JPS5978404A - Nb↓3Sn系化合物超電導線材 - Google Patents

Nb↓3Sn系化合物超電導線材

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JPS5978404A
JPS5978404A JP57187901A JP18790182A JPS5978404A JP S5978404 A JPS5978404 A JP S5978404A JP 57187901 A JP57187901 A JP 57187901A JP 18790182 A JP18790182 A JP 18790182A JP S5978404 A JPS5978404 A JP S5978404A
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nb3sn
rod
coil
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光延 若田
吉崎 浄
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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】 この発明は、尚磁界発生用の超′&L4磁石に使用され
るGa、In寺の金属元素を添加したNbBSn系化合
物超電纒線相に関するものである。
現在LOT(テラス)以上の高磁界を発生させる超電導
イ直石用#桐として、極細多心Nb3Sn線が開発され
、核融合、加速器、及び物性実験装置等に応用されてい
る。
第1 [R7はこれらの超′亀纒機器に使用する矩形断
面を有する11μmの違竜病、@石の発生する磁界分布
図で2図に示される様に、磁石の最内層の線材にけ最大
磁界Bmが印加され、最外層に向かってほぼ一様にイ庭
界は減少する。この超電導磁石に使用するNbBSn線
月の印加磁場と臨界′電流との関係は第2図の曲線(&
)で表わされ、直線(c)で適当な形状のNb3Snコ
イルの(社)流と最大磁界Bmとの関係が表わされる。
曲線(−)と直線(e)との交点における磁界Bmaが
曲線(&)の特性をもつNb38n線杓で巷かれたコイ
ルの最大発生磁界である6第2図かられかるように、高
磁界における臨界電流密度を高めると・41f1石の発
生磁界全同士させることができるので、同じ磁界を発生
させ得る磁石が小型化でき。
そのためKWH杓童や冷却に心壁な液体Heの使用量を
低減することができる。
近年、上記の観点からNb3Sn Ic Ga、 In
、 Pb、 At−及びMg 寺の金属元素k vAf
il+しその上部臨界i場を高めることによって*  
Bma近傍の高磁界における臨界電流密度を改善する試
みがなされている。
即ち、 Nb5SnVci加するGaを例にとれば、き
ずCu七SnとGaの3元合金を作成し、これヲNb棹
と組合わせた後伸縮し、最終寸法で化合物生成熱処理を
施す方法である。
上記の方法で得られた線材の印加磁場と臨界電流の関係
は第2図の曲線(b)で示され、第2図かられかるよう
にこの線材の臨界電流は約8T以下では同様の構成のG
a f添加しないNb3Sn線材の臨J??[流(曲線
(a))より低いが、それ以上の磁界では高く、同じ構
成の磁石の最大発生磁界もBmaからBmbと高くなる
しかしながらこの方法においては、  Cu K合金化
されるSnとGaの籠が加工上制限される上、加工硬化
が直しく麻材加工工程において数十回にも及ぶ中間熱処
理を必要とする欠点があった。更に高磁界特性の改善に
必要なSnの数百倍も商価なGa(In も同体)を、
商(厳界特性を改善する必要のないコイルの外周部に巻
かれる線材にも一様ニ硝加されるため、製造された線材
も旨価なものになる欠点もあった。
後者の欠点全改良するための方法として、それぞれの印
加磁界に応した繰相を接続して使う方法(クレーティン
グ)、あるいは特性の異なる線材で別のコイル全作りそ
れ全組合せて用いる方法(ハイブリッド化)寺が従来か
ら知られている。
しかしながら前者の方法では極細多心線の接続が複雑で
困難な工程であシ、しかも接続部に生じた電気抵抗によ
る発熱が起こるという別の欠点が生じる。又、後者の方
