JPH06249902A - 超電導臨界電流測定装置 - Google Patents

超電導臨界電流測定装置

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JPH06249902A
JPH06249902A JP5792693A JP5792693A JPH06249902A JP H06249902 A JPH06249902 A JP H06249902A JP 5792693 A JP5792693 A JP 5792693A JP 5792693 A JP5792693 A JP 5792693A JP H06249902 A JPH06249902 A JP H06249902A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低温での超電導体の臨界電流の測定に際し
ての、液化ガスの取扱いに伴う煩雑さを解消し、効率よ
く測定ができる超電導臨界電流測定装置を得る。 【構成】 真空容器および熱輻射シールド板に密閉され
たGM冷凍機その他一般の冷凍機の金属製冷却ステージ
に、窒化アルミニウムのような高熱伝導性かつ良絶縁体
のセラミックスを介して超電導体の試験片および酸化物
超電導体の電流リードを熱的に接続する。あるいは冷却
ステージ自体を前記のセラミックスで構成してサーマル
アンカーとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は低温状態における超電導
材料の通電特性を測定する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導体の実用材料の開発においては、
その臨界電流密度、並びに、臨界電流の向上が不可欠で
ある。そのために正確な評価試験方法が重要であること
は言うまでもなく、多種多様の評価試験方法がこれまで
に考案されてきた。
【0003】超電導体は液化ヘリウムや液化窒素等の極
低温液化ガスにより、それらの臨界温度以下に冷却され
て使用される。従って、臨界電流密度、臨界電流の評価
試験においても液化ヘリウムや、液化窒素中に浸漬した
状態で通電する事による評価が求められることがほとん
どである。
【0004】図1は、従来の超電導臨界電流測定装置の
一例を示す断面図である。真空ポンプ28で真空断熱さ
れたクライオスタット21の内部に熱シールド用液化窒
素溜22、さらにその内部に液化ヘリウム容器23を備
えた多層構造となっている。熱シールド用液化窒素溜2
2では、窒素が蒸発するのに応じて液化窒素が補給さ
れ、内部の液化ヘリウム容器23に熱が侵入するのを防
ぐ。試験片29は液化ヘリウムに浸漬され、ガス冷却電
流リード24を通じて通電される。蒸発したヘリウムは
ガス冷却電流リード24を通じて電流リードを冷却しな
がら排出される。ヘリウムが蒸発するのに応じて、液化
ヘリウムが、液化ヘリウム貯蔵容器27からトランスフ
ァーチューブ26、注入管25を通って液化ヘリウム容
器23に供給されている。
【0005】このように従来の超電導臨界電流測定装置
は、真空断熱装置を用いて外部との熱伝導を遮断し、液
化ガスの気化熱を利用して安定した極低温を得ている。
液化ヘリウムや液化窒素等の液化ガスは、高圧容器に充
填されており、危険を伴うため、高圧ガス取締法に準拠
した安全管理の下で取り扱われている。
【0006】液化窒素温度(77K)と液化ヘリウム温
度(4.2K)以外では、減圧下での超流動ヘリウムに
よる4K以下での測定や、液化水素、液化酸素等の可燃
液化ガス中での測定、または低温のガス雰囲気中での測
定などが行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、超電
導体の臨界電流密度、臨界電流の評価試験においては液
化ガスを用いて極低温状態を得ている。しかし、超電導
体一般に広く利用されている液化ヘリウムや液化窒素な
どの液化ガスは、高圧容器や、真空断熱装置が必要であ
り、取扱いが煩雑で危険を伴うことがある。また、高圧
ガス取締法に準拠した安全管理を行う必要がある。
【0008】液化窒素、液化ヘリウム以外では、超流動
ヘリウムによる4K以下での測定や、液化水素、液化酸
素等の可燃液化ガス中での測定、低温のガス雰囲気中で
の測定などが行われている。これらの方法は、液化窒素
や液化ヘリウム以上に、取扱いが煩雑で、複雑な装置を
必要とし、より大きな危険を伴うものもある。また、こ
れらの方法は恒温性能が劣るため、冷却された試験片に
大電流を通電すると、温度上昇を招き、安定した測定条
件を得ることが、非常に困難であった。
【0009】超電導臨界電流測定における液化ガスの取
扱いに伴う煩雑さを解消し、任意の温度における大電流
の通電特性の測定を容易に安定して行うことが出来る装
