WO2026023596A1 - Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材 - Google Patents

Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材

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WO2026023596A1
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WO
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superconducting
wire
precursor
nb3sn
filaments
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English (en)
French (fr)
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諒 谷口
昌弘 杉本
健吾 中尾
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present disclosure relates to a precursor for an Nb 3 Sn superconducting wire and an Nb 3 Sn superconducting wire.
  • the internal tin process internal diffusion process
  • a wire having a structure in which Nb-based alloy filaments and Sn-based alloy filaments are embedded in a Cu-based alloy matrix is heat-treated, causing Sn in the Sn-based alloy filaments to diffuse into the Nb-based alloy filaments, and generating Nb3Sn at the interface between the Nb-based alloy filaments and the Cu-based alloy matrix.
  • the internal tin process is not affected by the solid solubility limit of Sn in Cu-Sn-based alloys, which is a problem in the bronze process, so the area where Nb 3 Sn is produced can be increased and a high critical current density Jc can be obtained. Furthermore, the internal tin process can increase the Sn concentration compared to the bronze process, so it is possible to produce high-quality Nb 3 Sn.
  • Nb 3 Sn superconducting wires manufactured by the internal tin method are often used not as a single wire but as a stranded wire in which a plurality of wires are twisted together.
  • the critical current density Jc is improved by increasing the amount of Sn to increase the area where Nb3Sn is generated. Therefore, in order to maximize the amount of Sn in the wire, it is necessary to minimize the amount of Cu around the Sn-based alloy filament.
  • Patent Document 1 describes a method for suppressing the deterioration of wire drawing workability caused by increasing the Sn content by arranging multiple Sn filaments within the Sn element in a precursor for superconducting wire that has an Nb element in which Nb is embedded in a Cu matrix and an Sn element in which Sn filaments are embedded in Cu.
  • the object of the present disclosure is to provide a precursor for Nb3Sn superconducting wire and an Nb3Sn superconducting wire for producing superconducting wire that has good strength and can maintain a high critical current density Jc even when subjected to twisting processing.
  • a precursor for an Nb3Sn superconducting wire comprising: a cylindrical stabilizing copper layer provided on the outer periphery; a cylindrical first Sn diffusion barrier layer provided inside the stabilizing copper layer; and a superconducting element group precursor housed inside the first Sn diffusion barrier layer, wherein the superconducting element group precursor comprises a plurality of Sn-based strengthened element wires and a plurality of Nb-based superconducting element wire precursors, wherein the plurality of Sn-based strengthened element wires comprise: a first stabilizing matrix made of Cu or a Cu-based alloy; a plurality of Sn-based filaments embedded in the first stabilizing matrix and made of Sn or a Sn-based alloy; and a plurality of reinforced multifilamentary wires embedded in the first stabilizing matrix and composed of a plurality of reinforced filaments made of a metal or an alloy, and the plurality of Nb-based superconducting element wire precursors comprise: a second stabilizing matrix made of Cu or a
  • the Sn-based reinforcing element wire further comprises a second Sn diffusion barrier layer made of Ta or Nb metal or an alloy containing at least one of Ta and Nb, in a cross section perpendicular to the axial direction of the Nb3Sn superconducting wire precursor, between the reinforcing multi-core wire assembly and the Sn-based filament assembly.
  • the Sn-based reinforcing element wire further comprises a second Sn diffusion barrier layer made of Ta or Nb metal or an alloy containing at least one of Ta and Nb, in a cross section perpendicular to the axial direction of the Nb3Sn superconducting wire precursor.
  • An Nb3Sn superconducting wire comprising: a cylindrical stabilizing copper layer provided on the outer periphery; a cylindrical first Sn diffusion barrier layer provided inside the stabilizing copper layer; and a group of superconducting elements housed inside the first Sn diffusion barrier layer, wherein the group of superconducting elements comprises a plurality of strengthening element wires and a plurality of Nb-based superconducting element wires, wherein the plurality of strengthening element wires comprise a first stabilizing matrix made of Cu or a Cu-based alloy and a plurality of strengthening multi-core wires embedded in the first stabilizing matrix and composed of a plurality of strengthening filaments made of a metal or an alloy, and the plurality of Nb-based superconducting element wires comprise a second stabilizing matrix made of Cu or a Cu-based alloy and a single or multiple superconducting filaments embedded in the second stabilizing matrix and having a compound superconducting phase made of Nb3Sn .
  • Nb3Sn superconducting wire and an Nb3Sn superconducting wire for producing superconducting wire that has good strength and can maintain a high critical current density Jc even when subjected to twisting processing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn superconducting wire according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the precursor for the Nb 3 Sn superconducting wire of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of an Nb-based superconducting element wire precursor constituting the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn superconducting wire according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the precursor for the N
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of an Nb-based superconducting element wire precursor constituting the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of an Nb-based superconducting element wire precursor constituting the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn superconducting wire according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn superconducting wire according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of an Nb 3 Sn superconducting wire obtained by heating the Nb 3 Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • the inventors have discovered that the strength of Sn-based reinforced element wires is improved by providing a reinforced multi-core wire composed of multiple reinforcing filaments, thereby reducing the difference in strength between the Sn-based reinforced element wires and Nb-based superconducting element wire precursors or Nb-based superconducting element wires, and preventing the Sn-based reinforced element wires from deforming significantly during twisting, causing the elements to become distorted, thereby maintaining a high critical current density Jc even after twisting.Based on this knowledge, the present disclosure has been completed.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor includes a cylindrical stabilizing copper layer provided on the outer periphery, a cylindrical first Sn diffusion barrier layer provided inside the stabilizing copper layer, and a superconducting element group precursor housed inside the first Sn diffusion barrier layer.
  • the superconducting element group precursor includes a plurality of Sn-based strengthened element wires and a plurality of Nb-based superconducting element wire precursors.
  • the plurality of Sn-based strengthened element wires include a first stabilizing matrix made of Cu or a Cu-based alloy, a plurality of Sn-based filaments embedded in the first stabilizing matrix and made of Sn or a Sn-based alloy, and a plurality of reinforced multifilamentary wires embedded in the first stabilizing matrix and made of a plurality of reinforced filaments made of a metal or alloy.
  • the plurality of Nb-based superconducting element wire precursors include a second stabilizing matrix made of Cu or a Cu-based alloy, and one or more Nb-based superconducting filament precursors embedded in the second stabilizing matrix and made of Nb or a Nb-based alloy.
  • the Nb3Sn superconducting wire comprises a cylindrical stabilizing copper layer provided on the outer periphery, a cylindrical first Sn diffusion barrier layer provided inside the stabilizing copper layer, and a superconducting element group housed inside the first Sn diffusion barrier layer.
  • the superconducting element group comprises a plurality of strengthening element wires and a plurality of Nb-based superconducting element wires.
  • the plurality of strengthening element wires comprises a first stabilizing matrix made of Cu or a Cu-based alloy and a plurality of strengthening multifilamentary wires embedded in the first stabilizing matrix and composed of a plurality of strengthening filaments made of a metal or alloy.
  • the plurality of Nb-based superconducting element wires comprises a second stabilizing matrix made of Cu or a Cu-based alloy and one or more superconducting filaments embedded in the second stabilizing matrix and having a compound superconducting phase made of Nb3Sn .
  • Fig. 1 is a cross-sectional view showing an example of an Nb3Sn superconducting wire precursor of the first embodiment.
  • the cross-sectional view of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 is a cross section perpendicular to the axial direction (longitudinal direction) of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 of the first embodiment includes a cylindrical stabilizing copper layer 10, a cylindrical first Sn diffusion barrier layer 20, and a superconducting element group precursor 30.
  • the stabilizing copper layer 10 constituting the precursor 1 for a Nb3Sn superconducting wire has a cylindrical shape and is provided on the outer periphery of the precursor 1 for a Nb3Sn superconducting wire to coat the first Sn diffusion barrier layer 20 from the outside.
  • the stabilizing copper layer 10 is made of Cu or a Cu alloy.
  • the first Sn diffusion barrier layer 20 constituting the precursor 1 for a Nb3Sn superconducting wire is cylindrical and provided inside the stabilizing copper layer 10.
  • the first Sn diffusion barrier layer 20 is preferably made of a metal selected from Ta and Nb, or an alloy containing at least one of Ta and Nb.
  • the first Sn diffusion barrier layer 20 prevents Sn in the Sn-based filaments 42 from diffusing into the stabilizing copper layer 10 and causing the stabilizing copper layer 10 to bronze during heat treatment to produce a compound superconducting phase 73 consisting of Nb 3 Sn, as described below, thereby preventing a decrease in superconducting properties such as the residual resistance ratio and retaining the amount of Sn required to react with the Nb-based superconducting filament precursor 53 to produce Nb 3 Sn inside the first Sn diffusion barrier layer 20.
  • the superconducting element group precursor 30 constituting the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 is housed inside the first Sn diffusion barrier layer 20.
  • the superconducting element group precursor 30 includes a plurality of Sn-based strengthened element wires 40 and a plurality of Nb-based superconducting element wire precursors 50.
  • Each of the multiple Sn-based reinforcing element wires 40 comprises a first stabilizing matrix 41, multiple Sn-based filaments 42, and multiple reinforcing multi-core wires 44.
  • the first stabilizing matrix 41 is made of Cu or a Cu-based alloy.
  • the Sn-based filaments 42 are made of Sn or an Sn-based alloy and are embedded in the first stabilizing matrix 41. By performing a heat treatment to generate a compound superconducting phase 73 (described later), the Sn in the Sn-based filaments 42 reacts with the Nb-based superconducting filament precursors 53 in the Nb-based superconducting element wire precursor 50 to form the compound superconducting phase 73 made of Nb3Sn .
  • the reinforcement multi-core wire 44 is composed of a plurality of reinforcement filaments 43 made of metal or alloy and is embedded in the first stabilizing matrix 41.
  • the reinforcement filaments 43 are preferably made of metal such as Nb, Ta, Ti, V, W, Mo, Fe, or Hf, or an alloy containing at least one of Nb, Ta, Ti, V, W, Mo, Fe, and Hf.
  • the reinforcement multi-core wire 44 has greater strength than the Sn-based filaments 42. Therefore, the strength of the Sn-based reinforced element wire 40, which includes the reinforcement multi-core wire 44, is greater than that of an Sn-based element wire that does not include the reinforcement multi-core wire 44.
  • Each of the multiple Nb-based superconducting element wire precursors 50 comprises a second stabilizing matrix 51 and one or more Nb-based superconducting filament precursors 53.
  • the second stabilizing matrix 51 is made of Cu or a Cu-based alloy.
  • the Nb-based superconducting filament precursors 53 are made of Nb or an Nb-based alloy and are embedded in the second stabilizing matrix 51.
  • each of the multiple Nb-based superconducting element wire precursors 50 includes only multiple Nb-based superconducting filament precursors 53.
  • each of the multiple Nb-based superconducting element wire precursors 50 may include only a single Nb-based superconducting filament precursor 53, or may include a mixture of multiple Nb-based superconducting filament precursors 53 and a single Nb-based superconducting filament precursor 53.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 includes the Sn-based reinforced element wire 40 and the multiple reinforcement multi-core wires 44, which reduces the difference in strength between the Sn-based reinforced element wire 40 and the Nb-based superconducting element wire precursor 50, thereby preventing the Sn-based reinforced element wire 40 from being significantly deformed during stranding, thereby preventing the arrangement of the elements from becoming distorted.
