Superconductivity

超電導 Web21

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2004 年 6 月号

2004 年 6 月 1 日発行

掲載内容（サマリー）：
トピックス○SMES プロジェクト、第 60 回電気学会進歩賞を受賞○超電導工学研及び名工大、LPE による超電導材料評価用磁気光学薄膜を共同開発
特集：超電導技術動向報告会 2004
○超電導技術動向報告会 2004 より○超電導産業の勃興○線材開発のための材料研究○バルク超電導体の高性能化と新しい応用開発○超電導フライホイール電力貯蔵技術の最近の進展○実用化を目指した Y 系次世代線材の開発の進捗と今後○高温超電導線・ケーブルの開発と“実”商業化に対する試み○超電導電力貯蔵(SMES)の研究開発成果と瞬低用 SMES 開発について○超電導 SFQ デバイス開発の進捗とネットワーク機器実用化への課題○無線基地局用超電導フィルタ及びレシーバフロントエンド開発○超電導関連 6−7 月の催し物案内○新聞ヘッドライン（4/20-5/20）○超電導速報−世界の動き（2004 年 4 月）
○標準化活動−国際超電導センター・電気学会、超電導送変電機器標準化データ調査に合意−○低温工学協会新磁気科学調査研究会第 3 回研究会報告○韓国超電導ワークショップ（DAPAS ワークショップ）報告○ICEC20（第 20 回国際低温工学会議）報告○隔月連載記事−ITER 超電導コイル開発への道のり（その 3）○読者の広場(Q&A)−イットリウム系酸化物超電導線にはたくさん電流を流せるそうですが、普通の銅線の何倍位多く流せるのですか？
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超電導 Web21〈発行者〉
財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電導 Web21 編集局〒105-0004 東京都港区新橋 5-34-3 栄進開発ビル 6F
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Fax(03) 3431-4044
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この「超電導 Web21」は、競輪の補助金を受けて作成したものです。

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SMES プロジェクト、第 60 回電気学会進歩賞を受賞
SMES プロジェクト（プロジェクトリーダー 辰田
昌功）「超電導電力貯蔵システム（以下 SMES という）技術開発（平成 11 年度から平成 15 年度）」は、社団
法人電気学会（会長 深尾 正）の第 60 回電気学術振興賞（進歩賞）を平成 16 年 5 月 21 日電気学会通常総会において受賞した。受賞者は、同プロジェクトを代表する平野直樹（中部電力㈱）＊、花井 哲（㈱東芝）、寺薗完一（九州電力㈱）、大崎博之（東京大学）
及び辰田昌功（ISTEC）の 5 名であった。
進歩賞は、社団法人電気学会における昭和 17 年から続く伝統ある電気学術振興賞（他に論文賞、著作賞などがある）のうちのひとつで、今回電気学術の進歩に貢献した 8 件に授与されたものである。今回の受賞
は、（財）
国際超電導産業技術研究センター（ISTEC）
が新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）（現独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO技術開発機構））
から受託したSMES
プロジェクトの技術開発成果が電気学術の発展に大きく寄与したことを評価されたものである。
この SMES プロジェクトは、市場ニーズがあり実用化が見込まれる小規模な電力系統制御用
SMES にターゲットを絞り、超電導コイルを主体にコスト低減技術開発を行ったものである。具体的には、100MW/15kWh 系統安定化用 SMES 及び 100MW/500kWh 負荷変動・周波数調整用 SMESについて、金属系超電導コイルのコストミニマム
設計及び実機との等価性能を考慮したモデルコイ
ルの製作、性能検証試験を実施した。その結果、系統安定化用モデルコイルでは、5kA/s･4 パルス
高速通電試験に成功し、負荷変動補償用モデルコ
イルでは、世界に例を見ない一万回の繰り返し通電に成功するなど、SMES のコスト競争力と技術性能の両立性が検証された。
これらの技術開発成果は、すでに民間企業における瞬時電圧低下補償 SMES の開発＊へ波及するとともに更なる経済性向上の可能性を秘めた酸化物系超電導導体の適用も視野に入れた超電導電力
ネットワーク制御技術開発へと発展しつつあり、
SMES の電力機器としての早期実用化に弾みがつくものと期待される。

第 60 回電気学術振興賞（進歩賞）受賞者
写真左より、花井 哲、辰田昌功、平野直樹、
大崎博之、寺薗完一＊なお、平野直樹氏は、発表論文「5MVA-5MJ 瞬低補償 SMES システムの開発」（2003 年度秋季学会,1B-p01）に対して 2004 年 5 月 24 日（社）低温工学協会から優良発表論文賞を受賞した。
（編集局）
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超電導工学研及び名工大、LPE による超電導材料評価用磁気光学薄膜を共同開発
超電導工学研究所盛岡超電導技術応用研究所と名古屋工業大学は、平成 15 年度の共同開発成果として可視領域において大きなファラデー効果を示し、磁場感度の優れた Bi 置換鉄ガーネット膜(Bi,Lu)3(Ga,Fe)5O12 を(100)方位をもつ 1 インチ径の Gd3Ga5O12（GGG）単結晶基板上に成膜することに成功した。
この膜は、磁束密度分布として 1µm 程度の空間分解能を有する面内磁化膜である。
超電導材料の臨界電流密度の評価や弱結合の検査に磁束密度の空間分布を観察できる磁気光学イメージ法が重要な役割を果たしている。通常、磁化方向が膜面内にあり、ファラデー回転角が大き
い磁性ガーネット膜を検出媒体として使用するが、最近、その入手が世界的に困難となっている。
超電導工学研究所は NEDO 超電導応用基盤技術研究開発プロジェクト（平成 15 年度スタート）で進めている高温超電導線材の評価技術開発の一環として実施し、液相エピタキシャル法（Liquid
Phase Epitaxy : LPE）による磁気光学薄膜を名古屋工業大学とで共同開発したものである。
LPE による成膜では、まず、白金ルツボ内でガーネット成分が完全に融解するよう PbO-B2O3 系の融剤およびガーネット成分である原料酸化物を、飽和温度より 100℃以上高い温度で撹拌、静置する。成膜時は、過飽和状態を保つように過冷却状態で GGG 単結晶基板を水平に保ちながら融液に浸し、回転させながらエピタキシャル成長させ、所望の厚さの膜を形成する。高品質の膜を形成するためには、融液組成、成膜条件（融液温度、成長時間、回転数など）が重要なファクターとなり、条件により(Bi,Lu)3(Ga,Fe)5O12 膜はさまざまな特性を示す。磁化容易軸が面内にある膜を育成するためには、(Bi,Lu)3(Ga,Fe)5O12 膜と GGG 単結晶基板の格子定数差が重要な変数となる。冷却により膜および基板の格子定数は共に小さくなり、その格子定数差も変化するので、使用する温度領域を考慮に入れて成膜しなければならない。図に超電導線材評価用に開発した(Bi,Lu)3(Ga,Fe)5O12 膜を用いて YBCO/IBAD 線材の 40K における磁束密度分布を観察した結果を示す。磁場の増加とともに枝状に分かれて磁束が侵入していく様子が観察できる。
今後、さらに高い空間分解能で磁束観察を可能にする Bi 置換鉄ガーネット膜の開発が課題である。
このような磁性ガーネット膜を、高温超電導線材の欠陥や粒界の磁束ピン止め挙動等の解明に活用
し、線材特性の向上に資する考えである。

10mm

磁気光学イメージ法による 40K
における YBCO/IBAD 線材の磁束密度分布の観察結果
300G

600G

900G

（編集局／超電導工学研究所盛岡超電導技術応用研究所）
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特集：超電導技術動向報告会 2004 「超電導技術動向報告会 2004 より」
ISTEC は 2004 年 5 月 20 日（木）東京・都市センターホテルで超電導技術動向報告会「黎明期を迎えた超電導産業」を開催した。産・学・官、報道、一般参加者を含め約 240 名の参加があり、産業化を目指す超電導技術開発の成果と課題、動向が報告され、熱心な討議が行われた。
窪田 明・経済産業省産業技術環境局研究開発課長、奥田昌宏・独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構新電力技術開発部長の祝辞があり、結実しつつある研究開発成果への期待と早期実用化への一層の激励を頂いた。
田中昭二・超電導工学研究所長は｢超電導産業の勃興｣と題した基調講演の中で、十数年間にわたる
高温超電導基盤技術開発の成果が最近になり収穫期を迎えている。"量子コンピューターから核融合分野まで"の新たな領域への応用が見通せる状況になり、昨年提示した 2010〜2020 年に向けての将来像が動き出したとの見方を示した。
田島節子・SRL 材料物性研究部長は、これまでの基礎研究の知見を基に、高温超電導線材開発に
おいて、より精密な組成制御により特性向上を図ることができる段階に来たことを報告した。
村上雅人・SRL 特別研究員は、プロセス技術の基調講演の田中昭二・超電導工学研究所長
開発による補足磁場特性の飛躍的向上と樹脂含浸等による機械強度の向上により、実用期に到達した産業応用分野の具体例として、磁気分離、磁気浮上、磁石応用などを紹介した。
九州電力 林 秀美氏は、“水の命を取り戻す 環境にやさしい超電導技術の実用化”と題して、バルク超電導体を用いた移動型磁気分離装置の設計・試作とその浄化特性、今後の課題などを紹介された。
腰塚直己・SRL 盛岡超電導技術応用研究所・所長代理は、フライホイール電力貯蔵用超電導軸受技術開発プロジェクトでの成果として、100kWh 級 FW 用超電導軸受の技術見通しと、10kWh 級電力貯蔵システムの工場試験及びラジアル型軸受けでの超電導浮上による電力貯蔵の成功などを報告した。
塩原融・SRL 線材研究開発部長は、応用基盤プロジェクト目標である高臨界電流密度および長尺化プロセス技術開発の達成状況と、今後の実用化研究への取り組みについて報告した。
住友電気工業 畑 良輔氏は、高温超電導ケーブルは OF ケーブルの一種であり、線材はケーブ
ルシステムの一部との前提で、次世代線材の実用化へ向けてのサクセスストーリーを紹介された。
田辺圭一・SRL デバイス研究開発部長は低消費電力型超電導ネットワークデバイス開発プロジェ
クトの成果として、低温デバイス開発での平坦化技術・自動配線ツール等の要素技術確立による 4×4
スイッチ 40GHz 動作、マイクロプロセッサ 16GHz 動作実現など、また高温デバイスでの最近の成果と応用例などを報告した。
富士通研究所 山中一典氏は、移動基地局用受信機用の超電導体フィルタの設計・試作結果、および超電導フィルタを用いた試作基地局装置などについて紹介された。
辰田昌功・ISTEC 常務理事は、NEDO SMES プロジェクトの成果として、モデルコイルの設計・製作と各種試験を通して経済性と性能の両立する SMES コイル技術の確立、また高温超電導 SMES
によるさらなるコスト低減の可能性、および今後の課題について報告した。
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中部電力 長屋重夫氏は、瞬時電圧低下補償用 SMES システムの設計・製造・設置・実証結果についての紹介を通して、実用段階にある SMES システムについて報告された。
まとめ講演として、塚本修巳・横浜国立大学教授が“産業用電気機器への応用”と題した基調講演を行われ、運輸分野で期待できる超電導電動機のマーケットとして、低速大トルク・省スペース・高効率が求められる船舶応用、また通信分野では送電損失、占有スペース大幅削減でのメリットが期待できるデータセンターへの超電導 DC ケーブル導入、さらに線材開発とその応用分野に関する
ロードマップについて紹介された。
さらに、早川尚夫 前名古屋大学教授が最近の超電導デジタル機器開発について基調講演を行われ、超電導デジタル技術の優位性は、CMOS 等の従来技術では実現できない高速動作、低消費電力を可能とする点にあり、その応用分野は SFQ による A/D コンバーター、ハイエンドルーター用ス
イッチさらにはハイエンドコンピューターへと広がるとの確信が述べられた。
超電導応用基盤技術開発プロジェクトの研究の成果が収穫期を迎え、早期実用化への期待が一層高まっている中で、産学官挙げての研究開発に取り組むことの意義と重要性を再認識できた報告会
となった。

