3D-a01

核融合

核融合原型炉のための Action Plan の状況
Present status of Action Plan for fusion DEMO
西村 新（核融合研）； 岡野邦彦(慶應大)； 池辺 靖(未来館)； 大場恭子（原子力機構）； 笠田竜太（京大）； 坂本隆一（核融合研）；
澤 直樹（MHI）； 石井康友，柏木美恵子，竹永秀信（量研機構）； 福家 賢（東芝）
NISHIMURA Arata (NIFS); OKANO Kunihiko (KeioUniv.); IKEBE Yasushi (Miraikan); OBA Kyoko (JAEA);KASADA Ryuta (Kyoto Univ.); ISHII Yasutomo, KASHIWAGI Mieko, TAKENAGA Hidenobu (QST)
E-mail: nishi-a@nifs.ac.jp
1．これまでの経緯
核融合炉の実現を目指し、核融合原型炉の設計に関わる研究、開発などの項目を検討するため、核融炉原型炉開発のための技術基盤構築の中核的役割を担うチーム（合同コアチーム）が平成 25 年 7 月に設置され、その検討報告書は平成 26 年 7 月に、当時の原子力委員会 核融合作業部会に提出された[1]。また、この報告書の内容を時系列で示したチャートが平成 27 年 1 月に示された[2]。平成 27 年 3 月に核融合
科学技術委員会が設置され、同年 6 月に同委員会の下に原型炉開発戦略タスクフォースが設置された。タスクフォースは、
合同コアチームのチャートに基づき、核融合原型炉に向けた
Action Plan を作成し、平成 28 年 3 月に核融合科学技術委員会に報告された[3]。
平成 28 年 3 月版の Action Plan は 2020 年 12 月に ITER
が First Plasma を点火することを前提としていた[4]。しかし、
平成 28 年 6 月の ITER 理事会で、ITER の First Plasma は早
くても 2025 年 12 月になるとのメッセージがあり、平成 28 年 3
月版の Action Plan を改訂することとなった。
2．原型炉に向けた Action Plan
現在改訂作業が進められている Action Plan の改定案に記載されている超伝導コイルの Action Plan を Fig. 1 に示す。
Action Plan は時系列として、概念設計の基本設計、概念設
計、工学設計と展開されており、2020 年頃に概念設計の基本設計が終了し、第一回の Check & Review が想定されている。
その後概念設計に移行し、2025 年頃に終了する。概念設計
終了時に第二回目の Check & Review を行い、工学設計に移行する。2035 年頃に工学設計終了後、「核融合原型炉建設への移行判断」が行われるものと想定されている。

超電導材料の候補選定は早期に実施され、それに基づいて超伝導素線の構造設計、超伝導導体の概念設計、超伝導コイルの概念設計などが実施される。超伝導導体試験設備や超伝導コイル試験設備の設計、整備も並行して行われ、概念
設計段階から超伝導導体の R&D や絶縁材料、高強度極低温構造材料の開発が進められる。工学設計段階では、導体製造技術、コイル巻線技術、コイル製作技術などの R&D が実施され、工学設計に反映される。コイル組立シナリオの検討も重要であり、コイル設計と並行して実施される。ヘリウム冷凍
系、コイル電源と連携し、整合性のとれた超伝導コイルシステ
ムが設計される。
参考文献
1. 山田弘司他、核融合原型炉開発のための技術基盤構築の中核的役割を担うチーム報告 NIFS-MEMO-69（核融合科学研究所、2014 年 9 月） http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu2/056/shiryo/1350763.htm.
2. 山田弘司他、核融合原型炉開発のための技術基盤構築の中核的役割を担うチーム報告－原型炉技術基盤構築
チャート－NIFS-MEMO-72（核融合科学研究所、2015 年
2 月 ） http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/
gijyutu2/056/shiryo/__icsFiles/afieldfile/2015/01/26/135
4643_1.pdf
3. 文部科学省 Home Page、原型炉開発に向けたアクションプ
ラ ン 、 http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/
gijyutu2/074/shiryo/1368567.htm。
4. 西村新他、低温工学・超電導学会、2016 年度春季全国大会講演概要、2C-a01。

Fig. 1 Action Plan (draft) for DEMO superconducting coils.