  • a high critical current density Jc can be maintained even after stranding.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing an example of the Nb3Sn superconducting wire 2 obtained by heating the precursor 1 for the Nb3Sn superconducting wire of Figure 1.
  • the stabilizing copper layer 10 and the first Sn diffusion barrier layer 20 of the Nb 3 Sn superconducting wire 2 have the same configuration as the stabilizing copper layer 10 and the first Sn diffusion barrier layer 20 of the precursor 1 for a Nb 3 Sn superconducting wire.
  • the superconducting element group 60 is housed inside the first Sn diffusion barrier layer 20.
  • the superconducting element group 60 includes a plurality of strengthening element wires 40a and a plurality of Nb-based superconducting element wires 70.
  • Each of the plurality of reinforcing element wires 40a includes a first stabilizing matrix 41 and a plurality of reinforcing multifilamentary wires 44.
  • the first stabilizing matrix 41 and the plurality of reinforcing multifilamentary wires 44 of the Nb3Sn superconducting wire 2 have the same configuration as the first stabilizing matrix 41 and the plurality of reinforcing multifilamentary wires 44 of the precursor 1 for the Nb3Sn superconducting wire.
  • each of the plurality of strengthening element wires 40a has a cavity V.
  • Sn in the Sn-based filaments 42 provided in the Sn-based strengthening element wires 40 of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 is diffused, thereby forming the cavity V.
  • the position of the cavity V in the strengthening element wire 40a corresponds to the position of the Sn-based filaments 42 in the Sn-based strengthening element wire 40.
  • Each of the plurality of Nb-based superconducting element wires 70 includes a second stabilizing matrix 51 and one or more superconducting filaments 80.
  • the second stabilizing matrix 51 of the Nb3Sn superconducting wire 2 has the same configuration as the second stabilizing matrix 51 of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1.
  • the superconducting filaments 80 are embedded in the second stabilizing matrix 51.
  • Each of the plurality of superconducting filaments 80 has a compound superconducting phase 73 made of Nb3Sn .
  • each of the multiple Nb-based superconducting element wires 70 includes only multiple superconducting filaments 80.
  • each of the multiple Nb-based superconducting element wires 70 may include only a single superconducting filament 80, or may include a mixture of multiple superconducting filaments 80 and a single superconducting filament 80.
  • Nb-based superconducting element wires 70, 70a, 70b, and 70c manufactured by the internal tin method show Nb-based superconducting element wires 70, 70a, 70b, and 70c manufactured by the internal tin method.
  • the internal tin method when a Nb3Sn superconducting wire precursor 1 is subjected to heat treatment to produce a compound superconducting phase 73 made of Nb3Sn , Sn diffused from the Sn-based filaments 42 of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 reacts with Nb on the surface of the Nb-based superconducting filament precursor 53, thereby producing Nb3Sn filaments, which are the compound superconducting phase 73.
  • the Sn-based filaments 42 are absent, and voids V are formed.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 is heat-treated in an inert gas atmosphere, such as argon or nitrogen.
  • the Nb-based superconducting element wires 70, 70a, 70b, and 70c have central portions of Nb-based superconducting filament precursors 53 remaining without reacting with Sn present in the superconducting filaments 80.
  • the Nb-based superconducting filament precursors 53 may not be present in the superconducting filaments 80, i.e., the superconducting filaments 80 may consist of a compound superconducting phase 73.
  • the Nb3Sn superconducting wire 2 includes the strengthening element wire 40a having a plurality of reinforcement multi-core wires 44, which reduces the difference in strength between the strengthening element wire 40a and the Nb-based superconducting element wire 70, thereby preventing the strengthening element wire 40a from being significantly deformed during twisting, thereby preventing the arrangement of the elements from being disturbed. Therefore, a high critical current density Jc can be maintained even after twisting.
  • the heat treatment for producing Nb3Sn is usually carried out after the process of twisting the wire, even if some or all of the reinforcing filaments 43 react with Sn diffused from the Sn-based filaments 42 and Nb3Sn is formed in the reinforcing element wires 40a of the Nb3Sn superconducting wire 2, the effect of suppressing disorder in the arrangement of the elements during twisting can be maintained. Furthermore, the formation of Nb3Sn in the reinforcing element wires 40a increases the amount of Nb3Sn contained in the Nb3Sn superconducting wire 2, thereby further improving the critical current density Jc.
  • the strength of the reinforcing element wire 40a can be further improved by disposing the reinforcing multi-core wires 44 between the plurality of cavities V. Therefore, the Nb 3 Sn superconducting wire 2 can further reduce the deterioration of the critical current density Jc due to electromagnetic stress.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of an Nb-based superconducting element wire precursor constituting the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of an Nb3Sn superconducting wire obtained by heating the Nb3Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • each of the multiple Nb-based superconducting element wire precursors 50a comprises a second stabilizing matrix 51, multiple Nb-based reinforcing filaments 52, and multiple Nb-based superconducting filament precursors 53.
  • Both the multiple Nb-based reinforcing filaments 52 and the multiple Nb-based superconducting filament precursors 53 are made of Nb or an Nb-based alloy and are embedded in the second stabilizing matrix 51.
  • the diameter of the Nb-based superconducting filament precursor 53 is larger than the diameter of the Nb-based reinforcing filament 52.
  • the diameter of the Nb-based reinforcing filament 52 is 0.04 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the diameter of the Nb-based superconducting filament precursor 53 is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a in which the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 are aggregated is smaller than the ratio of the total area of the plurality of Nb-based superconducting filaments 52 to the area of the Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a in which the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53 are aggregated.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a is 0.1 or more and 0.5 or less, and the ratio of the total area of the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53 to the area of the Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a is 0.6 or more and 0.9 or less.
  • the Nb-based reinforcing filament assembly 52a is defined as including a plurality of Nb-based reinforcing filaments 52, as well as a second stabilizing matrix 51 present between the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52, but not including any second stabilizing matrix 51 that is not sandwiched between the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52.
  • the Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a is defined as including a plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53, as well as a second stabilizing matrix 51 present between the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53, but not including any second stabilizing matrix 51 that is not sandwiched between the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 and the Nb3Sn superconducting wire 2 have high mechanical strength against axial tensile stress. This further suppresses a decrease in the critical current density Jc of the Nb3Sn superconducting wire 2 due to axial tensile stress.
  • the second stabilizing matrix 51 in the portion where the Nb-based reinforcing filaments 52 are embedded in other words, the second stabilizing matrix 51 of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a, is preferentially deformed. This further reduces damage to the superconducting filaments during twisting and rolling, further suppressing a decrease in the critical current density Jc of the Nb3Sn superconducting wire 2.
  • both the Nb-based reinforcing filament 52 and the Nb-based superconducting filament precursor 53 are made of Nb or an Nb-based alloy. This avoids the deterioration of workability that would occur if components with different mechanical properties were adjacent to each other.
  • an Nb-based reinforcing filament assembly 52a comprising a plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 is preferably arranged in the center
  • an Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a comprising a plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53 is preferably arranged on the periphery.
  • the Nb-based reinforcing filament assembly 52a is arranged in the center of the Nb-based superconducting element wire precursor 50a in the cross section of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1.
  • annular Nb -based superconducting filament assembly precursor 53a arranged around the entire periphery of the Nb-based superconducting element wire precursor 50a in the cross section of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 covers the periphery of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a.
  • the Sn diffused from the Sn-based filaments 42 reacts preferentially with the multiple Nb-based superconducting filament precursors 53 arranged on the outer periphery of the Nb-based superconducting element wire precursor 50a, making it easier to form a high-quality Nb3Sn compound superconducting phase 73.
  • the superconducting element group 60 contained inside the first Sn diffusion barrier layer 20 comprises a plurality of strengthening element wires 40a and a plurality of Nb-based superconducting element wires 70a.
  • Each of the multiple Nb-based superconducting element wires 70a comprises a second stabilizing matrix 51, multiple Nb-based reinforcing filaments 52 made of Nb or an Nb-based alloy, and multiple superconducting filaments 80. Both the multiple Nb-based reinforcing filaments 52 and the multiple superconducting filaments 80 are embedded in the second stabilizing matrix 51.
  • Each of the plurality of superconducting filaments 80 has a compound superconducting phase 73 made of Nb 3 Sn.
  • the diameter of the superconducting filaments 80 is larger than the diameter of the Nb-based reinforced filaments 52.
  • the diameter of the Nb-based reinforced filaments 52 is 0.04 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less, and the diameter of the superconducting filaments 80 is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a in which the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 are aggregated is smaller than the ratio of the total area of the plurality of superconducting filaments 80 to the area of the superconducting filament assembly 80a in which the plurality of superconducting filaments 80 are aggregated.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a is 0.1 or more and 0.5 or less
  • the ratio of the total area of the plurality of superconducting filaments 80 to the area of the superconducting filament assembly 80a is 0.6 or more and 0.9 or less
  • the superconducting filament assembly 80a is defined as including the plurality of superconducting filaments 80 and second stabilizing matrices 51 present between the plurality of superconducting filaments 80, but excluding the second stabilizing matrices 51 that are not sandwiched between the plurality of superconducting filaments 80.
  • the Nb3Sn superconducting wire 2 has high mechanical strength against axial tensile stress because the Nb-based superconducting element wire 70a includes multiple Nb-based reinforcing filaments 52. Furthermore, when radial compressive stress is applied to the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 during stranding or rolling, the second stabilizing matrix 51 in the portion where the Nb-based reinforcing filaments 52 are embedded is preferentially deformed. Therefore, damage to the superconducting filaments 80 of the Nb3Sn superconducting wire 2 during stranding and rolling of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 is minimal, further suppressing a decrease in critical current density Jc.
  • the Nb3Sn superconducting wire 2 can fully exhibit a high critical current density Jc even when the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 is subjected to stranding or rolling.
  • both the Nb-based reinforcing filament 52 and the Nb-based superconducting filament precursor 53 are made of Nb or an Nb-based alloy. This further prevents deterioration of workability due to adjacent components with different mechanical properties.
  • an Nb-based reinforcing filament assembly 52a in which a plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 are aggregated, is arranged in the center, and a superconducting filament assembly 80a, in which a plurality of superconducting filaments 80 are aggregated, is arranged on the periphery.
  • the annular superconducting filament assembly 80a which is arranged around the entire periphery of the Nb-based superconducting element wire 70a, covers the Nb-based reinforcing filament assembly 52a arranged in the center of the Nb- based superconducting element wire 70a.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of an Nb-based superconducting element wire precursor constituting the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of an Nb3Sn superconducting wire obtained by heating the Nb3Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • the Nb-based superconducting element wire precursor 50b further includes a third Sn diffusion barrier layer 54 made of Ta or Nb or an alloy containing at least one of Ta and Nb, and disposed between the Nb-based reinforcing filament assembly 52a and the Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a in a cross section perpendicular to the axial direction of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1.
  • the third Sn diffusion barrier layer 54 completely covers the periphery of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a.
  • the third Sn diffusion barrier layer 54 is cylindrical and annular in a cross section perpendicular to the axial direction of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1.
  • the superconducting element group 60 contained inside the first Sn diffusion barrier layer 20 comprises a plurality of strengthening element wires 40a and a plurality of Nb-based superconducting element wires 70b.
