(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に接続した電極端子からなる酸化物超電導体電流リードにおいて、電極端子の少なくとも１つを金属超電導体と安定化材とからなる複合金属超電導体としたことを特徴とする酸化物超電導体電流リード。
【請求項２】
前記金属超電導体が、Nb−Ti系材料、Nb−Sn系材料、Nb−Al系材料、 Mg−B系材料のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導体電流リード。
【請求項３】
前記複合金属超電導体が、NbTi／Nb／Cuの超電導体多層板であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導体電流リード。
【請求項４】
電流リード本体として用いる酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に接続した電極端子からなる酸化物超電導体電流リードにおいて、電極端子の少なくとも１つを酸化物超電導体と安定化材とからなる複合酸化物超電導体から構成された酸化物超電導線材とし、該酸化物超電導線材を該酸化物超電導体に複数回巻きつけたことを特徴とする酸化物超電導体電流リード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導マグネット等の極低温機器に電流を供給するための電流リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電流リードとは、室温の電流供給源から極低温の超電導マグネットに電流を供給する導体のことである。従来はＣｕ製の電流リードが一般的であったが、熱侵入量をさらに低減するために酸化物超電導体を利用した電流リードが開発されてきている。
【０００３】
酸化物超電導体を利用した電流リードを外部電源に接続するためには、特許２８３０５１０号公報に、「この電流リードを外部電源と接続するには、酸化物超電導体リードに接続端子として導電性金属を取付けなければならず、その様な導電性金属としてＡｇあるいはＡｇを主体とする合金が最も有効であるとされている」と記載されているように、酸化物超電導体に外部と接続するための電極端子を接続する必要があり、そのような電極端子としてはＡｇあるいはＡｇ合金が有効であることが知られている。また、木村らの論文（低温工学30巻、12号（1995年）577頁−582頁）に示されているように、酸化物超電導体電流リードの電極端子としてＣｕ製の例もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｇやＣｕは電気の良導体といえども、大電流を流すとジュール発熱が発生し、超電導マグネットを冷却している高価な液体ヘリウムの消費量が大きくなってしまうという問題がある。AgやCu製の電極端子でジュール発熱を低減するには、電極端子の断面積を大きくしなければならないが、電極端子の大断面積化と共に電極端子の質量は大きくなるので、酸化物超電導体への機械的負担が大きくなる。酸化物超電導体電流リードでは、酸化物超電導体の機械的強度が低いため補強支持体で機械的強度を補強することが行われているが、電極端子部分の質量が大きくなると、補強支持体の断面積も大きくしなければならなくなり、補強支持体を伝わって外部から侵入する熱量が増大してしまう。さらに、電極端子の質量が大きくなると、素子としての質量バランスが悪くなるので、取り扱い時に割れやすくなることや使用寿命が短くなることなどの問題が発生する可能性が考えられる。
本発明は、上記の問題を解決し、軽量でジュール発熱の小さい酸化物超電導体電流リードを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による酸化物超電導体電流リードは、酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に接続した電極端子からなる電流リードにおいて、電極端子の少なくとも１つを金属超電導体と安定化材とからなる複合金属超電導体としたことを特徴とする酸化物超電導体電流リードである。また、このような酸化物超電導体電流リードであって、金属超電導体が、Nb−Ti系材料、Nb−Sn系材料、Nb−Al系材料、Mg−B系材料のいずれかであることを特徴とする。また、このような酸化物超電導体電流リードであって、複合金属超電導体が、NbTi／Nb／Cuの超電導体多層板であることを特徴とする。また、電流リード本体として用いる酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に接続した電極端子からなる酸化物超電導体電流リードにおいて、電極端子の少なくとも１つを酸化物超電導体と安定化材とからなる複合酸化物超電導体から構成された酸化物超電導線材とし、該酸化物超電導線材を該酸化物超電導体に複数回巻きつけたことを特徴とする酸化物超電導体電流リードである。