講演風景

(ISTEC 調査・企画部長 佐伯正治)

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特集：超電導技術動向報告会 2004 「超電導産業の勃興」
超電導工学研究所
所長 田中 昭二

1. はじめに2004 年は超電導産業にとって意義深い年になると思われる。待望の国際熱核融合実験炉(ITER)の開発が開始されるからである。総開発費が 1 兆円を越え、その 30%以上が超電導関連施設の建設に当てられる予定になっている。線材としては Nb3Sn が使用されるが、産業技術としての超電導技術がこれにより著しく進歩し、超電導産業を大きく刺激する事になる。
一方で、十数年間にわたって続けられてきた高温超電導基盤技術の開発も、最近になって収穫期を迎えつつある。以下で昨年度に得られた成果を列挙し、その将来像を述べる。
2. これまでの成果
A) バルク関連(a) 高強度化に成功
樹脂含浸法により強度が 10 倍に増加し、更に金属埋込み法により熱伝導率を向上させ、20Kで 17 テスラの強磁場を捕捉。
(b) Gd 系バルクを開発し、大きな臨界電流を得ることに成功。
(c) Nd、Eu、Gd の混晶を製作、液体酸素温度(90K)で強い磁気浮上力を得た。
(d) 10kWh 級及び 100kWh 級フライホイールの為の超電導磁気ベアリングが極めて安定していることを立証、フライホイール以外への応用も期待できる事が証明された。
B) 線材関連(a) Bi 系線材で加圧焼成法が開発され、巾 4mm、厚さ 0.25mm の線で、130A(77K、0T)が得られた(住友電工)。
(b) Bi 系線材で全長 500m の送電ケーブルが試作された。
(c) Y 系線材で 5000Am 級(77K、0 T)のものが試作された(フジクラ)。更にこれが 4〜20K に
おいて 20T 以上の強磁場で使用可能である事が示された。
(d) 100m 級の IBAD 基板が製作された。
(e) Bi 系線材を用い、リニア用マグネットを試作、初めて永久電流稼動に成功、減衰率も 0.5%/
日と少なく、又電磁擾乱に対しても極めて安定である事が実証された。
C) デバイス関連(a) Nb 系 SFQ デバイスで平坦化技術が完成、6 層配線が可能になり、100 万接合の集積化の可能性が示された。
(b) Nb 系で、高速ルーター用の 4×4 スイッチ(40GHz)及びサーバー用の 1 ビット
MPU(16GHz)が試作された。
(c) Y 系でサンプラーが試作され、40K で 48GHz の波形を観測する事が立証された。
ここで、100 万接合の集積化の可能性が示された事は、超電導素子の世界で革命的であり、今後の展開が期待される。

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3. 今後の展望
線材とデバイスに関しては、超電導応用基盤技術開発プロジェクトとネットワークデバイス・プ
ロジェクトが進行中である。本年度から新しく SMES プロジェクトも始まり、高温超電導化を進める予定である。
その他に、他省庁で進行中或いは計画中のプロジェクトにも積極的に参画する計画である。
① 量子コンピュータ開発(JST)
量子コンピュータにおいては、量子演算素子(キュービット)の開発と同様にこれらを駆動する回路も開発する必要があるが、超高速で低エネルギーの SFQ 回路が最適であり、この駆動 SFQ 回路を開発する。
② ポスト地球シミュレーターの開発(文科省)(計画中)
現在世界最高速の「地球シミュレーター」の次期超高速スーパーコンピュータ用の論理演算 SFQ
チップの開発を行う。
③ 次期核融合実証炉の為の超強磁場発生用線材の開発
次期実証炉には 20T 程度の強磁場が必要であり、その為の超電導線材を開発する。
これらは、これまで我々が遂行して来た技術基盤の延長線上にあり、今後の技術革新にとって極めて重要な研究開発課題であり、積極的に参画して行きたい。
4. まとめ最近になって在来技術の飽和傾向が次第と明らかになりつつあり、同時に技術革新に対する要請も強く表面化しているようだ。超電導技術がその最先端を担うべく、今後も努力する必要があると考える。
なお、本報告内容の一部は、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO 技術開発機構）から委託を受けて実施されたものによる。

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特集：超電導技術動向報告会 2004 「線材開発のための材料研究」
現在開発中の超電導線材のうち、Y123 を中心とする coated conductor(CC)と MgB2 について、臨
界電流・臨界磁場向上のための指針や、それに基づいて線材の特性向上を図った実験結果例を紹介する。
現在の CC 作製プロセスで最も注意が払われているのは、結晶粒相互の角度を揃えることである。
しかし臨界電流密度の値に影響を与える因子は、他にもたくさんある。結晶粒内の特性向上のためには、組成制御による高 Tc 化、高キャリア濃度化、磁束ピン止めの導入などが考えられるし、粒界特性の向上には、界面変質層や粒界析出物の除去が必要である。これ以外にも、安定して長尺の線材を製造するためには、プロセスパラメータの微小な変動に左右されないような材料選択が必要となる。
これらの多くの項目の中から、この 1 年特に注力した「高酸素濃度化」の研究成果について報告する。酸素濃度の効果だけを理想的に抽出するため、まず YBCO 単結晶を用いて臨界電流密度と酸素濃度との関係を調べた。その結果、Tc が若干低下する“過剰ドープ”と呼ばれる高酸素濃度状態にすることが、不可逆磁場を高めるだけでなく、試料中に存在する磁束ピン止め中心の力を最大限に引き出すことがわかった。次に TFA 線材試験片で酸素過剰ドープ状態を実現しようとしたが、う
まく行かなかった。これは、多結晶試料で過剰ドープ状態の報告例がほとんどないことと関係していると思われたので、多結晶試料での過剰ドープ状態実現を試みた。その結果、原料粉の真空中熱処理と純酸素中での焼成が「過剰ドープ多結晶」の作製に必須条件であり、これによって試料中の残留炭素濃度が激減することがわかった。つまり YBCO の特性に大きな影響を及ぼす酸素濃度は、アニール温度と酸素分圧だけでは決まらず、残留炭素濃度にも依存することが明らかとなった。炭素の一部は YBCO の結晶格子の中にも取り込まれ、粒界からの酸素拡散を阻害する原因となっていると思われる。従って、線材作製プロセスの中でも残留炭素濃度を減らす努力を行うことが強く勧められる。実際、残留炭素濃度が少ないと思われる PLD 線材の酸素濃度は、TFA 線材より高いと思われる結果が得られている。
MgB2 については、ホウ素の一部を炭素で置換した単結晶を作製し、種々の物性測定を行った。
炭素置換により、正孔濃度が減少し Tc が低下するが、それを補って余りある劇的な不可逆磁場 Hirrの増大、異方性の低下があることがわかった。炭素 5%置換で 35T(0K)という高 Hirr が得られた。伝導面への不純物添加によってキャリア散乱が増加し、超電導相関長が減少したことによる臨界磁場
Hc2 の増大が直接の原因である。臨界電流を増加させるには、別にピン止め中心を導入する必要があるが、臨界磁場向上の有力な指針を示せたと言える。
なお、本報告内容は、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO 技術開発機
構）から委託を受けて実施されたものによる。
（SRL/ISTEC 材料物性研究部長 田島節子）

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特集：超電導技術動向報告会 2004 「バルク超電導体の高性能化と新しい応用開発」
芝浦工業大学工学部 材料工学科教授 村上雅人