  • Each of the multiple Nb-based superconducting element wires 70b includes a second stabilizing matrix 51, and multiple Nb-based reinforcing filaments 52, multiple superconducting filaments 80, and a third Sn diffusion barrier layer 54 embedded in the second stabilizing matrix 51.
  • the third Sn diffusion barrier layer 54 prevents Sn in the Sn-based filaments 42 from diffusing into the Nb-based reinforcing filament assemblies 52a and reacting with the Nb-based reinforcing filaments 52 to form Nb 3 Sn. That is, even when heat treatment is performed, the third Sn diffusion barrier layer 54 further suppresses the reaction of the Nb-based reinforcing filaments 52 to form the brittle compound superconducting phase made of Nb 3 Sn. Therefore, it is possible to further suppress a decrease in the mechanical strength of the Nb 3 Sn superconducting wire precursor 1 and the Nb 3 Sn superconducting wire 2 against tensile stress in the axial direction.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of an Nb-based superconducting element wire precursor constituting the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of an Nb3Sn superconducting wire obtained by heating the Nb3Sn superconducting wire precursor of FIG.
  • the multiple Nb-based superconducting element wire precursors 50c include multiple Nb-based strengthened sub-elements 55 and multiple Nb-based superconducting sub-element precursors 57.
  • Each of the multiple Nb-based reinforcing sub-elements 55 has a third stabilizing matrix 56 and multiple Nb-based reinforcing filaments 52.
  • the third stabilizing matrix 56 is made of Cu or a Cu-based alloy.
  • the multiple Nb-based reinforcing filaments 52 are made of Nb or an Nb-based alloy and are embedded in the third stabilizing matrix 56.
  • Each of the multiple Nb-based superconducting subelement precursors 57 has a fourth stabilizing matrix 58 and multiple Nb-based superconducting filament precursors 53.
  • the fourth stabilizing matrix 58 is made of Cu or a Cu-based alloy.
  • the multiple Nb-based superconducting filament precursors 53 are made of Nb or an Nb-based alloy and are embedded in the fourth stabilizing matrix 58.
  • the third stabilizing matrix 56 of the Nb-based reinforced subelement 55 is provided with multiple Nb-based reinforced filaments 52, but no Nb-based superconducting filament precursors 53.
  • the fourth stabilizing matrix 58 of the Nb-based superconducting subelement precursor 57 is provided with multiple Nb-based superconducting filament precursors 53, but no Nb-based reinforced filaments 52.
  • the Nb-based reinforced filaments 52 and the Nb-based superconducting filament precursors 53 are provided in different subelements (subelement precursors).
  • the diameter of the Nb-based superconducting filament precursor 53 embedded in the fourth stabilizing matrix 58 is larger than the diameter of the Nb-based reinforcing filament 52 embedded in the third stabilizing matrix 56.
  • the diameter of the Nb-based reinforcing filament 52 is 0.04 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the diameter of the Nb-based superconducting filament precursor 53 is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a in which the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 are aggregated is smaller than the ratio of the total area of the plurality of Nb-based superconducting filaments 52 to the area of the Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a in which the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53 are aggregated.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a is 0.1 or more and 0.5 or less, and the ratio of the total area of the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53 to the area of the Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a is 0.6 or more and 0.9 or less.
  • the Nb-based reinforcing filament assembly 52a is defined as including a plurality of Nb-based reinforcing filaments 52, a third stabilizing matrix 56 present between the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52, and excluding any third stabilizing matrix 56 that is not sandwiched between the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52.
  • the Nb-based superconducting filament assembly precursor 53a is defined as including a plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53, a fourth stabilizing matrix 58 present between the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53, and excluding any fourth stabilizing matrix 58 that is not sandwiched between the plurality of Nb-based superconducting filament precursors 53.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 and the Nb3Sn superconducting wire 2 have even higher mechanical strength against axial tensile stress. Furthermore, when a radial compressive stress is applied to the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 and the Nb3Sn superconducting wire 2, the third stabilizing matrix 56 in which the Nb-based reinforcing filaments 52 are embedded, in other words, the third stabilizing matrix 56 of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a, is preferentially deformed.
  • the plurality of Nb-based superconducting subelement precursors 57 and the plurality of Sn-based strengthened element wires 40 are arranged in the center of the superconducting element group precursor 30, and the plurality of Nb-based strengthened subelements 55 are arranged on the outer periphery of the superconducting element group precursor 30.
  • the plurality of Nb-based strengthened subelements 55 arranged in an annular shape around the entire outer periphery of the superconducting element group precursor 30 cover the periphery of the plurality of Nb-based superconducting subelement precursors 57 and the plurality of Sn-based strengthened element wires 40 arranged in the center of the superconducting element group precursor 30.
  • the superconducting element group 60 housed inside the first Sn diffusion barrier layer 20 includes a plurality of strengthening element wires 40a and a plurality of Nb-based superconducting element wires 70c.
  • the plurality of Nb-based superconducting element wires 70c include a plurality of Nb-based strengthening sub-elements 55 and a plurality of superconducting sub-elements 77.
  • the Nb-based strengthening sub-element 55 of the Nb 3 Sn superconducting wire 2 has the same configuration as the Nb-based strengthening sub-element 55 of the precursor 1 for the Nb 3 Sn superconducting wire.
  • Each of the multiple superconducting subelements 77 has a fourth stabilizing matrix 58 and multiple superconducting filaments 80.
  • the fourth stabilizing matrix 58 is made of Cu or a Cu-based alloy.
  • the multiple superconducting filaments 80 are embedded in the fourth stabilizing matrix 58.
  • Each of the plurality of superconducting filaments 80 has a compound superconducting phase 73 made of Nb3Sn .
  • the diameter of the superconducting filaments 80 is larger than the diameter of the Nb-based reinforcing filaments 52 embedded in the third stabilizing matrix 56.
  • the diameter of the Nb-based reinforcing filaments 52 is 0.04 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the diameter of the superconducting filaments 80 is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a in which the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 are aggregated is smaller than the ratio of the total area of the plurality of superconducting filaments 80 to the area of the superconducting filament assembly 80a in which the plurality of superconducting filaments 80 are aggregated.
  • the ratio of the total area of the plurality of Nb-based reinforcing filaments 52 to the area of the Nb-based reinforcing filament assembly 52a is 0.1 or more and 0.5 or less
  • the ratio of the total area of the plurality of superconducting filaments 80 to the area of the superconducting filament assembly 80a is 0.6 or more and 0.9 or less
  • the superconducting filament assembly 80a is defined as including the plurality of superconducting filaments 80 and the fourth stabilizing matrix 58 present between the plurality of superconducting filaments 80, but excluding the fourth stabilizing matrix 58 that is not sandwiched between the plurality of superconducting filaments 80.
  • the third stabilizing matrix 56 of the Nb-based reinforced subelement 55 is provided with multiple Nb-based reinforced filaments 52, but no superconducting filaments 80.
  • the fourth stabilizing matrix 58 of the superconducting subelement 77 is provided with multiple superconducting filaments 80, but no Nb-based reinforced filaments 52.
  • the Nb-based reinforced filaments 52 and the superconducting filaments 80 are provided in different subelements.
  • the Nb3Sn superconducting wire 2 has even higher mechanical strength against axial tensile stress because the Nb-based superconducting element wire 70c includes a plurality of Nb-based reinforcing filaments 52. Furthermore, when radial compressive stress is applied to the Nb3Sn superconducting wire precursor 1 during stranding or rolling, the third stabilizing matrix 56 in which the Nb-based reinforcing filaments 52 are embedded is preferentially deformed.
  • the multiple superconducting subelements 77 and the multiple strengthening element wires 40a are arranged in the center of the superconducting element group 60, and the multiple Nb-based strengthening subelements 55 are arranged on the outer periphery of the superconducting element group 60.
  • the multiple Nb-based strengthening subelements 55 arranged in an annular shape around the entire outer periphery of the superconducting element group 60 cover the multiple superconducting subelements 77 and the multiple strengthening element wires 40a arranged in the center of the superconducting element group 60.
  • the above-described Nb3Sn superconducting wire 2 has good strength and can maintain a high critical current density Jc even after being twisted. Therefore, the Nb3Sn superconducting wire 2 is suitably used as a superconducting wire for constituting a high-magnetic field superconducting magnet used in large accelerators, nuclear fusion reactors, analytical devices, etc.
  • Fig. 9 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb3Sn superconducting wire according to the second embodiment.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view showing an example of a Nb3Sn superconducting wire obtained by heating the precursor for a Nb3Sn superconducting wire shown in Fig. 10.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor 1a in the second embodiment includes a cylindrical stabilizing copper layer 10, a cylindrical first Sn diffusion barrier layer 20, and a superconducting element group precursor 30.
  • the superconducting element group precursor 30 includes a plurality of Sn-based strengthening element wires 40 and a plurality of Nb-based superconducting element wire precursors 50.
  • a reinforcement multifilamentary wire assembly 44a In a cross section perpendicular to the axial direction of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1a, in each of the plurality of Sn-based reinforced element wires 40, a reinforcement multifilamentary wire assembly 44a, where a plurality of reinforcement multifilamentary wires 44 are assembled, is arranged in the center, and an Sn-based filament assembly 42a, where a plurality of Sn-based filaments 42 are assembled, is arranged on the periphery.
  • the reinforcement multifilamentary wire assembly 44a is arranged in the center of the Sn-based reinforced element wire 40 in the cross section of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1a.
  • annular Sn-based filament assembly 42a which is arranged around the entire periphery of the Sn-based reinforced element wire 40 in the cross section of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1a, covers the reinforcement multifilamentary wire assembly 44a.
  • a reinforcing material multifilamentary wire assembly 44a in which a plurality of reinforcing material multifilamentary wires 44 are gathered, is arranged in the center of each of the plurality of reinforcing element wires 40a.
  • Fig. 11 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb3Sn superconducting wire according to the third embodiment.
  • Fig. 12 is a cross-sectional view showing an example of a Nb3Sn superconducting wire obtained by heating the precursor for a Nb3Sn superconducting wire shown in Fig. 11.
  • the third embodiment has essentially the same configuration as the second embodiment, except for the inclusion of a second Sn diffusion barrier layer 45. Therefore, the following description will mainly focus on the different configuration.
  • the Nb3Sn superconducting wire precursor 1b in the third embodiment includes a cylindrical stabilizing copper layer 10, a cylindrical first Sn diffusion barrier layer 20, and a superconducting element group precursor 30.
  • the superconducting element group precursor 30 includes a plurality of Sn-based strengthening element wires 40 and a plurality of Nb-based superconducting element wire precursors 50.
  • Each of the plurality of Sn-based reinforced element wires 40 further includes a second Sn diffusion barrier layer 45, which is formed between the reinforcement multifilamentary wire assembly 44a and the Sn-based filament assembly 42a in a cross section perpendicular to the axial direction of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1b and is made of Ta or Nb or an alloy containing at least one of Ta and Nb.
  • the second Sn diffusion barrier layer 45 completely covers the reinforcement multifilamentary wire assembly 44a.
  • the second Sn diffusion barrier layer 45 is cylindrical and annular in a cross section perpendicular to the axial direction of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1b.
  • each of the multiple reinforcing element wires 40a further includes a second Sn diffusion barrier layer 45 provided between the reinforcing material multi-core wire assembly 44a and the void assembly in the cross section of the Nb3Sn superconducting wire 2b.
