����
研究論文

20 - 40 K ���� Sm-Ba-Cu-O ��������������������������� ������ ������� ��*1��� ��*2���� ����Trapped Field and Heat Generation Analysis Using Pulse-field Magnetizationfor Bulk Sm-Ba-Cu-O Superconductor Cooled at 20 – 40 K
Masahiko KANEYAMA, Hiroyuki FUJISHIRO�, Kazuya YOKOYAMA*1, Tetsuo OKA*2 and Koshichi NOTO
Synopsis: Pulse-field magnetization (PFM) has been investigated for a bulk Sm-Ba-Cu-O superconductor cryo-cooled at 20 40 K using pulse magnetic fields Bex of 3.83 - 6.07 T. The temperature rise �T after applying the pulse fields increases as the bulk
superconductor’s initial temperature Ts decreases and as the applied field Bex increases. The generated heat Q, estimated using �Tand the specific heat C of the bulk superconductor, decreases with decreasing Ts for lower Bex (=3.83 T), but increases withdecreasing Ts for higher Bex (�5.53 T). There is a slight increase in the pinning loss Qp determined from the magnetization M vsthe applied field �0Ha hysteresis curve at a lower Ts. These results can be explained by the increase in pinning force Fp at lowertemperatures. The lowering of Ts is one of the promising approaches for enhancing trapped field BTP using PFM.
Keywords: bulk superconductor, pulse-field magnetization, trapped field, temperature rise, pinning loss�������������pulse field magnetization: PFM���� ����������������������������������������������������������

��������������������������

����������������������� Jc ��������77 K������PFM ���������

���� BT ��������������������

����IMRA �������������� ��������

��������������������������

FCM ������� BTFC ���������� BTP ����������������������������

�����������50 K ���������BTP ���������������������������

BTFC �������������������PFM ��������������������Nd-Fe-B ��������������������� Fp ���� Fv ����������������������������

��������������������������

29 K � 17 T ��������������� �������������� Jc ����������������������������������������

���������� �����������������

��field cooled magnetization: FCM�������������������������������������� Tc ������������������������ � 40 K � � � � � � � � YBaCuO � SmBaCuO ������

Received April 19, 2005
���������������020-8551 �������� 4 �� 3-5
Faculty of Engineering, Iwate University, 4-3-5 Ueda, Morioka,Iwate 020-8551, Japan�1��� ���������� ���������
�305-0003 �������� 3-13
National Institute for Materials Science, 3-13, Sakura, Tsukuba,
Ibaraki 305-0003, Japan�2�������������
�448-0021 ��������� 5-50
IMRA Material R&D Co., Ltd., 5-50 Hachiken-cho, Kariya, Aichi
448-0021, Japan†
E-mail: fujishiro@iwate-u.ac.jp����� 40 � 6 ��2005 �低温工学

40 巻 6 号2005 年

GdBaCuO ������������������ Bex �������� Ts �����������������
���� PFM ���������������T ����
� BTP ������������������PFM ����������������������������� ���������T ���������� C ������
� Q �����������������������
���������������� Qp ������ Qv ������������������ ������ ��������������������������������
1231�������������������������������������������������������� ��� ��������������������������������������������
��GdBaCuO ������� BTP=4.47 T ���������� ��������������� PFM �������
���� 3.80 T ��� ����4.47 T ����PFM ������������������
��������������������������� � ���������� Ts �����������
����������� Jc �������������

�

Fp=J x B ����������������������Fig. 1 (a) The experimental setup of a SmBaCuO bulk
superconductor on the cold stage of a GM cycle helium
refrigerator. (b) The positions for the temperature and trappedfield measurements on the surface of the bulk disk.
���������� Ts=40 K ����������� Ts������������ BTP ������� �������Ts ������Jc ��������������� C ��������������������������������������� PFM ������������������������������������������������������
������20 K ������ SmBaCuO �������������������������������
��������������������������
������������������� Qp � Qv �����������������������������
������� ������ �������� c ��� SmBaCuO ��������
��������� 45 mm��� 18 mm ������
Growth Sector Boundary (GSB) � � � � � � � � � �(Growth Sector Regions : GSRs)�����SmBaCuO ��������SmBa2Cu3Oy (Sm123)� Sm2BaCuO5 (Sm211)��
��� Sm123:Sm211=1.0:0.3 ����Ag2O: 15 wt.%�Pt:0.5 wt.%����������������������
����������������������������������������������������
�� 4 K � GM (Gifford McMahon)���� He �����
��������������������������
��������� 40 K�20 K ������Fig. 1 ����������������������������
��������������(P1)��� T1 ��GSB ����� � ������������ 12 mm ���(P2�P5)��� T2�T5 ������ GE7031 �������������� 76��m �����������������
��������P1 �� 2.5 mm �����(PH)����
�� BTP ���������(F.W.Bell, Model BHT921)�
���������������������� 3 mm ������������ 1.2 mm �������������6 232

