KR20210093088A - Superconducting Magnetic Property Measurement Device and Evaluation Device for additive materials for superconductor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초전도 소재의 자기적 특성을 측정하는 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 벌크형 또는 박막형 제작 되는 고온 초전도체의 자기적 특성을 액체 질소 온도 범위에서 측정할 수 있는 초전도 자기 특성 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring the magnetic properties of a superconducting material, and more particularly, to a superconducting magnetic property measuring device capable of measuring the magnetic properties of a high-temperature superconductor manufactured in bulk or thin film in a liquid nitrogen temperature range.
초전도체는 물질 고유의 초전도 임계온도(Tc) 이하로 냉각시키면 전기저항이 소멸되고(R=0) 반자성의 마이스너 효과가 관측되는 물질로서, 임계온도가 높을수록 경제적으로 초전도 특성을 활용할 수 있으며, 다양한 재질의 초전도체 소재가 제시되고 있다.A superconductor is a material in which electrical resistance disappears (R=0) and the Meissner effect of diamagnetism is observed when the material is cooled below the intrinsic superconductivity critical temperature (Tc). The higher the critical temperature, the more economically superconducting properties can be utilized. A superconducting material has been proposed.
특히, YBaCuO 초전도체는 고체상태, 액체상태, 기체상태에 의한 제작방법을 적용할 수 있고 있으며, 실험실 수준에서도 Y2O3, BaCO3, CuO의 분말을 이용하여 특수한 장비가 없이도 초전도체의 제작이 가능한 고상 반응법으로 제작될 수 있다.In particular, YBaCuO superconductors can be manufactured using solid, liquid, and gaseous states, and even at the laboratory level, superconductors can be manufactured without special equipment using powders of Y 2 O 3 , BaCO 3 , and CuO. It can be produced by a solid-state reaction method.
그런데, 제작된 초전도체의 특성을 평가하는 데에는 제작에 필요한 장비 보다 훨씬 대형의 장비가 소요된다.However, to evaluate the properties of the fabricated superconductor, much larger equipment is required than the equipment required for production.
비교적 소형의 장비로서, 반도체의 hole효과 및 자성체의 자기 저항 효과를 이용한 자기 회로를 적용할 수는 있으나, 측정 감도는 매우 작은 현실이다. As a relatively small device, a magnetic circuit using the hole effect of a semiconductor and the magnetoresistance effect of a magnetic material can be applied, but the measurement sensitivity is very low.
상술한 상황은 초전도체 소재 개발에 있어 실질적인 장애물이 되었으며, 이러한 경제적인 초전도체 평가 방안의 부재는 연구 분야 뿐만 아니라, 초전도체를 생산하는 공정에서도 생산 제품 평가에 대한 부담이 되었다.The above situation became a practical obstacle in the development of superconductor materials, and the absence of such an economical superconductor evaluation method became a burden on product evaluation not only in the research field but also in the process of producing the superconductor.
본 발명은 고가의 장비활용 없이도 용이하게 초전도체의 자기적 특성을 측정할 수 있는 초전도 자기 특성 측정 장치 및/또는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring superconducting magnetic properties and/or an apparatus for evaluating additives for superconducting materials, which can easily measure the magnetic properties of a superconductor without the use of expensive equipment.
본 발명은 벌크형 또는 박막형 제작 되는 고온 초전도체의 자기적 특성을 액체 질소 온도 범위에서 측정할 수 있는 초전도 측정 방안을 제시하며, 연구 분야에서 직접 활용할 수 있고, 동시에 향후 고온 초전도 시스템이 실용화 되었을 때의 초전도 물성 측정 시스템으로 활용될 수 있는 초전도 자기 특성 측정 장치 및/또는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치를 제공하고자 한다.The present invention proposes a superconductivity measurement method that can measure the magnetic properties of high-temperature superconductors manufactured in bulk or thin film in the liquid nitrogen temperature range, which can be directly utilized in the research field, and at the same time superconductivity when high-temperature superconducting systems are put to practical use in the future. An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring superconducting magnetic properties and/or an apparatus for evaluating additives for superconducting materials that can be used as a physical property measurement system.
본 발명은 일정한 인가 자계에서 전기자기적 특성을 측정하여 초전도로부터 발생하는 자계 의존성을 Josepson 접합의 네트워크를 이용한 모델로 구현한 초전도 자기 특성 측정 장치 및/또는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a superconducting magnetic property measuring device and/or an additive material evaluation device for superconducting materials in which electromagnetic properties generated from superconductivity are measured in a constant applied magnetic field and the magnetic field dependence generated from superconductivity is implemented as a model using a Josepson junction network.
