JPH0786025A - 永久電流スイッチ及び超電導マグネットシステム - Google Patents
永久電流スイッチ及び超電導マグネットシステムInfo
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- JPH0786025A JPH0786025A JP5232780A JP23278093A JPH0786025A JP H0786025 A JPH0786025 A JP H0786025A JP 5232780 A JP5232780 A JP 5232780A JP 23278093 A JP23278093 A JP 23278093A JP H0786025 A JPH0786025 A JP H0786025A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/006—Supplying energising or de-energising current; Flux pumps
- H01F6/008—Electric circuit arrangements for energising superconductive electromagnets
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
- H10N60/35—Cryotrons
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】本発明は、安定に動作する永久電流スイッチ、
それを用いた効率の良い超電導システムの構成、そして
効果的な永久電流スイッチの動作方法を提供することに
よって、エネルギーロスが少なく、信頼性の高い超電導
システムを提供することを目的とする。 【構成】上記目的は、適切な超電導臨界温度に調節した
酸化物超電導物質を用いた永久電流スイッチ２を使用
し、それを適切な配置で超電導システムに組み込み、熱
と磁場を同時にコントロールすることによって永久電流
スイッチ２の制御を行うことによって達成される。 【効果】本発明によれば、従来より信頼性の高い安定
で、かつ液体ヘリウム消費量の少ない高効率の永久電流
スイッチ，永久電流モードで運転する超電導システムを
得ることができる。
それを用いた効率の良い超電導システムの構成、そして
効果的な永久電流スイッチの動作方法を提供することに
よって、エネルギーロスが少なく、信頼性の高い超電導
システムを提供することを目的とする。 【構成】上記目的は、適切な超電導臨界温度に調節した
酸化物超電導物質を用いた永久電流スイッチ２を使用
し、それを適切な配置で超電導システムに組み込み、熱
と磁場を同時にコントロールすることによって永久電流
スイッチ２の制御を行うことによって達成される。 【効果】本発明によれば、従来より信頼性の高い安定
で、かつ液体ヘリウム消費量の少ない高効率の永久電流
スイッチ，永久電流モードで運転する超電導システムを
得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体ヘリウムを用いて
運転する超電導システムに係わり、冷却することによっ
て超電導性を発現する超電導物質を用いて作り出す永久
電流ループを利用する超電導システムに使用する永久電
流スイッチ、およびそのシステムの構成に関するもので
ある。
運転する超電導システムに係わり、冷却することによっ
て超電導性を発現する超電導物質を用いて作り出す永久
電流ループを利用する超電導システムに使用する永久電
流スイッチ、およびそのシステムの構成に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】永久電流状態を使用する超電導装置では
永久電流スイッチと超電導コイルを接続して用いるが、
永久電流スイッチに使用する超電導線はＯＦＦ時の電気
抵抗を大きくするため、キュプロニッケルなど比抵抗の
高い金属基材の中に多数の超電導フィラメントを埋め込
んだものが用いられることが多い。このような超電導線
では、金属基材の熱伝導率が銅などの低抵抗金属に比べ
て極めて小さいため、極く僅かな外乱による発熱でも局
部的な温度上昇が大きく、急激な常電導転移（クエン
チ）が起こりやすいものとなっている。そこで、このよ
うな不安定性の発生を防ぐために多くの考案がなされて
おり、特開昭59−96786号，特開昭60−7781号，特開昭6
0−22383号，特開昭60−37790号，特開昭60−46084号
等が開示されているが、十分な安定性が得られていると
は云えない状況である。
永久電流スイッチと超電導コイルを接続して用いるが、
永久電流スイッチに使用する超電導線はＯＦＦ時の電気
抵抗を大きくするため、キュプロニッケルなど比抵抗の
高い金属基材の中に多数の超電導フィラメントを埋め込
んだものが用いられることが多い。このような超電導線
では、金属基材の熱伝導率が銅などの低抵抗金属に比べ
て極めて小さいため、極く僅かな外乱による発熱でも局
部的な温度上昇が大きく、急激な常電導転移（クエン
チ）が起こりやすいものとなっている。そこで、このよ
うな不安定性の発生を防ぐために多くの考案がなされて
おり、特開昭59−96786号，特開昭60−7781号，特開昭6
0−22383号，特開昭60−37790号，特開昭60−46084号
等が開示されているが、十分な安定性が得られていると
は云えない状況である。
【０００３】また最近、Ｔｃの高い酸化物超電導体を使
用して永久電流スイッチを作製するような技術の提案
が、特開平1−194310号，特開平1−196685号，特開平1
−194310号，特開平4−176174号 等でなされているが、
何れの場合も永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つため
に発生する多量の熱の処理について考えられておらず、
液体ヘリウムのロスが非常に大きくなってしまうと云う
点に問題があった。
用して永久電流スイッチを作製するような技術の提案
が、特開平1−194310号，特開平1−196685号，特開平1
−194310号，特開平4−176174号 等でなされているが、
何れの場合も永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つため
に発生する多量の熱の処理について考えられておらず、
液体ヘリウムのロスが非常に大きくなってしまうと云う
点に問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の特開昭
59−96786号，特開昭60−7781号，特開昭60−22383号，
特開昭60−37790号，特開昭60−46084号等は、いずれも
接続部分を機械的に強固に固定し摩擦発熱によるクエン
チの発生を防止するものである。このような従来技術で
は、永久電流スイッチに用いる超電導物質として超電導
臨界温度(Ｔｃ)が２０Ｋ以下の物質を用いていたため、
温度マージンが小さく、その為、永久電流スイッチをＯ
Ｎ状態（超電導状態）で安定に動作させるためには用い
る超電導線材を十分に安定化させておく必要がある。通
常、超電導線材の安定化の為には、超電導物質で作製し
た細線を、熱伝導性がよく電気抵抗が低い銅或いはアル
ミニウムなどの金属との複合化を行うことで対処する。
しかしながら、永久電流スイッチにおいては、スイッチ
ＯＦＦ状態（常伝導状態）を実現するために常伝導状態
における永久電流スイッチ素子の電気抵抗をある程度以
上高く必要がある。従って、安定化材として電気抵抗の
低い金属を使用することができず、宿命的に永久電流ス
イッチ素子の超電導安定性が悪く、クエンチ等のトラブ
ルを起こすことが多かった。このようなトレードオフに
ある性質はＴｃの低い超電導物質を用いて永久電流スイ
ッチを作製する限り避けられないものである。そこでＴ
ｃの高い酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
を用いることで、上記の問題を避ける様な提案が特開平
1−194310号，特開平1−196685号，特開平1−194310号,
特開平4−176174 号等でなされているが、何れの場合も
永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つために発生する多
量の熱の処理について考えられておらず、液体ヘリウム
のロスが非常に大きくなってしまうと云う点に問題があ
った。
59−96786号，特開昭60−7781号，特開昭60−22383号，
特開昭60−37790号，特開昭60−46084号等は、いずれも
接続部分を機械的に強固に固定し摩擦発熱によるクエン
チの発生を防止するものである。このような従来技術で
は、永久電流スイッチに用いる超電導物質として超電導
臨界温度(Ｔｃ)が２０Ｋ以下の物質を用いていたため、
温度マージンが小さく、その為、永久電流スイッチをＯ
Ｎ状態（超電導状態）で安定に動作させるためには用い
る超電導線材を十分に安定化させておく必要がある。通
常、超電導線材の安定化の為には、超電導物質で作製し
た細線を、熱伝導性がよく電気抵抗が低い銅或いはアル
ミニウムなどの金属との複合化を行うことで対処する。
しかしながら、永久電流スイッチにおいては、スイッチ
ＯＦＦ状態（常伝導状態）を実現するために常伝導状態
における永久電流スイッチ素子の電気抵抗をある程度以
上高く必要がある。従って、安定化材として電気抵抗の
低い金属を使用することができず、宿命的に永久電流ス
イッチ素子の超電導安定性が悪く、クエンチ等のトラブ
ルを起こすことが多かった。このようなトレードオフに
ある性質はＴｃの低い超電導物質を用いて永久電流スイ
ッチを作製する限り避けられないものである。そこでＴ
ｃの高い酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
を用いることで、上記の問題を避ける様な提案が特開平
1−194310号，特開平1−196685号，特開平1−194310号,
特開平4−176174 号等でなされているが、何れの場合も
永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つために発生する多
量の熱の処理について考えられておらず、液体ヘリウム
のロスが非常に大きくなってしまうと云う点に問題があ
った。
【０００５】そこで本発明では、永久電流スイッチをＯ
ＦＦ状態に保つ際に発生する熱が、液体ヘリウム側へ侵
入しない様なシステム構成を与えることで上記の問題を
解決する。またこのような超電導システムを構成するた
めに適した永久電流スイッチの作製技術も併せてを提示
する。
ＦＦ状態に保つ際に発生する熱が、液体ヘリウム側へ侵
入しない様なシステム構成を与えることで上記の問題を
解決する。またこのような超電導システムを構成するた
めに適した永久電流スイッチの作製技術も併せてを提示
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は永久電流スイッ
チを液体ヘリウムの液面より上部に配置し、その永久電
流スイッチと液体ヘリウム液面の間に、熱反射板を配置
することによって、永久電流スイッチで発生した熱が、
液体ヘリウムの方向へは行かずに、クライオスタットの
上部方向に逃げて行くようにすることによって達成され
る。
チを液体ヘリウムの液面より上部に配置し、その永久電
流スイッチと液体ヘリウム液面の間に、熱反射板を配置
することによって、永久電流スイッチで発生した熱が、
液体ヘリウムの方向へは行かずに、クライオスタットの
上部方向に逃げて行くようにすることによって達成され
る。
【０００７】更に、本発明は永久電流スイッチを液体ヘ
リウムの液面より上部に配置し、その永久電流スイッチ
を液体窒素等で冷却されたサーマルアンカーの上部、も
しくは内部に配置することによって、永久電流スイッチ
で発生した熱が、液体ヘリウムの方向へは行かずに、ク
ライオスタットの上部方向に逃げて行くようにすること
によって達成される。
リウムの液面より上部に配置し、その永久電流スイッチ
を液体窒素等で冷却されたサーマルアンカーの上部、も
しくは内部に配置することによって、永久電流スイッチ
で発生した熱が、液体ヘリウムの方向へは行かずに、ク
ライオスタットの上部方向に逃げて行くようにすること
によって達成される。
【０００８】また、上記目的は、永久電流スイッチにＴ
ｃを調節した酸化物超電導物質を使用し、そしてそのＴ
ｃに応じた装置の構成を与え、適切な方式によってスイ
ッチングすることによって、より効果的に達成されるよ
うになる。
ｃを調節した酸化物超電導物質を使用し、そしてそのＴ
ｃに応じた装置の構成を与え、適切な方式によってスイ
ッチングすることによって、より効果的に達成されるよ
うになる。
【０００９】
【作用】本発明による超電導マグネットシステムを図１
