(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導体を超伝導遷移温度以下に冷却し，該超電導体にパルス磁場を印加して着磁する方法において，
上記超電導体に複数回のパルス磁場を印加する過程の最初又は途中で少なくとも１回の最大パルス磁場を印加し，その後，該最大パルス磁場よりも小さいパルス磁場を印加する工程を有することを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項２】
請求項１において，上記各パルス磁場の印加は，上記超電導体を所定温度以下に冷却した後に行うことを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記最大パルス磁場は，着磁前の温度における上記超電導体の最大捕捉可能磁場よりも大きな磁場が上記超電導体の内部全体に侵入するようなパルス磁場であることを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記超電導体に上記最大パルス磁場を少なくとも１回印加した後に印加する各パルス磁場は，その直前のパルス磁場と同等又はそれより小さいパルス磁場であることを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において，上記各パルス磁場は，上記超電導体に対して一定の温度において印加することを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において，上記超電導体に上記複数回のパルス磁場を印加した後，さらに，最後のパルス磁場よりも大きいパルス磁場を印加することを特徴とする超電導体の着磁方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，超電導体の着磁方法，特にバルク形状の高温超電導体に高い磁場を捕捉させる場合の着磁方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば，ＹＢａＣｕＯ系などの一部の高温超電導体では，その組織制御により液体窒素温度でも永久磁石では不可能な１Ｔ（テスラ）を超える大きな磁場が捕捉できるものが得られるようになった。これらの高温超電導体は，材料開発により一層の特性向上が期待でき，また，液体窒素温度（７７Ｋ）よりも低温に冷却すると，さらに大きな磁場が捕捉可能になることが知られている。そこで，これらのバルク状の高温超電導体を着磁して，これまで容易には得られなかった強力な磁場を発生する磁石として使うことが検討されるようになってきた。
【０００３】
バルク状の超電導体が磁石として機能するのは，超電導遷移温度以下に冷却されて超電導状態になった超電導体内部に磁束線がピン止めされるためである。したがって，冷却した超電導体の内部に磁束線がピン止めされた状態を実現するための方法，すなわち着磁方法が課題となる。
【０００４】
実験的によく使われる着磁方法は，大きな外部磁場中で超電導体内部に磁束線が十分入った状態で冷却して超電導状態にした後に外部磁場を取り去り，その際にピン止めされた磁束線が超電導体内に残って着磁される，磁場中冷却（ＦＣ）と呼ばれる方法である。しかし，この方法は高磁場を長時間超電導体に印加する必要があること，着磁後に超電導体の温度を保ったまま使用したい場所に移動させるのが困難なことなど，実用的には問題が多い。
【０００５】
そのため，簡易な手段でバルク状の超電導体を着磁する方法として，パルス磁場を超電導体に印加して着磁する，パルス着磁という方法（特開平６−４６８８２３号公報，特願平８−１８００５８号公報）が提案されている。この方法では，機器等の内部に組み込まれた超電導体を着磁することも可能であり，実用的には多くのメリットがある。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のパルス着磁においては，次の問題がある。
即ち，特性のよい（捕捉可能な磁場が大きい）超電導体は磁場を強くシールドするため，印加磁場が小さいと磁場が十分に超電導体内に侵入しないので，着磁にそれだけ大きな印加磁場が必要となる。
【０００７】
