(57)【要約】【課題】  超伝導体からなる薄膜を用いて長尺コイルを構成するとともに、その薄膜を、当該薄膜の径方向の積層数にかかわらず、十分な強度で保持できるようにする。また、複数層構造の超伝導電磁石を効率良く製造する。【解決手段】  互いに径の異なる複数の円筒状基盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを備える。各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの外周面または内周面に超伝導体からなるらせん状の薄膜１２を形成し、これらの円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃを互いに同軸となる位置で径方向に配列することにより超伝導電磁石３０を構築する。【選択図】      図１
2007081254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに径の異なる複数の円筒状基盤を備え、各円筒状基盤の外周面または内周面に超伝導体からなるらせん状の薄膜が形成されるとともに、前記各円筒状基盤が互いに同軸となる位置で径方向に配列されていることを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項２】
請求項１記載の超伝導電磁石において、各円筒状基盤に形成される薄膜のらせんの向きが当該円筒状基盤に隣接する円筒状基盤に形成される薄膜のらせんの向きと逆向きになるように設定され、かつ、各円筒状基盤に形成される薄膜の終端とその円筒状基盤に隣接する円筒状基盤に形成される薄膜の始端とが同じ軸端側で電気的に直列接続されていることを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項３】
請求項１または２記載の超伝導電磁石において、各円筒状基盤が互いに径方向に間隔をおいて配置されるとともに、当該円筒状基盤同士の間に含浸材が含侵し、固化することにより、全円筒状基盤が一体化されていることを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の超伝導電磁石において、各円筒状基盤に形成される薄膜のうちの少なくとも一部の薄膜が酸化物超伝導体からなることを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の超伝導電磁石において、各円筒状基盤に形成される薄膜のうちの少なくとも一部の薄膜が金属間化合物超伝導体または合金超伝導体からなることを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項６】
互いに径の異なるらせん状の超伝導体が互いに同軸となる位置で径方向に配列された超伝導電磁石を製造する方法であって、互いに径の異なる複数の円筒状基盤の外周面または内周面にそれぞれ超伝導体からなるらせん状の薄膜を形成する薄膜形成工程と、その薄膜が形成された円筒状基盤を互いに同軸となる位置で径方向に配列し、その配列状態でこれらの円筒状基盤を一体化する組立工程とを含むことを特徴とする超伝導電磁石の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の超伝導電磁石の製造方法において、前記組立工程では、前記超伝導体からなる薄膜を形成した各円筒状基盤を互いに径方向に間隔をおいて配置するとともに、当該円筒状基盤同士の間に含浸材を含浸させて固化させることにより全円筒状基盤を一体化することを特徴とする超伝導電磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＭＲ（核磁気共鳴）を利用した各種分析装置やＭＲＩ（磁気共鳴分析装置）、シリコン単結晶育成機器、核融合炉など、高磁場空間の形成を要する各種設備に好適な超伝導電磁石及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記のような超伝導電磁石として、ステンレス鋼等からなる巻枠に超伝導線材をらせん状に巻付けた超伝導コイルを用いたものが広く知られている。しかしながら、長尺の超伝導線材を製造することは容易でなく、特に、ＮｂＴｉやＮｂ３Ｓｎよりも高磁場の発生を期待できる酸化物超伝導体やＮｂ３Ａｌからなる超伝導線材を数キロメートルにわたって形成するといったことは困難である。
