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2004 年 4 月号

2004 年 4 月 1 日発行

掲載内容（サマリー）：
トピックス○超電導電力貯蔵(SMES)システム技術開発成果報告会
特集：超電導回転機の技術開発○わが国の超電導回転機技術開発への期待○低温超電導発電機プロジェクトの開発成果○高温超電導電動機技術の進展○超電導発電動機技術への期待○船舶推進用高温超電導電動機の開発の現状○超電導関連 4−5 月の催し物案内○新聞ヘッドライン（2/19-3/19）○超電導速報−世界の動き（2004 年 2 月）
○標準化活動−TC90 超電導国内技術委員会、第 10 回 TC90 総会の日本開催誘致提案承認−○平成 15 年度第 4 回低温工学材料研究会報告○電気学会全国大会シンポジウム「新しい電気電子材料としてのカーボンナノチューブの魅力」○電気学会全国大会シンポジウム「超電導応用機器における最新の開発動向」○隔月連載記事−ITER 超電導コイル開発への道のり（その 2）○読者の広場(Q&A)−高温超電導体のかたまり『塊』や線はどのようにすれば超電導状態にできるのでしょうか？ 実験室でもできる簡単な手順を教えて下さい？

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超電導 Web21〈発行者〉
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超電導電力貯蔵(SMES)システム技術開発成果報告会
平成 16 年 3 月 11 日(木)、東京都千代田区の九段会館にて「超電導電力貯蔵(SMES)システム
成果報告会」が開催された。本報告会は、経済産業省資源エネルギー庁の政策事業として、独立行政法人 新エネルギー･産業技術総合開発機構(NEDO)が(財)国際超電導産業技術研究センター(ISTEC)他へ委託し推進している「超電導電力貯蔵システム技術開発」において得られた成果に関する報告会である。企業、大学、研究機関など幅広い分野から総勢約 200 名の参加があり、会場が満席になる程の盛況であった。
講演に先立ち、ISTEC の田中昭二副理事長、
正田英介プロジェクト推進委員会委員長の挨拶に続き、来賓の経済産業省 資源エネルギー庁
電力･ガス事業部 電力基盤整備課の齋藤健課長
より、電力を巡る情勢が大きく変化している中で革新的技術開発に強く期待する旨の挨拶があった。
講演は、ISTEC 常務理事の辰田プロジェクト
リーダーによる成果の全体概要報告で始まり、コスト低減技術開発の成果報告として、系統安
定化用 SMES について谷口俊二九州電力㈱ 電
力貯蔵グループ長、負荷変動補償･周波数調整用
挨拶をする齋藤 経済産業省資源エネルギ−庁
SMES について長屋重夫中部電力㈱ 超電導･新電力･ガス事業部電力基盤整備課長
素材チームリーダーからそれぞれの講演があり、経済性と性能が両立する SMES コイル技術を確立し、特にコイルの性能検証試験においては、
世界初の 5kA/s 級の高速通電や 10kA 級一万回繰返し通電に成功したとの報告があった。
続いて、
石山敦士早稲田大学教授と秋田調(財)電力中央研究所 電気物理部長による高温超電導 SMES 技術調査の成果報告では、伝導冷却で Bi2212 ラザフォード導体への世界初 27K 4000A 通電に成功する等、酸化物系高温超電導 SMES の技術的実現可能性の見通しを得たとの報告があった。

講演風景

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活発な質疑応答© ISTEC 2004 All rights reserved.

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さらに、超電導応用基盤技術研究開発プロジェクトリーダーである塩原融 SRL/ISTEC 線材研究開発部長から、SMES への応用が期待される次世代線材の開発動向についての報告があった。
最後に、「SMES 技術開発の今後の展開」と銘打ち、大崎博之東京大学助教授より、本技術開発
成果を踏まえ SMES 実用化へ向けた課題および展開のあり方についての講演があった。
それぞれの講演に対し、多くの質問が出され、活発な意見交換が行われ、SMES 実用化への期待の大きさが感じられた。
（ISTEC 調査企画部 清水延彦）

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特集：超電導回転機の技術開発 「わが国の超電導回転機技術開発への期待」
東京大学
大学院新領域創成科学研究科
助教授
大崎 博之
わが国における超電導回転機開発の代表は、昭和 63 年度に開始された Super-GM（超電導発電関連機器・材料技術研究組合）による界磁超電導発電機の研究開発であり、実証試験での 79MW の出力達成や 1,500 時間の連続運転、実系統連系試験の成功など、超電導発電機の実用化へ向けて重要な成果が得られた。ところが一方で、電力市場の自由化やコンバインドサイクル発電の普及、分散電源の導入拡大などの中、60〜100 万 kW を超える大容量機の導入は減少し、従来機の低価格化なども進み、実用超電導発電機の開発は厳しい状況におかれている。しかしながら、超電導発電機の有する小型・軽量化、大容量化、効率の向上、安定度の向上、運転可能範囲の拡大などの特長は、
地球環境問題への対応策の一つとなるだけでなく、電力市場の自由化や分散電源の導入拡大などにともなう系統安定度や電力品質への懸念を本質的に軽減、さらには解決しうるものであり、将来の電力機器として重要であることに変わりはない。
海外に目を向けると、超電導回転機技術開発はほぼ高温超電導機に限られており、数千馬力の産業用電動機や数万馬力の舶用電動機、および発電機の開発が米国およびドイツなどを中心に進められている。わが国では現在のところ高温超電導回転機を対象とする大きな研究開発プロジェクトは見当たらないが、回転機構造や冷却システムの簡素化、過負荷耐量の増大などの実用上の利点をもつ高温超電導回転機は有望な開発ターゲットになり得ると考えられ、Super-GM での開発成果も大いに活かされると思われる。また、超電導応用基盤技術研究開発プロジェクトの中で進められた高機能超電導材料技術研究開発では、Bi-2223 線材を用いた長さ 1m 程度のレーストラックコイルの開発が行われ、それは回転機やリニアモータの界磁コイルとして適用が可能である。
回転機市場はすでに成熟しており、そこへの超電導機の進出には、高機能、高性能であることと同時に、コスト競争力を高めてユーザの選択肢の一つとしてあがることが必要である。機器信頼性の向上と検証もそのための重要なステップである。
すなわち、
高温超電導線材の低コスト化を図り、また、極低温冷却システムの簡素化と高信頼化により、ユーザに強く意識されない冷却システムとすることが求められる。Bi 系線材や MgB2 線材への期待に加え、Y 系線材への期待も当然大きい。
これらの課題は回転機に限らず、超電導応用機器全般にも共通する課題でもある。開発ターゲットの一つとして高温超電導回転機の早期重点化を望むとともに、今後の進展を大いに期待したい。

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特集：超電導回転機の技術開発 「低温超電導発電機プロジェクトの開発成果」
超電導発電関連機器・材料技術研究組合
発電機技術部
部長 武居秀実
1988 年度から 1999 年度までの NEDO の受託研究として実施した「超電導電力応用技術開発プ
ログラム（以下フェーズⅠという）」の開発成果を受けて 2000 年度から 4 年間に亘って NEDO の受託研究として「超電導発電機基盤技術開発（以下フェーズⅡという）」を進めてきた。今回その成果を報告する。
1. 開発対象、開発目標
フェーズⅠで 7 万 kW モデル機にて実証試験を実施し、20 万 kW 級機のパイロット機の為の基盤技術を確立した。フェーズⅡはその開発成果を受けてコスト低減、大容量化を図る基盤技術を開発する。対象機は、高密度化が 20 万 kW 級、大容量化が 60 万 kW 級機であり、それぞれの技術開発目標としては表 1 のとおりである。

