スーパートロン(バルク高温超伝導体レンズ)のフェライトコア・モデルの実験的検証

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バルク(塊)高温超伝導体の応用として、粉体プレス円筒型超伝導体が荷電粒子ビーム用レンズとして良く機能することを過去7年間示してきた。また、溶融形高温超伝導体は約10ミリ以上の大きな擬結晶から成り、しかもレンズとして最も低い性能を示した。これらの結果を説明するために、我々はフェライトコア・モデルを提唱した。その内容は、フェライトコアが磁性体から成りしかも高周波において良く機能する理由は、フェライトコアが磁性体微粒子から成り、粒子間は機械的には密着しながらも電気的には疎に結合するように、粒子表面に電気絶縁層が施されているからである。このモデルに基づいて、本研究では粉体プレス形ビスマス系、イットリウム系、溶融形イットリウム系、銅ブロック形、および銅粉プレス形レンズの性能を実験的に調べた。その結果、単発短パルス電子ビーム(340keV、2kA、10ns)を集束するスーパートロンとして、フェライトコアと同様に、超伝導体粉は互いに電気的に疎に接触している材料を使うべきであることが判明した。高温超伝導体の中では、粉体プレス形ビスマス系が元来フェライトコアモデルの条件を最も満たした良好な材料であった。なお、フェライトコアモデルは、単発短パルス電子ビームに対して適用できる説明であって、連続(直流)的電子ビームにはむしろ溶融形イットリウム系レンズ(スーパートロン)が相応しいと考える。高温超伝導体の応用例の中で、粉体プレス形材料を使わなければならない例は、スーパートロンが今のところ唯一のものである。他の粉体プレス形超伝導体の使用例では、次善の策として使用しているに過ぎない。