�������� BT3mm ������T ��������
����(L=1.08 mH)����������������
�������(400~700 V)��������������
�������(150 A, 60 mV)�������������
� �0Ha ����������������������
������������� Ts � 20 K�30 K�40 K ������ Ts ���� Bex=3.83�6.04 T ���������
������12 ms�� � ����������� Ts �����������������No.1�No.5 ������
����T(t)�BTP�BT3mm��T ������������������
���� ������ ���� ��� ����������� T(t)������������
���������� Bex��������� Ts�����������������������Fig. 2 � T(t)�
������Ts=20 K�30 K�40 K � Bex=5.53 T � No.1 �No.5 ���������������� T(t)�����
����������� No.1 ������������
��� BT3mm ������������(t=0)������
�� T(t)����������������������
� 15 ������ Ts ����������� T(t)���
��� Ts ��������������������

�Tmax ������������No.1 ������� P2���Tmax �������Ts=40 K ���Tmax�25 K�Ts=30
K �� 29.5 K�Ts=20 K �� 37 K ��Ts �������
������Tmax ������������ No.5 �������������������������� Ts ���� Bex=5.53 T �������������������
�����������������������
� Fig. 3 ��(a)No.1 �(b)No.5 ������� T2�T5 ���������������Tmax ���������Bex�������

Cryo. Soc.
Vol.Vol.
40 No.
6 6（2005）(2005)TEION KOGAKU（J.J. Cryo.
Soc.Jpn.
Jpn.）
40 No.

�Tmax5040No.5

T1
T2
T3T4
T530
200

580

10Time (sec)

15(b)Ts=30K

510Time (sec)15(c)Ts=40K(T)20No.520

0510Time (sec)15634Bex

5(T)67�(b)No.5

220K
30K
40K

20K30K
40K
34B

56(T)

ex

34B

56(T)

7ex

�The trapped magnetic field BTP for each Ts as a function

Fig. 4of the applied field Bex for the (a) No.1 and (b) No.5 pulses,
respectively.
�T1
T2
T3
T4
T530

ex

(T)

3060

40

51No.150

B

4T1
T2
T3
T4T504(a)No.1

No.54070

3550

80

20K
30K
40K

Fig. 3 The maximum temperature rise �Tmax for each Ts as afunction of the applied field Bex for the (a) No.1 and (b) No.5pulses, respectively. �No.130Temperature (K)02060202010P

Temperature (K)7020K30K
40K

30(K)

60(b)No.5(a)No.1

40No.1B

Temperature (K)7050(a)Ts=20KT80

������� Bex �������No.1�No.5 ����20���������(Bex=3.83 T)������������
������������������(PH)������

Fig. 2 The time evolution of temperatures T1(t)-T5(t) at (a)Ts=20 K, (b) Ts=30 K and (c) Ts=40 K after applying No.1 andNo.5 pulse fields of Bex=5.53 T. The inset for each figure shows
the distribution of the trapped field BT3mm after applying the No.1pulse.
�BTP ������Ts=40 K ��������������
���������������� BTP ������������������������������(Bex�4.70T)�������Jc ���� Ts=20 K�30 K ������
������������� Ts �����������

��No.1 ��������������������Tmax������������������� Fig. 3 ����� Ts �����������������������

������������������������

�Tmax �������Ts=20 K�Bex=6.04 T �������
����Tmax=43 K�������������� 63 K �� Fig. 5 �� Ts ���� No.1 ������������
��� BTP ����� Tmax ������������ ��������No.5 �����������No.1 ������������� Ts ��Bex=3.83 T�4.70 T�5.53 T�6.04