表 1 技術開発目標
項

高密度化
基盤技術

大容量化
基盤技術

目

ﾌｪｰｽﾞⅡ

ﾌｪｰｽﾞＩ

電機子巻線電流密度140A/cm2

110A/cm2

界磁巻線電流密度80A/mm2

60A/mm2

出力密度

1.5

1.0

電機子巻線電流

15kA級

6.5kA級

界磁巻線電流

6kA級

3kA級

回転子外径

1,100mm

900mm

2. 開発成果
超電導導体は、臨界電流密度と超電導安定性の向上、交流損失の低減を目標に開発を進め、高密度化ならびに大容量化線材ともに交流損失は組合自主目標値(200kW/m3 以下)のほぼ 50%の値を達成し、また、臨界電流密度 Jc もそれぞれ 3150A、3130A と組合自主目標値(3300A/mm2 @5T)の 95%以上を達成した。
超電導発電機に関しては、技術検証項目に応じた界磁と電機子の要素モデルならびに部分モデルの製作・試験の実施、数値解析結果との突き合わせ等により、開発技術を検証した。
20 万 kW 級電機子部分モデルについては、製作性および所要性能を確認し、また 60 万 kW 級界磁巻線部分モデルについては通電試験において定格時 5700A@5.1T に対し 9500A@7T 以上流せる
ことなど目標性能を確認した。これらの成果を踏まえて最終基本設計へ反映した。
更なる高密度化・材料コスト削減の可能性を有する鉄心磁性材料（13%Ni 鋼）については実機相
当の鋼塊を製作して性能試験を実施し実用可能であることを検証した。
冷凍システム技術は、高効率、高信頼度を目指して可変容量膨張タービンの採用と 150L/H 級を2004 年 4 月号

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想定した膨張タービン用高負荷軸受の設計を行い、送液効率 1.8〜2.8kW/(l/h)の目標に対し 2.0〜
2.5kW/(l/h)を、また、連続運転時間 20,000 時間を達成する見通しを得た。更に、既設発電所への冷凍システム設置についても十分可能であることを確認した。
初期基本設計、要素モデル、部分モデルのこれまでの開発結果や解析技術を踏まえシステム全体のメンテナンスも考慮しつつ最終基本設計を実施し、20 万 kW 級機は表 2 に示すように基本目標を達成すること、発電効率も計画以上の値を得られることを確認した。また、60 万 kW 級機についても同様に確認した。
表 2 20 万 kW 級超電導発電機基本設計結果
項目＼容量

フェーズⅠ
技術

最終設計

磁性巻線軸
設 計 (13%Ni)

電 圧 （ kV）

18.0

14.8

14.8

電流（A )

7153

8699

8699

Xd(pu)

0.6

0.6[0.6]

0.5[0.6]

電 機 子 電 流 密 度 ( A / c m 2)

110

140(140)140(140)

界磁巻線平均電流密度（ A /m m2）

61

80(80)

80(80)

回 転 子 長 (胴 部 )(mm)

5700

4400

4160

効 率 (%)

99.29

99.33[>99.30]

99.35[>99.30]

21.3( 1pu)

35.4( 1.66pu )38.9( 1.82pu )出力密度( M W / m 3)（）内技術開発目標[]内組合目標値

超電導発電機の導入シナリオに関しては、超電導発電機の経済性評価を行った。また、超電導発電機の電磁界解析手法の調査と試解析を実施し、分散電源導入時の超電導発電機の導入効果について電圧変動に対する有効性等を示した。

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特集：超電導回転機の技術開発 「高温超電導電動機技術の進展」
京都大学
工学研究科電気工学専攻
助教授 星野 勉
高温超電導電動機は、米国中心に研究開発がされている「船舶推進用高温超電導モーター」に見られる界磁巻線超電導同期電動機と、Oxford University の D. Dew-Hughes ら、1), 2) Moscow State
Aviation Institute の L.K. Kovalev ら、3), 4) 京都大学の牟田ら 5), 6) が研究しているブラシレスバルク
電動機に大別できることは、2 年前と変わっていない。7) ただ、同期電動機は、経済性よりも小型軽量である特徴を生かした、艦船への適用が目標で、図 1 に示す単機容量の増加傾向が見られる。
詳しくは、和泉氏の記事に譲る。ブラシレスバルク超電導機は、200 kW まで試作されているが、液化窒素ガスや液化水素ガスの送液ポンプの原動機として極低温部に直接組み込んで使用する、特殊用途への適用が考えられている。図 2 に製作されたラジアル型バルク超電導電動機の要素の写真を示す。今後、ベアリングレス化の取組みがされるであろう。わが国の中小形モータは、制御機器として使用されており、電動機の制御性が問われるが、超電導電動機については、これから検討される状況である。集中巻、永久磁石埋込型電動機
で 5 MW まで製作できるとされているので、特殊用途に特化した適用が期待される。なお、巻線形
誘導電動機の回転子構造で回転子中で超電導巻線を短絡し、始動トルクを向上させる試みが試作試
験されている。いずれも適用形態を明確に意識した研究開発をする状況になったといえるであろう。
図 1 米国における界磁巻線超電導同期電動機の開発容量の推移

図 2 製作したラジアル型電機子(右)と回転子(左: Sm-123 バルク材とシャフト)

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参考文献
1) G.J. Barnes, M.D. McCulloch and D. Dew-Hughes: “Applications and modelling of bulk HTSs inbrushless ac machines”, Supercond. Sci. Technol. 13 (June 2000) 875-878
2) M.D. McCulloch: “Future trends in the application of (RE)BCO in electrical machines”,
Supercond. Sci. Technol. 15 No 5 (May 2002) 826-830
3) L.K. Kovalev, K.V. Ilushin, V.T. Penkin, K.L. Kovalev, A.E. Larionoff, S.M-A. Koneev, K.A.
Modestov, S.A. Larionoff, V.N. Poltavets, I.I. Akimov, V.V. Alexandrov, W. Gawalek, B. Oswald and G.
Krabbes: “High output power reluctance electric motors with bulk high-temperature superconductor
elements”, Supercond. Sci. Technol. 15 (May 2002) 817-822
4) L.K. Kovalev, K.V. Ilushin, K.L. Kovalev, V.T. Penkin, V.N. Poltavets, S.M-A. Koneev, I.I. Akimov, W.
Gawalek, B. Oswald, G. Krabbes: “High output power electric motors with bulk HTS elements”,
Physica C, 386 (Apr 2003) 419-423
5) T. Nakamura, H.-J. Jung, K. Fukui, I. Muta, T. Hoshino: “Electromagnetic Characteristics of
Bi-2223 Disk in a Rotating Magnetic Field”, Physica C, 392-396 (Oct 2003) 664-668
6) H.-J. Jung, T. Nakamura, N. Tanaka, I. Muta, T. Hoshino: “Characteristic analysis ofhysteresis-type Bi-2223 bulk motor with the use of equivalent circuit”, Physica C, in Press
7) 星野勉: “HTS 電動機開発の現状”, 超電導 Web21, 2002 年 2 月号 (2002.2) 3