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００１０】超電導コイル１は、磁場を発生するための
ものである。Ｎｂ−Ｔｉ合金の超電導体を用いて線材を
作り、絶縁材とともに巻いてコイルとする。コイルに通
電したときコイル中心に３Ｔの磁場を発生する。永久電
流スイッチ２はコイル１の上部で液体ヘリウムの液面の
上部に配置してある。コイル１の巻き線端部と永久電流
スイッチ２とは酸化物超電導物質を使用した線材で超電
導接続がなされている。
ものである。Ｎｂ−Ｔｉ合金の超電導体を用いて線材を
作り、絶縁材とともに巻いてコイルとする。コイルに通
電したときコイル中心に３Ｔの磁場を発生する。永久電
流スイッチ２はコイル１の上部で液体ヘリウムの液面の
上部に配置してある。コイル１の巻き線端部と永久電流
スイッチ２とは酸化物超電導物質を使用した線材で超電
導接続がなされている。
【００１１】保護抵抗３は超電導コイルが常電導転移し
たとき、超電導コイルの蓄積エネルギーを吸収しコイル
の焼損を防止するために組込まれている。本図では抵抗
体を使用したがダイオードを用いることもできる。ま
た、保護抵抗は冷却容器４の外部に組み込むこともでき
る。
たとき、超電導コイルの蓄積エネルギーを吸収しコイル
の焼損を防止するために組込まれている。本図では抵抗
体を使用したがダイオードを用いることもできる。ま
た、保護抵抗は冷却容器４の外部に組み込むこともでき
る。
【００１２】冷却容器４には真空断熱容器を用いた。超
電導コイルは、液体ヘリウムに浸漬して冷却する。
電導コイルは、液体ヘリウムに浸漬して冷却する。
【００１３】励磁用電源５は、コイル１の励磁を行うも
ので、定電流制御の直流電源が用いられる。
ので、定電流制御の直流電源が用いられる。
【００１４】本超電導システムの運転操作方法を次に述
べる。液体ヘリウムを冷却容器４に導入し超電導コイル
１を冷却する。次いで、永久電流スイッチ２のヒータを
炊く、もしくは永久電流スイッチ２に付属のコイルに通
電して永久電流スイッチ２内部の酸化物超電導物質で作
製した超電導線に磁場を掛ける、もしくはその両方を同
時に行うことによってスイッチをＯＦＦ状態にし、励磁
用電源５により超電導コイルを励磁して所望の磁場を発
生させる。その後ヒータ、もしくはコイル、もしくはそ
の両方に流していた電流をＯＦＦし、永久電流スイッチ
をＯＮ状態にする。すなわち永久電流モードにする。励
磁用電源５をＯＦＦにし、不要ならば電源を切り離すこ
ともできる。
べる。液体ヘリウムを冷却容器４に導入し超電導コイル
１を冷却する。次いで、永久電流スイッチ２のヒータを
炊く、もしくは永久電流スイッチ２に付属のコイルに通
電して永久電流スイッチ２内部の酸化物超電導物質で作
製した超電導線に磁場を掛ける、もしくはその両方を同
時に行うことによってスイッチをＯＦＦ状態にし、励磁
用電源５により超電導コイルを励磁して所望の磁場を発
生させる。その後ヒータ、もしくはコイル、もしくはそ
の両方に流していた電流をＯＦＦし、永久電流スイッチ
をＯＮ状態にする。すなわち永久電流モードにする。励
磁用電源５をＯＦＦにし、不要ならば電源を切り離すこ
ともできる。
【００１５】液体ヘリウム中に永久電流スイッチを浸漬
するような超電導システムの構成にした場合、永久電流
スイッチをＯＦＦ状態にするために投入した熱量のすべ
てが液体ヘリウムの蒸発を起こさせてしまう。従って、
永久電流スイッチは液体ヘリウムの内部に浸漬されてお
らず、液体ヘリウムの液面からできるだけ遠い位置に配
置されていることがより好ましい。
するような超電導システムの構成にした場合、永久電流
スイッチをＯＦＦ状態にするために投入した熱量のすべ
てが液体ヘリウムの蒸発を起こさせてしまう。従って、
永久電流スイッチは液体ヘリウムの内部に浸漬されてお
らず、液体ヘリウムの液面からできるだけ遠い位置に配
置されていることがより好ましい。
【００１６】図１に示すように、永久電流スイッチをク
ライオスタット内部で液体ヘリウムの液面よりも上部に
設置するようなシステム構成を採ることによって、永久
電流スイッチをＯＦＦ状態に保つ際に発生する熱が、液
体ヘリウム側へ侵入する量を低減できる。
ライオスタット内部で液体ヘリウムの液面よりも上部に
設置するようなシステム構成を採ることによって、永久
電流スイッチをＯＦＦ状態に保つ際に発生する熱が、液
体ヘリウム側へ侵入する量を低減できる。
【００１７】また、図２に示すように、液体ヘリウムの
液面と永久電流スイッチの間に熱の反射板１０を設ける
ことによって、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つ際
に発生する熱が、液体ヘリウム側へ侵入する量を更に大
幅に低減できる。
液面と永久電流スイッチの間に熱の反射板１０を設ける
ことによって、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つ際
に発生する熱が、液体ヘリウム側へ侵入する量を更に大
幅に低減できる。
【００１８】また、図３に示すように、永久電流スイッ
チを、クライオスタット上部に設置されたサーマルアン
カー１１の内部、もしくは直上に配置することによって
も、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つ際に発生する
熱が、液体ヘリウム側へ侵入する量を更に大幅に低減で
きる。
チを、クライオスタット上部に設置されたサーマルアン
カー１１の内部、もしくは直上に配置することによって
も、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保つ際に発生する
熱が、液体ヘリウム側へ侵入する量を更に大幅に低減で
きる。
【００１９】また、液体ヘリウムから蒸発してきたヘリ
ウムガスを、永久電流スイッチの設置場所に導いて冷却
することによっても、液体ヘリウムのロスを大幅に低減
することを助ける。
ウムガスを、永久電流スイッチの設置場所に導いて冷却
することによっても、液体ヘリウムのロスを大幅に低減
することを助ける。
【００２０】合金もしくは金属間化合物の超電導物質と
酸化物超電導物質の両方を用いた超電導システムにおい
ては、両者を超電導接続することは重要な技術課題であ
る。両方の超電導物質を超電導接続することも可能であ
るが、両者が化学的な反応を起こすなどの技術的困難が
あり、コストもかかる。Ｔｃの高い酸化物超電導物質を
１０Ｋ以下の温度まで冷却すると、超電導のオーダパラ
メータも大きくなり、銅あるいは銀等の電気抵抗の低い
金属と接触させたときには金属中への超電導の染みだし
距離は長くなる。そこで合金もしくは金属間化合物の超
電導物質と酸化物超電導物質を直接的に超電導接続しな
くても、間に銅あるいは銀等の電気抵抗の低い金属を１
００ｎｍ以下の厚さで介在させた状態で両超電導物質を
超電導接続することが可能である。ただしこのような接
合部は磁場に対して弱いので、この様な接合部分は磁場
の弱い部分に配置するか、または接合部分の周りを磁気
シールドで覆うことで接合部分に磁場が掛からないよう
にすることによって、良好な超電導接合性を確保でき
る。
酸化物超電導物質の両方を用いた超電導システムにおい
ては、両者を超電導接続することは重要な技術課題であ
る。両方の超電導物質を超電導接続することも可能であ
るが、両者が化学的な反応を起こすなどの技術的困難が
あり、コストもかかる。Ｔｃの高い酸化物超電導物質を
１０Ｋ以下の温度まで冷却すると、超電導のオーダパラ
メータも大きくなり、銅あるいは銀等の電気抵抗の低い
金属と接触させたときには金属中への超電導の染みだし
距離は長くなる。そこで合金もしくは金属間化合物の超
電導物質と酸化物超電導物質を直接的に超電導接続しな
くても、間に銅あるいは銀等の電気抵抗の低い金属を１
００ｎｍ以下の厚さで介在させた状態で両超電導物質を
超電導接続することが可能である。ただしこのような接
合部は磁場に対して弱いので、この様な接合部分は磁場
の弱い部分に配置するか、または接合部分の周りを磁気
シールドで覆うことで接合部分に磁場が掛からないよう
にすることによって、良好な超電導接合性を確保でき
る。
【００２１】液体ヘリウム冷却で運転する超電導マグネ
ットシステムにおいて、電流リード部分に酸化物超電導
物質を使用すると、液体ヘリウムの消費量をかなり低減
できることは知られている。このようなシステムの場合
はこの電流リードの間を、酸化物超電導物質を使用した
永久電流スイッチで短絡させることによって、システム
全体の簡素化を図れる。
ットシステムにおいて、電流リード部分に酸化物超電導
物質を使用すると、液体ヘリウムの消費量をかなり低減
できることは知られている。このようなシステムの場合
はこの電流リードの間を、酸化物超電導物質を使用した
永久電流スイッチで短絡させることによって、システム
全体の簡素化を図れる。
【００２２】本発明の超電導システムでは、永久電流ス
イッチに酸化物超電導物質を使用するが、ＬｎＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-d(ここでＬｎはＹ，Ｈｏ，Ｅｒなどの希土類元
素、０＜ｄ＜１.０），(Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d
（−１＜ｄ＜１），（Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2Ｃａ1-YＬｎ
YＣｕ2Ｏ8+d(ＬｎはＹもしくはランタノイド元素から選
ばれた一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１），(Ｂｉ
1-XＰｂX)2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d（−１＜ｄ＜１），
Ｔｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d（−１＜ｄ＜１，０≦
ｘ≦０.５），Ｔｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2
Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素から選ばれ
た一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１，０≦ｘ≦０.
５），Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d（−１＜ｄ＜１），
(Ｔｌ1-X-yＢｉXＰｂy) (Ｓｒ1-zＢａz)2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2Ｏ7+d(ＬｎはＹもし
くはランタノイド元素から選ばれた一種もしくはそれ以
上、０≦ｘ≦０.３，０≦ｙ≦０.６，０≦ｘ＋ｙ≦０.
６，０≦ｚ≦１.０，−１＜ｄ＜１），(Ｔｌ1-X-yＢｉX
Ｐｂy) (Ｓｒ1-zＢａz)2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ9+d（０≦ｘ≦０.３，０
≦ｙ≦０.６，０≦ｘ＋ｙ≦０.６，０≦ｚ≦１.０，−
１＜ｄ＜１）の組成式で示される酸化物超電導物質、あ
るいはその誘導体が使用できる。
イッチに酸化物超電導物質を使用するが、ＬｎＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-d(ここでＬｎはＹ，Ｈｏ，Ｅｒなどの希土類元
素、０＜ｄ＜１.０），(Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d
（−１＜ｄ＜１），（Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2Ｃａ1-YＬｎ
YＣｕ2Ｏ8+d(ＬｎはＹもしくはランタノイド元素から選
ばれた一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１），(Ｂｉ
1-XＰｂX)2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d（−１＜ｄ＜１），
Ｔｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d（−１＜ｄ＜１，０≦
ｘ≦０.５），Ｔｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2
Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素から選ばれ
た一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１，０≦ｘ≦０.
