超電導磁石をどう使いこなすか？～磁気力制御技術の歩み～
大阪大学
1. はじめに大学院工学研究科

秋山庸子

対象であり、かつ発電容量に合わせた高速の処理が磁気力制御技術は、強い力を遠隔で物質に作用さ求められたが、超電導磁石を用いた実験のスケールせることができる強みを持つ。その応用先は、主にとしては最大規模の、室温ボア径 φ400 ㎜、最大磁

水質浄化、土壌浄化、資源循環、磁気ドラッグデリ

束密度 5T の大型超電導磁石を用いた数十 kg、水量バリーシステムの 4 つに大別される。ここ約 10 年で12 m3 レベルの屋外大規模実験を含めた実証によりかなり実用規模に近づいてきたものの、超電導磁石（図 1）、技術の適用可能性が実証された。また、火の持つ特有の課題も明らかになってきた。超電導磁力発電所バイパス系への導入による現場実験にも成石の磁場応用の一つとして位置づけられる磁気力制功した。これらの実験により技術実証がなされた一御技術のこれまでの歩みと将来性について、私なり方で、超電導磁石の搬送や、屋外環境での連続稼働の視点から総括したい。の難しさ、現場での安全確保などの課題も明らかに

2. 水質浄化のための磁気力制御技術の歩みなった。

水質浄化で鍵となる技術は、磁気シーディング技術と、高勾配磁気分離（HGMS）技術である。前者
は、マグネタイト等の強磁性体を分離対象物質に吸着または付着させることによって磁気的な“種付け”を行うことをいう。このことにより、磁場を印加した際に物質に作用する磁気力が小さい反磁性体や常磁性体も低磁場で分離できる。後者は、超電導磁石の磁場発生領域に強磁性のメッシュやボール等を配

図 1 ボア径 φ400 ㎜超電導磁石を用いた火力発電所ボイラースケール除去の大型実験装置

置することで強磁性体近傍の磁場勾配を高める手法
であり、この手法により、水の高速大量処理が実現

3. 土壌浄化のための磁気力制御技術の歩み
2011 年 3 月 11 日に起こった東日本大震災とそれできる。
磁気シーディング技術と高勾配磁気分離技術の融に伴う福島第一原発事故は、磁気力制御技術に関わ合によって、微生物をはじめ、製紙工場排水、染料、る研究者にとって大きな転換点となった。磁気力制研磨廃液、重金属イオンなど、様々な汚染物質を取御関係の研究者や技術者の中に、自分たちの持つ技り除くことが可能であることが示された 1)。これら術で福島復興に貢献したいという強い意識が広がっの技術は競合技術として凝集沈殿法や濾過法等が挙ていったことは確かである。

げられるが、添加薬剤が少なく二次廃棄物が少ない

磁気力制御技術の適用先として、放射性セシウムことが長所として挙げられた。一方で初期コストやを含む除去土壌の減容化に主軸を置いた研究が行わメンテナンス性に課題が見られた。

れた。土壌中の成分の中でも 75 µm 以下の成分であ次の段階として対象となったのがエネルギー関連

る粘土・シルトの表面積が大きいために放射能濃度の水処理である。特に、地熱発電において生成するが高い。この粘土・シルト分のうち、バーミキュラスケール（シリカ析出物）、および火力発電所ボイライトをはじめとした 2：1 型粘土鉱物が構造的にセーの鉄系スケール（配管腐食物質）2)の除去についシウムイオンを大量に強く吸着する性質を持つことては、それぞれ NEDO と ALCA の大型プロジェクトが事故前から農業分野で知られていた。粘土鉱物にとして研究開発が実施され、実際の発電所への組みは 2：1 型と 1：1 型鉱物があるが、前者は常磁性体込みを想定した現場での実証実験が実施された。こでありセシウムイオンを層間に強く吸着し、後者やれらの研究は、配管閉塞による事故や配管へのスケシルト成分の多くは反磁性体であり、セシウムイオール付着による熱エネルギーの損失を防ぐための研ンをほとんど吸着しない。この性質に着目し、2：1究であり、特に火力発電所のスケールは磁気シーデ型粘土鉱物のみを選択的に高勾配磁気分離法で捕捉

ィング無しに分離可能であるため、実用に近い技術し除去することで、土壌の放射能濃度を低減させるとして注目された。いずれの体系も高温高圧の水が試みが行われた。最終的には実際の汚染土壌を用い-214-

