(57)【要約】【課題】粉末法またはチューブ法で作製されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、簡便な方法で超電導接続し、ＮＭＲマグネットとして要求される磁場安定性を得ることのできる超電導構造体を提供する。また、本発明の他の目的は、上記超電導構造体を効率良く製造できる方法を提供する。【解決手段】Ｓｎを含む金属粉末を充填したＮｂ基パイプ、または、Ｓｎ基芯材を中心位置に配置したＣｕ基パイプを挿入したＮｂ基パイプを、複数本安定化銅に埋設し、これを伸線加工した後、熱処理して得られるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体において、前記Ｎｂ基パイプがＴａを含むＮｂ基合金パイプであり、熱処理後における前記Ｎｂ基合金パイプのビッカース硬度が１５０以上であると共に、超電導中間介在物を介して前記Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を接続して構成された超電導接続構造体。【選択図】  図４
2004193019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎを含む金属粉末を充填したＮｂ基パイプ、または、Ｓｎ基芯材を中心位置に配置したＣｕ基パイプを挿入したＮｂ基パイプを、複数本安定化銅に埋設し、これを伸線加工した後、熱処理して得られるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体において、
前記Ｎｂ基パイプがＴａを含むＮｂ基合金パイプであり、熱処理後における前記Ｎｂ基合金パイプのビッカース硬度が１５０以上であると共に、超電導中間介在物を介して前記Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を接続して構成されたものであることを特徴とする超電導接続構造体。
【請求項２】
前記Ｔａを含むＮｂ基合金パイプは、その中心位置にＴａを含むＮｂ基合金芯材を配置しており、且つ、前記Ｎｂ基合金パイプと前記Ｎｂ基合金芯材の間にＳｎを含む金属粉末を充填してなる請求項１に記載の超電導接続構造体。
【請求項３】
前記Ｎｂ基合金パイプ中のＴａ含量が、１．５〜１５質量％である請求項１または２に記載の超電導接続構造体。
【請求項４】
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体の製法において、
Ｓｎを含む金属粉末を、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプに充填し、この複数本を安定化銅に埋設した後、強伸線加工し、これを熱処理して前記Ｎｂ基合金パイプのビッカース硬度が１５０以上であるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を得、得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、超電導中間介在物を介して接続して構成することを特徴とする超電導接続構造体の製法。
【請求項５】
前記Ｔａを含むＮｂ基合金パイプの中心位置に、Ｔａを含むＮｂ基合金芯材を挿入すると共に、前記Ｎｂ基合金パイプと前記Ｎｂ基合金芯材の間にＳｎを含む金属粉末を充填する請求項４に記載の製法。
【請求項６】
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体の製法において、
Ｓｎ基芯材を中心位置に配置したＣｕ基パイプを、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプに挿入し、この複数本を安定化銅に埋設した後、強伸線加工し、これを熱処理して前記Ｎｂ基合金パイプのビッカース硬度が１５０以上であるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を得、得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、超電導中間介在物を介して接続して構成することを特徴とする超電導接続構造体の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末法またはチューブ法によって製造されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体およびその製法に関するものであり、特に高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置に用いられる超電導マグネットの構成素材としてＮｂ3Ｓｎ超電導線材を適用する際に有用な超電導接続構造体と該超電導接続構造体を効率良く製造できる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導線材を用いて作製したコイルに大電流を流して強磁場を発生させる超電導マグネットは、高分解能ＮＭＲ分析装置に用いられている。このＮＭＲ分析装置は、結晶化できない生体高分子等の分子構造を解析できる唯一の装置であり、ポストゲノム開発を促進するための強力なツールである。このＮＭＲ分析装置は、超電導マグネットが発生する磁場が高ければ高いほど、分解能が高くなると共に、ＮＭＲ信号とノイズの比が高くなってより短時間での分析が実現される。この様な超電導マグネットは、近年では、ＮＭＲ分析装置のみならず核融合装置等への応用も期待されており、その開発が進められている。
【０００３】
ＮＭＲ分析装置に用いられる超電導マグネットとしては、磁場の時間変化割合（減衰率）が0.01ｐｐｍ／ｈｒ以下という非常に安定したものが要求されるため、ＮＭＲ分析装置は、超電導電流がループ状に永久的に流れ続ける所謂“永久電流モード”で操業される。よって、この永久電流モードを実現するために、超電導線材を接続する部分においても超電導状態を維持する必要がある。以下、超電導状態を維持した接続を「超電導接続」と称する。
【０００４】
超電導マグネットの素材として使用されている超電導線材としては、ＮｂＴｉ線材（以下、「ＮｂＴｉ超電導線材」と称する場合がある）とＮｂ3Ｓｎ線材（以下、「Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材」と称する場合がある）の2種類の金属系超電導線材が一般的に知られている。これらの線材が超電導性を維持できる最高磁場（臨界磁場）は、ＮｂＴｉ超電導線材で１１Ｔ、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で２３Ｔである。従って、中・低磁場用マグネットは、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を用いて作製した複数のコイルを組み合わせて作製されるのに対し、高磁場用マグネットは、その外層をＮｂＴｉ超電導線材、内層をＮｂ3Ｓｎ超電導線材を用いて夫々作製した複数のコイルを組み合わせて作製されている。
【０００５】
超電導線材を接続する超電導接続は、ＮｂＴｉ超電導線材とＮｂＴｉ超電導線材間、ＮｂＴｉ超電導線材とＮｂ3Ｓｎ超電導線材間、およびＮｂ3Ｓｎ超電導線材とＮｂ3Ｓｎ超電導線材間（但し、これらのＮｂ3Ｓｎ超電導線材は、後述するブロンズ法によって製造されたもの）において技術的に既に確立されており、実用化されている。
【０００６】
また、ＮＭＲ分析装置に用いられる超電導マグネットとしては、減衰率が0.01ｐｐｍ／ｈｒ以下という非常に安定したものを実現するには、接続抵抗の上限値をできるだけ小さくする必要がある。すなわち、接続抵抗の上限値は、コイルの自己インダクタンスに依存するので、自己インダクタンスが例えば1ｋＨｚの大型コイルでは、コイル全体の接続抵抗を約3×10-9Ω以下にする必要がある。
【０００７】
ところで、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の製法としては、主として３種類あり、一般にブロンズ法、粉末法、チューブ法、と呼ばれている。以下、これらの製法を図面を参照しつつ説明する。
【０００８】
ブロンズ法
