(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化物超電導バルクの利用によって熱移動の有効な抑止を図りながら、当該酸化物系超電導バルクの異常による熱暴走を防ぐことが可能な電流リードと、超電導マグネット装置と、を提供する。【解決手段】電流リード１０は、第１主電極１１と、第２主電極１２と、第１中間電極１３と、第２中間電極１４と、酸化物超電導バルクからなる超電導体２０と、第１及び第２導電材３１，３２と、を備える。超電導体２０は、第１主電極１１と第１中間電極１３との間に介在する第１バルク部２１と、第１中間電極１３と第２中間電極１４との間に介在する第２バルク部２２と、第２中間電極１４と第２主電極１２との間に介在する第３バルク部２３と、を含む。第１導電材３１は第１主電極１１と第２中間電極１４とを電気的に接続し、第２導電材３２は第１中間電極１３と第２主電極１２とを電気的に接続する。電流リード１０は例えば超電導マグネット装置に設けられる。【選択図】図２
2014120552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導マグネット装置であって、
超電導マグネットと、
この超電導マグネットを冷却状態で収容する冷却容器と、
電流リードと、
前記電流リードを通じて前記超電導マグネットに電流を流す電源と、
前記冷却容器及び前記電流リードを冷却する冷凍機と、を備え、
前記電流リードは、導電材料からなる第１主電極と、導電材料からなり、前記第１主電極から離れた位置に配置される第２主電極と、導電材料からなり、前記第１主電極から前記第２主電極までの電流経路の途中に設けられる第１中間電極と、導電材料からなり、前記第１中間電極から前記第２主電極までの電流経路の途中に設けられる第２中間電極と、酸化物超電導バルクからなり、前記第１主電極から前記第２主電極との間に介在する超電導体であって、前記第１主電極と前記第１中間電極との間に介在する第１バルク部と、前記第１中間電極と前記第２中間電極との間に介在する第２バルク部と、前記第２中間電極と前記第２主電極との間に介在する第３バルク部と、を含むものと、導電材料からなり、前記第１中間電極並びに前記第１及び第２バルク部をバイパスして前記第１主電極と前記第２中間電極とを電気的に接続する第１導電材と、導電材料からなり、前記第２中間電極並びに前記第２及び第３バルク部をバイパスして前記第１中間電極と前記第２主電極とを電気的に接続する第２導電材と、を有し、
前記冷凍機は、前記超電導マグネット及び前記電流リードの超電導体をそれぞれ超電導状態にするように、前記冷却容器及び前記電流リードを冷却する、超電導マグネット装置。
【請求項２】
請求項１記載の超電導マグネット装置であって、前記電流リードの超電導体の第１バルク部、第２バルク部、及び第３バルク部がそれぞれ互いに分離した部材として形成され、前記第１バルク部の両端が前記第１主電極と前記第１中間電極とにそれぞれ接続され、前記第２バルク部の両端が前記第１中間電極と前記第２中間電極とにそれぞれ接続され、前記第３バルク部の両端が前記第２中間電極と前記第２主電極とにそれぞれ接続される、超電導マグネット装置。
【請求項３】
請求項２記載の超電導マグネット装置であって、前記電流リードの第１〜第３バルク部が直線状に並ぶように配置され、その配列方向について前記第１中間電極の両側部に前記第１バルク部の端部及び前記第２バルク部の端部がそれぞれ接続され、前記配列方向について前記第２中間電極の両側部に前記第２バルク部の端部及び前記第３バルク部の端部がそれぞれ接続される、超電導マグネット装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の超電導マグネット装置であって、前記電流リードの第１及び第２導電材が銅またはアルミニウムからなる、超電導マグネット装置。
【請求項５】
電流リードであって、
導電材料からなる第１主電極と、
導電材料からなり、前記第１主電極から離れた位置に配置される第２主電極と、
導電材料からなり、前記第１主電極から前記第２主電極までの電流経路の途中に設けられる第１中間電極と、
導電材料からなり、前記第１中間電極から前記第２主電極までの電流経路の途中に設けられる第２中間電極と、