【０００３】
そこで、特許文献１には、円筒状の支持体上に酸化物超伝導体からなる薄膜を形成し、この薄膜にらせん状の溝を形成することにより当該薄膜を長尺化（コイル化）する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平２−２８３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記超伝導電磁石により形成される磁場を強化するためには、互いに径の異なるコイルを径方向に配列して多層化することが求められる。
【０００５】
その手段として、前記特許文献１には、前記支持体上に前記らせん状の超伝導体薄膜と絶縁層とを交互に積層して多層化する技術が記載されているが、このような構造では、高磁場を形成する超伝導電磁石に求められる強度、特に前記薄膜を保持する強度を十分に確保することが困難となる不都合がある。
【０００６】
すなわち、前記のように超伝導体薄膜と絶縁層とが交互に重ねられることにより多層化された超伝導電磁石では、その積層数が多いほど径方向外側の超伝導体薄膜の支持剛性が著しく低下するため、この超伝導電磁石が通電されることによって強力な磁場が形成されたときに当該磁場に起因して前記超伝導体薄膜に大きなローレンツ力が作用すると、このローレンツ力に対抗することができずに前記超伝導体薄膜が変形ないし破損するおそれがある。
【０００７】
従って、この特許文献１に記載される技術では、その超伝導体薄膜の薄肉化や多層化に自ずと限界がある。
【０００８】
また、製造工程についてみても、前記特許文献１に記載された製造方法では、超伝導体薄膜と絶縁層とを１枚ずつ交互に重ね合わせていく必要があるため、効率が悪く、積層数が増えるほど製造時間の増加が顕著となる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、超伝導体からなるコイルの多層化にかかわらず、当該コイルを構成する各超伝導体薄膜を十分な強度で保持することが可能な超伝導電磁石を提供し、さらには、当該超伝導電磁石を効率良く製造する技術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】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、互いに径の異なる複数の円筒状基盤を備え、各円筒状基盤の外周面または内周面に超伝導体からなるらせん状の薄膜が形成されるとともに、前記各円筒状基盤が互いに同軸となる位置で径方向に配列されている超伝導電磁石である。
【００１１】
この構成によれば、互いに径の異なる複数の超伝導体薄膜がらせん状に形成され、かつ、これらの薄膜が径方向に配列されて多層化されることによって、超伝導線材を用いた従来の超伝導電磁石よりも高磁場の生成が可能な超伝導電磁石を構築することができる。しかも、前記各薄膜はそれぞれ円筒状基盤に直接支持されているため、従来のように当該薄膜と絶縁層とが交互に積層される構造と異なり、その積層数にかかわらず、前記各薄膜を十分な強度で保持することができる。
【００１２】
前記各薄膜に対する給電は、例えば円筒状基盤ごとに別電源を接続するようにしてもよいが、これらの薄膜を相互に直列接続すれば、電源の共通化を図ることができる。この場合において、各円筒状基盤に形成される薄膜のらせんの向きを当該円筒状基盤に隣接する円筒状基盤に形成される薄膜のらせんの向きと逆向きになるように設定し、かつ、各円筒状基盤に形成される薄膜の終端とその円筒状基盤に隣接する円筒状基盤に形成される薄膜の始端とを同じ軸端側で電気的に直列接続するようにすれば、当該直列接続にもかかわらず、各薄膜を流れる電流の向きを統一することが可能になる。
【００１３】
また、前記各円筒状基盤が互いに径方向に間隔をおいて配置されるとともに、当該円筒状基盤同士の間に含浸材が含浸し、固化することにより、全円筒状基盤が一体化された構成とすれば、電磁石全体のハンドリングが容易になるとともに、各薄膜に作用するローレンツ力を電磁石全体で受けることによって機械的により安定した状態を得ることが可能になる。
【００１４】
なお、前記各円筒状基盤に形成される薄膜の材質としては、酸化物超伝導体、あるいは金属間化合物超伝導体や合金超伝導体が好適である。また、これらの超伝導体を組合わせて使用することも可能である。