본 발명의 일 측면에 따른 초전도 자기 특성 측정 장치는, 교류 전압이 인가되는 1차 코일; 상기 1차 코일이 발생시키는 주 자계가 내부를 통과하도록 감겨진 2차 코일; 및 상기 1차 코일과 2차 코일 사이에 상기 주 자계가 통과하도록 대상 초전도체가 배치된 상태에서 상기 2차 코일에 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring superconducting magnetic properties, comprising: a primary coil to which an alternating voltage is applied; a secondary coil wound so that the main magnetic field generated by the primary coil passes through the inside; and a voltage measuring device measuring a voltage generated in the secondary coil in a state in which a target superconductor is disposed so that the main magnetic field passes between the primary coil and the secondary coil.
여기서, 상기 대상 초전도체에 추가 자계를 인가하는 자계 발생기를 더 포함할 수 있다.Here, a magnetic field generator for applying an additional magnetic field to the target superconductor may be further included.
여기서, 제2항에 있어서, 상기 자계 발생기는, 상기 1차 코일에 의해 발생되는 주 자계의 방향에 직교하는 방향의 자계를 인가할 수 있다.The magnetic field of claim 2 , wherein the magnetic field generator may apply a magnetic field in a direction orthogonal to a direction of a main magnetic field generated by the primary coil.
여기서, 상기 전압 측정기에서 측정된 전압값이 기준값을 넘지 않으면, 상기 대상 초전도체에 유효하게 제조된 것으로 판정하는 판정부를 더 포함할 수 있다.Here, when the voltage value measured by the voltage measuring device does not exceed the reference value, a determination unit for determining that the target superconductor is effectively manufactured may be further included.
본 발명의 일 측면에 따른 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치는, 교류 전압이 인가되는 1차 코일; 상기 1차 코일이 발생시키는 주 자계가 내부를 통과하도록 감겨진 2차 코일; 상기 1차 코일과 2차 코일 사이에 상기 주 자계가 통과하도록 대상 초전도체 - 평가용 첨가 물질이 적용됨 - 가 배치된 상태에서 상기 2차 코일에 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기; 및 상기 전압 측정기에서 측정된 전압값이 기준값을 넘지 않으면, 상기 첨가 물질이 초전도 소재에 대하여 유효한 자속 핀 고정을 억제하는 것으로 판정하는 판정부를 포함할 수 있다.An additive material evaluation apparatus for a superconducting material according to an aspect of the present invention comprises: a primary coil to which an alternating voltage is applied; a secondary coil wound so that the main magnetic field generated by the primary coil passes through the inside; a voltage measuring device for measuring a voltage generated in the secondary coil in a state in which a target superconductor - an additive material for evaluation is applied - is disposed between the primary coil and the secondary coil so that the main magnetic field passes; And when the voltage value measured by the voltage meter does not exceed the reference value, it may include a determination unit that determines that the additive material suppresses effective magnetic flux pin fixing with respect to the superconducting material.
여기서, 상기 대상 초전도체에 추가 자계를 인가하는 자계 발생기를 더 포함할 수 있다.Here, a magnetic field generator for applying an additional magnetic field to the target superconductor may be further included.
여기서, 상기 자계 발생기는, 상기 1차 코일에 의해 발생되는 주 자계의 방향에 직교하는 방향의 자계를 인가할 수 있다.Here, the magnetic field generator may apply a magnetic field in a direction orthogonal to a direction of a main magnetic field generated by the primary coil.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 초전도 자기 특성 측정 장치 및/또는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치를 실시하면, 고가의 장비활용 없이도 용이하게 초전도체의 자기적 특성을 측정할 수 있는 이점이 있다.If the apparatus for measuring superconducting magnetic properties and/or the apparatus for evaluating additives for superconducting materials according to the spirit of the present invention having the above-described configuration is implemented, there is an advantage in that the magnetic properties of the superconductor can be easily measured without the use of expensive equipment.
본 발명의 초전도 자기 특성 측정 장치 및/또는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치는, Re(Y)Ba2Cu3O7-y초전도체의 입계 접합에 근거하고 있으며, 신 개념의 자기 측정 효과를 도출하고 있으며, 저가의 초전도 자기 측정의 가능성을 기대할 수 있는 이점이 있다.The apparatus for measuring superconducting magnetic properties and/or an apparatus for evaluating additives for superconducting materials of the present invention is based on the grain boundary bonding of Re(Y)Ba 2 Cu 3 O 7-y superconductors, and derives a magnetic measurement effect of a new concept, There is an advantage in that the possibility of low-cost superconducting magnetometry can be expected.