  • the second Sn diffusion barrier layer 45 suppresses Sn in the Sn-based filaments 42 from diffusing into the reinforcing multifilamentary wire assembly 44a and reacting with the reinforcing multifilamentary wires 44 to form Nb3Sn .
  • the second Sn diffusion barrier layer 45 further suppresses the reaction of the reinforcing multifilamentary wires 44 to form a brittle compound superconducting phase made of Nb3Sn . Therefore, it is possible to further suppress a decrease in the mechanical strength of the Nb3Sn superconducting wire precursor 1b and the Nb3Sn superconducting wire 2b against axial tensile stress.
  • Example 1 A precursor for a Nb 3 Sn superconducting wire as shown in FIG. 9 and a Nb 3 Sn superconducting wire as shown in FIG. 10 were produced.
  • a Sn-Ti alloy rod (diameter 24.2 mm) was inserted into a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 27.5 mm, inner diameter 24.5 mm), and the resulting sample was drawn to form a Sn-based filament hexagonal wire with a flat length of 2.82 mmH.
  • Nb rod pure Nb, diameter 103 mm
  • copper tube oxygen-free copper, outer diameter 214 mm, inner diameter 103.7 mm
  • extruded was extruded, and then drawn and stripped to form a Nb-based reinforced filament primary hexagonal wire with a face-to-face length of 13.4 mmH.
  • Nb-based reinforced filament primary hexagonal wires were inserted into a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 214 mm ⁇ , inner diameter 166 mm ⁇ ), subjected to HIP (hot isostatic pressing), external cutting, and then extrusion processing. Furthermore, multiple wire drawing and peeling processes were performed to form a Nb-based reinforced filament secondary hexagonal wire with a face length of 2.82 mmH.
  • Nb rod pure Nb, diameter 24.3 mm
  • copper tube oxygen-free copper, outer diameter 27.5 mm, inner diameter 24.5 mm
  • the resulting sample was drawn multiple times to form a hexagonal Nb-based superconducting filament precursor wire with a face-to-face length of 1.71 mmH.
  • Nb-based superconducting filament precursor hexagonal wires were inserted into a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 27.5 mm ⁇ , inner diameter 24.5 mm ⁇ ), and after HIP and external cutting, the tube was extruded and further drawn multiple times to form an Nb-based superconducting element precursor wire with a face length of 2.24 mmH.
  • Nb sheet was wrapped around the inner circumference of a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 30 mm ⁇ , inner diameter 20 mm ⁇ ), and then 19 of the above-mentioned Sn-based reinforced element hexagonal wires and 36 of the above-mentioned Nb-based superconducting element precursor wires were inserted inside it in an arrangement such that the Sn-based reinforced element hexagonal wires were not adjacent to each other.
  • CIP cold isostatic pressing
  • external cutting multiple wire drawing processes were performed to form a precursor for Nb3Sn superconducting wire with a diameter of 0.6 mm ⁇ .
  • the obtained precursor for Nb3Sn superconducting wire was subjected to heat treatment by heating at 210°C for 6 hours, then at 350°C for 18 hours , then at 480°C for 28 hours, then at 570°C for 180 hours, and then at 665°C for 200 hours to produce a compound superconducting phase consisting of Nb3Sn, thereby obtaining Nb3Sn superconducting wire.
  • the obtained Nb3Sn superconducting wire precursor and Nb3Sn superconducting wire had good strength. Furthermore, even when the Nb3Sn superconducting wire precursor and Nb3Sn superconducting wire were subjected to a twisting process, the obtained Nb3Sn superconducting wire was able to maintain a high critical current density Jc.
  • Example 2 A precursor for an Nb 3 Sn superconducting wire as shown in FIG. 11 and an Nb 3 Sn superconducting wire as shown in FIG. 12 were produced.
  • a Sn-Ti alloy rod (diameter 24.2 mm) was inserted into a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 27.5 mm, inner diameter 24.5 mm), and the resulting sample was drawn to form a Sn-based filament wire with a diameter of 2.6 mm.
  • Nb rod pure Nb, diameter 103 mm
  • copper tube oxygen-free copper, outer diameter 214 mm, inner diameter 103.7 mm
  • extruded was extruded, and then drawn and stripped to form a Nb-based reinforced filament primary hexagonal wire with a face-to-face length of 13.4 mmH.
  • Nb-based reinforced filament primary hexagonal wires were inserted into a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 214 mm ⁇ , inner diameter 166 mm ⁇ ), and after HIP and external cutting, the tube was extruded, and then drawn and stripped multiple times to form an Nb-based reinforced filament secondary wire with a diameter of 2.6 mm ⁇ .
  • Nb-based reinforced filament bundle was wrapped around the outer circumference of the assembly of seven of the above Nb-based reinforced filament secondary wires six times to form an Nb-based reinforced filament bundle.
  • Nb rod pure Nb, diameter 24.3 mm
  • copper tube oxygen-free copper, outer diameter 27.5 mm, inner diameter 24.5 mm
  • the resulting sample was drawn multiple times to form a hexagonal Nb-based superconducting filament precursor wire with a face-to-face length of 1.71 mmH.
  • Nb-based superconducting filament precursor hexagonal wires were inserted into a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 27.5 mm ⁇ , inner diameter 24.5 mm ⁇ ), and after HIP and external cutting, the tube was extruded and further drawn multiple times to form an Nb-based superconducting element precursor wire with a face length of 2.24 mmH.
  • Nb sheet was wrapped around the inner circumference of a copper tube (oxygen-free copper, outer diameter 30 mm ⁇ , inner diameter 20 mm ⁇ ), and then 19 of the above-mentioned Sn-based reinforced element hexagonal wires and 36 of the above-mentioned Nb-based superconducting element precursor wires were inserted inside it in an arrangement such that the Sn-based reinforced element hexagonal wires were not adjacent to each other.
  • CIP cold isostatic pressing
  • external cutting multiple wire drawing processes were performed to form a precursor for Nb3Sn superconducting wire with a diameter of 0.6 mm ⁇ .
  • the obtained precursor for Nb3Sn superconducting wire was subjected to heat treatment by heating at 210°C for 6 hours, then at 350°C for 18 hours , then at 480°C for 28 hours, then at 570°C for 180 hours, and then at 665°C for 200 hours to produce a compound superconducting phase consisting of Nb3Sn, thereby obtaining Nb3Sn superconducting wire.
  • the obtained Nb3Sn superconducting wire precursor and Nb3Sn superconducting wire had good strength. Furthermore, even when the Nb3Sn superconducting wire precursor and Nb3Sn superconducting wire were subjected to a twisting process, the obtained Nb3Sn superconducting wire was able to maintain a high critical current density Jc.

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Abstract

Nb3Sn超電導線材用前駆体は、筒状の安定化銅層と、前記銅層の内側に設けられる筒状の第１Sn拡散バリア層と、前記バリア層の内側に収容される超電導エレメント群前駆体とを備え、前記超電導エレメント群前駆体は、複数のSn系強化エレメント線材と複数のNb系超電導エレメント線材前駆体を備え、前記強化エレメント線材は、Cu又はCu基合金の第１安定化マトリクスと、前記第１安定化マトリクス中に埋設され、Sn又はSn基合金の複数のSn系フィラメントと、金属又は合金製の複数の強化フィラメントで構成される複数の強化材多芯線とを備え、前記線材前駆体は、Cu又はCu基合金の第２安定化マトリクスと、前記第２安定化マトリクス中に埋設され、Nb又はNb基合金のNb系超電導フィラメント前駆体とを備える。

Description

Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材
　本開示は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材に関する。
　従来から広く用いられているＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法には、Ｃｕ－Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリクス中に複数のＮｂフィラメントが埋設された構造を持つ線材を熱処理し、ブロンズマトリクス中のＳｎをＮｂフィラメントへ拡散させることによって超電導相であるＮｂ３Ｓｎを生成するブロンズ法がある。
　しかしながら、ブロンズ法では、ブロンズに固溶できるＳｎ濃度に上限（固溶限）があるために、生成できるＮｂ３Ｓｎの面積に限界があり、その結果、超電導線材の臨界電流密度Ｊｃの向上に限界がある。
　また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法としては、ブロンズ法の他に、内部スズ法（内部拡散法）と呼ばれる方法がある。内部スズ法では、Ｎｂ基合金フィラメントとＳｎ基合金フィラメントとをＣｕ基合金マトリクス中に埋設した構造を持つ線材を熱処理することにより、Ｓｎ基合金フィラメント中のＳｎをＮｂ基合金フィラメントへ拡散させ、Ｎｂ基合金フィラメントとＣｕ基合金マトリクスとの界面にＮｂ３Ｓｎを生成する。
　内部スズ法では、ブロンズ法で問題となるＣｕ－Ｓｎ基合金中のＳｎの固溶限が影響しないため、Ｎｂ３Ｓｎの生成面積を向上させることができ、高い臨界電流密度Ｊｃが得られる。また、内部スズ法では、ブロンズ法に比べて、Ｓｎ濃度を増やすことができるため、良質なＮｂ３Ｓｎを生成させることができる。
　内部スズ法によって製造されたＮｂ３Ｓｎ超電導線材は、しばしば単体ではなく、複数本を撚り合わせた撚線に加工されて使用される。
　上述の通り、内部スズ法では、Ｓｎの量を増やしてＮｂ３Ｓｎの生成面積を増やすことにより、臨界電流密度Ｊｃを向上させている。したがって、線材中のＳｎ分量をなるべく多くするために、Ｓｎ基合金フィラメントの周囲のＣｕ量をなるべく少なくすることが求められる。
　例えば、特許文献１には、Ｓｎ分量を増加させることによる伸線加工性の悪化を抑制する方法として、ＮｂをＣｕマトリクスに埋設したＮｂエレメントとＳｎフィラメントをＣｕに埋設したＳｎエレメントとを有する超電導線材用前駆体において、Ｓｎエレメント中にＳｎフィラメントを複数本配置することが記載されている。
　しかしながら、特許文献１に記載の超電導線材用前駆体では、Ｓｎエレメント中に強度の低いＳｎフィラメントが集合して配置されるため、ＳｎエレメントとＮｂエレメントの強度差が大きく、撚線時にエレメントの配置が乱れるという問題がある。エレメントの配置が乱れると、ＳｎエレメントとＮｂエレメントの距離が不均一になり、線材全体にＳｎを拡散させるためのＮｂ３Ｓｎ生成熱処理時間を延ばす必要が生じる。その結果、Ｎｂ３Ｓｎの結晶粒が粗大化し、臨界電流密度Ｊｃが低下する。
　また、内部スズ法でＮｂ３Ｓｎ線材にＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施すと、Ｓｎが拡散することによりＳｎフィラメントであった部分に空洞が生じる。特許文献１に記載の超電導線材用前駆体では、Ｓｎエレメント内に空洞の集合体が形成される。そのため、線材の強度が低下し、電磁応力による臨界電流密度Ｊｃの低下が促進されるという問題がある。