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特集：超電導回転機の技術開発 「超電導発電動機技術への期待」
東海大学
電子情報学部 電気電子工学科
教授 牧 直樹
液体ヘリウム（4.2K）で冷却される大容量低温超電導発電機の開発が国プロで進められ、フェーズⅠでは 7 万 kW 級モデル機により系統安定度向上や高効率性能を実証し、フェーズⅡでは ACC
火力機に適用される 20〜60 万 kW 機を主ターゲットに大容量化･低コスト化技術を確立するなど、世界をリードしてきた。しかし、事業用発電機は経済性が重視される状況にあり、実績のない先端機器の実用化は厳しい状態にある。
この超電導発電機に高温超電導体（Bi 系、MgB2、Y 系）を適用した高温超電導発電動機は、1MW級の小容量機でも定格・部分負荷効率の向上（数%）や小型軽量化（〜1/2）が維持できるほかに、
冷凍機容量の大幅低減（1/10 以下）、過負荷耐量の増大（数秒の短時間なら数倍）、強力ダンパによりインバータ運転時の歪高調波抑制と騒音低減などのメリットがあり、相当の省エネ効果と総合的な低コスト化が期待できる。
この高温超電導発電動機に対して、米国とドイツでは実用化を目指した数 MW 級実証機の開発、
韓国や英国、ロシアではサブ MW 級基礎実験機の試作研究が進められている。このように、超電導発電動機技術は実用化にあと一歩のところまで進展しており、21 世紀初頭に花開く超電導応用製品のトップランナーになりうる。そこで今後、日本としては分散電源用発電機や産業･交通用モータなど汎用性の高い分野への 1MW 級機の実用化を達成することが望ましい。有望な適用分野と主たる狙いを以下に挙げる。
① 風力用発電機：軽量化によるナセルの小型化、信頼性向上とメンテナンスフリー化② コージェネ用発電機：電圧安定･波形など良質の電力、小型･高効率化による低コスト③ 高速鉄道用モータ：小型軽量化と運転効率の向上、変圧器を含めた超電導システム化④ 電気自動車用モータ：小型軽量化と過負荷耐量の増大に伴う駆動部重量の大幅低減⑤ 船舶用発電機･モータ：小型軽量化と過負荷耐量の増大に伴う高速性･操船性･静音向上⑥ ポンプ･圧縮機･ファン用モータ：高効率化と小型軽量化に伴うコスト低減⑦ 鉄鋼圧延機用モータ：間歇過負荷･高効率運転による低コスト
この高温超電導回転機を開発するのに必要な主要技術課題として次項が挙げられる。
・高温超電導磁石の性能向上：高性能導体と巻線･支持･冷却技術の開発、経済性の向上
・極低温回転子の構造最適化：熱侵入量の減少による冷凍機容量の低減、信頼性の向上
・冷凍機の開発：回転子内蔵型を含めてコンパクト化とメンテナンスフリー化
・キーコンポネント･モデル機試作による各種性能と経済性の実証
特に、高温超電導線材の選定（20〜25K 使用の Bi-2212 と MgB2、30〜40K 使用の Bi-2223、65〜77K 使用の Y-123）や回転子内部の大気使用、回転子内蔵型の冷凍機の出現など夢のある技術開発が期待できる点で大変に興味深い。

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特集：超電導回転機の技術開発 「船舶推進用高温超電導電動機の開発の現状」
東京海洋大学
海洋工学部 海洋電子機械工学科教授 和泉 充船舶の電気推進システムにおいて、現用の推進電動機（誘導機や永久磁石同期機など）に換えて回転界磁磁石を高温超電導化した同期機を採用するポイントを整理すると下記のようになる。常時使用する大型推進電動機の小型・軽量化・放射熱減につながる。船体内部（インハル）だけでなく、船外のポッド（さや）に収めた場合の積載量の増加や推進効率の優位性。ポッドにいれてしまえば、どのモータでも同じという議論もあるが、ポッドが小さくなり投影面積が減少して容器やストラッド支持部も含めて軽くなる効果は見逃せない。さらに静粛、また周辺のエンジニアリングでは、現用の送風などの冷却系にかわる界磁を冷却する冷媒によるパフォーマンスとこれを含めた総合的ま
たは電動機単独の効率の向上、特に推進器の出力特性から、定格回転速度より低い運転の場合の部
分負荷時の高い効率は燃料消費において大きなメリットとなる。このような超電導電動機へのニーズは以下による。
多くの船舶では熱効率に優れるディ−ゼル機関を原動機としてギアとシャフトによってプロペラを回転させる機械推進であったが、二酸化炭素排出等にかかわる地球環境保全や居住性、ガスエンジンの採用、電動機制御の進展や総合輸送効率の観点から趨勢は原動機で発電してその電力でプロペラを電動機で回す電気推進、あるいはポッド式電気推進が採用される傾向にある。10 メガワット
級のポッド推進器も出回り世界最大の客船クイーンメリー2 もポッド推進器 4 基で、推進出力 11万 7000 馬力を誇り、ガスタービンで発電する電気推進方式を採用している。ポッドの支持部はラダー（舵）となって 360°回転する。北欧においては原油輸送のためにバルバスバウと砕氷能力を各々船の前後に備えたポッド推進が実用されている。これらの情勢から、高温超電導電動機が確立されればその小型軽量性から電気推進船への適用は遠いことではないと推測される。実際、米国では、艦艇の電化構想のもと電気推進方式への切り替えの中で、液体ヘリウム温度までの冷却を必要としない、Bi 系高温超電導線材コイルを実装して、5MW から一体で 36.5MW までの高温超電導電動機の開発を 2006 年を目途に着々と進めている。1) 現在、超電導電動機でプロペラを回す電気推進船は就航していない。高温超電導技術を、船舶の推進において“高い効率”を達成する技術基盤として確立しておくことが重要である。
高温超電導体をもちいた“高温超電導電気推進システム”は、大型の船舶に向けた大出力・大馬力
ほどメリットは大きい。135(400)トンの現用電動機が界磁の高温超電導化によって 50(75)トンほどになり、冷凍機・冷媒配管を考慮しても減容は著しい。液体ヘリウム温度までの冷却を要しないので、近年のコンパクトな閉サイクル冷凍機の進歩は、このようなシステムへの高温超電導電動機の適合性を高めていることは間違いない。米国では、電力供給網の整備と相俟って 8MW 級の高温超電導電動機をコンデンサとして発電送電に役だてようとしており陸上への普及も始まっている。現
在、36.5MW のプロペラ直結型推進同期電動機の設計と製作がアメリカンスーパーコンダクター(AMSC)社によりアナウンスされている。同社では、5MW、230 r/min の同期機を開発しており、無負荷試験を完了、昨年来、米国フロリダの CAPS でロードテストをめざして準備が進んでいる。最近の情報では、この 4 月以降に実施試験されるという。5MW もの大きさになると負荷機を新たに設計製作する必要もあり、準備に時間がかかるのは予想できることである。彼等は、たとえば高温
超電導発電機について、効率や損失、市場調査などの予測計算を行って、それがたとえわずかであっても、実用化されたことによる結果、そのライフサイクルの中で、どのくらいの得失となるかを
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真摯に検討しながら思いきった投資によって積極的に開発計画を着々とすすめている。欧州においても舶用電気推進用の小型軽量電動機への利用も目的とする 450-600kW 級の高温超電導電動機もSIEMENS 社により開発されており、4MW 級の回転機の開発も進んでいる。
一方、高温超電導電動機では、鉄心がなくても界磁磁束を大きく得られることから小型軽量化や静粛性などの多様なメリットが生じるが、他方、現状では線材コストが電動機のコストを押し上げることは間違いない。船舶の総合輸送効率の向上によるコストダウンと高価な推進器を導入するイ
ニシアルコストをペイさせることは簡単ではない。次世代線材を交えた線材性能とコストの推移に期待したい。
最近、北野精機社長北野雅裕氏、東京海洋大学、福井大学杉本英彦教授のグループは、高温超電導バルク磁石を冷却、渦巻き型電機子コイルで着磁する技術 2) を高温超電導回転機に応用して、回転界磁磁石を液体窒素によって冷却する推進用実証同期機モデルの回転に成功した（図 1）。ブラ
シレスのアキシャルギャップ型であり、バルク体を液体窒素に浸漬しないで冷却することが可能である。定格は 15kW、720 r/min であり、現在は 1.6 kW、720 r/min である。要素技術試験ではこの界磁構造でバルク磁石に液体窒素温度で 1 テスラ以上の磁場のパルス着磁が可能であり、また冷媒を選択して界磁磁束を増やすことが可能である。電機子電流と着磁磁束を増加させて定格に至ることが可能である。このような高温超電導バルク磁石の電動機でも100 キロワット級に至ると最大 30%程度の減容を見込むことができる。
最後に、高温超電導技術が、小型、軽量で騒音の少ない環境調和した次世代の船舶と船舶運航システムの進歩に大きく資することを期待したい。
図 1 アキシャルギャップ型バルク高温超電導電動機実証試作機

参考文献
1) S. Kalsi and S. Karon, “Status of Superconducting Motors for Ship Propulsion – No. 76” ,Proc. 9thInt. Conf. On Marine Engineering Systems, HUT and on board MS SILJA SERENADE, 19-21 May
2003
2) T. Ida et al., “Magnetization Properties for Gd-Ba-Cu-O Bulk Superconductors with a couple ofpulsed-field vortex-type coils, presented at ISS2003, Oct. 27-29, 2003 Tsukuba, Japan, Physica C,
in press.