酸化物超電導バルクからなり、前記第１主電極から前記第２主電極との間に介在する超電導体であって、前記第１主電極と前記第１中間電極との間に介在する第１バルク部と、前記第１中間電極と前記第２中間電極との間に介在する第２バルク部と、前記第２中間電極と前記第２主電極との間に介在する第３バルク部と、を含むものと、
導電材料からなり、前記第１中間電極並びに前記第１及び第２バルク部をバイパスして前記第１主電極と前記第２中間電極とを電気的に接続する第１導電材と、
導電材料からなり、前記第２中間電極並びに前記第２及び第３バルク部をバイパスして前記第１中間電極と前記第２主電極とを電気的に接続する第２導電材と、を備える、電流リード。
【請求項６】
請求項５記載の電流リードであって、前記超電導体の第１バルク部、第２バルク部、及び第３バルク部がそれぞれ互いに分離した部材として形成され、前記第１バルク部の両端が前記第１主電極と前記第１中間電極とにそれぞれ接続され、前記第２バルク部の両端が前記第１中間電極と前記第２中間電極とにそれぞれ接続され、前記第３バルク部の両端が前記第２中間電極と前記第２主電極とにそれぞれ接続される、電流リード。
【請求項７】
請求項６記載の電流リードであって、前記第１〜第３バルク部が直線状に並ぶように配置され、その配列方向について前記第１中間電極の両側部に前記第１バルク部の端部及び前記第２バルク部の端部がそれぞれ接続され、前記配列方向について前記第２中間電極の両側部に前記第２バルク部の端部及び前記第３バルク部の端部がそれぞれ接続される、電流リード。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の電流リードであって、前記第１及び第２導電材が銅またはアルミニウムからなる、電流リード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流リード及びこれを備えた超電導マグネット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導マグネットの超電導状態を保持する手段として、例えば、これを液体ヘリウム容器内の液体ヘリウムに浸漬することが一般に行われている。このような超電導マグネット及び液体ヘリウム容器を備えた超電導マグネット装置では、当該液体ヘリウム容器内の超電導マグネットと、当該液体ヘリウム容器の外部に設けられている電源とを接続するための電流リードが必要である。
【０００３】
前記電流リードについては、当該電流リードを通じての液体ヘリウム容器内への熱侵入が大きな課題となる。例えば、当該電流リードに銅を用いた場合、当該銅は高い導電率を有する一方で、高い熱伝導率を有するから外部からの熱侵入を許容し易い。さらに、銅自身のもつ電気抵抗による発熱が前記熱侵入の大きな要因となる。
【０００４】
従来、前記のような熱侵入を抑制するための電流リードとして、酸化物超電導バルクを利用したものが知られている。この酸化物超電導バルクは、超電導状態で直流をゼロの抵抗で流すことができるのに加え、低い熱伝導率を有するために外部からの熱侵入を有効に抑止できる利点を有する。しかしながら、その反面、当該酸化物超電導バルクはセラミックスであることから脆性が高く、外力を受けることにより生じる歪みが当該酸化物超電導バルクの特性を低下させてジュール熱を生じさせるおそれがある。このような状態のまま長時間にわたって電流が流されると、温度が上昇して臨界電流密度が低下し、熱暴走ひいては当該酸化物超電導バルクの溶断に至り、それ以降は電流を継続して流すことができなくなるおそれがある。
【０００５】
このような不都合を回避するための手段として、特許文献１には、酸化物超電導バルクの表面が銀などでコーティングされたものが開示されている。当該コーティングは、前記酸化物超電導バルクと並列の回路を形成することにより、当該酸化物超電導バルクに歪みが生じて特性が低下した場合にこれに大きな電流が流れ続けるのを防ぐことができるとともに、発生したジュール熱を外部に効果的に逃がす役目をなす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３９７７８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載される銀などのコーティングの存在は、前記酸化物超電導バルクの特定が低下したときに電流をコーティング側に流すことができる利点を有する一方、当該コーティングを通じての大きな熱侵入を許容してしまう欠点がある。