��������������������T � No.1 �����������(BTP, Tmax)������

� Fig. 4 ��No.1 � No.5 ������������� BTP����������� Tmax � T2max�T5max �������

�����4040巻
�66号
��20052005 �低温工学年Bex ��������� Tmax ���������� 5 T ��

2337

5BTP

BT(T)

4

������������ Q �����������

20K
30K
40K
50K
60K
70K

FC

3PFM �����������������������
��������������������� �T ���C ������� Q ����������� ����
�

2

���

1

1000

30

40

50

60
70
Tmax (K)80

2C (J/cm3K)

Generated Heat Q (J)TsC(T )VdT(1),��� V ������������� C(T)�������
90

100

C=�/�������� ����Fig. 6 � No.1 � No.5 ������
Fig. 5 The summary of the trapped field BTP versus themaximum temperature Tmax. The measured trapped field BTFC byFCM corresponding Tmax is also presented.

600

Ts � �Tmax���������������� � � ���� � ��020800

Q ��1Ts0020400

4060T (K)80�� Q ���������������� ������
� Ts ������������������(Bex�5.53 T)�
� Ts �����������������Fig 4 ������������������������������
���������������Ts ����� Fp ����No.1

100�����Fig 3 ������Tmax ���� Ts ������
�������No.1 �����������(Bex�4.70 T)�

20K
30K
40K

Ts+�Tmax����������� Q ������������
No.1�No.5 ��������������������������������
���� ���������������� ���200�����������������0Ha ��� M ��No.5

��������������������������
� Qp �����������������������034B

5ex(T)

67��������������������0Ha(t)����
�Fig. 6 The estimated Q values for each Ts as a function of Bexfor the No.1 and No.5 pulses. The inset shows the temperaturedependence of the specific heat C(T) of the SmBaCuO bulk.
��� FCM ������� BTFC ��������(BTFC,������� BL(t)����������� M ���0Ha
� BL ������������������������

M � BL � �0 Ha ����(2)��Tmax)�����������������������

Fig. 7 � Ts=20 K �� 40 K �� Bex=5.53 T ����� � Ts=40 K � � � � � � � � � � � � � � � � � �

�0Ha(t)� BL(t)����������Ts=20 K �����Tmax�BTP ����������Bex=4.70 T ��� BTP ��0Ha(t)�������� 12 ms ��������������������� BTFC-Tmax �����������BL(t)���� 8 ms ��������������0Ha �����Bex�4.70 T ������� Tmax ����������� 5 T �������������������0Ha � 5PBT ����������������Ts=70 K ���T �������������������������

Bex=3.83 T ������������� BTFC-Tmax ���������������������������5 T �����������Bex�3.83 T ����������

�������������������������

BTP �������������������� Ts=20 K�����Ts=40 K ������BL(t)� 7 ms ������T �� Tmax ������ BTP ��������������������������� �0Ha

���Bex=6.04 T ������������������

�� 4.5 T �������� Ts=20 K ���������

�����������������BTFC-Tmax ��������Ts ���������� Fp ���������

������PFM ������������������������

�����Bex�5.53

�������������� ������������������������P����� BT ���������������T ���
6 234

Fig. 8 � Ts=20 K �� 40 K ��Bex=5.53T ����No.1�No.2�No.5 �����������������
Ts=20 K � No1 ��������������������Cryo. Soc.
Vol.
40 40
No.No.
6 6（2005）(2005)TEION KOGAKU（J.J.Cryo.
Soc.Jpn.
Jpn.）
Vol.

���

75

�0Ha12ms

BL

���

41

�0Ha, BL (T)��� Qp����(3)������������� Qv ���(b)Ts=40K

20 K�40 K ���������������������

�������Ts=20 K�40 K ������������

6�0Ha�������(Bex=3.83 T)�������������

BL5Qv ���������������� Qp �������4�������Bex=4.73 T ����������� Ts=40 K

3���� Qp ��������Bex�4.70 T ��������2

�� Ts=20 K ���� Qp ����������Qv ���7ms

10102030Time (ms)40

�� Bex ��������������Ts �������50����������
�Fig. 7 The time evolutions of the applied field �0Ha(t) and localfield BL(t) after applying the pulse field of Bex=5.53 T at (a) Ts=20K and (b) Ts=40 K.

