高磁場に有効な磁束ピンニングセンターを導入する高性能ニオブアルミ超伝導体の研究

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超伝導材料を超伝導線材として利用するには、高い臨界電流密度を実現する必要がある。この臨界電流密度特性は、量子化された磁束線を効率良くピン止めするためのピンニングセンターを線材内部に導入して実現するものである。本研究は、20T以上の高磁場で有効に作用するピンニングセンターの導入することを目的として、次世代の高磁場用超伝導材料であるジェリーロール法Nb_3Al多芯線材に対して、熱処理条件(通電加熱条件)を変えて、臨界電流密度やピンニング特性を比較し、最適な通電加熱条件を検討した。試料の通電加熱(熱処理)は、直径約1mmの試料に直接電流を通電して設定した温度まで加熱し、真空中で冷却を行った。試料表面の温度は、フォトダイオードを用いて、材料表面の輝度温度を測定して求めた。11年度の研究において到達温度がNb_3Alの融点(約1950℃)より低い場合と、高い場合において、反応状態やピン止め特性が大きく異なる結果が得られた。また、2000℃から2050℃において最も高い臨界電流密度が得られることが明らかになった。そこで、12年度は通電加熱温度を2000℃に設定して、室温から最高加熱温度までの加熱時間を0.25秒から1.1秒まで変化させた。その結果、通電加熱時間が0.5〜0.6秒程度を境界として、この時間よりも短い場合は20T以上の磁場において、印加磁場の増加とともに臨界電流は単調に減少し、この時間よりも長い場合は印加磁場の増加と共に臨界電流が増加するピーク効果を示した。結論として、臨界温度が高く均質なA15相と全磁場領域で高臨界電流密度を得るためには0.25秒以下にする必要がある。ただし、高磁場の臨界電流密度特性を一層改善する可能性として、長時間の加熱によって得られる構造と同じ構造を実現する方法が考えられる。