JPS5948488B2

JPS5948488B2 - 複合超電導線

Info

Publication number: JPS5948488B2
Application number: JP51152485A
Authority: JP
Inventors: 泰秀服部; 隆佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1976-12-18
Filing date: 1976-12-18
Publication date: 1984-11-27
Also published as: JPS5376698A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、超電導コイルに巻回される複合超電導線に
係り、特に現在広く使用されている銅基材極細多芯ツイ
スト複合超電導線に関し、外部からのじょう乱に起因す
る局所的・過渡的な温度上昇による影響を少なくするよ
うな配置構成にした複合超電導線に関するものである。

第１図及び第２図に従来の複合超電導線の断面図を示す
。

図において、１は常電導安定化金属基材で、普通この材
料としては、複合超電導線の安定化特性を増すためにな
るべく熱拡散係数の大きな常電導金属（例えばＯＦＨＣ
−Ｃｕ（無酸素高熱伝導銅））が用いられている。ここ
で、熱拡散係数ＤＨ（ｃｍ■／ｓｅｃ）とは熱伝導率＾
（Ｗ／Ｃｍ−に）、比熱Ｃ（Ｊ／ｇに−に）、密度ρ
（ｇに／−）により、ＤＨ＝＾／ρ・Ｃなる関係式で
定義されたもので、ＯＦＨＣ−Ｃｕの液体ヘリウム温度
（４．２に）における値は約５×１００国ＴＥＬ／ｓｅ
ｃ程度である。２はこの常電導安定化金属基材１中に配
置された複数本の超電導フィラメント（例えばＮ、−
Ｔ、Ｊ：り成る）、３は電気絶縁物、４ａはこれら各要
素より成る従来の配置構成をした複合超電導線である。

次に、この従来の複合超電導線４ａを巻回して成る超電
導コイルの動作特性について説明する。

超電導コイルは一般に液体ヘリウム（４．２に）などに
より絶対零度付近まで冷却されて用いられるのが常であ
り、このコイル冷却に関し、コイルｊに巻回される複合
超電導線の着面が冷却媒体である液体ヘリウムと直接接
触して冷却を受ける直接冷却方式コイル、着面が絶縁処
理された複合超電導線を巻回して成る絶縁付ソレノイド
巻またはパンケーキ巻超電導コイル等の間接冷却方式コ
イ、ル、さらには絶縁付複合超電導線をソレノイド状に
巻回し、有機系樹脂等（例えばエポキシで含浸する伝導
冷却方式の超電導コイルなどがある。そして、直接冷却
方式コイルから間接冷却方式コイル、さらに伝導冷却方
式コイルになるにつれて以フ下に述べるような長所が生
ずることが期待される。すなわち、（ａ）工作しやすく
なる。（ｂ）層間短絡事故が少なくなる。（ｃ）コイル
をコンパクトにつくれる。（ｄ）コイル平均電流密度を
大きくとれる。（ｅ）特に伝導冷却方式のコイルではコ
イル構造そのも丁のを強固にでき、回転・振動にも十分
耐えうるような構造にできるなどである。しかし、直接
冷却方式コイルから伝導冷却方式コイルになるにつれて
生じる唯一のしかも非常に重大な欠点はデグラデイショ
ン（電流劣化）現象、トレーニング現象などのコイル不
安定性が著しくなってくるということである。

即ち、複合超電導線自身は本質的に安定であるとして開
発されたこの従来の高熱伝導銅基材極細多芯ツイスト複
合超電導線を巻回して成る超電導コイルにおいても、定
格値まで電流を流すことのできないデグラデイション現
象や定格電流値到達までに多数回のクエンチ（超電導破
壊）を必要とするトレーニング現象等のコイル不安定性
が生じる。そして、このコイル不安定化の原因として超
電導線の動き（ワイヤ・ムーブメント）によるまさつ熱
や含浸剤・接着固定剤のひび割れ（クラツキング）に伴
なう発熱等の外部じょう乱に起因する局所的・過渡的な
温度上昇が指摘されている。特に、第３図に示すような
絶縁処理された従来の丸型複合超電導線４ａを巻回した
のち有機系樹脂５で含浸される樹脂含浸超電導コイルや
、第４図に示すような絶縁処理された従来の角型複合超
電導線４ａ間に、液体へリウムが流通できるような間隙
スペーサ６（例えば有機系樹脂より成る）が設けられる
ソレノイド巻またはパンケーキ巻超電導コイル等におい
ては上記コイル不安定性が著しい。

