０から上げてＭＣＩま
ではマイスナー状態であるが、更に磁場Ｈを上げてＨ＞
Ｈｃ＋になると磁化はマイスナー状態より不完全となる
。これはポルテックスを形成する磁束量子が超電導体を
貫通し始めるからであり、磁場ＨがＨＣＩからＨＣ２に
近付くにつれてこの磁束量子の密度が増加し、Ｈ＞　Ｈ
Ｃ２になると完全な常連電相になる。これらの上部臨界
磁場Ｈ６１と下部臨界磁場ＨＣ２との間の状態を混合状
態と呼び、上部臨界磁場’（ＣＩにおける磁化Ｍの値や
例えば下部臨界磁場ＨＣ２以上の所定強度の外部磁場で
磁化したのちのヒステリシスによる残留磁化の値などは
超電導体の磁気特性として重要な意味をもつ。

本発明の測定方法の原理は前述のような超電導体の磁気
特性を利用したものであり、これを第１図の基本原理図
と共に以下に説明する。

第１図において、状態（ａ）は磁場発生手段としての磁
石１が測定対象の超電導体３から充分違い位置にある状
態を示し、その発生磁場は磁石１の軸線に沿ってほぼ平
行なビーム状の磁束を生している。

次に磁石１をたんたん超電導体３に近づけてゆき、状態
（ｂ）のように磁石１の磁場により超電導体が混合状態
になると、磁束の一部は超電導体３に侵入してゆくこと
になる。

そして、このような状態から測定用磁場を取り去っても
、状態（ｃ）のように超電導体３には磁束の一部が残留
する。そこでこの残留した磁束による超電導体３の表面
の磁場強度を磁気センサー２により測定することで、超
電導体の磁気特性を測定することができる。この場合の
印加磁場の変化は磁石１に永久磁石を用いる場合にはそ
れを離れた場所から超電導体表面に近づけることで行い
、磁石１として励磁コイルを用いる場合には励磁コイル
を超電導体表面に軽く押し当てた状態で励磁電流をコイ
ルに流せばよい。残留磁場強度は後述するように超電導
体の臨界電流値や厚さ等に関係し、残留磁場強度を測定
することで例えば冷熱衝撃を繰り返すことによる超電導
体の劣化等を評価することか可能である。

このように本発明による測定方法では、測定プローブと
もいうべき磁場を印加するためのコイルまたは永久磁石
と磁場検出センサーが超電導体に対して同一面側に配置
されるため、測定が非常に簡便であり、大きな超電導体
でも測定試料作成のためにそれを破壊することなく磁気
特性の測定が可能である。また磁場発生源による印加磁
場の作用領域が超電導体の局所領域に限られるため、測
定結果に及ぼす超電導体の形状効果が小さく、高い精度
の測定が可能である。

本発明の特徴と効果を一層明確に理解できるようにする
ため、以下にいくつかの実施例を図面と共に説明する。

［実施例コ 第３図に本発明による測定方法の実施に用いられる装置
の概略の構成を示す。第３図の実施例では、測定すべき
超電導体３に対して測定用磁場を与えるのはソレノイド
コイル１１である。このコイル１１の下端面中央にはコ
イル１１の軸方向に検出感度をもつホール素子などのセ
ンサー１２か取り付けられ、両者で測定プローブを構成
している。コイル１１は、直流または交流の励磁電源を
含む励磁系２１から制御された励磁電流の供給を受け、
電流値に応じた磁束密度で軸線方向の平行磁束を生しる
。このコイル１１は図示の通りにその軸線を超電導体３
の表面の法線方向に沿わせて超電導体表面に軽く押し当
てられている。磁気センサー１２の検出出力は増幅器、
電圧計等を含む測定系２２に入力され、ＸＹレコーダな
どの記録装置を含む記録制御系２３にて励磁電流の条件
等とともに記録される。

この装置による測定は以下のようにして行われる。

すなわち、測定プローブを超電導体３の表面の測定すべ
き位置に軽く押し当てた状態で、コイル１１にある値の
励磁電流を流し、適当な時間の経過後に励磁電流を切り
、すばやく磁気センサー１２により、残留した磁束によ
る超電導体３の表面の＆ｎ場強度を測定することにより
行う。なお励磁電流の値は超電導体３を混合状態にする
に充分な値か選ばれる。この残留した磁場の強度は超電
導体３の磁気特性や超電導体の厚さなどの因子により決
定される。

測定に用いるプローブの他の実施例は第３ａ〜３ｄ図に
示すとおりである。すなわち第３ａ図はコイル１１の代
わりに永久磁石１３を用いたものである。第３ｂ図は小
径ソレノイドコイルＩｌａの外周に大径ソレノイドコイ
ルｌｌｂを同軸配置して互いの発生磁場の向きを逆にし
た例であり、これにより超電導体に印加する磁場の領域
を積極的に狭くすることができる。第３ｃ図は同径のソ
レノイドコイルｌｌｃ、ｌｉｄを平行に密着配置して互
いの磁場発生の向きを逆にした例であり、これもまた超
電導体に印加する磁場の領域を積極的に狭くシた例であ
る。第３ｄ図は互いに磁場の向きが逆になるように２つ
の扁平なドーナツ状コイルＩｊｅ、Ｉｆｆを同軸上に適
当な間隔をあけて重ねたものであり、小型でしかも印加
磁場領域の小さなプローブを形成したものである。

本発明においては、直径数１ｍｍ以下の小型のコイルや
永久磁石を用いることは、本発明の効果をより一層大ぎ
なものにするものであり、このことによって、印加磁場
領域を更に小さくてき、超電導体表面で局所傾城毎に磁
気特性のばらつぎを調べることか可能である。