ところが，大きな印加磁場を加えると，着磁の際に前記超電導体に侵入する磁束線の量が増え，パルス着磁過程における超電導体内部での磁束線の運動に伴う発熱が増える。例えば，上記ＹＢａＣｕＯ系の超電導体においては，温度７７Ｋにおいても印加磁場がある程度以上大きくなると，その発熱による温度上昇が原因で捕捉磁場の減る現象が知られている。このような現象は，超電導体を低温にすればするほどその比熱が減少して温度上昇が大きくなり，特に顕著に現れる。
【０００８】
その結果，低温において特性の高い超電導体をパルス着磁した場合には，大きな印加磁場をかけて超電導体内部に十分な磁場を侵入させると，その際の発熱によって逆に捕捉磁場が減ってしまう。結局，低温においてパルス着磁する場合には，どのような印加磁場をかけても，静磁場中で冷却して着磁した場合（すなわち超電導体の捕捉可能な磁場まで着磁できた場合）に比べて，超電導体に捕捉できる磁場が少なくなってしまうという問題が生じていたのである。
【０００９】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，特に低温において特性の高い超電導体をパルス着磁する場合に，超電導体を十分に着磁できる方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，超電導体を超伝導遷移温度以下に冷却し，該超電導体にパルス磁場を印加して着磁する方法において，
上記超電導体に複数回のパルス磁場を印加する過程の最初又は途中で少なくとも１回の最大パルス磁場を印加し，その後，該最大パルス磁場よりも小さいパルス磁場を印加する工程を有することを特徴とする超電導体の着磁方法にある。
【００１１】
本発明において最も注目すべきことは，上記パルス磁場は，上記超電導体に対して複数回印加することである。
上記パルス磁場とは，磁場が急激に最大値まで立ち上がり，その後急激に消滅していく磁場をいう。このパルス磁場は，例えば上記超電導体の近傍に配設した着磁コイルにパルス電流を通電することにより発生させることができる。
【００１２】
次に，本発明の作用について説明する。
本発明においては，上記のごとく，上記超電導体に対して複数回のパルス磁場を印加する。そのため，パルス磁場を１回だけ印加する場合に比べて，着磁後の捕捉磁場を増加させることができる。
【００１３】
この理由は次のように考えられる。
まず一般に，超電導体が捕捉できる磁場（捕捉可能磁場）は，温度が低いほど大きくなり，温度が高いほど小さくなる。一方，パルス着磁においては，着磁過程における超電導体中への磁場侵入時の発熱により超電導体の温度が上昇する。その温度上昇率は，超電導体へ侵入する磁場が大きいほど高い。
そのため，大きなパルス磁場を１回だけ印加した場合には，超電導体へ侵入した磁場によって超電導体の温度が上昇して捕捉可能磁場自体が小さくなり，実際に捕捉される磁場が制限されてしまう。
【００１４】
また，パルス磁場を印加した後の超電導体内部の捕捉磁場分布は，印加するパルス磁場の大きさおよび波形だけでなく，超電導体内部の着磁前の磁場分布によっても影響を受ける。
すなわち，同じパルス磁場を印加した場合でも，超電導体内部に既に磁場が捕捉されているときは全く磁場が捕捉されていないときに比べ，着磁の際に超電導体中に侵入する磁束線の量が既に捕捉された磁場の分だけ少なくなる。
【００１５】
そのため，その侵入磁束線の減少分だけパルス着磁の際の発熱が減るので，超電導体の温度上昇が少なくなる。それ故，超電導体内部に既に磁場が捕捉されている場合には，全く磁場が捕捉されていない場合に比べ，より多くの磁場を超電導体中に捕捉できるようになる。
したがって，複数回のパルス磁場を印加する場合には，初めの１回の着磁を除いて超電導体内部に既に磁場が捕捉された状態で着磁することになるので，１回だけ着磁する場合に比べて着磁後の捕捉磁場を増やすことができる。
【００１６】
次に，請求項２の発明のように，上記各パルス磁場の印加は，上記超電導体を所定温度以下に冷却した後に行うことが好ましい。上記所定温度とは，超電導体が所望の大きさの磁場を捕捉した着磁状態を維持しうる温度をいい，例えば，上記超電導体の使用温度，或いは使用温度よりも若干高い温度などである。
この場合には，各パルス磁場を印加する前の超電導体を，常に一定以上の捕捉可能磁場を有する状態に維持することができ，確実に捕捉磁場の増加を図ることができる。
【００１７】
また，本発明では，上記超電導体に複数回のパルス磁場を印加する過程の最初又は途中で少なくとも１回の最大パルス磁場を印加し，その後，該最大パルス磁場よりも小さいパルス磁場を印加する。
【００１８】
この場合には，次のような作用が得られる。