特開２０１４－３２９３０号公報
　本開示の目的は、良好な強度を有すると共に、撚線加工を行っても高い臨界電流密度Ｊｃを維持することができる超電導線材を製造するためのＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材を提供することである。
［１］　外周に設けられる筒状の安定化銅層と、前記安定化銅層の内側に設けられる筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層と、前記第１Ｓｎ拡散バリア層の内側に収容される超電導エレメント群前駆体とを備え、前記超電導エレメント群前駆体は、複数のＳｎ系強化エレメント線材と複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体とを備え、前記複数のＳｎ系強化エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第１安定化マトリクスと、前記第１安定化マトリクス中に埋設され、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる複数のＳｎ系フィラメントと、前記第１安定化マトリクス中に埋設され、金属製または合金製の複数の強化フィラメントで構成される複数の強化材多芯線とを備え、前記複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第２安定化マトリクスと、前記第２安定化マトリクス中に埋設され、ＮｂまたはＮｂ基合金からなる単数または複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体とを備える、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
［２］　前記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の軸方向に垂直な断面において、前記複数のＳｎ系強化エレメント線材の各々では、前記複数の強化材多芯線が集合している強化材多芯線集合体は中央に配置され、前記複数のＳｎ系フィラメントが集合しているＳｎ系フィラメント集合体は外周に配置される、上記［１］に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
［３］　前記Ｓｎ系強化エレメント線材は、前記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の軸方向に垂直な断面において、前記強化材多芯線集合体と前記Ｓｎ系フィラメント集合体との間に設けられ、ＴａもしくはＮｂの金属からなる、またはＴａおよびＮｂの少なくとの一方の元素を含む合金からなる第２Ｓｎ拡散バリア層をさらに備える、上記［１］または［２］に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
［４］　前記強化フィラメントは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、ＦｅもしくはＨｆの金属からなる、またはＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、ＦｅおよびＨｆの少なくとも１種以上の元素を含む合金からなる、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
［５］　外周に設けられる筒状の安定化銅層と、前記安定化銅層の内側に設けられる筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層と、前記第１Ｓｎ拡散バリア層の内側に収容される超電導エレメント群とを備え、前記超電導エレメント群は、複数の強化エレメント線材と複数のＮｂ系超電導エレメント線材とを備え、前記複数の強化エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第１安定化マトリクスと、前記第１安定化マトリクス中に埋設され、金属製または合金製の複数の強化フィラメントで構成される複数の強化材多芯線とを備え、前記複数のＮｂ系超電導エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第２安定化マトリクスと、前記第２安定化マトリクス中に埋設され、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相を有する単数または複数の超電導フィラメントとを備える、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材。
　本開示によれば、良好な強度を有すると共に、撚線加工を行っても高い臨界電流密度Ｊｃを維持することができる超電導線材を製造するためのＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材を提供することができる。
図１は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。 図２は、図１のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。 図３は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を構成するＮｂ系超電導エレメント線材前駆体の他例を示す横断面図である。 図４は、図３のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。 図５は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を構成するＮｂ系超電導エレメント線材前駆体の他例を示す横断面図である。 図６は、図５のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。 図７は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を構成するＮｂ系超電導エレメント線材前駆体の他例を示す横断面図である。 図８は、図７のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。 図９は、第２実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。 図１０は、図９のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。 図１１は、第３実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。 図１２は、図１１のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。
　以下、実施形態に基づき詳細に説明する。
　本発明者らは、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材について鋭意研究を重ねた結果、Ｓｎ系強化エレメント線材は複数の強化フィラメントで構成される強化材多芯線を備えることでＳｎ系強化エレメント線材の強度が向上するため、Ｓｎ系強化エレメント線材とＮｂ系超電導エレメント線材前駆体やＮｂ系超電導エレメント線材との強度差が小さくなり、撚線時にＳｎ系強化エレメント線材が大きく変形してエレメントの配置が乱れることを抑制できることから、撚線後も高い臨界電流密度Ｊｃを保つことができることを見出し、かかる知見に基づき本開示を完成させるに至った。
　実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体は、外周に設けられる筒状の安定化銅層と、安定化銅層の内側に設けられる筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層と、第１Ｓｎ拡散バリア層の内側に収容される超電導エレメント群前駆体とを備える。超電導エレメント群前駆体は、複数のＳｎ系強化エレメント線材と複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体とを備える。複数のＳｎ系強化エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第１安定化マトリクスと、第１安定化マトリクス中に埋設され、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる複数のＳｎ系フィラメントと、第１安定化マトリクス中に埋設され、金属製または合金製の複数の強化フィラメントで構成される複数の強化材多芯線とを備える。複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第２安定化マトリクスと、第２安定化マトリクス中に埋設され、ＮｂまたはＮｂ基合金からなる単数または複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体とを備える。
　実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材は、外周に設けられる筒状の安定化銅層と、安定化銅層の内側に設けられる筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層と、第１Ｓｎ拡散バリア層の内側に収容される超電導エレメント群とを備える。超電導エレメント群は、複数の強化エレメント線材と複数のＮｂ系超電導エレメント線材とを備える。複数の強化エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第１安定化マトリクスと、第１安定化マトリクス中に埋設され、金属製または合金製の複数の強化フィラメントで構成される複数の強化材多芯線とを備える。複数のＮｂ系超電導エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第２安定化マトリクスと、第２安定化マトリクス中に埋設され、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相を有する単数または複数の超電導フィラメントとを備える。
（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の横断面図とは、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の軸方向（長手方向）に垂直な断面である。図１に示すように、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１は、筒状の安定化銅層１０、筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層２０および超電導エレメント群前駆体３０を備える。
　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を構成する安定化銅層１０は、筒状であり、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の外周に設けられ、第１Ｓｎ拡散バリア層２０を外側から被覆する。安定化銅層１０は、ＣｕやＣｕ合金からなる。
　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を構成する第１Ｓｎ拡散バリア層２０は、筒状であり、安定化銅層１０の内側に設けられる。また、第１Ｓｎ拡散バリア層２０は、ＴａもしくはＮｂの金属からなる、またはＴａおよびＮｂの少なくとの一方の元素を含む合金からなることが好ましい。
　第１Ｓｎ拡散バリア層２０は、後述するＮｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を生成するための熱処理時に、Ｓｎ系フィラメント４２中のＳｎが安定化銅層１０に拡散して安定化銅層１０がブロンズ化することを抑制し、残留抵抗比などの超電導特性の低下を抑制すると共に、Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３と反応してＮｂ３Ｓｎを生成するために必要なＳｎ量を第１Ｓｎ拡散バリア層２０の内側に保持させる。
　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を構成する超電導エレメント群前駆体３０は、第１Ｓｎ拡散バリア層２０の内側に収容される。超電導エレメント群前駆体３０は、複数のＳｎ系強化エレメント線材４０と複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０とを備える。
　複数のＳｎ系強化エレメント線材４０の各々は、第１安定化マトリクス４１と複数のＳｎ系フィラメント４２と複数の強化材多芯線４４とを備える。第１安定化マトリクス４１は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる。
　Ｓｎ系フィラメント４２は、ＳｎまたはＳｎ基合金からなり、第１安定化マトリクス４１中に埋設される。後述する化合物超電導相７３を生成するための熱処理を施すことによって、Ｓｎ系フィラメント４２中のＳｎがＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０中のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と反応して、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を形成する。このように、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に熱処理を施すと、Ｓｎ系フィラメント４２からＳｎが拡散するため、Ｓｎ系フィラメント４２がフィラメントとしては存在しなくなり、後述する図２に示すＮｂ３Ｓｎ超電導線材２において、強化エレメント線材４０ａの一部に空洞Ｖが形成された状態となる。
　強化材多芯線４４は、金属製または合金製の複数の強化フィラメント４３で構成され、第１安定化マトリクス４１中に埋設される。強化フィラメント４３は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、ＦｅもしくはＨｆの金属からなる、またはＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、ＦｅおよびＨｆの少なくとも１種以上の元素を含む合金からなることが好ましい。強化材多芯線４４は、Ｓｎ系フィラメント４２よりも強度が大きい。そのため、強化材多芯線４４を備えないＳｎ系エレメント線材に比べて、強化材多芯線４４を備えるＳｎ系強化エレメント線材４０の強度は大きい。
　複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０の各々は、第２安定化マトリクス５１と単数または複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３とを備える。第２安定化マトリクス５１は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる。Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３は、ＮｂまたはＮｂ基合金からなり、第２安定化マトリクス５１中に埋設される。
　図１では、複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０の各々は、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３のみを備える例を示している。ただし、複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０の各々は、単数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３のみを備えてもよいし、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と単数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３とを混在して備えてもよい。
　後述する化合物超電導相７３を生成するための熱処理を施すことによって、Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３の全部または一部がＳｎ系フィラメント４２から拡散されてきたＳｎと反応して、Ｎｂ３Ｓｎからなるフィラメント状の化合物超電導相７３を形成する。
　このように、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１は、Ｓｎ系強化エレメント線材４０に複数の強化材多芯線４４を備えることから、Ｓｎ系強化エレメント線材４０とＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０との強度差が小さくなり、撚線時にＳｎ系強化エレメント線材４０が大きく変形してエレメントの配置が乱れることを抑制できる。そのため、撚線後も高い臨界電流密度Ｊｃを保つことができる。
　次に、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を生成するための熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に施して得られるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２について説明する。図２は、図１のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２の一例を示す横断面図である。
　図２に示すように、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の加熱生成物であるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２は、筒状の安定化銅層１０、筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層２０および超電導エレメント群６０を備える。
　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の安定化銅層１０および第１Ｓｎ拡散バリア層２０は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の安定化銅層１０および第１Ｓｎ拡散バリア層２０と同様の構成である。
　超電導エレメント群６０は、第１Ｓｎ拡散バリア層２０の内側に収容される。超電導エレメント群６０は、複数の強化エレメント線材４０ａと複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０とを備える。
　複数の強化エレメント線材４０ａの各々は、第１安定化マトリクス４１と複数の強化材多芯線４４とを備える。Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の第１安定化マトリクス４１および複数の強化材多芯線４４は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の第１安定化マトリクス４１および複数の強化材多芯線４４と同様の構成である。
