(57)【要約】【課題】超電導体にクエンチが生じても、バイパス導体のジュール発熱を抑制可能な電流リードを提供する。【解決手段】実施形態によれば、電流リード１において、超電導テープ線材１０は、テープ状をなしており、且つ超電導体で構成された超電導層１７を有する部材である。バイパス導体２２は、超電導テープ線材１０の長手方向に並行して延びており、超電導テープ線材１０のうち一方の面１０ａに結合されて超電導層１７と電気的に接続されている導体であり、当該超電導層を迂回して電流を流すことが可能なものである。超電導層１７のうちクエンチが発生した領域１７ｃのみを迂回してバイパス導体２２にバイパス電流が流れる。【選択図】図４
2014179526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状をなしており、且つ超電導体で構成された超電導層を有する部材である超電導テープ線材と、
前記超電導テープ線材の長手方向に並行して延びており、且つ当該超電導テープ線材のうち一方の面に結合されて前記超電導層と電気的に接続されている導体であり、当該超電導層を迂回して電流を流すことが可能なバイパス導体と、
を有することを特徴とする電流リード。
【請求項２】
前記バイパス導体の熱伝導率は、前記超電導テープ線材の熱伝導率以上の値に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電流リード。
【請求項３】
前記バイパス導体の熱収縮率は、前記超電導テープ線材の熱収縮率以下の値に設定されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流リード。
【請求項４】
前記バイパス導体と前記超電導テープ線材は、
半田で構成されており、当該超電導テープ線材の長手方向に並行して延びており、且つ当該超電導テープ線材のうち一方の面に結合された半田層を、介して電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電流リード。
【請求項５】
前記超電導テープ線材は、
テープ状をなしている基板であるテープ基板と、
当該テープ基板と前記超電導層との間に設けられた中間層と、
を有するものであり、
当該テープ基板側とは反対側の面が、前記バイパス導体側を向くように配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電流リード。
【請求項６】
前記バイパス導体は、銅、黄銅、リン脱酸銅、銅ニッケル合金、ニッケル、ニッケル基合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電流リード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超電導機器に電流を供給するために用いられる電流リードに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイル等の超電導機器は、例えば磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）や、超電導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、単結晶引き上げ装置などの種々の用途に用いられている。超電導機器は、超電導状態を維持するため、極低温、例えば、１２０Ｋ以下の環境下に配置される。極低温の環境下にある超電導機器には、通常、室温の環境下にある電源装置から電流が供給される。電源装置から超電導機器には、室温の環境下の装置から極低温の環境下の装置に電流を送る導体、いわゆる「電流リード」を介して電流が供給される。
【０００３】
超電導機器の超電導状態を維持するために、電流リードには、室温の環境から超電導機器が配置される極低温の環境への熱の伝達を、極力抑制することが求められている。超電導体は、電気抵抗が極めて低いため、通常の導体に比べて電流が導体（抵抗体）を流れることにより生じるジュール発熱が少なく、加えて熱伝導率が低いという性質もある。このため、超電導体は、上述した電流リードを構成する導体として適しており、超電導体を含んで構成された電流リード（いわゆる超電導電流リード）が提案されている。超電導電流リードは、超電導体ではなく通常の導体で構成された電流リード（いわゆる常電導電流リード）に対して直列に接続して用いられる。
【０００４】
また、超電導電流リードを構成する超電導体としては、例えば、テープ状の金属基板に対し、中間層、ＲＥ系酸化物超電導層および保護金属層を積層した多層構造の高温超電導テープ線材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１１１１０号公報