본 발명의 초전도 자기 특성 측정 장치 및/또는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치는, 외부로부터 인가 되는 자기장에 대한 초전도 자기 변환이 크게 나타나므로, 초전도 자석 회로로도 적용 할수 있어, 개발현장이나 산업현장에서 적용 유연성이 우수한 이점이 있다.Since the superconducting magnetic property measuring device and/or the additive material evaluation device for superconducting materials of the present invention shows a large amount of superconducting magnetic conversion with respect to a magnetic field applied from the outside, it can also be applied to a superconducting magnet circuit, in development or industrial sites. There is an advantage of excellent application flexibility.
본 발명의 초전도 자기 특성 측정 장치 및/또는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치는, 초전도 벌크 재료개발, 초전도 자석 및 초전도 소자 제작기술과 병행하여 신개념의 자기 측정 회로로서의 기능할 수 있는 이점이 있다.The superconducting magnetic property measuring device and/or additive material evaluation device for superconducting materials of the present invention can function as a new concept magnetic measuring circuit in parallel with superconducting bulk material development, superconducting magnet and superconducting element manufacturing technology.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 자기 특성 측정 장치의 구조를 도시한 회로도.
도 2는 산업의 개발이나 연구 현장, 즉 R&D 현장에 본 발명의 사상을 적용한 초전도체 개발 시스템을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치의 구조를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram showing the structure of a superconducting magnetic property measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a superconductor development system to which the idea of the present invention is applied to an industrial development or research site, that is, an R&D site.
3 is a circuit diagram showing the structure of an additive material evaluation device for a superconducting material according to another embodiment of the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it can be understood that other components may exist in between. .
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, the terms include or include are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and includes one or more other features or numbers, It may be understood that the existence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 초전도 자기 특성 측정 장치의 구조를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a structure of an apparatus for measuring superconducting magnetic properties according to an aspect of the present invention.
도시한 초전도 자기 특성 측정 장치는, 교류 전압이 인가되는 1차 코일(110); 상기 1차 코일(110)이 발생시키는 주 자계가 내부를 통과하도록 감겨진 2차 코일(120); 및 상기 1차 코일(110)과 2차 코일(120) 사이에 상기 주 자계가 통과하도록 대상 초전도체가 배치된 상태에서 상기 2차 코일(120)에 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기(125)를 포함한다. The illustrated apparatus for measuring superconducting magnetic properties includes a
도시한 초전도 자기 특성 측정 장치는, 상기 전압 측정기(125)에서 측정된 전압값이 기준값을 넘지 않으면, 상기 대상 초전도체가 유효하게 제조된 것으로 판정하는 판정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The illustrated apparatus for measuring superconducting magnetic properties may further include a determination unit (not shown) that determines that the target superconductor is effectively manufactured when the voltage value measured by the
상기 대상 초전도체는 소정의 테스트 배드(140)에 설치될 수 있으며, 상기 테스트 배드(140)에 설치된 대상 초전도체는 본 발명의 사상에 따른 초전도 자기 특성 측정을 위해 액체 질소 온도로 냉각될 수 있다.The target superconductor may be installed in a
상기 대상 초전도체는 바람직하게는 RE(Y)BaCuO 초전도체, 보다 구체적으로 REBa2Cu3O7-y 산화물 형태의 세라믹 초전도일 수 있다.The target superconductor may be a RE(Y)BaCuO superconductor, more specifically, a ceramic superconductor in the form of REBa 2 Cu 3 O 7-y oxide.
여기서, Re는 Y인 YBa2Cu3O7-y 초전도체로 구체화하여 설명한다. 그러나, 상기 REBa2Cu3O7-y 산화물의 RE는 Gd, Y, Nd, Sm 중 어느 하나의 원소일 수 있으며, 이러한 경우에도 본 발명의 사상에 따른 초전도 자기 특성 측정이 가능하다.Here, Re is Y, which will be described in detail as a YBa 2 Cu 3 O 7-y superconductor. However, RE of the REBa 2 Cu 3 O 7-y oxide may be any one of Gd, Y, Nd, and Sm, and even in this case, it is possible to measure superconducting magnetic properties according to the spirit of the present invention.