すなわち、この特許文献１に記載された従来技術では、酸化物超電導バルクに異常が発生した後の継続運転と、熱侵入の効果的な抑止と、を両立させることが難しい、という課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、前記課題を解決することが可能な電流リード、すなわち、酸化物超電導バルクの利用によって熱移動の有効な抑止を図りながら、当該酸化物系超電導バルクの異常による熱暴走を防ぐことが可能な電流リードと、この電流リードを備えた超電導マグネット装置と、を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明が提供する電流リードは、導電材料からなる第１主電極と、導電材料からなり、前記第１主電極から離れた位置に配置される第２主電極と、導電材料からなり、前記第１主電極から前記第２主電極までの電流経路の途中に設けられる第１中間電極と、導電材料からなり、前記第１中間電極から前記第２主電極までの電流経路の途中に設けられる第２中間電極と、酸化物超電導バルクからなり、前記第１主電極から前記第２主電極との間に介在する超電導体であって、前記第１主電極と前記第１中間電極との間に介在する第１バルク部と、前記第１中間電極と前記第２中間電極との間に介在する第２バルク部と、前記第２中間電極と前記第２主電極との間に介在する第３バルク部と、を含むものと、導電材料からなり、前記第１中間電極並びに前記第１及び第２バルク部をバイパスして前記第１主電極と前記第２中間電極とを電気的に接続する第１導電材と、導電材料からなり、前記第２中間電極並びに前記第２及び第３バルク部をバイパスして前記第１中間電極と前記第２主電極とを電気的に接続する第２導電材と、を備える。
【００１０】
また本発明は、超電導マグネット装置であって、超電導マグネットと、この超電導マグネットを冷却状態で収容する冷却容器と、前記の電流リードと、当該電流リードを通じて前記超電導マグネットに電流を流す電源と、前記超電導マグネット及び前記電流リードの超電導体をそれぞれ超電導状態にするように前記冷却容器及び前記電流リードを冷却する冷凍機と、を備えるものを、提供する。
【００１１】
前記電流リードによれば、前記第１〜第３バルク部を含む超電導体を構成する酸化物超電導バルクがその超電導状態において抵抗が実質的にゼロである電流経路を形成することが可能であるとともに、その低い熱伝導率によって第１主電極と第２主電極との間での熱移動を有効に抑制することができる。しかも、第１〜第３バルク部のいずれかに異常（例えば前記酸化物超電導バルクの歪みに起因する超電導性能の低下）が生じた非常時においても、そのうちの２つのバルク部をバイパスする導電材（例えば銅またはアルミニウムからなるもの）が当該導電材を通じて電流が流れることを許容するために、当該バルク部の異常に起因する熱暴走ひいては当該バルク部の溶断を回避し、また、仮に溶断が発生しても電流を継続して流すことを可能にする。さらに、第１及び第２導電材と第２及び第１主電極との間にそれぞれ第１及び第３バルク部が介在しているので、これらの導電材を経路として第１主電極と第２主電極との間で大きな熱移動が発生することも、防がれる。
【００１２】
そして、この電流リードを備えた前記超電導マグネット装置によれば、超電導マグネットを収容する冷却容器内への熱侵入を有効に抑止しながら、当該超電導マグネットに対して前記電流リードを通じて微小抵抗で電源を供給することができる。
【００１３】
前記電流リードでは、前記酸化物超電導バルクからなる超電導体が前記第１主電極から前記第２主電極に至るまで連続する単一の部材として形成されてもよいが、好ましくは、当該超電導体は、前記第１バルク部、前記第２バルク部、及び前記第３バルク部が互いに分離した部材として形成され、前記第１バルク部の両端が前記第１主電極と前記第１中間電極とにそれぞれ接続され、前記第２バルク部の両端が前記第１中間電極と前記第２中間電極とにそれぞれ接続され、前記第３バルク部の両端が前記第２中間電極と前記第２主電極とにそれぞれ接続されることが、好ましい。この構造では、前記酸化物超電導バルク（超電導体）が第１〜第３バルク部に分割されていることから、成形が難しい長尺のバルク材を用いる必要がなく、また、各主電極及び中間電極の配列の自由度が高い。
【００１４】