【０００６】
本発明の酸化物超電導体電流リードによると、電極端子が複合金属超電導体であるか、複合酸化物超電導体から構成された酸化物超電導線材であるので、液体Heなどの冷媒中では電気抵抗がゼロとなり、電極端子自体にはジュール発熱がなく、電極端子の断面積を小さくできることで軽量化も図ることができる。
【０００７】
本発明に用いる酸化物超電導体は、酸化物超電導体であれば Y系、Bi系など特に制限されるものではないが、ピンニング力の強い酸化物超電導体の方がより強い漏洩磁場中でも動作可能であるので好ましい。ピンニング力の強い酸化物超電導体の例としては、QMG材と呼ばれるもので、単結晶状のREBa2Cu3Ox相（REはYまたは希土類元素およびその組み合わせ）中に RE2BaCuO5相が微細分散している酸化物超電導体がある。
【０００８】
また、本発明に用いる複合金属超電導体は、金属超電導体と安定化材とからなるもので、金属超電導体としては、NbTi、Nb3Sn、Nb3Al、MgB2などの臨界電流密度の高いものが好ましく、安定化材としてはCu、Ag、Alあるいはその合金などの熱伝導率がよいものが好ましい。複合金属超電導体としては、いわゆる金属超電導線材があるが、電流リード本体として用いる酸化物超電導体との接続面積を大きくとるために、丸形状の線材よりもテープ形状の線材の方が好ましい。さらに接続面積を大きくとれる複合金属超電導体の形状に関しては板形状のものの方が好ましく、板形状の複合金属超電導体としては、金属超電導体としてのNb−Ti系合金層と常電導金属層が交互に積層した金属超電導多層板が超電導安定性があって好ましい。
【０００９】
また、本発明に用いる複合酸化物超電導体は、酸化物超電導体と安定化材とからなるもので、酸化物超電導体としてはBi系、Y系、Tl系など臨界電流密度が高いものが好ましく、安定化材としてはCu、Ag、Alあるいはその合金などの熱伝導率がよいものが好ましい。そして、複合酸化物超電導体を、いわゆる酸化物超電導線材として用いる。該酸化物超電導線材は、電流リード本体として用いる酸化物超電導体との接続面積を大きくとるために、丸形状の線材よりもテープ形状の線材の方が好ましい。
【００１０】
これらの複合超電導体からなる電極端子は、少なくとも極低温機器側の端子に用いることが、極低温機器への外部入熱を抑制できることから好ましい。もう一方の電極端子は複合超電導体と金属のいずれでも構わない。なお、金属製の電極端子は、電気的良導体の観点からＣｕやＡｇ等の材質が好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明に基づいた酸化物超電導体電流リードの一実施形態を示す構造概略図および外観側面図である。図１では、酸化物超電導体１の一端に複合金属超電導体として金属超電導多層板を用いた電極端子２が接続しており、酸化物超電導体の他端にはCu製の電極端子３が接続している。この場合、金属超電導多層板製電極端子２が低温側に、Cu製電極端子３が高温側になる。金属超電導多層板を酸化物超電導体電流リードの電極端子に用いることにより、電極端子の幅や厚さを小さくできる。さらに、電極端子自体にはジュール発熱がないので、電極端子と酸化物超電導体との接続部分の面積も小さくできる。また、図１では、酸化物超電導体電流リードの機械的強度を改善するために補強支持体４を用いている。補強支持体としては、剛性があり熱伝導率が比較的小さいものであればよく、例えば繊維強化プラスチック、ステンレス、チタンおよびチタン合金、銅合金、フィラー配合樹脂、ベークライト等などが好ましい。
【００１２】