상기 Re(Y)BaCuO 초전도체는 고체상태, 액체상태, 기체상태에 의한 제작 방법을 적용할 수 있으며, 실험실 수준에서는 Y2O3, BaCO3, CuO의 분말을 이용하여 특수한 장비가 없이도 초전도체의 제작이 가능한 고상 반응법으로 YBa2Cu3O7-y 초전도 벌크체로 제작될 수 있다.The Re(Y)BaCuO superconductor can be manufactured by a solid state, liquid state, or gaseous state, and at the laboratory level, Y 2 O 3 , BaCO 3 , and CuO powder are used to produce a superconductor without special equipment. With this possible solid-state reaction method, YBa 2 Cu 3 O 7-y superconducting bulk material can be fabricated.
예컨대, Y2O3, BaCO3, CuO 각각의 분체를 소정의 몰비로 칭량한 후 분말들을 분산, 혼합하는 공정을 거쳐 펠렛으로 제작하여 950℃에서 10시간 소결한 후, 이러한 초전도 전구체를 다시 분쇄하고, 초전도 특성에 효과적인 첨가물을 혼합하는 공정을 실시하고, CIP로 가압하여 재차 펠렛 형태로 가공하여 1005℃의 소결 온도에서 열처리를 수행하여, 초전도 벌크체를 제작할 수 있다.For example, each powder of Y 2 O 3 , BaCO 3 , and CuO is weighed at a predetermined molar ratio, the powders are dispersed and mixed, and then pellets are produced, sintered at 950° C. for 10 hours, and then these superconducting precursors are pulverized again. And, performing a process of mixing an additive effective for superconducting properties, pressurizing with CIP, processing again into pellet form, and performing heat treatment at a sintering temperature of 1005° C., a superconducting bulk body can be manufactured.
이와 같이 제작된 YBa2Cu3O7-y초전도체는 많은 입자들의 집합체로 구성되어 있으며, 각각의 초전도 입자와 입자 사이에는 극히 얇은 절연층과 초전도 및 상전도 입자들의 접촉으로 구성되어 있다. 이러한 미세한 입계는 초전도체의 약결합(week link)으로 연계되어 결합된다. The YBa 2 Cu 3 O 7-y superconductor produced in this way is composed of an aggregate of many particles, and each superconducting particle is composed of an extremely thin insulating layer and contact between the superconducting and normal conducting particles. These fine grain boundaries are linked by a week link of the superconductor.
초전도체는 외부로부터 인가되는 자기장의 크기에 따라 초전도 전압의 상태가 구별된다. 특히 초전도체에 약한 자기장이 인가될 경우, 초전도 입자 사이를 흐르는 초전도 전류는 Josephson접합을 통한 초전도 약결합(week link)을 저항 zero의 상태에서 흐르게 된다.In superconductors, the state of the superconducting voltage is distinguished according to the magnitude of the magnetic field applied from the outside. In particular, when a weak magnetic field is applied to the superconductor, the superconducting current flowing between the superconducting particles flows through the superconducting weak coupling (week link) through the Josephson junction in a state of zero resistance.
이에 반하여, 초전도체에 인가되는 자기장이 증가하게 되면 초전도 임계 자계 상태에서는 초전도 전류가 week link를 통과할 수 없고 초전도체 입자들에는 전기 저항이 발생하게 된다. On the other hand, if the magnetic field applied to the superconductor increases, the superconducting current cannot pass through the week link in the superconducting critical magnetic field state, and electrical resistance occurs in the superconducting particles.
자기장에 인한 초전도체의 약결합 부분에서 발생하는 초전도 상태 천이 그리고 초전도 내부에서 발생하는 유기전류에 의한 초전도 약 결합의 상태 등, YBa2Cu3O7-y 초전도체에는 많은 Josephson 네트워크로 구성되어 있다. YBa 2 Cu 3 O 7-y superconductor consists of many Josephson networks, such as the superconducting state transition occurring in the weakly coupled portion of the superconductor due to the magnetic field and the superconducting weak coupling due to the induced current occurring inside the superconductor.
상기 1차 코일에서 생성되어 상기 대상 초전도체에 인가되는 자기장은, 상술한 바와 같이 대상 초전도체 내부의 상전도 상태를 나타내는 영역을 증가시킨다. 그에 따라 2차 코일에 교류전압을 유기한다.The magnetic field generated in the primary coil and applied to the target superconductor increases the region representing the normal conduction state inside the target superconductor as described above. Accordingly, an AC voltage is induced in the secondary coil.