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超電導関連 4−5 月の催し物案内
4/7
強磁場を利用した新規高分子光学素子開発を目指して
場所：東京大学本郷キャンパス 工学部 5 号館 3 階 談話室（341 号室）
主催：低温工学協会「新磁気科学調査研究会」
Tel：029-863-5619、Fax：029-863-5571
e-mail：HIROTA.Noriyuki@nims.go.jp
4/12-16
Materials Research Society Spring Meeting
場所：San Francisco, USA
http://www.mrs.org/meetings/spring2004/
4/19-23
2004 IDW (2004 International DAPAS Workshop)
場所：Hyundai Hotel, Gyeongju, Republic of Korea
主催：Center for Applied Superconductivity Technology (CAST)
Tel:+822-421-9515, Fax:+822-421-9525, e-mail:eddy@b612pro.com
http://cast.re.kr/2004idw/
5/11-14
ICEC20:20th International Cryogenic Engineering Conference
場所：Beijing, China
http://WWW.icec20.org
5/20
超電導技術動向報告会−黎明期を迎えた超電導産業
場所：都市センターホテル 3F コスモスホール
主催：財団法人 国際超電導産業技術研究センター
http://www.istec.or.jp/event/index.html
5/24-26
第 70 回春季低温工学・超電導学会
場所：横浜国立大学（横浜市）
主催：低温工学協会
e-mail：LDJ04246@nifty.ne.jp
5/25-26
Third International Congress on Material Science and Engineering ICMSE’3
場所：Jijel, Algeria
e-mail：cisgm3@mail.univ-jijel.dz
5/27-30
International Symposium on High-Temperature Superconductors: Fundamentals and Applications(ISHTS-2004)
場所：Samarkand, Uzbekistane-mail：taylanov@yandex.ru
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新聞ヘッドライン（2/19-3/19）○ITER 建設誘致先問題を協議 21 日ウィーンで次官級会合 2/19 日刊工業新聞○極低温で起きる不思議な現象 極低温の原子ペアで動く 超電導の仕組み解明に手がかり 2/22
日本経済新聞○熱核融合実験炉の立地先 専門家が来月討議 日仏両国誘致譲らず 2/23 日本経済新聞○ITER 決着せず 参加国・地域の合意重視 2/24 電気新聞
○電動スクーター兼自転車 タカラが折り畳み式 2/26 日経産業新聞○未来を開く科学技術 新生 NEDO の挑戦 「特許」
「国際標準化」の二本柱で 2/26 日本工業
新聞
○ITER 誘致問題 来月にも日仏直接交渉 政府方針 両者間の打開策模索 妥協案、地元に波紋
2/27 電気新聞○量子コンピューター実現に道 光情報の転送 数千倍効率化 米大が成功 3/1 日本経済新聞○核融合研のプラズマ閉じ込め能力 ヘリカル型で世界最高 3/3 日経産業新聞○NEC、ナノ特許開放 住商に 2 件供与 用途開発、知財価値を向上 3/4 日本経済新聞、日刊
工業新聞○「2010 年の有望技術・市場」キーワードは 環境 ユビキタス 薄型 主要 148 社最高技術責
任者調査
高情報・電機 低バイオ・宇宙 成長率ランキング 3/4 日経産業新聞○電池長持ち 新技術続々 新たな材料使い 40 年ぶり新種 より高性能を追求 3/7 日本経済新聞○MRI 内の手術支援 患者の体内「透けて」表示 臓器の位置一目で 3/8 日経産業新聞○磁気的免疫時反応検出法 感度光学の 30 倍 九大磁気センサー/マーカー使用 3/8 日刊工業新聞
○究極のエコカー 水で走る 大同メタル、ミニカーで開発 3/9 日経産業新聞○永久磁石同期モーター利用 神奈川大が電気自動車 3/9 日刊工業新聞○宇宙放射線量の計測法 日本主導で国際比較実験 「標準」目指し 17 機関参加 3/12 日刊工業新聞○高温超電導物質 京大が世界最高性能 リニア実用での低コスト化へ道 3/13 日本経済新聞○SMES の成果報告 ISTEC コスト減など 7 件 3/15 電気新聞
○大強度陽子加速器進む建設 中性子実験普及へ弾み 3/16 日経産業新聞○磁気の観察精度 5 倍 顕微鏡の針にナノチューブ 産総研 3/18 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 2 月）

電力
American Superconductor Corporation (2004 年 2 月 4 日)
American Superconductor Corporation (AMSC) とニュージーランド国立研究所の Industrial
Research Limited (IRL)は、BSCCO2223 として知られている HTS 材料の基本組成を規定した特許
が米国特許庁の許可査定を受けたと発表した。AMSC はこの特許の独占的実施権を有し、今後 17
年間その権利は有効である。第 1 世代の HTS 線材やその他製品の原材料となる BSCCO2223 は、
1988 年に IRL により開発された。1989 年、本特許は米国及びその他大市場を持つ各国（英国、フランス、ドイツ、オランダ、ニュージーランド）に出願された。当該特許は、ニュージーランドのSuperlinks 社が管理に当たり、現在は IRL 及びニュージーランドの電力会社である Meridian Energy
Ltd. が保有している。1992 年 IRL とのビジネス上の関係を結んだ時、AMSC はこの特許について（出願）各国における独占的実施権を得た。米国内においては、この特許のおかげで AMSC はBSCCO2223 の独占的権利を持ち、また同時に、市場に出始めた同線材応用製品についても権利を持つ。この特許の力は大きい。この BSCCO2223 特許は、商用 HTS 線材生産の本質的な特許であるため、世界の各社から異議の申し立てを受けてきた。この特許は、組成としては、2:2:2:3 ではな
く 2.1:2:2:3 と規定しているが、現在の使用されている線材はビスマス及び鉛がややリッチである。
従って、特許は、商用の第 1 世代線材として使われている材料組成をカバーしている。AMSC 技術担当取締役 Alex Malozemoff は、「この特許は今日の HTS 線材の商用応用全てに適用される。この特許は極めて強い。というのは米国特許庁の 14 年に亘る審査に耐え、また多くの世界中からの異議申し立てに打ち勝ってきたのだから。
」と述べた。米国の同業他社は、AMSC がサブライセンス
しない限り、第 1 世代の HTS 線材を販売することはできない。現在、AMSC は米国内では唯一のBSCCO2223 メーカーである。また、住友電工とは米国及び欧州地域での第 1 世代線材に関するク
ロスライセンス契約を結んでいる。但し、この特許は YBCO 系の第 2 世代線材は対象外である。
（出典）“American Superconductor Is Exclusive Licensee of Newly Issued Patent For Material Used In
Commercial High Temperature Superconductor Wire”
American Superconductor Corporation press release (February 4, 2004)
http://www.amsuper.com/html/newsEvents/news/10335061601749.html“BSCCO Patent Announcement Frequently Asked Questions”
American Superconductor Corporation press release (February 4, 2004)
http://www.amsuper.com/html/newsEvents/news/10335061601752.html
American Superconductor Corporation (2004 年 2 月 5 日)
American Superconductor Corporation (AMSC)は、2003 年 12 月 31 日に終了する第 3 四半期の収支を発表した。当期純収入は 1,230 万ドルで、前年同期 280 万ドルから 347%の増加。また、2003
年第 2 四半期比でも 28%の増加。当期損失は 650 万ドル。前年同期の損失は 1,260 万ドル。第 3四半期の間に 290 万ドル分の新規受注及び新規契約締結があり、受注残の合計は 2003 年 12 月 31
日現在で 7,520 万ドルある。その内 1,060 万ドルは第 4 四半期に現金化される見込み。AMSC は第3 四半期終了時点で現金及び現金に準じる流動資産、また長期投資を併せて 5,690 万ドル保有しており、長期負債はない。同社は 2004 年度は、収入が 4,000〜4,200 万ドル、損失が 2,700〜2,900万ドルと予想している。
（出典）