例えば、前記第１〜第３バルク部が直線状に並ぶように配置され、その配列方向について前記第１中間電極の両側部に前記第１バルク部の端部及び前記第２バルク部の端部がそれぞれ接続され、前記配列方向について前記第２中間電極の両側部に前記第２バルク部の端部及び前記第３バルク部の端部がそれぞれ接続されることにより、全体として前記各バルク部の長さの総和以上の長尺の電流リードを構築することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、酸化物超電導バルクの利用による効果的な熱侵入の抑制を図りながら、当該酸化物系超電導導体の異常による熱暴走を防ぐことが可能な電流リードと、この電流リードを備えた超電導マグネット装置が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電流リードを備える超電導マグネット装置の例を示す断面正面図である。
【図２】前記電流リードの正面図である。
【図３】前記電流リードにおける第１中間電極と第１及び第２バルク部並びに第２導電材との連結構造を示す断面正面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電流リードの正面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る電流リードの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る一対の電流リード１０を備えた超電導マグネット装置８０を示す。この超電導マグネット装置８０は、前記両電流リード１０に加え、真空容器８２と、この真空容器８２内に収容される高温側熱シールド容器８４と、高温側熱シールド容器８４内に収容される低温側熱シールド容器８６と、低温側熱シールド容器８６内に収容される超電導マグネット８８と、前記各シールド容器８４，８６を冷却する冷凍機９０と、前記各電流リード１０を通じて前記超電導マグネット８８に電流を流す電源９２と、を備える。
【００１９】
前記高温側熱シールド容器８４は、底板８４ａと、前記低温側熱シールド容器８６を覆うように前記底板８４ａ上に設置される高温側熱シールド板８４ｂと、を有する。前記低温側熱シールド容器８６は、前記超電導マグネット８８が載置される底板８６ａと、この超電導マグネット８８を覆うように前記底板８６ａ上に設置される低温側熱シールド板８６ｂと、を有する。
【００２０】
前記冷凍機９０は、冷凍機本体９４と、この冷凍機本体９４から前記真空容器８２の底板及び高温側熱シールド容器８４の底板８４ａを貫通して低温側熱シールド容器８６の底板８６ａに至るコールドへッド９６と、を有する。コールドヘッド９６は、第１冷却ステージ９６ａ及び第２冷却ステージ９６ｂを有する。前記第１冷却ステージ９６ａは、前記高温側熱シールド容器８４の底板８４ａに接触することによりこれを例えば７７Ｋまで冷却する。前記第２冷却ステージ９６ｂは、前記低温側熱シールド容器８６の底板８６ａに接触することによりこれを例えば４０Ｋまで冷却する。
【００２１】
前記超電導マグネット８８は、巻枠と、これに巻き付けられる超電導線材からなる超電導コイルと、を有する。前記各電流リード１０は、上下方向に延びる形状を有し、それぞれの上端すなわち低温端が前記低温側熱シールド容器８６の底板８６ａに連結されてこれらの低温端に前記超電導線材の両端がそれぞれ接続され、当該電流リード１０のそれぞれの下端すなわち高温端が前記高温側熱シールド容器８４の底板８４ａに連結されている。前記電源９２は、一対の電極９２ａ，９２ｂを有し、各電極９２ａ，９２ｂは導線９７及び接続用導体９８を介して前記各電流リード１０の高温端に電気的に接続されている。
【００２２】
次に、前記各電流リード１０の構成を、図２に基づいて説明する。
【００２３】
前記各電流リード１０は、第１主電極１１と、第２主電極１２と、第１中間電極１３と、第２中間電極１４と、酸化物超電導バルクからなる超電導体２０と、第１導電材３１と、第２導電材３２と、を備える。
【００２４】
前記各電極１１〜１４は、導電材料、このましくは導電率の高い金属材料（例えば銅やアルミニウム）により適当な形状（図では直方体状）に形成されている。この実施の形態では、第１主電極１１、第１中間電極１３、第２中間電極１４及び第２主電極１２がこの順に上下方向に直線状に並ぶように配列され、互いに隣り合う電極同士の間には上下方向に適当な間隔が与えられている。
