超電導Web21

2001 年 6 月号

＜発行者＞ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター〒 105‑0004 港区新橋 5‑34‑3 栄進開発ビル 6F

超電導応用の省エネ効果の調査報告から
―情報通信機器の電力需要予測と超電導化の環境・省エネ効果―超電導化の環境・（財）国際超電導産業技術研究センター(ISTEC)は、新エネルギー産業技術総合開発機構(NEDO)の委託を受け「超電導応用技術の省エネルギー効果
に関する調査報告書」を平成 13 年 3月に発行した。この調査は、将来飛躍的発展と普及が見込まれる情報通信
機器とシステムの電力需要予測を行
い、機器を超電導に置き換えることによる環境、省エネルギー効果を明らかにしている。
まず今後 5 〜 10 年の各種情報通信機器に対して、画像配信など指数関
数的通信トラフィックの増加と従来技術である半導体の進歩を前提として、機器の性能、台数、稼働時間等が詳しく分析されている。つぎにサーバーと付帯空調設備は、サーバー1台
当たりの消費電力と通信トラフィッ
ク量をパラメータとして電力需要予測が行われている。
基本推計による電力需要は、2000
年の 418 億 kWh に対して、2005 年に860 億 kWh、2010 年に 3,268 億 kWh になる。これはそれぞれ現在のわが国
電力需要量の 4.3%、8.9%、33.8% とな
り、大きな電力需要となる。二酸化炭
素排出量に換算するとそれぞれ1.2%、
2.6%、9.6% に相当し、環境負荷も見過せない。
一方、サーバー、メインフレームコ

Tel(03)‑3431‑4002/Fax(03)‑3431‑4044

ンピュータ、ルータ、通信基地局用
フィルタに超電導技術を適用することによって、大幅な省エネが可能である。
2005 年で約 28%、2010 年で約 35% の省エネが見込め、環境負荷も低減できる。
これら超電導製品のうち通信用フィル
ターが既に実用化されており、次いで、AD コンバータやルータ、更に、サーバーの製品化が展望されている。集積度の向上、半導体や光技術とのインターフェース、実装技術などの開発課
題があるが、超高速・超低消費電力を特長とする超電導素子はシリコン半導体が遠からず突き当たる速度と消費電力の壁を克服しうる有力なデバイスと期待されている。
折しも、日本の IT 政策は世界最高水準の超高速ネットワーク・インフラ整備を目標に掲げ、3 千万世帯を高速イ
ンターネットに、1 千万世帯を超高速
インターネットに常時接続を可能とする計画である。最近のカリフォルニア
電力危機は旺盛な電力需要が底流にあることは誰もが認める。加速する情報化によって、電力危機が起こる恐れを回避するためにも、実用化が展望されるようになった超電導応用技術の開発
スピードアップが提言されている。
21 世紀において、わが国の国民生活の向上と経済産業の発展を維持しながら、省エネルギー、環境に貢献できる
キーテクノロジーとして、超電導技術が益々重要となってきた。
(報告書概要版のダウンロード先：
http://www.istec.or.jp/)(ISTEC調査・企画部長 上羽良信)

情報通信機器の 2010 年電力需要予測と超電導利用の省エネ効果
(ただし、
LTS
：低温超電導体，
HTS:
高温超電導体)ただし、LTSLTS：
低温超電導体，HTS:
HTS:高温超電導体
高温超電導体)3500

電力需要（億ｋＷｈ）

3000
2500

有 線 ・I T S

通 信 機 器空 調 設 備サーバー等

Ｐ Ｃ ・プリンタ等

2000
1500
1000
500
0

半導体技術

LTSが特定機器代替

HTSが特定機器代替(c) ISTEC 2001 All rights reserved.

超電導関連 6 月・7 月の催し物案内
6/10‑14
7th European conference on Advanced
Materials and Process(EUROMAT2001)
http://www.fast.mi.it/aim/
euromat.htm
場所：Italy(主催：EUROMAT2001)
6/19‑22
8th International Superconductive
Electronics Conference (ISEC'01)
http://www.rcsuper.osaka‑u.ac.jp/
isec/
場所：ｵｵｻｶｻﾝﾊﾟﾚｽ（大阪、吹田市）(主催：ISEC'01 組織委員会)
6/24‑27
第 13 回国際超電導ワークショップ
2001 International Workshop on
Superconductivity(The 5th Joint
ISTEC/MRS Workshop)(http://www.istec.or.jp/WORK/
workshopJ.html)
場所：ﾊﾜｲ州ﾎﾉﾙﾙ,USA (主催:ISTEC）
7/1‑6
International Conference on
Materials for Advanced
Technologies Symposium P:
Superconducting Thin Film andDevices
http://www.mrs.org.sg/icmat2001
場所：Singapore (主催：MRS)
7/16‑20
CEC/ICMC2001
http://www.cec‑icmc.org
場所：Madison,WI (主催：CEC/ICMC)

目 次
超電導応用の省
ｴﾈ
効果の調査報告1
超電導応用の省ｴﾈ
ｴﾈ効果の調査報告
超電導関連 6 月・7 月の催し物案内
1
2
ユビキタス情報社会とは
独立行政法人 産業技術総合研究所
2
発足
NEDO
「高機能超電導材料技術研究開発」
ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ
を ISTEC が受託
2
ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄを
3
ビジネスの鼓動
4超電導速報−世界の動き
新聞ヘッドライン
45
科学・
科学・技術の先端
超電導ｴﾈﾙｷﾞｰｷﾞｬｯﾌﾟ
ｴﾈﾙｷﾞｰｷﾞｬｯﾌﾟの神秘の神秘（
超電導
ｴﾈﾙｷﾞｰｷﾞｬｯﾌﾟ
の神秘（その 2） 6
7
読者の広場
特許情報
7
'01 年 6 月号 ‑1‑

