JPS62181508A - 超電導キャビティの製造方法 - Google Patents
超電導キャビティの製造方法Info
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- JPS62181508A JPS62181508A JP61198436A JP19843686A JPS62181508A JP S62181508 A JPS62181508 A JP S62181508A JP 61198436 A JP61198436 A JP 61198436A JP 19843686 A JP19843686 A JP 19843686A JP S62181508 A JPS62181508 A JP S62181508A
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- H05H7/18—Cavities; Resonators
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- H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超電導キャビティの製造方法の改良に係り、特
にPVD法(物理蒸着)により得られる共振特性に優れ
た超電導薄膜を反転溶解して超電導キャビティを安価に
製造せんとするものである。
にPVD法(物理蒸着)により得られる共振特性に優れ
た超電導薄膜を反転溶解して超電導キャビティを安価に
製造せんとするものである。
従来超電導キャビティ(空洞共振器)は次の工程により
製造しているものである。
製造しているものである。
(1)Nb(ニオブ)の板をスピニング加工、絞り加工
又は削り加工によって第1図に示す如き3種のキャビテ
ィ用部品2.2′及び3をつくり、この部品を互いに電
子ビーム溶接法によって接合した後、その内面をフッ酸
と硫酸の混酸にて電解研磨を行い、内面を平滑にすると
共に不純物を除去して超電導キャビティ1をえているも
のである。
又は削り加工によって第1図に示す如き3種のキャビテ
ィ用部品2.2′及び3をつくり、この部品を互いに電
子ビーム溶接法によって接合した後、その内面をフッ酸
と硫酸の混酸にて電解研磨を行い、内面を平滑にすると
共に不純物を除去して超電導キャビティ1をえているも
のである。
なお上記の溶接は内面の平滑性を出来うる限り向上せし
めるため内面より電子ビームをあて溶接するものである
。又Nbはその融点が2415℃を高く且つ耐食性に優
れているため高品位のメッキ膜かえられる電気メッキに
よる薄膜を形成することが困難である。
めるため内面より電子ビームをあて溶接するものである
。又Nbはその融点が2415℃を高く且つ耐食性に優
れているため高品位のメッキ膜かえられる電気メッキに
よる薄膜を形成することが困難である。
(2)Nbのパイプを液圧バルジ加工法(バルジ成形法
)により拡管して製品化する。然し一度に必要の形状に
拡管することが出来ないため、その途中において真空焼
鈍を行いながら少しづつ拡げなければならないものであ
った。
)により拡管して製品化する。然し一度に必要の形状に
拡管することが出来ないため、その途中において真空焼
鈍を行いながら少しづつ拡げなければならないものであ
った。
このようにNb膜を溶接により形成するためその溶接部
に段差を生じ易くこれによって高周波特性及び超電導特
性の劣化を生じる。又熱伝導性に劣るNbを使用すると
共に、膜厚が数ll11と厚いために該膜に欠陥、異物
等があると高周波欠損発生熱が逃げにくくなり、これに
よって超電導特性が低下する。又Nbに焼鈍、溶接等を
行うと高温に加熱されるために酸化し易くなり、これを
防止するために真空焼鈍、電子ビーム溶接を必要とする
。従って高価なものとなる。更にNbの加工中に表面か
らFe、塵埃等の不純物が入り超電導状態を破壊する危
険性があるため、フッ酸と硫酸との混酸で電解研磨を行
う必要があり、この電解研磨は危険性を伴うと共に工程
の複雑な点から生産性の低下を生ずる。
に段差を生じ易くこれによって高周波特性及び超電導特
性の劣化を生じる。又熱伝導性に劣るNbを使用すると
共に、膜厚が数ll11と厚いために該膜に欠陥、異物
等があると高周波欠損発生熱が逃げにくくなり、これに
よって超電導特性が低下する。又Nbに焼鈍、溶接等を
行うと高温に加熱されるために酸化し易くなり、これを
防止するために真空焼鈍、電子ビーム溶接を必要とする
。従って高価なものとなる。更にNbの加工中に表面か
らFe、塵埃等の不純物が入り超電導状態を破壊する危
険性があるため、フッ酸と硫酸との混酸で電解研磨を行
う必要があり、この電解研磨は危険性を伴うと共に工程
の複雑な点から生産性の低下を生ずる。
又木発明者等は先にこれの改良として、断面十字型状を
有するAn又はAJI合金からなる、中空体を芯金とし
、その外側寸法を所望の超電導キャビティの内側寸法と
同一に成型し、その外周面にNbの薄膜を密着せしめた
後、その外側にCuの薄膜を介してCuの被覆層を設け
てキャビティの形状とした後上記Al又はA1合金の芯
金を溶解せしめて超電導キャビティを製造する方法(特
願昭59−116691号)及び所望形状を有するAM
又はAM合金パイプを芯金としその外周面にNbの薄膜
を形成せしめた後、その外側にCuの薄膜を介してCu
被覆層を設け、該芯金を拡管加工した後、前記芯金を溶
解除去して超電導キャビティを製造する方法(特願昭5
9−116692号)を提案した。
有するAn又はAJI合金からなる、中空体を芯金とし
、その外側寸法を所望の超電導キャビティの内側寸法と
同一に成型し、その外周面にNbの薄膜を密着せしめた
後、その外側にCuの薄膜を介してCuの被覆層を設け
てキャビティの形状とした後上記Al又はA1合金の芯
金を溶解せしめて超電導キャビティを製造する方法(特
願昭59−116691号)及び所望形状を有するAM
又はAM合金パイプを芯金としその外周面にNbの薄膜
を形成せしめた後、その外側にCuの薄膜を介してCu
被覆層を設け、該芯金を拡管加工した後、前記芯金を溶
解除去して超電導キャビティを製造する方法(特願昭5
9−116692号)を提案した。
面してこの製造方法において芯金としてAn又はA11
合金(以下A!;Lという)を使用する理由はAMは芯