【特許文献２】特開２００８−１５９８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、超電導機器を冷却する冷凍機が停止した場合など、超電導電流リードの温度が上昇すると、これを構成する高温超電導テープ線材等が超電導臨界温度を超えて、いわゆるクエンチ（quench）が生じることがあり、場合によっては、高温超電導テープ線材が断線することがある。上記の特許文献２には、超電導体と並列にバイパス導体を接続し、超電導体にクエンチが発生した場合には、電流をバイパス導体にバイパスさせる技術が提案されている。これにより、クエンチが発生した場合に超電導体を保護することができる。
【０００７】
しかし、電流リードを構成する超電導体にクエンチが生じてバイパス導体に電流が流れる状態になると、当該バイパス導体のジュール発熱により、超電導機器が配置されている極低温の環境への熱の侵入量が急激に増大してしまうという問題がある。したがって、電流リードを構成する超電導体にクエンチが生じても、当該超電導体を保護しつつ、バイパス導体のジュール発熱により、超電導機器が配置されている極低温の環境への熱の伝達を抑制する技術が要望されている。
【０００８】
そこで、本発明の実施形態は、超電導体にクエンチが生じても、バイパス導体のジュール発熱を抑制可能な電流リードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、テープ状をなしており、且つ超電導体で構成された超電導層を有する部材である超電導テープ線材と、当該超電導テープ線材の長手方向に並行して延びており、且つ当該超電導テープ線材のうち一方の面に結合されて前記超電導層と電気的に接続されている導体であり、当該超電導層を迂回して電流を流すことが可能なバイパス導体と、を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、超電導層のうちクエンチが発生した領域のみを迂回してバイパス導体にバイパス電流が流れる。クエンチ発生領域において断線等の損傷が生じることを抑制しつつ、バイパス導体のうちバイパス電流が流れる部位を、クエンチ発生領域を迂回する部位のみとすることができ、バイパス導体のジュール発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の超電導テープ線材の構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態の電流リードの構成を示す縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線による断面図である。
【図４】図３のうち金属電極と超電導テープ線材が結合されている部位を拡大した拡大断面図である。
【図５】実施形態の電流リードが適用された構成例を示す模式図である。
【図６】実施形態の変形例の電流リードの構成を示す縦断面図である。
【図７】実施形態の変形例の電流リードの構成を示す縦断面図である。
【図８】実施形態のバイパス導体の形状を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１３】
まず、本実施形態の電流リードを構成する超電導テープ線材の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の超電導テープ線材の構成を示す斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、超電導テープ線材１０は、平らで長い帯状（以下、テープ状と記す）をなしている導体である。超電導テープ線材１０は、金属製の基板（以下、テープ基板と記す）１１と、超電導体で構成された超電導層１７と、テープ基板１１と超電導層１７との間に設けられた中間層１５とを有している。
【００１５】
テープ基板１１は、テープ状をなしている金属製の薄膜である。テープ基板１１は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、銀合金等の金属で構成されている。テープ基板１１は、例えば、ニッケル合金の一種であるハステロイ（ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標））等で構成することができる。
【００１６】
超電導層１７は、テープ状をなしている薄膜であり、所定の条件下で超電導を示す超電導体で構成されている。超電導層１７は、酸素を構成元素として含む酸化物超電導体で構成されており、例えば２５Ｋ以上の臨界温度を有する超電導体、いわゆる高温超電導体として構成されている。
【００１７】
超電導層１７は、例えば、ＲＥ１２３系の組成（ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７等）を有する超電導体で構成されている。なお、「ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７」の「ＲＥ」は希土類元素（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）等）及びイットリウム元素の少なくともいずれかを、「Ｂ」はバリウム（Ｂａ）を、「Ｃ」は銅（Ｃｕ）を、「Ｏ」は酸素（Ｏ）を意味している。
【００１８】