即ち，上記したように，パルス着磁においては，着磁過程における超電導体中への磁場侵入時の発熱により超電導体の温度が上昇する。この温度上昇は，超電導体中に侵入する磁束線の量が多いほど大きくなる。また，既にある大きさの最大パルス磁場が印加されて一定の磁場分布を持った超電導体に，それと同じもしくはそれより小さいパルス磁場を印加すると，超電導体内部に侵入する磁束線の量は，既に侵入している磁束線がある分および印加磁場が小さくなった分だけ少なくなる。その結果その前の着磁に比べ，超電導体中での温度上昇が減り，侵入した磁束線が有効に捕捉されるようになるため，着磁後の捕捉磁場を増やすことができる。
【００１９】
また，請求項３の発明のように，上記最大パルス磁場は，着磁前の温度における上記超電導体の最大捕捉可能磁場よりも大きな磁場が上記超電導体の内部全体に侵入するようなパルス磁場であることが好ましい。ここで，上記超電導体の捕捉可能磁場とは，超電導体がその内部に捕捉しうる磁場の大きさをいう。また最大捕捉可能磁場とは，上記超電導体内部の捕捉可能磁場の分布における最大の値をいう。
【００２０】
この場合には，次のような作用が得られる。
即ち，上記のような大きな最大パルス磁場を超電導体に印加すると，パルス磁場の増磁過程で超電導体内部の最大捕捉可能磁場の得られる部分にまで十分な磁場が侵入する。
一方，着磁過程に起こる上記の発熱のために超電導体の温度が上昇して超電導体の磁束線のピン止め力が下がる。そのため，最大パルス磁場印加後の超電導体の捕捉磁場は，着磁前の温度において上記超電導体が捕捉し得る最大の捕捉可能磁場よりも減る。
【００２１】
しかしながら，上記最大パルス磁場を印加した場合，磁束線は，超電導体内部で相対的に磁束線のピン止め力の強い領域，すなわち比較的高い温度になっても磁束線に有効なピン止め力が働く領域に多く保持された状態となる。このような高い印加磁場は，１回の着磁では最終の捕捉磁場が減ってしまうが，これを一旦印加することにより，超電導体の最大捕捉磁場部分のピン止め力の強い領域には，磁場を十分捕捉させることができる。
【００２２】
それ故，上記最大パルス磁場印加後に，それとと同等又はそれよりも小さい複数回のパルス磁場の印加を行うことにより，上記最大捕捉磁場部分に既に捕捉された磁場を維持しつつ，その周囲の捕捉磁場を増加させることができ，超電導体全体の捕捉磁場を格段に増加させることができる。
【００２３】
また，請求項４の発明のように，上記超電導体に上記最大パルス磁場を少なくとも１回印加した後に印加する各パルス磁場は，その直前のパルス磁場と同等又はそれより小さいパルス磁場であることが好ましい。即ち，上記最大パルス磁場を印加した後は，印加するパルス磁場を徐々に小さくすることが好ましい。
【００２４】
この場合には次のような作用が得られる。
即ち，上記最大パルス磁場印加後の各パルス磁場がその直前のパルス磁場より小さい場合には，パルス磁場の増磁過程で超電導体内部に侵入する磁束線の量は，その直前の着磁の時より少なくなる。また，その直前のパルス磁場と同じ大きさのパルス磁場を印加した場合でも，印加前の超電導体内部に捕捉された磁束線が増えていることにより，侵入しようとする磁束線が既に捕捉されている磁束線から受ける反発力がその直前の着磁の際に比べて増えるため，磁束線の侵入量は少なくなる。
【００２５】
したがって，各パルス磁場が直前のパルス磁場と同等又はそれより小さい，いずれの場合においても，その直前の着磁の際よりも超電導体内部を動く磁束線の量が減るため，超電導体内部での発熱量が減る。結局，直前の着磁の際より温度上昇が少なくなって，捕捉磁場が増える。
【００２６】
そのため，このようにして徐々に小さな磁場を印加していくことを繰り返すと，超電導体の捕捉磁場は増加する。それ故，低温において特性の高い超電導体に，着磁前の温度で捕捉し得る最大の磁場に近い磁場を捕捉させることが可能となる。
【００２７】
また，請求項５の発明のように，上記各パルス磁場は，上記超電導体に対して一定の温度において印加することが好ましい。この場合には，上記の複数回のパルス磁場印加の効果をさらに確実に発揮することができる。ここで，超電導体を一定の温度にするためには，例えば後述する実施形態例１に示すごとく，超電導体を冷却するためのコールドヘッド温度を一定に制御すること等により行うことができる。
【００２８】
