超伝導磁気レンズを使用した小型強磁場発生装置の開発

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超伝導体の新しい応用として、2次元または3次元に電流が流れることが可能な超伝導体の内側壁が囲む面積を絞り、なおかつ周回電流が流れないようにスリット等を導入することで磁束を濃縮できること(超伝導磁気レンズ)を見出している。この磁気レンズ効果を利用することで、超伝導磁石をより効率良く製作することが期待できる。平成23年度は下記の研究を実施した。これまでの結果から最も有望と考えられるGdBaCuOバルク超伝導体を磁気レンズとして、小型強磁場発生装置の設計を行った。外部磁場を発生するNbTiコイルは2個で構成され、振動の少ないパルスチューブ冷凍機で伝導冷却した状態で、108Aを通電し、中心磁場7Tを発生することとした。GdBaCuOバルク超伝導体を用いた磁気レンズは3種類を評価した。2個は外径が42mmで、内径を36mmから12mmに絞っている。最初の1個は高さ方向に3分割しており、高さは39mmである。本レンズは液体ヘリウム中の評価で多くのフラックスジャンプが発生し、機械的な損傷(クラック)も生じたが、損傷を受けた後も、20Kで8Tの外部磁場を印加した状態で、磁気レンズの中心磁場が12.42Tまで増加しており、磁気レンズが機械的な損傷に強いことが実証できた。2個目は1個目の構造を見直し、高さを40mmとし、分割数を2とした。20Kの運転ではフラックスジャンプは見られず、7Tの外部磁場で中心磁場は13Tに到達した。3個目は小型強磁場発生装置に組み込む磁気レンズとして製作しており、外径が58mmで、内径を50mmから20mmに絞っている。高さ方向は2分割し、60mmである。20Kに冷却した状態で中心磁場は11.82Tまで増加しており、小型強磁場発生装置で、室温ボア10mmに中心磁場10Tを発生するという目標を達成する目処を得た。