【００１５】
また本発明は、互いに径の異なるらせん状の超伝導体が互いに同軸の位置となるように径方向に配列された超伝導電磁石を製造する方法であって、互いに径の異なる複数の円筒状基盤の外周面または内周面にそれぞれ超伝導体からなるらせん状の薄膜を形成する薄膜形成工程と、その薄膜が形成された円筒状基盤を互いに同軸となる位置で径方向に配列し、その配列状態でこれらの円筒状基盤を一体化する組立工程とを含むものである。
【００１６】
この方法によれば、各円筒状基盤にそれぞれ超伝導体薄膜を形成しておいてからこれらの円筒状基盤を組合わせることにより複数層の超伝導電磁石を構築することができるので、従来のように超伝導体薄膜と絶縁層とを１枚ずつ交互に積層する製造方法に比べ、超伝導電磁石の製造効率を高めることができる。
【００１７】
さらに、前記組立工程では、前記超伝導体からなる薄膜を形成した各円筒状基盤を互いに径方向に間隔をおいて配置するとともに、当該円筒状基盤同士の間に含浸材を含浸させて固化させることにより全円筒状基盤を一体化するようにすれば、適当に配置された円筒状基盤に対して含浸材を供給するだけの簡単な工程で超伝導電磁石全体の一体化を果たすことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明に係る超伝導電磁石によれば、その超伝導体薄膜からなるコイルの多層化にかかわらず、各超伝導体薄膜を十分な強度で保持することができる。また、本発明に係る超伝導電磁石の製造方法によれば、複数層構造の超伝導電磁石を効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の第１の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示す超伝導電磁石３０は、互いに径の異なる３個の円筒状基盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを具備している。これらの円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの内径及び外径は、円筒状基盤１０Ａの内径＜円筒状基盤１０Ａの外径＜円筒状基盤１０Ｂの内径＜円筒状基盤１０Ｂの外径＜円筒状基盤１０Ｃの内径＜円筒状基盤１０Ｃの外径、という関係が成り立つように設定されている。
【００２１】
なお、これらの円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの具体的な材質は問わないが、比較的高強度で耐食性に優れたもの（例えばハステロイやニッケル合金，ニッケル，銀等）が好適である。また、互いに材質の異なる円筒状基盤を組合わせて使用するようにしてもよい。
【００２２】
各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの外周面上には、超伝導体からなる薄膜１２が形成されている。この薄膜１２はらせん状に形成され、その薄膜１２同士の間には狭小な間隙１４が確保されることにより絶縁状態が保たれている。前記薄膜１２の具体的な材質は特に問わないが、この実施の形態では、前記円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃ上に蒸着可能な超伝導材料として例えばイットリウム系やＢｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ系等の酸化物超伝導体が用いられている。
【００２３】
このような円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃを互いに同軸となる位置で径方向に重ね合わせるように配置し、相互一体化することにより、複数層構造の超伝導電磁石３０が構築されることとなる。
【００２４】
次に、この超伝導電磁石３０の製造方法の例を以下に順を追って説明する。
【００２５】
１）薄膜形成工程
まず、前記各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの外周面上にそれぞれらせん状の薄膜１２を形成する。この実施の形態では、当該各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの外周面全体に酸化物超伝導体からなる薄膜を蒸着等の方法により形成し、その後、当該薄膜１２を小幅のらせん状に局所的に除去することにより、この除去により形成されたらせん状の間隙１４と、残存するらせん状の薄膜１２とが並行するパターンを形成する。