― 171 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-a02

核融合

放射線管理区域に設置された 15.5T 超伝導マグネット用
温度可変インサートの改良
Improvement of variable temperature insert for 15.5T superconducting magnet
installed in radiation control area
西村 新（核融合研）； 宮田 斉（JASTEC）； 中本建志，吉田 誠，飯尾雅実，鈴木研人（高エネ研）； 外山 健（東北大）
NISHIMURA Arata (NIFS); MIYATA Hitoshi (JASTEC); YOSHIDA Makoto, IIO Masami, SUZUKI Kento (KEK);TOYAMA Takeshi (Tohoku Univ.)
E-mail: nishi-a@nifs.ac.jp

350
300
Current (A)

250
200

12
11
10

15 T

9

+ electrode150- electrode

100

8
7
6

50
0
120

2．改善作業の要点
Fig. 1 に平成 27 年度に計測された通電時の試料ホルダーの温度変化を示す。試料は Nb3Sn 線材で、磁場 15T、377A まで通電した結果である。この実験結果からわかるように、平成
27 年度に実施した一部手直しにより、通電試験後、試料ホル
ダーの温度は通電前の温度に戻っている。しかしながら、＋極側の温度は約 5.6K、－極側の温度は約 5.2K であり、温度が 4K 台にまで下がっていない。
そこで、平成 28 年度では、以下のような点検、改造を行った。（平成 27 年度に実施した内容も含む。）（１）Fig. 2 に示すように、高純度 Al ロッドと銅板の接触を確保するため、銅製の固定冶具と L 型の SUS プレートを追加した。
この部品追加により、高純度 Al ロッドの肩部の圧縮応力が約40MPa から約 17MPa に改善し、曲げ剛性が増加した。（高純
度 Al ロッドの先に、試料ホルダーが取り付けられ、熱はこの高純度 Al ロッドを介して GM 冷凍機に伝えられる。）（2）銅製のバスバーに半田で埋め込まれている Nb3Sn 線材の本数をそれぞれの極側ともに 2 本とし、電流容量を上げた。
（３）高純度 Aｌロッドと銅製バスバーの間の熱接触を改善する
ため、Al ロッド表面を研磨し、電気絶縁材料を変更した。

140

160

180 200
Time (s)

220

5
240

Fig. 1 Temperature rise measured in 2015 before
modification.
銅板
（GM冷凍
機）

約17 MPa

電磁力による曲げ
約100 MPa

熱接触の
確保

高純度Al
ロッド

改造後
隙間0.001㎜
固定具(銅)追加

SUSプレート追加

Fig. 2 Additional supports to strengthen contact ofpure aluminum and copper plate.

17250
Current image

Current (A)200以上の結果から、平成 26 年度までに観察された、高磁場中での通電試験後の試料ホルダー温度の温度上昇は、高純
度 Al ロッドと銅板との間の熱接触が低下したことによるものと結論つけられ、その接触部の力学的な補強は、熱接触状態を維持するのに有効であったことがわかる。
これらの装置を用いた試験結果は別途報告する。

― 172 ―150

10 T
- electrode100+ electrode

14
11
8
5

50

Temperature (K)3．改善作業後の通電試験
改善作業後に、JRR-3 で 1.0x1022 n/m2 まで中性子照射した Nb3Sn 線材を用いて高磁場中での通電試験を実施した。
Fig. 3 は 10T で、227A まで通電した結果である。＋極側、－極側ともに 5K 以下まで冷却され、通電試験後には通電試験
前の温度に戻っている。
試料ホルダーは銅製バスバーにボルトで固定されているが、この固定部の熱接触も試料ホルダーの冷却に影響しており、試料ホルダーの固定方法も今後検討する予定である。

Current (377 A with
10 Hz sampling)

Temperature (K)1．はじめに東北大学 大洗センターの放射線管理区域には 15.5T 無
冷媒マグネットおよび温度可変インサートが導入されており、これらの設備を用いて放射化した超伝導線材の超伝導特性の評価を行うことができる。
平成 26 年度までの研究では、高磁場で通電した際に、通電後試料温度が通電前の温度に戻らないことが明らかとなり、電磁力によって熱移動の障害が形成されていることが推察された。平成 27 年度には、VTI の一部の手直しによって、試料温度が通電後元の温度に戻ることが確認されたが、繰り返し励磁による熱移動の劣化が危惧され、VTI の改善を施した。
改善作業の内容と結果を報告する。

204300 4320 4340 4360 4380 4400 4420
Time (s)Fig. 3 Temperature rise measured in 2016 after
modification.
第94回

