ビスマス系高温超伝導線材の接合技術開発

ビスマス系高温超伝導線材(Bi2223線材)は、km単位での量産化に成功した材料である。Bi2223線材をコイル状にすることで製作できる超伝導磁石は、従来の磁石に比べはるかに高性能であるが、Bi2223線材を電気抵抗ゼロでつなぐ超伝導接合技術は開発されておらず、接合部の性能不良が磁石機能を低下させている。そこで本研究では、超伝導電流がコイルを流れ続け、安定した強い磁場を発生させ続けることができるBi2223超伝導磁石の実現にむけた、Bi2223線材間の実用的な接合技術の開発を目指した。本研究では、予察的な実験によって超伝導接合が達成されることがわかっている、線材の保護層を除去して超伝導部分を露出させた後にBi2223接合中間材料を新たに合成する方法によって試料を作製した。まず2本の短い線材を使って、接合の方法や熱処理条件を最適化することで、線材自体の約60%もの高い超伝導電流性能を発揮する接合試料が得られた。この電流値は超伝導磁石での数百アンペアの大電流運転が十分に可能なものである。また接合部分の詳細な組織観察から、Bi2223材料に特徴的な構造が接合界面でも形成されていることを突き止め、本手法の接合機構も明らかにした。さらに1本の線材の両端を接合したループ形状の小型コイル試料を作製し、超伝導電流を流す試験を行った。超伝導電流に減衰はほとんど見られず、実測された接合部分の電気抵抗値は数万年単位での超伝導磁石の定常運転を可能にするほど低いものであった。以上より、本手法が超伝導磁石へ実装可能なレベルであることを、接合超伝導電流の性能および実測された接合抵抗値より実証した。

ビスマス系高温超伝導線材(Bi2223線材)は、km単位での量産化に成功した材料である。Bi2223線材をコイル状にすることで製作できる超伝導磁石は、従来の磁石に比べはるかに高性能であるが、Bi2223線材を電気抵抗ゼロでつなぐ超伝導接合技術は開発されておらず、接合部の性能不良が磁石機能を低下させている。そこで本研究では、超伝導電流がコイルを流れ続け、安定した強い磁場を発生させ続けることができるBi2223超伝導磁石の実現にむけた、Bi2223線材間の実用的な接合技術の開発を目指した。本研究では、予察的な実験によって超伝導接合が達成されることがわかっている、線材の保護層を除去して超伝導部分を露出させた後にBi2223接合中間材料を新たに合成する方法によって試料を作製した。まず2本の短い線材を使って、接合の方法や熱処理条件を最適化することで、線材自体の約60%もの高い超伝導電流性能を発揮する接合試料が得られた。この電流値は超伝導磁石での数百アンペアの大電流運転が十分に可能なものである。また接合部分の詳細な組織観察から、Bi2223材料に特徴的な構造が接合界面でも形成されていることを突き止め、本手法の接合機構も明らかにした。さらに1本の線材の両端を接合したループ形状の小型コイル試料を作製し、超伝導電流を流す試験を行った。超伝導電流に減衰はほとんど見られず、実測された接合部分の電気抵抗値は数万年単位での超伝導磁石の定常運転を可能にするほど低いものであった。以上より、本手法が超伝導磁石へ実装可能なレベルであることを、接合超伝導電流の性能および実測された接合抵抗値より実証した。