５），Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d（−１＜ｄ＜１），
(Ｔｌ1-X-yＢｉXＰｂy) (Ｓｒ1-zＢａz)2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2Ｏ7+d(ＬｎはＹもし
くはランタノイド元素から選ばれた一種もしくはそれ以
上、０≦ｘ≦０.３，０≦ｙ≦０.６，０≦ｘ＋ｙ≦０.
６，０≦ｚ≦１.０，−１＜ｄ＜１），(Ｔｌ1-X-yＢｉX
Ｐｂy) (Ｓｒ1-zＢａz)2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ9+d（０≦ｘ≦０.３，０
≦ｙ≦０.６，０≦ｘ＋ｙ≦０.６，０≦ｚ≦１.０，−
１＜ｄ＜１）の組成式で示される酸化物超電導物質、あ
るいはその誘導体が使用できる。
【００２３】酸化物超電導物質は、合金系あるいは金属
間化合物系の超電導物質に比べて常伝導状態における比
抵抗値が２桁以上高いので、よりコンパクトな永久電流
スイッチとすることができる。そして合金系あるいは金
属間化合物系の超電導物質を用いた永久電流スイッチの
場合とは異なり、酸化物超電導物質を用いた永久電流ス
イッチの場合には臨界温度を高くして冷媒温度とのマー
ジンを大きくすることによって超電導の安定性を確保す
ることができる。
間化合物系の超電導物質に比べて常伝導状態における比
抵抗値が２桁以上高いので、よりコンパクトな永久電流
スイッチとすることができる。そして合金系あるいは金
属間化合物系の超電導物質を用いた永久電流スイッチの
場合とは異なり、酸化物超電導物質を用いた永久電流ス
イッチの場合には臨界温度を高くして冷媒温度とのマー
ジンを大きくすることによって超電導の安定性を確保す
ることができる。
【００２４】本発明においては、設計する超電導システ
ムにとってもっとも効率的な運転ができるように、永久
電流スイッチに用いる酸化物超電導物質の組成比を適当
に調節して、所望のＴｃにした超電導物質を用いて永久
電流スイッチを作製する。
ムにとってもっとも効率的な運転ができるように、永久
電流スイッチに用いる酸化物超電導物質の組成比を適当
に調節して、所望のＴｃにした超電導物質を用いて永久
電流スイッチを作製する。
【００２５】例えば、超電導システムの設計上、永久電
流スイッチを設置する場所を液体ヘリウムの液面から十
分に離すことができない場合、永久電流スイッチを設置
する場所の温度はかなり低くなる（例えば２０Ｋ）。こ
のような場合、永久電流スイッチに使用する超電導物質
のＴｃを高くしておくと（例えば９０Ｋ）永久電流スイ
ッチをＯＦＦ状態にするために相応の出力でヒータ炊く
必要が生ずる。これは、クライオスタット内部に不必要
に大量の熱を持ち込むことになり、ひいては不必要に液
体ヘリウムの蒸発を招くこととなり、好ましくない。こ
のような場合、酸化物超電導物質の組成を調節してＴｃ
を２０Ｋ〜４０Ｋ程度に低下させたものを用いて永久電
流スイッチを作製して使用すればよい。このような範囲
にＴｃを収めるためには超電導物質を構成するＣｕの形
式電価を２.０２〜２.０５になるように組成を調節すれ
ばよい。
流スイッチを設置する場所を液体ヘリウムの液面から十
分に離すことができない場合、永久電流スイッチを設置
する場所の温度はかなり低くなる（例えば２０Ｋ）。こ
のような場合、永久電流スイッチに使用する超電導物質
のＴｃを高くしておくと（例えば９０Ｋ）永久電流スイ
ッチをＯＦＦ状態にするために相応の出力でヒータ炊く
必要が生ずる。これは、クライオスタット内部に不必要
に大量の熱を持ち込むことになり、ひいては不必要に液
体ヘリウムの蒸発を招くこととなり、好ましくない。こ
のような場合、酸化物超電導物質の組成を調節してＴｃ
を２０Ｋ〜４０Ｋ程度に低下させたものを用いて永久電
流スイッチを作製して使用すればよい。このような範囲
にＴｃを収めるためには超電導物質を構成するＣｕの形
式電価を２.０２〜２.０５になるように組成を調節すれ
ばよい。
【００２６】また、永久電流スイッチを液体ヘリウムの
液面の上部の、ある程度液体ヘリウムの液面から離れた
位置に配置する場合、例えばクライオスタット内部で４
０Ｋ程度の温度になっているような部分に配置するよう
な設計をした場合、Ｔｃを４０Ｋ〜６０Ｋ程度に調節し
た酸化物超電導物質を用いて永久電流スイッチを作製す
るようにすればよい。このような範囲にＴｃを収めるた
めには超電導物質を構成するＣｕの形式電価を２.０５
〜２.０９になるように組成を調節すればよい。
液面の上部の、ある程度液体ヘリウムの液面から離れた
位置に配置する場合、例えばクライオスタット内部で４
０Ｋ程度の温度になっているような部分に配置するよう
な設計をした場合、Ｔｃを４０Ｋ〜６０Ｋ程度に調節し
た酸化物超電導物質を用いて永久電流スイッチを作製す
るようにすればよい。このような範囲にＴｃを収めるた
めには超電導物質を構成するＣｕの形式電価を２.０５
〜２.０９になるように組成を調節すればよい。
【００２７】また、永久電流スイッチを液体ヘリウムの
液面の上部の、液体ヘリウムの液面から十分に離れた位
置に配置する場合、例えばクライオスタット内部で６０
Ｋ程度の温度になっているような部分に配置するような
設計をした場合、Ｔｃを６０Ｋ〜８０Ｋ程度に調節した
酸化物超電導物質を用いて永久電流スイッチを作製する
ようにすればよい。このような範囲にＴｃを収めるため
には超電導物質を構成するＣｕの形式電価を２.０９〜
２.１２になるように組成を調節すればよい。
液面の上部の、液体ヘリウムの液面から十分に離れた位
置に配置する場合、例えばクライオスタット内部で６０
Ｋ程度の温度になっているような部分に配置するような
設計をした場合、Ｔｃを６０Ｋ〜８０Ｋ程度に調節した
酸化物超電導物質を用いて永久電流スイッチを作製する
ようにすればよい。このような範囲にＴｃを収めるため
には超電導物質を構成するＣｕの形式電価を２.０９〜
２.１２になるように組成を調節すればよい。
【００２８】このように、永久電流スイッチを設置する
場所およびその他の構成部品の配置を工夫すること、及
び永久電流スイッチに適用する酸化物超電導物質のＴｃ
を、システムの設計に適するように調整することによっ
て、より液体ヘリウムのロスが少ない超電導システムを
構築することができる。
場所およびその他の構成部品の配置を工夫すること、及
び永久電流スイッチに適用する酸化物超電導物質のＴｃ
を、システムの設計に適するように調整することによっ
て、より液体ヘリウムのロスが少ない超電導システムを
構築することができる。
【００２９】図４は、本発明で使用した永久電流スイッ
チの断面図である。
チの断面図である。
【００３０】永久電流スイッチ２は、図４に示すよう
に、基板１２の上面に電流線輪１３として酸化物超電導
体で形成し、ヒータ１４を基板の下面に接着し、空間１
５を形成する様にケース１６が構成してある。ケース１
６には穴１７を１箇所以上に設けてある。
に、基板１２の上面に電流線輪１３として酸化物超電導
体で形成し、ヒータ１４を基板の下面に接着し、空間１
５を形成する様にケース１６が構成してある。ケース１
６には穴１７を１箇所以上に設けてある。
【００３１】ヒータに通電すると電流線輪は、温度が上
がり超電導状態が破れ抵抗を発生する。この空間ケース
１６を設けることによって液体ヘリウム側への余計な熱
の侵入を防止することになる。すなわち、本発明の永久
電流スイッチは少ないヒータ電力で常電導状態を保持で
きる。
がり超電導状態が破れ抵抗を発生する。この空間ケース
１６を設けることによって液体ヘリウム側への余計な熱
の侵入を防止することになる。すなわち、本発明の永久
電流スイッチは少ないヒータ電力で常電導状態を保持で
きる。
【００３２】永久電流スイッチをＯＮ，ＯＦＦする際、
熱のみで制御することはクライオスタット内部に多量の
熱を持ち込むことになり、好ましくない。そこで永久電
流スイッチをＯＦＦにしたい時、熱と同時に磁場を超電
導体に印加することでより少ない投入熱量で超電導体に
有限抵抗を発生せしめることによって、効果的にスイッ
チングすることができる。この時、しようする酸化物超
電導物質がＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d（−１＜ｄ
＜１，０≦ｘ≦０.５），Ｔｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2Ｃａ1-Y
ＬｎYＣｕ2Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素
から選ばれた一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１，０
≦ｘ≦０.５），Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d（−１＜
ｄ＜１），(Ｔｌ1-X-yＢｉXＰｂy) （Ｓｒ1-zＢａz)2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2Ｏ7+d(ＬｎはＹも
しくはランタノイド元素から選ばれた一種もしくはそれ
以上、０≦ｘ≦０.３，０≦ｙ≦０.６，０≦ｘ＋ｙ≦
０.６，０≦ｚ≦１.０，−１＜ｄ＜１）であれば、磁場
は効果的なスイッチングの役目をはたす。(Ｂｉ1-XＰｂ
X)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d（−１＜ｄ＜１），（Ｂｉ1-XＰｂX)
2Ｓｒ2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2Ｏ8+d(ＬｎはＹもしくはラン
タノイド元素から選ばれた一種もしくはそれ以上、−１
＜ｄ＜１）， （Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2
Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d(−１＜ｄ＜１）であれば更に効果的
である。その理由は図５に示した各酸化物超電導物質の
不可逆磁場（ある温度においてそれ以上の磁場をかける
とゼロ抵抗の電流が流れなくなる最小の磁場）と温度依
存性から明らかである。
熱のみで制御することはクライオスタット内部に多量の
熱を持ち込むことになり、好ましくない。そこで永久電
流スイッチをＯＦＦにしたい時、熱と同時に磁場を超電
導体に印加することでより少ない投入熱量で超電導体に
有限抵抗を発生せしめることによって、効果的にスイッ
チングすることができる。この時、しようする酸化物超
電導物質がＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d（−１＜ｄ
＜１，０≦ｘ≦０.５），Ｔｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2Ｃａ1-Y
ＬｎYＣｕ2Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素
から選ばれた一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１，０
≦ｘ≦０.５），Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d（−１＜
ｄ＜１），(Ｔｌ1-X-yＢｉXＰｂy) （Ｓｒ1-zＢａz)2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2Ｏ7+d(ＬｎはＹも
