(57)【要約】【課題】比較的高温においても、高い磁場が発生できる安価な超電導コイルとそれに用いる超電導導体を提供することを課題とする。【解決手段】超電導線材が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、外周部にテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が配置され、内周部にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が配置されるよう、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に直列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする。【選択図】      図６
2008270307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、外周部にテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が配置され、内周部にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が配置されるよう、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に直列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に直列接続された超電導導体が巻回されて形成され、曲げ直径が前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の許容曲げ直径未満である内周側部分を全て含むように、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超電導コイルに用いる超電導導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルに関し、特に高い運転温度においても強い磁場が発生できる超電導コイル構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、酸化物超電導材料を用いた超電導線材は次の二種類が精力的に開発されている。ひとつは、パウダーインチューブ法で作製される（Ｂｉ，Ｐｂ）2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10±δ（δは０．１程度の数：以下（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３とする）相を主成分とするテープ状銀被覆超電導線材である（たとえば、非特許文献１を参照）。もうひとつは、金属基板上に気相法あるいは液相法で超電導層が形成されたテープ状薄膜超電導線材である。薄膜超電導線材の超電導材料は、ＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは７に近い数：以下ＲＥ１２３とする）の化学式で表わされる酸化物超電導材料であり、ＲＥ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ：レアアース）の部分にはＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｔｍ等の希土類元素の一つかあるいは、その混合体が配される（たとえば、非特許文献２を参照）。
【０００３】
上記超電導線材を用いて、磁場応用を目的とした超電導コイルが作製されている。特許文献１には、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を用いた複数のパンケーキコイルが積層された超電導コイルが開示されている。このテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材で作製された超電導コイルは２０Ｋ以下の低温に冷却され、目的とする運転電流がコイルに流され、磁場を発生させている。
【０００４】
テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材は高温における磁場に対する抗性があまり強くなく、磁場がかかることによって臨界電流値の低下がある。よってコイル形状になった際、自ら発生する磁場によっても臨界電流値が低下する。そのため運転温度を下げることによって臨界電流値を大きくしておき、発生磁場下でも十分な超電導電流がコイルに流れるようにしている。このようにテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を用いた超電導コイルにおいて、比較的大きな磁場を発生させようとすると、コイルは２０Ｋ程度の低温まで冷却される。よって超電導コイルを冷却する装置としては、２０Ｋ程度の低温まで冷却可能な装置が必要となる。
【０００５】
一方、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材に比べ磁場に対する抗性が強く、磁場中比較的高温下でも臨界電流値の低下は小さい。しかしながら、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材はその作製プロセスが複雑かつ繊細であるため、一連長でコイルを形成できるような長尺で均一な線材が得られにくい。またその歩留の低さから線材コストが高くなっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４９１１号公報
【非特許文献１】ＳＥＩテクニカルレビュー、２００６年７月  第１６９号  ｐ１０３−１０８
【非特許文献２】ＳＥＩテクニカルレビュー、２００６年７月  第１６９号  ｐ１０９−１１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑み、比較的高温においても、言い換えれば高い冷却能力を持たない冷却装置を用いても、高い磁場が発生できる安価な超電導コイルとそれに用いる超電導導体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材及び、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の特性を詳細に調査し、それぞれの線材の特長を融合させることによって、上記課題を解決できる発明の完成に至った。以下、本発明について説明する。
【０００９】
本発明は、超電導線材が巻回されたパンケーキ状超電導コイルであって、外周部にテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が配置され、内周部にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が配置されるよう、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に直列接続された超電導導体が巻回されていることを特徴とする超電導コイルである。