【００２５】
前記超電導体２０は、第１バルク部２１、第２バルク部２２及び第３バルク部２３を含み、この実施の形態では、各バルク部２１〜２３が互いに分離して独立した部材として形成されている。各バルク部２１〜２３は、この実施の形態では、上下方向に延びる直方体状に成形され、互いに同一の形状を有する。前記超電導体２０を構成する酸化物超電導バルクとしては、例えばイットリウム系のものやビスマス系のものが好適である。
【００２６】
前記第１バルク部２１は、前記第１主電極１１と前記第１中間電極１３との間に介在し、当該第１バルク部２１の上下両端部がそれぞれ前記第１主電極１１及び前記第１中間電極１３に接続されている。前記第２バルク部２２は、前記第１中間電極１３と前記第２中間電極１４との間に介在し、当該第２バルク部２２の上下両端部がそれぞれ前記第１中間電極１３及び前記第２中間電極１４に接続されている。前記第３バルク部２３は、前記第２中間電極１４と前記第２主電極１２との間に介在し、当該第３バルク部２３の上下両端部がそれぞれ前記第２中間電極１４及び前記第２主電極１２に接続されている。
【００２７】
前記第１及び第２導電材３１，３２は、導電材料、このましくは導電率の高い金属材料（例えば銅やアルミニウム）により形成されたもので、例えば線材として形成されている。このうち第１導電材３１は、前記第１中間電極１３並びにその上下の第１及び第２バルク部２１，２２をバイパスして第１主電極１１と第２中間電極１４とを直接接続するように配設され、第２導電材３２は、前記第２中間電極１３並びにその上下の第２及び第３バルク部２２，２３をバイパスして第１中間電極１３と第１主電極１２とを直接接続するように、配設されている。
【００２８】
前記各電極と、これにつながるべきバルク部及び導電材と、の接続は、例えば銀が添加された半田を用いて行われるのが、好ましい。その例として、第１中間電極１３と、これにつながるべき第１及び第２バルク部２１，２２並びに第２導電材３２と、の接続のための構造を図３に示す。
【００２９】
図３において、各バルク部２１〜２３の配列方向（この実施の形態では上下方向）について、第１中間電極１３の両側部（上側部及び下側部）には、外向き（図では上向き及び下向き）にそれぞれ開口する凹部１３ａ，１３ｂが形成され、その凹部１３ａ，１３ｂを囲む第１中間電極１３の内側面と、第１バルク部２１の下端部及び第２バルク部２２の上端部の各外側面との間にそれぞれＡｇ添加半田が介在する状態で当該凹部１３ａ，１３ｂ内に前記第１バルク部２１の下端部及び第２バルク部２２の上端部がそれぞれ挿入され、当該Ａｇ添加半田１６を介して接合されている。同様に、前記第１中間電極１３の側部には側方に開口する凹部１３ｃが形成され、その凹部１３ｃを囲む第１中間電極１３の内側面と第２導電材３２の上端との間にＡｇ添加半田１６が介在する状態で当該凹部１３ｃ内に前記第２導電材３２の上端部が挿入され、当該Ａｇ添加半田１６を介して接合されている。
【００３０】
この図３に示した構造は、前記第２中間電極１４に対する第２及び第３バルク部２２，２３並びに第１導電材３１の接続、第１主電極１１に対する第１バルク部２１及び第１導電材３１の接続、並びに第２主電極１２に対する第３バルク部２３及び第２導電材３２の接続、にも適用されることが可能である。
【００３１】
この実施の形態では、前記第１主電極１１が前記低温端、前記第２主電極１２が前記高温端として、使用される。すなわち、前記第１主電極１１は前記超電導マグネット８８を構成する超電導線材に接続され、前記第２主電極１２は前記接続用導体９８及び導線９７を介して前記電源９２に接続される。
【００３２】
次に、前記超電導マグネット装置９０及びこれに含まれる電流リード１０の作用を説明する。
【００３３】
前記超電導マグネット装置８０において、前記冷凍機９０は、そのコールドヘッド９６の第２冷却ステージ９６ｂに連結されている低温側熱シールド容器８６及びこれに収容される超電導マグネット８８を第１冷却温度（例えば４０Ｋ）に冷却するとともに、第１冷却ステージ９６ａに連結されている高温側熱シールド容器８４を第２冷却温度（例えば７７Ｋ）に冷却する。これにより、前記超電導マグネット８８が超電導状態に転移するとともに、前記両シールド容器８４，８６の底板８４ａ，８６ａの間に介設される各電流リード１０を構成する第１〜第３バルク部２１〜２３も超電導状態に転移する。一方、前記電源９２は、その一対の電極９２ａ，９２ｂにそれぞれ導線９７、接続用導体９８及び前記電流リード１０を介して接続されている前記超電導マグネット８８の超電導コイルを通電する。