【００２６】
なお、薄膜１２の材質によっては、例えば後の「実施例１」の項で述べるように、前記薄膜１２を形成する前に円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃ上に適当な中間層を成膜しておいてもよい。また、前記各薄膜１２は、円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの外周面ではなく内周面に形成するようにしてもよいし、内外両面に形成するようにしてもよい。
【００２７】
また、らせん状の薄膜１２を形成する方法として、円筒状基盤の外周面または内周面に対し、前記薄膜１２を形成する領域以外の領域（間隙１４に相当する領域）についてらせん状のマスキングを施しておき、この状態で前記薄膜１２の蒸着等を行うようにしてもよい。
【００２８】
２）組立工程
前記のようにして薄膜１２が形成された円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃを互いに同軸となる位置に配置する。
【００２９】
具体的には、円筒状基盤１０Ｃの内側に円筒状基盤１０Ｂを装入し、この円筒状基盤１０Ｂの内側に円筒状基盤１０Ａを装入するとともに、各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの中心軸が合致するように位置決めする。そして、その位置で各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃ同士の隙間に適当な含浸材（例えばエポキシ樹脂）を含浸させ、固化させることにより、全体を一体化する。
【００３０】
このような電磁石全体の一体化は、前記含浸材を用いる方法に限らず、例えば前記各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの軸端を共通の連結部材に連結する方法でも実現可能である。
【００３１】
以上のようにして電磁石全体を一体化すれば、組み立て時のハンドリングが向上するとともに、各薄膜に作用するローレンツ力を電磁石全体で受けることができるため機械的により安定した状態を期待することができる。この効果は、前記のような含浸材を用いることによりさらに顕著となる。
【００３２】
なお、このような一体化工程の前または後に、各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの薄膜１２に対して必要な電気的配線を施しておくことが好ましい。この配線は、各円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃごとに個別に電源投入を行うような態様のものでもよいが、円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの薄膜１２をその順に直列接続するようにすれば共通の電源を用いることが可能になる。この場合、互いに隣接する円筒状基盤の薄膜のらせんの向きを相互逆向きにした上で、その薄膜１２同士を同じ軸端側で接続する（例えば円筒状基盤１０Ａの薄膜１２の終端と円筒状基盤１０Ｂの薄膜１２の始端とを上端側で接続し、円筒状基盤１０Ｂの薄膜１２の終端と円筒状基盤１０Ｃの薄膜１２の始端とを下端側で接続する）ようにすれば、各薄膜１２に流れる電流の向きを統一することが可能になる。
【００３３】
次に、第２の実施の形態を図３及び図４を参照しながら説明する。
【００３４】
この第２の実施の形態では、薄膜１２の材料として金属間化合物超伝導体または合金超伝導体が用いられる。そして、当該金属間化合物または合金を構成する複数種の金属材料からなる層（図３（ａ）（ｂ）に示す例では金属層１０ａ，１０ｂ）を交互に重ね合わせて円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃを構築しておき、その内周面または外周面に対して炭酸ガスレーザー等の加熱用レーザーをらせん状に照射して局所的に加熱し、その後急冷することにより、前記レーザーの照射領域に金属間化合物超伝導体または合金超伝導体からなる薄膜１２を形成するようにする。