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Fax: 03-3431-4044“American Superconductor Reports Fiscal 2004 Third Quarter and Nine-Month Results”
American Superconductor Corporation press release (February 5, 2004)
http://www.amsuper.com/html/newsEvents/news/10335061601753.html
Pacific Northwest National Laboratory (2004 年 2 月 13 日)
Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)の研究者は、米国内で今後 20 年の電力需要を満たすためには 4,500 億ドルの設備投資が必要であると予想している。電気設備用の固定資産は、燃料
経費よりも電気料金に占める比重がずっと大きいため、電気料金を適正な範囲に納めるためには新規のインフラを最小限にとどめておかなければならない。米国では年間 400 時間の電力ピークに対応するため発電系では 10%、送電系では 25%の余裕を見ておく必要があり、通常時には発電能力の 75%、送電能力の 50%しか使われていない。このため、（電力料金という点で）グリッドの効率を増加させるというのは極めて重要なことである。このような問題点を解決するため、PacificNorthwest National Laboratory の研究グループは IT 技術、超電導、電力貯蔵、負荷管理、分散電源などを統合した完全な現行システムの改造・変革を提案した。特に、IT 技術を使えばシステムを最適化することができ、新規投資を最小限に、かつ、システムをより安定なものにすることができる。
これにより、800 億ドルの建設投資が節約できる。
（出典）“PNNL envisions smart energy approach projected to save billions”
Pacific Northwest National Laboratory press release (February 13, 2004)
http://www.pnl.gov/news/2004/04-05.htm
Trithor (2004 年 2 月 18 日)
Trithor は、EU が電力応用第 2 世代線材の生産プロセス開発に向けたコンソーシアムに 200 万ユ
ーロの支出を決定したと発表した。コンソーシアムのリーダーは Trithor である。同社専務 Jens
Müller は、「技術シードに投資するとともに欧州のベストラボ同士がネットワークを組んで協力するというのは次世代線材開発の最高のスタートの切り方である。
」と述べた。コンソーシアムは検討するプロセスのバリエーションを絞り込むとともに、以下の 3 つの基準を採用することとしている。
①既存の第 1 世代線材よりも同等以上のパーフォーマンスを持つこと、②コスト・パーフォーマン
スが銅を含む既存の線材と同程以上であること、③商業生産が 2010 年までに可能であること。
Trithor は、現時点では、第 1 世代及び第 2 世代の HTS 線材に関わっている欧州唯一のメーカーである。
（出典）“Trithor Receives Grant to Develop Second Generation HTS Wire”
Trithor press release (February 18, 2004)
http://www.trithor.de/pdf/2004-02-18%20Trithor%20received%20COCON%20grant.pdf

通信Superconductor Technologies Inc. (2004 年 2 月 4 日)
Superconductor Technologies Inc. (STI)は、2003 年 12 月 31 日に終了する第 4 四半期の収支予想（監査前）を発表した。純収入は概ね 1,640 万ドル、2003 年通年では 4,940 万ドル。収入は、前年
第 4 四半期の 700 万ドル、2002 年通年の 2,240 万ドルと比べて大幅に増加している。また、同社
は（収支確定した時点で）、同社の重要なマイルストーンである黒字化を第 4 四半期に達成したことを発表する予定。同社社長 M. Peter Thomas は、「2004 年に入り、STI の製品は通信インフラを
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改善するための分野で益々マーケットに受け入れられるようになる。従って、今後も継続して成長していくことが可能であるし、2004 年は年間を通じて黒字化する初めての年になることを期待している。
」と語った。第 1 四半期は季節的に売上が伸びない。次の第 1 四半期は政府契約収入の減少も予想されるが、STI は、新たな顧客を獲得し、世界へも打って出ており、成長がこのような減少を補ってくれるものと考えている。第 4 四半期の正式な収支は 2004 年 3 月 1 日発表される予定。
（出典）“Superconductor Technologies Announces Preliminary Results for 2003”
Superconductor Technologies Inc. press release (February 4, 2004)
http://ir.thomsonfn.com/InvestorRelations/PubNewsStory.aspx?partner=5951&storyId=106520
ISCO International, Inc. (2004 年 2 月 17 日)
ISCO International は、2003 年 12 月 31 日に終了する第 4 四半期及び 2003 年通年の収支を発表した。純収入は第 4 四半期が 128 万 9000 ドル（前年同期 153 万 6000 ドル）、2003 年通年が 323
万 8000 ドル（2002 年通年 366 万 3000 ドル）であった。純損失は、第 4 四半期が前年同期 248 万
3000 ドルから 31 万 9000 ドルに減少、通年でも 2002 年の 1,407 万 8000 ドルから 715 万 6000 ドルへと減少した。
（商品の）グロス・マージンは、前年の 3%から 49%へと改善した。マージン改善の主な理由は ISCO のアウトソーシング戦略を継続して進めていること及びより付加価値の高いビ
ジネスへの志向によるものである。2004 年 3 月に公判が予定されていた訴訟については和解の方向で動いている。その結果として、2003 年 35 万ドルの費用計上を行った。この費用がなければ第4 四半期の純収入はプラスであった。同社社長 Amr Abdelmonem は、「ISCO の業績見通しは、通信セクターの回復とともに明るくなってきている。データ通信が通信量を爆発的に伸ばしていることもあって、携帯市場は力強く成長を続けるだろう。無線ネットワークへの投資は以前の低いレベ
ルから大きく伸びることが期待される。
」と述べた。
（出典）“ISCO INTERNATIONAL REPORTS FOURTH QUARTER AND FULL YEAR 2003 RESULTS;GROSS MARGIN IMPROVES FROM 3% TO 49%”
ISCO International, Inc. press release (February 17, 2004)
http://www.iscointl.com/
ISCO International, Inc. (2004 年 2 月 24 日)
ISCO International, Inc.は、投資家から 200 万ドルの資金を得た他、既存の借入金の期日を 2005
年 4 月まで延長したと発表した。返済期日の延長により、従来借り入れていた 400 万ドルの利率は2004 年 4 月 1 日付けで 14%になる。これは追加融資 200 万ドルの利率と同じである。この期日延長のために特別な保証を行う必要はない。貸し手の裁量となる 100 万ドルの貸し出し枠がまだ残っている。
ISCO International, Inc.は前社長 Edward Laves との訴訟についても和解した。この裁判は 2004
年 3 月に予定されていたもの。Edward Laves は 70 万ドルを受け取る。半分は ISCO が支払い、半分は保険から支払われる。
（出典）“ISCO International Announces Financing and Litigation Settlement”
ISCO International, Inc. press release (February 24, 2004)
http://www.iscointl.com/