図１は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をブロンズ法で製造する際の概略説明図である。図１（ａ）は熱処理前におけるブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材ビレットの断面図、（ｂ）は熱処理後におけるブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の断面図を夫々示している。但し、図１（ｃ）は（ａ）におけるフィラメント部分の拡大図である。図１中、１はＣｕ−Ｓｎ合金マトリックス、２はＮｂ基芯材、３はＣｕ−Ｓｎ合金パイプ、４はＮｂ基シート、５はＣｕ基パイプ、６はＮｂ3Ｓｎ層、を夫々示している。
【０００９】
図１（ａ）および（ｃ）では、Ｃｕ−Ｓｎ合金マトリックス１中に、複数本のＮｂ基芯材２が埋設されている。Ｎｂ基芯材２を埋設したＣｕ−Ｓｎ合金マトリックス１は、Ｃｕ−Ｓｎ合金パイプ３内に挿入されており、Ｃｕ−Ｓｎ合金パイプ３の外側には、Ｎｂ基シート４が設けられている。Ｎｂ基シート４はＳｎ拡散バリアとして作用し、Ｃｕ−Ｓｎ合金パイプ３内のＳｎが、Ｎｂ基シート４の外側に設けられているＣｕ基パイプ５へ拡散するのを防止している。Ｃｕ基パイプ５は、超電導状態を安定化するために設けられている（以下「安定化銅」と称する場合がある）。これらＣｕ基パイプ５を含めた全体を、以下「ビレット」と称する場合がある。
【００１０】
このビレットを静水圧押出しして伸線加工し、最終径まで加工した後、約600〜800℃で熱処理すると、Ｃｕ−Ｓｎ合金マトリックス１内のＳｎが、Ｎｂ基芯材２内へ拡散し、ＮｂとＳｎが反応してＮｂ3Ｓｎ層が生成する。すなわち、図１（ｂ）に示す様に、Ｎｂ基芯材２の表面にＮｂ3Ｓｎ層６が生成する。
【００１１】
ブロンズ法によって製造されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材の臨界電流密度は、Ｃｕ−Ｓｎ合金マトリックス１内のＳｎ濃度に依存し、Ｓｎ濃度が高くなるほど臨界電流密度も大きくなることが知られている。しかし、伸線加工が可能なＣｕ相はα−Ｃｕ相であるが、この相に固溶するＳｎ量の上限は15.8質量％であり、臨界電流密度を大きくするには限度がある。
【００１２】
粉末法
図２は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を粉末法で製造する際の概略説明図である。図２（ａ）は熱処理前における粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材ビレットの断面図、（ｂ）は熱処理後における粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の断面図を夫々示している。図２中、１１はＳｎを含む金属粉末、１２はＮｂ基パイプ、１３は安定化銅、１４はＮｂ3Ｓｎ層、を夫々示している。
【００１３】
図２（ａ）では、Ｓｎを含む金属粉末１１を充填したＮｂ基パイプ１２が、複数本安定化銅１３に埋設されている。安定化銅１３は、超電導状態の安定化のために設けられており、これら安定化銅１３を含めた全体を、以下「ビレット」と称する場合がある。
【００１４】
このビレットを静水圧押出しして伸線加工し、最終径まで加工した後、約600〜800℃で熱処理すると、Ｓｎを含む金属粉末１１内のＳｎがＮｂ基パイプ１２内へ拡散し、ＮｂとＳｎが反応してＮｂ3Ｓｎ層を生成する。すなわち、図２（ｂ）に示す様に、Ｎｂ基パイプ１２の内側にＮｂ3Ｓｎ層１４が生成する。
【００１５】
従って、粉末法によって製造されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材では、Ｓｎを含む金属粉末１１内へ含有させるＳｎ量を多くすることによって、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の臨界電流密度を大きくできる。その結果、上記ブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材よりも臨界電流密度を大きくできる可能性がある。
【００１６】
チューブ法
図３は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をチューブ法で製造する際の概略説明図である。図３（ａ）は熱処理前におけるチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材ビレットの断面図、（ｂ）は熱処理後におけるチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の断面図を夫々示している。図３中、２１はＳｎ基芯材、２２はＣｕ基パイプ、２３はＮｂ基パイプ、２４は安定化銅、２５はＣｕ−Ｓｎ合金層、２６はＮｂ3Ｓｎ層、を夫々示している。
【００１７】
図３（ａ）では、Ｓｎ基芯材２１を中心位置に配置したＣｕ基パイプ２２を挿入したＮｂ基パイプ２３が、複数本安定化銅２４に埋設されている。安定化銅２４は、超電導状態の安定化のために設けられており、これら安定化銅２４を含めて全体を、以下「ビレット」と称する場合がある。
【００１８】
このビレットを静水圧押出しして伸線加工し、最終径まで加工した後、約600〜800℃で熱処理すると、Ｓｎ基芯材２１内のＳｎがＣｕ基パイプ２２を通ってＮｂ基パイプ２３内へ拡散し、ＮｂとＳｎが反応してＮｂ3Ｓｎ層を生成する。すなわち、図３（ｂ）に示す様に、Ｎｂ基パイプ２３の内側にＮｂ3Ｓｎ層２６が生成し、該Ｎｂ3Ｓｎ層２６の内側にＣｕ−Ｓｎ合金層２５が生成する。
【００１９】
従って、チューブ法によって製造されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材では、Ｓｎ基芯材２１内へ含有させるＳｎ量を多くすることによって、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の臨界電流密度を大きくできる。その結果、上記ブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材よりも臨界電流密度を大きくできる可能性がある。
【００２０】
ところで、以上説明した通り、図１（ｂ）に示したブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材では、Ｎｂ3Ｓｎ層６はＣｕ−Ｓｎ合金マトリックス１に接して生成するので、該ブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を超電導接続する際には、Ｎｂ3Ｓｎ層６が大気に曝されない様にしつつＣｕ−Ｓｎ合金マトリックス１を除去してＮｂ3Ｓｎ層６を露出させ、Ｎｂ3Ｓｎ層６の周りに超電導中間介在物を配置させることで超電導接続を実現できる。
【００２１】
これに対し、図２（ｂ）に示した粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材では、Ｎｂ3Ｓｎ層１４はＮｂ基パイプ１２の内側に生成し、図３（ｂ）に示したチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材では、Ｎｂ3Ｓｎ層２６はＮｂ基パイプ２３の内側に生成する。従って、粉末法（またはチューブ法）Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を超電導中間介在物を介して超電導接続する際には、Ｎｂ3Ｓｎ層１４（または２６）の外側を囲んでいるＮｂ基パイプ１２（または２３）を除去する必要がある。しかし、Ｎｂ基パイプ１２（または２３）は、Ｎｂ3Ｓｎ層１４（または２６）と化合して除去し難くいので、このときＮｂ3Ｓｎ層１４（または２６）が機械的にダメージを受けると、接続抵抗が大きくなって安定した超電導マグネットを実現し難くなる。
【００２２】
また、粉末法（またはチューブ法）Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を超電導接続する際には、Ｎｂ基パイプ１２（および２３）を除去せずに、該Ｎｂ基パイプ１２（または２３）の周りに超電導中間介在物を配置してＮｂ3Ｓｎ超電導線材を接続する方法も考えられるが、Ｎｂ基パイプ１２（および２３）として純Ｎｂ製パイプを用いると、純Ｎｂは超電導性を示すものの臨界電流密度が小さいので実用的でない。また、Ｎｂ基パイプ１２（または２３）としてＴａを含むＮｂ基合金製パイプも用いられているが、このＮｂ基合金も超電導性を示すものの臨界電流密度は未だ実用レベルではない。
【００２３】