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3D-a03

核融合

JT-60SA 用超電導コイルシステムの製作進捗
Progress of Superconducting Magnet System for JT-60SA
村上 陽之，土屋 勝彦，木津 要(量研)；堀井 弘幸，野元 一宏（三菱電機）；高田 英治（富士電機）
MURAKAMI Haruyuki，TSUCHIYA Katsuhiko，KIZU Kaname (QST)；HORII Hiroyuki，NOMOTO Kazuhiro (Mitsubishi Electric)；TAKADA Eiji (Fuji Electric)

参考文献
1. Y. Koide, et al.: Nuclear Fusion, Vol. 55, (2015) 086001
2. K. Kizu, et al.: Fusion Engineering and Design, Vol. 9899, (2015) 1094-1097
φ = 2.0 m
h = 1.6 m

CS2 module

2.0 m

2．中心ソレノイド
中心ソレノイド（CS）は 4 モジュールのうち、1 つ目のモジュール(CS1)が 2016 年 9 月に完成した(図 1 左)。1 つ目の CS
モジュールは、核融合科学研究所で冷却・通電試験を実施し、問題なく製作できたことを確認した。2～4 つ目のモジュールも製作を進めており、2017 年 2 月および 3 月に、それぞれ 2 つ目(CS2)、3 つ目のモジュール(CS4)が完成した(図 1 右)。現在
は 4 つ目のモジュール(CS3)の製作を進めている。
CS1～CS4 のモジュール製作が完了後、4 つのモジュールを積み重ねて、タイプレートと呼ばれる構造物で挟み込む一体化と呼ばれる工程に入る予定である。
3．平衡磁場コイル
平衡磁場コイルは 6 個のコイルで構成される。このうち
EF4,5,6 の 3 個のコイルは装置下部に据え付けられるため、真空容器等の組立開始前の 2014 年 1 月に、JT-60SA 装置
内に仮置きされた。装置上部に設置される EF1,2,3 の 3 個のコイルの製造は 2016 年 8 月に完成した(図 2)。
完成した EF コイルの真円度は、表 1 に示すとおり要求値の 6.0～8.0 mm に対して、0.2～1.3 mm であり、非常に精度よく製作できていることが確認できた。上部 3 個のコイルは、真空容器およびトロイダル磁場コイルの組立が完了した後、その上部に設置する予定である。
4．コイルターミナルボックス
コイルターミナルボックス(CTB)は、高温超電導電流リードを介して、常温の銅ブスバーと極低温の NbTi 超電導電流フィーダを接続する給電機器である。CTB は高温超電導電流リード部を低磁場中に配置するため、7m の長いダクト状の真空容器を介してクライオスタットに接続する構造である。ダクト内の超電導フィーダは熱収縮による変位を吸収するため、クラン
ク状に曲げた複雑な形状をしている[2]。
CTB は全部で 5 台製作する計画で、そのうち最初の CTB
が 2017 年 2 月に完成し(図 3)、現在は残る 4 個の CTB の製作を進めている。最初の CTB は冷却・通電試験を実施し、設計通りの性能を持つことを確認する予定である。

CS4 module(3rd manufacturing module)

1.6 m

1．はじめに欧州と日本が共同で製作を進めている JT-60SA の超電導
コイルのうち、トロイダル磁場コイルは欧州が製作を担当し、ポロイダル磁場コイル（中心ソレノイドおよび平衡磁場コイル）および給電装置機器は日本が製作を担当する[1]。
中心ソレノイドは 4 つのモジュールのうち 3 つ目までのモジ
ュールが完成し、現在 4 つ目のモジュールを製作中である。平
衡磁場コイルは、6 個のコイルのうち先行して製作した 3 個のコ
イルはすでに JT-60SA 装置内に仮置きされている。残る 3 個のコイルは 2016 年夏に完成し保管されている。
極低温で運転される超電導コイルと室温に置かれる電源を結ぶための給電装置（コイルターミナルボックス：CTB）は 5個のうち 1 個が完成し、残る 4 個の製作が進められている。
本発表では、これらのポロイダル磁場コイルおよび CTB の製作の進捗状況について報告する。