法では分割されたコイル間のマツチングが困難であり、
しかもコイル間に無駄な空間が生じるという欠点がある
この発明は上記した従来の第三元素を脩加したNbBS
n系線相や、従来構成により製作される高磁界用超電導
磁石の欠点に鑑みてなされたもので。
母相がCu5n系合金で、埋設されft超゛屯導繊維が
Nb3Sn糸化合物において、長手方向に連続した線材
の一部分の旬相及び超電4繊維にGa・In、Pb・及
びAtのうち少なくとも−・釉以上が含まれているとい
う構成の線材にすることにより、コイルに巻いた場合高
iJがl−1J加される部分の特性に潰れていて、しか
もGa、In寺の金橋元素′ft添力lすることによる
原価上昇が小さく、−4続した長さのNb3 S n系
化合物超電錯線拐を提供することを目的とするものであ
る。
この発明のNbBSn系化合物超車纒線材を容易にかつ
信頼性;所〈製造するためには、 Nb基金属材とSn
#、金属相の周辺にCu基基金属全全配置た状態で断面
縮少加工して熱処理することによって巌杓を製造する方
法において、Snn全金属相線材長手方向の一部分に、
 Ga、 In、 Pb、及びAtのうち少なくとも一
棟以上の成分が*5nlfr対して01〜50wt%の
範囲で合金化、もしくは配置されていることが肝要であ
る。
以下、実施例に基き詳細に説明する。
この発明の線材長手方向の一部分にGa f宮むNb3
Sn糸化合物超電導線拐を製造するには、まず第3図の
断面図にボすような、母相がCu (11で必シ、この
母相に多数の冷心線(21が埋設された。中央に中空部
(31を持つ複合多心チューブを用意した。
この実施例の場合チューブの寸法は外径24m、内径9
■、長さ200II++++であシ、 Nb心線の径は
約0.26簡0本数は2,400本でめった。次に第4
図に示すような直’(’k 8.8 wn 、長さ50
5mのSn  5wt%Ga棒(4a)と山径8.8m
、長き150mのSn棒(4b)とが長手方向に接合さ
れた複合m+41t−用慈しfc、複曾悸(4)は5n
−Ga俸(4a)とSn棒(4b)より成る。
これ?第3図の複合多心チューブの中空部に挿入配置し
、その外側に8nやGaの拡散障壁となるTaチューブ
(51,更にその外側に安定化のためのCuチューブ(
61全被覆して、第5図に七の断面がボされた複合多心
仔を作成した。この複合条心棒は直径0.35簡1で作
間引抜加工されたが、伸紬加工は中間焼鈍の必要もなく
、又Snと5nGa合金との接合部からの悲影簀もなく
、#L終寸法まで極めて良好に行なわれた。
上記方法により製造されfc線Hのl11jl端及びS
nとSn Ga台金との接合部を適当な長さ切り出し、
熱処理してNbBSnt住成させた俵、液体ヘリウム温
度(4,2K)K冷却し、印加磁界中で臨界電流を測定
した。その測定結果を第6図に示す。図において曲#(
a)aGaを6Σ加していない部分の、曲線(b)はG
a金添別したす部分の、餅線(、)は両者の接合部の開
力0 (iff界(テラス)と臨界電流(A)の関係を
示す特性図である。12Tでの臨界電流はGaを添加し
ていない部分の試料では25A、 Ga f添加した部
分の試料では36A、接合部(すなわちSnと5nGa
合雀の接合部にざむ領賦で、−f:の長さは全長約14
00m巾約10m″″cめった。)では25〜36Aと
、添加されているGa 童に応じて変化したものとなっ
た。熱処理後の梅祠の47411ノr thIをX線マ
イクロアナライザーで分析したところ、 Nb3Sn生
成熱処理中に8nとGaが母相のCu中に拡散すること
によって生成した母相のCu Sn合金及びNb3Sn
層にGaの存在が認められ、又+Snと5nGa @蛍
の接合部ではGaは連続的(変化した結果が得られたが
Snのみが配置された部分では母相及びNbBSnb中
[Gaは検辿されなかった。
々お、第4図の接合されたSn  5nGa合金棒の代
わりに、Snhと5nGa合金朴と會長手方同に並べて
接触さゼCuチー−)゛に挿入し、伸線力0工を行なっ
た15r 、両者は加工中に接合し、一体化され。
以後の加工ではiii、+記実施例と同様例ら鵬常は生
じなかった。したがってSn棒と5nGa合金棹とのあ
らかじめの接合は必ずしも必要でない。
次に前述と同じ寸法の複合条心棒を7本用意し。