金の加工に際し、適度に強度を有し加工性が良好である
ため形状の安定性と良好な平滑性が得られることと、後
工程のAM芯金の溶解除去において溶出速度を大きくと
れ経済的であることによる。しかしその反面AIの芯金
の外周面に直接Nb薄膜を設けているため、前記の如<
Anを塩酸等で溶解する工程においてAKLとの反応時
に発生する水素によってその外周面のNbが脆化され、
Allを溶解除去したとしても、Nbの超電導特性を著
しく阻害するものであった。
合金(以下A!;Lという)を使用する理由はAMは芯
金の加工に際し、適度に強度を有し加工性が良好である
ため形状の安定性と良好な平滑性が得られることと、後
工程のAM芯金の溶解除去において溶出速度を大きくと
れ経済的であることによる。しかしその反面AIの芯金
の外周面に直接Nb薄膜を設けているため、前記の如<
Anを塩酸等で溶解する工程においてAKLとの反応時
に発生する水素によってその外周面のNbが脆化され、
Allを溶解除去したとしても、Nbの超電導特性を著
しく阻害するものであった。
本発明はかかる現状に鑑み鋭意研究を行った結果、清浄
且つ平滑にして共振特性の優れた超電導薄膜を有する超
電導キャビティを安価に製造せんとするものである。
且つ平滑にして共振特性の優れた超電導薄膜を有する超
電導キャビティを安価に製造せんとするものである。
〔問題点を解決するための手段と作用〕本発明方法は、
電気化学列において水素よりイオン化傾向大なる金属か
らなる芯金の外周に水素透過防止金属からなる第1薄膜
層を設けた後、その外周にNb又は超電導性金属間化合
物の第2薄膜層を密着形成せしめた後、更にその外側に
熱伝導性が良く密着性の高い金属からなる第3薄膜層を
設け、その上に安定化金属による強化被覆層を設けて超
電導層キャビティの形状とした後、」二重芯金と第1薄
膜を溶解除去せしめることを特徴とする超電導キャビテ
ィの製造方法である。
電気化学列において水素よりイオン化傾向大なる金属か
らなる芯金の外周に水素透過防止金属からなる第1薄膜
層を設けた後、その外周にNb又は超電導性金属間化合
物の第2薄膜層を密着形成せしめた後、更にその外側に
熱伝導性が良く密着性の高い金属からなる第3薄膜層を
設け、その上に安定化金属による強化被覆層を設けて超
電導層キャビティの形状とした後、」二重芯金と第1薄
膜を溶解除去せしめることを特徴とする超電導キャビテ
ィの製造方法である。
又本発明方法は、超電導キャビティ形状に成型した後そ
の外側にCu等の安定化金属による固定層を介して冷却
用金属パイプを設けるものである。
の外側にCu等の安定化金属による固定層を介して冷却
用金属パイプを設けるものである。
又本発明方法は、安定化金属による強化被覆層として、
電鋳によりCu等の安定化金属による被覆層を設けても
よ〈又Cu又はCu合金のメッキを施したW、C,Si
Cの内側れか1種の複合繊維或いは織布による纏巻層を
介して電鋳によるCuの被覆層を設けてもよい。
電鋳によりCu等の安定化金属による被覆層を設けても
よ〈又Cu又はCu合金のメッキを施したW、C,Si
Cの内側れか1種の複合繊維或いは織布による纏巻層を
介して電鋳によるCuの被覆層を設けてもよい。
又本発明方法は、安定化金属による被覆層の外側にCu
等の安定化金属を介して冷却用パイプを設けたものであ
る。
等の安定化金属を介して冷却用パイプを設けたものであ
る。
本発明方法において、芯金の材料としてAnを使用する
場合にはその純度が99.9%を超えるものが好ましい
。又A1合金としてはMgを0.5〜9.5 wt%、
特に3.5〜f1.Owt%を含有するものが好ましく
、このAJJ−Mg合金は強度並びに加工性に優れてい
るものである。その他A11−Cu系合金、A立−Mn
系合金、A立−Si系合金、A !;L−Z n −M
g系合金も使用することができる。又A11合金間の
不純物としてはFe、St、Mn、Cuを合計で0.1
wt%以下にすることが望ましくAllの地金を純度9
9.9wt%以上のものを使用することにより析出物(
AIL−Fe系の晶出物)の大きさを抑えることが出来
ると共に反転溶解を容易に行いうるものである。なお析
出物の最大径を0.3 #L以下及び加工面の表面を電
解研磨又は化学研磨によりR+*axlp以下とするこ
とは、後工程のPVD薄Hり(ニオブ薄膜)の厚さ分布
を均一にするために必要である。
場合にはその純度が99.9%を超えるものが好ましい
。又A1合金としてはMgを0.5〜9.5 wt%、
特に3.5〜f1.Owt%を含有するものが好ましく
、このAJJ−Mg合金は強度並びに加工性に優れてい
るものである。その他A11−Cu系合金、A立−Mn
系合金、A立−Si系合金、A !;L−Z n −M
g系合金も使用することができる。又A11合金間の
不純物としてはFe、St、Mn、Cuを合計で0.1
wt%以下にすることが望ましくAllの地金を純度9
9.9wt%以上のものを使用することにより析出物(
AIL−Fe系の晶出物)の大きさを抑えることが出来
ると共に反転溶解を容易に行いうるものである。なお析
出物の最大径を0.3 #L以下及び加工面の表面を電
解研磨又は化学研磨によりR+*axlp以下とするこ
とは、後工程のPVD薄Hり(ニオブ薄膜)の厚さ分布
を均一にするために必要である。
更に芯金としてAMの鋳塊を300〜550℃の熱間加
工により加工組織とした後所定の寸法に加工を施して管
状体とするものであるが、この加工組織にする理由は結
晶粒を揃え加工性を向上せしめるためである。又加工後
150〜400℃にて30分以上加熱することが好まし
く、加熱することにより歪を除去し反転溶解時に第2薄
膜層と第3薄膜層の剥離又は第3薄膜層と安定化金属に
よる強化被覆層の剥離を防止し且つ該薄膜の損傷するの
を防止するものである。
工により加工組織とした後所定の寸法に加工を施して管
状体とするものであるが、この加工組織にする理由は結
晶粒を揃え加工性を向上せしめるためである。又加工後
150〜400℃にて30分以上加熱することが好まし
く、加熱することにより歪を除去し反転溶解時に第2薄
膜層と第3薄膜層の剥離又は第3薄膜層と安定化金属に
よる強化被覆層の剥離を防止し且つ該薄膜の損傷するの
を防止するものである。
面して芯金として第2図に示す如き予め断面十字型状(
