JPH05167110A - 高温超電導体電流リード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物高温超電導体２３などの高温超電導
体を用いた電流リード２０としての長所を活かして伝導
熱およびジュール熱の侵入を抑えるとともに、クエンチ
現象の発生を防止し、かつクエンチ現象が発生した場合
であっても、超電導状態への早期回復が可能な安定した
性能の高温超電導体電流リード２０を提供すること。 【構成】 酸化物高温超電導体２３などの高温超電導
体を用いた電流リード２０を、磁気冷凍機能材料２７と
組み合わせて用いることに着目したもので、超電導コイ
ルに接続するコイル側電極端子２１と、外部電源に接続
する電源側電極端子２２と、これらの間に配置した高温
超電導体２３とを有するとともに、この高温超電導体２
３に磁気冷凍機能材料２７を組み合わせたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高温超電導体電流リード
にかかるもので、とくに磁気冷凍機能材料を組み合わせ
ることによりクエンチ対策を施した高温超電導体電流リ
ードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導コイル装置１について、図
４にもとづきその一例を説明する。この超電導コイル装
置１は、超電導コイル２と、ヘリウム容器３と、このヘ
リウム容器３内の液体ヘリウム４と、２０Ｋ熱シールド
板５と、７７Ｋ熱シールド板６と、真空槽７と、ギフォ
ード・マクマホン冷凍機等の冷凍機８と、超電導線材９
と、常電導線材によるコイル側接続線１０と、着脱部を
構成するコイル側電極端子１１と、常電導導体による電
流リード１２と、ガイド管１３と、電源側電極端子１４
と、電源側接続線１５と、外部電源１６とを有する。

【０００３】上記超電導線材９、コイル側接続線１０、
コイル側電極端子１１、電流リード１２、電源側電極端
子１４および電源側接続線１５により、超電導コイル２
を外部電源１６に電気的に接続するものである。

【０００４】上記ガイド管１３は、電気絶縁体からこれ
を構成し、電流リード１２を被覆するとともに、ヘリウ
ム雰囲気と真空雰囲気とを遮断している。

【０００５】従来の電流リード１２は、無酸素銅などの
常電導導体を用いて、室温から極低温まで通電するもの
であるが、この間の導体による伝導熱および通電による
ジュール熱が発生する。

【０００６】この発生熱が極低温側への熱侵入となり、
液体ヘリウム４の蒸発をまねく。

【０００７】なお、ガス冷却型の電流リードの場合に
は、図示のようにガイド管１３内を上昇する液体ヘリウ
ム４の蒸発ガスにより、電流リード１２を冷却し、外部
からの侵入熱を低く抑えるようにしている。

【０００８】当該電流リード１２の全体あるいは一部
を、熱伝導度の低い、かつ超電導状態となる臨界温度が
比較的高い高温超電導体たとえば酸化物高温超電導体に
より製作することによって、この部分を通した外部から
の熱侵入量、および同部分におけるジュール熱発生量を
低く抑えることができる。

【０００９】なお酸化物高温超電導体としては、ビスマ
ス系、イットリウム系、タリウム系などのものがある。

【００１０】しかしながら、液体ヘリウム４が蒸発ガス
となって消費されるため、液体ヘリウム４液面の低下、
その他何らかの原因により超電導コイル２のクエンチ現
象（超電導状態から常電導状態への転移）が起きる場合
がある。

【００１１】電流リード１２として酸化物高温超電導体
などの高温超電導体を用いた場合にも、上述のクエンチ
現象の場合には、酸化物高温超電導体は超電導体電流リ
ードとしてその特性を発揮することができないという問
題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、酸化物高温超電導体
などの高温超電導体を用いた電流リードとしての長所を
活かして伝導熱およびジュール熱の侵入を抑えるととも
に、クエンチ現象の発生を防止し、かつクエンチ現象が
発生した場合であっても、超電導状態への早期回復が可
能な安定した性能の高温超電導体電流リードを提供する
ことを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、酸化
物高温超電導体などの高温超電導体を用いた電流リード
を、磁気冷凍機能材料と組み合わせて用いることに着目
したもので、超電導コイルと、外部電源とを電気的に接
続可能な高温超電導体電流リードであって、上記超電導
コイルに接続するコイル側電極端子と、上記外部電源に
接続する電源側電極端子と、これらコイル側電極端子お
よび電源側電極端子の間に配置した高温超電導体とを有
するとともに、この高温超電導体に、磁気冷凍機能材料
を組み合わせたことを特徴とする高温超電導体電流リー
ドである。