1. はじめに
バルク超電導材料は、高温超電導の発見によって、その応用が初めて可能になったものであり、複雑な加工プロセスを必要としないで実用化が可能という利点を有している。現在、その応用を機能別に分類すると磁石応用、浮上応用、導体応用の 3 種類に分類することができ、それぞれの分野で活発な開発が進められている。
2. 材料開発
バルク超電導体は Y-Ba-Cu-O を基本系として開発が進められてきたが、臨界電流特性の高い
RE-Ba-Cu-O（RE: Nd, Sm, Eu, Gd)系材料が開発されてから、材料研究の主流は、RE 系にシフトしている。すでに、Gd-Ba-Cu-O 系磁石において 77K で 4T を超える捕捉磁場が達成されている。
また、大型磁石は作製されていないものの、(Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 系において、組成ゆらぎに起因する微細なピン止めセンターが発見され、77K で 15T という非常に高い不可逆磁場が達成され大きな注目を集めている。また、最近では、この系において Zr をわずかに添加すると、微細な常電導相（Zr-Gd-Ba-Cu-O）がマトリックス内に分散し、液体酸素温度（90K）において高い臨界電流密度が達成され、その結果、液体酸素を利用した磁気浮上が可能となることも明らかとなった。この材料を利用すれば、今まで不可能であった液体酸素ポンプなどの 90K 応用が可能となる。
さらに、材料そのものの開発ではないが、エポキシ樹脂含浸や低融点合金を含浸することで、バルク超電導体の機械特性および低温安定性を飛躍的に向上することが可能となり、2.6cmφのY-Ba-Cu-O 磁石において 29K で 17T という高い磁場を捕捉することも可能となっており、超強磁場発生技術という観点からも注目されている。
3. 応用開発
RE-Ba-Cu-O 系磁石は、永久磁石と同様の形態ではるかに高い磁場を発生できるため、各種応用が注目を集めている。実際の運用にあたっては、冷凍機と組み合わせて使われる場合が多い。その強い磁気勾配を利用した水浄化用磁気分離装置や、マグネトロンスパッタリング装置の磁場源、
NMR 装置の磁場源などへの応用が検討されており、一部実用化されている。また、実験用の磁場発生装置も開発されており、最近では超電導モータが試作されている。
浮上応用としては、フライホイールへの応用開発が進んでいるが、永久磁石レールの上に浮上させることで物資などを搬送する装置が検討されている。中国やロシアでは、本システムの磁気浮上列車への応用も検討されている。
最後に、導体応用としては、超電導磁石への電流リード応用が考えられている。すでに核融合発電用超電導マグネットへの 20000A 電流リードの開発にも成功している。
4. おわりにバルク超電導材料では、その基本特性を向上させる研究も進められているが、特性そのものは、
すでに実用域に達しており、その実用化研究がさかんに行われている。今後は、材料研究者と応用2004 年 6 月号

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研究者が連携しながら、新しい応用分野を開拓するとともに、実際に使いやすいシステムを協力しながら開発していくことが重要と考えられる。
なお、本報告内容の一部は、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO 技術開発機構）から委託を受けて実施されたものによる。

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特集：超電導技術動向報告会 2004 「超電導フライホイール電力貯蔵技術の最近の進展」

フライホイール電力貯蔵装置は電力の負荷平準化や負荷変動補償用、さらに最近は無停電電源としても注目されているが、従来型の機械軸受や磁気軸受では、低損失でしかも大型の装置を実現することが困難であった。高温超電導体と永久磁石の間の強力な力を利用した超電導軸受は、非接触かつ自己保持性という特徴をもち回転損失が極めて少ないことから、次世代の軸受として有望であり、世界的に活発な研究開発が行われてきた。我が国では 1995 年より通産省・NEDO によるプロジェクトが開始され、2000 年からは第 2 フェーズとして ISTEC が受託し、参加企業 5 社（四国総研、IHI、住特金、イムラ材研、光洋精工）とともに 5 年計画でフライホイール電力貯蔵用のラジア
ル型超電導軸受技術の開発を行っている。現在、世界的には、主に UPS への応用を目指した 10kWh級超電導フライホイールの開発がいくつかのグループで行われているが、大型化に有利なラジアル型という超電導軸受を用いた実機規模システムの開発の例はなく、その成否が問われている。
第 2 フェーズ開始以来 4 年を経過し、以下のような成果が得られた。
1. 超電導軸受要素技術については、100kWh 級フライホイール用超電導軸受モジュールを試作し、載荷力試験では 77K において 11N/cm2, 軸降下については 1 年間にわたり軸降下量を許容範囲内に納める方法を開発し、技術見通しを得た。回転損失についても、超電導バルク固定子のバルク配置
構造等の工夫により、目標を達成できる見込みである。
2. 超電導軸受応用技術については、
10kWh 級運転試験システムを完成し、工場試験により 7,500rpmの回転数、2.2kWh の貯蔵に成功した。この容量は現在の世界トップクラスの値であるが、本年度は、四国総研における本格的運転試験においてさらに回転数を上げ 10kWh を目指すと共に、シス
テムとしての課題を明らかにする予定である。
超電導フライホイールの実用化の可能性については、負荷平準化用に必要とされる 10MWh 級の大型システムよりも、負荷変動補償や自然エネルギー対応、電力品質対応電源等に適用できる
30-100kWh 級の中型システムの方が有望と考えられる。超電導軸受の製作見通しは得られたが、このシステムの実現には、今後フライホイール本体の大型化・高品質化や発電電動機の高出力化、超電導軸受の低コスト化などの課題を解決する必要がある。
なお、本報告内容は、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO 技術開発機
構）から委託を受けて実施されたものによる。
（SRL/ISTEC 盛岡超電導技術応用研究所 所長代理 腰塚直己）

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特集：超電導技術動向報告会 2004
「実用化を目指した Y 系次世代線材の開発の進捗と今後」
Y 系超電導材料は、磁場中での臨界電流特性に優れ、到達コストを低く抑えることが可能であることから、Bi 系銀シース線材の次を担う線材として「次世代線材」と呼ばれ日米欧で開発競争が展開されている。本稿では、この Y 系超電導材料の開発の動向をまとめる。
高特性を実現するために必要である結晶粒配向を得るための一つの手法である基板配向化技
術開発では Ni 基合金テープに関して米国オークリッジ国立研究所を中心として精力的に研究開発が行われており、最近では弱磁性化及び高強度化の目的で合金化の検討が行われ Ni-W 合金において高配向（△φ＜5°）で高強度(150MPa)基板を得ている。この上に、三層の気相中間層を介して後述する TFA-MOD 法により超電導層を形成することにより、均一、高特性線材の作製に成功しており、最近、AMSC 社が 250A の Ic を有する 10m 線材を得たとの情報が入っている。
一方、中間層を配向させる方法としては、IBAD 法による高配向中間層を配した線材を用いた開発が精力的に行われている。最近、㈱フジクラにおいて長尺化、高速化を目指して大型装置を導入し、GZO－IBAD 層上へ PLD 法で YBCO 層を形成する構造で、100m 級線材の作製に成功している。同線材は、短尺に比べてやや特性は劣るものの、38A の Ic で 0.76MA/cm2 の Jc を得ている。更に、IBAD 法の課題である高速化に対して、比較的配向性が悪い、つまり高速で薄い IBAD
中間層であってもその上に PLD 法で高速に CeO2 層を成膜することにより短時間で高配向中間層が得られる技術が開発された。SRL において発見されたもので自己配向化現象と呼び、高速化と共に高配向化が可能である特徴がある。面内配向に関して△φで 4°程度のものが得られ、Jc で3.8MA/cm2 を確認している。この高配向中間層基板上で YBCO 層の厚膜化研究において、短尺ながら 227A の Ic を得ることに成功している。米国では、MgO 材料を用いた高速成膜技術開発がロスアラモス国立研究所を中心に行われている。同法では極薄膜で高配向が得られることから、高速成膜が実現可能であり、最近、第一層に Y2O3 を配することで、厚膜時の配向性低下の課題を抑制できたとの成果があった。長尺化に関しては IGC Super Power 社において、IBAD 法による MgO を含めて複数層の中間層を配した上に PLD 法により超電導層を形成した線材で 111A のIc を有する 57m 長線材の作製に成功しているとの事である。
上記の超電導層に関しては、これまで実績のある PLD 法により形成したものであるが、低コスト化を志向した手法として MOD 法や MOCVD 法による超電導層形成技術開発も盛んに行われている。日本では、MOD 法に関して SRL と共に㈱昭和電線電纜で研究開発が行われ、上述 IBAD
中間層上の高配向 CeO2 上で 3.4MA/cm2 を得ている。最近では、マルチコート法において熱処理
条件の適正化を行うことにより Jc を低下させることなく厚膜化に成功し、292A の高い Ic を得ている。
また、高速化に対して原料中の F 含有量を減らす工夫をすることで高速化に成功している。
さらに、長尺化として、リール式連続焼成炉を開発し、動かしながら 0.25m の線材作製に成功している。一方、MO-CVD 法における開発では、㈱中部電力において上述の IBAD 基板上に YBCO
層を成膜し、短尺なら Jc で 2MA/cm2 以上を、Ic で 100A 以上を得ており、長尺化に関しても 1m
長線材においてほぼ全域で 1MA/cm2 以上の Jc を確認している。ここでは、原料ガスの供給シス
テムの多段化による高速成膜が可能になっており、上記成果はいずれも数 m/h の高速成膜による結果である。
上記の成果を含めた最近の動向を図 1 にまとめる。日本側の成果は応用基盤技術研究開発プロ
ジェクトによるもので、H19 年度末までには図中に示した目標値を満たすべく研究開発が実施されるものと考えられる。一方、米国でも同様の目標値を掲げており、今後も日米での開発競争が継続されるものと予想される。
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図 1 日米欧における Y 系次世代線材の開発の動向

なお、本報告内容の一部は、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO 技術開発機構）から委託を受けて実施されたものによる。