中間層１５は、テープ状をなしている金属製の薄膜である。中間層１５は、いわゆる拡散防止層として構成されており、テープ基板１１からのニッケルやモリブデン等のカチオン（陽イオン）の拡散が超電導層１７に到達しないよう、当該カチオンの通過を制限する物質で構成されている。中間層１５は、例えば、酸化セリウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：yttria-stabilized zirconia）、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、バリウムジルコニア等で構成されている。
【００１９】
加えて、本実施形態の超電導テープ線材１０において、中間層１５とテープ基板１１の間には、配向層１３が配設されている。配向層１３は、テープ基板１１に中間層１５を配向させて形成する目的で設けられる。配向層１３は、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で構成される。なお、配向層１３は、テープ基板１１の種類によっては、省略することができる。
【００２０】
また、超電導テープ線材１０には、空気中の水分から超電導層１７を保護する保護層１９が設けられている。保護層１９は、超電導テープ線材１０のうち超電導層１７の外側に、当該超電導層１７に隣接して設けられている。保護層１９は、銀等の導電性を有する金属で構成されている。超電導層１７が空気中の水分に触れて劣化することを防止する。
【００２１】
以上に説明した、テープ基板１１、配向層１３、中間層１５、超電導層１７、及び保護層１９は、略同一の形状に形成されており、これらが積層されて超電導テープ線材１０は構成されている。
【００２２】
本実施形態の電流リードの構成について、図２〜図４を用いて説明する。図２は、本実施形態の電流リードの構成を示す縦断面図である。なお、図２には、超電導テープ線材及び金属電極を通り、且つ超電導テープ線材の厚さ方向に直交する断面を示している。図３は、図２のIII−III線による断面図である。図４は、図３のうち金属電極と超電導テープ線材が結合されている部位を拡大した拡大断面図である。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態の電流リード１においては、複数の超電導テープ線材１０が、並列して所定の方向に延びている。超電導テープ線材１０の両端には、それぞれ金属製の電極（以下、金属電極と記す）３，５が結合されている。金属電極３，５は、銅や銀等の導電性が良好な金属で構成されている。
【００２４】
なお、以下の説明において、超電導テープ線材１０が延びている方向を、単に「長手方向」と記し、図において矢印Ａで示す。これに対して、超電導テープ線材１０の厚さ方向を、単に「厚さ方向」と記し、図において矢印Ｔで示す。加えて、長手方向及び厚さ方向に直交する方向、すなわち超電導テープ線材１０の幅方向を、単に「幅方向」と記し、各図において矢印Ｗで示す。
【００２５】
また、電流リード１において、超電導テープ線材１０及び後述するバイパス導体２２を補強するための部材（以下、補強部材と記す）７が設けられている。補強部材７は、一方の金属電極３から他方の金属電極５まで、超電導テープ線材１０と重なるように長手方向に延びている。補強部材７は、絶縁体で構成されており、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の機械的強度が比較的高い部材で構成されている。なお、補強部材７の内部を、樹脂等で含浸（充填）させた部材とすることも好適である。
【００２６】
図３に示すように、本実施形態の電流リード１には、超電導層１７のうちクエンチが生じた領域を迂回して電流を流すことが可能な導体（以下、バイパス導体と記す）２２が設けられている。バイパス導体２２は、導電性金属で構成されており、テープ状をなしている薄膜導体である。パイパス導体２２は、超電導テープ線材１０と並行して長手方向に延びており、その両端は、それぞれ金属電極３，５に結合されている。
【００２７】
バイパス導体２２は、例えば、銅、黄銅、リン脱酸銅、銅ニッケル合金、ニッケル、ニッケル基合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属で構成されている。つまり、バイパス導体２２は、いわゆる常電導金属で構成されている。
【００２８】
バイパス導体２２と超電導テープ線材１０は、これらと並行して長手方向に延びており、半田（solder）で構成された層（以下、半田層と記す）２１を介して結合されている。半田層２１は、主に鉛及び錫で構成されており、超電導テープ線材１０とバイパス導体２２とを結合させる。これにより、超電導テープ線材１０の超電導層１７とバイパス導体２２は、電気的に接続され、パイパス導体２２は、超電導層１７からの電流を受けることが可能となっている。つまり、バイパス導体２２は、半田層２１を介して超電導テープ線材１０に貼り合わされ、超電導層７に電気的に接続されている。また、バイパス導体２２と、金属電極３のうち超電導テープ線材１０側の端部３ａは、半田層２３を介して結合されている。
