KR20020019323A - 초전도 선의 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기공명단층촬영장치(MRI)와 같은 초전도 응용 시스템에 사용되는 초전도 선의 접합 방법에 있어서 특히 접합부분의 임계전류 값을 향상시키기 위한 초전도 선의 접합 방법에 관한 것으로서, 초전도 접합부의 임계전류 특성을 향상시킬 목적으로, 접합하고자 하는 2 가닥의 초전도 선(20,30)의 니오븀티타늄(NbTi) 필라멘트(21,31)에 더하여 별도의 초전도 선(40)의 니오븀티타늄 필라멘트(41)를 추가하여 슬리브(10)의 구멍(13)내에 삽입하여 프레스 작업을 한 다음, 삽입되지 않은 상기 별도의 초전도 선(40)의 필라멘트(41) 부분을 잘라내는 접합 방법을 도입함으로써, 상기 슬리브(10)내의 상기 초전도 필라멘트(21,31)의 점적율을 높이고 상기 별도의 필라멘트(41)를 통한 전류 통로(path)를 증가시켜줌으로써 기존의 초전도 접합 방법보다 높은 임계전류 값을 갖도록 하는 효과가 있다.

Description

초전도 선의 접합 방법{Supercondicting Joint Method}

본 발명은 자기공명단층촬영장치(MRI)와 같은 초전도 응용 시스템에 사용되는 초전도 선의 접합 방법에 관한 것으로서, 특히 접합부분의 임계전류 값을 향상시키기 위한 초전도 선의 접합 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자기공명단층촬영장치와 같은 초전도 응용 시스템은 영구전류 모드의 운전이 가능하다는 특징이 있다. 즉, 초전도 선의 저항이 없으므로 초전도 코일에 흐르는 전류가 감소하지 않으면서 영구히 유지할 수 있다. 영구전류모드로 운전하기 위해서는 마그네트와 영구전류 스위치(PCS)의 초전도 선들의 접합이 필수적이고, 초전도 선처럼 초전도 접합부에서도 임계전류 값을 가지는데, 이 값을 향상시켜야 더욱 신뢰성 있는 시스템의 제작이 가능하게 된다.

통상적인 접합방법으로는 납땜, 버트 접합(butt weld), 콜드 접합(col weld) 등이 있으나, 이와 같은 방법으로 초전도 접합을 할 경우 초전도체 사이에 구리(Cu) 또는 땜납이 존재하게 되어 저항이 10^-8∼ 10^-9Ω으로 영구전류 모드 시스템에서 요구되는 10^-13Ω 수준을 만족시키지 못한다.

따라서, 구리로 둘러싸인 니오븀티타늄(NbTi) 슬리브(Sleeve)를 사용한 초전도 접합법이 제안된 바 있으며, 그 방법에서는 초전도 필라멘트와 초전도 슬리브가직접 접촉하고 있으므로 저항이 10^-13Ω 이하로서 영구 전류 모드에서의 운전이 가능한 조건이 된다. 초전도 접합부에서는 초전도 선과 마찬가지로 임계전류 특성을 가지는데, 임의의 한계 값까지만 초전도 상태를 유지하면서 전류가 흐를 수 있다.

상기 종래의 슬리브를 사용한 초전도 접합 방법은 접합하고자 하는 초전도 선재의 니오븀티타늄(NbTi) 필라멘트와 슬리브(sleeve)의 니오븀티타늄(NbTi) 부분이 상호 접합되도록 하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 구리(Cu) 외피(11)와 니오븀티타늄 코어(NbTi core)(12)로 구성된 초전도 슬리브(10)의 상기 니오븀티타늄 코어(12) 부분에 구멍(13)을 가공을 한 다음, 초전도 장치의 마그네트를 위한 초전도 선(20)과 영구 전류 스위치(PCS)를 위한 초전도 선(30)을 상기 구멍(13)내에 삽입하여 프레스(press) 가공을 함으로써, 상기 2 가닥의 초전도 선(20,30)의 니오븀티타늄 필라멘트(21,31)와 상기 슬리브(10)의 상기 니오븀티타늄(12) 부분이 접합되도록 함으로써 초전도 접합이 이루어지도록 하고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 슬리브를 사용한 초저도 접합 방법은 접합하고자 하는 초전도 선 2 가닥만을 접합함으로써 전류가 흐르는 통로(path)가 충분하지 못하여 접합하고자 하는 초전도 선의 임계 전류 값에 대하여 접합부에서의 임계전류 값이 20% 정도의 수준밖에 되지 못하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 초전도 접합부분의 임계전류 특성을 향상시키기 위한 초전도 선의 접합 방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 초전도 선의 접합 방법을 설명하기 위한 도면이고,