【００１４】なお、上記磁気冷凍機能材料と上記高温超
電導体とを組み合わせる形態としては、これらを接合す
る場合がある。

【００１５】また、同組み合わせ形態としては、上記磁
気冷凍機能材料と上記高温超電導体とを混合する場合が
ある。

【００１６】

【作用】本発明による高温超電導体電流リードにおいて
は、高温超電導体とともに磁気冷凍機能材料を用いたの
で、クエンチ現象が発生して電流リード部分の温度が上
昇しても、このクエンチ現象による磁場消失ないし減少
にともない、上記磁気冷凍機能材料がその断熱消磁冷却
作用により周囲の熱量を吸収するので、電流リード部分
を急速に冷却するため、再び超電導状態を回復可能であ
る。

【００１７】

【実施例】つぎに、本発明の第一の実施例による高温超
電導体電流リード２０を図１および図２にもとづき説明
する。 ただし、以下の説明では図４と同様の部分には
同一符号を付しその詳述はこれを省略する。

【００１８】図１は、正極および負極用の左右一対の高
温超電導体電流リード２０部分の拡大縦断面図であっ
て、この高温超電導体電流リード２０は、下部銅ブロッ
クによるコイル側電極端子２１と、上部銅ブロックによ
る電源側電極端子２２と、これらコイル側電極端子２１
および電源側電極端子２２の間に配置した酸化物高温超
電導体２３（電流リード本体）と、電源側電極端子２２
および前記電源側電極端子１４の間に配置した常電導導
体２４と、着脱部を構成する固定金具２５と、電気絶縁
体２６と、磁気冷凍機能材料２７とを有する。

【００１９】上記酸化物高温超電導体２３は、その中央
部を中空状とした円筒状のものであるが、これを中実状
に構成してもよい。

【００２０】上記磁気冷凍機能材料２７としては、ガド
リニウム・ガリウム・ガーネット（Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂、以
下「ＧＧＧ」と略す）、硫化ユウロピウム（ＥｕＳ）、
あるいはガドリニウム（Ｇｄ）などがある。

【００２１】この磁気冷凍機能材料２７は、前記超電導
コイル２による磁場領域内に、かつ酸化物高温超電導体
２３との熱交換が容易に行うことができる位置に、たと
えばこれをリング状に形成して、酸化物高温超電導体２
３とコイル側電極端子２１および電源側電極端子２２と
の間に取り付ける。

【００２２】図３はこの高温超電導体電流リード２０を
装備した超電導コイル装置３０を示す概略図であって、
高温超電導体電流リード２０の装備により、前記２０Ｋ
熱シールド板５（図４）が不要となるとともに、冷凍機
８の代わりに、より簡単な冷凍機３１を採用することが
できる。

【００２３】なお、電気絶縁体３２により常電導導体２
４を固定支持している。

【００２４】前記外部電源１６からの電流は、電源側接
続線１５、電源側電極端子１４、常電導導体２４、固定
金具２５、電源側電極端子２２、酸化物高温超電導体２
３、コイル側電極端子２１、および超電導線材９を経由
して超電導コイル２に給電される。

【００２５】この高温超電導体電流リード２０を装備し
た超電導コイル装置３０においては、前記ガイド管１３
内を上昇するヘリウムの蒸発ガスにより酸化物高温超電
導体２３が冷却され、これが超電導状態となるため、通
電によるジュール熱の発生がない。

【００２６】しかも、酸化物高温超電導体２３は熱伝導
率が低いために、酸化物高温超電導体２３部分を通じて
外部から侵入する熱量はきわめて少なく、侵入熱を少な
く抑えることができる。

【００２７】こうした通電により超電導コイル２を励磁
したときに高温超電導体電流リード２０の酸化物高温超
電導体２３部分はその磁場を受けることになるが、磁気
冷凍機能材料２７のたとえばＧＧＧは反強磁性体であ
り、磁場下においては、その結晶内の原子自身が有する
小さな磁石はすべて一方向にそろった状態になってい
る。