【００１０】
本発明において、前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことが好ましい。
【００１１】
本発明において、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に直列接続された導体が巻回して形成され、曲げ直径が前記テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の許容曲げ直径未満である内周側部分を全て含むよう、前記テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が配置されていることが好ましい。
【００１２】
また本発明の超電導導体は、上記のいずれかの超電導コイルに用いられる超電導導体である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、比較的高温においても、高い磁場が発生できる安価な超電導コイルが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態）
図１は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図１を参照して、多芯のテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材について説明する。テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材１１は、長手方向に伸びる複数本の（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導体フィラメント１２と、それらを被覆するシース部１３とを有している。シース部１３の材質は、例えば銀や銀合金等の金属から構成される。
【００１５】
図２は、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図２を参照して、代表的なテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材について説明する。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材２０は、基板として金属配向基板２１と、金属配向基板２１上に形成された中間層２２と、中間層２２上に形成された超電導薄膜層２３と、超電導薄膜層２３を保護するための安定化層２４と、全体を保護し導電性をあげるための保護層２５、２６からなる。
【００１６】
金属配向基板２１としては、例えばＮｉ配向基板、Ｎｉ合金系の配向基板等を選択できる。中間層２０は、例えばＣｅＯ２やＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）等の酸化物を採用できる。超電導薄膜層２３としては例えばＨｏＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは７に近い数）などの、ＲＥ１２３系超電導材料が選択される。安定化層２４と保護層２５，２６としては、Ａｇ（銀）やＣｕ（銅）が用いられる。
【００１７】
図３はテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の一定磁場における温度―臨界電流特性を表した図である。液体窒素温度（７７Ｋ）ゼロ磁場における臨界電流値を１として、３Ｔの磁場がそれぞれテープ面に平行にかかった場合の臨界電流値（Ｉｃ（３Ｔ）／Ｉｃ（７７Ｋ、０Ｔ））の変化をプロットしてある。例えば、７７Ｋゼロ磁場の臨界電流値が１００Ａであれば、縦軸上２の位置に点があれば、３Ｔの磁場中でもその温度で２００Ａの臨界電流が流れるということである。
【００１８】
いずれの超電導線材でも温度が低下すると臨界電流値は増加する。増加の仕方はテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の方が大きい。またテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材では５０〜６０Ｋで臨界電流値はほぼ０になる。磁場中での臨界電流特性はテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の方が良いということが判る。
【００１９】
例えば運転温度が６０Ｋで、テープ面に平行な磁場が３Ｔかかるような超電導コイルを形成しようとした場合、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の使用では、上記条件下では臨界電流値が０なのでそのようなコイルは実現できない。一方、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材は、同条件で有限の臨界温度を有するため、上記の超電導コイルを形成することは可能である。
【００２０】
また５０Ｋ以下の温度では、上と同様（テープ面に平行な磁場が３Ｔかかる）の超電導コイルをテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材にて形成することは可能である。当然テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材によっても実現できる。ただし、発生磁場は、流れる電流と巻回数の積で決まるため、流せる電流値の小さいテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材でコイルを形成した場合、巻回数が大きくなり、コイル外径が大きくなってしまう。大きな径のコイルを冷却しなければならいので、使用する冷凍機の冷却能力も高いものが要求される。
【００２１】
また、磁場中超電導特性以外にもテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を比較した場合、次の利点がテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の方にある。一つ目は、より小さい曲率で曲げても、臨界電流値が低下しにくい。つまり小さく巻くことが可能である。二つ目は、外部からかかる引張力に対する抗性が強い。超電導コイル内で、超電導線材は電磁力によるフープ力（引張力）を受ける。この力が大きい場合は線材中の超電導部分が破壊されることもある。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材では金属配向基板２１が補強材の役目も兼ねており、大きな引張力にも耐えることができる。