【００２９】
図４の拡大断面図で示すように、本実施形態の電流リード１において、超電導テープ線材１０は、その超電導層１７が、保護層１９及び半田層２１を挟んでバイパス導体２２と対向するよう配置されている。すなわち、超電導テープ線材１０は、超電導層１７を有する側の面１０ａすなわちテープ基板１１側とは反対側の面１０ａが、バイパス導体２２側を向くように配置されている。
【００３０】
このように超電導テープ線材１０を配置することにより、超電導層１７とバイパス導体２２との間の距離が近くなり、且つこれらの間には、導電性を有する保護層１９と半田層２１のみが配置される。このため、本実施形態の電流リード１は、超電導層１７を有する側の面１０ａが、補強部材７側を向くよう配設された場合に比べて、超電導層１７とバイパス導体２２との間の電気抵抗が小さくなる。
【００３１】
このように構成された電流リード１は、温度が上昇すると、超電導テープ線材１０の超電導層１７において、超電導状態から常電導状態への転移現象、いわゆるクエンチが生じる場合がある。例えば、超電導層１７のうち、金属電極３側の領域１７ｃにクエンチが生じると、反対側の金属電極５側（図３参照）から超電導層１７を流れてきた電流は、図に矢印Ｃで示すように、クエンチが生じた領域１７ｃを迂回するよう、保護層１９及び半田層２１を通ってバイパス導体２２に流れる。超電導層１７からの電流は、バイパス導体２２を金属電極３に向けて流れる。このようにして電流リード１は、超電導層１７のうちクエンチが生じた領域１７ｃを迂回させて、バイパス導体２２に電流を流す。これにより、電流リード１は、金属電極３と金属電極５との間において電流を流すことが可能となっている。
【００３２】
以上のように構成された電流リード１の適用例について、図５を用いて説明する。図なお、図５において、超電導機器を収容する真空容器については、その一部の断面のみを示している。
【００３３】
本適用例において、超電導機器である超電導コイル５０は、真空容器６０内に収容されている。真空容器６０内は、真空状態に保たれて密閉されており、真空容器６０から超電導コイル５０に対して熱が伝達されることを抑制している。真空容器６０には、図示しない外部電源からの電流を、超電導コイル５０に導入するための端子（以下、導入端子と記す）７０が結合されている。
【００３４】
本実施形態の電流リード１は、導入端子７０と超電導コイル５０とを接続し、導入端子７０からの電流を超電導コイル５０に流す。導入端子７０と超電導コイル５０との間には、本実施形態の電流リード１の他に、電流リード１と導入端子７０とを接続する電流リード（以下、高温側電流リードと記す）７２と、電流リード１と超電導コイル５０とを接続する電流リード（以下、低温側電流リードと記す）７５が設けられている。高温側電流リード７２及び低温側電流リード７５は、超電導体を含んでおらず、通常の導体いわゆる常電導体から構成されている。導入端子７０からの電流は、高温側電流リード７２、本実施形態の電流リード１、及び低温側電流リード７５を通って、超電導コイル５０に供給される。
【００３５】
超電導コイル５０は、例えば、ＧＭ（Gifford-Macmahon）式冷凍機（図示せず）のような極低温まで冷却可能な冷凍機により、運転温度まで冷却される。なお、超電導コイル５０が、高温超電導線材が巻かれた高温超電導コイルである場合には、４．２Ｋを超えるような、より高い温度での運転が可能となるため、単段式のＧＭ冷凍機を用いることが可能となる。
【００３６】
このような適用例において、冷凍機が停止した場合、導入端子７０から熱が高温側電流リード７２を介して電流リード１に伝達されて、当該電流リード１の温度が上昇する。このとき、電流リード１には、高温側電流リード７２側から、低温側電流リード７５すなわち超電導コイル５０に向かうに従って低温となる温度勾配が形成される。
【００３７】
電流リード１においては、超電導テープ線材１０のうち、比較的温度の高い領域でクエンチが生じた場合、当該領域（以下、クエンチ発生領域と記す）を迂回するようにバイパス導体２２に電流（以下、バイパス電流と記す）が流れる。一方、超電導テープ線材１０のうち比較的温度が低いため超電導層１７において超電導状態が維持されている領域においては、当該超電導層１７に電流が流れる。
【００３８】
このように本実施形態の電流リード１は、超電導テープ線材１０の超電導層１７のうちクエンチ発生領域のみを迂回してバイパス導体２２にバイパス電流が流れる。クエンチ発生領域には電流が流れないため、当該クエンチ発生領域において断線等の損傷が生じることを抑制される。加えて、超電導層１７のうち超電導状態が維持されている領域には、当該領域に電流が流れるため、バイパス導体２２のうちバイパス電流が流れる部位を、クエンチ発生領域を迂回する部位のみとすることができ、バイパス導体２２のジュール発熱を抑制することができる。これにより、クエンチが生じた場合であっても、電流リード１から超電導機器（超電導コイル５０）に侵入する熱量（以下、熱侵入量と記す）を極力抑制することが可能となる。
【００３９】