Fig.1 Completed CS1, CS2 and CS4 module

Fig.2 Completed EF1, EF2 and EF3 coils

EF1
EF2
EF3
EF4
EF5
EF6

Table 1 Circularity of EF coils
Circularity Requirement Outer Diameter
0.3 mm≦8.0 mm12.0 m
0.4 mm
≦7.0 mm
9.6 m
0.2 mm
≦6.0 mm
4.4 m
0.6 mm
≦6.0 mm
4.4 m
0.6 mm
≦7.0 mm
8.1 m
1.3 mm≦8.0 mm10.5 mHTS Current Leads

7m

Fig.3 Completed first CTB (Coil Terminal Box)

― 173 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-a04

核融合

JT-60SA 用中心ソレノイドの冷却特性
Cooling Characteristics of Central Solenoid for JT-60SA
村上 陽之，神谷 宏治，夏目 恭平，土屋 勝彦，木津 要(量研)；尾花 哲浩，濱口 真司，高田 卓，高畑 一也，
今川 信作，三戸 利行，力石 浩孝，岩本 晃史，森内 貞智，大場 恒揮，鷹見 重幸，野口 博基（NIFS）
MURAKAMI Haruyuki, KAMIYA Koji, NATSUME Kyohei, TSUCHIYA Katsuhiko, KIZU Kaname (QST);OBANA Tetsuhiro, HAMAGUCHI Shinji, TAKADA Suguru, TAKAHATA Kazuya, IMAGAWA Shinsaku, MITO Toshiyuki,
CHIKARAISHI Hirotaka, IWAMOTO Akifumi, MORIUCHI Sadatomo, OHBA Kohki, TAKAMI Shigeyuki, NOGUCHI Hiroki (NIFS)

2．CS モジュールの冷媒流路と冷却条件
CS の冷却は、パンケーキ巻コイルの最外周からヘリウムを導入し、内層で折り返し再度最外周からヘリウムを排出する経路で、2 層パンケーキを 1 経路で冷却する設計である。最内周に到達し熱くなったヘリウムが最外周の出口へ戻る間に、層間の熱伝導により入口側のヘリウムと熱交換し再冷却されて排出されるため、冷却効率が悪くなる。これまでに実施した4 層試作コイルの冷却試験の結果、最内周の温度が一番高く、戻りのヘリウムが再冷却される現象が確認された。
冷却中に過大な熱応力がモジュール内に生じないよう、モジュール内の温度差は 50℃以下に抑えて運転する必要がある。4 層試作コイルの試験結果より、冷媒出入口の温度差が25℃の場合に、モジュール内の温度差は 50℃になることが分かっている。実機モジュールも冷媒出入口の温度差を 25℃以下に抑えた条件で冷却を実施する。
これらの非効率的な冷媒流路や、冷媒出入口の温度差を25℃以下に抑えなくてはならないという冷却条件は、CS モジ
ュールの冷却期間を長引かせる要因となる。
3．CS モジュールへの冷媒供給
CS モジュールは 52 層からなり、冷却流路（26 本）はヘッダを介して並列に接続され、冷媒が供給される。各冷却流路の流路抵抗差により冷媒流量にばらつきが生じることが予想される。流量の低い流路は、冷却速度が遅くなるため他の部分
より温度が高くなる。その結果、流路抵抗差が大きくなり、さらに流量が低くなり、結果冷え残る部分となる恐れがある。モジ
ュール内の温度差を抑えるためには、冷え残り部分の冷却速度に合わせてモジュール全体を冷却する必要があり、この現象は CS モジュールの冷却期間を長引かせる要因となる。
4 層試作コイル（冷却経路は 2 本）の冷却試験の結果、2本の流路間で大きな温度差が生じることはなく、問題なく冷却できることが確認されている。52 層の実機モジュールでも同様に冷却できることを確認するため冷却特性を評価した。