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基礎
University of Illinois at Urbana-Champaign (2004 年 2 月 12 日)
University of Illinois at Urbana-Champaign の研究者は、高温超電導のメカニズム解明の手がかりになる可能性のある隠れたパターンを銅酸化物中に発見した。擬ギャップ状態にある物資中の電子の動きを透過型電子顕微鏡で調べ、臨界温度以上の銅酸化物超電導体においてクーパー対がランダ
ムな状態になるのではなく、チェッカーボード・パターンへと電子の状態が変化することを見出した。どうやら、銅酸化物中の電子は、コヒーレント状態と空間変調状態がせめぎあっているようである。この知見は高温超電導の謎に重要な示唆を与えているのかも知れない。この結果はオンライ
ン版 Science2004 年 2 月 12 日号に掲載された。本研究は日本の電中研と共同研究である。
（出典）“Hidden order found in cuprates may help explain superconductivity”
University of Illinois at Urbana-Champaign press release (February 12, 2004)
http://www.news.uiuc.edu/news/04/0212yazdani.html(ISTEC 国際部長 津田井 昭彦)

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標準化活動 4 月のトピックス−TC90 超電導国内技術委員会、第 10 回 TC90 総会の日本開催誘致提案承認−
IEC/TC90超電導委員会（国内審議委員会、委員会長 斉藤茂樹／ISTEC専務理事）技術委員会（委員長 長村光造 京都大学教授）は、平成16年1月9日森ビル新橋アネックスにおいて、平成15年度
第2回国内技術委員会を開催した。同会議において、H15年度事業経過、TC90活動、関連国内規格審議、円滑な国際標準化のための推進業務などの報告及び審議が行われた。また、2004年9月米国
アルゴンヌにて開催の第9回IEC/TC90総会に向けた議題の審議がなされた。さらに、同第10回総会の日本への誘致提案がなされ、承認された。
(1) 主な報告・審議事項◇H15年度事業経過が事務局より報告され、了承された。
◇TC90国際幹事代理人から、バルク捕捉磁束密度試験方法の改訂CDVが中央事務局から再回付された旨の報告がなされた。同CDVについて日本はコメントなしで2004年7月23日までに投票手続きすることが承認された。
◇現行規格のメンテナンスに関して、Document for Comments(DC)のコメントレビュー、改正案（WD）、メンテナンスサイクルレポート(MCR)等について、WG2:Nb-Ti線直流Ic試験方法、WG3:Bi
系線直流Ic試験方法、WG4:RRR試験方法、WG5:引張試験方法、WG7:Nb3Sn線直流Ic試験方法、WG8:表面抵抗試験方法、WG9:交流損失試験方法及びWG11:臨界温度試験方法についてそれぞれ進捗報告がなされ、今後これらを6月末を目標にCD段階提案又はCDV段階提案に向けて作業することになった。
◇JISH7005 超電導関連用語の規格改訂原案作成結果、JISH7309 臨界温度試験方法の規格原案作成結果、JISH7308 Nb3Sn線銅比試験方法の規格原案作成結果及び交流損失試験方法規格（JISH7310, JISH7311）原案作成状況について報告され、了承された。
◇円滑な国際標準化推進業務の一環である超電導技術調査委員会の成果として、SMES用低温超電導導体PAS素案、超電導発電機用低温超電導導体TS素案及び超電導電力機器関連標準化調査結果が報告され了承された。
(2) 第9回IEC/TC90総会向け議案◇アルゴンヌ会議のDraft Agendaが提案され、了承された。
◇わが国のプロジェクトの成果であるSMES用低温超電導導体PAS素案、超電導発電機用低温超電導導体TS素案は、新規提案議案として妥当であるとの見解が出された。
◇これら新規業務項目は、8月の国内技術委員会において最終的な審議を行うことになった。
(3) 第10回総会の日本への誘致案◇平成16年度の標準化事業の一つとして、2006年のIEC/TC90総会を日本へ誘致する提案が基本的に合意され、日本開催に向けた活動が了承された。
（ISTEC標準部長 田中靖三）
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平成 15 年度第 4 回低温工学材料研究会報告
京都大学 大学院工学研究科
材料工学専攻助教授
松本 要
2003 年度第 4 回低温工学材料研究会が 2004 年 3 月 3 日に大阪大学付属図書館吹田分館、視聴覚ホールにて開催され「超電導磁気分離システム開発の現状と今後の展望」をテーマに討議が行われた。
最初に西嶋茂宏氏（大阪大学）より磁気分離技術の最近の新しい技術についての報告があった。
西嶋氏は各種プロジェクトを通じて磁気分離技術を開発してこられ、豊富な知見を元に説明された。
製紙工場で進めている磁気分離プラントの紹介では、主装置として超電導コイルが用いられており、その諸元は 400mm ボア径で 3T の磁場を発生し、その内部空間にはステンレスメッシュでできた
磁性フィルター（直径 300mm φ）が多数枚設置できる構造をしている。この装置に製紙工場から出る排水を流して不純物を取り除き、水の再利用ができるとのことで大幅なコストダウンにつながるとのことである。また排水を工場の外に出さないので環境保全にもつながる技術である。このよ
うな技術が可能となった背景は、最近の超電導冷却技術の向上と磁性物質を不純物にとりつける坦
磁技術の進歩にあるという。またこれ以外にも新しい坦磁法によってマグネタイトをタンパク質に取り付け、DNA を磁場によって動かす生物への応用や、薬にマグネタイトを坦磁して磁場によって患者の患部に薬を運ぶドラッグデリバリーシステム(DDS)などが紹介され聴衆の興味をひいていた。
武田真一氏（大阪大学）からは磁気分離のための前処理として坦磁技術の紹介があった。磁気分離技術のポイントは汚水から磁性のない不純物をどうやって取り除くかであり、そのためには磁性物質を不純物に吸着させる技術が必要である。ただし磁性物質のリサイクルを考えるとあまり強くつけるとはずしにくくなるため、適度に吸着する物質を見つけることがノウハウという。この技術
はコロイド化学の知識が必要であり、1960-70 年代にソ連において water chemistry として始まった技術とのことである。例えば鉄を付ける場合は、鉄イオンを含む水溶液に水酸化カリウム溶液を滴下してコロイド状のマグネタイト粒子を作製し、これらを不純物に取り付けて坦磁を行う。これ以外にはメカノケミカル手法で砥粒を機械的にこすりつけることでも可能とのことである。このような新しい技術が先述の DDS への応用をにらんですでに始まっており、コダック社などトナー技術などを持つ会社が磁性微粒子技術の開発を進めているという。
また西嶋氏（大阪大学）からは現在開発中の製紙排水プラントを例に取り、超電導を使った磁気分離システムの工業応用についての報告がなされた。このプラントでは排水の不純物濃度が200ppm から 20ppm まで低減でき、リサイクルが可能となる。現在の処理速度は 500 トン/日であるが、
1500-2000 トン/日が可能とのことである。
コスト計算によれば水処理に 35 円/トンかかるが、排水を処理しないで捨てると 250 円/トンかかるので大幅なコスト削減になるとのことで、今後の進展次第では超電導を使った有望なシステムになり、新しい市場開拓の可能性がある。世界ではすでにカウリン処理などで磁気分離システムが稼働中であるが、製紙工場排水設備に目を向けると世界的には 2000 億円規模の市場があり、食品、繊維、化学、機械などへの応用を目指せばさらに巨大な市場があるとのことであった。
続いて行われた総合討論においては大変活発な意見交換がなされ、超電導磁気分離技術の新たな展開への期待が強く感じられた。