【００３５】
例えば、前記金属間化合物超伝導体としてＮｂ３Ａｌの薄膜１２を形成する場合には、予め金属層１０ａ，１０ｂとしてＮｂ層とＡｌ層とを積層しておけばよいし、前記合金超伝導体としてＮｂＴｉの薄膜１２を形成する場合には、前記金属層１０ａ，１０ｂとしてＮｂ層とＴｉ層とを積層しておけばよい。
【００３６】
なお、前記円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの局所的な加熱を行う手段としては、前記炭酸ガスレーザーの他、例えば電子ビームの利用も可能である。
【００３７】
また、前記加熱用レーザーや電子ビームのらせん状の照射は、例えば、円筒状基盤を回転させながらその軸方向にレーザーガンやビームガンを低速で移動させるようにしてもよいし、円筒状基盤がかなり大きい場合には当該基盤の周囲でレーザーガン等を公転させるようにしてもよい。
【００３８】
以上示したいずれの実施の形態においても、予め超伝導体薄膜１２を形成しておいた複数の円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃを組合わせて一体化するだけの簡単な工程で、多層化された超伝導電磁石３０を効率良く製造することができる。
【００３９】
また、この超伝導電磁石３０においては、各層の超伝導体薄膜１２がいずれも円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃの外周面または内周面上に直接成膜されているので、従来のように超伝導体薄膜と絶縁層とが交互に積層される構造と異なり、その積層数にかかわらず各超伝導体薄膜１２をその使用時に発生する大きなローレンツ力に抗して十分な強度で保持することができる。
【００４０】
特に、前記円筒状基盤１０Ａ〜１０Ｃ同士を含浸材等を用いて一体化しておけば、前記ローレンツ力を電磁石全体で受けることが可能になるため、より強度的に有利となる。
【００４１】
ただし、この超伝導電磁石３０に比べ、従来のように巻枠に超伝導線材を巻回して形成される超伝導コイルは強度的に有利であるため、当該超伝導コイルと本発明に係る超伝導電磁石３０とを組合わせて使用すれば、より効果的となる。
【００４２】
その例として、前記超伝導電磁石３０を導入した磁場形成装置の構成を図５に示す。この装置は、中心軸上の室温ボア（空間）２０を囲む中空ドーナツ状の真空容器２２と、この真空容器２２の内側に収納される同じく中空ドーナツ状の冷媒容器２４とを備え、この冷媒容器２４内に適当な冷媒（例えば加圧超流動ヘリウム）２６が収容されるとともに、当該冷媒２６内に径方向外側から順に超伝導コイル２７，２８及び本発明に係る超伝導電磁石３０が同軸配置されている。そして、これらの超伝導電磁石２７，２８及び超伝導電磁石３０が適当な配線３２を介して容器外部の電極３４に接続されている。
【００４３】
前記各超伝導コイル２７，２８は、装置の径方向外層側の磁場の弱い位置に配置されるものであるので、これらの超伝導コイル２７，２８には、長尺化が容易なＮｂＴｉ線材やＮｂ３Ｓｎ線材を巻線したものが用いられている。これに対して最内層の磁場の強い位置に本発明に係る超伝導電磁石３０が配置されている。
【００４４】
このような構造により、磁場強さの向上を図ることが可能になる。
【００４５】
なお、本発明において超伝導体薄膜１２の具体的な形状や厚みは適宜設定可能である。例えば図６（ａ）に示すように、超伝導体薄膜１２の幅を間隙１４の幅より小さくするようにしてもよい。また、本発明にいう「らせん状」とは必ずしも滑らかな曲線により構成されるものに限らず、例えば図６（ｂ）に示すように階段状に軸方向に進行していくものであってもよい。
【００４６】
また、前記薄膜１２の厚みも適宜設定可能である。一般に、超伝導層を厚膜化するのは技術的に容易でないため、なるべく薄くするのが好ましいが、薄膜１２の厚みが著しく小さいと、より多層化する必要が生じ、その結果、円筒状基盤の厚みも小さくしなければならなくなる。このように円筒状基盤の厚みを小さくするとそれ自身で構造を保つことが困難となる。従って、前記薄膜１２の厚みは全体のバランスを考慮して設計すればよい。すなわち、薄膜１２の厚みは要求される発生磁場や円筒状基盤の機械的強度を考慮して適宜設定すればよい。
【００４７】