ユビキタス情報社会とは(社)電子情報技術産業協会、(財)新機能素子研究開発協会、(財)光産業技術振興協会及び(財)国際超電導産業
技術研究センターによって構成された電子基礎・基盤研究のあり方懇談
会が 2001 年 3 月に纏めた報告書「情報通信ネットワーク機器基盤研究開発ブログラムの提案」によると、 ユ
ビキタス情報社会とは、様々な活動
シーンにおいて、時間や場所の制約を受けることなく、安全性の高い多様な情報ネットワークから必要とする情報を、誰もが意識しないで簡単に安心して活用できる社会であると定義されている。
ユビキタス情報社会という言葉は、
米国 Z e r o x 社のパロアルド研究所（PARC）の Mark Weiser 氏提唱のubiquitous computing に由来して、
このubiquitousと究極の情報社会とを組み合わせた造語として、21 世紀の社会を象徴する言葉になるつつある。
わが国は、沖縄サミット以降情報技術（IT）の遅れと IT 革命の波及性を認識し、21 世紀における社会目標である生産性向上、雇用創出並びに安定的経済成長を達成するためには、
ユビキタス情報社会を実現することにあるとの戦略を策定した。また、
今年 1月6日に施行された「高度情報通信ネットワーク社会形成基本法」
通称「IT 基本法」並びに「第 2 科学
技術基本計画」のもとに社会目標としてユビキタス情報社会を目指している。
このユビキタス情報社会実現のためには、① IT 並びにネットワーク基盤
技術開発の促進、② IT ハード産業の支援及び③ネットワーク利用産業基盤強化を総合的市場イメージの基で迅速に遂行することの必要性が明らかになっている。特に、①項に関連して「情報の流れ」と「情報のアクセス」におけるボトルネックを解消するため、光・ワイヤレスネット
ワークデバイス、光・電子デバイス、
超電導デバイス、ナノテクノロジーなどの研究開発基盤の体制整備と研究開発推進が急務とされている。中でも、超電導 SFQ を用いたルータデ
バイス、高速サーバ用超電導デバイ
ス及び超電導フィルターや広帯域超電導AD変換器などの受動ワイヤレス
デバイスがユビキタス情報社会のキーデバイスとなることへの期待は大きい。
（編集局 田中靖三）

独立行政法人産業技術総合研究所発足

NEDO「高機能超電導材料技術
研究開発」
プロジェクトを研究開発」プロジェクトを
ISTEC が受託

平成 13 年 4 月、旧通商産業省の 15 の工業技術院試験研究所を母体として、
全財団法人 国際超電導産業技術研究
国に広がる研究拠点を統合した独立行政センター(ISTEC)は、新エネルギー・産
法人産業技術総合研究所（産総研）が発業技術総合開発機構(NEDO)が公募した足した。
「高機能超電導材料技術研究開発」を受
英語表記は National Institute of
託した。
Advanced Industrial Science and
高機能超電導材料技術研究開発は、Technology (略称は AIST)である。
高温超電導マグネットを幅広く産業用
経済産業ジャーナルや産総研ホーム
機器に適用するためのビスマス(Bi)系
ページ(http://www.aist.go.jp)によれ
高温超電導線材の高性能化を図るもの
ば、研究分野の特殊性、研究のミッショである。
ン、研究開発のフェーズなどに対応しこの開発の内容は、て、様々な形態（研究センター、研究部
・ビスマス系銀シース線材の低銀比
門、研究系、研究ラボ、連携研究体など）化と高強度化を図り、より高機能なビの組織が柔軟に配置されている。
スマス系長尺線材の作製技術の開発
超電導研究は研究センター群、研究部
・より広い産業応用が可能となる異門群、研究ラボ群において、下図に示す
形（レーストラック型）コイルマグ
組織で進められている。
強相関電子技術
ネットの作製技術及びこれに付随した研究センターにおける新しい電子物性と電力供給・冷却システム技術の開発
それを用いた新規デバイスの研究、
計測・高磁場（大空間）応用等の産業応標準研究部門での電磁気標準研究、電力用に関して省エネルギーが実現可能なエネルギー研究部門での大電力の低損失
マグネット仕様の検討
輸送の研究、
エレクトロニクス研究部門
・各種高温超電導線材開発技術の動での革新的情報処理デバイスの研究、
人向調査並びに、各種産業用マグネット
間福祉医工学研究部門およびライフエレ
応用への可能性及び経済効果に関する
クトロニクス研究ラボでの非侵襲医用計
総合調査の実施である。
測・診断法の研究などの一環として、超今回の開発は、平成 13 年度から 2 年
電導に関連する最先端の産業技術研究課
間の予定で、現行の NEDO「超電導応用
題が遂行されている。
基盤技術研究開発」プロジェクト（平（ISTEC 国際部 吉田政次）
成10〜14年度、プロジェクトリーダー：
田中昭二 超電導工学研究所長）の中で実施され、平成 13 年度の研究予算は約 5 億円である（ISTEC 総務部 安住光弘）

独立行政法人 産業技術総合研究所における超電導関連組織
理事長
評価部

企画本部

環境安全管理部
フェロー
研 究 ユニット

技術情報部門研究センター

産学官連携部

強相関電子技術研究センター
研究部門

成果普及部門
国際部門

計測標準研究部門

業務推進部門

電力エネルギー研究部
門エ レクトロニ クス 研 究 部 門

能力開発部門

人間福祉医工学研究部門

財務会計部門研究環境整備部門

研究ラボ
ライフエ レクトロニ クス 研 究 ラボ
先端情報計算センター
特許生物寄託センター(c) ISTEC 2001 All rights reserved.