のヘリウムを供給する、という手順で冷却を行い、モジュール
内温度分布の確認および CS の冷却期間を評価した。
温度計はヘリウム配管入口(Tin)、戻り配管の上部(Ttop)、
中央(Tmiddle)、下部(Tbottom) およびヘッダ出口へ取り付け
温度分布を測定した。ヘリウム供給温度は、ヘッダ出口温度との温度差が 25K 程度になるように調整しながら冷却した。今回の試験では入口側の圧力は約 0.7MPa、出口側圧力は約0.4MPa とし、流量は約 15g/s であった。
図 1 に冷却中の冷媒の供給温度および戻り温度を示す。
冷媒の戻り温度差は数 K 以内で安定しており、冷却中のモジ
ュール内温度はほぼ均一であることが分かる。これは、流量差によって生じる温度差が、層間の熱伝導により解消されたためと考えられる。以上より、CS モジュールは内部に大きな温度差が生じることなく健全に冷却できることが確認できた。
一方、CS の冷却期間は、11 月 29 日より冷却を開始し、12
月 7 日に 10 K 付近まで冷却が完了しており、室温から運転
温度近傍まで約 8 日間で冷却できた（うち 80K 近傍で運転調整のため 1 日ほど冷却が停滞したため実質は 7 日間である）。
今回の試験時の流量は 15 g/s 程度であり、実機運転冷却時の流量は 1 モジュールあたり 5 g/s 程度である。実機運転
では、流量が 1/3 のため冷却期間は 3 倍の 21 日間程度と推測され、これは実機冷却期間である 1 ヶ月以内であり、CS が冷却のボトルネックとならないことを確認した。
5．まとめ
CS1 モジュールを使用した冷却試験を実施し、モジュール
内に大きな温度差が生じることなく健全に冷却できることを確認した。また、実機運転時に CS は 21 日間程度で冷却可能であり、実機冷却期間である 1 ヶ月に比べて短く、CS が冷却のボトルネックとならないことが確かめられた。
参考文献
1. H. Murakami, et al.: IEEE Transactions on Applied
Superconductivity, Vol. 24, No.3 (2014) 4200205
2. T. Obana, et al.: Physica C, Vol. 518, (2015) 96-100
300
Ttop,Tmiddle,Tbottom
250
200

Temperature [K]1．はじめにJT-60SA に用いる中心ソレノイド(CS)は日本が製作を担当
し、2016 年 9 月に最初のモジュール(CS1)が完成した。
これまでに実施してきた短尺のサンプルや 4 層試作コイル[1],[2]では評価することが難しい、52 層の実機モジュール固有の現象が JT-60SA の運転に影響しないことを確認するため、最初に完成した CS1 モジュールを用いた冷却・通電試験を核融合科学研究所において実施した。
JT-60SA の運転では、超電導コイルの冷却期間は 1 ヶ月とされている。この期間に CS を問題なく冷却できることを確認するため、CS モジュールの冷却特性の評価試験を実施した。
本発表では、今回実施した CS1 モジュールの実機試験のうち、冷却特性の評価試験結果について報告する。

4．冷却特性試験
実機冷却時と同様に、冷媒入口と出口の温度差が 25 Kを超えない条件で液体窒素温度付近まで冷却し、その後 4 K― 174 ―

150

Tin

T in
T top
T middle
T bottom

25K

100
50
0
11/29 11/30 12/1 12/2 12/3 12/4 12/5 12/6 12/7 12/8
Month/Day

Fig.1 Inlet and outlet temperature during cooling down
第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-a05

構造材料⯟✵ᶵ⏝㉸ఏᑟ䜿䞊䝤䝹䛾᩿⇕ 㻞 㔜⟶ᮦᩱ䛾㛤Ⓨ㻌㻰㼑㼢㼑㼘㼛㼜㼙㼑㼚㼠㻌㼛㼒㻌㼏㼞㼥㼛㼓㼑㼚㼕㼏㻌㼜㼕㼜㼑㻌㼙㼍㼠㼑㼞㼕㼍㼘㼟㻌㼛㼒㻌㼠㼔㼑㻌㼟㼡㼜㼑㼞㼏㼛㼚㼐㼡㼏㼠㼕㼚㼓㻌㼏㼍㼎㼘㼑㻌㼒㼛㼞㻌㼍㼕㼞㼜㼘㼍㼚㼑㼟㻌

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第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-a06

構造材料

核融合炉用超電導磁石絶縁材料の照射効果に関する研究-放射線照射による電気絶縁性能の変化Study on Irradiation Effect of Insulating Materials for Fusion Superconducting Magnet-Change in Electric Insulation Performance by Irradiation鬼頭 駿介，秋山 庸子（大阪大学）；西嶋 茂宏（福井工業大学）
KITO Shunsuke，AKIYAMA Yoko（Osaka University）；
NISHIJIMA Shigehiro（Fukui University of Technology）
E-mail: kito@qb.see.eng.osaka-u.ac.jp
3．実験結果と考察
実験結果を Fig.3 に示す。横軸はγ線の吸収線量、縦軸は単位厚さ当たりの沿層方向の絶縁耐圧に対応する絶縁耐力を表している。
GFRP は γ 線を照射することで絶縁耐力が若干増加した。
試験片厚さを測定したところ、照射後は照射前に比べて厚さが減少する傾向が見られたことから、照射による試験片収縮が絶縁耐力増加の原因の一つとして考えられる。
一方、Hybrid の絶縁耐力は照射によって低下した。前述のとおり、GFRP では絶縁耐力は増加したことから、ポリイミドフィ
ルムを複合させたことで沿層方向の絶縁性能が低下したと考えられる。

dielectric strength [kV/mm]