以上に説明したように、本実施形態の電流リード１は、テープ状をなしており、且つ超電導体で構成された超電導層１７を有する部材である超電導テープ線材１０と、超電導テープ線材１０の長手方向（図に矢印Ａで示す）に並行して延びており、当該超電導テープ線材１０のうち一方の面１０ａに結合されて前記超電導層１７と電気的に接続されている導体であり、当該超電導層を迂回して電流を流すことが可能なバイパス導体２２とを有するものとした。
【００４０】
超電導層１７のうちクエンチ発生領域のみを迂回してバイパス導体２２にバイパス電流が流れる。クエンチ発生領域において断線等の損傷が生じることを抑制しつつ、バイパス導体２２のうちバイパス電流が流れる部位を、クエンチ発生領域を迂回する部位のみとすることができ、バイパス導体２２のジュール発熱を抑制することができる。よって、クエンチが生じた場合であっても、電流リード１から超電導機器に伝達される熱侵入量を極力抑制することができる。
【００４１】
なお、本実施形態の電流リード１は、図３に示すように、厚さ方向（図に矢印Ｔで示す）において、当該超電導テープ線材１０とバイパス導体２２が半田層２１を介して結合され、これらの両端に金属電極３，５が結合されているものとしたが、本発明に係る電流リードの態様は、これに限定されるものではない。例えば、図６に示す変形例のように、電流リード１Ｂは、超電導テープ線材１０、バイパス導体２２、金属電極３，５で構成される一つのユニットが、超電導テープ線材１０の厚さ方向に複数積層して構成されているものとしても良い。各ユニットの金属電極３，５は、それぞれ半田層２５を介して結合されて電気的に接続されている。このように構成された電流リード１Ｂは、金属電極３と金属電極５との間において、より大容量の電流を流すことが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態の電流リード１は、図４に示すように、２つの超電導テープ線材１０が、幅方向（図に矢印Ｗで示す）おいて並行して延びており、金属電極３と金属電極５との間において並列接続されているものとしたが、本発明に係る電流リードの態様は、これに限定されるものではない。例えば、図７に示す変形例のように、電流リード１Ｃは、幅方向において、より多くの数（この例では４つ）の超電導テープ線材１０を幅方向に配列するものとしても良い。この態様の電流リード１Ｃによっても、金属電極３Ｃと金属電極５Ｃとの間において、より大容量の電流を流すことが可能となる。なお、超電導テープ線材１０を、より幅が広いものにすることも好適である。
【００４３】
〔バイパス導体の形状の設定手法〕
本実施形態の電流リードを構成するバイパス導体の形状の設定手法について、図５及び図８を用いて説明する。図８は、本実施形態のバイパス導体の形状を説明する説明図である。なお、上述したバイパス導体と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
図５に示すように、極低温の環境下にある超電導機器への熱侵入量は、電流リードに通電することにより生じるジュール発熱と、電流リードを介しての熱伝導によるものの総和となる。例えば、電流リードが比較的細い場合には、ジュール発熱による熱侵入量は大きくなるのに対し、電流リードを介しての熱伝導による超電導機器への熱侵入は小さくなることが知られている。
【００４５】
文献「ｊ．ｒ．Ｈｕｌｌ：“ＨＩＧＨ−ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ  ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＮＧ  ＣＵＲＲＥＮＴ  ＬＥＡＤＳ  ＦＯＲ  ＣＲＹＯＧＥＮＩＣ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ”  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，  Ｖｏｌ．２９，  Ｎｏ．１２，  １９８９，ｐ．１１１６」によれば、電流リードの材質、通電電流値Ｉ、高温側の端（一例として図５に示す金属電極３）の温度ＴＨ、低温側の端（一例として図５に示す金属電極５）の温度ＴＬが定まれば、超電導機器（一例として図５に示す超電導コイル５０）への熱侵入量が最小となるように、電流リードの断面積Ｓ及び長さＬを最適化することができる。最適化された電流リードの断面積Ｓと長さＬの比（Ｌ／Ｓ）ｏｐｔ、およびその時の熱侵入量Ｑｍｉｎは、下記の式（１）及び式（２）で表される。
【００４６】
【数１】
2014179526.tif 000003
【００４７】
【数２】
2014179526.tif 000004
【００４８】
式（１）及び式（２）において、ρは電気抵抗率、λは熱伝導率を示しており、電流リードの材質や残留抵抗比によって異なる。
【００４９】