　また、複数の強化エレメント線材４０ａの各々には、空洞Ｖが形成されている。熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に施すと、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１のＳｎ系強化エレメント線材４０内に設けられていたＳｎ系フィラメント４２中のＳｎが拡散することによって、空洞Ｖが形成される。強化エレメント線材４０ａ内の空洞Ｖの位置は、Ｓｎ系強化エレメント線材４０内のＳｎ系フィラメント４２の位置に相当する。
　複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０の各々は、第２安定化マトリクス５１と単数または複数の超電導フィラメント８０とを備える。Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の第２安定化マトリクス５１は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の第２安定化マトリクス５１と同様の構成である。超電導フィラメント８０は、第２安定化マトリクス５１中に埋設される。複数の超電導フィラメント８０の各々は、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を有する。
　図２では、複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０の各々は、複数の超電導フィラメント８０のみを備える例を示している。ただし、複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０の各々は、単数の超電導フィラメント８０のみを備えてもよいし、複数の超電導フィラメント８０と単数の超電導フィラメント８０とを混在して備えてもよい。
　図２および以降の図では、内部スズ法によって製造したＮｂ系超電導エレメント線材７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃを示している。内部スズ法では、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に対してＮｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を生成するための熱処理を施すと、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１のＳｎ系フィラメント４２から拡散してきたＳｎがＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３の表面にあるＮｂから反応することによって、化合物超電導相７３であるＮｂ３Ｓｎフィラメントを生成することができる。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２では、Ｓｎ系フィラメント４２がなく、空洞Ｖが形成されている。Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の熱処理は、例えば、アルゴンや窒素のような不活性ガス雰囲気下で行われる。
　また、図２および以降の図に示すＮｂ系超電導エレメント線材７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃでは、Ｓｎと反応せずに残った中心部分のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３が超電導フィラメント８０に存在する例を示している。ただし、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１のＳｎ系フィラメント４２に含まれるＳｎの量や、Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３の径サイズなどによっては、Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３が超電導フィラメント８０に存在しない、すなわち、超電導フィラメント８０が化合物超電導相７３からなることもある。
　このように、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は、強化エレメント線材４０ａに複数の強化材多芯線４４を備えることから、強化エレメント線材４０ａとＮｂ系超電導エレメント線材７０との強度差が小さくなり、撚線時に強化エレメント線材４０ａが大きく変形してエレメントの配置が乱れることを抑制できる。そのため、撚線後も高い臨界電流密度Ｊｃを保つことができる。
　Ｎｂ３Ｓｎを生成するための熱処理は、通常線材を撚り線化する工程の後におこなわれるため、強化フィラメント４３の一部または全部がＳｎ系フィラメント４２から拡散してきたＳｎと反応し、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の強化エレメント線材４０ａにＮｂ３Ｓｎが形成されたとしても、撚線時にエレメントの配置が乱れる抑制効果は維持できる。さらには、強化エレメント線材４０ａにＮｂ３Ｓｎが形成されることで、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２に含まれるＮｂ３Ｓｎの量が増加するため、臨界電流密度Ｊｃをさらに向上できる。
　また、複数の空洞Ｖの間には、強化材多芯線４４が配置されていることから、強化エレメント線材４０ａの強度をさらに向上できる。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は、電磁応力による臨界電流密度Ｊｃの劣化をさらに低減することができる。
　また、図３は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を構成するＮｂ系超電導エレメント線材前駆体の他例を示す横断面図である。図４は、図３のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。
　図３に示すように、複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ａの各々は、第２安定化マトリクス５１と複数のＮｂ系強化フィラメント５２と複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３とを備える。複数のＮｂ系強化フィラメント５２および複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３は、どちらも、ＮｂまたはＮｂ基合金からなり、第２安定化マトリクス５１中に埋設される。
　Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３の直径は、Ｎｂ系強化フィラメント５２の直径よりも大きい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント５２の直径は、０．０４μｍ以上０．３０μｍ以下であり、Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３の直径は、１μｍ以上１０μｍ以下である。
　また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の軸方向に垂直な断面において、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３が集合しているＮｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａの面積に対する複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３の合計面積の割合に比べて、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が集合しているＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は小さい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は、０．１以上０．５以下であり、Ｎｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａの面積に対する複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３の合計面積の割合は、０．６以上０．９以下である。ここで、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａは、複数のＮｂ系強化フィラメント５２を含むと共に、複数のＮｂ系強化フィラメント５２間に存在する第２安定化マトリクス５１を含み、複数のＮｂ系強化フィラメント５２に挟まれない第２安定化マトリクス５１は含まないものと定義する。また、Ｎｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａは、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３を含むと共に、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３間に存在する第２安定化マトリクス５１を含み、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３に挟まれない第２安定化マトリクス５１は含まないものと定義する。
　このように、Ｎｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ａに複数のＮｂ系強化フィラメント５２が設けられることで、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１やＮｂ３Ｓｎ超電導線材２は、軸方向の引張応力に対する高い機械的強度を有する。そのため、軸方向の引張応力に起因するＮｂ３Ｓｎ超電導線材２の臨界電流密度Ｊｃの低下をさらに抑制できる。また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１やＮｂ３Ｓｎ超電導線材２に径方向の圧縮応力が加わると、Ｎｂ系強化フィラメント５２を埋設している部分の第２安定化マトリクス５１、換言するとＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａの第２安定化マトリクス５１が優先的に変形する。そのため、撚線時や圧延加工時の超電導フィラメントの損傷がさらに少なく、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の臨界電流密度Ｊｃの低下をさらに抑制できる。このように、撚線加工や圧延加工による超電導フィラメント前駆体の損傷をさらに抑制することができることから、超電導フィラメントが保護されるため、撚線に供しても、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は高い臨界電流密度Ｊｃを十分に発揮することができる。
　また、Ｎｂ系強化フィラメント５２とＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３は、どちらもＮｂまたはＮｂ基合金である。そのため、機械特性の異なる部材が隣接することによる加工性の悪化を回避することができる。
　また、図３に示すように、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の軸方向に垂直な断面において、複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ａの各々では、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が集合しているＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａは中央に配置され、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３が集合しているＮｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａは外周に配置されることが好ましい。Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａは、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の横断面におけるＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ａの中央に配置される。また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の横断面におけるＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ａの外周全周に亘って配置される環状のＮｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａは、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａの周囲を覆う。こうした構成であると、化合物超電導相７３を生成するための熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に施したときに、Ｓｎ系フィラメント４２から拡散されたＳｎがＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ａの外周に配置される複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と優先的に反応することで、良質なＮｂ３Ｓｎの化合物超電導相７３を形成しやすい。
　また、図４に示すように、図３のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２では、第１Ｓｎ拡散バリア層２０の内側に収容される超電導エレメント群６０は、複数の強化エレメント線材４０ａと複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０ａとを備える。
　複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０ａの各々は、第２安定化マトリクス５１、ＮｂまたはＮｂ基合金からなる複数のＮｂ系強化フィラメント５２、および複数の超電導フィラメント８０を備える。複数のＮｂ系強化フィラメント５２および複数の超電導フィラメント８０は、どちらも第２安定化マトリクス５１中に埋設される。
　複数の超電導フィラメント８０の各々は、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を有する。超電導フィラメント８０の直径は、Ｎｂ系強化フィラメント５２の直径よりも大きい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント５２の直径は、０．０４μｍ以上０．３０μｍ以下であり、超電導フィラメント８０の直径は、１μｍ以上１０μｍ以下である。
　また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の軸方向に垂直な断面において、複数の超電導フィラメント８０が集合している超電導フィラメント集合体８０ａの面積に対する複数の超電導フィラメント８０の合計面積の割合に比べて、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が集合しているＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は小さい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は、０．１以上０．５以下であり、超電導フィラメント集合体８０ａの面積に対する複数の超電導フィラメント８０の合計面積の割合は、０．６以上０．９以下である。ここで、超電導フィラメント集合体８０ａは、複数の超電導フィラメント８０を含むと共に、複数の超電導フィラメント８０間に存在する第２安定化マトリクス５１を含み、複数の超電導フィラメント８０に挟まれない第２安定化マトリクス５１は含まないものと定義する。
　このように、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は、Ｎｂ系超電導エレメント線材７０ａに複数のＮｂ系強化フィラメント５２を備えるため、軸方向の引張応力に対する高い機械的強度を有する。また、撚線製造時や圧延加工時において、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に径方向の圧縮応力が加わると、Ｎｂ系強化フィラメント５２を埋設している部分の第２安定化マトリクス５１が優先的に変形する。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の撚線加工および圧延加工に伴うＮｂ３Ｓｎ超電導線材２の超電導フィラメント８０の損傷が少ないことから、臨界電流密度Ｊｃの低下をさらに抑制できる。このように、超電導フィラメント８０が保護されるため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を撚線や圧延加工に供しても、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は高い臨界電流密度Ｊｃを十分に発揮することができる。
　また、Ｎｂ系強化フィラメント５２とＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３は、どちらもＮｂまたはＮｂ基合金である。そのため、機械特性の異なる部材が隣接することによる加工性の悪化をさらに回避することができる。
　また、図４に示すＮｂ３Ｓｎ超電導線材２の軸方向に垂直な断面において、複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０ａの各々では、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が集合しているＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａは中央に配置され、複数の超電導フィラメント８０が集合している超電導フィラメント集合体８０ａは外周に配置される。この場合、Ｎｂ系超電導エレメント線材７０ａの外周全周に亘って配置される環状の超電導フィラメント集合体８０ａは、Ｎｂ系超電導エレメント線材７０ａの中央に配置されるＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａの周囲を覆う。こうした構成であると、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１においてＳｎ系フィラメント４２から拡散されてきたＳｎが複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と優先的に反応するため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は良質なＮｂ３Ｓｎの化合物超電導相７３を有する。
　また、図５は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を構成するＮｂ系超電導エレメント線材前駆体の他例を示す横断面図である。図６は、図５のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。