ここで、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の接続方法としては、種々提案されており、例えば、超電導線材をハンダを介して接続する方法（例えば、特許文献１や２参照）、超電導線材を超電導体物質を介して接続する方法（例えば、特許文献３や４参照）、超電導線材のフィラメント同士を圧着接続または溶接接続する方法（例えば、特許文献５や６参照）、などがある。しかし、これらの接続方法では、何れも大気中で行なわれるためＮｂ3Ｓｎ層が大気に曝されると表面に絶縁膜を形成したり、Ｎｂ3Ｓｎフィラメントが機械的にダメージを受け易く、接続抵抗が大きくなって安定した超電導マグネットを実現し難くなる。
【００２４】
【特許文献１】
特開平2-65082号公報（［特許請求の範囲］など）
【特許文献２】
特開平2-217157号公報（［特許請求の範囲］など）
【特許文献３】
特開平2-276180号公報（［特許請求の範囲］など）
【特許文献４】
特開平3-16966号公報（［特許請求の範囲］など）
【特許文献５】
特開平1-52391号公報（［特許請求の範囲］など）
【特許文献６】
特開平2-297873号公報（［特許請求の範囲］など）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、粉末法またはチューブ法で作製されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、簡便な方法で超電導接続し、ＮＭＲマグネットとして要求される磁場安定性を得ることのできる超電導構造体を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記超電導構造体を効率良く製造できる方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明に係る超電導接続構造体とは、Ｓｎを含む金属粉末を充填したＮｂ基パイプ、または、Ｓｎ基芯材を中心位置に配置したＣｕ基パイプを挿入したＮｂ基パイプを、複数本安定化銅に埋設し、これを伸線加工した後、熱処理して得られるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体において、
前記Ｎｂ基パイプがＴａを含むＮｂ基合金パイプであり、熱処理後における前記Ｎｂ基合金パイプのビッカース硬度が１５０以上であると共に、超電導中間介在物を介して前記Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を接続して構成されたものである点に要旨を有する。
【００２７】
本発明では、前記Ｔａを含むＮｂ基合金パイプとして、その中心位置にＴａを含むＮｂ基合金芯材を配置しており、且つ、前記Ｎｂ基合金パイプと前記Ｎｂ基合金芯材の間にＳｎを含む金属粉末を充填したものを採用することも好ましい形態である。本発明では、前記Ｎｂ基合金パイプ中のＴａ含量を、１．５〜１５質量％とすることによって一層の効果を奏する。
【００２８】
また、本発明に係る超電導接続構造体を効率良く製造する方法とは、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体の製法において、
Ｓｎを含む金属粉末を、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプに充填し、この複数本を安定化銅に埋設した後、強伸線加工し、これを熱処理して前記Ｎｂ基合金パイプのビッカース硬度が１５０以上であるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を得、得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、超電導中間介在物を介して接続して構成する点に要旨を有する。
【００２９】
本発明では、前記Ｔａを含むＮｂ基合金パイプの中心位置に、Ｔａを含むＮｂ基合金芯材を挿入すると共に、前記Ｎｂ基合金パイプと前記Ｎｂ基合金芯材の間にＳｎを含む金属粉末を充填することも好ましい製法である。
【００３０】
本発明に係る超電導接続構造体は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を被接続線材の少なくとも一方として構成される超電導接続構造体の製法において、
Ｓｎ基芯材を中心位置に配置したＣｕ基パイプを、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプに挿入し、この複数本を安定化銅に埋設した後、強伸線加工し、これを熱処理して前記Ｎｂ基合金パイプのビッカース硬度が１５０以上であるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を得、得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、超電導中間介在物を介して接続して構成することによっても効率良く製造できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、様々な角度から検討してきた。その結果、粉末法またはチューブ法でＮｂ3Ｓｎ超電導線材を作製する際に用いるＮｂ基パイプの成分組成を規定すると共に、該Ｎｂ基パイプのビッカース硬度を規定して超電導接続構造体を作製してやれば、上記課題が見事に解決されることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明が完成された経緯を説明しつつ、本発明の作用効果について説明する。
【００３２】
上述した通り、Ｔａを含むＮｂ基合金は超電導性を示すものの臨界電流密度は充分ではない。例えば、「超電導Ｎｂ−Ｔａにおけるクリープ現象」（九州大学超電導マグネット研究センター報告，1990年，Vol.6，p.76-82）には、磁界が0.5Ｔで、温度が4.2Ｋでの臨界電流密度が0.06Ａ／ｍｍ2程度のＮｂ−Ｔａ合金が示されている。しかし、超電導線材を接続して構成される構造体は0.5Ｔ程度の磁場に曝されるため、超電導状態を安定化するには、0.5Ｔ以上の磁場における臨界電流密度を少なくとも100Ａ／ｍｍ2以上とする必要がある。
【００３３】
そこで、本発明者らは、このＮｂ−Ｔａ合金の臨界電流密度が小さい理由について検討した。その結果、Ｎｂ−Ｔａ合金内に不純物や格子欠陥が無いことが臨界電流密度を小さくしている原因であると考えた。すなわち、前掲の文献では、Ｎｂ−Ｔａ合金中の不純物や格子欠陥を取り除くため1900℃で7時間、圧力7×10-7Ｔｏｒｒで熱処理しているが、Ｎｂ−Ｔａ合金内に存在する不純物や格子欠陥が除去されることによって、電流が効率良く流れず臨界電流密度が小さくなると思われる。
【００３４】
そして、本発明者らは、不純物によるピンニングセンター（臨界電流密度向上のために必要な磁束トラップ点）よりも格子欠陥によるピンニングセンターの方が数量の面で支配的であると考え、Ｔａを含むＮｂ基合金中の格子欠陥と臨界電流密度の関係について検討した。なお、Ｔａを含むＮｂ基合金中の格子欠陥量を測定することは困難であるので、格子欠陥量をビッカース硬度で評価する。格子欠陥量が増加すれば、ビッカース硬度も大きくなることが知られているからである。
【００３５】
ＮｂにＴａを1.0質量％含有させた合金（以下、「Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金」と称する場合がある。）を鋳造し、直径：5.0ｍｍ、長さ：50ｍｍのＮｂ−1.0％Ｔａ合金基芯材を作製した。この芯材を外径：8.0ｍｍ、内径：6.0ｍｍのＣｕ基パイプに挿入し、これを冷間引抜きして伸線加工した。このとき減面率を適宜変化させて、外径が異なるＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を作製した。減面率を変化させる理由は、減面率が大きくなるほど、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金中に導入される格子欠陥量が増加するからである。
【００３６】
ここで、減面率とは、伸線加工前におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分の横断面積をＳ1、伸線加工後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分の横断面積をＳ2としたとき、下記（１）式で算出される。
【００３７】
【数１】
2004193019.tif 000003
【００３８】
得られたＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材に、800℃で、80時間の熱処理を施すと共に、熱処理前後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度を夫々測定した。マイクロビッカース硬度の測定は荷重1〜10ｇで行い、4箇所測定して得られた硬度を平均したものをＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度とした。マイクロビッカース硬度の測定荷重を1〜10ｇとしたのは、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金部分の硬度に応じて測定荷重を変化させることを意味し、硬度が高い部分の測定を小さい荷重で行なうと圧こんが小さくなり測定誤差を生じやすいからである。測定箇所を4箇所としたのは、測定場所によって若干の硬度のバラツキを生じるので、このバラツキを是正するためである。熱処理前後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度を、減面率に対してプロットしたものを図４に示す。図４中、○は熱処理前、●は熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度を測定した結果を夫々示している。
【００３９】
次に、熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材から長さ：40ｍｍの供試体を切り出し、この供試体を液体ヘリウム（温度：4.2Ｋ）へ浸漬させると共に、外部から0.5Ｔの磁場を印加して四端子法により臨界電流値を測定した。測定時の基準は0.5μＶ／ｃｍである。測定した臨界電流値を、供試体におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分の横断面積で除して臨界電流密度を算出した。算出した臨界電流密度を、減面率に対してプロットしたものを前記図４に▲で示す。
【００４０】
図４から明らかな様に、減面率が０の場合（すなわち伸線加工前）は、熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度は95であるが、減面率を大きくするに従って前記マイクロビッカース硬度も大きくなる。また、減面率が０の場合（すなわち伸線加工前）は、外部から0.5Ｔの磁場を印加したときの臨界電流密度は0Ａ／ｍｍ2であるが、減面率を大きくするに従って前記臨界電流密度も大きくなる。そして、減面率が80％以上になると前記マイクロビッカース硬度は150以上となり、前記臨界電流密度は100Ａ／ｍｍ2以上となる。
【００４１】
なお、上記ＮｂにＴａを1.0質量％含有させた合金の代わりに純Ｎｂを鋳造し、直径：5.0ｍｍ、長さ：50ｍｍの純Ｎｂ基芯材を作製して上記と同様の実験を行なった。その結果、減面率を99.8％として加工した場合であっても、外部から0.5Ｔの磁場を印加したときの臨界電流密度は0Ａ／ｍｍ2となり、超電導性は示さなかった。
【００４２】
ここで、熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度に対して臨界電流密度をプロットし直したものを図５に示す。図５から明らかな様に、熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度が150以上であれば、外部から0.5Ｔの磁場を印加したときの臨界電流密度は100Ａ／ｍｍ2以上となり、要求される臨界電流密度を実現できる。
【００４３】
以上の通り、本発明では、熱処理後におけるＴａを含むＮｂ基合金のビッカース硬度を150以上とすることによって、外部から0.5Ｔの磁場を印加したときであっても100Ａ／ｍｍ2以上の臨界電流密度を維持できる。好ましくは、前記Ｎｂ基合金のビッカース硬度を200以上とするのが望ましい。なお、熱処理後におけるＴａを含むＮｂ基合金のビッカース硬度の上限は特に限定されないが、伸線加工における加工性の観点から500以下、好ましくは400以下とするのが推奨される。Ｎｂ基合金のビッカース硬度を500超となる様に伸線加工しても、Ｎｂ基合金と安定化銅の高度差が大きくなり過ぎて伸線加工性が悪くなるからである。
【００４４】
本発明において、強伸線加工とは、減面率が95％以上の伸線加工を指す。好ましくは、減面率を99％以上として伸線加工するのが望ましい。伸線加工方法は特に限定されず、例えば静水圧押出し加工や引抜き加工、圧延加工などの方法を採用でき、これらの方法を適宜組み合わせて行なっても良い。
【００４５】
また、前記図４において、熱処理前後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度を比較すると、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度は、熱処理を施すことで熱処理前より若干小さくなることが分かる。熱処理後にビッカース硬度が小さくなる理由は、わずかではあるが熱処理によって焼鈍され、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金内に生成したピンニングセンターとなる格子欠陥の一部が消滅するからと考えられる。そして、前記図４から明らかな様に、熱処理前後におけるビッカース硬度の変化幅は約10％程度である。従って、熱処理前におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度が170以上であれば、熱処理を施したとしてもＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度で150以上を確保できるので、外部から0.5Ｔの磁場を印加するときであっても臨界電流密度は100Ａ／ｍｍ2以上を維持できる。
【００４６】
本発明において熱処理条件は特に限定されないが、熱処理後におけるＴａを含むＮｂ基合金パイプのビッカース硬度が150以上となる様に、熱処理温度と熱処理時間を制御すれば良い。例えば、熱処理温度は650〜850℃程度、熱処理時間は10〜100時間程度の範囲で制御すれば良い。
【００４７】
次に、外部から印加する磁場の大きさを変化させたときにおいて、外部磁場が臨界電流密度へ及ぼす影響について検討した。試料は次に示す４種類とした。
【００４８】
試料１：純Ｎｂを鋳造して、直径：5.0ｍｍ、長さ：50ｍｍの純Ｎｂ基芯材を作製し、これにＣｕメッキを施したものをＣｕ被覆純Ｎｂ基線材とした
試料２：ＮｂにＴａを6.5質量％含有させた合金（以下、「Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金」と称する）を鋳造して、直径：5.0ｍｍ、長さ：50ｍｍのＮｂ−6.5％Ｔａ合金基芯材を作製し、これにＣｕメッキを施したものをＣｕ被覆Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基線材とした
試料３：ＮｂにＴａを6.5質量％含有させた合金を鋳造して、直径：5.0ｍｍ、長さ：50ｍｍのＮｂ−6.5％Ｔａ合金基芯材を作製し、この芯材を外径：8.0ｍｍ、内径：6.0ｍｍのＣｕ基パイプに挿入し、これを冷間引抜きして強伸線加工したものをＣｕ被覆Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基線材とした。この強伸線加工での減面率は99.8％である
試料４：前記試料３に、800℃で、80時間の熱処理を施したものをＣｕ被覆Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基線材とした。
【００４９】
得られたＣｕ被覆純Ｎｂ基線材（またはＣｕ被覆Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基線材）から長さ：40ｍｍの供試体を切り出し、この供試体を液体ヘリウム（温度：4.2Ｋ）へ浸漬させると共に、外部から印加する磁場を変化させて四端子法により臨界電流値を測定した。測定時の基準は0.5μＶ／ｃｍである。測定した臨界電流値を、供試体における純Ｎｂ部分（またはＮｂ−6.5％Ｔａ合金部分）の横断面積で除して臨界電流密度を算出した。外部から印加する磁場に対して臨界電流密度をプロットしたものを図６に示す。図６中、３１は試料１の結果、３２は試料２の結果、３３は試料３の結果、３４は試料４の結果、を夫々示している。
【００５０】