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 초전도 선의 접합 과정을 설명하기 위한 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 초전도 슬리브 11 ; 구리 외피

12 : 니오븀티타늄 코어 13 : 구멍

20,30,40 : 초전도 선 21,31,41 : 니오븀티타늄 필라멘트

22,32,42 : 절연층 50 : 프레스

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 선의 접합 방법은, 구멍이 형성된 초전도 코어(core)와 그 코어의 외면을 싸고 있는 도전성 외피로 구성된 초전도 슬리브(Sleeve)를 제공하는 제 1 단계; 상기 슬리브 표면의 이물질 및 산화층을 제거하는 제 2 단계; 초전도 선의 접합부 표면에 형성된 절연층을 제거하는 제 3 단계; 상기 초전도 선의 초전도 필라멘트를 지지하고 있되, 상기 절연층이 제거 결과 외부에 노출된 기지금속을 제거하는 제 4 단계; 상기 기지금속이 제거되어 외부에 노출된 상기 초전도 필라멘트를 세척하는 제 5 단계; 상기 초전도 선의 상기 세척된 초전도 필라멘트 부분을 상기 초전도 슬리브의 상기 구멍에 삽입하되, 접합하고자 하는 해당 초전도 선과 함께 하나 이상의 추가 초전도 선을 삽입하는 제 6 단계; 상기 슬리브를 압축하여 상기 초전도선들을 상기 슬리브에 고정하는 제 7 단계; 상기 추가 초전도 선의 상기 삽입된 필라멘트부분을 제외한 나머지 부분을 절단하여 제거하는 제 8 단계를 포함하여 구성되며, 상기 제 5 단계에서, 상기 필요한 해당 초전도 선은 상기 노출된 필라멘트 부분을 포함한 상기 절연층의 선단 부분을 상기 구멍에 삽입하고, 상기 추가 초전도 선은 상기 노출된 필라멘트 부분만 상기 구멍에 삽입하도록 한다.

초전도 접합에서 전류의 흐름은 한 선의 초전도 필라멘트에서 다른 선의 초전도 필라멘트로 직접 전류가 흐를 수도 있으며, 한 선의 필라멘트에서 니오븀티타늄 초전도 슬리브를 통해서 다른 선의 필라멘트로 전류가 흐를 수가 있다. 상기와 같은 본 발명은 접합하고자 하는 선 이외의 다른 선의 필라멘트를 슬리브에 삽입하여 접합함으로써 슬리브 내의 초전도 필라멘트의 점적율을 높일 뿐 아니라 제 3의 필라멘트를 통한 전류 통로(path)를 증가시켜줌으로써 초전도 접합부의 임계전류를 향상시킬 수가 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 선의 접합 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2와 같이, 구리(Cu) 재질의 외피(11)와 니오븀티타늄 재질의 코어(NbTi core)(11)로 구성된 초전도 슬리브(10)를 준비한 다음, 접합하고자 하는 초전도 선(20 또는 30)의 직경의 약 2 배 크기로 상기 코어(11)에 구멍(13)을 낸다. 이때, 상기 구멍(13)이 상기 코어(11)를 벗어나 상기 외피(11)의 내표면이 노출되지 않도록 한다. 다음, 구리와 니오븀티타늄으로 재질로 구성된 상기 초전도 슬리브(10)를 불산 용액을 사용하여 그 표면의 이물질 및 산화층을 제거한다.

이어, 마그네트를 위한 초전도 선(20)과 영구 전류 스위치(PCS)를 위한 초전도 선(30)의 각 표면의 절연층(22,32)을 약 70mm 정도 제거한 다음, 이때 드러나는 기지금속인 구리 또는 구리합금(미도시)을 제거하기 위해 질산 용액을 사용하여 녹여낸다. 상기 기지금속이 제거되고 각 초전도 선(20,30)의 니오븀티타늄 필라멘트(21,31)만 노출된 상태의 초전도 선에서 상기 노출된 니오븀티타늄 필라멘트(21,22)를 세척하기 위해 불산 용액을 사용하여 이물질을 제거한다.

한편, 접합하고자 하는 상기 두 가닥의 초전도 선(20,30)외에 추가하고자 하는 별도의 초전도 선(40)도 상술된 바와 마찬가지로 해당 절연층(42) 및 기지금속(미도시)을 제거한 후 노출된 니오븀티타늄(41)을 세척하여 이물질을 제거하는 과정을 수행한다.