(a)20K(b)40K
No.1

0No.1

800

(a)No.1(20K)(b)No.1(40K)
QQp

QQp

600Qv

Qv

4002000
No.2

00003No.24B5(T)

634ex

Bex=5.53T
24

� H (T)0B =5.53T

No.5No.5ex

0a24

� H (T)
06a�
Fig. 8 The pulse number dependence of the M vs. �0Ha curves
for Bex=5.53 T at (a) Ts=20 K and (b) Ts=40 K.
����������������������������T ���������������������� 9)�
������������������������������� Qp �����������No.2 ���������������������������No.5 ����������������Ts=40 K � No.1 ������5(T)B67ex�

Fig. 9 The total Q estimated by the temperature rise �Tmax,pinning loss Qp estimated by the M vs. �0Ha curve and viscousloss Qv (=Q-Qp) as a function of Bex for the No.1 pulse at (a)Ts=20 K and (b) Ts=40 K.
800

Generated Heat (J)

M (T)

(3)

�8ms05�� Fig. 9 ��No.1 ������������ Q�����

20Qv � Q � Qp ����3

Generated Heat (J)�0Ha, BL (T)

6(a)Ts=20K(a)No.5(20K)

600(b)No.5(40K)

QQQQQQppv

v

400200�����������Ts=20 K �����������
����������������������No.2 ���������� Ts=20 K ��������������
������� No.2 �������������� 40 K���������������
� PFM �������� Q �������� Qp ������ Qv ����������������� Qv ��������� 4040 � 6低温工学巻 6 ��2005号 2005�年

034B

5(T)

ex

634B

5(T)

67ex

Fig. 10 The total Q, pinning loss Qp and viscous loss Qv (=Q-Qp)
as a function of Bex for the No.5 pulse at (a) Ts=20 K and (b)Ts=40 K.

2357

� Fig. 10 ��No.5 ��������� Q�Qp�Qv �����Qp ������ Ts ����������

�������Ts=20 K�40 K �������������� �����������������������������Qp � Ts=40 K � Bex=6.07 T ��� Qp ������� Ts ���������� Fp ��������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � Ts=40 K ���� BTP �������������������Bex=6.07 T � � � Fig. 4 � � � � � � � � � � � � ������������������T �������Bex=5.53T ������������ Qp ��������������������������������

��������������������������

��� Bex �������������������

�������������� No.5 �����������������������������Fp ������������ Qv �����������No.5 ��������������������������

�� Qv � Bex ��������������No.1 ������������

���� Qv �������������Qv ������������������������������ ���������������������������� ���������������������������� 11�
16 �������������� 16 ���������� ���� Ts=20�40 K ����� SmBaCuO �������������������������������

���Bex=3.83�6.07 T �������������No.1

��������������No.5 ����������T ����� BTP �������� �� �� ����������� ������������������������1)

� Ts ����������������� Bex ��������������Ts=20 K � Bex=6.04 T ���K”, Nature 421 (2003) 517-5202)

conductors”, Appl. Supercond. 6 (1998) 235-2463)

bulk superconductors by pulse field magnetizing”, Supercond. Sci.

No.1 ��������������� Ts �����Technol. 15 (2002) 606-6124)

���T�������� Fp ��������������

Processed Y-Ba-Cu-O Superconducting Bulk Magnet”, Advancesin Superconductivity IX, Springer, Tokyo (1997) 733-7365)

� Ts ����� Q ����������������� ���� �0Ha ��� M �������������Ts��� Bex ���������� Qp ������������� Qv ����� Q � Qp �� Qv=Q-Qp ������������� Qv ������������
���� Qp ��������No.1 ����� Qv � Ts���� Bex �����������������6 236

temperature

inYBCObulk

H. Fujishiro, K. Yokoyama, T. Oka and K. Noto: “Temperature risefields”, Supercond. Sci. Technol. 17 (2004) 51-57

7)

H. Fujishiro, T. Oka, K. Yokoyama, M. Kaneyama and K. Noto:“Flux motion studies by means of temperature measurement inmagnetizing processes for HTSC bulks”, IEEE Trans. Appl.
Supercond. 14 (2004) 1054-10588)

K. Yokoyama, M. Kaneyama, T. Oka, H. Fujishiro and K. Noto:“Temperature measurement of RE123 bulk superconductors on�������������������������������������������

ofin Sm-based bulk superconductor after applying iterative pulse�� Q ��� Ts ��������������������� Ts ����� Q �����������

distributionTechnol. 16 (2003) 809-8146)

�������������������������� �������Tmax ������� C �������spatialsuperconductor after pulse field magnetizing”, Supercond. Sci.