置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の超電導臨界電流測定装置は、液化窒素や
液化ヘリウム等の液化ガスを用いず、GM冷凍機等を用
いて試験片を真空中において所望の温度に冷却し、通電
による臨界電流測定を行うものである。
【0011】本発明の超電導臨界電流測定装置の一例を
構成するGM冷凍機について図面と共に説明する。図2
は、一般的なGM冷凍機の構造を示す概略断面図で、ヘ
リウムガスを冷媒とした蓄冷式の小型冷凍機のものであ
る。圧縮機20によって低圧ヘリウムガスが圧縮されて
高圧ヘリウムガスとなり、ハウジング17、バルブ31
のガス通路30に入る。バルブプレート41は、クラン
ク軸16からモータ35の駆動を受けて回転し、ガス通
路30とガス通路40の接続と遮断を繰り返す。ガス通
路40に入ったヘリウムガスはシリンダ上室18へ送り
込まれる。
【0012】第1段ディスプレーサ32および第2段デ
ィスプレーサ33は、クランク軸16およびスコッチヨ
ーク機構34を介してモータ35の駆動力で上下運動す
る。シリンダ上室18のヘリウムガスは、第1段ディス
プレーサ32内の蓄冷材36を通過して第1段寒冷発生
区42で断熱膨張し、さらに第2段ディスプレーサ33
内の蓄冷材37を通過して第2段寒冷発生区43で断熱
膨張することにより蓄冷材36・37に寒冷を蓄える。
ヘリウムガスはその後、ガス通路40からスコッチヨー
クルーム44、モータルーム45を経て、圧縮機20へ
戻り、循環する。
【0013】以下、本発明の装置について図面と共に詳
細を説明する。図3は、GM冷凍機を用いた本発明の超
電導臨界電流測定装置の一例を示す断面図である。図示
するように、真空容器4および熱輻射シールド板5で密
閉された、GM冷凍機1の第2段冷却ステージ3に試験
片9を取り付け、第2段冷却ステージ3からの伝導によ
って試験片9を冷却し、通電試験を行えるようにする。
試験片9に取り付けられた銅端子8と第2段冷却ステー
ジ3とは、絶縁熱アンカー6を介在させて熱的接触を維
持したまま、電気的絶縁を得ている。試験片9への通電
は、銅端子8を介して酸化物超電導バルク電流リード7
を用いて行う。室温部から酸化物超電導バルク電流リー
ド7の銅端子8へは銅リード線10、酸化物超電導バル
ク電流リード7から試験片の銅端子へは銅リード線11
を用いて通電されている。
【0014】その際、酸化物超電導バルク電流リード7
は、第1段冷却ステージ2に片端を熱的に接触させ、も
う一方の端部を第2段冷却ステージ3に熱的に接触させ
てその臨界温度以下に冷却されている。第1段冷却ステ
ージ2、第2段冷却ステージ3と酸化物超電導バルク電
流リード7の銅端子8との間には、絶縁熱アンカー6が
挟み置かれ、熱的接触を維持し、電気的絶縁を得てい
る。
【0015】通常、冷凍機の冷却ステージは銅等の熱伝
導性の優れた金属製であるが、絶縁熱アンカーを介し
て、酸化物超電導体に取り付けられた銅端子および試験
片に取り付けられた銅端子とは電気的に絶縁され、か
つ、熱的接触が保たれている。このようにして、臨界温
度以下に安定して冷却された酸化物超電導体からなる電
流リードを通して試料に通電する電流を供給することに
よって、冷却ステージ上の試験片の温度を上昇させるこ
となく通電することが出来る。
【0016】同様に、試験片も両端に電極として取り付
けてある銅端子と金属製の冷却ステージとの間に、絶縁
熱アンカーを介在させることによって安定した極低温の
測定条件を得ることが出来る。絶縁熱アンカーとして
は、熱伝導度が高く、電気的絶縁性の優れた、窒化アル
ミニウム等のセラミックス板が適している。試験片およ
び酸化物超電導体に取り付けられた電極の形状等に応じ
たセラミックス板により、通常の冷凍機を用いて本発明
の装置を構成することが出来る。
【0017】図4は、GM冷凍機を用いた本発明の超電
導臨界電流測定装置の他の一例を示す断面図である。真
空容器4および熱輻射シールド板5で密閉され、銅リー
ド線10−銅端子8−酸化物超電導バルク電流リード7
−銅端子8を経て、室温部から電流が供給されている点
は、前述した装置と同じである。
【0018】この例で示すように、酸化物超電導バルク
電流リード7の銅端子8から試験片9の銅端子8間を、
高温超電導リード線14で接続することも可能である。
超電導電流リードの低温端から試験片両端部に設けられ
た端子までの間のリード線に高温超電導線材を用いるこ
とによって、通電時の第2段冷却ステージの昇温をより
少なくすることが出来る。
【0019】試験片9の載置された冷却ステージの下部
に温調用のヒーター15を設置することもできる。冷凍
機の冷却ステージの下部に熱源となるヒーターなどを設
置することによって冷却ステージの温度を制御すれば、
超電導電流リードの臨界温度以下の任意の温度における
通電特性を測定することが出来るようになる。