A)又は(B)、断面十字型状連結体(C)を有するキ
ャビティ型中空体11.11′を使用する場合には、該
芯金の外側寸法を所望の超電導キャビティの内側寸法と
同一に成型するものである。即ちA立管を使用しバルジ
成型加工法又は電気衝撃加工法により鎖管を所定形状に
拡管するものであり、その加工途中において1回以上焼
鈍を行った後所定の外形寸法に成形するものである。
A)又は(B)、断面十字型状連結体(C)を有するキ
ャビティ型中空体11.11′を使用する場合には、該
芯金の外側寸法を所望の超電導キャビティの内側寸法と
同一に成型するものである。即ちA立管を使用しバルジ
成型加工法又は電気衝撃加工法により鎖管を所定形状に
拡管するものであり、その加工途中において1回以上焼
鈍を行った後所定の外形寸法に成形するものである。
又その他の方法としてはAn鍛造品を半割に分割した上
記形状の芯金を溶接した後切削加工及び研磨加工を行っ
て所定の外形寸法に仕上げるものである。更には Al
鍛造品を切削加工若しくは放電加工により、所定の形状
に中ぐりと外削加工を行った後研磨加工を行って所定の
外形寸法に仕」二げるものである。又直管を使用した場
合には強化被覆層を設けた後該管内に液体等を圧入する
ことにより加圧せしめて超電導キャビティ形状の中空体
に成型するものである。
記形状の芯金を溶接した後切削加工及び研磨加工を行っ
て所定の外形寸法に仕上げるものである。更には Al
鍛造品を切削加工若しくは放電加工により、所定の形状
に中ぐりと外削加工を行った後研磨加工を行って所定の
外形寸法に仕」二げるものである。又直管を使用した場
合には強化被覆層を設けた後該管内に液体等を圧入する
ことにより加圧せしめて超電導キャビティ形状の中空体
に成型するものである。
又本発明方法において上記芯金の外周面に特に第1薄膜
層を設ける理由は該薄膜層に外側にNb又は超電導性金
属間化合物の第2薄膜層を設は更に第3薄膜層を設けて
キャビティを形成した後、該A文の芯金を塩耐等の溶液
にて溶解除去する際にAuとの反応により水素が発生し
Nb、Nb3Sn又は超電導性金属間化合物を脆化せし
め、その超電導特性を阻害するため、AI2芯金とNb
又はNb3Snの薄膜との間に第1薄膜層を特に厚さ0
.5 PL以上に設けるものであり、上記の如<Alと
の反応により水素が発生したとしても該薄膜により阻止
しN b 、 N b3’s n又はその他の超電導性
金属間化合物に何等の被害を及ぼすことがない。
層を設ける理由は該薄膜層に外側にNb又は超電導性金
属間化合物の第2薄膜層を設は更に第3薄膜層を設けて
キャビティを形成した後、該A文の芯金を塩耐等の溶液
にて溶解除去する際にAuとの反応により水素が発生し
Nb、Nb3Sn又は超電導性金属間化合物を脆化せし
め、その超電導特性を阻害するため、AI2芯金とNb
又はNb3Snの薄膜との間に第1薄膜層を特に厚さ0
.5 PL以上に設けるものであり、上記の如<Alと
の反応により水素が発生したとしても該薄膜により阻止
しN b 、 N b3’s n又はその他の超電導性
金属間化合物に何等の被害を及ぼすことがない。
なお第1薄膜層の膜厚が0.51を未満の場合には該薄
膜にピンホール或いは膜内欠陥を生じることがあり、溶
解中にA−1との反応により発生した水素がNbに侵入
して脆化を生ぜしめる恐れがある。
膜にピンホール或いは膜内欠陥を生じることがあり、溶
解中にA−1との反応により発生した水素がNbに侵入
して脆化を生ぜしめる恐れがある。
又本発明方法においてNb、Nb3Sn等の超電導性金
属間化合物の薄膜は望ましくなるべく薄くすることがよ
く且つ不純物の混入を忌避するためPVD加工によりN
b又はNb3Snの薄膜の外側に第3薄膜層を設けるも
のである。
属間化合物の薄膜は望ましくなるべく薄くすることがよ
く且つ不純物の混入を忌避するためPVD加工によりN
b又はNb3Snの薄膜の外側に第3薄膜層を設けるも
のである。
なお超電導薄膜として特にNb3Snを使用する理由は
第3図に示す如く超電導特性としての臨昇温度Tcと臨
界磁界Hc2を高くすることが出来るためである。
第3図に示す如く超電導特性としての臨昇温度Tcと臨
界磁界Hc2を高くすることが出来るためである。
その他超電導性金属間化合物としてはNbN、NbC,
NbCN、MoN、TaC,ZrC1Nb5Ai、Nb
5(AJIGe)、Nb3Ga、Nb3Ge、Nb3S
i、VaGa、V3Si、V2(Hf Z r ) 、
Mx 2、TaSe3、Ta52(C2H5N)(、
−2、CsK。
NbCN、MoN、TaC,ZrC1Nb5Ai、Nb
5(AJIGe)、Nb3Ga、Nb3Ge、Nb3S
i、VaGa、V3Si、V2(Hf Z r ) 、
Mx 2、TaSe3、Ta52(C2H5N)(、
−2、CsK。
M、Mo 6X、(M=Pb、Sn、Cu、La)、(
RE ) M o t、 S e、(RE)Rh 4B
4、L 1 +、X 、 T t 2−X O4、
M X W 03、B a P b 1−>(B LX
03等を挙げることができる。
RE ) M o t、 S e、(RE)Rh 4B
4、L 1 +、X 、 T t 2−X O4、
M X W 03、B a P b 1−>(B LX
03等を挙げることができる。
又本発明方法は、Nb又はNb3Sn等の超電導性金属
間化合物の薄膜の外側に電鋳による厚層のCu強化被覆
層を設けるものであるが超電導性金属間化合物の薄膜に
直接厚いCu強化被覆層を密着せしめることが出来ない
ためNi又はNi合金の薄膜層とCu又はCu合金の薄
膜層の2層の薄膜層からなる第3薄膜層を設けた後、C
uの強化被覆層を設けるものである。
間化合物の薄膜の外側に電鋳による厚層のCu強化被覆
層を設けるものであるが超電導性金属間化合物の薄膜に
直接厚いCu強化被覆層を密着せしめることが出来ない
ためNi又はNi合金の薄膜層とCu又はCu合金の薄
膜層の2層の薄膜層からなる第3薄膜層を設けた後、C
uの強化被覆層を設けるものである。
特に第3薄膜層を2重に設ける理由は、超電導性金属間
化合物の薄膜との密着性をよくするためにNi又はNi
合金の薄膜層を設は且っ厚層のCu強化被覆層との密着
性をよくするためにCuの薄膜層を介在せしめるもので
ある。
化合物の薄膜との密着性をよくするためにNi又はNi