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電気学会全国大会シンポジウム「新しい電気電子材料としてのカーボンナノチューブの魅力」（社）電気学会は、平成 16 年 3 月 17 日青山学院大学相模原キャンパスにおいて掲題の平成 16年電気学会全国大会シンポジウムを開催した。このシンポジウムは、同学会 A 部門の金属・セラミ
ックス技術委員会が企画したもので、徳本 圓（産業技術総合研究所）、春山純志（青山学院大学）、
徳本洋志（北海道大学）、荻野俊郎（横浜国立大学）、粟野祐二（富士通研究所）及び村上裕彦（アルバック）を講師に招き、参加者約 50名を得て電気電子材料としてのカーボンナノチューブ(CNT)の基礎か
ら応用に亘るつぎのような幅広い最新の技術情報交換がなされた。
◇CNT は、炭素の同位体である 2 次元グラファイト（黒鉛）を直径数ナ
ノメートルに丸めてシームレスに繋ぎ合わせた構造である。CNT は、繋ぎ合わせ方によって、金属的及び半導体的性質になる。金属的 CNT 電
流密度は銅より 3 桁大きい約 109A/cm2 である。しかし、金属的な CNTには、量子細線のバリスティック電子伝導特性、朝永・ラッテンジャー
液体などの性質がある。特に、電気電子材料としては、バリスティック
電子伝導特性を克服したオーミックコンタクト技術が重点課題である。
（炭素の同位体）◇CNT の純粋な超電導転移は 未だ再現性がない。しかし、Au/Nb/MWNTs/Al 接合では近接超電導が再現性よく確認されている。すなわち、多孔質のアルミナ板中に多層の CNT(MWNTs)を成長させ、その上下をニオブ極及びアルミ極とし高温処理を施すとニオブ極近傍の Nb が拡散し NbC にな
るとクーパー対波動関数の染み出しが改善され約 0.8µm 長の近接超電導が実現する。この現象は、多層 CNT(MWNTs)の直径 80µm から 10µm 範囲で確認される。
◇STM（走査型トンネル顕微鏡）や AFM（原子間力顕微鏡）の探針(プローブ)技術が、CNT の出現
によって大きく変わろうとしている。従来のシリコン探針に比較して多層 CNT 探針の強靭性と高アスペクト加工性を利用すると、単層 CNT 観察、シリコン CD タップのピット観察、二重鎖 DNA
観察、有機薄膜の分子像観察、Si(111)-7x7 再構成表面の原子観察などに威力を発揮する。
◇Si-MOSFET のナノデバイス化に伴う配線におけるリソグラフィによる細線化限界、電流密度限界及び信頼性低下が技術課題となっている。これらを解決し得るものとして CNT の自己組織化配線が注目されている。近接する電極への CNT の自己組織化配線の技術見通しは得られたが、オーミックコンタクト技術が解決すれば、画期的な知的配線技術も可能である。
◇CNT を電子デバイスに適用するためには、適用材料の成長技術、オーミック接続技術、パシベーション技術及びドーピング技術が確立する必要がある。すでに、CNT 形成には CVD 法を基本プロセスとし、多層配線のビアへの適用、CNT-FET 開発、CNT 単一電子トランジスタ開発などが進められている。
◇CNT におけるオーミックコンタクト技術の一つの解決策として、熱 CVD 法によるグラファイト
ナノファイバ(GNF)技術が開発され、すでに GNF-FED(電界電子放出ディスプレイ)パネルの試作が進められている。
（ISTEC 標準部長 田中靖三）
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電気学会全国大会シンポジウム「超電導応用機器における最新の開発動向」
平成 16 年 3 月 19 日に青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県相模原市）で開催された平成
16 年電気学会全国大会において、シンポジウム「超電導応用機器における最新の開発動向」（座長：
谷口治人氏（電中研）、浜島高太郎氏（東北大））が出席者約 50 名で開催されました。超電導技術の電力・産業分野への応用に関する技術開発は国家プロジェクトをはじめ各種進められており、SMES、発電機、電力ケーブル、磁気分離について実施機関の専門家から最新の状況が報告されました。

写真左より講演をする塚本氏（横浜国大）、辰田氏（ISTEC）

辰田昌功氏（ISTEC）は NEDO 事業「超電導電力貯蔵システム技術開発」のうち要素モデルコイル試験、コスト評価ならびに高温超電導 SMES の研究成果を報告し、今後の課題をまとめました。武居秀実氏（Super-GM）からは NEDO 事業「超電導発電機基盤技術研究開発」の成果が、長屋重夫氏（中部電力）からは国内外の超電導電力ケーブルの開発動向が、渡辺
恒雄氏（都立大）からは超電導の磁気分離応用の開発動向が報告され、最後に塚本修巳氏（横浜国大）が高
温超電導応用機器開発のロードマップの検討結果を報告し、今後の実用化への期待で締めくくりました。
総合討論では、コスト、実用化プロセス、技術継承等が議論され、超電導について活発な意見交換となりました。

左から座長を務める谷口氏（電中研）、浜島氏（東北大）（ISTEC 調査・企画部 安部秀行、丸山敦志）

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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 2）
日本アドバンスト・テクノロジー株式会社
安藤俊就

3. ITER の核融合開発での位置づけ
この章では ITER が核融合炉の開発においてどのような位置付けにあるかを簡単に説明する。また、その開発で超電導コイルへのインパクトとなるコイルの最大磁場および大きさとの関連について述べる。
1950 年ごろから開始された。核融合の開発研究は、1990 年代に
JT-60 (日本)，TFTR（米国），JET（EU）の三大トカマク装置がいずれも臨界プラズマ条件を達成し、制御の下で核融合反応を起こす科学的実現性を示すことに成功し、いよいよ炉としての開発となる実験炉、すな
わち ITER に進み科学的・工学的実現性を示す段階にきた。
さらに ITER
後は核融合発電を実証する原型炉（発電実証プラント）に進み、国としての核融合炉開発研究の最終段階に入る。その後は商業炉へとなって発電会社が炉を建設し、電力を供給することになる。その開発のステッ
プを図 6 に示す。このような大規模な開発として同様な形態で進められているのが高速増殖炉である。すでに実験炉に相当する「常陽」（1970年着工）及び原型炉に当たる「もんじゅ」（1985 年着工）が建設され稼働しているのは承知のことである。
現在核融合による発電炉の開発
は、核融合反応が最も容易に起こる
重水素と 3 重水素との反応を制御することを目標に進められている。それらの粒子を外部から加熱（Ph）す
ることにより高温のプラズマ（電離）2004 年 4 月号

図 6 核融合炉実用化への道のり

図 7 トカマク核融合炉の概念© ISTEC 2004 All rights reserved.