【００３４】
このとき、前記各電流リード１０では、前記各バルク部２１〜２３が超電導状態にあるため、抵抗がほぼゼロの状態（実質上、当該電流リード１０の抵抗が各電極１１〜１４での抵抗に支配される状態）で電流が流れる。従って、当該電流リード１０でのジュール熱の発生はほとんどない。しかも、各バルク部２１〜２３を構成する酸化物超電導バルクは、きわめて低い熱伝導率を有するから、高温側熱シールド容器８４の外部から低温側熱シールド容器８６内への熱侵入が有効に抑止される。これにより、冷凍機９０の必要運転電力を抑えながら超電導マグネット８８の安定した運転を行うことができる。
【００３５】
ここで、前記両電流リード１０の例えば一方に大きな外力が作用して当該電流リードを構成するバルク部２１〜２３のいずれかに歪みが生じ、その超電導特性が低下した場合、すなわち、電気抵抗が発生した場合、その箇所に電流が流れることによりジュール熱が発生する。そして、この部分に大きな電流が流れ続けると、前記ジュール熱に起因して温度が異常に上昇し、当該バルク部の超電導状態が破れて熱暴走し、ひいては当該部分の溶断が発生するおそれがある。
【００３６】
しかしながら、前記電流リード１０では、図２に示すように、第１導電材３１が第１中間電極１３並びに第１及び第２バルク部２１，２２をバイパスして第１主電極１１と第２中間電極１４とを接続するとともに、第２導電材３２が第２中間電極１４並びに第２及び第３バルク部２２，２３をバイパスして第１中間電極１３と第２主電極１２とを接続するから、前記第１〜第３バルク部２１〜２３のいずれに異常（超電導特性の低下）が生じても、前記熱暴走及びこれに起因する当該バルク部の溶断を回避することが可能であり、また当該溶断が生じても電流を継続して流すことが可能である。具体的に、第１バルク部２１に異常が発生した場合には、これをバイパスして第１主電極１１と第２中間電極１４とを接続する第１導電材３１が非常用の電流経路を形成することができ、同様に、第２バルク部２２に異常が発生した場合には、これをバイパスして第１主電極１１と第２中間電極１４とを接続する第１導電材３１及び第１中間電極１３と第２主電極１２とを接続する第２導電材がそれぞれ非常用の電流経路を形成することができ、前記第２バルク部２２に大電流が流れ続けることを防ぎ、第３バルク部２３に異常が発生した場合には、これをバイパスして第１中間電極１３と第２主電極１２とを接続する第２導電材３２が非常用の電流経路を形成することが可能である。
【００３７】
さらに、前記第１及び第２導電材３１，３２はいずれも第１主電極１１から第２主電極１２にまで至るものではなく、当該第１導電材３１と第２主電極１２との間、及び、当該第２導電材３２と第１主電極１１との間にそれぞれ第３バルク部２３及び第１バルク部２１が介在するから、当該第１及び第２導電材３１，３２が銅やアルミニウムといった高い熱伝導率を有する金属材料で形成されていても、当該電流リード１０を通じての超電導マグネット８８側への熱侵入が有効に抑止される。
【００３８】
さらに、この第１の実施の形態に係る電流リード１０では、前記各電極１１〜１４及び前記第１〜第３バルク部２１〜２３が直線状に並ぶように配置され、その配列方向について前記第１中間電極１３の両側部（上側部及び下側部）に前記第１バルク部２１の端部及び前記第２バルク部２２の端部がそれぞれ接続され、前記第２中間電極１４の両側部に前記第２バルク部２２の端部及び前記第３バルク部２３の端部がそれぞれ接続されているから、各バルク部２１〜２３には比較的短尺で成形が容易な酸化物超電導バルクを用いながら、全体として前記各バルク部２１〜２３の長さの総和以上の長尺の電流リードを構築することが可能である。
【００３９】
その一方で、前記各バルク部２１〜２３は互いに分離した独立の部材としてそれぞれ形成されていることから、前記各電極１１〜１４及び前記各バルク部２１〜２３の配置は、仕様に応じて自由に設定することが可能である。具体的に、前記各電極１１〜１４は、そのうちの第１主電極１１から第２主電極１２に至るまでの電流経路の途中に第１中間電極１３及び第２中間電極１４が位置するという条件を満たす範囲で、自由に配列されることが可能であり、その配列に応じて前記各バルク部２１〜２３が配置されればよい。