しくはランタノイド元素から選ばれた一種もしくはそれ
以上、０≦ｘ≦０.３，０≦ｙ≦０.６，０≦ｘ＋ｙ≦
０.６，０≦ｚ≦１.０，−１＜ｄ＜１）であれば、磁場
は効果的なスイッチングの役目をはたす。(Ｂｉ1-XＰｂ
X)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d（−１＜ｄ＜１），（Ｂｉ1-XＰｂX)
2Ｓｒ2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2Ｏ8+d(ＬｎはＹもしくはラン
タノイド元素から選ばれた一種もしくはそれ以上、−１
＜ｄ＜１）， （Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2
Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+d(−１＜ｄ＜１）であれば更に効果的
である。その理由は図５に示した各酸化物超電導物質の
不可逆磁場（ある温度においてそれ以上の磁場をかける
とゼロ抵抗の電流が流れなくなる最小の磁場）と温度依
存性から明らかである。
【００３３】酸化物超電導物質においては、ｃ軸に平行
に磁場を印加した場合の不可逆磁場の方が、ｃ軸に垂直
に磁場を印加した場合のそれよりも低いことから、スイ
ッチングのための磁場を印加する方向は、ｃ軸に平行に
印加する方が好ましい。
に磁場を印加した場合の不可逆磁場の方が、ｃ軸に垂直
に磁場を印加した場合のそれよりも低いことから、スイ
ッチングのための磁場を印加する方向は、ｃ軸に平行に
印加する方が好ましい。
【００３４】
（実施例１）図４に示す構造の本発明による永久電流ス
イッチを作製した。
イッチを作製した。
【００３５】永久電流スイッチ２は、基板１２の上面に
電流線輪１３として組成がＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ0.9Ｈｏ0.1Ｃ
ｕ2Ｏ8.1の酸化物超電導物質の膜をレーザアブレーショ
ン法で形成し、ヒータ１４としてマンガニンの薄膜ヒー
タを基板の下面に接着した。
電流線輪１３として組成がＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ0.9Ｈｏ0.1Ｃ
ｕ2Ｏ8.1の酸化物超電導物質の膜をレーザアブレーショ
ン法で形成し、ヒータ１４としてマンガニンの薄膜ヒー
タを基板の下面に接着した。
【００３６】用いた基板は厚さ０.５mm ，幅２０mm，長
さ３０mmのＭｇＯ単結晶で、電流線輪は幅４mm，厚さ２
μｍ，長さが８０mmである。ケース１６はポリイミドの
絶縁シートとエポキシ樹脂とで形成した。直径約１mmの
穴１７を２箇所に設けてある。
さ３０mmのＭｇＯ単結晶で、電流線輪は幅４mm，厚さ２
μｍ，長さが８０mmである。ケース１６はポリイミドの
絶縁シートとエポキシ樹脂とで形成した。直径約１mmの
穴１７を２箇所に設けてある。
【００３７】この永久電流スイッチをヘリウムガスで６
０Ｋに冷却して試験したところ、臨界電流は２５Ａで、
ヒータをＯＮして超電導状態を破ったときの常伝導状態
での抵抗値は６０Ωであった。ヒータ電力を１Ｗ投入と
したとき１０秒後に超電導状態から常伝導状態に転移
し、その後０.１Ｗ にヒータ電力を下げても常伝導状態
は持続した。
０Ｋに冷却して試験したところ、臨界電流は２５Ａで、
ヒータをＯＮして超電導状態を破ったときの常伝導状態
での抵抗値は６０Ωであった。ヒータ電力を１Ｗ投入と
したとき１０秒後に超電導状態から常伝導状態に転移
し、その後０.１Ｗ にヒータ電力を下げても常伝導状態
は持続した。
【００３８】この永久電流スイッチを用いて、図１に示
す構成の超電導システムを作製した。
す構成の超電導システムを作製した。
【００３９】超電導コイル１は、磁場を発生するための
ものである。Ｎｂ−Ｔｉ合金を用いて幅３mm，厚み０.
１mm の銅と複合化したテープ状線材を作り、アルミナ
不織布とともに巻いてパンケーキコイルとし、これを１
２段積層してコイルとした。
ものである。Ｎｂ−Ｔｉ合金を用いて幅３mm，厚み０.
１mm の銅と複合化したテープ状線材を作り、アルミナ
不織布とともに巻いてパンケーキコイルとし、これを１
２段積層してコイルとした。
【００４０】コイル１の巻き線寸法は巻き線内径が２０
mm，巻き線外径が６０mm，軸長が４０mmである。永久電
流スイッチ２は上記のものを、このシステムの定常運転
時に雰囲気温度が６０Ｋ±５Ｋとなる位置に配置してあ
る。
mm，巻き線外径が６０mm，軸長が４０mmである。永久電
流スイッチ２は上記のものを、このシステムの定常運転
時に雰囲気温度が６０Ｋ±５Ｋとなる位置に配置してあ
る。
【００４１】コイル１の巻き線端部はＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣ
ｕ2Ｏ8.1酸化物超電導物質で作製した超電導線材と接続
され、その接続部は液体ヘリウム中に来るように配置し
た。この接合部においては、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1
とＮｂ−Ｔｉ合金は銀を挟んで７０ｎｍの距離になるよ
うに接合し、更に、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1で作製し
た磁気シールド材で覆った。色々検討した結果、この距
離が１００ｎｍ以上である場合には、１００時間に５回
以上この接合部の超電導性が破れる様なことになった。
この距離がこの距離を１００ｎｍ以下にすると１００時
間の運転においても１度もこの接合部の超電導性が破れ
ることはなかった。この距離がこの距離を１００ｎｍ以
下にし、更にＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1で作製した磁気
シールド材で接続部を覆った構造にした場合、１０００
時間の運転においても１度もこの接合部の超電導性が破
れることはなかった。Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1とＮｂ
−Ｔｉ合金の間に挟む金属層を色々と検討したところ、
純銅，銅の含有率９０％以上の合金，銅の含有率９０％
以上の合金でも同様の結果がえられた。
ｕ2Ｏ8.1酸化物超電導物質で作製した超電導線材と接続
され、その接続部は液体ヘリウム中に来るように配置し
た。この接合部においては、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1
とＮｂ−Ｔｉ合金は銀を挟んで７０ｎｍの距離になるよ
うに接合し、更に、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1で作製し
た磁気シールド材で覆った。色々検討した結果、この距
離が１００ｎｍ以上である場合には、１００時間に５回
以上この接合部の超電導性が破れる様なことになった。
この距離がこの距離を１００ｎｍ以下にすると１００時
間の運転においても１度もこの接合部の超電導性が破れ
ることはなかった。この距離がこの距離を１００ｎｍ以
下にし、更にＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1で作製した磁気
シールド材で接続部を覆った構造にした場合、１０００
時間の運転においても１度もこの接合部の超電導性が破
れることはなかった。Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8.1とＮｂ
−Ｔｉ合金の間に挟む金属層を色々と検討したところ、
純銅，銅の含有率９０％以上の合金，銅の含有率９０％
以上の合金でも同様の結果がえられた。
【００４２】また永久電流スイッチ２とＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ
Ｃｕ2Ｏ8.1酸化物超電導物質で作製した超電導線材は超
電導接続がなされている。
Ｃｕ2Ｏ8.1酸化物超電導物質で作製した超電導線材は超
電導接続がなされている。
【００４３】保護抵抗３として本実施例では１Ωの抵抗
体を使用した。冷却容器４にはステンレス製の真空断熱
容器を用いた。励磁用電源５には、定電流制御の直流電
源を用いた。
体を使用した。冷却容器４にはステンレス製の真空断熱
容器を用いた。励磁用電源５には、定電流制御の直流電
源を用いた。
【００４４】液体ヘリウムを冷却容器４に充填し超電導
コイル１を冷却し、次いで、永久電流スイッチ２のヒー
タに１Ｗの電力を炊いてスイッチをＯＦＦ状態にし、励
磁用電源５により超電導コイルを励磁して磁場を発生さ
せた。２０Ａ通電したときコイル中心に１Ｔの磁場を発
生した。その後にヒータをＯＦＦし永久電流スイッチを
ＯＮ状態すなわち永久電流モードにした。電源を切り離
して、コイルの発生磁場の減衰状態を調べたところ１０
００時間後の減衰量は０.０１％ 未満でありと実用上問
題ないことが確認できた。また、永久電流スイッチ２を
液体ヘリウム内部に浸漬したシステム構成の場合に比べ
て、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の液
体ヘリウムの蒸発量は１／５０程度であった。
コイル１を冷却し、次いで、永久電流スイッチ２のヒー
タに１Ｗの電力を炊いてスイッチをＯＦＦ状態にし、励
磁用電源５により超電導コイルを励磁して磁場を発生さ
せた。２０Ａ通電したときコイル中心に１Ｔの磁場を発
生した。その後にヒータをＯＦＦし永久電流スイッチを
ＯＮ状態すなわち永久電流モードにした。電源を切り離
して、コイルの発生磁場の減衰状態を調べたところ１０
００時間後の減衰量は０.０１％ 未満でありと実用上問
題ないことが確認できた。また、永久電流スイッチ２を
液体ヘリウム内部に浸漬したシステム構成の場合に比べ
て、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の液
体ヘリウムの蒸発量は１／５０程度であった。
【００４５】本発明に依れば、永久電流モード運転が安
定に動作する超電導システムを、従来の方法に比べて遥
かに少ない液体ヘリウムの蒸発ロスで実現できることが
できることがわかる。
定に動作する超電導システムを、従来の方法に比べて遥
かに少ない液体ヘリウムの蒸発ロスで実現できることが
できることがわかる。
【００４６】（実施例２）実施例１と同様の超電導シス
テムを作製し、これに図２に示したように熱反射板１０
を２枚追加した。これにより、永久電流スイッチ２を液
体ヘリウム内部に浸漬したシステム構成の場合に比べ
て、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の液
体ヘリウムの蒸発量は１／１００程度に抑制できた。ま
た、永久電流モードで１０００時間の運転を行っても、
１度も超電導が破れることはなかった。この結果より、
永久電流スイッチと液体ヘリウム液面の間に、熱反射板
を配置することに依って、更に液体ヘリウムのロスを抑
制できることが分かる。
テムを作製し、これに図２に示したように熱反射板１０
を２枚追加した。これにより、永久電流スイッチ２を液
体ヘリウム内部に浸漬したシステム構成の場合に比べ
て、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の液
体ヘリウムの蒸発量は１／１００程度に抑制できた。ま
た、永久電流モードで１０００時間の運転を行っても、
１度も超電導が破れることはなかった。この結果より、
永久電流スイッチと液体ヘリウム液面の間に、熱反射板