【００２２】
磁場中特性のよいテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を用いて、高性能な超電導コイルを形成することは可能であるが、前述したようにテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材はその作製プロセスが複雑かつ繊細であるため、一連長でコイルを形成できるような長尺で均一な線材が得られにくい。またその歩留の低さから線材コストが高くなりがちである。
【００２３】
一方、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材にも利点はある。それは線材全体が熱伝導性の良い銀あるいは銀合金で被覆されているため、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材に比べ冷却が容易なことである。
【００２４】
そこで本発明では、それぞれの線材の利点を生かし、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材と電気的直列接続し超電導導体として用いることで超電導コイル形成する。
【００２５】
図４は代表的な超電導マグネットの例を示す模式図である。超電導線材をパンケーキ状に巻き、超電導コイル４１を形成する。その超電導コイル４１を目的に応じて複数個、電気的に接続する。これらに電極４２から電流を通電すると超電導コイル４１内に磁場が発生する。また、電極４２間を酸化物超電導線材で作製された永久電流スイッチ４３で結合し、目的の磁場まで励磁したのち永久電流スイッチ４３をＯＮにすれば、超電導コイル４１−永久電流スイッチ４３のループ内に永久電流が流れる。
【００２６】
図５は、超電導コイルに電流が流された場合、図４のＡ−Ａ断面における磁場強度分布を模式的に表わした図である。図５は磁場強度分布を等高線で表わしている。図５中Ｘ点はマグネット内側の高さ方向中心位置である。Ｘ'点はマグネット外側の高さ方向中心点である。Ａ点、Ａ'点はマグネット上端部の内側点、外側点をそれぞれ表わす。図５で表わされている磁場強度は実線矢印の方向の磁場である。すなわち、パンケーキ状に巻かれた線材のテープ面と平行にかかる磁場である。
【００２７】
マグネット内側の中心点（Ｘ点）付近では、ほぼ目的とする磁場が、例えば３Ｔを目的としているなら３Ｔが発生している。図５中Ｘ点から、Ｘ'点に向かって磁場強度は小さくなる。例えば、Ｘ１点では２Ｔ、Ｘ２点では１Ｔ、Ｘ３点より外側では０．５Ｔ以下の磁場となる。またマグネット内部の上下方向でも内側から外側に向かって、磁場強度は小さくなる。いずれの高さにおいても、マグネット内側において磁場が強いことは図５より明らかである。同じ高さにある同一コイル内において、マグネット内側部では、強い磁場がかかり、外側部では弱い磁場しかかからない。
【００２８】
そこで本発明の超電導コイルは、強い磁場がかかる内側部分に、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が、磁場の弱い外側部分にテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が配置されるよう両線材を電気的に直列接続した導体を用いて形成される。
【００２９】
図６は、本発明の超電導コイル構成を模式的に表わす部分断面斜視図である。テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材とテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を直列に接続し、超電導コイル内側部（図６中Ｂの部分）にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が巻回されており、外側部（図６中Ｃの部分）にテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が巻回されたパンケーキ状超電導コイルである。
【００３０】
超電導コイルの内側からどの程度の領域をテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材で形成するかは、運転条件（温度、磁場）で任意に設定できる。高磁場発生超電導コイルであっても、低温での運転ならば、径方向において半分以下の内周部をテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材で配置すればよいし、温度が高温であれば半分以上の部分をテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材で形成する等である。
【００３１】
図５に示される磁場分布をもつ超電導マグネットを、７個のパンケーキ状コイルから形成する場合を例にとってみる。図７は７個の超電導コイルから形成された超電導マグネットにおける図４のＡ−Ａ’断面における磁場強度分布を模式的に表わした図である。中心点（Ｘ点）における発生磁場は３Ｔである。図７に表されるマグネットは７個の超電導コイル７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７から構成される。図７中の点線は各超電導コイル７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７の境界を表す。各超電導コイル７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７は電気的に直列に接続され、同じ値の電流値が流れる。この超電導マグネットは温度３０Ｋに維持し運転される。中央部に配置された超電導コイル７４ではＸ点では３Ｔの磁場、Ｘ点からＸ２点間では３Ｔから１Ｔの磁場、Ｘ２点より外側では１Ｔ以下の磁場がかかる。
【００３２】
図８はテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の温度３０Ｋにおける磁場―臨界電流特性を表した図である。図８も図３と同様に液体窒素温度（７７Ｋ）ゼロ磁場における臨界電流値を１として、温度３０Ｋにおいて磁場がそれぞれテープ面に平行にかかった場合の臨界電流値（Ｉｃ（３０Ｋ）／Ｉｃ（７７Ｋ、０Ｔ））の変化をプロットしてある。
【００３３】
７７Ｋゼロ磁場における臨界電流値が等しいテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を用いた場合、温度３０Ｋにおける臨界電流値は、図８の磁場―臨界電流特性から３Ｔの磁場がテープ面に平行にかかったＲＥ１２３超電導線材と、１Ｔの磁場がテープ面に平行にかかった（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とでほぼ等しくなる。これは図８に点線で示したＩｃ（３０Ｋ）／Ｉｃ（７７Ｋ、０Ｔ））＝２．８となるのが、（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３では１Ｔ近傍、ＲＥ１２３では３Ｔ近傍であることより判る。