薄膜１２の材質についても、全ての円筒状基盤について統一してもよいし、円筒状基盤によって材質を異ならせるようにしてもよい。例えば、前記第１の実施の形態においてコイル積層数を２３まで増やした場合、そのうち内側から数えて１〜１１層までの薄膜はYBCO製とし、１２〜２３層はYBCO以外の酸化物超伝導体としてもよい。同様に、前記第２の実施の形態において、１〜１１層まではＮｂ３Ａｌ製とし、１２〜２３層はＮｂ３Ｓｎ製とするようにしてもよい。
【００４８】
さらに、１〜１１層を酸化物超伝導体、１２〜２３を金属間化合物超伝導体にするといった組合わせも可能である。また、内層側には高磁場に強い超伝導体を用い，外側は比較的高磁場に弱いが製造が簡単で安価な超伝導体を用いるようにすることで，製造コストの低下も期待することができる。
【実施例１】
【００４９】
この実施例１は、前記第１の実施の形態に対応してイットリウム系酸化物（ＹＢＣＯ）超伝導体の超伝導電磁石３０を製造した例である。
【００５０】
（１）円筒状基盤の製造
まず、互いに径の異なる複数の円筒状基盤として、０．９ｍｍの厚みをもつ２３個のハステロイ製円筒状基盤を製造した。その内径、外径、及び高さ寸法は次の表１に示すとおりである。
【００５１】
【表１】
2007081254.tif 000003
【００５２】
この表に示されるように、各円筒状基盤の高さ寸法Ｌ（図２）は６００ｍｍに統一されているが、内径Ｄ（図２）は最小の８０ｍｍ（Ｎｏ．１）から２ｍｍ刻みで最大１２６ｍｍ（Ｎｏ．２３）まで設定されており、互いに隣接する円筒状基盤の間には、後述の薄膜の厚みも含めて０．１ｍｍ弱の隙間が確保されるようになっている。
【００５３】
（２）薄膜形成
次に、前記円筒状基盤の外周面上にイットリウム系酸化物超伝導体からなる薄膜１２を形成するのであるが、このイットリウム系酸化物超伝導体はｃ軸配向しただけでは十分ではなく、ａｂ面内も配向しないと高い臨界電流密度が得られないので、この超伝導体薄膜１２を形成する前に、予め適当に配向された中間層として厚さ１μｍのＭｇＯ層を円筒状基盤上に蒸着によって生成した。
【００５４】
このようにして準備したそれぞれの円筒状基盤の外周面に対し、パルスレーザー蒸着法を用いて、酸化物超伝導体であるＹＢＣＯ薄膜層を全面形成した。この薄膜の層厚ｔ（図２）は２０μｍである。
【００５５】
その後，前記ＹＢＣＯ薄膜層がらせん状のパターンとなるように、不要な部分（間隙１４に相当する部分）を削除した。図２に示す層幅ｄは２．３ｍｍ、間隙幅δは０．５ｍｍである。らせんの向きについては、最小径８０ｍｍの円筒状基盤Ｎｏ．１では右回り、その次に小さい径８２ｍｍの円筒状基盤Ｎｏ．２では左回りとし、以下、交互にらせんの向きを反転させるようにした。また、各薄膜１２のらせんターン数は、円筒状基盤の全長６００ｍｍの間で２０６ターンとした。
【００５６】
（３）電磁石の組立
前記のようにしてＹＢＣＯ層を成膜した全２３個の円筒状基盤を前記図１に示した態様と同様にして同軸に配置し、各円筒状基盤に形成されているＹＢＣＯの薄膜を電気的に直列接続した。具体的には、円筒状基盤Ｎｏ．１の薄膜１２の終端とそのすぐ外側に隣接する円筒状基盤Ｎｏ．２の薄膜１２の始端とを上端側で接続し、この円筒状基盤Ｎｏ．２の薄膜１２の終端とそのすぐ外側に隣接する円筒状基盤Ｎｏ．３の薄膜１２の始端とを下端側で接続し、以下、薄膜１２の接続位置を上下交互に切換えるようにした。また、接続媒体には銅線または超伝導線を用い、これらを各薄膜に対して半田接続または超伝導接続するようにした。
【００５７】
このとき、上述のように互いに隣接する円筒状基盤間で薄膜１２のらせんの向きを左右逆にしておけば、前記のように薄膜１２同士を直列接続しても、各らせんパターンに沿って流れる電流の向きが統一されることになる。
【００５８】
このような電気配線を終了した後、円筒状基盤同士の隙間にエポキシ樹脂を含浸させ、固化させることにより、電磁石全体を一体化した。
【００５９】
（４）磁場形成装置への導入
以上のようにして作製した電磁石を、前記図５に示す超伝導電磁石３０として同図の磁場形成装置内に導入した。この装置の諸元は次の表２のとおりである。
【００６０】
【表２】
2007081254.tif 000004
【００６１】