直径14mまで冷間引抜加工した。この俊合多心棒7不
を5nGa ひ金側を一端に揃えてCuチューブ中に組
立て最終寸法まで伸線加工した。岐路段階では矩形ダイ
ス全通し、O75篩X15節の断面の与体・約14(1
0m全得た。伸線加工は前述の実施例と同様。
柩めて良好に行なわれた。この畳体の両端の一部を切断
し、熱処理してNbBsnを生成させた後、液体ヘリウ
ム温度(4,2K)に冷却し印加磁界中で臨界電流を測
定した。12Tでの臨界電流は、予めSnのみが配置さ
れた部分の試料では180Aでめったのに対し* 5n
Ga合金が配りされた部分の試料では260Aであった
因み[、従来のCu−8n−Ga3元合元合金全色相た
この実姉例と同一構成の線祠の12Tでの臨界電/Ji
jは約22OAであった。この実施例の畳体を用い。
5nGa合金が配置いれた側をコイル内)曽に配置し。
ガラス絶縁物と共に会同して1住50間、外径140I
III+l長さ120mの矩形ll、Ir1i]]コイ
ルヲ製作した。これを熱処理後、液体ヘリウムで4.2
 K K ?v却し、87発生のNb −Tiバイアス
・コイル中で励磁したところ。
コイル中央部で135Tの磁界を発生することができた
。排材全長にわたって、 CuとSnとGaの3元合金
を母相として製造した従来の線材を上記と同一寸法のコ
イル中央部した場合の発生磁界は12Tであり、これに
軟べて10%以上茜い磁界が得られた。又・この発明に
よる線材は高磁界の特性を向上させるに公費々茜価なG
aを従来相に双ベア5チ以上節約できたので線祠の費用
も約15%廉価になった。
次にこの発明の保)r)U′fr、製造する他の実施例
として2円錐形状の突起を底面に持つるつぼの中にSn
を釣込み、その抜上の四部に溶融したInn血流込むこ
とにより第7図に示した5n−In複合棒(41ヲ作製
した。図において(4a)は5n−In棒、  (4b
)はSn棒で、複合棒(41は(ta)、(4b)より
なる。これを第4図の複合棒の代わりに用いて、前記実
施例と同様の方法でNb3Sn線口を製造した。このN
bBSn腺相のみで光生中心磁界12Tのコイルを製作
したところ、Inを添加しない線相會使用した場合に較
べNb3Sn線杓け30T節約でき、かつコイルの容積
も30%小さくなり、冷却コストは著しく低下した。
又、 CuとSnとInの合金全線拐全長にわたって母
相としている従来のW 11を同一寸法のコイルに適用
した場合にI咬べ、このコイルの発生磁界は10%以上
面〈、且つ、 Inの使用i: 全90%以上も節約で
きたので、使用した巌拐の費用は約25%廉価になった
以上、 Gaと■” ’k 1% 7JDした場合につ
いて述べたが、この他にAt、Pbfl記実施例と同様
にSn基金属相にAt又はpbを組み合わせて合金化し
たが。
すべて面磁界電流特性に優れ、 At又けpbの節約が
できた。又この発明ではSn&金属相K G a 、I
 n *At又はpb’2二種以上組合せること、Nb
基基金杉材Zr、 Hf + Ta及びTiなどの元素
全添加すること・及びCu基金MJNにS n + G
 a * I n e A Z、及びP)lのうち少な
くとも一柚以上を加工上の制;沢ヲ受けない範囲で合金
化あるいは配置されていることも、この発明の特g、を
損なうものではない。
この発明においで、 Ga、 Inn Pb及びAtの
うち少なくとも一種以上のSn K対する量は、  O
,1wt%以上から高値界躬f性の1FiJ上に存与す
るようKなるが、  50wt%以上になると伸線加工
性が阻害されるので、これ以上の添加は望捷しくない。
以上説明したようにこの発明によれは、母相がCu5n
系合金で、埋設されたNbBSn系化合物である超゛ホ
専線杓においで、長手方向に連続し7’(線材の一部分
(F Ga、 In、 Pb及びhtのうち少なくとも
一種以上が言まれでいるという構成にすることにより、
尚磁界電流特性にも優れ、 Ga、 In、 Pbある
いはAt全節約できる線材が得られる。又、この発明の
Nb3Sn線相を超電導コイルに適用すれば。
発生磁界の向上、コイルの小型化、必11Nb3sn線
材の減少、線桐實用の低減、冷却コストの低減など多く
の利点がある。
【図面の簡単な説明】
第11火)は矩形断面を有する超市碑磁石の発生する径
方向の磁界分布を示す図である。第2図曲線(a)Fi