（SRL/ISTEC 線材研究開発部長 塩原 融）

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特集：超電導技術動向報告会 2004
「高温超電導線・ケーブルの開発と“実”商業化に対する試み」
住友電気工業株式会社
執行役員
研究開発本部 副本部長
畑 良輔
20 世紀の三大技術的発見（発明）と言われるエレクトロニクス、原子力、超電導の中で、人類社会に十分貢献できずに 21 世紀を迎えた超電導技術は、20 世紀に人類が浪費した環境、エネルギー、
資源の持続的成長という観点から大きな期待をされている。
1988 年に発見された日本発の技術であるビスマス系超電導線材を、日本発の Power Technology として 21 世紀の世界の環境、エネルギー、資源に貢献すべく、住友電工は開発を進めてきた。そして、ビスマス系超電導線の“実”商業化をもたらすひとつの大きな一歩が最近、踏み出された。その一歩を CT-OP という。
ConTrolled(制御された)OverPressure(過圧)により、今まで得られなかった理論密度 100%のビスマス
超電導材料を実現することができたのである。これにより、混ぜ合わせた 6 つの元素(Bi,Pb,Sr,Ca,Cu,O)から純粋なビスマス 2223 相を得るための熱処理において、反応ガスの膨張
1000m 級ビスマス超電導線に起因する部分的損傷を大幅に減少させ、超電導線の歩留まりを向上させることができ、1000m 級の長尺線材とコストダ
ウンの目処が立った。また、ビスマス 2223 相の高密度化により、臨界電流値は 30%、材料強度も50%以上向上した。さらに、超電導ケーブルなどの応用時、圧力により液体窒素が超電導相に侵入し、温度が上がった時に膨張して線材にダメージをもたらす“窒素膨れ”も撲滅することができた。
このように、コストダウン、性能向上だけでなく、扱いやすい線材を得る技術を CT-OP はもたらした。
第一世代と言われるビスマス系超電導線材が十分実用化する前に、第二世代と言われる希土類系線材（YBCO など）の高い性能の可能性に期待した研究開発に、世界中で国家予算がつぎ込まれている。全く新しい技術である超電導の製
SUSコルゲート品が商業化されるための、“死の谷越え”2重断熱管には、材料だけではなく、システムの同電気絶縁 (PPLP 7mm
外径φ136mm+液体窒素）
時開発が必須である。例えば、電力ケー
ブルの場合では、超電導線材はその一部
Cu撚線フォーマ
であり、絶縁、冷却、端末、ジョイント、(φ16mm)
布設技術等々といった総合システム技術の開発なしには実用化はありえない。超電導応用製品の普及には実使用実績とユ
φ39mm
ーザーサイドの検証が必要であるため、第二世代線材のみの材料開発を重要視
超電導導体(4層)（第二世代線材が開発されないと高温超超電導シールド
電導システムは実用化されない云々）、
ア(2層)
Bi-2223
超電導線
ピールして“高温超電導技術とビジネス
3.8mmw×0.24mmt
そのものの立ち上げを遅らせるような”
ミスリードを避けるとの共通意識の熟成
３相一括型超電導ケーブルが極めて重要である。
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特集：超電導技術動向報告会 2004
「超電導電力貯蔵(SMES)の研究開発成果と瞬低用 SMES 開発について」SMES 関連については、NEDO からの委託により平成 11〜15
年度に実施した「超電導電力貯蔵システム(SMES)技術開発の成果と今後の課題」について、(財)国際超電導産業技術研究センターの辰田常務理事から報告があり、続いて中部電力により開発された「瞬時電圧低下補償用 SMES」について(株)中部電力の長屋
チームリーダーより報告があった。
「超電導電力貯蔵システム(SMES)技術開発」については、開発対象を市場ニーズがあり実用化の可能性が見込まれる系統安定化用途および負荷変動補償・周波数調整用の小規模な電力系統制
講演風景（ISTEC 辰田常務）
御用 SMES に的を絞り、コイルを主体としたコスト低減技術開発を行った結果、モデルコイルの設計・製作、性能検証試験によりコスト低減と性能の両立性を検証・確認できたことが報告された。これらのコスト低減技術開発とともに、高温超電導 SMES の技術調査についても実施しており、Bi2212 ラザフォード導体を用いた 1 ターンコイルを伝導冷却下にて世界初の 4kA（at 26K）の通電に成功するなど、更なるコスト低減に資する酸化物系高温超電導 SMESの実現可能性の見通しを得たとの調査結果が報告された。今後はこれらの成果を踏まえ、トータルシステムとしての低コスト化などを行い、信頼性実証を経た後、2010 年代には SMES の実用化が実現することに期待していることが述べられた。
中部電力の「瞬時電圧低下補償用 SMES」は、瞬時の電力補償に適している SMES を精密機器の製造ラインを有する工場に設置し、ライン停止等の損害を回避することを目的としたもので、平成
15 年 7 月からシャープ(株)亀山工場に設置し、フィールド試験中にある。今回開発した SMES は、補償動作後に電流をゼロとし、クエンチに対する裕度を小さくすることで SMES コストを低減したことなどの特長を持っていることが述べられた。
今後は 10MVA クラスの SMES を同工場に設置し、一括補償を図ったフィールド試験を行うとともに酸化物コイルを用いた瞬低用 SMES の開発に取り組んでいく予定であることが報告された。
このように、
電力系統制御用および瞬時電圧
低 下 補 償 用
SMES については、着実に実用化の姿が見えつつあり、今後の開発動向が注目されるとともに、
更なる用途の拡大にも期待した
シャープ(株)亀山工場の位置及び外観い。
なお、本報告内容の一部は、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO 技術開発機構）から委託を受けて実施されたものによる。
（ISTEC 調査･企画部 丸山敦志）
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特集：超電導技術動向報告会 2004
「超電導 SFQ デバイス開発の進捗とネットワーク機器実用化への課題」

ISTEC-SRL では、平成 14 年度より NEDO の「低消費電力型超電導ネットワークデバイス」プ
ロジェクトの下で超電導単一磁束量子(SFQ)デバイスの開発を進めている。高度情報化社会の進展に伴いより大容量の情報を高速処理するネットワーク機器が必要となるが、シリコン LSI は微細加工、発熱、リーク電流等による性能の限界が見えてきており、シリコン LSI の性能限界、消費電力増大をブレークスルーする技術として超電導 SFQ デバイスの開発を行っている。大規模集積化が可能なニオブ系低温超電導デバイスに関しては、基幹ネットワークノードに設置されるルータやサーバへの実用化を目指し、材料が複雑であるが小型クーラで動作可能な酸化物系高温超電導デバイ
スに関しては、無線基地局用広帯域 AD コンバータなどアクセス系ネットワーク機器や研究開発用の超高速計測機器をターゲットとしている。プロジェクトでは、これらの機器の主要部品プロトタ
イプの性能実証を目標とし、実用化に必要な集積度の向上のためのプロセス技術、回路設計技術の開発を併せて行っている。
ニオブ系低温超電導デバイスについては、6 層の超電導層を含む平坦化積層構造や 1 平方ミクロ
ンサイズのジョセフソン接合作製技術などが開発され、10 万個のジョセフソン接合（JJ）を含む80 GHz 高速動作の SFQ 回路実現を可能とする次世代集積化プロセスの基盤が確立された。また、
SFQ 回路設計技術に関しては、
半導体 LSI と同様のトップダウン設計技術の構築を目指しているが、ライブラリに登録されたゲートセルを、ピコ秒のクロック‐信号間のタイミング調整をしながら自動配置するソフトウェアを開発し、18 万 JJ 規模の回路設計が可能となった。この設計技術を用い、4x4 SFQ クロスバスイッチ（4200JJ）の 40 GHz 動作やビットシリアル型のマイクロプロセッサ（6300JJ）の 16 GHz 動作（設計は再委託の名大、横国大による）が実証され、ISSCC 等に採択されるなど高い評価を受けた。平成 16 年度末からは、次世代プロセスが本格稼働し、数万 JJ 規模回路の動作が期待できる。我々は、高いパケット処理能力をもつ SFQ スイッチと半導体ラインカー
ド（パケットの前処理を行うプロセッサ）を組み合わせることにより、2010 年頃に必要になる数十
Tbps クラスの大容量 IP ルータを実現するという実用化シナリオを描いているが、SFQ 回路と室温の半導体デバイスをつなぐインターフェイス、実装技術の開発を加速し、システム専門家から評価してもらえるデモをできるだけ早く行うことが重要と考えている。
一方、平成 15 年度よりプロジェクトに加わった高温超電導デバイスに関しては、酸化物系薄膜
積層構造の表面平坦性の改善などにより、集積回路プロセスの再現性が大幅に向上し、100 個のジョセフソン接合を含む回路の動作が可能となった。また、実用化ターゲットの一つであるサンプラ
ー回路については、45 GHz の高速電流波形観測が実証され、最終目標の 100 GHz 波形観測に向け開発が着実に進展している。帯域を主に制限している実装技術の開発と、クーラの一層の小型化が実用化への重要な課題と考えている。
なお、本報告内容は、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO 技術開発機
構）から委託を受けて実施されたものによる。
（SRL/ISTEC デバイス研究開発部長 田辺圭一）
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特集：超電導技術動向報告会 2004
「無線基地局用超電導フィルタ及びレシーバフロントエンド開発」
株式会社 富士通研究所
材料・環境技術研究所 物質研究部
山中一典

Qu (x104)

当社で進めてきた、2GHz 帯の超電導受信フィルタと、この超電導フィルタを搭載したレシーバ
フロントエンドの研究開発について、一端を以下に紹介致したいと思います。
以前にもご紹介 1),2) したように、無線の12受信装置（レシーバ）のフロントエンド部
at 2 GHz
分において、希望信号を含んだ周波数成分10を取り出すために、複数の共振回路を構成8要素とするバンドパスフィルタ回路がよくH用いられます。この場合、通過損失が小さ
6く周波数選択性を向上させるためには、共振回路の抵抗成分を小さくし高 Q 化する
4のが、重要な要素の一つであり、準マイク
L
2
ロ波やマイクロ波の周波数では、その共振回路の導体材料として、高品位の YBCO な
0どの酸化物高温超電導体が高 Q 化に効果
50
60
70
80
90
的と考えられます。1) また、上記のフロン
Temperature (K)トエンドは、
応用からすると多くの場合（ケ
ースバイケースですが）、維持が容易なよう 図１ テスト共振回路における YBCO 膜質と Qu の関係 3)
により小型が望まれることも考えられます。
以上を考慮し、2GHz 帯の酸化物高温超電導膜を用いたフィルタと同フィルタを搭載したフロン
トエンドの研究開発を進めました。YBCO 膜を例にとると、膜質により無負荷 Q 値(Qu)が異なります。図 1 は、複数種の膜試料から平面回路
型共振回路を作製し、その依存を調べた結MgO substrate
YBCO film
果の例です。3)
図 1 において、膜 H は相対的に膜密度が高く結晶性も良好な例です。
種々検討の結果、2GHz 帯の超電導受信フィルタに必要な
SMA conector
YBCO 膜条件として、膜の結晶性、粒界、析出相などと Qu 値の関係について知見を得ました。
比較的、膜質が良好な YBCO 膜を用いた
2GHz 帯超電導受信フィルタの初期の試作
3)
図 2 のフィルタは、
例を図 2 に示します。
平面回路型であり、立体回路型に比べ十分小さいと言えますが、さらにフィルタを小2004 年 6 月号

図 2 試作した 2GHz 帯超電導受信フィルタの例
3)（パッケージの蓋を開けた状態）© ISTEC 2004 All rights reserved.