合金の薄膜層を設は且っ厚層のCu強化被覆層との密着
性をよくするためにCuの薄膜層を介在せしめるもので
ある。
本発明は第3薄膜層の外側にFRM(FiberRei
nforced Metal)層を設けることが望ま
しく、その理由はCuの熱膨張率を低下せしめるためで
あり、これによってCuの熱膨張係数とNb3Sn等の
超電導性金属間化合物との熱膨張係数をほぼ同一にする
ことができるため疲労破壊を防止することが出来る。
nforced Metal)層を設けることが望ま
しく、その理由はCuの熱膨張率を低下せしめるためで
あり、これによってCuの熱膨張係数とNb3Sn等の
超電導性金属間化合物との熱膨張係数をほぼ同一にする
ことができるため疲労破壊を防止することが出来る。
なおFRM層を設ける方法としては特に限定するもので
はなく前記の薄膜層におけるCu又はCu合金の薄膜層
の外周にCuメッキを施したW、C,SiCの内何れか
1種の複合繊維又は該繊維による織布を所望ピッチで巻
付けて、更に電鋳によりCuの強化被覆層を設けるもの
である。
はなく前記の薄膜層におけるCu又はCu合金の薄膜層
の外周にCuメッキを施したW、C,SiCの内何れか
1種の複合繊維又は該繊維による織布を所望ピッチで巻
付けて、更に電鋳によりCuの強化被覆層を設けるもの
である。
更に本発明方法は最外層として冷却用金属パイブを設け
ることが望ましく、該パイプを設ける理由について説明
すると、通常キャビティを冷却するにおいて従来槽中に
ヘリウム等の冷奴を入れ、この中にキャビティを浸漬し
て冷却せしめているものであるが、これに要する設備費
、管理費及び冷媒費が膨大なものとなる。
ることが望ましく、該パイプを設ける理由について説明
すると、通常キャビティを冷却するにおいて従来槽中に
ヘリウム等の冷奴を入れ、この中にキャビティを浸漬し
て冷却せしめているものであるが、これに要する設備費
、管理費及び冷媒費が膨大なものとなる。
従って本発明方法は」−記の如く冷却用パイプを使用し
、該パイプ中に冷媒を通すことによって極めて安価にし
かも効率よく超電導キャビティを冷却せしめることが出
来るものである。
、該パイプ中に冷媒を通すことによって極めて安価にし
かも効率よく超電導キャビティを冷却せしめることが出
来るものである。
又冷却用パイプを設ける方法としては電鋳によるCuの
被覆層の外側に該パイプ例えばCu又はCu合金、AM
又はA文合金、Cu又はAnをFRMにしたものを、所
望ピッチにて巻付け、ハンダ等により煮付を行った後、
その外側を電鋳によりCuメッキを施して取付けるもの
である。
被覆層の外側に該パイプ例えばCu又はCu合金、AM
又はA文合金、Cu又はAnをFRMにしたものを、所
望ピッチにて巻付け、ハンダ等により煮付を行った後、
その外側を電鋳によりCuメッキを施して取付けるもの
である。
又パイプの断面については特に限定するものではないが
外形が四角形、六角形にすることにより巻イ1け工程を
安定化することができる。
外形が四角形、六角形にすることにより巻イ1け工程を
安定化することができる。
本発明方法において最終工程としてA文芯金を溶解し次
いで第1薄膜層を溶解除去するものであるが、このAn
の溶解液としてはCu及びNb又はNb3Sn等の超電
導性金属間化合物に対して腐食性が小さく且つ脆化せし
めないものが必要であり、燐酸、塩酸、硫酸、特に塩酸
を使用するものである。
いで第1薄膜層を溶解除去するものであるが、このAn
の溶解液としてはCu及びNb又はNb3Sn等の超電
導性金属間化合物に対して腐食性が小さく且つ脆化せし
めないものが必要であり、燐酸、塩酸、硫酸、特に塩酸
を使用するものである。
更にこの溶解時においてAJIから発生する水素による
Nb又はNb3Sn等の超電導性金属間化合物の脆化防
止層としての第1薄膜層を溶解するための溶解液として
は、Nb又はNb3Sn等の超電導性金属間化合物に対
して腐食性が小さく且つ脆化せしめることなく、迅速に
溶解せしめてNb又はNb3Sn膜の表面にムラを生ぜ
しめない鏡面を形成せしめることが必要であり、そのた
めの液として硝酸、硫酸、塩酸、酒石酸、乳酸、酢酸、
石炭酸、過酸化水素等が使用され、特に硝酸が望ましい
。
Nb又はNb3Sn等の超電導性金属間化合物の脆化防
止層としての第1薄膜層を溶解するための溶解液として
は、Nb又はNb3Sn等の超電導性金属間化合物に対
して腐食性が小さく且つ脆化せしめることなく、迅速に
溶解せしめてNb又はNb3Sn膜の表面にムラを生ぜ
しめない鏡面を形成せしめることが必要であり、そのた
めの液として硝酸、硫酸、塩酸、酒石酸、乳酸、酢酸、
石炭酸、過酸化水素等が使用され、特に硝酸が望ましい
。
なお超電導薄膜の表面に形成される酸化膜及び汚れを除
去するために電解研磨もしくは化学研磨処理を行う必要
がある。
去するために電解研磨もしくは化学研磨処理を行う必要
がある。
なお本発明方法においてCu合金としては導電率80%
以上のものであり、例えばCu−Cd、Cu−Cr、C
u−Zr、Cu−Niをいうものであり、又Ni合金と
しては例えばコンスタンタン(Cu−45%Ni)、−
+=ネル(Cu−60〜70%Ni)、ニクロム(60
%Ni−16%Cr−24%Fe)及びインコネル(7
6%Ni−16%Cr−8%Fe)をいう。
以上のものであり、例えばCu−Cd、Cu−Cr、C
u−Zr、Cu−Niをいうものであり、又Ni合金と
しては例えばコンスタンタン(Cu−45%Ni)、−
+=ネル(Cu−60〜70%Ni)、ニクロム(60
%Ni−16%Cr−24%Fe)及びインコネル(7
6%Ni−16%Cr−8%Fe)をいう。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例1
第4図(A)〜(E)により説明する。
即ち(A)に示す如く製造せんとする超電導キャビティ
の内側寸法と同一の外側寸法からなるMg4.5wt%
のA 41− M g合金の芯金11の外周面に3ル厚
のNiをコーティングして第1薄膜層12を設けその外
側に101L厚のNbの第2薄膜層13をイオンブレー
ティング加工により密着せしめその外側に5j1.厚の
Niをイオンブレーティングにより第3薄膜層14を被
着せしめた後、電気メッキ法により2mm厚のCu被覆