【0020】図4の例では、冷凍機の第1段冷却ステー
ジ12および第2段冷却ステージ13を、前記の絶縁熱
アンカーに用いたような熱伝導のよいセラミックス材料
で構成している。絶縁熱アンカーを介在させる必要がな
いため、簡略な構造で、電気的絶縁と熱的接触を同時に
実現し、安定した測定を行うことが出来る。セラミック
ス製の冷却ステージに電流リードや試験片を直接接触さ
せて取り付けることが出来る。冷却ステージ上において
任意の位置に自由にサーマルアンカーをとることが出来
るため、試験片の取付においては、試験片の大きさや形
状が変わっても、そのまま冷却ステージに載置すればよ
い。
【0021】本発明の超電導臨界電流測定装置において
試験片の冷却に使用する冷凍機は、例示したGM冷凍機
の他、スターリング冷凍機、その他の方式の冷凍機を用
いてもよい。本発明に用いる酸化物超電導電流リードの
材料としては、よく知られているBi系超電導体、Y系
超電導体以外の他の材料であってもよい。試験片及び電
流リードの両端の電極は電気伝導度が高い金属であれ
ば、銅以外の材料であってもよい。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明では、超電導導体
の臨界電流値の測定試験に、冷凍機の冷却ステージに試
験片を熱的接触させて極低温状態を得ている。試験片
は、高熱伝導度の良絶縁体を介在させることにより、冷
凍機の冷却ステージに熱的に接触させて設置するほか、
冷凍機の冷却ステージを高熱伝導度の良絶縁体で構成す
ることにより直接設置している。試験片に通電する低温
部の電流リードに高温超電導線材を用いて、通電時のジ
ュール熱や侵入熱を抑え、冷却ステージの温度を一定に
保っている。液化ヘリウムや液化窒素等の冷媒が要ら
ず、複雑な構造を有する真空断熱装置が不要となる。安
全管理、取扱いの煩雑さが解消し、特に、可燃液化ガス
の使用を避けることが出来るため、測定に伴う危険が低
減する。冷却ステージをセラミックスで構成することに
より、試験片の設置が容易で、サーマルアンカーが任意
の位置に取ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の超電導臨界電流測定装置の一例を示す断
面図である。
【図2】一般的なGM冷凍機の構造を示す概略断面図で
ある。
【図3】本発明の超電導臨界電流測定装置の一例を示す
断面図である。
【図4】本発明の超電導臨界電流測定装置の他の一例を
示す断面図である。
【符号の説明】
1 GM冷凍機 2 第1段冷却ステージ 3 第2段冷却ステージ 4 真空容器 5 熱輻射シールド板 6 絶縁熱アンカー 7 酸化物超電導バルク電流リード 8 銅端子 9 試験片 10 銅リード線 11 銅リード線 12 第1段冷却ステージ 13 第2段冷却ステージ 14 高温超電導リード線 15 ヒーター 16 クランク軸 17 ハウジング 18 シリンダ上室 20 圧縮機 21 クライオスタット 22 熱シールド用液化窒素溜 23 液化ヘリウム容器 24 ガス冷却電流リード 25 注入管 26 トランスファーチューブ 27 液化ヘリウム貯蔵容器 28 真空ポンプ 29 試験片 30 ガス通路 31 バルブ 32 第1段ディスプレーサ 33 第2段ディスプレーサ 34 スコッチヨーク機構 35 モータ 36 蓄冷材 37 蓄冷材 40 ガス通路 41 バルブプレート 42 第1段寒冷発生区 43 第2段寒冷発生区 44 スコッチヨークルーム 45 モータルーム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導導体試験片を冷却して酸化物超電
    導体電流リードを介して通電することにより該超電導体
    の臨界電流値を測定する装置において、金属製の冷却ス
    テージを備えた冷凍機の該冷却ステージに該試験片およ
    び該酸化物超電導体電流リードを極低温下における良熱
    伝導性電気絶縁部材を介して熱的に接触させる手段を備
    えたことを特徴とする超電導臨界電流測定装置。
  2. 【請求項2】 超電導導体試験片を冷却して酸化物超電
    導体電流リードを介して通電することにより該超電導体
    の臨界電流値を測定する装置において、極低温下におけ
    る良熱伝導性電気絶縁部材からなる冷却ステージを備え
    た冷凍機の該冷却ステージに該試験片および該酸化物超
    電導体電流リードを熱的に接触させる手段を備えたこと
    を特徴とする超電導臨界電流測定装置。
  3. 【請求項3】 前記良熱伝導性電気絶縁部材が窒化アル
    ミニウムであることを特徴とする請求項1または2記載
    の超電導臨界電流測定装置。
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