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型にして、かつこの冷却のために用いる冷凍機も動作時の負荷も下げるため、共振回路パターンやフィルタのパッケージなどのさらなる開発を行いました。この開発により、小型化した 2GHz 帯超電導受信フィルタの試作例を図 3 に示します。図 2 の例では、U 字（通常ヘアピン型と言われる）形状の超電導共振回路パターンが直列に 9 個（9 段）入った回路ですが、図 3 は小型化したダブル
スパイラル形状の超電導共振回路 4) が直列に 15 個入った回路が収まった例です。5) この図 3 の小型化を反映して、IMT-2000 の移動通信システムの周波数帯に対応する 2GHz 帯超電導受信フィルタを搭載した受信増幅装置（無線基地局のレシーバフロントエンドの一種）開発が行えました（図 4参照）。5) この装置は、フィルタと低雑音増幅器など 2 系統有したダイバーシティ受信のための構成となっています。同機能の常電導型フロントエンド装置に比べて、遜色ない装置容積で、周波数選択性の急峻化と受信高感度化を達成できました。

図 3 小型化した試作 2GHz 帯超電導受信
5)フィルタの例

図４ 開発した装置

5)

参考文献
1) 山中一典、「読者の広場」、超電導 Web21、2003 年 3 月号
2) 山中一典、「マイクロストリップ型バンドパスフィルタ技術開発の状況」、超電導 Web21、2004
年 3 月号
3) Akihiko Akasegawa , Kazunori Yamanaka, Teru Nakanishi, and Manabu Kai, FUJITSU Sci.
Tech. J., 38, 1, p31-38, June, 2002.
4) 甲斐学、中西輝、赤瀬川章彦、山中一典：電子情報通信学会ソサイエティ大会、SC5-3（9/13
発表）、2002 年.
5) 富士通プレスリリース、 http://pr.fujitsu.com/jp/news/2002/09/20.html 、2002.9.20．

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超電導関連 6−7 月の催し物案内

6/10-15
5th International Conference on New Theories, Discoveries and Applications of Superconductors
and Related Materials (New3SC-5)
Chongqing, China
E-mail: new3sc@phys.subr.edu.
6/21
第 30 回超伝導シンポジウム
場所：科学未来館みらい CAN ホール（江東区）
主催：（社）未踏科学技術研究会 超伝導科学技術研究会
問合せ：Tel:03-3503-4681、Fax:03-3597-0535
6/28
超伝導分科会第 29 回研究会「高温超伝導材料の高度化と強磁場応用」
場所：東京海洋大学 越中島會舘 セミナー室 3-4
主催：応用物理学会超伝導分科会
問合せ：Tel:03-5245-7702、E-mail:nsakai@istec.or.jp（坂井直道）
7/19-23
The 20th General Conference of the Condensed Matter Division
場所：Prague, Czech Republic
主催：European Physical Society
7/25-30
第 14 回超高速現象国際会議
場所：朱鷺メッセ、新潟市、新潟県
主催：応用物理学会、日本物理学会他
問合せ：Tel:03-5841-4227、Fax:03-5841-4165
E-mail:fujiyama@femto.phys.s.u-tokyo.ac.jp
7/26-30SCES704 The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
場所：Karlsruhe, Germany（編集局）

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新聞ヘッドライン（4/20-5/20）○発電機・エアコン一体化 エネソルなど コスト 2 割削減 4/20 日経産業新聞○超電導向け新ライン 導線被覆加工 東京ワイヤー 3 年後売上高 2.5 倍に 4/22 日刊工業新聞○超電導体を用いた 500 メートル送電線の試験 電力中央研 4/22 日経産業新聞○開放型の MRI 室 鹿島 精神的配慮から開発 4/22 日経産業新聞、4/23 フジサンケイ・ビジ
ネスアイ○乗車率 20%以下で苦戦 上海リニア 運賃値下げで巻き返し 4/23 フジサンケイ・ビジネスアイ○米科学技術予算バッサリ 国防・テロ対策重視「省エネ」26%「環境」10% 4/23 読売新聞（夕）○医療ルネサンス 頭痛の新常識 症状の裏に 別の病気も 4/23 読売新聞○「愛・地球博」開催に備えて JR 東海新幹線の輸送力増強 目玉パビリオン JR 東海超電導リニ
ア館 4/24 フジサンケイ・ビジネスアイ○6 極の次官級 来月にも会合 国際熱核融合炉誘致 4/25 朝日新聞
○宇宙の底で いのちの不思議を追って 4/27 朝日新聞
○磁場強度世界最高記録（21.9 テスラ）の達成 4/28 読売新聞
○超電導磁石の発電機 技術組合が実用にめど 5/1 フジサンケイ・ビジネスアイ○全身のがん 一度でくまなく検査 MRI で撮影 放射線を使わず安価で鮮明な画像 東海大教授
らが開発 5/3 毎日新聞
○脳科学 実社会に応用 効果的教育や産業育成 画像で活動観察 能力判断、慎重さ必要 5/5
日本経済新聞○核融合の実験結果 立体画像で表示解析 原研など ITER にも活用 5/7 日本経済新聞○住友電工 超電導の電線量産 コスト大幅減 送電能力 130 倍 「国産」特許・材料を駆使 5/10
日本経済新聞○シャープと中部電力が新型補助電源 世界最大級、出力 1 万キロワット 大型液晶テレビ工場に導入へ 5/10 フジサンケイ・ビジネスアイ○高温超電導線材の実用化 銅線比 130 倍の送電能力 冷却維持や接合などクリアで夢も実現
5/12 日刊工業新聞○ナノホール素子プローブ顕微鏡 温度可変で広範囲に走査 東工大 圧電・ホール素子部を分離
スピン素子 超電導 LSI 評価に応用可能 5/14 日刊工業新聞○超電導で金属検出 AFT 食品・医薬に混入防止 5/20 日経産業新聞

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Fax: 03-3431-4044【ビジネストレンド】超電導速報 ― 世界の動き（2004 年 4 月）

電力
American Superconductor Corporations (2004 年 4 月 5 日)
American Superconductor Corporation (AMSC)は、ニュージーランドの Industrial Research
Limited (IRL)の研究から生まれた新しいビジネスを行う HTS-110 社の 20%の株式を取得したと発表した。HTS-110 社は、エンドユーザー向け HTS コイル、磁石等の他、AMSC 社の線材を使ったオリジナル機器の設計・製造を行っている。株式取得の対価は、コイルの特許や、設計、製造ノウ
ハウを含めた AMSC 社の CryoSaver ®電流リードのビジネスを HTS-110 社に移転することで支払われた。HTS-110 社社長 Geoff Todd は、「世界中の多くの会社が、それぞれの製品の性能を向上させるためにいかに HTS 技術を利用するかを検討している。
これらの会社と協力関係を結ぶことで、開発コストを削減したり、新製品市場投入までの時間を短くしたりすることができる。
」と語った。
HTS-110 社の製品やサービスは、現在のところ科学用機器向け電磁石及び高速発電機であるが、将来は加速器や磁気分離といったより幅広い応用分野に広げていきたいとしている。
（出典）“American Superconductor Takes Equity Stake in New Company to Address Market for High
Temperature Superconductor Components”
American Superconductor Corporations press release (April 5, 2004)
http://www.amsuper.com/html/newsEvents/news/10335061601760.html

材料Superconductive Components, Inc. (2004 年 4 月 6 日)
Superconductive Components, Inc.は、2003 年 12 月 31 日に終了する第 4 四半期の収支を発表した。収入は、前年同期の 595,239 ドルから 374,114 ドルに減少した。赤字幅は前年同期の 65,003
ドルから 166,022 ドルへと拡大した。
売り上げが 37.1%も減少したことが、その最大の理由である。
事務所移転経費のような出費はあったものの、一般経費はスタッフの減少もあって前年同期に比べ減少した。同社社長 Dan Rooney は、「受注は 2003 年に景気が好転してきたために改善に転じた。
営業努力もあって光学分野での新規顧客が獲得でき、その内の数社からは注文も寄せられている。
」と述べた。
2003 年通年（2003 年 12 月 31 日締め）の収入は、2,268,488 ドルで対前年比 23%の減少であった。また、製品販売総額は、2,021,653 ドルで対前年比 25.2%の減少であった。売り上げの減少は市場が軟調であったためである。2003 年の契約収入は、246,835 ドル（2003 年 254,462 ドル）であった。グロス・マージンは、2002 年の 617,815 ドル（総売上の 20.9%）に対し、2003 年は 302,656ドル（総売上の 13.3%）であった。
（出典）“Superconductive Components, Inc. Reports Fourth Quarter Results”
Superconductive Components, Inc. press release (April 6, 2004)
http://www.sciengineeredmaterials.com/ne/earnings/scci43.htm

NMR
Oxford Instruments and Varian, Inc. (2004 年 4 月 19、20 日)
Oxford Instruments と Varian, Inc.は、両社で共同開発した 400〜600MHz 帯の NMR 磁石

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ActivelyCooled™を発表した。従来型磁石は冷媒に関してのメンテナンスが必要であるが、ActivelyCooled™はヘリウム再液化技術を採用している。冷媒の操作や再充填に必要な設備等が経済性の観点から利用困難な場所においても NMR 磁石の使用が可能となるため、ActivelyCooled™磁石により、より幅広いユーザー層の利用が可能になると期待されている。冷媒の充填のための装置
停止時間も少なくてすむ。液体窒素タンクも不要になるため、装置がコンパクトにもなる。Oxford
Instruments によって開発された ActivelyCooled™技術には、冷凍機としてパルスチューブ冷凍機を採用しているが、これは NMR の冷却に対する要求に適合するよう最適化されている。また、冷却部分に可動部がないため振動が抑えられる。これは NMR にとって非常に重要なことである。シス
テムの面でも、24 ヶ月もの間、停止時間や機器サービスのためのインターバルを最小にするよう設計が最適化されている。新製品は 10〜12 ヶ月後に出荷が可能になる。
（出典）“ActivelyCooled™: a new cryogen-free technology for NMR”
Oxford Instruments press release (April 19, 2004)
http://www.oxford-instruments.com/SCNNWP723.htm“ACTIVELYCOOLED™: A NEW CRYOGEN-FREE TECHNOLOGY FOR NMR”
Varian, Inc. press release (April 20, 2004)
http://www.corporate-ir.net/ireye/ir_site.zhtml?ticker=VARI&script=410&layout=-6&item_id=516506