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状態とし、磁場（Bt）によって閉じ込めて核融合反応させ、その反応エネルギー（核融合
出力パワー:Pf）を熱として取出し、その熱で蒸気タービンを廻して電力とする。ここでPh に対する Pf の割合（エネ
ルギーの増倍率）を Q と呼ぶ。
図 7 にトカマク核融合炉のプ
ラズマと TF コイルの概念を示す。プラズマは楕円形をしている。これは円形よりもプ
ラズマ性能が良くなるためである。三角形にするとさらに良くなる。このプラズマ性能が良くすることと TF コイルをD 型のコイルにしてコイル内の応力低減（張力一定に近づく）を計るのと符合する。
Q の値は、核融合発電炉では 50 程度を達成する必要がある。したがって、核融合炉の開発は Q を大きくするための開発と云っても良い。
JT-60 らにより Q=1 が達成さ
図 8 トカマク核融合装置のプラズマ性能の進展
れ、ITER では Q が 10 以上になることを目標に開発される。この Q 値はプラズマ粒子の密度（n）、プラズマエネルギーの閉じ込
め時間（ τ）、プラズマ粒子の温度（T）をパラメータとして表すことができる。次式はいくつかの条件の下で得られた Q と nτT との関係式である。4)
Q = 5 n τT/(C – n τT)(1)
22
3
C = 2.9 x 10 [Ks/cm ]この(1)式を図化したのが図 8 であり、プラズマの性能の進展を知る上で有効である。横軸はプラズマの中心温度（一般には最高温度）、縦軸はプラズマの密度と閉じ込め時間とプラズマの温度の積（n τT：核融合積と呼び、プラズマ性能の指標として良く使われる）である。これまで得られた値を核融合装置名（特に原研の JT-60 装置の成果を中心に）と共に示している。これまでの最大の Q
は原研の JT-60 による 1.25 である。ただし、この値は重水素同士の反応で得られた値を重水素と三重水素反応で換算したものである。これまで得られた重水素 ―三重水素での最大の Q は JET で0.64 であり、そのときの核融合出力は 16MJ であった。
これらのパラメータの最大値の目安がこれまでのプラズマ研究で解ってきている。プラズマ密度（=電子密度）では、グレーンワールド電子密度(nGW)を達成最大値としている。
(2)nGW = Ip / ( πa 2) x 1020 [m-3]
Ip：トーラス方向に流れるプラズマ電流[MA]、a：プラズマ小半径[m]この式は次の用に書き換える事もできる。5)(3)nGW ∝ Bt/R
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Bt：プラズマ中心での磁場[T]、R：プラズマ大半径[m]すなわち、電子密度は磁場を高く、大半径を小さくすることにより大きくすることが出来る。
エネルギー閉じ込め時間（τ）はこれまでの実験結果から ITER では次の経験式で設計している。
0.93
0.15
(4)
τ = 0.0562 Ip Bt Ph-0.69 n0.41 M0.19 A-0.58 κ0.78 [s]Ph：加熱パワー[MW]、M：燃料ガス元素の質量数、A：アスペクト比(= R/a) κ：プラズマ断面形状の非円形度(=b/a)
表 2 に ITER の標準動作モードの主要パラメータを示す。6) 核融合出力は 500 MW である。ITER
では発電は行わない。
一方、核融合出力（Pf）は次式で表示される。
Pf ∝ β2 Bt4 a b R(5)
β：プラズマ境界での磁場圧とプラズマ圧力との比で単位はパーセントで表し、β値と呼ぶ。
β値はプラズマの性能を表し、他のパラメータはコイルの磁場とサイズに関係するパラメータである。 β値が高ければ、コイルは低い磁場でコンパクトにできることになる。しかし、 β値にはプラズマの電磁流体力学不安定性による限界が存在し、それは規格化 β値と呼び βN と表示され、次式で与えられる。
βN = β/ (Ip / (a Bt))
(6)
したがって、プラズマの研究はこの βN を高めるための研究とも言える。核融合炉の経済性（発電単価）を簡易的に知る一つの指標（多くの仮定を含む）として、この βN とコイルの最大磁場 (Bm)との関係で表した式が提案されている。7)
COE = 11.8 / ( βN 0.9 Bm0.63 η)(7)
COE：現在の原子力発電（軽水炉）で規格
表 2 ITER の標準動作モードの主要パラメータ化した核融合炉発電単価
500 MW
全核融合パワー (Pf)
η：発電出力/核融合出力
全核融合パワー/外部加熱 10
Bm：Bt (R/(R-a-△))△ は図 7 に示すようにプラズマの境界と パワー (Q)
コイルの最内層導体間の距離を0.57 MW/m2
平均中性子壁負荷表す。この間には真空容器の壁、ブラン 燃焼連続時間
400 s
ケット、コイルの容器の内壁が存在する。 プラズマ大半径 (R)6.2 m
ITER では、△は約 1 m である。
2m
プラズマ小半径 (a)図 9 は(7)式をグラフ化したものである。ITER プラズマ電流 (Ip)
15 kAと全く同様な設計で発電炉を製作すると、その発 非円形度
1.84
電単価は現在の発電単価の約 2 倍になる。現在と815 m2プラズマ体積同じ発電単価を得るためには、例えば βN を約 4
1.1 x 1020 m-3
平均プラズマ密度 (n)とするとコイルの最大磁場は 16−20 T が必要と
3.4 s
閉じ込め時間 ( τ)なる。ITER の標準動作モードでは βN は、裕度を 平均プラズマ温度 (T)
8.1 keV （0.9 億度）
もって 2 で設定されているが、これまでの装置で3 x 1021 m-3 s keV
平均核融合積 (n τT)
も βN = 3 は達成されている。ITER やその他のト
5.3 T
トロイダル磁場 (Bt)
カマクの実験においては新しい手法が試みられ β
2
規格化ベータ ( βN)
N の向上に対して研究する計画になっている。一方、磁場においても、高温超電導体を用いて 25 T のコイルの製作に成功している。大型の 16−20 Tのコイルの実現も 20 年後には見通しを得ることが期待される。もちろん、そのためにはこれまで
以上の技術開発が必要とされることは云うまでもない。なお本章作成にあたり日本原子力研究所・
炉心プラズマ研究部の菊地 満次長のご指導を頂いた。
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図 9 核融合炉の経済性とコイルの最大磁場

参考文献
4) 関 昌弘編：核融合炉工学概論 日刊工業新聞
5) 宮本健郎：エネルギー工学入門 培風館
6) 下村安夫ら：プラズマ核融合学会誌 78 (2002) 特集/ITER 工学設計
7) 岡野邦彦，吉田智朗：プラズマ核融合学会誌 74 (1996) 365-372

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読者の広場
Q&A
Q：高温超電導体のかたまり『塊』
や線はどのようにすれば超電導状態にできるのでしょうか？
実験室でもできる簡単な手順を教えて下さいA：
1. 超電導状態にするためには冷却しなくてはならない
現在までに様々な材料で超電導体が報告されてきました。室温超電導体への夢はまだ終わったわ
けではありませんが、今のところ、再現性が確認されて超電導体と認知された材料において超電導状態にするためには、材料を冷却しなくてはなりません。
設備の整った実験室においては、冷凍機を用い低温にすることができますが、超電導材料によっては安価で扱い易い液体窒素温度（77 K = -196℃）に冷却することで超電導状態になる材料もあります。ここでは、液体窒素を用いた冷却について説明します。
2. 液体窒素を用いた冷却の手順
準備するものとしては、超電導体、液体窒素、液体窒素を入れる容器、ピンセット等の補助器具
および保護用具などです。まず、超電導材料を手に入れます。液体窒素温度で超電導状態になり、比較的手に入り易いあるいは作り易い材料として、RE123 系材料があります。これは、同和鉱業（株）
や新日本製鐵（株）などより販売されてます。次に液体窒素を入れる容器ですが、デュワー（真空
断熱した保温容器）があれば良いのですが、なくても発泡スチロールの容器で代用できます。液体窒素は、ガス会社に問い合わせれば、比較的簡単に手に入ります。10 リットル程度でも容器ごと手配してもらえます。
保温容器に超電導体を入れ、ゆっくりと液体窒素を入れていきます。急激に冷やすと、デュワー
や超電導体が破損することもありますので、徐々に冷やし、熱衝撃を減らすことが重要です。材料
表面の泡の発生がなくなったら、液体窒素温度に冷却されたことを示してますので、これで RE123
系材料は超電導状態になっています。
3. 液体窒素を使用する際に注意すること
液体窒素は低温液化ガスです。凍傷にならないよう十分に注意して取り扱って下さい。素手で触っていはいけないのはもちろんのこと，軍手も水分を含みやすいため使用しないで下さい。できれば、皮手袋を着用して下さい。なお、冷却した材料を動かす際には、ピンセットやトングスにより扱い、液体窒素が体や衣服に触れないようにして下さい。また、保護眼鏡などで目を保護して下さい。
液体窒素を入れた容器からはガスの窒素が蒸発しています。これを呼吸すると酸素欠乏症になり非常に危険ですので、顔を近づけたりのぞき込んだりしないようにして下さい。また、容器は密封せず換気のきく場所に置くよう気をつけて下さい。
液体窒素を扱う際には、必ず指導の先生や専門家の指示に従い、上記の点に十分に注意し安全な実験を行って下さい。
回答者：SRL/ISTEC 材料物性研究部 バルク研究開発室
坂井直道
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