を配置することに依って、更に液体ヘリウムのロスを抑
制できることが分かる。
【００４７】（実施例３）実施例２において、クライオ
スタット内部に、蒸発したヘリウムガスの流れを、永久
電流スイッチ２に集めるような役割を担ったガイドを追
加して、蒸発してくる冷たいヘリウムガスが、永久電流
スイッチ２の部分に集まってくるように構成を変更し
た。このようにすることによって、永久電流スイッチ２
を液体ヘリウム内部に浸漬したシステム構成の場合に比
べて、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の
液体ヘリウムの蒸発量は１／１２０程度に抑制できた。
また、永久電流モードで１０００時間の運転を行って
も、１度も超電導が破れることはなかった。この結果よ
り、永久電流スイッチを、超電導マグネット冷却用の液
体ヘリウムが蒸発したガスで冷却する様な機構を導入す
ることに依って、更に液体ヘリウムのロスを抑制できる
ことが分かる。
スタット内部に、蒸発したヘリウムガスの流れを、永久
電流スイッチ２に集めるような役割を担ったガイドを追
加して、蒸発してくる冷たいヘリウムガスが、永久電流
スイッチ２の部分に集まってくるように構成を変更し
た。このようにすることによって、永久電流スイッチ２
を液体ヘリウム内部に浸漬したシステム構成の場合に比
べて、永久電流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の
液体ヘリウムの蒸発量は１／１２０程度に抑制できた。
また、永久電流モードで１０００時間の運転を行って
も、１度も超電導が破れることはなかった。この結果よ
り、永久電流スイッチを、超電導マグネット冷却用の液
体ヘリウムが蒸発したガスで冷却する様な機構を導入す
ることに依って、更に液体ヘリウムのロスを抑制できる
ことが分かる。
【００４８】（実施例４）実施例１と同様の超電導シス
テムを作製し、これに図３に示したようにサーマルアン
カー１１を追加し、永久電流スイッチ２をその直上に配
置した。これにより、永久電流スイッチ２を液体ヘリウ
ム内部に浸漬したシステム構成の場合に比べて、永久電
流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の液体ヘリウム
の蒸発量は１／１００程度に抑制できた。また、永久電
流モードで１０００時間の運転を行っても、１度も超電
導が破れることはなかった。永久電流スイッチ２をサー
マルアンカーの内部に埋め込んでも同様の結果が得られ
た。
テムを作製し、これに図３に示したようにサーマルアン
カー１１を追加し、永久電流スイッチ２をその直上に配
置した。これにより、永久電流スイッチ２を液体ヘリウ
ム内部に浸漬したシステム構成の場合に比べて、永久電
流スイッチをＯＦＦ状態に保っていた時の液体ヘリウム
の蒸発量は１／１００程度に抑制できた。また、永久電
流モードで１０００時間の運転を行っても、１度も超電
導が破れることはなかった。永久電流スイッチ２をサー
マルアンカーの内部に埋め込んでも同様の結果が得られ
た。
【００４９】この結果より、永久電流スイッチを、クラ
イオスタット上部に設置されたサーマルアンカーの内
部、もしくは直上に配置することに依って、更に液体ヘ
リウムのロスを抑制できることが分かる。
イオスタット上部に設置されたサーマルアンカーの内
部、もしくは直上に配置することに依って、更に液体ヘ
リウムのロスを抑制できることが分かる。
【００５０】（実施例５）組成式が（Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓ
ｒ2Ｃａ1-YＳｍYＣｕ2Ｏ8+d（ｘ＝０，０.１，０.２，
０.３，０.４，ｙ＝０，０.１，０.２，０.３，０.４，
０.５，０.６，０.７，ｄ＝０，０.１，０.２，０.３）
であるような１６０種類の酸化物超電導物質を用いて、
超電導線材を作製した。安定化材としては銀を使用し、
線材全体に占める超電導物質の体積比は９５％とした。
この超電導線材を用いて図６に示す構造を持つ永久電流
スイッチを作製した。上記のようにして作製した超電導
線材をソレノイド状に巻いてコイルを作り２０とする。
この時酸化物超電導物質の結晶のｃ軸がコイルの長手方
向に揃うようにしておく。このコイル２０の内側に電磁
石兼ヒータの役割を担うコイル２１を銅線によって作製
し、配置する。これらをケース２２に収納する。ケース
２２には穴２３を２箇所に設けた。
ｒ2Ｃａ1-YＳｍYＣｕ2Ｏ8+d（ｘ＝０，０.１，０.２，
０.３，０.４，ｙ＝０，０.１，０.２，０.３，０.４，
０.５，０.６，０.７，ｄ＝０，０.１，０.２，０.３）
であるような１６０種類の酸化物超電導物質を用いて、
超電導線材を作製した。安定化材としては銀を使用し、
線材全体に占める超電導物質の体積比は９５％とした。
この超電導線材を用いて図６に示す構造を持つ永久電流
スイッチを作製した。上記のようにして作製した超電導
線材をソレノイド状に巻いてコイルを作り２０とする。
この時酸化物超電導物質の結晶のｃ軸がコイルの長手方
向に揃うようにしておく。このコイル２０の内側に電磁
石兼ヒータの役割を担うコイル２１を銅線によって作製
し、配置する。これらをケース２２に収納する。ケース
２２には穴２３を２箇所に設けた。
【００５１】このようにして作製した１６０種類の永久
電流スイッチを図２に示すマグネットシステムの中に順
次組み込んで、性能の評価を行った。
電流スイッチを図２に示すマグネットシステムの中に順
次組み込んで、性能の評価を行った。
【００５２】（１）０≦ｘ−０.５ｙ＋ｄ≦０.０２の時 酸化物超電導物質のＴｃが２０Ｋ未満で低すぎて、液体
ヘリウムの液面の上部では、クライオスタット内部のど
の場所に配置しても永久電流スイッチのＯＮ状態が安定
でなく、しばしば超電導状態が破れてしまった。
ヘリウムの液面の上部では、クライオスタット内部のど
の場所に配置しても永久電流スイッチのＯＮ状態が安定
でなく、しばしば超電導状態が破れてしまった。
【００５３】（２）０.０２≦ｘ−０.５ｙ＋ｄ≦０.０
５の時 酸化物超電導物質のＴｃは２０Ｋ〜４０Ｋであった。
５の時 酸化物超電導物質のＴｃは２０Ｋ〜４０Ｋであった。
【００５４】永久電流スイッチを設置する場所を色々と
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
35Ｋに対して、１５Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
35Ｋに対して、１５Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
【００５５】（３）０.０５≦ｘ−０.５ｙ＋ｄ≦０.０
９の時 酸化物超電導物質のＴｃは４０Ｋ〜６０Ｋであった。
９の時 酸化物超電導物質のＴｃは４０Ｋ〜６０Ｋであった。
【００５６】永久電流スイッチを設置する場所を色々と
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
50Ｋに対して、３０Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
50Ｋに対して、３０Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
【００５７】（４）０.０９≦ｘ−０.５ｙ＋ｄ≦０.１
２の時 酸化物超電導物質のＴｃは６０Ｋ〜８０Ｋであった。
２の時 酸化物超電導物質のＴｃは６０Ｋ〜８０Ｋであった。
【００５８】永久電流スイッチを設置する場所を色々と
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
70Ｋに対して、５０Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
70Ｋに対して、５０Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
【００５９】（５）０.１２≦ｘ−０.５ｙ＋ｄ≦０.２
の時 酸化物超電導物質のＴｃは８０Ｋ〜９０Ｋであった。
の時 酸化物超電導物質のＴｃは８０Ｋ〜９０Ｋであった。
【００６０】永久電流スイッチを設置する場所を色々と
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
90Ｋに対して、７０Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
変えて、安定性を検討したところ、用いる酸化物超電導
物質のＴｃより２０Ｋ以上低い環境温度（例えばＴｃ＝
90Ｋに対して、７０Ｋ以下の環境温度）の場所に永久電
流スイッチを設置した場合には、１００時間の永久電流
モード運転中に１度も超電導状態が破れることが無い程
度の安定性が確保できた。しかし、それより温度マージ
ンが少ない場所に設置した場合には、１００時間の永久
電流モード運転中に１度以上、超電導状態が破れるよう
な事態が発生した。
【００６１】永久電流スイッチを配置する部分の温度よ
り２０Ｋ高い超電導臨界温度を有するように組成を調節
した酸化物超電導物質を永久電流スイッチに用いること
で超電導システムを安定に、永久電流モード下で運転す
ることができることが分かる。
り２０Ｋ高い超電導臨界温度を有するように組成を調節
した酸化物超電導物質を永久電流スイッチに用いること
で超電導システムを安定に、永久電流モード下で運転す
ることができることが分かる。
【００６２】また、永久電流スイッチのＯＦＦ状態を作
り出すためのスイッチング機構として、熱のみを使用す
るような永久電流スイッチを作製して（図６の２１がソ
レノイド状に巻かれているのではなく、単に抵抗のより
高いヒータ線を使用したもの）比較したところ、本実施
例の（１）から（５）の何れのケースにおいても、熱と
磁場の両方を使用するタイプの方が液体ヘリウムのロス
が１／２から１／５と少なかった。
り出すためのスイッチング機構として、熱のみを使用す
るような永久電流スイッチを作製して（図６の２１がソ
レノイド状に巻かれているのではなく、単に抵抗のより
高いヒータ線を使用したもの）比較したところ、本実施
例の（１）から（５）の何れのケースにおいても、熱と
磁場の両方を使用するタイプの方が液体ヘリウムのロス
が１／２から１／５と少なかった。
【００６３】また、永久電流スイッチに使用した酸化物
超電導物質の結晶のｃ軸を、図６における超電導線で作
製したコイル２０の長手方向に対して９０±１０度以内
に入るようにして永久電流スイッチを作製したところ、
何れの組成の酸化物超電導物質の場合でも、結晶のｃ軸
をコイル長手方向に平行にそろえた場合と比較して、永
久電流スイッチをＯＦＦするために、２倍以上の液体ヘ
リウムの蒸発を引き起こした。このことより、酸化物超
電導物質のｃ軸を、スイッチング用の磁場に対して平行
方向にそろえることは有効であることが分かる。
超電導物質の結晶のｃ軸を、図６における超電導線で作
製したコイル２０の長手方向に対して９０±１０度以内
に入るようにして永久電流スイッチを作製したところ、
何れの組成の酸化物超電導物質の場合でも、結晶のｃ軸
をコイル長手方向に平行にそろえた場合と比較して、永
久電流スイッチをＯＦＦするために、２倍以上の液体ヘ
リウムの蒸発を引き起こした。このことより、酸化物超
電導物質のｃ軸を、スイッチング用の磁場に対して平行
方向にそろえることは有効であることが分かる。
【００６４】（実施例６）組成式がＴｌ2(Ｂａ1-XＳ
ｒX)2Ｃａ1-YＥｕYＣｕ2Ｏ8+d（ｘ＝０，０.１，０.