'01 年 6 月号 ‑2‑

ビジネスの鼓動
高温超電導体磁気分離浄水システムの実用化（財）国際超電導産業技術研究センター（ISTEC）と株式会社日立製作所
は、かねてから新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の助成事業として、樹脂含浸型高温超電導バルク体を用いた水浄化装置の開発を進めている。この度、ISTEC が 6 月 5 日都市センターホテルにて開催する超電導技術
動向報告会において、処理能力 100t/
日の試作装置の開発成果を発表することとなった。
従来この種のシステムは凝集沈殿法など数多く開発されているが、装置が大がかりである、操作がバッチシステ
ムである、浄化処理によって排出される汚泥濃度が低いことによる排出量の増大、処理時間が数時間かかるなど総合的処理能力が低いものであった。
新しく開発した磁気分離浄水システ
ムの特徴は、伝導冷却によって 40‑
50K に冷却された 33mm 角の高磁界高温超電導バルク体 11 個を装着した磁気分離ドラムと回転フィルタドラムの2 ドラムで構成することによって、連続浄化運転と高速浄化処理の目的を満足させた点にある。
浄化原理は、これら 2 つのドラムの下部を生下水に予め磁性紛と無機系凝集剤を加えたフロック混合液を接触させ、回転フィルタによって浄化水を抜き取ると同時に、フィルタ面に付着したフロックを対向する磁気分離ドラム
によって回転除去するものである。
このシステムの性能は、体格が約 1m3とコンパクトであり、汚濁粒子(SS)濃

回転膜

↓

← 汚泥

↓

膜磁気分離槽 (処理量 100m3/ 日)（株）日立製作所 提供

度が 20mg/l から 90mg/l 相当の生下水に対して、汚濁粒子除去率 90% 以上、回収汚泥含水率 96% 以下の高濃度処理能力 100t/ 日である。
このシステムの性能を凝集沈殿法などの従来設備と比較すると、除去率が同等であるにもかかわらず、設備がコンパクトで、連続浄化運転が可能であり、その処理能力が従来法の約 20 倍と著しく向上している。
また、浄化対象物質も、アオコなどの汚濁物に加えて、生下水中のリンにも適用可能で、リン酸鉄として有効に除去される。
この浄化並びに処理能力は、世界でも類例がなく、生活廃水、工場廃水、病院等施設廃水、汚染湖沼などの浄化設備への適用を加速するであろう（日立製作所機械研究所佐保典英主管研究員）。
また、佐保氏によると、磁性粉等の運転コストを軽減するために高温超電導バルク特性のさらなる改良、稼働率の高い処理能力 400t/ 日級のコンパク
トシステムの開発、長期運転試験の実施、設置サイトとの連携等が順調に進展すれば、遅くとも平成 16 年には実用される見通しである。
（編集局 田中靖三）

定着し始めた冷凍機冷却型
超電導マグネット市場
独立行政法人 物質・材料研究所（旧科学技術庁金属材料技術研究所）の佐藤明男氏が 1999 年に報告した「低温産業の最近の市場動向」によると、1993 年に商用ベースの冷凍機冷却超電導マグネットが登場して以来、1999年度で累積136台の冷凍機冷却超電導マグネットが出荷された。これ以降の年間出荷総数は約 40台の水準を維持しており、市場規模は約 10 億円と推定される。
1993年以前の超電導マグネットは、高価な液体ヘリウムを用いる浸漬冷却方
式によって特定の研究機関に限定されて使用されていた。このマグネットを健全に運転するためには、液体ヘリウ
ムの取り扱いや超電導マグネットの運転に高度な専門知識を必要とするものであった。
一方、1993年以降普及し始めた冷凍機
冷却超電導マグネットは、超電導コイ
ルを冷凍機によって伝導冷却するもの
で、液体ヘリウムの取り扱いや超電導の高度な知識を一切必要とせず、ボタン操作のみで誰でも運転できる特徴を有している。この利便性が急速な普及と市場定着の主要な要因となっている。
この冷凍機冷却超電導マグネットは、(c) ISTEC 2001 All rights reserved.

超電導コイル、
高温超電導電流リード、
冷凍能力W級冷凍機（通常G‑M冷凍機）、
クライオスタット及び電源回路から構成される。
超電導コイル本体に適用する超電導材料は、すべて Nb‑Ti、Nb3Sn など低温超電導体である。
最近、これらに続くものとして、株式会社東芝は、住友電工及び信越半導体との共同で銀シース Bi‑2223 線材を用いた装置の開発を完了した（同社電力・産業システム技術開発センター）。
また、電流リードには、Bi‑2223、Y‑
123 などの高温超電導体が適用されており、外部からの熱侵入を通電電流
100A のとき 0.8W 以下に低減でき、冷凍機への入力負荷の低減に大きく寄与できたという。
冷凍機冷却型超電導マグネットの用途開発は今後の重要課題であるという（同社電力システム社原子力開発営業部
先端エネルギー担当）。
現在、商品としての到達最高磁界は15T(4.2K)であるが、5T 型と 10T 型が普及しており、理化学研究用に供されている。たとえば、高分子や有機物研
究用には大口径5T型が主に利用されている（同）。
将来的には、すでに開発されている
シリコン単結晶引き上げ装置に代表されるような 20K 近傍で動作する大口径システムの普及への期待が大きい。特に、高温超電導材料は高温動作と変動
磁界中での動作特性が差別化技術であり、冷凍機冷却型超電導マグネットの市場における棲み分けも明確になりつつある。
（編集局 田中靖三）