通信
HYPRES, Inc. (2004 年 4 月 1 日)
Hypres, Inc.は、米国陸軍 Communications-Electronics Research, Development, and Engineering
Center (CERDEC)との間で、2 つのフェーズⅡSmall Business Innovative Research (SBIR)契約を締結した。これらはアナログ／ディジタル・コンバーター(ADC)及びダイレクト・ディジタル・シン
セサイザーの開発に関する契約である。2 つの契約で 150 万ドル以上である。2 つのデバイスともにソフトウェアー無線のような次世代電子システムを目標にしており、これらは国防総省 JTRS プ
ログラムの下で開発が進められる。John Nunziato 部長（Wireless Technology & JTRS at the
CERDEC Space & Terrestrial Communications 部）は、
「HYPRES の技術は素晴らしい。その技術を使えば JTRS クラスターⅠプログラム向けに設計された無線技術におけるサイズ、重量、消費電力といった障害が効果的かつ実質的に処理できる。
」と語った。受信機の面では、多重ブロードバン
ド ADC フロントエンドを、ダイナミックレンジ 2〜200MHz 受信バンドにまで最大化して設計することが可能となる。開発が同時進行しているディジタル・チャネライザー及びクロス・コリレータ
ーと共に、ADC 変調器が HYPRES 多チャンネル・ワイドバンド・レシーバー・アーキテクチャーの心臓部をなす。ダイレクト・ディジタル・シンセサイザーは、200MHz を超える周波数帯の信号を変調して中心周波数の最高値で 2GHz までの純粋なスペクトル波形を合成する。L バンドアナロ
グ／ディジタル・コンバーター(ADC)及びダイレクト・ディジタル・シンセサイザーは、汎用にしろ、軍用にしろ、完全ディジタル化 RF トランシーバーの実現のために必須である。HYPRES は、
海軍研究所とともに、SBIR フェーズⅢとして全ディジタル RF レシーバーの開発を進めている。
（出典）“HYPRES, Inc. Awarded Two Contracts From The U.S. Army To Develop Joint Tactical Radio
System Technology”
HYPRES, Inc. press release (April 1, 2004)
http://www.hypres.com/pages/new/bnew_files/PR_CECOM_SBIR_%20040104.htm
ISCO International, Inc. (2004 年 4 月 29 日)
ISCO International Inc. (ISCO)は、2004 年 3 月 31 日に終了する 2004 年第 1 四半期の収支を発表した。純収入は、前年同期 1,235,000 ドルに対し当期は 422,000 ドル。グロス・マージンは前年同期の 49%から 27%に低下した。これは固定費を十分吸収しきれなかったためである。収入減にも2004 年 6 月号

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かかわらず、純損失は前年同期の 3,151,000 ドルから 1,958,000 ドルに減少している。これは、主として現在控訴中である特許訴訟費用の減少によるものである。
同社社長 Amr Abdelmonem は、「第1 四半期における収支の明るい側面はボトムラインが引き続き改善していることである。第 1 四半期には期待した収入は得られなかったが、効率は向上しており、訴訟費用も減少している。これらの状態は、収入こそ低いものの、前年同期に比べはるかに改善されている。
」と語った。
（出典）
Source:“ISCO INTERNATIONAL REPORTS FINANCIAL RESULTS FOR THE FIRST QUARTER 2004;
ADDS MICHAEL FENGER TO ITS BOARD OF DIRECTORS”
ISCO International, Inc. press release (April 29, 2004)
http://www.iscointl.com/
Superconductor Technologies Inc. (2004 年 4 月 29 日)
Superconductor Technologies Inc. (STI)は、2004 年 3 月 31 日に終了する 2004 年第 1 四半期の収支を発表した。全純収入は、前年同期 760 万ドルに対し、当期 540 万ドルであった。商品売上は、
前年同期 510 万ドルに対し、当期 320 万ドル、一方、政府契約収入は、前年同期 250 万ドルに対し、当期 220 万ドル。純損失は、前年同期 830 万ドル（訴訟費用 400 万ドルを含む。
）に対し、当期は 560 万ドル（訴訟費用 227,000 ドルを含む）。STI 社は、干渉がひどくなることに伴う需要増大もあって第 1 四半期に製品の品揃えを拡大し、SuperLink Rx フロントエンドにアップグレード可
能な現行 PCS 無線ネットワーク向け地上局高感度ソリューション AmpLink ™ Rx をラインアップに加えた。2004 年後半には売り上げの新記録がでるものと期待している。第 2 四半期の収入見込
みは 600〜700 万ドル。
（出典）“Superconductor Technologies Announces First Quarter 2004 Results”
Superconductor Technologies Inc. press release (April 29, 2004)
http://ir.thomsonfn.com/InvestorRelations/PubNewsStory.aspx?partner=5951&storyId=112954

基礎
Russian Academy of Sciences and Los Alamos National Laboratory (2004 年 4 月 1 日)
Russian Academy of Sciences 及び Los Alamos National Laboratory の研究者は、立方晶ダイアモ
ンドで超電導現象を発見したと発表した。これによりダイアモンドを使った新しいデバイスの可能性が開け、同時にダイアモンド構造を持つシリコンやゲルマニウムでも超電導の可能性が出てきた。
超電導はボロンをドープしたダイアモンド構造を持つ炭素材料で発現する。その材料はロシア科学アカデミー高圧物理研究所で超高温、超高圧化で合成された後、Los Alamos National Laboratory
で測定が行われ、超電導の性質を持つことが見出された。ボロン原子は炭素原子より電子が 1 個少なく、ダイアモンドへのドープが容易である。このように合成されたダイアモンドは電荷キャリアーを持つ。キャリアー数の少ないものはトランジスターに適し、キャリアー数の大きいものは超電導体（Tc=5.37K）になる。研究結果は Nature 2004 年 4 月 1 日号に掲載される。
（出典）“Superdiamonds? - Scientists discover superconductivity in diamond”
Los Alamos National Laboratory press release (April 1, 2004)
http://www.lanl.gov/worldview/news/releases/archive/04-024.shtml(ISTEC 国際部長 津田井 昭彦)

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標準化活動 6 月のトピックス−国際超電導センター・電気学会、超電導送変電機器標準化データ調査に合意−（財）国際超電導産業技術研究センター（ISTEC）（理事長：荒木 浩）と（社）電気学会（会長深尾 正）は、超電導電力ケーブル、超電導限流器及び超電導変圧器に係わる標準化データの調査事業に平成16年5月18日付けで合意した。なお、本事業の実施期間は、平成16年5月から同年12月までの7ヶ月間である。
この事業は、超電導発電関連機器・材料技術研究組合が新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）（現独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO技術開発機構））から受託し平成12年度から平成16年度までの5年計画で実施している国家プロジェクト「交流超電導電力
機器基盤技術研究開発」の中の「導入効果等の調査」の一環として電気学会が受託している事業に係わる。
事業内容は、①まず、超電導発電関連機器・材料技術研究組合において実施された同プロジェク
トの成果である超電導電力ケーブル、超電導限流器及び超電導変圧器に係わる学術論文及び技術情報書に基づき、標準化に適合する対象項目を抽出する。②すでに、標準化適合項目の抽出作業は一部着手されており、超電導電力ケーブル、超電導限流器及び超電導変圧器の試験通則が想定されている。③さらに、これらの試験通則はわが国の研究開発プロジェクトの成果を根拠としたものであることから、その完成度と市場適合性を考慮して技術仕様書（TS: Technical Specification）としての書式にまとめることが妥当であると想定されている。
この事業の実施にあたり、同プロジェクト並びに電気学会の技術的指導のもとに、超電導標準化委員会並びに電力ケーブルワーキンググループ、限流器ワーキンググループ及び変圧器ワーキンググループ体制をISTEC内に組織し、送変電機器に係わる在来技術者及び超電導技術者の総力を結集した短期達成型の事業体制で臨むこととなっている。
この事業の成果は、最終的には国際的規範文書に反映すべく、IEC/TC90（超電導）の国際幹事国であるわが国の国内IEC/TC90超電導委員会に諮り、この委員会を通じて国際規格原案として
IEC/TC90へ提案することを意図している。

