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Stress/strain problem relate to inhomogeneity of practical superconducting
wires for application to superconducting devices*Ⳣ㔝 ᮍ▱ኸ a, ⏫ᒇ ಟኴ㑻 b, 㛗ᮧ ග㐀 c, ῐ㊰ ᬛ d, ᑠ㯮 ⱥಇ d, すᓥ ඖ e, Ⳮⵦ ᩗஂ f,ᘧ⏫ ᾈ஧ g, ⰼ஭ ဴ h, ᮡᮏ ᫀᘯ i, ⸨ୖ ⣧ j, 㧗⏿ ୍ஓ k, ᆏ஭ ┤㐨 l, ᯇ஭ ඖⱥ m,ᑠἨ ᚨ₩ f, ࢫࢸࣇ࢓ࢾࢫ ࣁࣝࣚ f, 㕥ᮌ ⿱ኈ f, ᅵᒇ ె๎ ea
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S. Harjof, H. Suzukif, Y. Tsuchiyaeி㒔኱Ꮫ, b ኱ྠ኱Ꮫ, c ᛂ⏝⛉Ꮫ◊✲ᡤ, d ᮾ໭኱Ꮫ,≀㉁࣭ᮦᩱ◊✲ᶵᵓ, f ᪥ᮏཎᏊຊ◊✲㛤Ⓨᶵᵓ, g ୰㒊㟁ຊ㻔ᰴ㻕, h㻔ᰴ㻕ᮾⰪ,iྂἙ㟁Ẽᕤᴗ㻔ᰴ㻕, j ఫ཭㟁Ẽᕤᴗ㻔ᰴ㻕, k ⮬↛⛉Ꮫ◊✲ᶵᵓ, l ᅜ㝿㉸㟁ᑟ⏘ᴗᢏ⾡◊✲ࢭࣥࢱ࣮,m㕲㐨⥲ྜ◊✲ᡤab Kyoto University, Daido University, cRIAS, dTohoku University,eNIMS, fJAEA, gChubu Electric Power, hToshiba,iFurukawa Electric, jSumitomo Electric Industries, kNIFS, lISTEC,mRailway Technical Research Instituteae」ྜᮦᩱ࡛࠶ࡿᐇ⏝ Nb3Sn ㉸ఏᑟ⥺ᮦ࡟ᘬᙇࡾࡦࡎࡳࢆ༳ຍࡋࡓ≧ែ࡛ࠊᨺᑕගࢆ⏝࠸࡚⥺ᮦෆ㒊ࡢ㉸ఏᑟయ Nb3Sn ࡢࡦࡎࡳ ᐃࢆ⾜ࡗࡓࠋ ᐃ࡟ࡣ⥺ᚄ 1 mm ࡢ CuNb ⿵ᙉ Nb3Sn ⥺ᮦࢆ⏝࠸ࡓࡓࡵࠊࡇࢀࢆ㏱㐣ࡉࡏࡿ࡟ࡣ X ⥺ࡢ࢚ࢿࣝࢠ࣮ࢆୖࡆࡿᚲせࡀ࠶ࡾࠊ࢚ࢿࣝࢠ࣮ࢆ 72 keV ࡜ࡋ࡚ ᐃࢆ⾜ࡗࡓࠋ⥺ᮦࡣ⇕ฎ⌮┤ᚋࡢࡶࡢ࡜ࠊ஦๓᭤ࡆฎ⌮ࢆ᪋ࡋࡓࡶࡢࢆ⏝ពࡋࠊࡇࢀࡢ㍈᪉ྥ࡜ᶓ᪉ྥࡢࡦࡎࡳ ᐃࢆ⾜ࡗࡓࠋNb3Sn ࡢᅇᢡ⥺ࡢ୰࡛ࡶᙉᗘࡢᙉ࠸ࠊ211ࠊ320ࠊ321 ᅇᢡࢆᐃࡋࠊࡦࡎࡳࡢ⢭ᐦ ᐃ࡟ᡂຌࡋࡓࠋࡑࡢ⤖ᯝࠊ㍈᪉ྥࡦࡎࡳ࡟㛵ࡋ࡚ࡣࠊ⥺ᮦ࡟ᘬᙇࡾࡦࡎ
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のものに加わるひずみは測定できない。
そこで、これまでに中性子回折や放射光回折を利用して、ひずみを与えた時に超伝導体に加わるひずみがどう変化するのかを調べてきた[1]。
これまでの研究で、高温超伝導線材である YBCO 線材や、Bi2223 線材に関しては放射光での測定経験があるが[2]、Nb3Sn 線材は線径が大きく(0.8-1.2 mm)超伝導層の外側の Cu 層が非常に厚いため、主に透過力の強い中性子回折で測定を行っていた。ところが、線材自体に含まれる超伝導層が 1 割にも満たないため、超伝導体からの回折線が非常に弱いために統計誤差が大きく、測定結果にばらつきが見られていた。今回の研究では、放射光を用いることで、Nb3Sn 線材内部でのNb3Sn のひずみの変化を精度よく測定することを目的として実験を行った。放射光の実験結果から、回折面によるひずみ変化の違いを確認し、どの回折線の結果がひずみの全体像を良く表すのかを調べ、さらにひずみを線材軸方向と横方向に対して測定することで、3 次元ひずみの変化に関しての知見を得たので、これを報告する。
実験：
試料には、CuNb 補強 Nb3Sn 線材を用いた。線材は熱処理直後の状態と、事前曲げ処理を施した線材を用意した。これを SPring-8 の BL46XU で、ひずみの測定を行った。測定を行うにあたり、
Nb3Sn 線材の超伝導層を覆う Cu と補強材 CuNb を透過して、Nb3Sn からの回折線を得るために必要な X 線のエネルギーを算出した。その結果、X 線のエネルギーは 50 keV 以上必要であることが分かった。このため、72 keV まで X 線のエネルギーを上げ測定を行った。
測定は線材に引張り荷重を印加した状態で、Nb3Sn の回折線の中でも強度が強い 211、320、321回折の測定を行った。図 1 のように引張りジグに線材を取り付け、線材の両端を固定し、上部の固定部を上へ動かすことで引張りひずみを与える。
このとき、線材中央部に放射光 X 線を当てて、Nb3Sn からの反射を観測する。線材上部のビームが当たらない場所に伸び計をセットし、これでひずみを測定した。回折線のピーク強度は、統計誤差を抑えるために 2000 カウント以上のカウント数が得られるように時間をかけて測定した。これによって、これまでに中性子回折では測定できなかった、精密なひずみ測定を試みた。これを線材の軸方向と横方向に対して行った。横方向はジグごと線材を 90 度回転させて測定を行った。
ひずみの算出には、ひずみゼロの値が必要となるため、線材から Nb3Sn 超伝導フィラメント部のみ取り出し、これを測定した。フィラメントは、線材の Cu や補強材を酸で溶かすことで取り出した。これを測定した結果より格子定数を求め、各面の面間隔から求めた格子定数との比較を行い、ひずみの値を求めた。

図 1．Nb3Sn 超伝導線材を引張りジグに取り付けた様子。線材の両端を固定し、上部を上へ動かすことで引張りひずみを与える。ひずみの大きさは伸び計で測定している。

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[2] Ⳣ㔝ᮍ▱ኸ௚, ᖹᡂ 22 ᖺᗘ SPring-8 㔜Ⅼ⏘ᴗ฼⏝ㄢ㢟ᡂᯝሗ࿌᭩ 2010A, 2010A1798.
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