層15を密着せしめた。
の内側寸法と同一の外側寸法からなるMg4.5wt%
のA 41− M g合金の芯金11の外周面に3ル厚
のNiをコーティングして第1薄膜層12を設けその外
側に101L厚のNbの第2薄膜層13をイオンブレー
ティング加工により密着せしめその外側に5j1.厚の
Niをイオンブレーティングにより第3薄膜層14を被
着せしめた後、電気メッキ法により2mm厚のCu被覆
層15を密着せしめた。
然る後Cu被覆層15の表面を研磨して平滑面とした後
上記An合金の芯金を塩酸にて溶解除去し、次いで硝酸
にてNiの第1薄膜層を溶解除去して本発明超電導キャ
ビティ16をえた。
上記An合金の芯金を塩酸にて溶解除去し、次いで硝酸
にてNiの第1薄膜層を溶解除去して本発明超電導キャ
ビティ16をえた。
実施例2
第5図の(A)乃至(H)により説明する。
即ち第5図(A)に示す如く表面粗度0.3JLを有し
、外径100mm、長さ600■、肉厚3mmの4.5
wt%Mg−A1合金管17を回転せしめながらイオン
ブレーティングにより、その外周面に3牌厚のCuをコ
ーティングして第1薄膜層18を設けた後、その外側に
10ル厚のNb薄膜の第2薄膜層19をイオンブレーテ
ィングにより密着せしめ、その外側にイオンブレーティ
ングによる5に厚のCuコーティングした第3薄膜層2
0を被着せしめて、(B)〜(D)の工程を行う。次い
で電気メツキ法によって(E)に示す如く2mm厚以上
のCu強化被覆層21を被着する。
、外径100mm、長さ600■、肉厚3mmの4.5
wt%Mg−A1合金管17を回転せしめながらイオン
ブレーティングにより、その外周面に3牌厚のCuをコ
ーティングして第1薄膜層18を設けた後、その外側に
10ル厚のNb薄膜の第2薄膜層19をイオンブレーテ
ィングにより密着せしめ、その外側にイオンブレーティ
ングによる5に厚のCuコーティングした第3薄膜層2
0を被着せしめて、(B)〜(D)の工程を行う。次い
で電気メツキ法によって(E)に示す如く2mm厚以上
のCu強化被覆層21を被着する。
然る後、Cu被覆層21の表面を研磨して(F)に示す
如く平滑面になした後、上記A1合金のノ々イブの内側
から水を圧入してバルジ加工により拡管を行って(G)
に示す如き断面十字型状を有する中空体22をうるちの
である。
如く平滑面になした後、上記A1合金のノ々イブの内側
から水を圧入してバルジ加工により拡管を行って(G)
に示す如き断面十字型状を有する中空体22をうるちの
である。
なお、上記バルジ加工を行う場合に、焼鈍工程を加えて
徐々に拡管率を上昇せしめ所定の形状にするものである
。この拡管工程はNbがAn芯金とCu被覆層との間に
サンドウィッチ状にはさみ込んで密着されているため拡
管率2.7倍以上の如き大きな変形加工を行ったとして
もその熱処理によってNbが脆化するようなことは全く
ない。次いで最終工程として内面のAn芯金17を塩酸
にて溶解せしめ、次いで硝酸にて第1薄膜層18を溶解
して本発明超電導キャビティ23を得た。
徐々に拡管率を上昇せしめ所定の形状にするものである
。この拡管工程はNbがAn芯金とCu被覆層との間に
サンドウィッチ状にはさみ込んで密着されているため拡
管率2.7倍以上の如き大きな変形加工を行ったとして
もその熱処理によってNbが脆化するようなことは全く
ない。次いで最終工程として内面のAn芯金17を塩酸
にて溶解せしめ、次いで硝酸にて第1薄膜層18を溶解
して本発明超電導キャビティ23を得た。
比較例1.2
本発明方法を比較するために第1図に示す如くキャビテ
ィ部品を電子ビーム溶接法にて接合して超電導キャビテ
ィ(比較例1)を得た。又前記特願昭59−11669
1号の方法にて超電導キャビティを(比較例2)を得た
。
ィ部品を電子ビーム溶接法にて接合して超電導キャビテ
ィ(比較例1)を得た。又前記特願昭59−11669
1号の方法にて超電導キャビティを(比較例2)を得た
。
斯くして得た本発明方法(実施例1)による超電導キャ
ビティ及び比較例方法による超電導キャビティについて
性能を試みるためにQ値及び加速電界を測定した。その
結果は第1表に示す通りである。
ビティ及び比較例方法による超電導キャビティについて
性能を試みるためにQ値及び加速電界を測定した。その
結果は第1表に示す通りである。
なおQ値とは、G(形状係数)/R(抵抗)により表わ
されるものである。
されるものである。
第1表から明らかな如く本発明方法により得た超電導キ
ャビティは優れた超電導性能を有することが認められた
。
ャビティは優れた超電導性能を有することが認められた
。
第1表
実施例3
第6図により説明する。(A)に示す如く製造せんとす
る超電導キャビティの内側寸法と同一の外側寸法からな
るMg 4.5wt%を含有するAl−Mg合金の芯
金17の外周面に(B)に示す如く3に厚のNiをコー
ティングして第1薄膜層18を設け、その外側に101
L厚のNb3Sn薄膜の第2薄膜層19をスパッタリン
グ加工により密着せしめ、その外側に51L厚のNiを
スパッタコーティング20′し且つCuをスパッタコー
ティング20 ” L、て第3薄膜層20を被着せしめ
た後、その外側にCuメッキを施した直径7ILのカー
ボン繊維からなるクロス24を全体に巻付け、ノ\ンダ
にて点付けを行った後、その外側に電気メツキ法により
2履腸厚のCu強化被覆層を密着せしめてFRM層25
をえた。
る超電導キャビティの内側寸法と同一の外側寸法からな
るMg 4.5wt%を含有するAl−Mg合金の芯
金17の外周面に(B)に示す如く3に厚のNiをコー
ティングして第1薄膜層18を設け、その外側に101
L厚のNb3Sn薄膜の第2薄膜層19をスパッタリン
グ加工により密着せしめ、その外側に51L厚のNiを
スパッタコーティング20′し且つCuをスパッタコー
ティング20 ” L、て第3薄膜層20を被着せしめ
た後、その外側にCuメッキを施した直径7ILのカー
ボン繊維からなるクロス24を全体に巻付け、ノ\ンダ
にて点付けを行った後、その外側に電気メツキ法により
2履腸厚のCu強化被覆層を密着せしめてFRM層25
をえた。
然るvkcu強化被覆層21の表面を研磨して平滑面と
した後、上記A1合金の芯金17を塩酸にて溶解除去し
、次いで硝酸にて第1薄膜層18を溶解除去して第6図