本発明による軽量化とジュール発熱低減の効果を調べるため、1000 A通電の場合について、金属超電導多層板製電極端子と銅製電極端子とで質量とジュール発熱量を比較した。金属超電導多層板としてはNb−Ti系合金層と常電導金属層が交互に積層した金属超電多層板を用い、銅としては無酸素銅を用いた。金属超電導多層板の場合、液体He中で１Tの磁場強度では臨界電流密度は2000A/mm2であるが、磁束ジャンプに伴うクエンチ現象を抑制するため臨界電流密度の１／４の電流密度500A/mm2で設計すると、1000 A通電用としては金属超電導多層板製電極端子の必要断面積は2mm2となる。電極端子長さ100 mmのものを製作すると、その質量は1.6ｇであった。一方、銅端子の場合、前述の木村らの論文 （低温工学、３０巻、１２号（１９９５年）５７７頁−５８２頁）に記載されているように、液体He中での定常通電可能な電流密度は50A/mm2であるので、1000A通電用としては銅製電極端子の必要断面積は20mm2となる。電極端子長さ100mmのものを製作すると、その質量は18ｇであった。従って、質量は1/10以下に軽量化できることが確認できた。
【００１３】
ジュール発熱に関しては、銅製端子の場合1000A通電時に 0.9Wのジュール発熱が生じたが、金属超電導多層板製電極端子自体にはジュール発熱がない。  従って、ジュール発熱は大幅に低減することが確認できた。さらに、銅端子の場合、断面積を１０倍にすることによりジュール発熱を１／１０の０.０９Wと小さくできるが、質量は１０倍の180gになる。このように、ジュール発熱の許容値を低く設定すればするほど、本発明の軽量化の効果は顕著になる。
【００１４】
図２は、本発明に基づいた酸化物超電導体電流リードの別の実施形態を示す構造概略図である。図２では、酸化物超電導体６の両端に複合金属超電導体として金属超電導多層板を用いた電極端子７が接続しており、質量も大幅に軽量化できる。この場合、酸化物超電導体電流リードの高温端側の温度を電極端子に用いた金属超電導体の臨界温度以下にしなければならない。例えば、Nb−Ti系合金層と常電導金属層が交互に積層した金属超電導多層板の場合には、１０ K以下にする必要がある。図２のような酸化物超電導体電流リードは、通常の液体He（4.2K）から超流動状態の He（2.17K）への電流リードとして適している。図中８は補強支持体である。
【００１５】
図３と図４は、本発明に基づいた酸化物超電導体電流リードの別の実施形態を示す構造概略図である。図３では、複合金属超電導体として金属超電導多層板を用いた電極端子１１の厚さを 0.5ｍｍ以下より薄くして、電極端子に柔軟性を持たせた例で、他の部分は図１と同様である。図４では、複合金属超電導体として金属超電導線材あるいは複合酸化物超電導体として酸化物超電導線材を用いた電極端子１４とすることによって、電極端子に柔軟性を持たせた例である。超電導線材を用いる場合、電流リード本体として用いる酸化物超電導体１３との接続抵抗を低減するために、超電導線材を電流リード本体の酸化物超電導体１３に何重にも巻き付け実質的な接続面積を大きくする必要がある。このように電極端子に柔軟性を持たせることで、熱収縮による熱応力を緩和できることや、超電導マグネットへの接続線として利用できるという利点が生じる。図中１５は補強支持体である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の酸化物超電導体電流リードによれば、軽量でジュール発熱の小さい酸化物超電導体電流リードを提供できるので工業上顕著な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物超電導体電流リードの一実施例の構造概略図である。
【図２】本発明の酸化物超電導体電流リードの別の実施例の構造概略図である。
【図３】本発明の酸化物超電導体電流リードの別の実施例の構造概略図である。
【図４】本発明の酸化物超電導体電流リードの別の実施例の構造概略図である。
【符号の説明】
１    酸化物超電導体
２    金属超電導多層板製電極端子
３    Cu製電極端子
４    補強支持体
６    酸化物超電導体
７    金属超電導多層板製電極端子
８    補強支持体
１１    金属超電導多層板製電極端子
１３    酸化物超電導体
１４    金属超電導線材製電極端子または酸化物超電導線材製電極端子
１５    補強支持体
【図１】
0004012422.tif 000002
【図２】
0004012422.tif 000003
【図３】
0004012422.tif 000004
【図４】
0004012422.tif 000005