２，０.３，０.４，０.５，０.６，０.７，０.８，０.
９，１.０，ｙ＝０，０.１，０.２，０.３，０.４，０.
５，０.６，０.７，ｄ＝０，０.１，０.２）,或いは
（Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d(ｘ＝０，０.１，０.
２，０.３，０.４,ｄ＝０，０.１，０.２，０.３）、或
いはＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d（ｘ＝０，０.１，
０.２，０.３，０.４，０.５，０.６，０.７,ｄ＝０，
０.１，０.２，０.３)であるような多くの種類の酸化物
超電導物質を用いて、超電導線材を作製し、実施例５と
同様にして永久電流スイッチの性能を試験した。
ｒX)2Ｃａ1-YＥｕYＣｕ2Ｏ8+d（ｘ＝０，０.１，０.
２，０.３，０.４，０.５，０.６，０.７，０.８，０.
９，１.０，ｙ＝０，０.１，０.２，０.３，０.４，０.
５，０.６，０.７，ｄ＝０，０.１，０.２）,或いは
（Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d(ｘ＝０，０.１，０.
２，０.３，０.４,ｄ＝０，０.１，０.２，０.３）、或
いはＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d（ｘ＝０，０.１，
０.２，０.３，０.４，０.５，０.６，０.７,ｄ＝０，
０.１，０.２，０.３)であるような多くの種類の酸化物
超電導物質を用いて、超電導線材を作製し、実施例５と
同様にして永久電流スイッチの性能を試験した。
【００６５】何れの組成の酸化物超電導物質を使用した
場合においても、そのＴｃが同じであれば実施例２と同
様の結果が得られた。
場合においても、そのＴｃが同じであれば実施例２と同
様の結果が得られた。
【００６６】（実施例７）酸化物超電導物質ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ6.85を用いて、超電導線材を作製した。粒界部分
に薄くＢａＣＯ3 を析出させることによって、超電導物
質同士の結晶粒界が弱い超電導接合となるようにした。
この線材の７７Ｋにおける臨界電流密度の磁場依存性を
図７に示す。このような超電導線材を使用して図８に示
す構造を持った永久電流スイッチを作製し、図１に示し
た超電導システムに組み込んで試験を行った。図８にお
いて超電導線材をソレノイド状に巻いたコイル２０の外
側には電磁石兼ヒータの役割を担うコイル２１が組み込
んである。また永久電流スイッチは、クライオスタット
内部で温度が７７Ｋ±５Ｋの温度になっている場所に設
置した。１００Ｇ以上の磁場を与えることで永久電流ス
イッチをＯＦＦすることができた。励磁した後、磁場を
消去して、永久電流スイッチをＯＮにして、電源を切り
離して、コイルの発生磁場の減衰状態を調べたところ１
００時間後の減衰量は０.０１％ 未満でありと実用上問
題ないことが確認できた。
ｕ3Ｏ6.85を用いて、超電導線材を作製した。粒界部分
に薄くＢａＣＯ3 を析出させることによって、超電導物
質同士の結晶粒界が弱い超電導接合となるようにした。
この線材の７７Ｋにおける臨界電流密度の磁場依存性を
図７に示す。このような超電導線材を使用して図８に示
す構造を持った永久電流スイッチを作製し、図１に示し
た超電導システムに組み込んで試験を行った。図８にお
いて超電導線材をソレノイド状に巻いたコイル２０の外
側には電磁石兼ヒータの役割を担うコイル２１が組み込
んである。また永久電流スイッチは、クライオスタット
内部で温度が７７Ｋ±５Ｋの温度になっている場所に設
置した。１００Ｇ以上の磁場を与えることで永久電流ス
イッチをＯＦＦすることができた。励磁した後、磁場を
消去して、永久電流スイッチをＯＮにして、電源を切り
離して、コイルの発生磁場の減衰状態を調べたところ１
００時間後の減衰量は０.０１％ 未満でありと実用上問
題ないことが確認できた。
【００６７】（実施例８）酸化物超電導物質Ｔｌ2Ｂａ2
Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10.05（Ｔｃ＝１２０Ｋであった。)を用い
て永久電流スイッチを作製し、図３に示すような超電導
システムに組み込んで試験を行った。図３において、超
電導コイル１は、磁場を発生するためのものである。Ｎ
ｂ−Ｔｉ合金の超電導体を用いて線材を作り、絶縁材と
ともに巻いてコイルとする。コイルに通電したときコイ
ル中心に３Ｔの磁場を発生する。永久電流スイッチ２は
コイル１の上部で液体ヘリウムの液面の上部、永久電流
でこのシステムを運転するときの温度が７７Ｋ±５Ｋの
温度になるような場所に配置してある。コイル１の巻き
線端部と永久電流スイッチ２とは酸化物超電導物質を使
用した線材は超電導接続がなされている。コイル１と超
電導線材の接続部分では７０ｎｍ厚さの銀の層を介し
て、酸化物超電導物質とＮｂ−Ｔｉ合金を接続した。こ
の銀の部分の厚さは１００ｎｍ以下であることが好まし
く、それ以上であると接合部分の臨界電流密度が著しく
低下することが確認できている。また銀の代わりに銅で
あっても同様の結果であった。
Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10.05（Ｔｃ＝１２０Ｋであった。)を用い
て永久電流スイッチを作製し、図３に示すような超電導
システムに組み込んで試験を行った。図３において、超
電導コイル１は、磁場を発生するためのものである。Ｎ
ｂ−Ｔｉ合金の超電導体を用いて線材を作り、絶縁材と
ともに巻いてコイルとする。コイルに通電したときコイ
ル中心に３Ｔの磁場を発生する。永久電流スイッチ２は
コイル１の上部で液体ヘリウムの液面の上部、永久電流
でこのシステムを運転するときの温度が７７Ｋ±５Ｋの
温度になるような場所に配置してある。コイル１の巻き
線端部と永久電流スイッチ２とは酸化物超電導物質を使
用した線材は超電導接続がなされている。コイル１と超
電導線材の接続部分では７０ｎｍ厚さの銀の層を介し
て、酸化物超電導物質とＮｂ−Ｔｉ合金を接続した。こ
の銀の部分の厚さは１００ｎｍ以下であることが好まし
く、それ以上であると接合部分の臨界電流密度が著しく
低下することが確認できている。また銀の代わりに銅で
あっても同様の結果であった。
【００６８】保護抵抗３は超電導コイルが常電導転移し
たとき、超電導コイルの蓄積エネルギーを吸収しコイル
の焼損を防止するために組込まれている。本図では抵抗
体を使用したがダイオードを用いることもできる。ま
た、保護抵抗は冷却容器４の外部に組み込むこともでき
る。冷却容器４には真空断熱容器を用いた。励磁用電源
５は、コイル１の励磁を行うもので、定電流制御の直流
電源を使用した。
たとき、超電導コイルの蓄積エネルギーを吸収しコイル
の焼損を防止するために組込まれている。本図では抵抗
体を使用したがダイオードを用いることもできる。ま
た、保護抵抗は冷却容器４の外部に組み込むこともでき
る。冷却容器４には真空断熱容器を用いた。励磁用電源
５は、コイル１の励磁を行うもので、定電流制御の直流
電源を使用した。
【００６９】液体ヘリウムを冷却容器４に導入し超電導
コイル１を冷却し、次いで、永久電流スイッチ２のヒー
タを炊いてスイッチをＯＦＦ状態にし、励磁用電源５に
より超電導コイルを励磁して３Ｔの磁場を発生させた。
この時、ヒータに発生する熱は５Ｗであったが、永久電
流スイッチが液体ヘリウム中にはなく、クライオスタッ
トの上部、サーマルアンカーの上部に位置しているた
め、永久電流スイッチの温度マージンを４０Ｋ以上と大
きくとっても、即ちそれをＯＦＦするためにより多くの
熱が永久電流スイッチ部分で発生しても、液体ヘリウム
の蒸発量は少なく、実施例１においての液体ヘリウムの
蒸発量より５％多い程度に抑えることができた。その後
ヒータに流していた電流をＯＦＦし、永久電流スイッチ
をＯＮ状態、すなわち永久電流モードにし、励磁用電源
５を切り離した。コイルの発生磁場の減衰状態を調べた
ところ１０００時間後の減衰量は０.００１％ 未満であ
った。永久電流スイッチの温度マージンを大きくとるこ
とによって非常に安定な永久電流モード運転ができるこ
とが分かる。
コイル１を冷却し、次いで、永久電流スイッチ２のヒー
タを炊いてスイッチをＯＦＦ状態にし、励磁用電源５に
より超電導コイルを励磁して３Ｔの磁場を発生させた。
この時、ヒータに発生する熱は５Ｗであったが、永久電
流スイッチが液体ヘリウム中にはなく、クライオスタッ
トの上部、サーマルアンカーの上部に位置しているた
め、永久電流スイッチの温度マージンを４０Ｋ以上と大
きくとっても、即ちそれをＯＦＦするためにより多くの
熱が永久電流スイッチ部分で発生しても、液体ヘリウム
の蒸発量は少なく、実施例１においての液体ヘリウムの
蒸発量より５％多い程度に抑えることができた。その後
ヒータに流していた電流をＯＦＦし、永久電流スイッチ
をＯＮ状態、すなわち永久電流モードにし、励磁用電源
５を切り離した。コイルの発生磁場の減衰状態を調べた
ところ１０００時間後の減衰量は０.００１％ 未満であ
った。永久電流スイッチの温度マージンを大きくとるこ
とによって非常に安定な永久電流モード運転ができるこ
とが分かる。
【００７０】（実施例９）６０Ｋ以上のＴｃを有する２
０種類の酸化物超電導物質を使用して図８に示す構造の
永久電流スイッチを作製して、実施例８と同様の超電導
マグネットシステムに組み込んだ。永久電流スイッチを
設置する場所を６０Ｋ以上の色々な温度のところに選ん
で、酸化物超電導物質使用しているのＴｃとその設置場
所の温度の差と、永久電流スイッチの安定性を調べた。
両者の差が２０Ｋより小さいと、時々クエンチ現象が起
こった。両者の温度を２０Ｋ以上にしておけば１００時
間の永久電流モードの運転試験でクエンチすることはな
かった。このことから、使用する永久電流スイッチの酸
化物超電導物質のＴｃは、永久電流スイッチを設置する
温度より少なくとも２０Ｋ以上高くしておく必要がある
ことが分かる。
０種類の酸化物超電導物質を使用して図８に示す構造の
永久電流スイッチを作製して、実施例８と同様の超電導
マグネットシステムに組み込んだ。永久電流スイッチを
設置する場所を６０Ｋ以上の色々な温度のところに選ん
で、酸化物超電導物質使用しているのＴｃとその設置場
所の温度の差と、永久電流スイッチの安定性を調べた。
両者の差が２０Ｋより小さいと、時々クエンチ現象が起
こった。両者の温度を２０Ｋ以上にしておけば１００時
間の永久電流モードの運転試験でクエンチすることはな
かった。このことから、使用する永久電流スイッチの酸
化物超電導物質のＴｃは、永久電流スイッチを設置する
温度より少なくとも２０Ｋ以上高くしておく必要がある
ことが分かる。
【００７１】そして、この時液体ヘリウムが蒸発して発
生したガスが当たるような場所に永久電流スイッチを設
置しておけば、液体ヘリウムのロスは１０％程度低減で
きることも分かった。
生したガスが当たるような場所に永久電流スイッチを設
置しておけば、液体ヘリウムのロスは１０％程度低減で
きることも分かった。
【００７２】（実施例１０）実施例８と同様な超電導マ
グネットシステムを作製し、超電導コイル１のみを８Ｔ
まで磁場を発生できるものに取り替えた。実施例８の場
合と同様の手続きで、永久電流モードの試験を行った。
グネットシステムを作製し、超電導コイル１のみを８Ｔ