本実施形態に係るバイパス導体２２Ｂは、図８に示すように、断面積Ｓ（＝幅ｗ×厚さｔ）と長さＬを、超電導機器（低温部）への熱侵入量が最小となる値の２倍以下となるように調整した構成となっている。ここで、２倍以下としたのは、バイパス導体２２Ｂに電流が流れるのは、電流リード１の超電導テープ線材１０にクエンチが生じ、温度が上昇している場合であるためである。この場合、電流リードの高温端の温度と低温端の温度は、一定とはならず、またバイパス導体２２Ｂの材質や残留抵抗比にも依存することから、超電導機器（低温部）への熱侵入量は、上述した式（２）で算出される理想的な最小値に対して、最大で２倍程度の誤差を生じると想定されるためである。
【００５０】
以上の理由から、電流リード１において、バイパス導体２２Ｂは、超電導機器への熱侵入量が最小となる値の２倍以下となるように、断面積Ｓ（＝幅ｗ×厚さｔ）と長さＬが設定されている。なお、本実施形態のバイパス導体２２Ｂは、熱伝導機器への熱侵入量が最小となるように断面積と長さが設定されている。
【００５１】
このように構成された電流リード１は、クエンチが生じた場合に、バイパス導体２２Ｂを介しての超電導機器への熱侵入量を、最小値の２倍以下とすることができる。クエンチが生じた場合に、超電導機器への急激な熱侵入量の増大を抑制することができる。
【００５２】
〔バイパス導体の熱伝導率の設定手法〕
本実施形態の電流リードを構成するバイパス導体の熱伝導率の設定手法について、図３を参照して説明する。なお、上述したバイパス導体と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の電流リード１において、バイパス導体２２は、超電導テープ線材１０の熱伝導率に比べて高いか同等の熱伝導率を有している。すなわち、バイパス導体２２の熱伝導率は、超電導テープ線材１０の熱伝導率以上の値に設定されている。
【００５４】
このように構成された本実施形態の電流リード１においては、バイパス導体２２の熱伝導率が、超電導テープ線材１０の熱伝導率よりも高いか同等であるため、電流リード１においてクエンチが生じた場合に、高温側の端の温度と低温側の端の温度との温度差を大きくすることができる。このように構成された電流リード１は、クエンチが生じた場合に、高温側の端の温度と低温側の端の温度の差が大きくなるため、超電導層１７において超電導状態を維持している領域が増大し、バイパス導体２２のジュール発熱が抑制されるため、超電導機器への熱侵入量が増大することを抑制することができる。
【００５５】
〔バイパス導体の熱収縮率の設定手法〕
本実施形態の電流リードを構成するバイパス導体の熱収縮率の設定手法について、図３を参照して説明する。なお、上述したバイパス導体の略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本実施形態の電流リード１において、バイパス導体２２は、超電導テープ線材１０の熱収縮率よりも低いか同等の熱収縮率を有している。すなわち、バイパス導体２２の熱収縮率は、超電導テープ線材１０の熱収縮率以下の値に設定されている。
【００５７】
超電導テープ線材は、一般的に、厚さが０．１〜０．２ｍｍ程度と非常に薄いため比較的座屈しやすく、仮に座屈した場合には、通電特性が劣化してしまうことが知られている。本実施形態の電流リード１において、バイパス導体２２の熱収縮率は、超電導テープ線材１０の熱収縮率よりも低いか同等であるため、低温環境下にあっても、バイパス導体２２が収縮することにより、超電導テープ線材１０を座屈させてしまうことがない。このように構成された電流リード１は、バイパス導体２２の熱収縮による超電導テープ線材１０の座屈を回避できるため、当該超電導テープ線材１０の通電特性が劣化しない。このため、電流リード１にクエンチが生じた場合においても、超電導層１７において超電導状態を維持する領域が大きくなり、超電導機器への急激な熱侵入量の増大を抑制することができる。
【００５８】
〔他の実施形態〕
上述した実施形態において、超電導テープ線材１０は、図１に示すように、テープ基板１１、配向層１３、中間層１５、超電導層１７、及び保護層１９が積層されて構成されるものとしたが、本発明に係る超電導テープ線材の態様は、これに限定されるものではない。例えば、超電導テープ線材は、配向層１３や保護層１９が省略された構成としても良い。
【００５９】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明と均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ｂ，１Ｃ  電流リード
３，３Ｃ  金属電極（高温側の端）
５，５Ｃ  金属電極（低温側の端）
７  補強部材
１０  超電導テープ線材
１１  テープ基板
１３  配向層
１５  中間層
１７  超電導層
１９  保護層
２１  半田層
２２，２２Ｂ  バイパス導体
２３  半田層
２５  半田層
５０  超電導コイル（超電導機器）
６０  真空容器
７０  導入端子
７２  高温側電流リード
７５  低温側電流リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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