図６から明らかな様に、外部から印加する磁場が等しい場合は、純Ｎｂ基芯材を用いたとき（試料１）よりもＮｂ−6.5％Ｔａ合金基芯材を用いたとき（試料２〜４）の方が、臨界電流密度は大きくなる。また、芯材の組成が等しい場合は、伸線加工しない（試料２）よりも伸線加工する（試料３）方が、臨界電流密度は大きくなる。但し、伸線加工したものに対して800℃で、80時間の熱処理を施す（試料４）方が、熱処理を施さない（試料３）よりも臨界電流密度が若干小さくなることが分かる。この理由は、熱処理によってわずかではあるが焼鈍され、Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金内部に生成したピンニングセンターとなる格子欠陥の一部が消滅するからと考えられる。
【００５１】
次に、Ｎｂ−Ｔａ合金に含まれるＴａ量を変化させたときにおいて、Ｔａ含量が臨界電流密度へ及ぼす影響について検討した。
【００５２】
Ｔａ含量の異なるＮｂ−Ｔａ合金を鋳造して、直径：5.0ｍｍ、長さ：50ｍｍのＮｂ−Ｔａ合金基芯材を作製し、この芯材を外径：8.0ｍｍ、内径：6.0ｍｍのＣｕ基パイプに挿入し、これを冷間引抜きして強伸線加工してＣｕ被覆Ｎｂ−Ｔａ合金基線材を得た。強伸線加工での減面率は99.8％である。
【００５３】
得られたＣｕ被覆Ｎｂ−Ｔａ合金基線材から長さ：40ｍｍの供試体を切り出し、この供試体を液体ヘリウム（温度：4.2Ｋ）へ浸漬させると共に、外部から印加する磁場を0.6Ｔとして四端子法により臨界電流値を測定した。測定時の基準は0.5μＶ／ｃｍである。測定した臨界電流値を、供試体におけるＮｂ−Ｔａ合金部分の横断面積で除して臨界電流密度を算出した。Ｎｂ−Ｔａ合金に含まれるＴａ量に対して臨界電流密度をプロットしたものを図７に△で示す。
【００５４】
図７から明らかな様に、Ｎｂ−Ｔａ合金に含有させるＴａ量を1.5〜15質量％に制御すれば、外部から0.6Ｔの磁場を印加しても、100Ａ／ｍｍ2以上の臨界電流密度を維持できることが分かる。すなわち、Ｔａを所定量含有させることによって強伸線加工したときにＮｂ−Ｔａ合金内に格子欠陥が入りやすくなり、所定量以上の格子欠陥が導入されることによって100Ａ／ｍｍ2以上の臨界電流密度を維持できると考えられる。
【００５５】
なお、上記供試体を用い、外部から印加する磁場を0.5Ｔとして臨界電流密度を算出した結果を、前記図７に○で示す。図７から明らかな様に、Ｎｂ−Ｔａ合金に含有させるＴａ量を変化させても常に100Ａ／ｍｍ2以上の臨界電流密度を維持できることが分かる。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５７】
実施例１
Ｔａ粉末とＳｎ粉末を原子数比6：5で混合したものを、真空中で950℃、10時間加熱して溶融した後冷却し、これを粉砕してＴａ6Ｓｎ5粉末を得た。このＴａ6Ｓｎ5粉末にＣｕ粉末を2質量％混合して、Ｔａ−Ｓｎ合金基混合粉末を得た。なお、前記Ｃｕ粉末は、Ｎｂ3Ｓｎ生成の際における熱処理温度を低減させるために混合している。
【００５８】
このＴａ−Ｓｎ合金基混合粉末を、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプに充填したものを7本作製し、これを前記図２（ａ）に示した様に、安定化銅に埋設した。これを静水圧押出しと引抜きによって強伸線加工し、外径：1.3ｍｍのＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を得た。このときの減面率は99.8％である。
【００５９】
このＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を2本作製し、800℃で、80時間の熱処理を施すと共に、熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度を測定した。マイクロビッカース硬度の測定は荷重9ｇで行い、4箇所測定して得られた硬度を平均したものをＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度とした。熱処理後のＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分におけるマイクロビッカース硬度は232であった。
【００６０】
熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材の先端部分を硝酸水溶液に浸漬して安定化銅を除去し、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプを露出させた。このＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプの断面を電子プローブＸ線マイクロ分析装置（ＥＰＭＡ）で分析したところ、前記図２（ｂ）に示したＮｂ3Ｓｎ層１４の代わりに（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層が生成していた。
【００６１】
次に、安定化動を除去してＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプの一部を露出させた熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を、超電導中間介在物を介して接続した。これを図面を用いて説明する。
【００６２】
図８は、熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を、超電導中間介在物を介して接続した超電導接続構造体の断面説明図である。図８中、４１はＣｕ基容器、４２は熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材、４３はＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ、４４は超電導中間介在物、を夫々示している。このとき超電導電流は、（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層→Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ→超電導中間介在物→他の超電導線材、の順に流れる。なお、超電導介在物４４としては、Ｐｂ基合金を用いており、この合金の融点は500℃以下である。
【００６３】
Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプの一部が露出した熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材４２を、超電導中間介在物（Ｐｂ基合金）４４と共にＣｕ基容器４１に挿入し、これを500℃以下の温度に加熱して超電導介在物（Ｐｂ基合金）４４を溶解させた後、冷却して図８に示した超電導接続構造体を得た。
【００６４】
この超電導接続構造体を１０個直列に接続したものを作製すると共に、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイルと永久電流スイッチに接続して接続抵抗評価回路を作製した。この接続抵抗評価回路を図面を用いて説明する。
【００６５】
図９は超電導接続構造体とコイルおよび永久電流スイッチを接続して作製した接続抵抗評価回路の概略説明図である。図９中、５１は前記図８に示した超電導接続構造体、５２は粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル、５３は永久電流スイッチ、５４は電源、を夫々示している。
【００６６】
図９に示した粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２を、液体ヘリウムに浸漬して永久電流運転状態とし、回路全体の接続抵抗を算出した。このとき１０個の超電導接続構造体５１に外部から0.5Ｔの磁場を印加し、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２の中心部における磁場の減衰率を測定した。その結果、減衰率は0.0050ｐｐｍ／ｈｒとなり、コイルの自己インダクタンスから算出した回路全体の接続抵抗は1.4×10-10Ωとなり、ＮＭＲマグネットとして要求される充分な磁場安定性を得ることができた。
【００６７】