シリコン単結晶引き上げ装置用
高温超電導マグネット（株）東芝 提供

'01 年 6 月号 ‑3‑

メーカーである JEOL も英国内の NMR
新聞ヘッドライン
ユーザー 50 社を招待した。同討論会で（4/19‑5/18）
4/19‑5/18）
は、Oxford Instruments の 900MHz 〜
NMR用超電導磁石や今年後半にオープン○強磁場中で超電導現象
される予定の 900MHz 〜 NMR を設置した
4/19 日刊工業新聞、日経産業新聞、
新しい研究所の紹介が行われた。
日本工業新聞、毎日新聞、電気新聞（出典）○磁束量子回路
新超電導材で製作へInformation exchange for NMR
NEC
高速ﾙｰﾀｰへ応用
scientists
4/24 日経産業新聞
超 電 導 速 報 ― 世 界 の 動 き (Oxford Instruments News; April○線材化容易な高温超電導金属間化（2001 年 4 月）
9,2001)
合物ﾀｰｹﾞｯﾄ材 ﾌﾙｳﾁ化学
http://www.oxford‑instruments.com/
4/25 日刊工業新聞
電力応用
SCNNWP361.htm○医療機器、故障を事前察知 GE 横American Superconductor
河メディカル ネット使い監視
詳細は出典を参照。
Corporation (2001 年 4 月 2 日)
まず
MRI 向け 4/26 日経産業新聞
American Superconductor○甦れニッポン科学技術創造立国へ
モーター応用Corporation (AMSC)は、2000 年度第 4
超への挑戦 73 超電導エネルギー
American Superconductor Corporation
四半期の収益見積もりを下方修正しを貯めるた。収入は、当初予想（$550 万〜 900 (2001 年 4 月 25 日)
4/26 日本工業新聞
American Superconductor万）から減額、現在は $250 万と予測
○わが国産業を支える理工系大学
Corporation (AMSC)は、米国海軍研究している。年度を通しての収入予測に
豊橋技術科学大学
所（ONR）との間で総額 $310 万の第 3 次
ついても、当初の $1,950 万〜 2,300
4/26
日本工業新聞
万から、$1680 万へと減額した。その 契約を締結、電気推進艦に向けた HTS○
21
世紀の夢実現
素材・エネル
モーター及び関連サブシステムの開発理由として、同社は、SMES の売上げ
ギー：次世代技術の光関連技術、を継続して進めることになったと発表が落ちているためとしており、メイ
高性能センサ−、高温超電導・・・
ン・ユーザーである電力、半導体製造 した。AMSC は、本契約に係る開発は今
開発機能強化
4/26 日刊工業新聞
関連企業が昨今の経済事情及び規制の 後9ヶ月で完了させ、2003年末の海域実○同
交通：05
年万博契機に陸・海験に向けた次の契約に進みたいとして問題から、SMES の購入に慎重になっ・空とも変ぼう 4/26 日刊工業新聞
いる。この HTS モーターは、従来のモーているためと見られる。
○強磁場で「超電導」常識破る現象
ターに比べ 1/3 の重量、1/5 の大きさで（出典）
発見 物質研などあり、操船性や燃料効率の大幅な改善
American Superconductor Reduces
4/27 朝日新聞夕刊
Revenue and Earnings Estimates for 等多くの利点が見込まれている。
○強磁場有機超電導現象
従来理論
the Fourth Quarter of Fiscal 2001 （出典）
覆す BETS 5/8 日刊工業新聞
American Superconductor Announces(American Superconductor○核融合実験炉誘致で調査委
Third Contract from U.S. Navy for
Corporation Press Release; April
選定条件など議論 文科省
Development of HTS Ship Propulsion
2, 2001)5/9
日経産業新聞Motorshttp://www.amsuper.com○「C60」研究、活発化の兆し(American Superconductor Corporation
詳細は出典を参照。
ベンチャー設立、応用目指し
Press Release; April 25, 2001)
5/10
日経産業新聞American Superconductor Corporation http://www.amsuper.com○社説
21 世紀型材料「超電導」に
詳細は出典を参照。
(2001 年 4 月 2 日)
新たなブーム 5/15 化学工業日報
John Olver 議員が、マサチュー○ 1 平方センチに電流 40 万アンペア
通信
セッツ州デブンの American
高温超電導の電線開発
Superconductor Technologies Inc.
Superconductor Corporation(MSC)
5/15
毎日新聞、電気新聞、(2001 年 4 月 24 日)
HTS ワイアー製造プラントを視察し
日刊工業新聞、日本工業新聞、Superconductor Technologies Inc.
た。同プラントは世界で初めての大規
日経産業新聞(STI)は、2001 年第 1 四半期の実績を発模 HTS 製造施設である。同プラント○高温超電導マグネット
蓄積エネ、表した。製品の総売上は、$250万で、前は、2002 年前半に試験操業を始め、世界最大を実現
年同期に比べ150%増。政府契約は、前同年後半には商業生産に入る予定。
5/16 電気新聞、日刊工業新聞、
年同期の$130万に比べ、$110万と微減。
（出典）
電波新聞、日本工業新聞、日経産業
Congressman John Olver Tours ネットの収益は、前年同期に比して69%
新聞、化学工業日報、鉄鋼新聞
TM
Construction Site for American 増の $280 万。HTS SuperFilter の増○長さ
3.5 キロ、断面は矩形 NMR 向加が、同社の製品売上の大幅な増加にSuperconductor s First HTS Wire
けに超電導線材 ビスマス系で実現大きく寄与した。
Manufacturing Plant
5/16 日本工業新聞(American Superconductor Corporation （出典）
○ネット社会揺るがす力
量子コンSuperconductor Technologies Inc.
Press Release; April 18, 2001)
ピューター
5/16
日経産業新聞Reports First Quarter 2001
http://www.amsuper.com○「早急に候補地選定を」ITER
Results
詳細は出典を参照。
所長、日本に要望(Superconductor Technologies Inc.
5/17
日経産業新聞MRI とセンサー応用
Press Release; April 24, 2001)○高温超電導ケーブル実証試験
http://www.suptech.com
Oxford Instruments plc (2001 年 4 月
東京電力と住友電工 全長 100 メー
詳細は出典を参照。
4 日)
トルに課電・通電 来月から 1 年間
(ISTEC 国際部 マーナ・ハロッド ,Oxford Instruments の Eynsham 工場
5/17
日本工業新聞津田井 昭彦)で、4 月 5 日、NMR 研究者の技術討論会が開催された。日本の科学技術装置(c) ISTEC 2001 All rights reserved.