このため前に述べたようないくつものすぐれた長所があ
りながら、伝導冷却方式コイルや間接冷却方式コイルな
どの、熱はけのわるい構造をした超電導コイルに超電導
線が巻回される場合、第１図及び第２図に示すような周
辺部まで超電導フィラメント２が配置されている従来の
複合超電導線４ａが使用されると、外部からのじょう乱
に非常に敏感となり、わずかコンマ数度程度の微少温度
上昇じょう乱によってもクエンチ（超電導破壊）が生じ
ることがあつた。

そこで次に述べるような先行技術が考えられた。

すなわち、第５図及び第６図に示すように、複合超電導
線が丸線の場合、超電導フィラメント２が複合超電導線
の直径の６０％以内の中央部に、角線の場合には各辺の
６０％以内の中央部に超電導フイラメント２が配置され
るような断面配置構成をした複合超電導線にするもので
ある。

以上のような断面配置に複合超電導線４ｂを構成するこ
とによつて外部からの局所的・過渡的な温度上昇じょう
乱が生じても、常電導安定化金属基材１の線方向熱拡散
による著しい冷却効果によって、この温度上昇じょう乱
は緩和され、複合超電導線４ｂ中央部にのみ配置される
ようになった超電導フィラメント２が受ける温度上昇の
割合を低く抑えるようにしたもので、クラツキングやワ
イヤ・ムーブメント等の外部じょう乱に起因したコイル
不安定性を少な＜し、複合超電導線の臨界電流特ｌ性を
向上させるという効果を有している。しかし、この先行
技術から成る複合超電導線４ｂは、第５図及び第６図に
示すように、周辺部のかなりな部分が常電導安定化基材
２のみから成っているのでＣｕ／Ｓｃ比（常電導安定化
金属基材と超電導フイラメントとの比）をあまり小さく
することができず、その分だけ短（短い）試料臨界電流
値が低くなる。そのため、同一空間に同一磁界を発生さ
せるような超電導コイルを作るときにはＣｕ／Ｓｃ比が
小さな高電流密度複合超電導線と較’べて余分な超電導
線が必要となり、コイルをコンパクトにつくれなくなっ
たり、またコイル平均電流密度が小さくなるなどの欠点
があった。この発明は上記のような従来のもの及び先行
技術のものの欠点を除去するためになされたもので、熱
拡散係数の小さな常電導金属より成る常電導金属層を常
電導安定化金属基材中に設け、超電導フイラメント全体
がこの常電導金属により完全に取り囲まれてしまうよう
な配置構成にすることにより、外部からの温度上昇じょ
う乱から超電導”フイラメントを守り、かつまたＣｕ／
Ｓｃ比が小さくとれる複合超電導線を提供することを目
的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第７図及び第８図において、１ａ，Ｉｂは熱拡散係数
の大きな金属（例えば０ＦＨＣ−Ｃｕ）材より成る常電
導安定化金属基材、８はこの常電導安定化金属基材１中
に設けられた常電導金属層で常電導安定化金属基材１を
中央部常電導安定化金属基材１ａと周囲部常電導安定化
金属基材１ｂとの２つのプロックに分けている。この常
電導金属層８は熱拡散係数の小さな金属（例えばキユプ
ロ・ニッケル：Ｃｕ−Ｎ．）より成ることを特徴とし、
４Ｃはこの中央部常電導安定化金属基材１ａ中にのみ超
電導フイラメントが配置されるこの発明の構成より成る
複合超電導線である。このような配置構成にすることに
より、ワイヤー・ムーブメントやクラツキング等のいわ
ゆる複合超電導線自身にとつて本質的ではない外的な要
因によつて発生する複合超電導線周辺部の局所的・過渡
的な温度上昇じょう乱に起因したコイル不安定性を抑え
複合超電導線の臨界電流特性を向上させ、かつまたＣｕ
／ＳＯ比が小の高電流密度複合超電導線を得る効果を有
するようにしたものである。

通常、常電導安定化金属基材１として使用される銅の熱
拡散係数は前にも述べたように、液体ヘリウム温度（４
．２Ｋ）で約５Ｘ１０３ｃＩＩ１２／ＳｅＣ程度、これ
に対し、常電導金属層８として用いられるキュプロニツ
ケルの熱拡散係数は４．２Ｋで約１ｄ／８Ｃ程度である
。