次に、前記１０個の超電導接続構造体５１に外部から0.6Ｔの磁場を印加し、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２の中心部における磁場の減衰率を測定した。その結果、減衰率は0.25ｐｐｍ／ｈｒとなり、コイルの自己インダクタンスから求めた回路全体の接続抵抗は6.8×10-9Ωとなり、ＮＭＲマグネットとして要求される磁場安定性を得ることができなかった。
【００６８】
実施例２
上記実施例１において、強伸線加工するときの減面率を50％としてＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を得た。このＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材に上記実施例１と同じ条件で熱処理を施し、熱処理後のＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分におけるマイクロビッカース硬度を測定したところ110であった。
【００６９】
熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を用いて上記実施例１と同じ条件で実験を行い、上記１０個の超電導接続構造体５１に外部から0.5Ｔの磁場を印加し、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２の中心部における磁場の減衰率を測定した。その結果、減衰率は0.50ｐｐｍ／ｈｒとなり、コイルの自己インダクタンスから算出した回路全体の接続抵抗は1.4×10-8Ωとなり、ＮＭＲマグネットとして要求される磁場安定性を得ることができなかった。
【００７０】
実施例３
Ｔａ粉末とＳｎ粉末を原子数比6：5で混合したものを、真空中で950℃、10時間加熱して溶融した後冷却し、これを粉砕してＴａ6Ｓｎ5粉末を得た。このＴａ6Ｓｎ5粉末にＣｕ粉末を2質量％混合して、Ｔａ−Ｓｎ合金基混合粉末を作製した。
【００７１】
このＴａ−Ｓｎ合金基混合粉末を、Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基パイプに充填したものを7本作製し、これを前記図２（ａ）に示した様に、安定化銅に埋設した。これを静水圧押出しと引抜きによって伸線加工し、外径：1.3ｍｍのＣｕ被覆Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基線材を得た。このときの減面率は99.8％である。
【００７２】
このＣｕ被覆Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基線材を2本作製し、800℃で、80時間の熱処理を施すと共に、熱処理後におけるＮｂ−6.5％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度を測定した。マイクロビッカース硬度の測定は荷重10ｇで行い、4箇所測定して得られた硬度を平均したものをＮｂ−6.5％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度とした。熱処理後のＮｂ−6.5％Ｔａ合金部分におけるマイクロビッカース硬度は257であった。
【００７３】
熱処理したＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材の先端部分を硝酸水溶液に浸漬して安定化銅を除去し、Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基パイプを露出させた。このＮｂ−6.5％Ｔａ合金基パイプの断面を電子プローブＸ線マイクロ分析装置（ＥＰＭＡ）で分析したところ、前記図２（ｂ）に示したＮｂ3Ｓｎ層１４の代わりに（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層が生成していた。
【００７４】
Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基パイプの一部を露出させた熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−6.5％Ｔａ合金基線材を、上記実施例１と同様に、超電導中間介在物を介して接続し、前記図８に示した超電導接続構造体を得た。
【００７５】
この超電導接続構造体を、上記実施例１と同様に、１０個直列に接続したものを作製すると共に、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイルと永久電流スイッチに接続して前記図９に示す接続抵抗評価回路を作製した。
【００７６】
図９に示した粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２を、液体ヘリウムに浸漬して永久電流運転状態とし、回路全体の接続抵抗を算出した。このとき１０個の超電導接続構造体５１に外部から0.6Ｔの磁場を印加し、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２の中心部における磁場の減衰率を測定した。その結果、減衰率は0.0035ｐｐｍ／ｈｒとなり、コイルの自己インダクタンスから算出した回路全体の接続抵抗は9.5×10-11Ωとなり、ＮＭＲマグネットとして要求される充分な磁場安定性を得ることができた。
【００７７】
実施例４
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を粉末法で製造するに際し、Ｓｎを含む金属粉末と共に、Ｔａを含むＮｂ基合金芯材を、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプに埋設して得られる超電導線材を得、この超電導線材を用いて超電導接続構造体を作製した。この超電導線材の概略説明図を図面を用いて説明する。
【００７８】
図１０は、超電導線材の断面図であり、（ａ）は熱処理前における粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材ビレットの断面図、（ｂ）は熱処理後における粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の断面図を夫々示している。図１０中、６１はＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ、６２はＮｂ−1.0％Ｔａ合金基芯材、６３はＴａ−Ｓｎ合金基混合粉末、６４は安定化銅、６５は（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層、６６は（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層、６７はＮｂ−Ｔａ−Ｓｎ金属間化合物、を夫々示している。
【００７９】
内径：15.0ｍｍのＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ６１に、外径：3.0ｍｍのＮｂ−1.0％Ｔａ合金基芯材６２を配置し、前記パイプ６１と芯材６２の間に、上記実施例１で用いたＴａ−Ｓｎ合金基混合粉末６３を充填したものを、安定化銅６４に埋設してビレットを作製した。
【００８０】
このビレットを静水圧押出しと引抜きによって伸線加工し、外径：1.3ｍｍのＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を得た。このときの減面率は99.8％である。
【００８１】
このＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を2本作製し、800℃で、80時間の熱処理を施すと共に、熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ部分のマイクロビッカース硬度を測定した。マイクロビッカース硬度の測定は荷重9ｇで行い、4箇所測定して得られた硬度を平均したものをＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ部分のマイクロビッカース硬度とした。熱処理後のＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ部分におけるマイクロビッカース硬度は232であった。
【００８２】
熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材の先端部分を硝酸水溶液に浸漬して安定化銅を除去し、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプを露出させた。このＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプの断面を電子プローブＸ線マイクロ分析装置（ＥＰＭＡ）で分析したところ、図１０（ｂ）に示す通り、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ６１の内側に（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層６５が生成していると共に、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基芯材６２の外側にも（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層６６が生成している。そして、前記パイプ６１と芯材６２の間に充填したＴａ−Ｓｎ基合金混合粉末６３は、Ｎｂ−Ｔａ−Ｓｎ金属間化合物６７となっている。
【００８３】
このＮｂ−Ｔａ−Ｓｎ金属間化合物６７は、18Ｔを超える高磁場中では超電導性を示さないが、1Ｔ程度以下の磁場中では臨界電流密度が1000Ａ／ｍｍ2以上の超電導性を示す。従って、超電導電流は、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ６１→（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層６５→Ｎｂ−Ｔａ−Ｓｎ金属間化合物６７→（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層６６、の順に流れる。
【００８４】
以上の様に、上記粉末法において、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプにＳｎを含む金属粉末を充填すると共に、芯材としてＮｂ−1.0％Ｔａ合金基芯材を挿入してやれば、Ｓｎを含む金属粉末と接触するＮｂ−1.0％Ｔａ合金の表面積が大きくなり、（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層の生成面積を大きくすることができる。その結果、臨界電流密度を大きくできる。
【００８５】
次に、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプの一部を露出させた熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を、上記実施例１と同様に、超電導中間介在物を介して接続し、前記図８に示した超電導接続構造体を得た。
【００８６】
この超電導接続構造体を、上記実施例１と同様に、１０個直列に接続したものを作製すると共に、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイルと永久電流スイッチに接続して前記図９に示す接続抵抗評価回路を作製した。
【００８７】
図９に示したチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２を、液体ヘリウムに浸漬して永久電流運転状態とし、回路全体の接続抵抗を算出した。このとき１０個の超電導接続構造体５１に外部から0.5Ｔの磁場を印加し、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２の中心部における磁場の減衰率を測定した。その結果、減衰率は0.0015ｐｐｍ／ｈｒとなり、コイルの自己インダクタンスから算出した回路全体の接続抵抗は4.1×10-11Ωとなり、ＮＭＲマグネットとして要求される充分な磁場安定性を得ることができた。
【００８８】
上記実施例４では、粉末法においてＴａを含むＮｂ−Ｔａ合金基パイプに、Ｔａを含むＮｂ基合金芯材を1本挿入してＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を作製した場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプ内に挿入するＴａを含むＮｂ基合金芯材を複数本としてＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を作製しても良い。また、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプ内にＴａを含むＮｂ基合金芯材を挿入したものを複数本安定化銅に埋設してＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を作製しても良い。さらに、前記Ｔａを含むＮｂ基合金芯材の代わりに、Ｓｎを含む金属粉末を充填したＴａを含むＮｂ基合金パイプを縮径加工したものを用い、これをＴａを含むＮｂ基合金パイプ内に挿入してＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を作製しても良い。
【００８９】
また、上記実施例１〜４では、Ｓｎを含む金属粉末として、Ｔａ粉末とＳｎ粉末を予め混合して反応させた後、粉砕したものを用いたが、例えば粉砕せずに成形したものを、Ｔａを含むＮｂ基パイプに充填しても良い。また、Ｓｎを含む金属粉末として、Ｔａ粉末とＳｎ粉末を予め混合して反応させて作製したものを用いたが、例えばＴａ粉末とＳｎ粉末を、Ｔａを含むＮｂ基パイプに夫々充填しても良い。さらに、Ｓｎを含む金属粉末としては、Ｔａを含有するものに限らず、例えばＴｉやＣｕ、Ｚｒ、Ｎｂなどを含むものであっても構わない。但し、金属粉末の主体となる成分はＳｎであり、Ｓｎ含量は30質量％以上とするのが好ましい。なお、主体とは、金属粉末のうち含量が最も多いことを意味する。
【００９０】
上記実施例１〜４では、本発明の製法で得られる粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材同士を超電導接続して接続構造体を作製する場合について説明したけれども、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とＮｂＴｉ線材、等を超電導接続して接続構造体を作製することもできる。
【００９１】
実施例５
Ｓｎ基芯材を中心位置に配置したＣｕ基パイプを挿入したＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプを7本作製し、これを前記図３（ａ）に示した様に、安定化銅に埋設した。これを静水圧押出しと引抜きによって伸線加工し、外径：1.3ｍｍのＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を得た。このときの減面率は99.8％である。
【００９２】
このＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を2本作製し、800℃で、80時間の熱処理を施すと共に、熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度を測定した。マイクロビッカース硬度の測定は荷重9ｇで行い、4箇所測定して得られた硬度を平均したものをＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度とした。熱処理後のＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分におけるマイクロビッカース硬度は230であった。
【００９３】
熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材の先端部分を硝酸水溶液に浸漬して安定化銅を除去し、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプを露出させた。このＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプの断面を電子プローブＸ線マイクロ分析装置（ＥＰＭＡ）で分析したところ、前記図３（ｂ）に示したＮｂ3Ｓｎ層１４の代わりに（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層が生成していた。すなわち、熱処理によってＳｎ基芯材内のＳｎがＣｕ基パイプを通ってＮｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ内へ拡散し、ＮｂとＳｎが反応して（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層を生成している。