'01 年 6 月号 ‑4‑

科学・技術の先端科学・
イットリウム系酸化物超電導線材で 20 倍の高速作製速度達成㈱フジクラ、中部電力㈱及び（財）国
際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所は、イットリウム系酸化物
超電導テープを従来の 20 倍の 1m/h の速度で作製する技術開発に成功したことを 5 月 15 日発表した。
この技術を利用して長さ10mの線材を作製し、液体窒素温度で 1 平方センチ
メートル当たり40万アンペアの臨界電流密度と 50A の臨界電流を実証した。
イットリウム系酸化物超電導テープの作製工程は、成膜基板を構成する中間層を結晶配向化させる工程とその上に
Y‑123 酸化物超電導膜を作製する工程に大別できる。
従来、テープ線材の作製速度は、前者の結晶配向基板を作製する工程の速度に支配され、短尺線材の 1 平方センチ
メートル当たりの臨界電流密度が 100
万アンペアと高いにもかかわらず、結果的にはテープ線材の作製速度が5cm/h程度と低く実用化が危惧されていた。
この結晶配向基板の作製技術は、フジクラ㈱が 10 年前に開発した Ion Beam
Assisted Deposition(IBAD)法に基づくもので、今回、新しく 3 つの技術、すなわち、① IBAD 装置の大型化、②同イ
オンビームソース形状の矩形化並びに③パイロクロア型酸化物 Zr2Gd2O7 という新配向性中間層材料の適用がなされ、配向性中間層作製速度が従来の20倍の1m/h と画期的に改善された。
この速度は、後工程であるエキシマ
レーザによる Y‑123 酸化物超電導薄膜作成速度とも同期する水準である。
今回、この作製技術は、10m のテープ線材で実証されたものであるが、50m‑
100m 長への長尺化は容易であり、長尺高特性のテープ線材が近い将来工業的規模で得られることを意味する。すな
わち、イットリウム系酸化物超電導線
材の電力ケーブル、各種高磁界マグネットなどへの応用が大きく前進したことになる。
（編集局 田中靖三）

2001
年度春季低温工学・超電導
2001年度春季低温工学
年度春季低温工学・学会よりヨーロッパの超電導研究開発事
情2001 年春の低温工学会が東京多摩
ニュータウンにある明星大学日野キャンパスで 5 月 16 日から 18 日にわたっておこなわれた。
Tc が 40K の新材料 MgB2 が本年初頭に発見され、全世界的に超電導研究の大きな盛り上がりを見せている。
今回低温工学会でも2日目の総会後の特別招待講演に青山学院大学の秋光教授が招かれた。
講演はシェークスピアホールと名付けられたエリザベス朝の劇場を模した講堂で、MgB2 のほかにも Bi 系、Nd 系、ラダー系、等々綺羅星のごとくいわゆる秋光マテリアルと呼ばれる酸化物超電導体の発見経緯を中心に、大変興味深いお話を伺った。
MgB2 の発見に際しては、長年の経験
よりも、若い学生さんの好奇心と馬力に今回の物質の発見への原動力があったことを聞き、大いに共感するものがあった。
MgB2 に関しては初日の夕刻から特別セッションが組まれ、低温工学の観点から線材化、ピンニングの問題、磁気特性、不純物・置換効果、薄膜プロセ
ス、コスト等に関する発表がおこなわれた。磁場中の超電導特性が今ひとつであることから、応用への展望には今
ひとつ積極的な印象がなかったが、この材料の応用を考えるとき、水素エネ
ルギー社会との連関は重要であると思われる。
Y 系線材に関しては約 30 件もの発表があり、盛況であった。フジクラのIBAD の進展が著しい。パイロクロアのZr2Gd2O7を用い大型成膜領域の装置を開発しこれまで製造速度がネックといわれた IBAD 中間層形成を m/h クラスにひきあげ、また 10m で Ic50A を実証した。
高 J c で最近注目を浴びている TFA‑
MOD 法に関しては SRL、昭和電線等から発表があった。IBAD 基材上に短尺ではあるが、2.5MA/cm2 の特性を得ている。
また長尺化に対応した塗布法が開発され、厚膜化もある程度目処がたちこのプロセスの進展が期待される。そのほか LPE 法による IBAD 基板上で高い Jc が初めて観測されたことが報告されたが、この方法も有望であり、同様に進展が期待される。
酸化物超電導線材の応用としては、
東芝・住電・信越半導体の共同で進められているビスマス線材コイルによる
磁場シリコン単結晶引き上げ装置の運転が始まったことと、目新しいものとして、東京大学・核融合研で進められている新原理によるプラズマ閉じこめ
研究炉のためのビスマス線材をもちいた磁気浮上コイル作製が目を引いた。
（SRL 第 5 研究部長 平林泉）