상술한 2차 코일에 유기되는 교류전압을 이용하여 상기 판정부는 대상 초전도체의 초전도체 특성을 판정할 수 있다.The determination unit may determine the superconductor characteristics of the target superconductor by using the AC voltage induced in the secondary coil.
예컨대, 상기 판정부는, 상술한 대로 상기 2차 코일에서 발생되는 전압값이 기준값을 넘지 않으면, 상기 대상 초전도체가 초전도체 특성을 가지로록 유효하게 제조된 것으로 판정할 수 있다. 이는 초전도체가 자기장을 유효하게 차단하여 2차 코일의 전압값을 떨어뜨리게 된 것에 기인한다고 볼 수도 있다.For example, if the voltage value generated in the secondary coil does not exceed the reference value as described above, the determination unit may determine that the target superconductor is effectively manufactured to have superconductor characteristics. This may be attributed to the fact that the superconductor effectively blocks the magnetic field, thereby lowering the voltage value of the secondary coil.
예컨대, 도시한 초전도 자기 특성 측정 장치가 초전도 선재 제작 공정 상에 적용된다면, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이의 특정 대상이 배치되는 영역을, 연속적인 초전도 선재의 일부가 통과하면서, 본 발명의 사상에 따른 특성 측정을 수행하도록 구현할 수 있다.For example, if the illustrated superconducting magnetic property measuring apparatus is applied to a superconducting wire manufacturing process, a portion of a continuous superconducting wire passes through a region where a specific object is disposed between the primary coil and the secondary coil, and the present invention It can be implemented to perform characteristic measurement according to the idea of .
이 경우, 상기 판정부는 연속적으로 출력되는 상기 2차 코일의 전압값이 소정의 기준치 이하로 떨어지거나, 편차가 소정 기준치 보다 열등한 경우 불량 제품으로 판정할 수 있다.In this case, the determination unit may determine the defective product when the continuously output voltage value of the secondary coil falls below a predetermined reference value or the deviation is inferior to the predetermined reference value.
상술한 1차 코일(110)과 2차 코일(120) 및 상기 2차 코일(120)에 대한 전압 측정기(125)로 제작된 초전도체의 특성을 pass/fail로 판단할 수 있다. 그러나, 보다 정확한 판정을 위해 도시한 초전도 자기 특성 측정 장치는, 상기 측정 대상 초전도체에 추가 자계를 인가하는 자계 발생기(180)를 더 포함할 수 있다.The characteristics of the superconductor manufactured by the above-described
도면에서는 상기 자계 발생기(180)와 상기 대상 초전도체와의 거리를 조정하는 모터(185) 및 상기 모터의 동작을 제어하는 PC(189)를 함께 나타내었다. 상기 모터(185)의 구비는 상기 자계 발생기(180)의 자계를 부하한 시험을 선택적으로 수행하도록 하기 위함이다.In the drawing, the
바람직하게 상기 자계 발생기(180)는, 상기 1차 코일(110)에 의해 발생되는 주 자계의 방향에 직교하는 방향의 자계를 인가한다. 이는 상기 자계 발생기(180)가 인가하는 자계의 크기가 상기 1차 코일(110)이 생성하는 자계보다 상당히 크므로, 상기 자계 발생기(180)가 인가하는 자계가 상기 2차 코일의 기전력을 야기하는 정도가 가장 낮도록 자계 방향을 설정한 것이다. 또한, 이는 대상 초전도체에 대해서는 상기 1차 코일이 생성하는 자계 방향과 다른 방향의 자계를 가함으로써, 자속의 핀 고정 효과의 감지를 증진시킬 수 있다.Preferably, the
예컨대, 상기 초전도 자기 특성 측정 장치는 상기 1, 2차 측 코일(110, 120)과 부가되는 초전도체에는 10kG의 정 자계를 인가하도록 자계 발생기를 구성할 수 있다. 한편, 상기 전압 측정기(125)는 자계가 인가된 상태에서 2차 코일(120) 측에 발생하는 교류전압을 측정한다.For example, in the apparatus for measuring superconducting magnetic properties, a magnetic field generator may be configured to apply a static magnetic field of 10 kG to the primary and secondary side coils 110 and 120 and the added superconductor. Meanwhile, the
도시한 교류 전원(115)에 의한 교류 전압인가로 인하여, 1차 코일(110)로부터 발생하는 자기장과 외부 자계가 중첩되어 나타나며, 이러한 중첩된 자기장이 초전도체 내부에 존재하는 초전도 weak link로 진입하여 초전도체 내부의 상전도 상태의 영역을 확장시키며, 2차 코일(120) 측의 교류전압을 유기한다.Due to the application of AC voltage by the illustrated