(C)に示す如き本発明超電導キャビティ23をえた。
した後、上記A1合金の芯金17を塩酸にて溶解除去し
、次いで硝酸にて第1薄膜層18を溶解除去して第6図
(C)に示す如き本発明超電導キャビティ23をえた。
斯くして得た本発明超電導キャビティの性能を試みるた
めに、次の如き実験を行った。
めに、次の如き実験を行った。
即ち本発明において使用する上記のFRM層と従来のC
u及びNb3Snとについてその熱膨張係数、熱伝導率
及び引張強度を決々測定した。その結果は第2表に示す
通りである。
u及びNb3Snとについてその熱膨張係数、熱伝導率
及び引張強度を決々測定した。その結果は第2表に示す
通りである。
なお表中において繊維体積率とはカーボンの芯材と銅メ
ッキの銅との比率をいうものである。
ッキの銅との比率をいうものである。
第 2 表
隊
目
実施例4
実施例3においてFRM層として直径13ILのW細線
を全周に巻きつけ、その外側にCuの電鋳を行って 1
.2mm厚のW FRM層を得た。又Nb3Snの薄
膜層の代りにNb3Geの薄膜層を設けた。その他はす
べて実施例3と同様にして本発明超電導キャビティを得
た。
を全周に巻きつけ、その外側にCuの電鋳を行って 1
.2mm厚のW FRM層を得た。又Nb3Snの薄
膜層の代りにNb3Geの薄膜層を設けた。その他はす
べて実施例3と同様にして本発明超電導キャビティを得
た。
斯くして得た本発明超電導キャビティの性能を試みるた
めに次の如き実験を行った。
めに次の如き実験を行った。
即ち本発明において使用した上記のFRM層と従来のC
u及びNb3Geとについてその熱膨張係数、熱伝導率
及び引張強度を夫々測定した。その結果は第3表に示す
通りである。
u及びNb3Geとについてその熱膨張係数、熱伝導率
及び引張強度を夫々測定した。その結果は第3表に示す
通りである。
第 3 表
実施例5
実施例3においてNb3Snの薄膜層の代りにV3Ga
の薄膜層を設は且つFRM層として直径6pのSiC繊
維からなるクロスを使用した以外はすべて実施例3と同
様にして本発明超電導キャビティを得た。
の薄膜層を設は且つFRM層として直径6pのSiC繊
維からなるクロスを使用した以外はすべて実施例3と同
様にして本発明超電導キャビティを得た。
斯くして得た本発明超電導キャビティの性能を試みるた
めに次の如き実験を行った。
めに次の如き実験を行った。
即ち本発明において使用した上記のFRM層と従来のC
u及びV3Gaとについてその熱膨張係数、熱伝導率及
び引張強度を夫々測定した。その結果は第4表に示す通
りである。
u及びV3Gaとについてその熱膨張係数、熱伝導率及
び引張強度を夫々測定した。その結果は第4表に示す通
りである。
第4表
第2表乃至第4表から明らかな如く本発明の如<FRM
層を設けた場合には熱膨張係数が極めて低下するため室
温と絶対O℃との間にてヒートサイクルを繰り返して行
うも界面での欠損は認められなかった。しかしCuは熱
膨張係数が極めて大きいためNb3Sn等の超電導金属
間化合物の上に直接電鋳によるCuの被覆層を設けた場
合には」二重の如きヒートサイクルを行うと界面に欠損
を生ずるものであった。
層を設けた場合には熱膨張係数が極めて低下するため室
温と絶対O℃との間にてヒートサイクルを繰り返して行
うも界面での欠損は認められなかった。しかしCuは熱
膨張係数が極めて大きいためNb3Sn等の超電導金属
間化合物の上に直接電鋳によるCuの被覆層を設けた場
合には」二重の如きヒートサイクルを行うと界面に欠損
を生ずるものであった。
又FRM層を設けることにより強度が増大しCuの厚さ
を低減することが出来るため周辺設備の簡略化が可能に
なるものであった。
を低減することが出来るため周辺設備の簡略化が可能に
なるものであった。
実施例6
第7図に示す如〈実施例3におけるFRM層25の外側
に径15+amの冷却用銅パイプ26を所望のピッチに
て巻付けつつハンダにて点接を行って該パイプを固定せ
しめ、その外周に電鋳によるCuメッキを施した後、実
施例3と同様にAjl芯金及び第1薄膜層を溶解除去し
更に該パイプ中にヘリウムを通して本発明超電導キャビ
ティを得た。
に径15+amの冷却用銅パイプ26を所望のピッチに
て巻付けつつハンダにて点接を行って該パイプを固定せ
しめ、その外周に電鋳によるCuメッキを施した後、実
施例3と同様にAjl芯金及び第1薄膜層を溶解除去し
更に該パイプ中にヘリウムを通して本発明超電導キャビ
ティを得た。
本発明によれば次の如き効果を有する。
(1)高価な超電導材料を薄膜として使用することが出
来るため、キャビティを安価に製造することができる。
来るため、キャビティを安価に製造することができる。
(2)外面より超電導材料をPVD法により加工しうる
ため超電導部品の良否を容易に判定しうると共に平滑で
清浄な欠陥微小な鏡面膜が得られるために高周波欠損の
軽微な超電導特性に優れた超電導薄膜を設けることがで
きる。
ため超電導部品の良否を容易に判定しうると共に平滑で
清浄な欠陥微小な鏡面膜が得られるために高周波欠損の
軽微な超電導特性に優れた超電導薄膜を設けることがで
きる。
(3)反転溶解法により超電導薄膜を形成するため、超
電導材料の薄膜化並びに脆弱な超電導材料でも容易に超
電導膜を形成することが出来る。
電導材料の薄膜化並びに脆弱な超電導材料でも容易に超
電導膜を形成することが出来る。
(4)又超電導材料としてNb3Sn等の超電導性金属
間化合物を使用したとしても、安定化層のCuとNb3
Sn層との間に熱膨張率の差を生ぜしめることがないた
めヒートサイクルを繰返すも何等超電導特性に支障を生
ぜしめることなく長期に亘り安定して作動せしめると共
に冷却に際し特殊な設備並びに管理を必要とすることな
く安価にキャビティを製造することができる。
間化合物を使用したとしても、安定化層のCuとNb3
Sn層との間に熱膨張率の差を生ぜしめることがないた
めヒートサイクルを繰返すも何等超電導特性に支障を生
ぜしめることなく長期に亘り安定して作動せしめると共
に冷却に際し特殊な設備並びに管理を必要とすることな
く安価にキャビティを製造することができる。
(5)超電導薄膜の外周に電気メツキ法により高純度の
Cu被覆層を設けているため良好な熱伝導性を有するた
めに空洞の発熱に対して急速に冷却することが出来る。