従来例のGa等を添加していないNb3Sn超電堺線杓
の9曲線(b)はこの発明の実施例であるGaを添加し
たNb3Sn超電導線材の、4.2KKおける印加磁界
と臨界電流の関係を示す特性図で、又、直線(c)は適
当な寸法のNb3Sn超電導線月奮用いたコイルの励磁
電流と、コイル最内層の発生磁界Bmとの関係をボす特
性図である。 第3肉はこの発明の実施例に係わる複合多心チューブの
断面図、第4図は同じく複合多心チューブの中荒部に挿
入される5n−8nGa合金接合棒の構成図である。第
5図はこの発明の実施例の線材製造過程の〃r向に?少
加工MiJの断面図である。第6跳1けこの発明の実施
例であるNb3Sn超電導線相の4.2KKおける印加
磁界と臨界電流との関係を示しfc モc7)で1曲線
(11)はGa f添υ口していない部分の。 曲線(b)はGaを陰加した部分の1曲線(c)はN者
の接合部分の特性図である。第7図はこの発明の他の実
施例に係わる5n−In 複8棹の構成図である。 図において、 IIIH母相であるCu 、121j 
Nb心線、(31は中草部、(41は(4a)Sn−G
apと(4b)Sn mよりなる仮台4i4s、(4a
)は5n−In棒、(51はTaチューブ、(61はC
uチューブである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 葛 野 信 − 第1図 第5図 第2図 磁界13naBob h4昂(テXラノ f 続 補 正 書(自発) 特許j)長官殿 1、事f′1の表示    1,1=願昭57−187
901号2発+glノ名称Nb*8n系化合物超電導線
材3、補正をする者 /JCrl−との関係   竹詐出願人fi:  所 
    東jj’都千代111区丸の内二I’1−12
洛3号名 称(601,)   工菱電機株式会社代表
者片111仁八部 4、代fり1人 住 所     東京都P代11]区丸の内−=T目2
番3号珈 =ツノ 5、m正の対象 明細書の発明の詳細な説明および図面の簡単ツク二d見
明のイト1−0 6、補正の内容 は)明細刊第1頁第15行の「テラス」 會「ナス、う
」に訂正する。 12)  同第2頁第19行〜第20行の「きず」を「
まずJKUEする。 +31  同第4頁オニ4行のrNbs Sn系化合物
Jの次に「である超電導線材」を挿入する。 (4)  同オフ頁第1行の「テラス」葡「テスラ」に
訂正する。 (5)同゛オ9゛頁第17行の「an−1n俸1rrl
n俸」に訂正する。 (6)同第11百オ8行の「埋設さf′した」の次に「
超電導繊維がj全挿入する。 (71F’J213M’21 行)r 8n −J 倉
htl除する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 母相がCu Sn系合金で、埋設された超電導繊維がN
    bBSn系化合物である超電導線材において、長手方向
    に連続した線材の一部分の母相及び超電導繊維にGa、
     In、 Pb及びAtのうち少なくとも一種以上が含
    まれていることを特徴とするNbBSn系化合物超寛碑
    線材。
JP57187901A 1982-10-26 1982-10-26 Nb↓3Sn系化合物超電導線材 Granted JPS5978404A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0667211U (ja) * 1993-03-02 1994-09-22 中前 誠一 バーパッド
CN110612578A (zh) * 2017-04-27 2019-12-24 国立研究开发法人物质材料研究机构 Nb3Sn超导线材的制造方法、Nb3Sn超导线材用的前驱体、及使用该前驱体的Nb3Sn超导线材

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110612578B (zh) * 2017-04-27 2021-02-05 国立研究开发法人物质材料研究机构 Nb3Sn超导线材的制造方法、Nb3Sn超导线材用的前驱体、及使用该前驱体的Nb3Sn超导线材

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