2001 年 3 月にドイツの Universitaet
Giessen, Cryoelectra (Wuppertal),
Forschungszentrum Juelich,
Universitaet Leipzig, Physikalisch‑Technische Bundesanstalt (Berlin),
そしてUniversitaet Hamburgを訪問した。
超電導技術の産業応用に向けた着実な進展が実感された。
マイクロ波フィルター応用では HTS
薄膜を用いることの特性的優位は既に実証された。マイクロ波技術と HTS 薄膜作製技術ともに、実用通信システムに採用される準備はできている。
SQUID センサーを応用するシステム
技術は、スパッタリング用ターゲットの微細粒構造やSiウェハの光誘起電流均一性などの材料評価、航空機機体・部品の非破壊検査(NDE)、
医療用の心磁計(MCG)や脳磁計(MEG)などに有用性を示している。
材料評価における必要な分解能、非破壊検査(NDE)における材料欠陥起因および試料構造起因を区別するシミュ
レーション技術、医療応用における診断ソフトウェアの重要性が指摘されている。
(ISTEC 国際部 吉田政次)(c) ISTEC 2001 All rights reserved.

イタリアにおける高温超電導電
力ケーブルシステム開発プロ
ジェクト
Pirelli Cavi e Sistemi S.p.A.、
CESI 及び、EDISON S.p.A. は共同で、132kV、3000A のプロトタイプ高温超電導（HTS）ケーブルシステムの開発を
1999 年から 4 年計画で進めている。
CESI の Luciano Martini 氏(business
unit tests & components productleader)の説明によると、
このプロジェ
クトの内容は、イタリアの電力運用
ネットワークに必要な技術の評価等
ネットワークの研究、HTS 相互連結ラインの設計、交流損失特性の記述、終端とジョイント部分を含むプロトタイ
プシステムの詳細設計、プロトタイプの作製、プロトタイプのテスト、 結果の評価などを行うものである。
なお、プロトタイプシステムの仕様は、・単相同軸（cold dielectric）
・電圧：132kV
・公称電流：AC 3000A
・30m の BSCCO‑2223 ケーブルである。
（ISTEC 総務部 安住光弘）'01 年 6 月号 ‑5‑

の EF をもつ金属中の電子は、無理矢理（パウリの原理のせいで）高エネルギー
超電導エネルギーギャップの神 の状態におかれていることになる。こ秘（その２）のフラストレーションのたまった金属
東京大学大学院
状態は、何らかのきっかけをつかまえ
新領域創成科学研究科 て、少しでもエネルギーの低い状態に教授 内田慎一
移ろうとする傾向を内在している。
多くの金属で、そのきっかけとなる
5. 超電導ギャップの起源のが、フォノン（格子振動）を媒介と（BCS 理論）する電子間の引力であり、それによって金属は低温で超電導状態に転移する
超電導状態と対比されるのは正常相のである。電子間に働くこの引力は決と呼ばれる金属状態である。金属状
して強くはない。しかし、それがどん態は前回（創刊号）の図 1（ａ）で示 なに弱くても金属状態にとって破壊的した半導体の電子構造において、そな効果をもたらすことを示したのがの伝導帯を電子(伝導電子という)がBCS の一人、L. Cooper である。
途中まで占有している様な状態であ今、図 3 の金属に 2 個の電子をつける（図 3）。
加えたとする。この 2 個の電子は、EFの真上の準位に収容されるであろう。
準位の間隔は微小なので、2 電子のエ
ネルギーは 2E F となる。これで何事も起こらなければ、今考えている金属状態は安定であるといえる。ところが電伝子間に引力が働くと事態は激変してし導まう。Cooper は、引力がどんなに弱く
帯ても、2個の電子は束縛状態（クーパー対）をつくってしまうことを示した。
クーパー対をつくることにより 2 電子のエネルギーは2EF から（２EF −E ）に低下する。束縛エネルギー E は、
E =2hω０ exp(−2/Ｎ(0)V)となる。こ
図 3．
こで、ω０は、フォノンの振動数、V は金属の電子構造。矢印は電子を表わす。電引力ポテンシャルの強さ、N(0)は EF 近子はフェルミエネルギー(EF)までの準位を傍にある準位の数（状態密度）を表わ
占有し、その上にある準位は全て空になっす。この束縛エネルギーが超電導ている。
ギャップΔをつくるのである。
微弱な引力で束縛状態ができると言うのは、力学の常識に反しているようにみえる。問題の電子は EF（数 eV）も伝導帯や価電子帯というのは電子のエの巨大な運動エネルギーをもっており、
ネルギー準位が密集したエネルギーバ
通常の力学では、それを上回る大きさ
ンドで、固体中の電子はパウリの原理の引力ポテンシャルが存在する時にの（1 つの準位に収容できる電子数は最大
み束縛状態ができる。微弱な引力下で2）に従って、バンドを構成する準位をの束縛状態を可能にしているのは、EFエネルギーの低いものから 2 個づつ埋
以下に存在する膨大な数の電子である
めてゆく。電子を収容した 1 番エネル
. その存在がパウリの原理により、付ギーの高い準位をフェルミ準位といい、け加わった2つの電子の運動を制約し、バンドの底から測ったエネルギーが引力ポテンシャルが有効に働くよう仕
フェルミエネルギー（E Ｆ）である。金向けているのである。
3
22
属には 1cm あたり、大体 10 個の伝導EF の上の 2 個の電子間に引力が働く
電子が存在している。この膨大な数のなら、当然 EF の下の準位にいる 2 つの電子を伝導帯につめてゆくとフェルミ電子間にも働いている。そして、更にエネルギーは数 eV（電子ボルト）にもその下の準位でも……。このように、達することになる。1eV というエネル
微弱な引力をきっかけとして図 3 のス−
ギースケールは、電荷 e（=1.6 × 10
キームが破綻し、伝導電子の集団が19C）を持った粒子を 1V の電圧で加速しクーパー対の集団へと変身するのであた時に得る粒子の運動エネルギーに相る。
当する。我々の日常世界（マクロな世ギャップΔは電子対の束縛エネル
界）では極く小さなエネルギーである
ギーであり、従って対を破壊するのにが、電子にとっては莫大なエネルギー
要するエネルギーである。その大きさになっている。ちなみに 1eV に相当す
は低温超電導体では 1meV 程度となり、るエネルギーを電子が熱浴からもらう
EF と比べると 3 桁も小さい。このようとすると、この熱浴の温度は 1万度 Kでな小さな効果が電子系全体に過激な影なければならない。また、1eV に加速さ響を及ぼし超電導という大きな効果をれた電子の速度は 108cm/s で光速の 1/生み出しているというのは「神秘的」100にも達するのである。従って、数eVである。