（ISTEC標準部長 田中靖三）

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低温工学協会新磁気科学調査研究会第 3 回研究会報告
物質･材料研究機構
強磁場研究センター 材料・プロセスグループ
廣田 憲之
低温工学協会 新磁気科学調査研究会の 2003 年度第 3 回研究会が、2004 年 4 月 7 日、東京大学
本郷キャンパスにて開催された。今回は、東京都立大の山登正文先生をお招きし、「強磁場を利用した新規高分子光学素子開発を目指して」というタイトルでご講演頂いた。
講演内容は大きく分けて 1)結晶性高分子磁場配向メカニズム、2)磁気トルクを利用した高分子プ
ロセッシング、3)磁気力を利用した高分子プロセッシングについてであった。
1)結晶性高分子磁場配向メカニズムに関しては、溶融した高分子試料が結晶化する際の核密度（核となりうる構造の密度）と結晶化速度・配向度との関連が論じられた。溶融温度が高い場合には、核となる構造が残っていないためそもそも結晶化しづらく、結晶化した場合でも少数の核から巨大な球晶が等方的に成長するため、配向を観測することは難しい。しかし溶融温度が低い場合には、溶融前に存在した結晶に由来する構造が多数存在していると考えられ（メルトメモリー効果）、その構造が結晶核となり結晶化が促進される。またこれらの多数の核から同時に結晶成長するため、強大な球晶の生成が阻害され、結果的に磁場による配向が観測されると考えられる。
講演では、これらのメカニズムと共に、IPS を用いた実際の実験で、溶融温度が低いほど結晶化が促進され、配向度が高いことが確かめられたことが紹介された。また、磁場の印加についても、結晶核が溶融試料内で配向可能な、粘性の低い段階での印加のみが有効であるとする結果が示された。
2)の磁気トルクを利用した高分子プロセッシングでは、上述のように結晶化時の核密度を高め、磁場印加によりこれらの核を磁気トルクで配向させることで、配向した高分子試料を作成できることが例示された。また、溶融された試料中に結晶核となりうる核剤を入れ、核剤を磁場配向させる
ことでも磁場配向が観測されたことなどが示された。
磁場配向の場合は、磁場の透過性のよさから、厚みのある材料の内部まで均一に配向させることが可能であり、今後の新規なデバイスの開発等が期待できると考えられる。
3)の磁気力を利用した高分子プロセッシングでは、二通りの実験が紹介された。まず、これまで直接作ることの出来なかった φ〜10 mm 程度の高分子球を磁気アルキメデス浮揚状態で作製可能であることが示された。また、鉄とアルミなど磁性の異なる物質を組み合わせることで磁場内にポテンシャルを作り出し、数十 µm 程度の微粒子がポテンシャルの形状に沿ってトラップされること（微粒子のパターン化）が示された。ポテンシャルの形状によっては微粒子を一列に並べることなども可能であることが示され、今後、磁場を利用したナノテクノロジーへの発展も期待される。
高分子材料の溶融凝固プロセスは金属や合金のケースとは状況が大きく異なり、融点や結晶の概念が異なる。
構造が複雑なために未解明の点も多く、なかなか完全な制御とまでは行かないようで、
プロセッシングの難しさも感じられた。しかし、それだけに、まだまだ興味深い現象が見出される余地もあり、今後の展開に期待が持たれる。
新磁気科学調査研究会は 2003 年度を持って活動を終了するが、2004 年度からは「新規磁場応用に関する調査研究会」として発展的に継続することとなった。引き続き、今後も各方面からの支援をお願いしたい。
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韓国超電導ワークショップ（DAPAS ワークショップ）報告
韓国の超電導開発プロジェクトである DAPAS（Dream of Advanced Power system by Applied
Superconductivity technologies)計画の第 1 期（2001 年 7 月〜2004 年 6 月）の結果を踏まえ、韓国
CAST（Center for Applied Superconductivity Technology)の主催で平成 16 年 4 月 19 日から 23 日の間 DAPAS ワークショップが開催された。参加者は、主催者側の情報によれば、韓国内から 130 名、韓国外から 20 名。
初日の行事に続き会議は以下の日程で進められた。
20 日；HTS 応用開発（Cable、変圧器、モーター、誘導型 FCL、抵抗型 FCL 他）
21 日；招待講演（CAST、ORNL、電中研、精華大学、Pohang 工業大学、LANL、住友電工）
22 日；HTS 次世代線材開発（基板、IBAD、PVD、MOCVD、MOD 他）
23 日；LG Cable 社の 22.9kV/50MVA,3 φ,30m ケーブルデモ試験施設見学
韓国における、超電導開発は Center of Applied Superconductivity Technology (CAST)を中心に進められており、この超電導開発プロジェクトは「超電導応用技術による先端的電力システムの夢(DAPAS；Dream of Advanced Power system by Applied Superconductivity technologies)」と称されている。DAPAS プロジェクトは、韓国科学技術省(MOST)の資金による「21 世紀におけるフロン
ティア研究開発国家プロジェクト」の一部。このフロンティア研究開発プロジェクトは、国の競争力を増強することにより、韓国における生活の質を向上させ、先進経済を推進することを目的に
1999 年に発足。フロンティア計画は、超電導に関する DAPAS プロジェクトを含む 23 の分野で実施中である。韓国 DAPAS プログラムは、2001 年度に 10 年計画（第 1 期：2001 年度〜2003 年度、第 2 期；2004 年度〜2006 年度、第 3 期；2007 年度〜2010 年度）でスタートした。超電導予算は、2001 年度〜2010 年度の 10 年間で政府 1 億ドル、民間 4600 万ドルを負担する予定。2001 年度〜
2003 年度の第 1 期は、毎年政府から 1000 万ドル、民間から 400 万ドルの資金が供給されてきている。CAST は Director の下、事務部門と研究グループから構成される。研究グループは、それぞれの所属機関で研究を実施している。
DAPAS 計画における電力関係の研究開発テーマ及び主な研究機関は以下の通り。
主要分野
電力機器

次世代線材

研究対象
地下ケーブル
変圧器
リアクトル故障電流制限器
抵抗型故障電流制限器
モーター
PVD for 2G
MOCVD
MOD
IBAD
共通技術
電力系統応用技術

主な研究機関KERI/LG Cable
KPU/Hyunsong Corp
Yonsei Univ.
KEPRI/LG IS
KERI/Doosan 重工
KERI
KAERI
KIMM
ソウル国立大KERI
KERI

次世代線材については、第 1 期の目標は 1m 長、100A/cm-width 程度であるが、第 2 期の末（2007
年 6 月頃）には、100m 長、250A/cm-width を狙うとしている。

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会議最終日には、LG Cable の Electric Power Research Center（亀尾）に設置されている
22.9kV/50MVA,3 φ,30m ケーブルデモ試験施設を見学した。試験設備はほぼ完成しており、5 月から稼動を始め、年内試験を行う予定。
韓国の超電導開発は、応用開発、線材開発ともに、3 年足らずの短い期間でありながら、非常に頑張っており、研究開発は急速に立ち上がっている。今後の健闘を期待したい。
（注） KERI；Korea Electrotechnology Research Institute
KPU； Korea Polytechnic University
KEPRI；Korea Electric Power Research Institute
LG IS；LG Industrial System
KAERI；Korea Atomic Energy Research Institute
KIMM；Korea Institute of Machinery & Materials(ISTEC 国際部長 津田井 昭彦)

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ICEC20（第 20 回国際低温工学会議）報告
高エネルギー加速器研究機構
素粒子原子核研究所
春山富義
ICEC20（第 20 回国際低温工学会議）は 2004 年 5 月 11 日〜14 日、中国北京で開催された。会場は北京の“シリコンバレー”と呼ばれる学園都市内の北京友誼飯店であった。中国での開催は前回の ICEC13 から 14 年ぶりとなる。参加者数は 17 カ国からおよそ 356 名、151 名が外国からで、フランス 25 名、スイス 22 名、そして日本から 18 名の参加があった。直前の SARS 発生ニュースにもかかわらず会議は盛会であった。8 件のプレナリーを含む 350 件が 3 つのパラレル口頭発表とポスター発表によって行われた。併設展示では中国の 10 社を含む 19 社が最新低温装置の紹介を行っていた。
Committee Chairperson の Guy Gistau と現地実行委員長の Liang Zhang 両氏によるオープニン
グに引き続き、初日のプレナリーとして中国科学院プラズマ物理研の P. Weng 氏による EAST 超伝
導トカマクについての講演が行われた。旧称 HT-7U プロジェクトは総予算 2,000 万ドルで 3.5T のトロイダル磁場を発生させる。ヘリウム冷凍機システムは CICC を 3.8K で冷却するため、冷凍能
力は 2kW＠4.4K+11kW＠80K とのことである。ロシアなどから冷凍機のパーツを購入し中国で組上げる方針だ。2 日目はドイツマックスプランク研究所の D. Lemke 氏が New Generation of Cooled
Infrared Telescopes という題で超流動ヘリウムを宇宙でのセンサー冷却に使う技術の進歩について、また日大の松原洋一氏がパルス管冷凍機の将来についてそれぞれ講演した。
3 日目のプレナリーは、低温材料の開発状況について中国科学院金属材料研の Y.Y. Li 女史が、またオックスフォードインスツルメンツの V. Mikheev 氏がパルス管冷凍機を用いたヘリウム 3 の断熱膨張による無冷媒 270mK 装置開発と性能について報告した。
最終日のプレナリーはドイツDESY研究所の B. Petersen が次期大型リニアコライダー
TESLA プロジェクトについて、超流動ヘリウ
ム温度で冷却される超電導空洞の開発を中心に講演を行った。引き続き、メンデルスゾー
ン賞の授賞式が行われ、長年、国際低温工学の発展に尽力された Ingrid と Gustav Klipping
夫妻が受賞、生前のメンデルスゾーンや大島恵一両氏の思い出を交えた記念講演を行った。
閉会式で次回 ICEC21 が 2006 年 7 月にチ
ェコのプラハで開催されることが発表され 4日間の会議を終了した。閉会式後には中国科
学院低温研究所、電工研、宇宙ロケット試験
センターなどへのテクニカルツアーがあり、
ICEC20 オープニング（2004 年 5 月 11 日）
ツアーから帰った多くの参加者は最終日のバンケットに参加、旧交を温め、新しい出会いを求めていた。
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Fax: 03-3431-4044【隔月連載記事】
ITER 超電導コイル開発への道のり（その 3）
日本アドバンスト・テクノロジー株式会社
安藤俊就
4. 核融合炉用超電導コイルの開発研究の進展
4.1 開発研究計画の概要
日本における核融合炉用超電導コイルの開発研究が本格的に行われるようになったのは、核融合の臨界条件を目指す JT-60 装置の建設が決定され、次のステップである実験炉を具体的に検討せざ
るを得なくなってきた時(1975 年)である。その進め方については科学技術庁・原子力局･核融合会
議で議論され、実験炉の建設までに行うべく開発研究の計画が示された。8) そして、その執行の中心的役割を担う原研に超伝導磁石研究室が 1977 年に創設された。その計画は初期の段階では予定通り進められたが、その後は必ずしも予定通りとは行かなかった。その要因の一つが国際協力によるプロジェクトの遂行である。開発研究には多大の時間と費用が必要となり、その効率化のためには国際協力が有効な手段となる。そのもっとも象徴的なプロジェクトが実験炉そのものであり、国内計画ではなく国際計画の ITER となった。表 3 に実験炉に向けて実際に原研で遂行された、または参加した超電導コイルの開発プロジェクトを示す。最初は直流励磁するトロイダル磁場（TF）コ
イルの開発プロジェクトであるクラスター・テスト計画 9) と国際協力である大型事業(LCT)コイル
計画、10) 次にパルス励磁するポロイダル磁場(PF)コイルの開発プロジェクトである実証ポロイダ
ル･コイル計画 11) が進められた。これらの計画の成果でトカマク型核融合炉用超電導コイルの開発
表 3 核融合炉用超電導コイルの開発プロジェクト

年
開発区分
ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ
主題

主成果

1977 〜1987
トロイダル磁場コイルの基盤開発·クラスターテスト計画·大型コイル(LCT)計画·トロイダル配置超電
導コイル
·容器あり
·コイルの高剛性·Nb3Sn 導体の大電流化·CTC:7T-2.1kA·TMC:12.2T-6.4kA·LCT(J):9.1T-11kA

1985 〜 1992
ポロイダル磁場コイルの基盤開発·実証ポロイダルコイル
計画·パルス励磁·容器なしコイル·低交流損失導体

1991 〜 2002
ITER 設計実証·DPC-U2:5.3T-0.06T/s·DPC-EX:7.1T-14.2T/s·US-DPC:7T-7T/s·CSMC:13T-46kA-0.4T/s·TFMC:10T-80kA·Nb3Al Insert:12.5T-60kA·ITER-EDA(工学設計活動)·ITER 実機導体を用い、同じ巻き線構造でコイルを製作
し設計の妥当性の確認