　図５に示すように、Ｎｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ｂは、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の軸方向に垂直な断面において、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａとＮｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａとの間に設けられ、ＴａもしくはＮｂの金属からなる、またはＴａおよびＮｂの少なくとの一方の元素を含む合金からなる第３Ｓｎ拡散バリア層５４をさらに備える。第３Ｓｎ拡散バリア層５４は、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａの周囲を完全に覆う。また、第３Ｓｎ拡散バリア層５４の形状は、筒状であり、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の軸方向に垂直な断面では環状である。
　また、図６に示すように、図５のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２では、第１Ｓｎ拡散バリア層２０の内側に収容される超電導エレメント群６０は、複数の強化エレメント線材４０ａと複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０ｂとを備える。
　複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０ｂの各々は、第２安定化マトリクス５１、ならびに第２安定化マトリクス５１中に埋設される、複数のＮｂ系強化フィラメント５２、複数の超電導フィラメント８０および第３Ｓｎ拡散バリア層５４を備える。
　図５～６のような構成であると、化合物超電導相７３を生成するための熱処理時に、第３Ｓｎ拡散バリア層５４は、Ｓｎ系フィラメント４２中のＳｎがＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａに拡散してＮｂ系強化フィラメント５２と反応し、Ｎｂ３Ｓｎを形成することを抑制する。すなわち、熱処理を施しても、Ｎｂ系強化フィラメント５２から脆いＮｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相への反応をさらに抑制する。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材２の軸方向の引張応力に対する機械的強度の低下をさらに抑制できる。
　また、図７は、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を構成するＮｂ系超電導エレメント線材前駆体の他例を示す横断面図である。図８は、図７のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。
　図７に示すように、複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ｃは、複数のＮｂ系強化サブエレメント５５と複数のＮｂ系超電導サブエレメント前駆体５７とを備える。
　複数のＮｂ系強化サブエレメント５５の各々は、第３安定化マトリクス５６および複数のＮｂ系強化フィラメント５２を有する。第３安定化マトリクス５６は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる。複数のＮｂ系強化フィラメント５２は、ＮｂまたはＮｂ基合金からなり、第３安定化マトリクス５６中に埋設される。
　複数のＮｂ系超電導サブエレメント前駆体５７の各々は、第４安定化マトリクス５８および複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３を有する。第４安定化マトリクス５８は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる。複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３は、ＮｂまたはＮｂ基合金からなり、第４安定化マトリクス５８中に埋設される。
　Ｎｂ系強化サブエレメント５５の第３安定化マトリクス５６には、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が設けられるが、Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３は設けられない。また、Ｎｂ系超電導サブエレメント前駆体５７の第４安定化マトリクス５８には、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３が設けられるが、Ｎｂ系強化フィラメント５２は設けられない。すなわち、Ｎｂ系強化フィラメント５２とＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３とは、異なるサブエレメント（サブエレメント前駆体）に設けられる。
　第４安定化マトリクス５８に埋設されるＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３の直径は、第３安定化マトリクス５６に埋設されるＮｂ系強化フィラメント５２の直径よりも大きい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント５２の直径は、０．０４μｍ以上０．３０μｍ以下であり、Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体５３の直径は、１μｍ以上１０μｍ以下である。
　また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の軸方向に垂直な断面において、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３が集合しているＮｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａの面積に対する複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３の合計面積の割合に比べて、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が集合しているＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は小さい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は、０．１以上０．５以下であり、Ｎｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａの面積に対する複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３の合計面積の割合は、０．６以上０．９以下である。ここで、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａは、複数のＮｂ系強化フィラメント５２を含むと共に、複数のＮｂ系強化フィラメント５２間に存在する第３安定化マトリクス５６を含み、複数のＮｂ系強化フィラメント５２に挟まれない第３安定化マトリクス５６は含まないものと定義する。また、Ｎｂ系超電導フィラメント集合体前駆体５３ａは、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３を含むと共に、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３間に存在する第４安定化マトリクス５８を含み、複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３に挟まれない第４安定化マトリクス５８は含まないものと定義する。
　このように、Ｎｂ系超電導エレメント線材前駆体５０ｃに複数のＮｂ系強化フィラメント５２が設けられることで、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材２は、軸方向の引張応力に対するさらに高い機械的強度を有する。また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材２に径方向の圧縮応力が加わると、Ｎｂ系強化フィラメント５２を埋設している第３安定化マトリクス５６、換言するとＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａの第３安定化マトリクス５６が優先的に変形する。そのため、撚線時や圧延加工時の超電導フィラメントの損傷が少なく、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の臨界電流密度Ｊｃの低下をさらに抑制できる。このように、撚線加工や圧延加工による超電導フィラメント前駆体の損傷を抑制することができることから、超電導フィラメントが保護されるため、撚線に供しても、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材は高い臨界電流密度Ｊｃを十分に発揮することができる。
　また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の軸方向に垂直な断面において、複数のＮｂ系超電導サブエレメント前駆体５７および複数のＳｎ系強化エレメント線材４０は、超電導エレメント群前駆体３０の中央に配置され、複数のＮｂ系強化サブエレメント５５は、超電導エレメント群前駆体３０の外周に配置されることが好ましい。この場合、超電導エレメント群前駆体３０の外周全周に亘って環状に配置される複数のＮｂ系強化サブエレメント５５は、超電導エレメント群前駆体３０の中央に配置される複数のＮｂ系超電導サブエレメント前駆体５７および複数のＳｎ系強化エレメント線材４０の周囲を覆う。こうした構成であると、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を生成するための熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に施したときに、Ｓｎ系強化エレメント線材４０のＳｎ系フィラメント４２から拡散されてきたＳｎが複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と優先的に反応することで、良質なＮｂ３Ｓｎの化合物超電導相７３を形成しやすい。
　また、図８に示すように、図７のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の加熱生成物であるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２では、第１Ｓｎ拡散バリア層２０の内側に収容される超電導エレメント群６０は、複数の強化エレメント線材４０ａと複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０ｃとを備える。複数のＮｂ系超電導エレメント線材７０ｃは、複数のＮｂ系強化サブエレメント５５と複数の超電導サブエレメント７７とを備える。
　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２のＮｂ系強化サブエレメント５５は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１のＮｂ系強化サブエレメント５５と同様の構成である。
　複数の超電導サブエレメント７７の各々は、第４安定化マトリクス５８および複数の超電導フィラメント８０を有する。第４安定化マトリクス５８は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる。複数の超電導フィラメント８０は、第４安定化マトリクス５８中に埋設される。
　複数の超電導フィラメント８０の各々は、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相７３を有する。超電導フィラメント８０の直径は、第３安定化マトリクス５６に埋設されるＮｂ系強化フィラメント５２の直径よりも大きい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント５２の直径は、０.０４μｍ以上０.３０μｍ以下であり、超電導フィラメント８０の直径は、１μｍ以上１０μｍ以下である。
　また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の軸方向に垂直な断面において、複数の超電導フィラメント８０が集合している超電導フィラメント集合体８０ａの面積に対する複数の超電導フィラメント８０の合計面積の割合に比べて、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が集合しているＮｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は小さい。例えば、Ｎｂ系強化フィラメント集合体５２ａの面積に対する複数のＮｂ系強化フィラメント５２の合計面積の割合は、０．１以上０．５以下であり、超電導フィラメント集合体８０ａの面積に対する複数の超電導フィラメント８０の合計面積の割合は、０．６以上０．９以下である。ここで、超電導フィラメント集合体８０ａは、複数の超電導フィラメント８０を含むと共に、複数の超電導フィラメント８０間に存在する第４安定化マトリクス５８を含み、複数の超電導フィラメント８０に挟まれない第４安定化マトリクス５８は含まないものと定義する。
　Ｎｂ系強化サブエレメント５５の第３安定化マトリクス５６には、複数のＮｂ系強化フィラメント５２が設けられるが、超電導フィラメント８０は設けられない。また、超電導サブエレメント７７の第４安定化マトリクス５８には、複数の超電導フィラメント８０が設けられるが、Ｎｂ系強化フィラメント５２は設けられない。すなわち、Ｎｂ系強化フィラメント５２と超電導フィラメント８０とは、異なるサブエレメントに設けられる。
　このように、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は、Ｎｂ系超電導エレメント線材７０ｃに複数のＮｂ系強化フィラメント５２を備えるため、軸方向の引張応力に対するさらに高い機械的強度を有する。また、撚線製造時や圧延加工時において、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１に径方向の圧縮応力が加わると、Ｎｂ系強化フィラメント５２を埋設している第３安定化マトリクス５６が優先的に変形する。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１の撚線加工および圧延加工に伴うＮｂ３Ｓｎ超電導線材２の超電導フィラメント８０の損傷が少なく、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の臨界電流密度Ｊｃの低下をさらに抑制できる。このように、超電導フィラメント８０が保護されるため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１を撚線や圧延加工に供しても、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は高い臨界電流密度Ｊｃを十分に発揮することができる。
　また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２の軸方向に垂直な断面において、複数の超電導サブエレメント７７および複数の強化エレメント線材４０ａは、超電導エレメント群６０の中央に配置され、複数のＮｂ系強化サブエレメント５５は、超電導エレメント群６０の外周に配置されることが好ましい。この場合、超電導エレメント群６０の外周全周に亘って環状に配置される複数のＮｂ系強化サブエレメント５５は、超電導エレメント群６０の中央に配置される複数の超電導サブエレメント７７および複数の強化エレメント線材４０ａの周囲を覆う。こうした構成であると、Ｓｎ系フィラメント４２から拡散されてきたＳｎが複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と優先的に反応するため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２はさらに良質なＮｂ３Ｓｎの化合物超電導相７３を有する。
　上記で説明したＮｂ３Ｓｎ超電導線材２は、良好な強度を有すると共に、撚線加工を行っても高い臨界電流密度Ｊｃを維持することができる。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２は、大型加速器、核融合炉、分析装置などに用いられる高磁場超電導マグネットを構成する超電導線材として好適に用いられる。
　以上説明した第１実施形態によれば、Ｓｎ系強化エレメント線材が複数の強化フィラメントで構成される強化材多芯線を備えることで、Ｓｎ系強化エレメント線材の強度を向上させて、撚線時にＳｎ系強化エレメント線材が大きく変形してエレメントの配置が乱れることを抑制できることから、撚線後も高い臨界電流密度Ｊｃを維持することができる。
（第２実施形態）
　図９は、第２実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。図１０は、図１０のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。
　なお、以下に示す実施形態では、第１実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
　第２実施形態では、複数の強化材多芯線４４の配置状態が異なること以外は、第１実施形態の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
　図９に示すように、第２実施形態におけるＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａは、筒状の安定化銅層１０、筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層２０および超電導エレメント群前駆体３０を備える。超電導エレメント群前駆体３０は、複数のＳｎ系強化エレメント線材４０と複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０とを備える。
　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａの軸方向に垂直な断面において、複数のＳｎ系強化エレメント線材４０の各々では、複数の強化材多芯線４４が集合している強化材多芯線集合体４４ａは中央に配置され、複数のＳｎ系フィラメント４２が集合しているＳｎ系フィラメント集合体４２ａは外周に配置される。強化材多芯線集合体４４ａは、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａの横断面におけるＳｎ系強化エレメント線材４０の中央に配置される。また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａの横断面におけるＳｎ系強化エレメント線材４０の外周全周に亘って配置される環状のＳｎ系フィラメント集合体４２ａは、強化材多芯線集合体４４ａの周囲を覆う。
　こうした構成であると、化合物超電導相７３を生成するための熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａに施したときに、Ｓｎ系強化エレメント線材４０の外周に配置されているＳｎ系フィラメント４２から拡散されたＳｎがＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と効率的に反応することで、良質なＮｂ３Ｓｎの化合物超電導相７３を形成しやすい。