ここで、従来方式の磁場形成装置、すなわち、前記図５に示す装置において前記超伝導電磁石３０を持たない装置では、Ｎｂ３Ｓｎの臨界磁場に近い２１．１Ｔの磁場強度しか得られず、これを大きく上回る磁場の発生は望めない。
【００６２】
これに対し、図５に示すように本発明に係る超伝導電磁石３０を導入して他の超伝導電磁石３０と電気的に直列接続し、２５０Ａの電流を通電したところ、従来方式の超伝導電磁石が発生する２１．１Ｔの磁場に、本発明に係る超伝導電磁石３０が生成する２．４Ｔの磁場が加わって合計２３．５Ｔの磁場を室温ボア径５４ｍｍの空間に形成することができた。この磁場の大きさは、従来から存在しているＮｂＴｉ超伝導体やＮｂ３Ｓｎ超伝導体のみを使用した超伝導電磁石では実現不可能な値である。
【実施例２】
【００６３】
この実施例２は、前記第２の実施の形態に対応して金属間化合物（Ｎｂ３Ａｌ）超伝導体の超伝導電磁石３０を製造した例である。
【００６４】
（１）円筒状基盤の製造
互いに径の異なる複数の円筒状基盤として、実施例１と同様の寸法で２３個の円筒状基盤を製造するが、この円筒状基盤は、Ｎｂからなる層とＡｌからなる層とを多数層にわたって積層することにより形成した。ここで、各Ｎｂ層及びＡｌ層の厚みは０．０２５ｍｍとし、全体が０．９ｍｍになるまで両層を交互に積層した。
【００６５】
（２）薄膜形成
前記円筒状基盤の外周面に炭酸ガスレーザーをらせん状に照射して局所的に２０００℃程度まで加熱し、その後に急冷することにより、溶け合ったＮｂとＡｌが３対１の割合で結晶構造を持つＮｂ３Ａｌ超伝導体をらせん状に生成した。ここで、図４に示す薄膜幅ｄ及び間隙幅δはともに２．０ｍｍとし、らせんのターン数は１４９ターンとした。このようにターン数を実施例１よりも減らしているのは、Ｎｂ３Ａｌのほうが酸化物超伝導体よりも高磁場側での超伝導特性が良くないことを考慮して電流密度を下げるためである。また、金属の溶融深さは、円筒状基盤に穴が開くのを確実に回避するために余裕をもって厚み０．９ｍｍの半分の０．４５ｍｍとした。
【００６６】
さらに、前記加熱用レーザーの照射後、Ｎｂ３Ａｌ層における格子欠陥を除去するために、真空中で１００時間に亘り７００℃での熱処理を施し、Ｎｂ３Ａｌ層の超伝導特性の向上を図った。
【００６７】
（３）電磁石の組立
電磁石を組立てる工程については前記実施例１と同様である。
【００６８】
（４）磁場形成装置への導入
本実施例２に係る超伝導電磁石３０を前記実施例１と同様に図５に示す磁場形成装置に導入し、２５０Ａまで通電した結果、超伝導電磁石の磁場中心に２２．３Ｔの磁場を発生することが出来た。この磁場の大きさも、従来からあるＮｂＴｉ及びＮｂ３Ｓｎ超伝導導体のみを使用した超伝導電磁石では実現不可能な値である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超伝導電磁石の組立工程を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は（ｂ）のＡ部拡大図、（ｂ）は前記超伝導電磁石を構成する円筒状基盤及びその外周面上に形成される超伝導体薄膜を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る超伝導電磁石に用いられる円筒状基盤の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図４】（ａ）は（ｂ）のＣ部拡大図、（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る円筒状基盤及びその外周面上に形成される超伝導体薄膜を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る超伝導電磁石が導入される磁場形成装置の例を示す断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は前記超伝導体薄膜の形状の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０Ａ〜１０Ｃ  円筒状基盤
１０ａ，１０ｂ  金属層
１２  超伝導体からなる薄膜
１４  間隙
３０  超伝導電磁石
【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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