Cu被覆層を設けているため良好な熱伝導性を有するた
めに空洞の発熱に対して急速に冷却することが出来る。
(Et)Cu被覆層の外周にCuパイプを巻付けてパイ
プクーリングをすることにより、従来先行技術では冷却
におけるクライオスタット等の特殊な設備並びに運転管
理の費用が膨大であったものをかなり低減することが出
来る。
プクーリングをすることにより、従来先行技術では冷却
におけるクライオスタット等の特殊な設備並びに運転管
理の費用が膨大であったものをかなり低減することが出
来る。
第1図は従来の超電導キャビティの斜視図、第2図は芯
金の断面図であり、(A)及び(B)は断面十字型状断
面図、(C)は断面十字型状連結体断面図、第3図は臨
界温度Tcと臨界磁界Hclとの関係図、第4図乃至第
6図は本発明方法による超電導キャビティの製造方法の
1例を示す工程図、第7図は本発明方法において強化被
覆層の外周に冷却用パイプを設けた状態の説明図である
。 1・・・超電導キャビティ、2.2′・・・キャビティ
用部品、11.11’・・・芯金、12・・・第1薄膜
層、13・・・第2薄膜層、14・・・第3薄膜層、1
5・・・Cu被覆層、16・・・超電導キャビティ、1
7・・・芯金、18・・・第1薄膜層、19・・・第2
薄膜層、20・・・第3被覆層、21・・・強化被覆層
、22・・・十字型中空体、23・・・超電導キャビテ
ィ、24・・・複合クロス、25・・・FRM層、26
・・・冷却用銅パイプ。 出願人代理人 弁理士 鈴江 武彦 FIG、3 臨 岑壜膚(に) FIG、4A FIG、48F I G、
4E Φ Φ Φ Φ L L L Lto
t、。 Φ
金の断面図であり、(A)及び(B)は断面十字型状断
面図、(C)は断面十字型状連結体断面図、第3図は臨
界温度Tcと臨界磁界Hclとの関係図、第4図乃至第
6図は本発明方法による超電導キャビティの製造方法の
1例を示す工程図、第7図は本発明方法において強化被
覆層の外周に冷却用パイプを設けた状態の説明図である
。 1・・・超電導キャビティ、2.2′・・・キャビティ
用部品、11.11’・・・芯金、12・・・第1薄膜
層、13・・・第2薄膜層、14・・・第3薄膜層、1
5・・・Cu被覆層、16・・・超電導キャビティ、1
7・・・芯金、18・・・第1薄膜層、19・・・第2
薄膜層、20・・・第3被覆層、21・・・強化被覆層
、22・・・十字型中空体、23・・・超電導キャビテ
ィ、24・・・複合クロス、25・・・FRM層、26
・・・冷却用銅パイプ。 出願人代理人 弁理士 鈴江 武彦 FIG、3 臨 岑壜膚(に) FIG、4A FIG、48F I G、
4E Φ Φ Φ Φ L L L Lto
t、。 Φ
Claims (13)
- (1)電気化学列において水素よりイオン化傾向大なる
金属からなる芯金の外周に水素透過防止金属からなる第
1薄膜層を設けた後、その外周にNb又は超電導性金属
間化合物の第2薄膜層を密着形成せしめた後、更にその
外側に熱伝導性が良く密着性の高い金属からなる第3薄
膜層を設け、その上に安定化金属による強化被覆層を設
けて超電導キャビティの形状とした後、上記芯金と第1
薄膜層を溶解除去せしめることを特徴とする超電導キャ
ビティの製造方法。 - (2)上記芯金において、Mg、Al、Zn、Fe^I
I、Cd、Co、Ni、Sn、Pb、Fe^III、の内少
なくとも1種を使用することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の超電導キャビティの製造方法。 - (3)上記第1薄膜層において、Cu、Ni、Fe、P
b、Ag、Cr、Mo、W、Zn、Cdの内少なくとも
1種を使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の超電導キャビティの製造方法。 - (4)第1薄膜層の厚さとして0.5μmを超えること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導キャビ
ティの製造方法。 - (5)上記芯金において、外側寸法を所望の超電導キャ
ビティの内側寸法と同一に成型したことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の超電導キャビティの製造方法
。 - (6)上記芯金において、直管において第3薄膜層の上
に安定化金属による強化被覆層を設けた後、該芯金内を
加圧して拡管せしめて超電導キャビティ形状の中空体に
成型することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
超電導キャビティの製造方法。 - (7)上記第3薄膜層として、Cu、Ni、Au、Ag
、W、Mo、Pt、Mgの内少なくとも1種を使用する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導キ
ャビティの製造方法。 - (8)第2薄膜層並びに第3薄膜層をPVD(物理蒸着
)の方法により形成することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の超電導キャビティの製造方法。 - (9)強化被覆層として、Cu又はAlを用いることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導キャビテ
ィの製造方法。 - (10)強化被覆層として、Cu又はCu合金のメッキ
を施したW、C、SiCの内何れか1種の複合繊維或い
は織布による纒巻層を介して電鋳によるCuの強化被覆
層(FRM層)を設けたことを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の超電導キャビティの製造方法。 - (11)超電導キャビティの中空体の外側にCu等の安
定化金属固着層を介して冷却用金属パイプを設けたこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導キャビ
ティの製造方法。 - (12)上記FRM被覆層の外側にCu等の安定化金属
固着層を介して冷却用金属パイプを設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の超電導キャビティの製