【００９４】
次に、Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプの一部を露出させた熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を、上記実施例１と同様に、超電導中間介在物を介して接続し、前記図８に示した超電導接続構造体を得た。
【００９５】
この超電導接続構造体を、上記実施例１と同様に、１０個直列に接続したものを作製すると共に、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイルと永久電流スイッチに接続して前記図９に示す接続抵抗評価回路を作製した。
【００９６】
図９に示したチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２を、液体ヘリウムに浸漬して永久電流運転状態とし、回路全体の接続抵抗を算出した。このとき１０個の超電導接続構造体５１に外部から0.5Ｔの磁場を印加し、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル５２の中心部における磁場の減衰率を測定した。その結果、減衰率は0.0018ｐｐｍ／ｈｒとなり、コイルの自己インダクタンスから算出した回路全体の接続抵抗は4.8×10-11Ωとなり、ＮＭＲマグネットとして要求される充分な磁場安定性を得ることができた。
【００９７】
なお、上記実施例５では、本発明の製法で得られるチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材同士を超電導接続して接続構造体を作製する場合について説明したけれども、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材と粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材、チューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とＮｂＴｉ線材、等を超電導接続して接続構造体を作製することもできる。
【００９８】
また、上記実施例１〜５では、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材またはチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を硝酸水溶液に浸漬して安定化銅を除去したが、融点が500℃以下の金属や合金を溶融しておき、この中に粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材またはチューブ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を浸漬することで安定化銅を溶融除去しても同様の効果が期待できる。
【００９９】
上記実施例１〜５では、超電導中間介在物としてＰｂ基合金を用いたが、この理由は、凝固した後超電導中間介在物となってＮｂ−Ｔａ合金基パイプへ超電導電流を流すことができるからである。Ｐｂ基合金の成分組成は特に限定されないが、Ｐｂを主体としてＳｎやＣｄ，Ｉｎ，Ｂｉなどの金属を含有すれば良い。ここで、主体とはＰｂ含量が25質量％以上であれば良く、Ｐｂ基合金の成分のうちＰｂ含量が最も多いことを意味する。また、超電導中間介在物は、Ｐｂ基合金に限らず、例えばＢｉ−Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｃｄ合金、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｉｎ合金などを用いても良い。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、粉末法またはチューブ法で作製されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を、簡便な方法で超電導接続し、ＮＭＲマグネットとして要求される磁場安定性を得ることのできる超電導構造体を提供することができた。
【０１０１】
また、本発明では、上記超電導構造体を効率良く製造できる方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をブロンズ法で製造する際の概略説明図である。
【図２】Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を粉末法で製造する際の概略説明図である。
【図３】Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をチューブ法で製造する際の概略説明図である。
【図４】熱処理前後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度と、外部から0.5Ｔの磁場を印加したときの臨界電流密度を、減面率に対してプロットしたグラフである。
【図５】熱処理後におけるＮｂ−1.0％Ｔａ合金部分のマイクロビッカース硬度に対して臨界電流密度をプロットしたグラフである。
【図６】外部から印加する磁場に対して臨界電流密度をプロットしたグラフである。
【図７】Ｎｂ−Ｔａ合金に含まれるＴａ量に対して臨界電流密度をプロットしたグラフである。
【図８】熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材を、超電導中間介在物を介して接続した超電導接続構造体の断面説明図である。
【図９】超電導接続構造体とコイルおよび永久電流スイッチを接続して作製した接続抵抗評価回路の概略説明図である。
【図１０】Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を粉末法で製造するに際し、Ｓｎを含む金属粉末と共に、Ｔａを含むＮｂ基合金芯材を、Ｔａを含むＮｂ基合金パイプに埋設して得られる超電導線材を示す概略説明図である。
【符合の説明】
１：Ｃｕ−Ｓｎ合金マトリックス      ２：Ｎｂ基芯材
３：Ｃｕ−Ｓｎ合金パイプ            ４：Ｎｂ基シート
５：Ｃｕ基パイプ                    ６：Ｎｂ3Ｓｎ層
１１：Ｓｎを含む金属粉末            １２：Ｎｂ基パイプ
１３：安定化銅                      １４：Ｎｂ3Ｓｎ層
２１：Ｓｎ基芯材                    ２２：Ｃｕ基パイプ
２３：Ｎｂ基パイプ                  ２４：安定化銅
２５：Ｃｕ−Ｓｎ合金層              ２６：Ｎｂ3Ｓｎ層
４１：Ｃｕ基容器
４２：熱処理後のＣｕ被覆Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基線材
４３：Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ    ４４：超電導中間介在物
５１：超電導接続構造体
５２：粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材で作製したコイル
５３：永久電流スイッチ              ５４：電源
６１：Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基パイプ    ６２：Ｎｂ−1.0％Ｔａ合金基芯材
６３：Ｔａ−Ｓｎ合金基混合粉末      ６４：安定化銅
６５：（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層          ６６：（Ｎｂ，Ｔａ）3Ｓｎ層
６７：Ｎｂ−Ｔａ−Ｓｎ金属間化合物
【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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【図９】
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【図１０】
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