【００３４】
上記のような状態になる超電導コイル７４を、Ｘ２点から内側をテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材で、Ｘ２点より外側をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材で形成する。超電導線材に流せる電流値は最も強い磁場のかかっている部分で律速される。よってテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材ではＸ点で、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材ではＸ２点における臨界電流値が最も低く、それより外側の領域、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材ではＸ−Ｘ２間、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材ではＸ２−Ｘ'間においては、それぞれＸ点、Ｘ２点における値以上の臨界電流値を有する。よってＸ点あるいはＸ２点における臨界電流値以下の電流（マグネット中心部に３Ｔの磁場を発生させるための）は、超電導コイル７４の超電導状態を維持したまま流すことが可能である。
【００３５】
図７に示される磁場分布より、超電導コイル７４に流した電流と同じ電流が流れるため、他の超電導コイル７１，７２、７３、７５、７６、７７も上記と同様に、Ｘ２点より外側にテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を配置し形成すればよいことは明らかである。
【００３６】
超電導コイル７４のような磁場分布にさらされる超電導コイルをテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材だけで形成した場合、温度３０Ｋでは運転できず２０Ｋ程度まで冷却しなければならない。またテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材だけで、同様の超電導コイルを作製し温度３０Ｋで運転することは可能であるが、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材のコスト面から高価なコイルとなってしまう。そこで本発明のようにテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材組み合わせて超電導コイルを形成すれば、比較的高温で運転できかつ、安価な超電導コイルとなる。さらには、外側の体積の大きい部分を熱伝導性のいいテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材で構成しているため、コイルの冷却も効率よく行える。
【００３７】
上記の場合、７７Ｋゼロ磁場における臨界電流値が等しい線材同士を使用したが、７７Ｋゼロ磁場における臨界電流値が異なる線材を用いてもよく、その際は多様なバリエーションの線材配置が可能となる。例えば、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の７７Ｋゼロ磁場の臨界電流値がテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材のそれより大きい場合は、図７中Ｘ２点より内側までテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を配置することができる。いずれのバリエーションにしろ、超電導コイルの内側部にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を配することは共通する。
【００３８】
本発明において、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の幅が等しいことが好ましい。一般的にパンケーキ状コイルを積み重ねて、超伝導マグネットを形成する場合、各パンケーキ間に冷凍機からの温度を伝えるため各パンケーキ間に、金属製の冷却板が配置される。仮に幅の異なるテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材を組み合わせてコイルを形成すると、コイル内側と外側でパンケーキコイル底面の高さの揃わない、段差のついた形状となる。このようなコイルを冷却するには段差のついた冷却板が必要となり構造が複雑になる。
【００３９】
またテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材とテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が電気的に直列接続された導体が巻回して形成され、曲げ直径がテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の許容曲げ直径未満である内周側部分を全て含むよう、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が配置されている超電導コイルが好ましい。
【００４０】
テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材いずれの線材も小さな径に曲げると臨界電流値は低下する。ここで許容曲げ直径とは、テープ面垂直方向に線材を曲げていった場合、初期臨界電流値の９５％未満になる曲げ直径を意味する。一般的に使用される厚さが０．２５ｍｍ程度のテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の許容曲げ直径は７０ｍｍ程度である。同じく一般的に使用される厚さ０．１ｍｍ程度のテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の許容曲げ直径は１０ｍｍ程度である。
【００４１】
非常に強い磁場を発生させる場合、液体ヘリウム温度程度の運転を前提とし、超電導コイルは内径を小さく巻回数を多く形成される。例えば、磁場発生空間の直径が２０ｍｍ程度の超電導コイルを作製しようとした場合、そのような超電導コイルの内周部の径は、上記厚さ０．２５ｍｍ程度のテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の許容曲げ直径以下であり、臨界電流値を低下させずテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材を配置することはできない。
【００４２】