【００２８】この状態から超電導コイル２のクエンチ、
あるいは減磁により、磁場が取り除かれたときには、上
記小さな磁石はもとの原子配列に戻ろうとし、このとき
に周辺の熱エネルギーを吸収する作用（断熱消磁冷却作
用）がある。

【００２９】なお、この作用温度範囲は、約３０Ｋから
４．２Ｋである。

【００３０】したがって、超電導コイル２あるいは酸化
物高温超電導体２３自体のクエンチにより磁場がなくな
ったときに、磁気冷凍機能材料２７の吸熱により高温超
電導体電流リード２０を急速に冷却することとなるの
で、クエンチ伝播の防止、および超電導状態に復帰させ
る機能を発揮することができる。

【００３１】つぎに図３は、本発明の第二の実施例によ
る高温超電導体電流リード４０を示す拡大縦断面図であ
って、図１に示した上述の高温超電導体電流リード２０
と異なる構造は、電流リード本体４１自体を、酸化物高
温超電導体２３と磁気冷凍機能材料２７との混合物とし
ている点である。

【００３２】この電流リード本体４１は、その製作過程
において酸化物高温超電導体２３の表面ないし内部に、
たとえば磁気冷凍機能材料２７としてＧＧＧの単結晶を
ちりばめたものである。

【００３３】こうした高温超電導体電流リード４０の作
用についても、高温超電導体電流リード２０の場合と同
様であるので、その詳述はこれを省略するが、酸化物高
温超電導体２３全面に磁気冷凍機能材料２７を位置させ
ることができるので、クエンチ状態から超電導状態への
復帰を比較的容易に行うことができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、酸化物高
温超電導体などの高温超電導体と磁気冷凍機能材料とを
組み合わせることにより、超電導状態による磁場が消失
ないし減少したときの磁気冷凍機能材料による吸熱作用
を利用したので、クエンチ状態の防止とともに超電導状
態への復帰を急速に行い、電流リードとして安定した性
能を発揮可能である。

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例による正極および負極用
の左右一対の高温超電導体電流リード２０部分の拡大縦
断面図である。

【図２】同、高温超電導体電流リード２０を装備した超
電導コイル装置３０の概略図である。

【図３】本発明の第二の実施例による高温超電導体電流
リード４０の拡大縦断面図である。

【図４】従来の超電導コイル装置１の概略図である。

【符号の説明】

１ 超電導コイル装置 ２ 超電導コイル ３ ヘリウム容器 ４ 液体ヘリウム ５ ２０Ｋ熱シールド板 ６ ７７Ｋ熱シールド板 ７ 真空槽 ８ 冷凍機 ９ 超電導線材 １０ 常電導線材によるコイル側接続線 １１ 着脱部を構成するコイル側電極端子 １２ 常電導導体による電流リード １３ 電流リード１２を被覆しているガイド管 １４ 電源側電極端子 １５ 電源側接続線 １６ 外部電源 ２０ 高温超電導体電流リード ２１ コイル側電極端子（下部銅ブロック） ２２ 電源側電極端子（上部銅ブロック） ２３ 酸化物高温超電導体（電流リード本体） ２４ 常電導導体 ２５ 着脱部を構成する固定金具 ２６ 電気絶縁体 ２７ 磁気冷凍機能材料 ３０ 超電導コイル装置 ３１ 冷凍機 ３２ 電気絶縁体 ４０ 高温超電導体電流リード ４１ 電流リード本体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルと、外部電源とを電気的
   に接続可能な高温超電導体電流リードであって、 前記超電導コイルに接続するコイル側電極端子と、 前記外部電源に接続する電源側電極端子と、 これらコイル側電極端子および電源側電極端子の間に配
   置した高温超電導体とを有するとともに、 この高温超電導体に、磁気冷凍機能材料を組み合わせた
   ことを特徴とする高温超電導体電流リード。
2. 【請求項２】 前記磁気冷凍機能材料と前記高温超電
   導体とを接合したことを特徴とする請求項１記載の高温
   超電導体電流リード。
3. 【請求項３】 前記磁気冷凍機能材料と前記高温超電
   導体とを混合したことを特徴とする請求項１記載の高温
   超電導体電流リード。