특히, YBa2Cu3O7-y 초전도체에는 211 phase나 첨가물로 인한 핀 고정점이 다수 포함되어 있다. 이러한 핀 고정점의 존재로 인한 YBa2Cu3O7-y초전도체는 초전도체 내부의 상전도 상태를 나타내는 영역이 증가하게 되어 2차 코일(120)에 발생하는 교류전압 역시 증가하게 된다.In particular, the YBa 2 Cu 3 O 7-y superconductor contains a number of pin fixing points due to 211 phases or additives. In the YBa 2 Cu 3 O 7-y superconductor due to the presence of the pin fixing point, the region representing the normal conduction state inside the superconductor increases, and the AC voltage generated in the
자속의 핀 고정효과가 적은 초전도체(예: 제조 공정상 불량 제품)에서는 초전도체 내부의 핀고정점이 적은 만큼 2차 코일(120)에 나타나는 출력전압이 적게 유도된다. In a superconductor (eg, a defective product in a manufacturing process) having a small pin fixing effect of magnetic flux, the output voltage appearing in the
본 현상과 대비하여, 핀 고정점이 다수 존재하는 초전도체(예: 제조 공정상 양품)에서는 초전도체에 유기되는 2차 코일(120)의 출력전압이 크게 나타나게 되므로, 초전도 자기 측정을 간편하게 시도할 수 있다. 따라서, 생산된 초전도 제품의 초전도 자속의 핀 고정효과를 용이하게 고가의 장비의 사용 없이 측정 할 수 있으므로 경제적 효과 및 적용의 유연성이 우수하다.In contrast to the present phenomenon, in a superconductor having a large number of pin fixing points (eg, a defective product in a manufacturing process), the output voltage of the
다시 말해, 본 발명의 사상에 따른 초전도 자기 특성 측정 장치는, YBa2Cu3O7-y 초전도체를 임계온도 이하로 하여 외부로부터의 인가되는 자기장에 대한 교류 전압을 측정할때 유용하다. 많은 약 결합을 포함하는 초전도체는 자기장의 인가로 인하여 초전도 내부의 약 결합상태에 있는 초전도 영역이 normal state로 상 천이되어 저항이 발생하는 상태가 된다. 본 자기 특성 측정 장치의 구성에는 2개의 코일과 교류 전압계만을 사용하는 단순한 회로를 구성하여 초전도체의 자속 핀 고정효과를 측정하는데, 예컨대, 1차 코일(110) 측에 교류 전압을 인가하고 2차 코일(120) 측에는 1.0V의 전압을 유도한다. 본 측정조건에서 자기장 인가에 따른 YBa2Cu3O7-y초전도체를 통과하는 자속효과를 반영한 교류 전압을 측정할 수 있다.In other words, the apparatus for measuring superconducting magnetic properties according to the spirit of the present invention is useful when measuring an alternating voltage with respect to a magnetic field applied from the outside by setting the YBa 2 Cu 3 O 7-y superconductor below the critical temperature. In a superconductor containing many weak bonds, the superconducting region in the weakly coupled state inside the superconductor is phase-transitioned to a normal state due to the application of a magnetic field, resulting in resistance. In the configuration of this magnetic property measuring device, a simple circuit using only two coils and an AC voltmeter is configured to measure the magnetic flux pin fixing effect of the superconductor. For example, an AC voltage is applied to the
자기 측정회로의 사용에는 저 자기장 영역에서 급격한 전압의 변화를 나타내므로 고감도의 자기 검출이 가능하다. 따라서 고가의 초전도 소자 및 회로 제작에 있어서 Josephson 소자와 같은 고도의 난이한 제작기술을 필요로 하지 않는다. 고 저항 소자로서의 자기검출이 가능하며 에너지저장, 초전도 발전기, 초전도 송/배전 등 초전도 전력 기기의 제어용 회로로도 적용이 가능하며, 공학적 응용은 산업현장이나 연구현장에서 광의적으로 사용할 수 있다.The use of a magnetic measuring circuit enables high-sensitivity magnetic detection because it shows a sudden change in voltage in a low magnetic field. Therefore, in the manufacture of expensive superconducting devices and circuits, it does not require a highly complicated manufacturing technology such as a Josephson device. As a high-resistance element, magnetic detection is possible, and it can also be applied as a control circuit for superconducting power devices such as energy storage, superconducting generators, and superconducting transmission/distribution.