上記のような超電導コイルを形成する場合は、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の許容曲げ直径未満である内周側部分をテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材で構成し、それより外周部をテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材で構成すればよい。そのようにすれば、必要な部分にのみ高コストなテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が配置でき、低コストな超電導コイルが形成できる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例に基づき、本発明をさらに具体的に説明する。
【００４４】
（実施例）幅４．３±０．１ｍｍ、厚さ０．２４±０．０１ｍｍの形状を有するテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材１８０ｍと、幅４．３０±０．０５ｍｍ、厚さ０．１±０．００２ｍｍの形状を有するテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材４０ｍをそれぞれ６０本ずつ用意する。両線材の液体窒素温度での臨界電流値はいずれの線材も１９０Ａ〜２００Ａである。それぞれ各１本ずつ２種の線材の一端を半田により接続し、６０本の直列導体とする。
【００４５】
この直列導体に厚み約１５μｍのターン間絶縁用ポリイミドテープと厚み０．１ｍｍのＳＵＳテープを重ね合わせる。このように構成された導体を、テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材側からボビンのまわりに巻きつけて、内径８０ｍｍ、外径約２７０ｍｍ、高さ約４.３ｍｍ、内周部にテープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材が、外周部にテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材が配置された６０個のパンケーキコイルを作製する。
【００４６】
上記６０個のパンケーキコイルを積層し各コイル間を接合する。パンケーキコイル間は厚み０．１ｍｍのＦＲＰシートを介在させることにより電気絶縁する。積層されたコイルの上面、下面及び各コイル間には冷却板としての銅板が配置される。この銅板が冷凍機のコールドヘッドに熱伝導用バーを介して接続され、各コイルが冷却される。積層された超電導コイルは断熱真空容器の中に設置される。冷凍機の出力を調整することにより、超電導コイル全体を１０Ｋ程度まで任意の温度に設定できる。
【００４７】
（比較例）実施例で用いたテープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材だけを用いて、実施例と同じ内径と高さを持ち、外径はターン数を実施例とそろえるため約３００ｍｍの超電導コイルとし、実施例と同様に冷却する。
【００４８】
実施例と比較例のコイルを各種の温度に冷却し、その通電特性を調査する。試験方法としては、超電導コイルへの通電電流をゼロとしておき、超電導コイルが各温度で維持されるよう冷凍機の出力を調節し平衡状態とする（初期状態）。初期状態から、超電導コイルに７０Ａあるいは１００Ａの電流を５分間流す。通電電流の大きさで超電導コイルに発生する磁場が変化する。超電導コイルには温度、磁場、電流で決まる電圧が発生する。超電導コイルで発生した電圧により熱が発生じ、超電導コイルの温度が変化する。この温度変化を測定する。温度の測定位置は積層された超電導コイルの上面内周部である。表１に通電特性試験の結果を示す。表１中の磁場は超電導コイルの中心点における値である。
【００４９】
【表１】
2008270307.tif 000003
【００５０】
温度が１０Ｋ及び２０Ｋでは実施例、比較例とも７０Ａ通電、１００Ａ通電いずれの場合もほとんど温度上昇は見られない。つまり温度が低いので、いずれの線材でも臨界電流値が充分高く、運転電流は臨界電流値に比べ充分小さいため、発生電圧とそれによる発熱が小さい。超電導コイルを２０Ｋ以下の温度に冷却すれば、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材だけでも９Ｔ程度の磁場を発生させることが可能である。
【００５１】
一方、３０Ｋ以上の温度では、実施例の方が比較例にくらべ温度上昇が小さい。これは３０Ｋ以上の温度では、テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の磁場中臨界電流値が小さくなり、運転電流が臨界電流値とほぼ同等あるいはそれ以上になるため、大きな電圧が発生しそれが熱に変わるからである。温度が比較的高い３０Ｋ、４０Ｋでの使用を考えた場合には、本発明のような導体で超電導コイルを形成すればよいことが判る。
【００５２】
今回開示された実施の形態および実施例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】テープ状（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図２】テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図３】（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と薄膜ＲＥ１２３超電導線材の一定磁場における温度―臨界電流特性を表した図である。
【図４】代表的な超電導マグネットの例を示す模式図である。
【図５】超電導コイルに電流が流された場合、図４のＡ−Ａ’断面における磁場強度分布を模式的に表わした図である。
【図６】本発明の超電導コイル構成を模式的に表わす部分断面斜視図である。
【図７】７個の超電導コイルから形成された超電導マグネットにおける図４のＡ−Ａ’断面における磁場強度分布を模式的に表わした図である。
【図８】（Ｂｉ，Ｐｂ）２２２３超電導線材と薄膜ＲＥ１２３超電導線材の温度３０Ｋにおける磁場―臨界電流特性を表した図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  酸化物超電導線材
１２  酸化物超電導フィラメント
１３  シース部
２０  テープ状薄膜ＲＥ１２３超電導線材
２１  金属配向基板
２２  中間層
２３  超電導薄膜層
２４  安定化層
２５  ２６  保護層
４１  超電導コイル
４２  電極
４３  永久電流スイッチ
７１  ７２  ７３  ７４  ７５  ７６  ７７  超電導コイル
【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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