て 50%程度の放射能濃度の低減 3)が見られ、学術的

つは細胞レベルでの導入、もう一つは臓器レベルでにも既存手法に対して新規な手法として注目された。の精密集積である。

土壌の分散性、処理速度等の障壁があり実用化には前者の研究には、遺伝子導入や無針注射などの医まだ至っていないが、淘汰管や旋回流との組み合わ学的な研究と組み合わせた研究が行われ、従来の手せなど、新たな磁気分離法の開発が現在も継続して法が持つ標的性をアシストする目的で磁場を用いる行われている。

ものである。in-vitro（試験管内の）実験により、従また大阪大学の西嶋茂宏教授（現大阪大学名誉教授、福井工業大学）により、材料研究会として事故

来の手法に対して磁場による遺伝子や薬剤の導入効率が向上することが確認された。の翌年から福島県内で「福島復興支援ツアー」が立

後者の研究は、血管に導入された磁性薬剤（強磁ち上げられたことも、本技術に関わる大きな成果で性粒子などで磁性を付与した薬剤）を誘導、集積すある。福島第一原発や廃棄物処理施設等の現場見学るものであり、抗がん剤などの副作用の強い薬剤をと講演会を含む 2 日間のプログラムであり、磁場によって患部に誘導・集積させることにより、COVID-19 影響での中止を除いて現在も毎年行われ副作用を低減するものである。血管分岐での誘導かており、福島復興について低温工学・超電導の観点ら始まり、特定の臓器への集積 1)、先端部のみを強から見直す貴重な機会となっている。

磁性化した磁性針で磁場勾配を増加させることによ4. 資源循環のための磁気力制御技術の歩みる臓器の一部への集積、回転磁場を用いた体内深部

水質浄化、土壌浄化とともに基礎段階ながら着実への集積 4)、と展開を遂げてきた。磁場誘導のためな進歩を遂げてきたのが資源循環の技術である。こに用いられる酸化鉄粒子の特性から、MPI（磁気粒れは、廃棄物から有用物質を種類ごとに分離し、再子イメージング法）や温熱療法との組み合わせも検利用することを目的とした磁気力制御技術である。

討されている。しかし、とくに磁場による患部への前述の高勾配磁気分離が適用可能な場合もあるが、誘導は、体内深部にある標的部位に強磁場を発生さ複数種類の物質を効率的に分離する手法として磁気せる必要があり、また強磁性粒子の凝集による血管アルキメデス法が挙げられる。磁気アルキメデス法

閉塞のリスクから、実際の人体を想定した現実的なとは、常磁性媒質を用いて、媒質に作用する見かけシステムは構築できていない。

上の下向きの重力を増加させることで、物質に作用まずは前者のような医学的な既存手法を磁気力する浮力を増加させ、磁化率と比重に依存する浮上でアシストする形から実用に向けて開発を行ってい高さの違いにより物質を分離する手法である。このくことが重要であり、そのためには医学系の研究者手法は、無重力状態の再現や細胞の三次元構造の構との密接な連携が必須であると思われる。

築にも用いられている。

6. さいごに分離対象としては多様な材料の分離が検証されて磁気力制御技術は、社会に広く受け入れられる段おり、非鉄金属、蛍光体、プラスチック、構造異性階には残念ながら達していない。しかし超電導磁石体など有機・無機を問わず幅広い材料に適用可能での設計者と磁気力制御システムの開発者、そして現あることが示されたが、資源循環への適用のために場の使用者との相互のシーズ・ニーズマッチングには、大規模な連続処理システムが必要とされる。安

よって、実践的に使える磁気力制御システムに成長定した浮上を維持しながら流れの中で連続分離を行させることができるのではないかと思っている。将うことが本技術の課題となっている。特に水平方向来的に持続可能社会に貢献する技術となるように、の磁場の利用や、磁場勾配の形成が有効とされてお今後も人的ネットワークを広げながら試行錯誤を重り、超電導磁石の設計者と連携した高度な磁場設計ねていきたいと思っている。

が有用であると考えられる。

7. 参考文献

5. 磁気ドラッグデリバリーシステムのための磁気

1) T. Mori et.al: Prog. Supercond. Cryog.,18 (2016) 23

力制御技術の歩み

2) Y. Akiyama et. al: Prog. Supercond. Cryog. 23 (2021)
12

ここまで述べてきた研究が主に、環境・資源・エネルギー分野への磁気力制御の展開であるのに対し、

3) 秋山庸子ら：低温工学 55 (2020) 172

磁気ドラッグデリバリーシステムは唯一、医療分野

4) M. Kirimura et. al: IEEE Trans. Appl. Supercond.,30

への応用である。本技術は 2 つの方向性があり、一-215-(2020) 440140