まで磁場を発生できるものに取り替えた。実施例８の場
合と同様の手続きで、永久電流モードの試験を行った。
【００７３】コイルの発生磁場の減衰状態を調べたとこ
ろ１０００時間後の減衰量は0.001％未満であり、途中
でクエンチは一度も起こらなかった。８Ｔのコイルを使
用したシステムにおいても、非常に安定な永久電流モー
ド運転ができることが分かる。
ろ１０００時間後の減衰量は0.001％未満であり、途中
でクエンチは一度も起こらなかった。８Ｔのコイルを使
用したシステムにおいても、非常に安定な永久電流モー
ド運転ができることが分かる。
【００７４】（実施例１１）図９に示すような、酸化物
超電導物質を用いて作製した電流リードの途中を酸化物
超電導物質を用いて作製した永久電流スイッチによって
短絡されている様な超電導マグネットシステムを作製し
た。２４は酸化物超電導物質を用いて作製した電流リー
ド、２５は酸化物超電導物質を用いて作製した永久電流
スイッチ、２６は液体ヘリウム、２７は超電導コイルで
ある。このような構成により、余分な配線を省略でき、
システム全体をシンプルにすることができた。
超電導物質を用いて作製した電流リードの途中を酸化物
超電導物質を用いて作製した永久電流スイッチによって
短絡されている様な超電導マグネットシステムを作製し
た。２４は酸化物超電導物質を用いて作製した電流リー
ド、２５は酸化物超電導物質を用いて作製した永久電流
スイッチ、２６は液体ヘリウム、２７は超電導コイルで
ある。このような構成により、余分な配線を省略でき、
システム全体をシンプルにすることができた。
【００７５】
【発明の効果】本発明によれば、安定で液体ヘリウムの
ロスの少ない、永久電流モードで運転可能な超電導シス
テムを得ることができる。また、本発明の方法によれ
ば、より液体ヘリウムロスの少ない、永久電流スイッチ
のＯＮ，ＯＦＦが可能となる。
ロスの少ない、永久電流モードで運転可能な超電導シス
テムを得ることができる。また、本発明の方法によれ
ば、より液体ヘリウムロスの少ない、永久電流スイッチ
のＯＮ，ＯＦＦが可能となる。
【図１】本発明の実施例における超電導システムの断面
図である。
図である。
【図２】本発明の実施例における超電導システムの断面
図である。
図である。
【図３】本発明の実施例における超電導システムの断面
図である。
図である。
【図４】本発明の実施例における永久電流スイッチの断
面図である。
面図である。
【図５】本発明の説明において、作用の項目での説明に
使用した各酸化物超電導物質の不可逆磁場の温度依存性
を示す図である。
使用した各酸化物超電導物質の不可逆磁場の温度依存性
を示す図である。
【図６】本発明の実施例における永久電流スイッチの断
面図である。
面図である。
【図７】本発明の実施例において使用した超電導線材の
臨界電流密度の磁場依存性を示す図である。
臨界電流密度の磁場依存性を示す図である。
【図８】本発明の実施例における永久電流スイッチの断
面図である。
面図である。
【図９】本発明の実施例における超電導システムの断面
図である。
図である。
１…超電導コイル、２，２５…永久電流スイッチ、３…
保護抵抗、４…冷却容器、５…励磁用電源、６…磁場発
生空間、７…磁気シールド、８…サービスポート、９…
冷媒供給排出口、１０…熱反射板、１１…サーマルアン
カー、１２…基板、１３…電流線輪、１４…ヒータ、１
５…空間、１６，２２…ケース、１７，２３…穴、１８
…コイル口出し線、１９…ヒータ口出し線、２０…超電
導線のコイル、２１…常伝導線のコイル兼ヒータ、２４
…電流リード、２６…液体ヘリウム、２７…超電導コイ
ル。
保護抵抗、４…冷却容器、５…励磁用電源、６…磁場発
生空間、７…磁気シールド、８…サービスポート、９…
冷媒供給排出口、１０…熱反射板、１１…サーマルアン
カー、１２…基板、１３…電流線輪、１４…ヒータ、１
５…空間、１６，２２…ケース、１７，２３…穴、１８
…コイル口出し線、１９…ヒータ口出し線、２０…超電
導線のコイル、２１…常伝導線のコイル兼ヒータ、２４
…電流リード、２６…液体ヘリウム、２７…超電導コイ
ル。
フロントページの続き (72)発明者 加茂 友一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 森 和久 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 原 伸洋 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (32)
- 【請求項１】液体ヘリウムに浸した超電導マグネット
と、該超電導マグネットを駆動あるいは停止させる永久
電流スイッチと、該超電導マグネットと該永久電流スイ
ッチを収納するクライオスタットとからなる超電導マグ
ネットシステムであって、該永久電流スイッチを該液体
ヘリウムの液面より上部に配置したことを特徴とする超
電導マグネットシステム。 - 【請求項２】液体ヘリウムに浸した超電導マグネット
と、該超電導マグネットを駆動あるいは停止させる永久
電流スイッチと、該超電導マグネットと該永久電流スイ
ッチを収納するクライオスタットとからなる超電導マグ
ネットシステムであって、該永久電流スイッチを、該超
電導マグネット冷却用の液体ヘリウムが蒸発したガスで
冷却することを特徴とする超電導マグネットシステム。 - 【請求項３】液体ヘリウムに浸した超電導マグネット
と、該超電導マグネットを駆動あるいは停止させる永久
電流スイッチと、該超電導マグネットと該永久電流スイ
ッチを収納するクライオスタットとからなる超電導マグ
ネットシステムであって、該永久電流スイッチと液体ヘ
リウム液面の間に、少なくとも１枚以上の熱反射板を配
置したことを特徴とする超電導マグネットシステム。 - 【請求項４】液体ヘリウムに浸した超電導マグネット
と、該超電導マグネットを駆動あるいは停止させる永久
電流スイッチと、該超電導マグネットと該永久電流スイ
ッチを収納するクライオスタットとからなる超電導マグ
ネットシステムであって、該永久電流スイッチを、クラ
イオスタット上部に設置されたサーマルアンカーの内
部、もしくは直上に配置したことを特徴とする超電導マ
グネットシステム。 - 【請求項５】液体ヘリウムに浸した超電導マグネット
と、該超電導マグネットを駆動あるいは停止させる永久
電流スイッチと、該超電導マグネットと該永久電流スイ
ッチを収納するクライオスタットとからなる超電導マグ
ネットシステムであって、該超電導マグネットと該永久
電流スイッチを酸化物超電導物質を用いた超電導線材で
接続し、かつ該永久電流スイッチが液体ヘリウムの液面
の上部にあることを特徴とする超電導マグネットシステ
ム。 - 【請求項６】液体ヘリウムで冷却しながら運転する超電
導マグネットと酸化物超電導物質を用いた永久電流スイ
ッチの両方を構成要素として含む超電導マグネットシス
テムであって、該永久電流スイッチを配置する部分の温
度より２０Ｋ高い超電導臨界温度を有するように組成を
調節した酸化物超電導物質を永久電流スイッチに用いた
ことを特徴とする超電導マグネットシステム。 - 【請求項７】液体ヘリウムで冷却しながら運転する超電
導マグネットと酸化物超電導物質を用いた永久電流スイ
ッチの両方を構成要素として含む超電導マグネットシス
テムであって、該永久電流スイッチを配置する部分の温
度より２０Ｋ高い超電導臨界温度を有するように組成を
調節した組成式（Bi1-XPbX)2Sr2Ca1-YLnYCu2O8+d（Ｌｎ
はＹもしくはランタノイド元素から選ばれた一種もしく
はそれ以上、−１＜ｄ＜１，０.０２≦ｘ−０.５ｙ＋ｄ
≦０.１２)で表わされる酸化物超電導物質を該永久電流
スイッチに用いたことを特徴とする超電導マグネットシ
ステム。 - 【請求項８】液体ヘリウムで冷却しながら運転する超電
導マグネットと酸化物超電導物質を用いた永久電流スイ
ッチの両方を構成要素として含む超電導マグネットシス
テムにおいて、該永久電流スイッチを配置する部分の温
度より２０Ｋ高い超電導臨界温度を有するように組成を
調節した組成式Tl2(Ba1-XSrX)2Ca1-YLnYCu2O8+d（Ｌｎ
はＹもしくはランタノイド元素から選ばれた一種もしく
はそれ以上、−１＜ｄ＜１，０≦ｘ≦０.５，０.０２≦
−０.５ｙ＋ｄ≦０.１２）で表わされる酸化物超電導物
質を該永久電流スイッチに用いたことを特徴とする超電
導マグネットシステム。 - 【請求項９】液体ヘリウムで冷却しながら運転する超電
導マグネットと酸化物超電導物質を用いた永久電流スイ
ッチの両方を構成要素として含む超電導マグネットシス
テムにおいて、該永久電流スイッチを配置する部分の温
度より２０Ｋ高い超電導臨界温度を有するように組成を
調節した組成式（Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d（−１
＜ｄ＜１，０.０２≦２ｘ＋２ｄ≦０.１２）で表わされ
る酸化物超電導物質を該永久電流スイッチに用いたこと
を特徴とする超電導マグネットシステム。 - 【請求項１０】液体ヘリウムで冷却しながら運転する超
電導マグネットと酸化物超電導物質を用いた永久電流ス
イッチの両方を構成要素として含む超電導マグネットシ
ステムにおいて、該永久電流スイッチを配置する部分の
温度より２０Ｋ高い超電導臨界温度を有するように組成
を調節した組成式Ｔｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d(０≦
ｘ≦０.５，０.０２≦２ｄ≦０.１２)で表わされる酸化
物超電導物質を該永久電流スイッチに用いたことを特徴
とする超電導マグネットシステム。 - 【請求項１１】液体ヘリウム冷却で運転する超電導マグ
ネットと酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
を含み、該超電導マグネットと該永久電流スイッチが、
合金もしくは金属間化合物の超電導物質と酸化物超電導
物質の両方によって接続されており、両者を電気的に接
続する部分が液体ヘリウムによって冷却されているかも
しくは１０Ｋ以下の温度に冷却されていることを特徴と
する超電導システム。 - 【請求項１２】液体ヘリウム冷却で運転する超電導マグ
ネットと酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
を含み、該超電導マグネットと該永久電流スイッチが、
合金もしくは金属間化合物の超電導物質と酸化物超電導
物質の両方によって接続されており、両者を電気的に接
続する部分が磁気シールド材によって磁気的にシールド
され、更に該接続部分が液体ヘリウムによって冷却され
ているかもしくは１０Ｋ以下の温度に冷却されているこ
とを特徴とする超電導システム。 - 【請求項１３】液体ヘリウム冷却で運転する超電導マグ
ネットと酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
を含み、該超電導マグネットと該永久電流スイッチが、
合金もしくは金属間化合物の超電導物質と酸化物超電導
物質の両方によって接続されており、両方の超電導物質
が銅，銀，銅合金，銀合金もしくはそれらの複数からな
る１００ｎｍ以下の金属層を介して接合されており、更
にその接合部分が液体ヘリウムによって冷却されている
かもしくは１０Ｋ以下の温度に冷却されていることを特
徴とする超電導システム。 - 【請求項１４】液体ヘリウム冷却で運転する超電導マグ