【 隔月連載記事】(c) ISTEC 2001 All rights reserved.

6. 臨界温度とコヒーレンス長
ギャップエネルギーΔは、クーパー
対の束縛エネルギー、すなわちクー
パー対を組んだ状態と 2 個の電子が独立に運動する状態とのエネルギー差を表している。これから、電子系全体として、超電導相に移行したとき、どれだけエネルギーを得するかを見積ることができる。超電導相と正常相のエネ
ルギー差を超電導の凝縮エネルギーといい、U=N(0)Δ２となる。引力相互作
用はフェルミ単位 E F を中心としたエ
ネルギー幅Δ内の準位にいる電子間に最も有効に働くための準位の数Ｎ(0)Δという因子がΔにかかるのである。上式は、ギャップの大きさが大きくなる
程、超伝導相が安定化することを意味している。また、凝縮エネルギー及びΔ(あるいはE )を決める式からわかる
ようにＮ(0)というパラメーターも重要な役割を果している。Ｎ(0)が大きい
程、Δが大きくなり、従って、Ｕも増大する。Ｎ(0)が大きいということは、
簡単にいえば、金属中の伝導電子の密度(数)が大きいということである。Ｎ(0)が大きいことの効果の1つは、パウリの原理をより効果的に作用させて引力相互作用を有効に働かせることにある。
10 ８ cm/sもの高速で運動する電子同士が弱い引力で対をつくるのであるから、クーパー対の状態は空間的に大きく拡がったものになってしまう。その拡がりは、ξ〜 hvF/2 Δ程度であり(vF
は電子の速さ)、通常の超電導体ではξ
＝ 10 ２〜 10 ３Åとなっている。ξはコ
ヒーレンス長と呼ばれる長さで超電導特性を支配する。1cm ３あたり 10 ２２個もいる伝導電子の平均間隔が 1 Å程度であることからすると、ξは相当に大きな長さでありξ３の体積のなかには
106 〜109 もの電子が含まれる。従って、多数のクーパー対が同じ空間を共有していることになる。そのため、クーパー対は互いに連繋して運動せざるをえなくなる。実際、クーパー対は互いに同じ運動状態をとろうとする。量子力学の言葉で表現するとクーパー対の波動関数の位相を揃えようとするのである。ここから「コヒーレンス長」と呼ばれるのである。
ここまでは、絶対零度(T=0K)での話である。温度を上げると、熱エネル
ギーが電子系に流入してクーパー対が壊れ始める。前回の図1(b)に示したよ
うに、クーパー対が 2 つの電子に分離するのではなく、準粒子という電子と正孔の性質を併せ持つ粒子に分かれるのである。多数のクーパー対が空間的に重なっているため、1 つのクーパー
対の破壊は他のクーパー対にも影響を与える。BCS 理論では、クーパー対の数(密度)nsと超電導ギャップの大きさ
Δとは、Δ２〜 ns という関係にあるの'01 年 6 月号 ‑6‑

で、クーパー対の数が減るとギャップが小さくなり、それが更に準粒子励起を促進して、クーパー対の減少そしてギャップの縮小を加速することになる。その結果、ある温度 Tc でギャップが消滅し、超電導相から正常相への転移が起こる。ギャップが温度とともに減少する様子Δ(T)を図 4 に示す。

読者の広場
Ｑ＆Ａ

質問：SQUIDが我々の身近で応用される
日も遠くないようです。SQUIDは、微弱磁場の測定に威力を発揮するようですが、日頃次の点を疑問に思っていました。分かりやすく教えていただければ幸いです。
(a)強い磁場が入ってきたときは、どのように検出されるのですか？
(b)強い磁場が無くなったとき、検出素子に履歴が残りますか？
(c)マルチ SQUID となった場合に、自己発生磁場が他のSQUIDの計測に影響しないでしょうか？