��������������������������������������������

H. Fujishiro, T. Oka, K. Yokoyama and K. Noto: “Time evolutionand������������������������
������������������������

Y. Yanagi, Y. Itoh, M. Yoshikawa, T. Oka, Y. Yamada and U.
Mizutani: “Low Temperature Pulsed Field Magnetization of Melt-�� ���� BTP ���������� Bex=3.83 T���
Ts ������������������ Bex=5.53

H. Ikuta, H. Ishihara, Y. Yanagi, Y. Itoh and U. Mizutani:“Extracting the utmost from the high performance of Sm-Ba-Cu-O

���������No.5 �������������������������������������

U. Mizutani, T. Oka, Y. Itoh, Y. Yanagi, M. Yoshikawa and H.
Ikuta: “Pulsed-field magnetization applied to high-T c super-������� 43 K ��������������
���������������No.3 �������

M. Tomita and M. Murakami: “High-temperature superconductorbulk magnets that can trap magnetic fields of over 17 tesla at 29

����No.1 ����������T ��������magnetizing process”, Physica C 412-414 (2004) 688-694
9)

H. Fujishiro, M. Kaneyama, K. Yokoyama, T. Oka and K. Noto:“Rise-time elongation effects on trapped field and temperature risein pulse field magnetizing for HTSC bulk”, to be published in Jpn.
J. Appl. Phys. 44 (2005)

10) H. Fujishiro, K. Yokoyama, M. Kaneyama, T. Oka and K. Noto:“Estimation of generated heat in pulse field magnetizing for
SmBaCuO bulk superconductor”, Physica C 412-414 (2004) 646650

Cryo. Soc.
Vol.
40 40
No.No.
6 6（2005）(2005)TEION KOGAKU（J.J.Cryo.
Soc.Jpn.
Jpn.）
Vol.

11) H. Fujishiro, M. Kaneyama, K. Yokoyama, T. Oka and K. Noto:�������������������� 5 ��������

“Generated heat during pulse field magnetizing for REBaCuO

�����������������������������(RE=Gd, Sm, Y) bulk superconductors with different pinning�����������������������������ability”, Supercond. Sci. Technol. 18 (2005) 158-165

�����������������������������12) H. Fujishiro, K. Yokoyama, M. Kaneyama, T. Oka and K. Noto:���������������

“Effect of metal ring setting outside HTSC bulk disk on trappedfield and temperature rise in pulse field magnetizing”, to bepublished in IEEE Trans. Appl. Supercond. (2005)�� �� �� �� � �� 46 � 1 � 17 ����� 11 ����������������������������������13) H. Fujishiro, M. Kaneyama, T. Tateiwa and T. Oka: “A record high��������������������������� 16 �trapped magnetic field by pulse field magnetizing using GdBaCuO

����� ���������� ���������� ����bulk superconductor”, submitted to Jpn. J. Appl. Phys.

�������� ���������������������14) Y. Yanagi, M. Yoshikawa, Y. Itoh, T. Oka, H. Ikuta and U.

�������������������Mizutani: “Trapped Field Distribution on Sm-Ba-Cu-O Bulk
Superconductor by Pulsed-field Magnetization”, Advances inSuperconductivity XII, Springer, Tokyo (2000) 470-472
15) H. Fujishiro and S. Kohayashi: “Thermal conductivity, thermal
diffusivity

andthermoelectric

powerofSm-basedbulksuperconductors”, IEEE Trans. Appl. Supercond. 12 (2002) 11241127

�� �� �� ��� � � �� �� � �� 30 � 12 � 3 ����� 54 �����
�����������������������������
14 ��16 ������������������������
����������������������������������������������������������
�������������������� �� 55 � 9 � 25 ����� 15 �����

��������������� 17 ������������
�����������������������������
17 � 4 ������NEC ���������������� �� �� �� � �� 12 � 10 ����� 37 �������
�����������������������������
�������������������� 15 � 3 �������������������� 11 ��� 16 �������
�����������������������������
������������������������������� �� �� �� � �� 32 � 3 � 8 ����� 55 �����

������������������

������������� 60 ��������������
�����������������������������

�����4040巻
� 66 号
��20052005�
低温工学年2377