以下に実際に行った測定例を述べる。

［測定例１］ 超電導体の磁気特性の測定に用いた測定プローブは、外
径１８ｍｍ、内径３ｍｍ、厚さ３５ｆｆｌｆｆｌのドー
ナツ状コイルを２つ重ねた第３ｄ図のような形状のもの
であり、２つのコイルの間には３ｍｍの隙間が設けであ
る。なおコイルの巻き数は１２２巻きである。

また測定した超電導体試料はＢｉ２５ｒ２ＣａＣｕ２０
ｙの酸化物超電導体であり、寸法は１００口Ｘ　Ｏ，３
ｔであり、ステンレス板に銀層を介して積層されたもの
である。この試料を液体窒素を用いて臨界温度Ｔｃ以下
に冷却し、コイルにより測定用磁場を与えた。コイルに
流した電流は５Ａである。そしてコイルに流す電流を止
めた後、超電導体表面の磁場をホール素子により測定し
た。その結果、超電導体表面での磁場は３０ガウスであ
った。

またこの試料はステンレス板上に積層されているため、
冷却を繰り返すことてそれぞれの熱膨張係数の違いに起
因する劣化が生しることが心配される。そこで試料を室
温と液体窒素温度の熱衝撃試験（ヒートサイクル）に供
し、所定のサイクル毎に試料に磁場を与えた後（コイル
電流５八）、超電導体表面での残留磁場を測定した。こ
の結果を第１表に示す。第１表の結果からヒートサイク
ルを繰り返すごとに超電導体表面の磁場の値は小さくな
っていることがわかる。このように、本発明によれば試
料を破壊しなくともヒートサイクルによる超電導体の劣
化の程度を簡単に測定することができる。

［測定例２］ さまざまな臨界電流密度Ｊｃの試料に測定例１と同様に
コイルにより測定用磁場を印加し、その後測定用磁場を
取り除いてから超電導体表面の残留磁場強度を測定した
。磁場の印加に用いたコイルは測定例１と同じものであ
り、コイル電流は５＾である。この測定結果を第４図の
グラフ（横軸臨界電流密度［Ａ／ｃｍ］、縦軸：残留磁
場強度［ガウス］　）に示す。このグラフから臨界電流
密度Ｊｃの低い試料はど残留磁場強度が低く、また臨界
電流密度Ｊｃの高い試料はど残留磁場強度が高いことが
わかる。このように、本発明では、試料の劣化を判定す
るのみならず、試料の特性差の判定が可能であり、臨界
電流密度Ｊ。を推定することが可能である。

［測定例３］ 残留磁場強度は試料の厚さに関係する。そこで厚さの異
なる試料や試料の重ね合せにより、残留磁場強度に対す
る超電導体の厚さの影響を調べた。測定用磁場の印加に
用いたコイルは、外径ｌ６ｍｍ、内径３ｍｍ、厚さ　３
ｍｍのドーナツ状コイルを２つ重ねた第３ｄ図のような
形状のものであり、２つのコイルの間には３ｆｆｌＩ１
１の隙間が設けである。なおコイルのＪ！、を数は９６
巻きであり、コイル電流は２．５Ａである。また測定に
用いた試料は’１’［１ａ２Ｃｕ３０ｘの酸化物超導電
体であり、試料の寸法は１００口×０．８ｔまたは１０
０口ＸＳｔのものである。臨界電流密度Ｊ、はとの試料
でも１００八／ｃｍ２である。この測定結果を第５図の
グラフ（横軸：超電導体の厚さＦＴ［＋ＩＩＩＩｌ］、
縦軸：残留磁場強度Ｅガウス］）に示す。第５図のグラ
フから、残留磁場強度と超電導体の厚さＦＴは比例関係
にあり、試料の厚さの平方根で規格化することにより、
厚さが異なる試料においても臨界電流密度Ｊｃを推定で
きることがわかる。

［発明の効果］ 以上に述べたように本発明においては、測定プローブと
もいうべき磁場を印加するためのコイルまたは永久磁石
と磁場検出センサーが超電導体に対して同一面側に配置
されるため、測定が非常に簡単であり、大きな超電導体
でも破壊することなく磁気特性の測定を行うことか可能
である。また磁場発生源による磁場の作用領域か超電導
体の局所領域に限定されるため、測定結果に及ぼす超電
導体の形状効果か小さく、高い精度の測定が可能である
。

本発明の測定方法によれは、冷却・昇温を繰り返すこと
による超電導体の劣化の程度や臨界電流値等の特性をよ
り簡単に評価することができ、超電導体を扱う分野での
利用価値が極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を示す説明図、第２図は反磁
場係数０の第２種超電導体の磁化特性を示す線図、第３
図は本発明の実施例に用いる測定装置の概略の構成図、
第３ａ〜３ｄ図は本発明に用いられる種々の形式の測定
プローブの構成例を示す説明図、第４図は測定例２の測
定結果を示す図、第５図は測定例３の測定結果を示す図
である。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・磁石 ２・・・磁場検出センサー ３・・・超電導体試料 １・・・ソレノイドコイル ２・・・磁場検出センサー ト・・励磁系 ２・・・測定系 ３・・・記録制御系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超電導体表面の局所領域に対して測定用磁束が作用する
   ように測定用磁場を印加し、該測定用磁場が印加される
   同一面側に配置された磁場検出素子により、前記測定用
   磁場の印加を停止した後に、前記超電導体表面付近の残
   留磁場強度を測定することを特徴とする超電導体の磁気
   特性測定方法。