　また、図１０に示すように、化合物超電導相７３を生成するための熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａに施して得られるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２ａの横断面において、複数の強化エレメント線材４０ａの各々では、複数の強化材多芯線４４が集合している強化材多芯線集合体４４ａは中央に配置される。また、複数の空洞Ｖが集合している環状の空洞集合体は、強化エレメント線材４０ａの外周全周に亘って形成され、強化エレメント線材４０ａの中央に配置される強化材多芯線集合体４４ａの周囲を覆う。
　上記のように、化合物超電導相７３を生成するための熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａに施すと、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ａにおいてＳｎ系フィラメント４２から拡散されたＳｎがＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０のＮｂ系超電導フィラメント前駆体５３と効率的に反応して、良質なＮｂ３Ｓｎの化合物超電導相７３を形成しやすい。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２ａの臨界電流密度Ｊｃをさらに向上できる。
　以上説明した第２実施形態によれば、複数の強化材多芯線を所定の配置状態にすることで、良好な強度を有しながら、臨界電流密度Ｊｃをさらに向上できる。
（第３実施形態）
　図１１は、第３実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。図１２は、図１１のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を加熱してなるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の一例を示す横断面図である。
　第３実施形態では、第２Ｓｎ拡散バリア層４５を備えること以外は、第２実施形態の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
　図１１に示すように、第３実施形態におけるＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ｂは、筒状の安定化銅層１０、筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層２０および超電導エレメント群前駆体３０を備える。超電導エレメント群前駆体３０は、複数のＳｎ系強化エレメント線材４０と複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体５０とを備える。
　複数のＳｎ系強化エレメント線材４０の各々は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ｂの軸方向に垂直な断面において、強化材多芯線集合体４４ａとＳｎ系フィラメント集合体４２ａとの間に設けられ、ＴａもしくはＮｂの金属からなる、またはＴａおよびＮｂの少なくとの一方の元素を含む合金からなる第２Ｓｎ拡散バリア層４５をさらに備える。第２Ｓｎ拡散バリア層４５は、強化材多芯線集合体４４ａの周囲を完全に覆う。また、第２Ｓｎ拡散バリア層４５の形状は、筒状であり、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ｂの軸方向に垂直な断面では環状である。
　また、図１２に示すように、化合物超電導相７３を生成するための熱処理をＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ｂに施して得られるＮｂ３Ｓｎ超電導線材２ｂでは、複数の強化エレメント線材４０ａの各々は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材２ｂの横断面において、強化材多芯線集合体４４ａと空洞集合体との間に設けられる第２Ｓｎ拡散バリア層４５をさらに備える。
　こうした構成であると、化合物超電導相７３を生成するための熱処理時に、第２Ｓｎ拡散バリア層４５は、Ｓｎ系フィラメント４２中のＳｎが強化材多芯線集合体４４ａに拡散して強化材多芯線４４と反応し、Ｎｂ３Ｓｎを形成することを抑制する。すなわち、熱処理を施しても、強化材多芯線４４から脆いＮｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相への反応をさらに抑制する。そのため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体１ｂおよびＮｂ３Ｓｎ超電導線材２ｂの軸方向の引張応力に対する機械的強度の低下をさらに抑制できる。
　以上説明した第３実施形態によれば、第２Ｓｎ拡散バリア層を備えることで、撚線加工を行っても高い臨界電流密度Ｊｃを維持しながら、軸方向の引張応力に対する機械的強度の低下をさらに抑制できる。
　以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本開示の範囲内で種々に改変することができる。
　次に、実施例および比較例について説明するが、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
　図９に示すようなＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体および図１０に示すようなＮｂ３Ｓｎ超電導線材を製造した。
　まず、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４.５ｍｍφ）にＳｎ－Ｔｉ合金棒（直径２４.２ｍｍφ）を挿入して得られた試料を伸線加工することで、対辺長２.８２ｍｍＨのＳｎ系フィラメント六角素線を形成した。
　また、銅管（無酸素銅、外径２１４ｍｍφ、内径１０３．７ｍｍφ）にＮｂ棒（純Ｎｂ、直径１０３ｍｍφ）を挿入し、押出加工した後、伸線および皮むき加工することで、対辺長１３.４ｍｍＨのＮｂ系強化フィラメント１次六角素線を形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径２１４ｍｍφ、内径１６６ｍｍφ）に１０９本の上記Ｎｂ系強化フィラメント１次六角素線を挿入し、ＨＩＰ（熱間等方圧加圧）、外削の後に押出加工し、さらに複数回伸線および皮むき加工することで、対辺長２．８２ｍｍＨのＮｂ系強化フィラメント２次六角素線を形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４．５ｍｍφ）に、４８本の上記Ｓｎ系フィラメント六角素線と７本の上記Ｎｂ系強化フィラメント２次六角素線とを、Ｎｂ系強化フィラメント２次六角素線が径方向中心部に集合する配置で挿入し、ＨＩＰ、外削の後に押出加工し、さらに複数回伸線加工することで、対辺長２．２４ｍｍＨのＳｎ系強化エレメント六角素線を形成した。
　また、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４．５ｍｍφ）にＮｂ棒（純Ｎｂ、直径２４．３ｍｍφ）を挿入して得られた試料を複数回伸線加工することで、対辺長１．７１ｍｍＨのＮｂ系超電導フィラメント前駆体六角素線を形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４．５ｍｍφ）に１５１本の上記Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体六角素線を挿入し、ＨＩＰ、外削の後に押出加工し、さらに複数回伸線加工することで、対辺長２．２４ｍｍＨのＮｂ系超電導エレメント前駆体素線を形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径３０ｍｍφ、内径２０ｍｍφ）の内周に沿って厚さ０.３ｍｍのＮｂシートを１周巻き、さらにその内側に、１９本の上記Ｓｎ系強化エレメント六角素線と３６本の上記Ｎｂ系超電導エレメント前駆体素線とを、Ｓｎ系強化エレメント六角素線が互いに隣合わないような配置で挿入し、ＣＩＰ（冷間等方圧加圧）、外削の後に複数回伸線加工することで、直径０．６ｍｍφのＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を形成した。
　次に、得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体に対して、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相を生成するために、２１０℃で６時間加熱し、続いて３５０℃で１８時間加熱し、続いて４８０℃で２８時間加熱し、続いて５７０℃で１８０時間加熱し、続いて６６５℃で２００時間加熱する熱処理を施すことで、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を得た。
　得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材は、良好な強度を有した。さらには、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材に撚線加工を施しても、得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材は高い臨界電流密度Ｊｃを維持することができた。
（実施例２）
　図１１に示すようなＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体および図１２に示すようなＮｂ３Ｓｎ超電導線材を製造した。
　まず、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４.５ｍｍφ）にＳｎ－Ｔｉ合金棒（直径２４.２ｍｍφ）を挿入して得られた試料を伸線加工することで、直径２．６ｍｍφのＳｎ系フィラメント素線を形成した。
　また、銅管（無酸素銅、外径２１４ｍｍφ、内径１０３．７ｍｍφ）にＮｂ棒（純Ｎｂ、直径１０３ｍｍφ）を挿入し、押出加工した後、伸線および皮むき加工することで、対辺長１３.４ｍｍＨのＮｂ系強化フィラメント１次六角素線を形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径２１４ｍｍφ、内径１６６ｍｍφ）に１０９本の上記Ｎｂ系強化フィラメント１次六角素線を挿入し、ＨＩＰ、外削の後に押出加工し、さらに複数回伸線および皮むき加工することで、直径２．６ｍｍφのＮｂ系強化フィラメント２次素線を形成した。
　次に、７本の上記Ｎｂ系強化フィラメント２次素線の集合体の外周に、厚さ０.１ｍｍのＮｂシートを６周巻き付けて、Ｎｂ系強化フィラメントバンドルを形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４．５ｍｍφ）に、４８本の上記Ｓｎ系フィラメント素線と上記Ｎｂ系強化フィラメントバンドルとを、Ｎｂ系強化フィラメントバンドルが径方向中心部に配置されるように挿入し、ＣＩＰ、外削の後に押出加工し、さらに複数回伸線加工することで、対辺長２．２４ｍｍＨのＳｎ系強化エレメント六角素線を形成した。
　また、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４．５ｍｍφ）にＮｂ棒（純Ｎｂ、直径２４．３ｍｍφ）を挿入して得られた試料を複数回伸線加工することで、対辺長１．７１ｍｍＨのＮｂ系超電導フィラメント前駆体六角素線を形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径２７．５ｍｍφ、内径２４．５ｍｍφ）に１５１本の上記Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体六角素線を挿入し、ＨＩＰ、外削の後に押出加工し、さらに複数回伸線加工することで、対辺長２．２４ｍｍＨのＮｂ系超電導エレメント前駆体素線を形成した。
　次に、銅管（無酸素銅、外径３０ｍｍφ、内径２０ｍｍφ）の内周に沿って厚さ０.３ｍｍのＮｂシートを１周巻き、さらにその内側に、１９本の上記Ｓｎ系強化エレメント六角素線と３６本の上記Ｎｂ系超電導エレメント前駆体素線とを、Ｓｎ系強化エレメント六角素線が互いに隣合わないような配置で挿入し、ＣＩＰ（冷間等方圧加圧）、外削の後に複数回伸線加工することで、直径０．６ｍｍφのＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体を形成した。
　次に、得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体に対して、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相を生成するために、２１０℃で６時間加熱し、続いて３５０℃で１８時間加熱し、続いて４８０℃で２８時間加熱し、続いて５７０℃で１８０時間加熱し、続いて６６５℃で２００時間加熱する熱処理を施すことで、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を得た。
　得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材は、良好な強度を有した。さらには、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材に撚線加工を施しても、得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線材は高い臨界電流密度Ｊｃを維持することができた。
　１、１ａ、１ｂ　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体
　２、２ａ、２ｂ　Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材
　１０　安定化銅層
　２０　第１Ｓｎ拡散バリア層
　３０　超電導エレメント群前駆体
　４０　Ｓｎ系強化エレメント線材
　４０ａ　強化エレメント線材
　４１　第１安定化マトリクス
　４２　Ｓｎ系フィラメント
　４２ａ　Ｓｎ系フィラメント集合体
　４３　強化フィラメント
　４４　強化材多芯線
　４４ａ　強化材多芯線集合体
　４５　第２Ｓｎ拡散バリア層
　５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ　Ｎｂ系超電導エレメント線材前駆体
　５１　第２安定化マトリクス
　５２　Ｎｂ系強化フィラメント
　５２ａ　Ｎｂ系強化フィラメント集合体
　５３　Ｎｂ系超電導フィラメント前駆体
　５３ａ　Ｎｂ系超電導フィラメント集合体前駆体
　５４　第３Ｓｎ拡散バリア層
　５５　Ｎｂ系強化サブエレメント
　５６　第３安定化マトリクス
　５７　Ｎｂ系超電導サブエレメント前駆体
　５８　第４安定化マトリクス
　６０　超電導エレメント群
　７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ　Ｎｂ系超電導エレメント線材
　７３　化合物超電導相
　７７　超電導サブエレメント
　８０　超電導フィラメント
　８０ａ　超電導フィラメント集合体                
　Ｖ　空洞

Claims (5)

  1. 　外周に設けられる筒状の安定化銅層と、
    　前記安定化銅層の内側に設けられる筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層と、
    　前記第１Ｓｎ拡散バリア層の内側に収容される超電導エレメント群前駆体と
    を備え、
    　前記超電導エレメント群前駆体は、複数のＳｎ系強化エレメント線材と複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体とを備え、
    　前記複数のＳｎ系強化エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第１安定化マトリクスと、前記第１安定化マトリクス中に埋設され、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる複数のＳｎ系フィラメントと、前記第１安定化マトリクス中に埋設され、金属製または合金製の複数の強化フィラメントで構成される複数の強化材多芯線とを備え、
    　前記複数のＮｂ系超電導エレメント線材前駆体は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第２安定化マトリクスと、前記第２安定化マトリクス中に埋設され、ＮｂまたはＮｂ基合金からなる単数または複数のＮｂ系超電導フィラメント前駆体とを備える、
    Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
  2. 　前記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の軸方向に垂直な断面において、前記複数のＳｎ系強化エレメント線材の各々では、前記複数の強化材多芯線が集合している強化材多芯線集合体は中央に配置され、前記複数のＳｎ系フィラメントが集合しているＳｎ系フィラメント集合体は外周に配置される、請求項１に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
  3. 　前記Ｓｎ系強化エレメント線材は、前記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体の軸方向に垂直な断面において、前記強化材多芯線集合体と前記Ｓｎ系フィラメント集合体との間に設けられ、ＴａもしくはＮｂの金属からなる、またはＴａおよびＮｂの少なくとの一方の元素を含む合金からなる第２Ｓｎ拡散バリア層をさらに備える、請求項２に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
  4. 　前記強化フィラメントは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、ＦｅもしくはＨｆの金属からなる、またはＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、ＦｅおよびＨｆの少なくとも１種以上の元素を含む合金からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材用前駆体。
  5. 　外周に設けられる筒状の安定化銅層と、
    　前記安定化銅層の内側に設けられる筒状の第１Ｓｎ拡散バリア層と、
    　前記第１Ｓｎ拡散バリア層の内側に収容される超電導エレメント群と
    を備え、
    　前記超電導エレメント群は、複数の強化エレメント線材と複数のＮｂ系超電導エレメント線材とを備え、
    　前記複数の強化エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第１安定化マトリクスと、前記第１安定化マトリクス中に埋設され、金属製または合金製の複数の強化フィラメントで構成される複数の強化材多芯線とを備え、
    　前記複数のＮｂ系超電導エレメント線材は、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる第２安定化マトリクスと、前記第２安定化マトリクス中に埋設され、Ｎｂ３Ｓｎからなる化合物超電導相を有する単数または複数の超電導フィラメントとを備える、
    Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材。
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