この値を比較すると常電導安定化銅基材１に対し、常電
導キユプロニツケル層８はほとんど絶縁層とみなすこと
ができ、仮りに複合超電導線４Ｃの周辺部に局所的・過
渡的な発熱が生じたとしても、この発熱量の大部分は周
囲部常電導安定化金属基材１ｂを伝わつて線方向に拡散
してしまい、常電導金属層８によつて取り囲まれた中央
部常電導安定化金属基材１ａ内部にはほとんど温度上昇
はみられない。

このため中央部常電導安定化金属基材１ａ中に配された
超電導フィラメントは、今まで述べてきたような種類の
外部温度上昇じよう乱が発生しても何ら温度上昇じよう
乱にさらされることなく、安定して超電導電流を流しつ
づけることができる。また、周囲部常電導安定化金属基
材１ｂはかなりな程度の薄さであつても線方向に熱を逃
がす役目を果たし得るのでＣｕ／ＳＯ比を小さくでき、
高電流密度の複合超電導線が可能となる。

なお、上記実施例では、常電導安定化金属基材１に関し
てＣｕについてのみ述べたが、Ａｌであってもよく、ま
た超電導フイラメントに関しても、Ｎ，−Ｔ，超電導体
をはじめとして、Ｎｂ３Ｓｍ超電導体やＶ３Ｇａ超電導
体なども考えられ得る。

また、複合超電導線４Ｃにおいて、超電導フイラメント
２は十分に細線化され、かつまたツイスト（場合によつ
てはトランポーズ）されており、フラツクス・ジアッ
プ等の複合超電導自身の内的原因による不安定性は生じ
ないといわれる、いわゆる本質的安定化方式を採用する
方がこの発明の効果はより生かされる。以上詳述してき
たように、この発明によれば、常電導安定化金属基材］
中に、熱拡散係数の小さな常電導金属層８を設け、その
中央部常電導安定化金属基材１ａ中にのみ超電導フイラ
メント２を配するようにしたので、複合超電導線４Ｃ周
辺部に外部温度上昇じょう乱が発生しても、上記常電導
金属層８が熱障壁として作用すると共に周囲部常電導安
定化金属基材１６によってその温度上昇じょう乱をすみ
やかに拡散することができるため、超電導フィラメント
２を外部じょう乱から熱的に保護することができ、この
複合超電導線４Ｃを超電導電流を安定に通電でき、臨界
電流特性の向上を図ることができる。

また、この発明から成る複合超電導線においてはＣｕ／
ＳＯ比を小さくでき、電流密度の高い複合超電導線が提
供され得るので、この複合超電導線を巻回することによ
り上記の効果とあいまってコンパクトでしかも信頼性の
高い超電導コイルをつくることが可能となり、例えば特
に、伝導冷却方式コイルや間接冷却方式コイルなど熱は
けのわるい構造をした超電導コイルにおいても安定した
コイル特性が得られその実用上の効果は非常に大きい

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の複合超電導線の断面構成図、
第３図は有機系樹脂含浸超電導コイルの一部破断斜視図
、第４図は間隙スペーサによって液体ヘリウム流通路が
形成されるソレノイド巻またはパンケーキ巻超電導コイ
ルの一部破断斜視図、第５図及び第６図は先行技術の配
置構成より成る複合超電導線の断面図、第７図及び第８
図はこの発明の配置構成より成る複合超電導線の一実施
例を示す断面図を示している。図において、１は従来タイプ常電導安定化金属基材、１
ａは中央部常電導安定化金属基材、１ｂは周囲部常電導
安定化金属基材、２は超電導フィラメント、３は電気絶
縁物、４ａ，４ｂ，４ｃは”複合超電導線、５は有機系
樹脂等の含浸剤、６は間隙スペーサ、７は複合超電導線
を巻回して成る超電導コイルの一部破断斜視図、８は熱
拡散係数の小さい常電導金属より成る常電導金属層であ
る。１中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１複数本の超電導フィラメントが、熱拡散係数の大き
な常電導金属から成る常電導安定化金属基材中に配置さ
れる複合超電導線において、熱拡散係数の小さな常電導
金属から成る常電導金属層を上記常電導安定化金属基材
中に設けることにより、上記常電導安定化金属基材を、
中央部常電導安定化金属基材部と周囲部常電導安定化金
属基材部との２つのブロックに分け、上記超電導フィラ
メントが中央部常電導安定化金属基材中にのみ配置され
るようにしたことを特徴とする複合超電導線。