造方法。 - (13)芯金と第1薄膜層の溶解液として、燐酸、塩酸
、硫酸、硝酸、酒石酸、乳酸、酢酸、石炭酸、過酸化水
素の内少なくとも1種を使用することを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の超電導キャビティの製造方法。
Applications Claiming Priority (12)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18679885 | 1985-08-26 | ||
JP60-186798 | 1985-08-26 | ||
JP21672685 | 1985-09-30 | ||
JP60-216726 | 1985-09-30 | ||
JP22947485 | 1985-10-15 | ||
JP60-229473 | 1985-10-15 | ||
JP22947185 | 1985-10-15 | ||
JP60-229472 | 1985-10-15 | ||
JP60-229474 | 1985-10-15 | ||
JP22947385 | 1985-10-15 | ||
JP60-229471 | 1985-10-15 | ||
JP22947285 | 1985-10-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62181508A true JPS62181508A (ja) | 1987-08-08 |
JPH07112122B2 JPH07112122B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=27553590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61198436A Expired - Lifetime JPH07112122B2 (ja) | 1985-08-26 | 1986-08-25 | 超電導キャビティの製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
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EP (1) | EP0217127B1 (ja) |
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DE (1) | DE3679758D1 (ja) |
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JP2016053594A (ja) * | 2012-09-20 | 2016-04-14 | 日本特殊陶業株式会社 | ノッキングセンサ |
JP2021039907A (ja) * | 2019-09-04 | 2021-03-11 | 住友重機械工業株式会社 | キャビティ、及びアース板 |
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JPH0427113A (ja) * | 1990-04-23 | 1992-01-30 | Tadahiro Omi | レジスト処理装置、レジスト処理方法及びレジストパターン |
US5059581A (en) * | 1990-06-28 | 1991-10-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Passivation of high temperature superconductors |
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CN113388872B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-11-15 | 中国科学院近代物理研究所 | 复合结构超导谐振加速腔的制备方法及超导谐振加速腔 |
CN113811065B (zh) * | 2021-09-16 | 2023-07-25 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的双电极直流结构 |
CN113597081B (zh) * | 2021-09-16 | 2023-07-25 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的方法 |
CN114952196B (zh) * | 2022-06-08 | 2024-10-11 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种提高超导腔机械稳定性的方法 |
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JPS60261203A (ja) * | 1984-06-08 | 1985-12-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導キヤビテイの製造方法 |
-
1986
- 1986-08-18 US US06/897,740 patent/US4765055A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-08-25 JP JP61198436A patent/JPH07112122B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-26 EP EP86111791A patent/EP0217127B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-26 DE DE8686111791T patent/DE3679758D1/de not_active Expired - Fee Related
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EP0217127A2 (en) | 1987-04-08 |
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