【００４０】
例えば、第２の実施の形態として図４に示すように、前記各電極１１〜１４は、そのうちの第１主電極１１及び第２中間電極１４が同じ側（図では下側）に位置し、その反対側（図では上側）に第１中間電極１３及び第２主電極１２が位置するように、配列されることも可能である。この場合も、前記第１バルク部２１が前記第１主電極１１と前記第１中間電極１３とを接続するように配置され、前記第２バルク部２２が前記第１中間電極１３と前記第２中間電極１４とを接続するように配置され、前記第３バルク部２３が前記第２中間電極１４と前記第２主電極１２とを接続するように配置されることにより、全体としてジグザグの電流経路を形成する電流リード１０を構築することが可能である。
【００４１】
さらに、本発明に係る超電導体は、これを構成する第１〜第３バルク部が互いに分離して独立した部材に形成されるものに限らず、全体が単一の部材として成形されたものであってもよい。その一例を第３の実施の形態として図５に示す。
【００４２】
この実施の形態に係る電流リード１０′は、前記第１の実施の形態に示した第１〜第３バルク部２１〜２３に代え、全体が単一の部材として成形された酸化物超電導バルクからなる超電導体４０を備え、この超電導体４０は、第１主電極１１と第２主電極１２とを直結する長尺の形状をなす。第１中間電極１３は前記第１及び第２主電極１１，１２の間の位置で前記超電導体４０の側面に導通可能に固着され、第２中間電極１４は前記第１中間電極１３と第２主電極１２との間の位置で前記超電導体４０の側面（好ましくは第１中間電極１３が固着される側面と反対側の側面）に導通可能に固着されている。
【００４３】
この電流リード１０′においても、前記第１の実施の形態に係る電流リード１０と同様、第１導電材３１が酸化物超電導バルクからなる超電導体４０をバイパスして第１主電極１１と第２中間電極１４とを直接接続するように配設され、第２導電材３２が前記超電導体４０をバイパスして第１中間電極１３と第２主電極１２とを直接接続するように配設されることにより、正常な超電導状態では実質上ゼロの電気抵抗で電流を流すことができ、かつ、熱移動を有効に抑止するとともに、超電導体４０を構成する酸化物超電導バルクのいずれの部位に異常（超電導特性の低下）が生じてもこれに起因して熱暴走が生じることを防止することができる。具体的に、前記超電導体４０は、それ全体が単一の酸化物超伝導バルクにより構成されていても、第１主電極１１と第１中間電極１３との間に介在する第１バルク部４１と、第１中間電極１３と第２中間電極１４との間に介在する第２バルク部４２と、第２中間電極１４と第２主電極１２との間に介在する第３バルク部４３とを含んでおり、前記第１導電材３１は前記第１及び第２バルク部４１，４２をバイパスする非常用の電流経路を形成することが可能であり、前記第２導電材３２は第２及び第３バルク部４２，４３をバイパスする非常用の電流経路を形成することが可能である。
【００４４】
本発明では、各電極、酸化物超電導バルクからなる超電導体、及び各導電材の具体的な形状や材質は限定されない。各電極は、球状のものや変則形状のものであってもよい。例えば前記第３の実施の形態に係る各中間電極１３，１４は薄肉の金属板により構成されることも可能である。各導電材も線材に限らず、シート状のものや金属バスバーで構成されたものでもよい。
【実施例】
【００４５】
（電流リード１０の作成例）
図２に示される電流リード１０が、次の要領で作成される。
【００４６】
前記第１〜第３バルク部２１〜２３として、互いに同一の形状（長さ４０ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を有する３個のＹ（イットリウム）系酸化物超電導バルクが準備される。一方、前記各電極１１〜１４として、無酸素銅製の金属体（長さ１５ｍｍ×幅２３ｍｍ×厚さ９ｍｍ）が用意され、各電極１１〜１４の適所に、これに接続されるべきバルク部の端部が嵌入可能な凹部が形成される。その凹部の中に予め溶融されたＡｇ添加半田１６が仕込まれ、この凹部内にこれに対応するバルク部の端部が嵌入された後、前記Ａｇ添加半田１６が冷却されて固化することにより、当該バルク部が電極に固定される。この作業を繰り返すことにより、図２に示すように電極１１，１３，１４，１２がその順に配列され、かつ、互いに隣り合う電極同士の間にそれぞれバルク部２１〜２３が介在する連結体が、構築される。