도 2는 산업의 개발이나 연구 현장, 즉 R&D 현장에 본 발명의 사상을 적용한 초전도체 개발 시스템을 도시한다.2 shows a superconductor development system in which the idea of the present invention is applied to an industrial development or research site, that is, an R&D site.
도시한 초전도체 개발 시스템은 특히, YBaCuO 초전도체 분야에서 기존에 개발된 초전도 소재의 특성을 향상시키기 위해 부가 원소(또는 화합물)를 첨가하는 경우, 이에 대한 초전도 특성 향상 효과를 알아보기 위한 것이다.In the illustrated superconductor development system, in particular, when an additional element (or compound) is added to improve the properties of a superconducting material previously developed in the field of YBaCuO superconductor, it is intended to investigate the effect of improving superconducting properties.
도시한 초전도체 개발 시스템은, 평가 대상 원소 또는 화합물을 첨가한 초전도 시편을 제작하기 위한 시편 제작 장치(400); 상기 평가 대상 원소 또는 화합물을 첨가한 초전도 시편의 초전도 특성을 측정하는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치(100); 및 상기 평가 대상 원소 또는 화합물에 대한 정보 및 상기 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치(100)가 측정한 결과가 기록되는 평가 DB(200)를 포함할 수 있다.The illustrated superconductor development system includes: a
상기 시편 제작 장치(400)는, 예컨대, Y2O3, BaCO3, CuO 각각의 분체를 소정의 몰비로 칭량한 후 분말들을 분산, 혼합하는 공정을 거쳐 펠렛으로 제작하여 950℃에서 10시간 소결한 후, 이러한 초전도 전구체를 다시 분쇄하고, 초전도 특성에 효과적인 첨가물을 혼합하는 공정을 실시하고, CIP로 가압하여 재차 펠렛 형태로 가공하여 1005℃의 소결 온도에서 열처리를 수행하여, 초전도 벌크체를 제작할 수 있다.The
상기 평가 DB(200)는 각 평가 대상 원소 또는 화합물에 대한 정의, 화학식, 첨가율 등에 대한 정보와, 상기 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치(100)가 평가한 결과 정보가 기록될 수 있다. 예컨대, 1차 코일 및 2차 코일로만 수행한 평가 결과 및 추가 자계를 인가한 시험에서의 평가 결과 등이 함께 저장될 수 있다.The
도 3은 상기 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치(100)의 일 실시예를 도시한다.3 shows an embodiment of the additive
도시한 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치(100)는, 교류 전압이 인가되는 1차 코일(110); 상기 1차 코일이 발생시키는 주 자계가 내부를 통과하도록 감겨진 2차 코일(120); 상기 1차 코일(110)과 2차 코일(120) 사이에 상기 주 자계가 통과하도록 대상 초전도체 - 평가용 첨가 물질이 적용됨 - 가 배치된 상태에서 상기 2차 코일(120)에 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기(125); 및 상기 전압 측정기(125)에서 측정된 전압값이 기준값을 넘지 않으면, 상기 첨가 물질이 초전도 소재에 대하여 유효한 자속 핀 고정을 억제하는 것으로 판정하는 판정부(190)를 포함한다. 반대 관점에서, 상기 전압 측정기(125)에서 측정된 전압값이 기준값을 넘으면, 상기 첨가 물질이 초전도 소재에 대하여 유효한 자속 핀 고정을 유발하는 것으로 판정하는 것으로 볼 수도 있다.The illustrated additive
상기 1차 코일(110)과 2차 코일(120)에 대한 구성들은 도 1에 도시한 경우와 거의 동일하므로 중복 설명을 생략하겠다.The configurations of the
상기 판정부(190)는 상기 평가용 첨가 물질이 적용된 대상 초전도체 시험편에 대하여 본 발명의 사상에 따른 초전도체 자기 특성을 평가하고, 평가 결과를 도 2의 평가 DB(200)에 기록할 수 있다. 이때, 해당 초전도체 시험편에 적용된 시험 파라미터(예: 전압전원(115) 전압/주파수, 시험편 온도 등)를 함께 기록할 수 있다.The
구현에 따라, 상기 판정부(190)는 상기 평가 DB(200)에 기록된 다수의 초전도 소재용 첨가 물질들에 대한 평가 결과를 분석하여, 상기 다수의 초전도 소재용 첨가 물질들에 대한 우열을 판단할 수 있다. 예컨대, 시험시 가장 2차 코일의 검출 전압이 가장 높은 물질을 가장 품질이 우수한 첨가 물질로 판단할 수 있다. 또는, 상기 2차 코일의 검출 전압의 기준을 넘은 물질들 중, 동일한 소재에 대한 복수의 시험들에 대하여 편차가 가장 작은 것을 가장 품질이 우수한 첨가 물질로 판단할 수 있다. According to the implementation, the
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof, so the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. only do The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .
110 : 1차 코일
115 : 교류 전원
120 : 2차 코일
125 : 전압 측정기
180 : 자계 발생기
190 : 판정부110: primary coil
115: AC power
120: secondary coil
125: voltage meter
180: magnetic field generator
190: judging unit
Claims (7)
상기 1차 코일이 발생시키는 주 자계가 내부를 통과하도록 감겨진 2차 코일; 및
상기 1차 코일과 2차 코일 사이에 상기 주 자계가 통과하도록 대상 초전도체가 배치된 상태에서 상기 2차 코일에 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기
를 포함하는 초전도 자기 특성 측정 장치.
a primary coil to which an alternating voltage is applied;
a secondary coil wound so that the main magnetic field generated by the primary coil passes through the inside; and
A voltage measuring device for measuring the voltage generated in the secondary coil in a state in which a target superconductor is disposed so that the main magnetic field passes between the primary coil and the secondary coil
A superconducting magnetic property measuring device comprising a.
상기 대상 초전도체에 추가 자계를 인가하는 자계 발생기
를 더 포함하는 초전도 자기 특성 측정 장치.
According to claim 1,
A magnetic field generator that applies an additional magnetic field to the target superconductor
A superconducting magnetic property measuring device further comprising a.
상기 자계 발생기는, 상기 1차 코일에 의해 발생되는 주 자계의 방향에 직교하는 방향의 자계를 인가하는 초전도 자기 특성 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The magnetic field generator is a superconducting magnetic property measuring device for applying a magnetic field in a direction orthogonal to a direction of a main magnetic field generated by the primary coil.
상기 전압 측정기에서 측정된 전압값이 기준값을 넘지 않으면, 상기 대상 초전도체가 유효하게 제조된 것으로 판정하는 판정부
를 더 포함하는 초전도 자기 특성 측정 장치.
According to claim 1,
If the voltage value measured by the voltage measuring device does not exceed a reference value, a determination unit that determines that the target superconductor has been effectively manufactured
A superconducting magnetic property measuring device further comprising a.
상기 1차 코일이 발생시키는 주 자계가 내부를 통과하도록 감겨진 2차 코일;
상기 1차 코일과 2차 코일 사이에 상기 주 자계가 통과하도록 대상 초전도체 - 평가용 첨가 물질이 적용됨 - 가 배치된 상태에서 상기 2차 코일에 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기; 및
상기 전압 측정기에서 측정된 전압값이 기준값을 넘지 않으면, 상기 첨가 물질이 초전도 소재에 대하여 유효한 자속 핀 고정을 억제하는 것으로 판정하는 판정부
를 포함하는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치.
a primary coil to which an alternating voltage is applied;
a secondary coil wound so that the main magnetic field generated by the primary coil passes through the inside;
a voltage measuring device for measuring a voltage generated in the secondary coil in a state in which a target superconductor - an additive material for evaluation is applied - is disposed between the primary coil and the secondary coil so that the main magnetic field passes; and
If the voltage value measured by the voltage measuring device does not exceed a reference value, a determination unit judging that the additive material suppresses effective magnetic flux pin fixing with respect to the superconducting material
An additive material evaluation device for superconducting materials comprising a.
상기 대상 초전도체에 추가 자계를 인가하는 자계 발생기
를 더 포함하는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치.
6. The method of claim 5,
A magnetic field generator that applies an additional magnetic field to the target superconductor
An additive material evaluation device for superconducting materials further comprising a.
상기 자계 발생기는, 상기 1차 코일에 의해 발생되는 주 자계의 방향에 직교하는 방향의 자계를 인가하는 초전도 소재용 첨가 물질 평가 장치.
7. The method of claim 6,
The magnetic field generator is an additive material evaluation device for a superconducting material that applies a magnetic field in a direction orthogonal to a direction of a main magnetic field generated by the primary coil.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200006827A KR20210093088A (en) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | Superconducting Magnetic Property Measurement Device and Evaluation Device for additive materials for superconductor |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101850042B1 (en) | 2017-11-24 | 2018-04-18 | 제주대학교 산학협력단 | Performance evaluation device |
-
2020
- 2020-01-17 KR KR1020200006827A patent/KR20210093088A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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