また，請求項６の発明のように，上記超電導体に上記複数回のパルス磁場を印加した後，さらに，最後のパルス磁場よりも大きいパルス磁場を印加することもできる。この場合には，上記超電導体に十分に強い磁場を一旦捕捉させた後，上記最後のパルス磁場よりも大きいパルス磁場をさらに印加することにより，超電導体の捕捉磁場の大きさを所望の大きさに調整することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる超電導体の着磁方法につき，図１，図２を用いて説明する。
図１に，本例において用いた超電導磁石装置の一つを示す。本例において用いた超電導磁石装置は，冷凍機２０によって冷却される断熱容器１内に配設されたコールドヘッド２と，前記断熱容器１内でコールドヘッド２に銅部材３０を介して接触させて配設され熱伝導により超電導遷移温度以下に冷却される超電導体３とを有する。
【００３０】
また，前記断熱容器１の外部には，前記超電導体３に磁場を印加するための着磁コイル４が配設され，該着磁コイル４には種々の大きさのパルス電流を通電することにより前記超電導体３の印加磁場を任意に制御できるパルス電源５が接続されている。なお，符号２１は冷凍機用コンプレッサである。
【００３１】
本例においては，前記超電導磁石装置に直径φ３６ｍｍ，厚さ１５ｍｍのバルク形状のＹＢａＣｕＯ系超電導体を用いた。
また，本例においては，超電導体３の温度が一定になるように上記コールドヘッド２の温度を３５Ｋ一定に制御して試験した。
【００３２】
そして，本例においては，超電導体３に最大パルス磁場を最初に３回印加した後に，複数回のパルス磁場を印加した。また，その複数回のパルス磁場は，その直前のパルス磁場と同等又はそれより小さいパルス磁場とした。
以下に，上記の超電導磁石装置を本発明の着磁方法により着磁した場合の結果を図２を用いて説明する。
【００３３】
図２は，本発明の着磁方法を示す説明図であり，横軸に印加したパルス磁場の大きさ，縦軸にそのパルス磁場印加後に超電導体３が捕捉した捕捉磁場の大きさをとった。
そして，本例におけるパルス磁場の印加履歴を，符号Ｅ１から始まりＥ２に続く△印（Ｅ）により示した。また，比較のために，パルス磁場を１回だけ印加した従来技術の場合を▲印（Ｃ）により示した。
【００３４】
図２に示すごとく，本例の着磁方法では，初めに，超電導体３の最大捕捉可能磁場よりも大きな印加磁場となる７．１Ｔの最大パルス磁場Ｅ１を３回印加した。その後，徐々に小さなパルス磁場を複数回印加することを繰り返して最後に２．８Ｔのパルス磁場Ｅ２を印加して着磁した。このときの各パルス着磁後の超電導体３の中心表面上の捕捉磁場を図２に示してある。
【００３５】
同図より知られるごとく，本例の着磁方法に従って着磁した場合の超電導体３の中心部分の捕捉磁場は，初めに７．１Ｔの最大パルス磁場を印加した直後においては１．０４Ｔであるが，順次小さなパルス磁場を印加していき，最後に２．８Ｔのパルス磁場を印加したあと最終的には２．０８Ｔとなり，初めの２倍に増えていることがわかる。
【００３６】
一方，図２に示したように，同じ超電導体３を用いた超電導磁石装置において，超電導体が着磁されていない状態から１回だけパルス磁場を印加して着磁した従来法の場合には，超電導体２の中心部の捕捉磁場は，印加磁場が６Ｔのときでも最大１．３６Ｔである。これは，本例の着磁方法で着磁した場合の３分の２である。
【００３７】
このように，本例の着磁方法によれば，低温で特性の高い超電導体を超電導磁石装置として用いる場合でも，簡便な装置で十分に着磁することが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
上述のごとく，本発明によれば，特に低温において特性の高い超電導体をパルス着磁する場合に，超電導体を十分に着磁できる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，超電導磁石装置の基本的な構成を示すブロック図。
【図２】実施形態例１の超電導体の着磁方法による効果を示す説明図。
【符号の簡単な説明】
１．．．断熱容器，
２．．．コールドヘッド，
３．．．超電導体，
４．．．着磁コイル，
５．．．パルス電源，
２０．．．冷凍機，
２１．．．冷凍機用コンプレッサ，
３０．．．銅部材，
【図１】
0003635828.tif 000002
【図２】
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