이어, 도 3에 도시된 바와 같이, 접합하고자 하는 상기 2 가닥의 초전도 선(20,30)의 각 필라멘트 부분(21,31)과 상기 추가되는 별도의 초전도 선(40)의 필라멘트 부분(41)을 상기 초전도 슬리브(10)의 상기 구멍(13)에 삽입한다. 이때, 접합하고자 하는 상기 초전도 선들(20,30)은 상기 초전도 슬리브(10)에 완전하게 고정되도록 하기 위해 상기 각 노출된 필라멘트 부분(21,31)을 포함한 상기 각 절연층(22,32)의 선단 부분을 상기 구멍(13)내에 완전히 넣지만 상기 추가되는 별도의 초전도 선(40)은 상기 노출된 필라멘트(41) 부분만 넣는다.

이와 같이 3 개의 상기 초전도 선(20,30,40)의 필라멘트(21,31,41)가 상기 초전도 슬리브(10)의 상기 구멍(13)에 삽입된 상태에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 프레스(50)에 의해 상기 슬리브(10)의 상·하면을 압착하여 납작하게 만들어 상기 구멍(13)을 압축함으로써, 상기 슬리브(10)의 상기 구멍(13)내에 상기 초전도 선들(20,30,40)이 고정되도록 한다.

이어, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 슬리브(10)의 상하면과 상기 제 1 프레스(50) 사이에 凸-형태의 몰드(51)를 매개로 사용하여 프레스 함으로써, 상기 슬리브(10)에 凹-형태의 딤플(dimple)(10a)이 형성되도록 한 후, 마지막으로 상기 슬리브(10)의 프레스를 완료한 다음 상기 추가된 초전도 선(40) 중 상기 구멍(13)내에 삽입된 부분을 제외한 부분을 절단하여 제거함으로써, 모든 초전도 접합 과정을 종료토록한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초전도 선의 접합 방법에 의하면, 접합하고자 하는 초전도 선외의 다른 별도의 초전도 선의 필라멘트를 함께 슬리브에 삽입하여 접합함으로써, 그 슬리브 내의 초전도 필라멘트의 점적율을 높일 뿐 아니라, 제 3의 별도 필라멘트를 통한 전류 통로(path)를 증가시켜줌으로써, 초전도 접합부의 임계전류를 향상시킬 수가 있다. 따라서, 종래의 방법에 의하면 초전도 선의 임계 전류 값에 대하여 접합부에서의 임계전류 값이 20% 정도 수준인 데 비하여, 본 발명에 의하면 약 60%까지 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 구멍이 형성된 초전도 코어(core)와 그 코어의 외면을 싸고 있는 도전성 외피로 구성된 초전도 슬리브(Sleeve)를 제공하는 제 1 단계;

   상기 슬리브 표면의 이물질 및 산화층을 제거하는 제 2 단계;

   초전도 선의 접합부 표면에 형성된 절연층을 제거하는 제 3 단계;

   상기 초전도 선의 초전도 필라멘트를 지지하고 있되, 상기 절연층이 제거 결과 외부에 노출된 기지금속을 제거하는 제 4 단계;

   상기 기지금속이 제거되어 외부에 노출된 상기 초전도 필라멘트를 세척하는 제 5 단계;

   상기 초전도 선의 상기 세척된 초전도 필라멘트 부분을 상기 초전도 슬리브의 상기 구멍에 삽입하되, 접합하고자 하는 해당 초전도 선과 함께 하나 이상의 추가 초전도 선을 삽입하는 제 6 단계;

   상기 슬리브를 압축하여 상기 초전도선들을 상기 슬리브에 고정하는 제 7 단계;

   상기 추가 초전도 선의 상기 삽입된 필라멘트부분을 제외한 나머지 부분을 절단하여 제거하는 제 8 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초전도 선의 접합 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 5 단계에서, 상기 해당 초전도 선은 상기 노출된 필라멘트 부분을 포함한 상기 절연층의 선단 부분을 상기 구멍에 삽입하고, 상기 추가 초전도 선은 상기 노출된 필라멘트 부분만 상기 구멍에 삽입함을 특징으로 하는 초전도 선의 접합 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 추가 초전도 선의 상기 노출된 필라멘트 부분은 상기 해당 초전도 선의 상기 노출된 필라멘트 부분의 길이보다 길게 형성함을 특징으로 하는 초전도 선의 접합 방법.