ネットと酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
を含み、該超電導マグネットと該永久電流スイッチが、
酸化物超電導物質を使用した超電導線材によって接続さ
れており、該超電導マグネットと該超電導線材の接続部
分は１０Ｋ以下の温度に冷却され、該永久電流スイッチ
はクライオスタット内部で液体ヘリウムの液面より上部
に配置されていることを特徴とする超電導システム。 - 【請求項１５】液体ヘリウム冷却で運転する超電導マグ
ネットと酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
を含み、該超電導マグネットと該永久電流スイッチが、
酸化物超電導物質を使用した超電導線材によって接続さ
れており、該酸化物超電導物質を用いて作製した電流リ
ードの一部が、該超電導マグネットと該酸化物超電導物
質を用いて作製した永久電流スイッチを接続する超電導
線を兼ねることを特徴とする超電導システム。 - 【請求項１６】液体ヘリウム冷却で運転する超電導マグ
ネットと酸化物超電導物質を使用した永久電流スイッチ
と酸化物超電導物質を使用した電流リードを含む超電導
システムにおいて、該電流リード同士を該永久電流スイ
ッチを介して短絡させたことを特徴とする超電導システ
ム。 - 【請求項１７】酸化物超電導体を用いた永久電流スイッ
チにおいて、酸化物超電導物質で作製した導体或いはコ
イルの長手方向と平行に、常伝導コイルを配置したこと
を特徴とする永久電流スイッチ。 - 【請求項１８】請求項１ないし１６のいずれかにおい
て、永久電流スイッチのＯＦＦ，ＯＮ状態を、熱と磁場
を同時に与えること、及び熱もしくは磁場の両方もしく
は一方を取り除くもしくは減少させることによって制御
することを特徴とする超電導システム。 - 【請求項１９】酸化物超電導体を用いた永久電流スイッ
チにおいて、酸化物超電導物質で作製した導体、或いは
コイルの長手方向と平行に、常伝導コイルを配置したこ
とを特徴とする永久電流スイッチ。 - 【請求項２０】超電導物質を構成するＣｕの結晶内での
形式電価を２.０２以上２.１２以下とした酸化物超電導
物質を用いた永久電流スイッチにおいて、永久電流スイ
ッチのＯＦＦ，ＯＮ状態を、熱と磁場を同時に与えるこ
と、及び熱もしくは磁場の両方もしくは一方を取り除く
もしくは減少させることによって制御することを特徴と
する酸化物超電導体を用いた永久電流スイッチ。 - 【請求項２１】酸化物超電導体を用いた永久電流スイッ
チにおいて、超電導物質を構成するＣｕの結晶内での形
式電価を２.０２以上２.１２以下とした酸化物超電導物
質で作製した導体或いはコイルの長手方向と平行に、常
伝導コイルを配置したことを特徴とする永久電流スイッ
チ。 - 【請求項２２】請求項１７ないし２１のいずれかに記載
の永久電流スイッチにおいて、該酸化物超電導物質とし
て、組成式が(Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2
Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素から選ばれ
た一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１）で表わされ、
Ｃｕの形式電価を調節するために、ｘ，ｙ，ｄが0.02≦
ｘ−０.５ｙ＋ｄ≦０.１２の関係式を満たすように組成
を調整した酸化物超電導物質を用いることを特徴とした
永久電流スイッチ。 - 【請求項２３】請求項１７ないし２１のいずれかに記載
の永久電流スイッチにおいて、該酸化物超電導物質とし
て、組成式がＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2Ｃａ1-YＬｎYＣｕ2
Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素から選ばれ
た一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１，０≦ｘ≦０.
５）で表わされ、Ｃｕの形式電価を調節するために、
ｘ,ｙ，ｄが０.０２≦−０.５ｙ＋ｄ≦０.１２の関係式
を満たすように組成を調整した酸化物超電導物質を用い
ることを特徴とした永久電流スイッチ。 - 【請求項２４】請求項１７ないし２１にいずれかに記載
の永久電流スイッチにおいて、該酸化物超電導物質とし
て、組成式が(Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2ＣｕＯ6+d（−１＜
ｄ＜１)で表わされ、Ｃｕの形式電価を調節するため
に、ｘ，ｄが０.０２≦２ｘ＋２ｄ≦０.１２ の関係式
を満たすように組成を調整した酸化物超電導物質を用い
ることを特徴とした永久電流スイッチ。 - 【請求項２５】請求項１７ないし２１に記載の永久電流
スイッチにおいて、該酸化物超電導物質として、組成式
がＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ6+d（−１＜ｄ＜１，０
≦ｘ≦０.５）で表わされ、Ｃｕの形式電価を調節する
ために、ｄが０.０２≦２ｄ≦０.１２ の関係式を満た
すように組成を調整した酸化物超電導物質を用いること
を特徴とした永久電流スイッチ。 - 【請求項２６】超電導物質同士の結晶粒界に極わずかの
非超電導物質を析出させることによって、超電導物質同
士の結晶粒界が弱い超電導接合となるようにし、５０〜
３００ガウスの磁場を印加した時の超電導臨界電流密度
の値が磁場を印加しない場合の超電導臨界電流密度の１
０分の１以下になるように調節した超電導複合体を用い
たことを特徴とする永久電流スイッチ。 - 【請求項２７】超電導物質同士の結晶粒界に極わずかの
非超電導物質を析出させることによって、超電導物質同
士の結晶粒界が弱い超電導接合となるようにし、５０〜
３００ガウスの磁場を印加した時の超電導臨界電流密度
の値が磁場を印加しない場合の超電導臨界電流密度の１
０分の１以下になるように調節した超電導複合体を用い
ており、この超電導複合体に磁場を印加する或いは磁場
を消去することでＯＦＦ，ＯＮすることを特徴とする永
久電流スイッチ。 - 【請求項２８】酸化物超電導物質を用いた永久電流スイ
ッチにおいて、酸化物超電導物質を用いて作製されたコ
イルに電流を流したときに発生する磁場の方向と平行に
該酸化物超電導物質の結晶のｃ軸の方向を揃えた酸化物
超電導物質を用いて作製されたコイルを要素として含む
ことを特徴とした永久電流スイッチ。 - 【請求項２９】組成式が(Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2Ｃａ1-Y
ＬｎYＣｕ2Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素
から選ばれた一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１）で
表わされ、Ｃｕの形式電価を調節するために、ｘ，ｙ，
ｄが０.０２≦ｘ−０.５ｙ＋ｄ≦０.１２ の関係式を満
たすように組成を調整した酸化物超電導物質を用いて作
製した超電導コイルであって、該酸化物超電導物質の結
晶のｃ軸が該超電導コイルに電流を流したときに発生す
る磁場の方向と平行に並ぶように作製した超電導コイル
を含むことを特徴とする永久電流スイッチ。 - 【請求項３０】組成式が(Ｂｉ1-XＰｂX)2Ｓｒ2ＣｕＯ
6+d(−１＜ｄ＜１）で表わされ、Ｃｕの形式電価を調節
するために、ｘ，ｄが０.０２≦２ｘ＋２ｄ≦０.１２の
関係式を満たすように組成を調整した酸化物超電導物質
を用いて作製した超電導コイルであって、該酸化物超電
導物質の結晶のｃ軸が該超電導コイルに電流を流したと
きに発生する磁場の方向と平行に並ぶように作製した超
電導コイルを含むことを特徴とする永久電流スイッチ。 - 【請求項３１】組成式がＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2Ｃａ1-Y
ＬｎYＣｕ2Ｏ8+d（ＬｎはＹもしくはランタノイド元素
から選ばれた一種もしくはそれ以上、−１＜ｄ＜１，０
≦ｘ≦０.５）で表わされ、Ｃｕの形式電価を調節する
ために、ｙ，ｄが０.０２≦−０.５ｙ＋ｄ≦０.１２の
関係式を満たすように組成を調整した酸化物超電導物質
を用いて作製した超電導コイルであって、該酸化物超電
導物質の結晶のｃ軸が該超電導コイルに電流を流したと
きに発生する磁場の方向と平行に並ぶように作製した超
電導コイルを含むことを特徴とする永久電流スイッチ。 - 【請求項３２】組成式がＴｌ2(Ｂａ1-XＳｒX)2ＣｕＯ
6+d（−１＜ｄ＜１，０≦ｘ≦０.５）で表わされ、Ｃｕ
の形式電価を調節するために、ｄが０.０２≦２ｄ≦０.
１２の関係式を満たすように組成を調整した酸化物超電
導物質を用いて作製した超電導コイルであって、該酸化
物超電導物質の結晶のｃ軸が該超電導コイルに電流を流
したときに発生する磁場の方向と平行に並ぶように作製
した超電導コイルを含むことを特徴とする永久電流スイ
ッチ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5232780A JP3019683B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 永久電流スイッチ及び超電導マグネットシステム |
| US08/309,415 US5757257A (en) | 1993-09-20 | 1994-09-20 | Permanent current switch and superconducting magnet system |
| EP94114788A EP0645830A1 (en) | 1993-09-20 | 1994-09-20 | Permanent current switch and superconducting magnet system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5232780A JP3019683B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 永久電流スイッチ及び超電導マグネットシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786025A true JPH0786025A (ja) | 1995-03-31 |
| JP3019683B2 JP3019683B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=16944629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5232780A Expired - Fee Related JP3019683B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 永久電流スイッチ及び超電導マグネットシステム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5757257A (ja) |
| EP (1) | EP0645830A1 (ja) |
| JP (1) | JP3019683B2 (ja) |
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