CTC:クラスターテスト計画において NbTi 導体で製作したクラスターテストコイル
TMC:クラスターテスト計画において Nb3Sn 導体で製作したテストモジュールコイル
LCT(J) :日本が製作した LCT コイル
DPC-U2: NbTi 導体で製作されたコイル
DPC-EX: Nb3Sn 導体で製作されたコイル
US-DPC:米国が Nb3Sn 導体で製作されたコイル
CSMC:日米を中心に PF コイルの実証として Nb3Sn 導体で製作されたコイル
TFMC: EU を中心に TF コイルの実証として Nb3Sn 導体で製作されたコイル
Nb3Al Insert:日本が Nb3Al 導体で製作されたコイル
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ベースが出来上がり、そして実験炉である ITER のコイルの設計を実証する ITER 工学設計活動(EDA)が行われた。それらのプロジェクトで得られた成果（電流 x 最大磁場）の進展を図 10 に示す。
EDA の成果は、ほぼ ITER と同等のレベルに達している。
4.2 開発研究での課題
トカマク型核融合
炉用の超電導コイルは大型で高磁場を必要とする。さらに、パルス
励磁のコイルもあり、そのコイルによる変動
磁場に曝される。このようなコイルを開発するためには大きくは二つのことが重要となる。
一つは繰り返し応力に耐える高剛性のコイル構造を実現することである。コイルを出来るだけ一体化し、導体間、巻線部とコイル容器間の力の伝達が十分計られるようにし、コイル内の応力分布を均一化することが重要である。
コイル内に亀裂が発生、または一部分が移動す
図 10 核融合炉用超電導コイル開発の進展
ると熱が発生しコイルを常電導状態に転位させることになる。
もう一つは高電流密度で低交流損失の大電流導体を実現することである。磁気蓄積エネルギー(E)が非常に大きくなるとコイルに用いる導体の動作電流値(Io)は大きくなる。
I o = (E/2L)1/2(8)
L はコイルの自己インダクタンスを表す。耐電圧の制限から L は一定と考えると、導体の電流値が大きくなると導体のサイズは大きくなる。導体に安定に流せる電流は Stekly の(9)式で制限される。
(9)
Io ≦ (h∆T S P/ ρ) 1/2
ところで、Io：動作電流、 h∆T：導体から冷媒への熱流速、S: 超電導線材に付加した安定化金
属の断面量、P: 超電導線材に付加した安定化金属の冷却周囲長、ρ：超電導線材に付加した安定化金属の比電気抵抗である。
導体の断面が矩形で、縦横の比率を一定とすると、導体の動作電流（Io）が大きくなると導体の電流密度(J)は低下する。
(10)J ∝ Io-1/3
一方、導体の単位体積当たりの交流損失(Q)は(11)式で表される。
(11)
Q = (1/2 ρ)(dB/dt)2 (m/2 π) 2m は導体のツイストピッチを表す。m はほぼ導体の太さに比例するため、交流損失はツイストピ
ッチに比例することになる。
Q ∝ Io(12)2004 年 6 月号

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このように、コイルが大型化すると、導体の電流密度が低下し、単位体積値の交流損失は大きくなる。
これらの課題を克服しながら導体の大電流化とコイルの高剛性化の実現した高磁界大型コイルが開発されていった。
4.3 LCT 計画
核融合炉用超電導コイルの開発において最も大きな進展をもたらしたのが LCT（大型コイル事業）計画である。6 個の D 型のコイルをトロイダル磁場配置にして試験する、この IEA（国際エネルギー機関）の下で遂行された国際計画
は、元々は米国の実験炉である
米 -GE
国
スイス
米国
TNS(The Next Step)の設計の超電導コイルの実証試験として計画されたものであった。
したがって、
6 個のコイルの内の米国が担当した 3 個のコイルは、GE 社、GD
社、ウエスチング(W)社）が TNSに提案したそれぞれの設計思想で製作された。したがって、W 社が担当したコイルには TNS の設計と同じ Nb3Sn 導体が採用された。
他の 3 個のコイルは日本、EU、スEU
イスが担当し、NbTi 導体を用いて日本独自の設計で製作された。
ただし、基本設計条件として、コイルの外寸、電流値（10〜20 kA）、最大磁場（8 T）が設定された。これらのコイルの製作で最も特徴が現れたのが導体の設計であった。すなわ
ち、導体の安定性の向上と交流損失の低減を計る上で示された。導体の動作電流値(Io)は、LCT コイル
計画以前での最大値はクラスタ
ー・テスト計画におけるクラスタ
米国 -GD
米国 -W
ー・テスト・コイル(CTC)の 2 kA程度であったが、LCT コイルでは
図 11 LCT コイルの導体の構造
その 5 から 10 倍である。先に述べたように電流値が大きくなると導体の電流密度が低下するので、下がらないための工夫が必要となった。そこで Stekly の安定限界電流を高めるために従来よりも熱流速(h∆T)を上げるか周囲長(P)を大きくするかの工夫が計られ、それがそれぞれのコイルの特徴となった。図 11 に各コイルの導体の構造を示す。
日本、米国 GE、米国 GD は浸漬冷却、米国 W、EU、スイスは強制冷却で設計された。図 12 に各コイルの熱流速と冷却周囲長の関係を示す。最も冷却長を大きく設計したのが米国 W の導体で、いわゆるケイブル・イン・コンジット(CIC)導体である。一方、日本の導体は、冷却長は短いが、熱2004 年 6 月号

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流速は最も高くなっている。この高い値は導体表面を鋸刃状に加工し、さらに陽極酸化により黒化処理することにより得られた。また、交流損失の低減には、変動磁場が加わる方向の導体幅を狭くするか、幅が広い場合は導体を高抵抗物質で分割する方法が採られた。6 個のコイルはいずれも目標である 8T の磁場を安定に達成した。さらに、9T の磁場の発生が試みられ、全コイルが達成した。
しかし、スイスと米国 W ではクエンチも見られた。スイスのコイルの導体は単純なホロー型強制冷却導体で設計されており、冷却周囲長が非常に小さく安定性電流が小さいためである。米国 W は 6個のコイルの中で唯一の Nb3Sn 線材を用いた導体であったがコンジット材からの熱収縮による圧
縮歪みが大きくなり Nb3Sn 線の臨界電流値の低下を招いた。
この LCT コイル計画
は、核融合炉開発研究で最も大きな装置である
JT-60 等の臨界プラズマ装置のトロイダル磁場コイルとほぼ同等のトロイダル磁場配置で 1GJ の蓄積エネルギーをもつ超電導コイルが製作出来ることを実証し、プラズマ研究に必要な大型装置に並んだことで核融合炉用
超電導コイルの開発の中でのエポックとなった。
しかもこの計画からこれまでにない超電導コイルに対する新しい考えが生まれたことである。さらに、国際協力の進め方についても ITER に大いに貢献している。
図 12 LCT コイルの導体の熱流速と冷却周囲長
クラスター・テスト計
画と LCT 計画の成功により、トールスプラ（仏）、トライアム（日本）のトカマク型装置のトロイダル磁場コイルは超電導化されたが、パルス励磁するポロイダル磁場(PF)コイルに対しては超電導化は出来なかった。このPF コイルの超電導化の開発として、原研では実証ポロイダル磁場コイル計画が、また、ドイツのカールスルーエ研究所ではポロ計画が立ち上がり、米国は日本の計画に参加し、進められた。それらのコイルには CIC 導体が採用され、14 T/s の励磁速度 で 7T の磁場を発生することに成功し、12)ポロイダル磁場コイルに対しても超電導化が出来ることが実証された。
参考文献
8) 原子力局：核融合会議 超電導磁石分科会中間報告書 昭和 51 年 11 月
9) 安藤俊就ら：低温工学誌 19（1984）81-90
10) D. Beard et al. : Fusion Engineering and Design 7 (1988)
11) S. Shimamoto et al. : Proc. of 10th Symp. of Eng. Prob. of Fusion Reserch (1984) 1358-1361
12) T. Ando et al.：IEEE Trans Mag-27 (1991) 2060-2063

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読者の広場
Q&A
Q：イットリウム系酸化物超電導線にはたくさん電流を流せるそうですが、普通の銅線の何倍位多く流せるのですか？
A：答は、約 2 千倍です。
普通の銅線にも屋内配線、家電機器用ビニールコードなど家庭内にあるものから送電線、地中ケーブルまでいろいろありますが、身近な家電機器用ビニールコードを例に説明しましょう。
一般家庭にあるテレビ、電子レンジ、湯沸しポットなどの家電機器と壁コンセットを繋ぐビニー
ルコードには電流の流れ過ぎによる発熱や火災事故を防ぐため、室温（20 度）において 7 アンペア
（A）から 17A と許容電流が規定されています。仮にこのコードと同じ太さのイットリウム系酸化物超電導線ができたとしてこれを低温（約マイナス 200 度）に冷やせば、15,000A から 34,000A の電流を連続して流すことができます。逆に、イットリウム系酸化物超電導線を適用して家電機器用
ビニールコードと同じ許容電流を流したければ、頭髪の半分の太さもあれば十分なことになります。
銅線

イットリウム系酸化物超電導線

頭髪0.25mmx4mm〜0.1mmφ

断面寸法1mmx1mm

許容電流10A（室温20℃）
7A
から 17A

から
15,000A
20,000A（マイナス200℃）
15.000Aから 34,000A
34,000A(室温 20℃)（マイナス約 200℃）

家電機器用ビニールコードに使われている銅線は代表的な導電材料であり、その断面 1mm 角（1mmx1mm）あたり室温（20 度）で約 10A の電流を連続して流すことができます。しかし、これ以上大きな電流を長時間流すと、被覆しているビニールが溶け出し、やがて真っ赤になって溶けてしまいます。このように銅線に流せる電流に限界がある理由は、導電性に優れた銅線にも電気抵抗があるためです。銅線は、この電気抵抗と流した電流の 2 乗に比例して発熱（＝電気抵抗 x 電流の 2 乗）するため、どんどん熱くなってやがて真っ赤になって溶けてしまうのです。
一方、イットリウム系酸化物超電導線では、低温（約マイナス 200 度）に冷している限り電気抵抗がゼロであるため、たくさん電流を流しても発熱することはありません。もっとも、このイットリウム系酸化物超電導線にも限界はあります。たとえば、低温（約マイナス 200 度）まで冷さずに電流を流したり、温度が上がってしまったり、
強い磁界の中で電流を流したり、
1mm 角（1mmx1mm）の断面に許容電流を超えてたとえば 40,000A もの大電流を流したりしますと、突然電流が流れなくなったり、溶けてしまう場合があります。
（超電導 Web21 編集局）
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