【００４７】
前記第１及び第２導電材３１，３２には、銅製の７本のリード線（φ１．０ｍｍ×長さ１４０ｍｍ）を束ねたものが、用意される。第１導電材３１は、第１主電極１１と、第２中間電極１４とを接続するように配線され、同様に、第２導電材３２は、第１中間電極１３と第２主電極１２とを接続するように配線される。さらに、好ましくは、ＦＲＰ製の２枚の補強板（長さ１４０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ３ｍｍ）が用意され、これらの補強板が前記連結体をその電極の配列方向と直交する方向（図２では左右方向）から挟むようにして各電極１１〜１４の側面に固定される。
【００４８】
（超電導マグネット装置８０への電流リード１０の適用例）
前記電流リード１０が、図１に示す超電導マグネット装置８０内に配置される。具体的に、当該電流リード１０は、冷凍機９０（運転温度４．２Ｋでの冷凍能力が０．５Ｗ）の二段式コールドヘッド９６の第１冷却ステージ９６ａと第２冷却ステージ９６ｂとの間に配置され、超電導マグネット８８を構成するＢｉ系酸化物超電導コイル（巻線内径９０ｍｍ×巻線外径１２０ｍｍ×巻線長さ１４０ｍｍ）と接続される。一方、この電流リード１０と導線９７とを接続する接続用導体９８、換言すれば、室温部と第一冷却ステージ９６ａとの間に設けられる常伝導電流リード、には銅製のバスバーが用いられる。
【００４９】
（運転実験）
前記超電導マグネット装置８０において、冷凍機９０が始動してから装置８０が定常運転に到達したときの装置内各部の温度が測定された。Ｙ系酸化物超電導バルクからなる超電導体２０の高温端の温度は２本共に４０．１Ｋ、低温端の温度は２本共に５．０Ｋであった。また、Ｂｉ系酸化物超電導コイルの温度は場所によって異なるが、４．６〜４．８Ｋであった。
【００５０】
この状態で超電導マグネット８８を流れる電流が０Ａから２５０Ａに至るまで当該超電導マグネット８８の通電が行われたが、電流値が２５０Ａで一定となった後も電流リード１０の高温端の温度が上昇を続け、高温端の温度が６５Ｋを超える異常がる異常が認められた。しかし、第１及び第２導電材３１，３２の存在により、継続して電流を流すことができた。その後、高温端の温度は下がり始め４２．３Ｋで一定となった。また、低温端の温度は５．２Ｋになった。
【００５１】
実験後、真空容器８２内の状態を観察したところ、温度異常を生じた高温端側のバルク部２３が溶断していることが確認された。しかし、それ以外のバルク部２１，２２には変化は見られなかった。
【００５２】
その一方、比較例として、前記電流リード１０に代え、第１及び第２主電極とその間に介在する単一の酸化物超電導バルクのみからなる電流リードを用いて実験を行った。この実験において、前記と同様の異常（電流が２５０Ａに達した後も低温端の温度が上昇し続ける異常）が生じた場合に、一方の電流リードの酸化物超電導バルクの高温端の温度が６５Ｋを超えた時点で当該酸化物超電導バルクの両端の電位差が１０Ｖを超え、その後は電流を流すことができなくなった。実験後、真空容器８２内の状態を観察したところ、電圧異常が生じた酸化物超電導バルクが溶断していることが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１０′  電流リード
１１    第１主電極
１２    第２主電極
１３    第１中間電極
１４    第２中間電極
２０，４０  超電導体
２１，４１  第１バルク部
２２，４２  第２バルク部
２３，４３  第３バルク部
３１    第１導電材
３２    第２導電材
８０    超電導マグネット装置
８４    高温側熱シールド容器
８６    低温側熱シールド容器
８８    超電導マグネット
９０    冷凍機
９２    電源
【図１】
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【図２】
2014120552.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014120552.tif 000006
【図５】
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