回答
回答：(a)、(c)、(b)の順にお答えしま
しょう。
SQUIDは微弱磁界を計測するセンサですが、少し強い磁場を計測する方法の１つとして、dcSQUIDの磁界‑電圧特性が磁束量子(Φ0=2.05x10‑15 Wb)の周期で変化しますので、この周期を数えることによって、外部磁界の変化量を知る
図 4．
方法があります。しかし、これでは最超電導エネルギーギャップ
小磁束分解能がΦ0となってしまいますの温度変化（磁界分解能は SQUID の面積を A とすると B= Φ 0/A になります）。現在、測定範
囲を大きく、しかも高感度に測定した
い場合の工夫が研究されています。
これが超電導臨界温度である。Tc は熱SQUIDの高感度化と出力の線形化のたエネルギー kBTc と T=0K のギャップの
め、SQUIDリングの近くに設けた帰還コ
大きさΔ(0)とが同程度(2 Δ(0)=3 〜
イルから外部磁界を打ち消す帰還磁束
5kBTc)になるところで決まる。
を入れる FLL 方式がとられています。
半導体においては、温度上昇によりこの帰還磁束によって、SQUID本体周辺
電子が価電子帯から伝導帯へと励起さの全磁束はほぼゼロに打ち消されていれるが、励起される電子の数が増えてますので、他の SQUID への影響は非常
も半導体の電子構造には深刻な影響をに小さいものとなります。ただし、検与えない。超電導体における準粒子励
出コイルには外部磁界に比例した遮蔽
起が超電導状態に大きなダメージを与電流が流れていますので、検出コイル
えるのと対照的である。ここにも、超を互いに近付ける場合には干渉度合い
電導ギャップと半導体ギャップとの本を計算し、影響の無いように配置しま
質的な違いがあらわれている。
す。もっと近付けたい場合には、帰還電流を検出コイルに流す方法もあります。
急激な磁界変化が生じた時はFLLのロックが外れてしまいます。再ロックをすると、その時点からの磁界変化量を測定することが出来ますが、ロック点を選ぶことができないため、それまでの磁界変化量とはオフセットが入った状態になり
SQUID出力値はつながりません。オフセッ
ト量はその時々で異なります。
回答者 ： 独立行政法人 産業技術総合研究所 葛西直子

特許情報
◆平成
平成 12 年度第４四半期の公開特許
平成 1 3 年 1 月〜 3 月の間に公開された
ISTEC出願の特許をお知らせします。詳しい内容をお知りになりたい方は特許庁のホームページ内の特許電子図書館等の特許
データベースをご利用下さい。
(1)特開 2001‑80994「酸化物超電導積
層基板とその製造法」(2)特開 2001‑77667「デシメーション
フィルタ」(3)特開 2001‑73142「複合ペロブスカ
イト酸化物の薄膜の原料とその成長法」(4)特開 2001‑64016「耐割れ性に優れた酸化物超電導体及びその製造方法」(特許 3090658)(5)特開 2001‑64018「水銀酸化物超電導薄膜及び作製方法」(6)特開 2001‑53345「ジョセフソン接合」(7)特開 2001‑10879「特性維持性能に優れた酸化物超電導体及びその製造方法」(特許 3100375)(SRL 開発研究部長 中里克雄)

第三回（2001 年度）
サー・マーティン・ウッド賞受賞候補者推薦要項
第三回（
年度）サー
サー・
マーティン・
超電導 Web21 2001 年 6 月号
凝縮系科学に関する日英の科学技術交流のための ミレニアムサイエンスフォー
2001 年 6 月発行
ラム では、凝縮系科学に関わる若手研究者にインセンティブとモティベーショ
ンを与えるため、1999 年 3 月に サー・マーティン・ウッド賞 を創設致しまし＜発行者＞
た。下記の要領により、第三回サー・マーティン・ウッド賞受賞候補者の推薦を（財）
国際超電導産業技術研究ｾﾝﾀｰ内募集します。
超電導 Web21 編集局
対象分野：広い意味の凝縮系科学（固体物理学、固体化学、材料科学、表面物〒 105‑0004
理等）、候補者：日本における研究機関で、凝縮系科学における優れた業績を
港区新橋 5‑34‑3 栄進開発ビル 6F
あげた 40 歳以下(2001 年 4 月 1 日現在）の若手研究者 1 〜 2 名 , 国籍は問わ
Tel
03‑3431‑4002ない。
Fax 03‑3431‑4044
賞の内容：賞状、賞金 50 万円、英国大学への講演旅行
推薦依頼先：関係専門分野の有識者、関連諸学会
ホームページへのリンク
推薦件数：各推薦者、推薦団体からそれぞれ一件
http://www.istec.or.jp
申込締切：2001 年 8 月 1 日（水）申込方法：詳細は、下記事務局までお問い合わせください。。
選考：ミレニアムサイエンスフォーラム実行委員会にて審査・選考する。
賞の決定：2001 年 9 月予定 , 賞の贈呈：2001 年 11 月予定
推薦書提出先及び連絡先推薦書提出先及び連絡先：〒 135‑0047 東京都江東区富岡 2‑11‑6 ｵｯｸｽﾌｫｰﾄﾞ・ｲﾝｽﾄｩﾙﾒﾝﾂ株式会社内
この「超電導 Web21」は、競輪の補助金をﾐﾚﾆｱﾑｻｲｴﾝｽﾌｫｰﾗﾑ事務局 TEL:03‑5245‑3251,FAX：03‑5245‑4472
受けて作成したものです。
E‑mail：oikk‑hr@oxford‑instruments.ne.jp(c) ISTEC 2001 All rights reserved.

'01 年 6 月号 ‑7‑