1．はじめに
現在建設中の国際熱核融合実験炉 ITER では超電導磁石によってプラズマを制御しているが、超電導磁石は中性子線
や γ 線などの放射線、高磁場による電磁力にさらされる。中でも超電導磁石の絶縁材料に使用される高分子材料は、放射線感受性が高い上に極低温条件下では脆化する性質をもつ。放射線による劣化や低温脆化によって、高分子材料は電磁力に起因する機械的劣化が起こりやすくなり、絶縁性能が低下する[1]。また、超電導磁石遮断時には高電圧が負荷されるため、材料劣化時の絶縁性能の評価が重要となる。ITERの絶縁材料では絶縁性能を向上させるため、ガラスクロスとポ
リイミドフィルムを積層し、樹脂を含浸、硬化させた Fig.1 のような構造のハイブリッド複合材料を使用している。このような構造にすることで、樹脂とガラスクロスに亀裂が生じてもポリイミド
フィルムによって貫層方向の絶縁破壊を防ぐことができる。しかし、沿層方向の絶縁はポリイミドフィルムによる絶縁を望めない。このため、本研究では絶縁材料に放射線を照射したときの沿層方向の絶縁性能の変化を調べることを目的として絶縁破壊試験を行った。

20.0

GFRP
Hybird

15.0
10.0
5.0
0.0

0

5

10

absorbed dose [MGy]Fig.3 The dielectric strength before and after irradiation

Fig.1 The structure of insulation material in ITER
2．実験方法
本実験ではマトリックスにエポキシ樹脂を使用したガラス繊
維強化プラスチック(以下 GFRP)と、GFRP にポリイミドフィルムを挟んだハイブリッド複合材料(以下 Hybrid)の 2 種類の材料を作製した。それぞれを Fig.2 に示した形状に加工し、60Co のγ 線を照射した後、針-円板電極を用いて沿層方向の絶縁破壊試験を行い、単位厚さ当たりの絶縁破壊電圧(絶縁耐力)を算出した。

Fig.2 The electrodes and the specimen

4．まとめ
本研究ではエポキシ樹脂とガラスクロスからなる GFRP と、
GFRP とポリイミドフィルムからなるハイブリッド複合材料に対してγ線を照射し、沿層方向における絶縁性能への影響を調べた。その結果、GFRP については絶縁耐力の増加が見られたが、ハイブリッド複合材料については、絶縁性能が劣化することがわかった。今後は、せん断応力下での絶縁破壊試験を行うことで、機械的劣化が絶縁性能に与える影響を調べる
予定である。
謝辞
本研究の一部は自然科学研究機構核融合科学研究所の「NIFS 一般共同研究プログラム(NIFS16KERA010)」の助成を受け実施いたしました．この場を借りて御礼申し上げます。
参考文献
1. 西村 新 ほか：小特集 磁場閉じ込め核融合炉に向けた超電導マグネット材料工学, Journal of Plasma
and Fusion Research, No.1, Vol.83, p.p.30-59,
2007― 176 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-p01

Bi 系・鉄系線材

㧗ᙉᗘ Bi2223 ⥺ᮦ Type HT-NX 䛾㛤Ⓨ≧ἣ

Development of high strength Bi2223 tape Type HT-NX
ᒸ⏣䚷᭸அ, ᑠᯘ䚷ៅ୍, 㛗㒊䚷࿃㑻, ᒣᓮ䚷ᾈᖹ, ⳥ᆅ䚷ᫀᚿ䠈ᒣฟ䚷ဴ, ୰ᓥ䚷㝯ⰾ, Ṋ⏣䚷᐀୍㑻, ᯘ䚷࿴ᙪຍ⸨䚷Ṋᚿ䠄ఫ཭㟁ᕤ䠅䠗➟ሙ䚷Ꮥ୍䠄ᐩᒣ኱䠅
OKADA Tomoyuki, KOBAYASHI Shinichi, OSABE Goro, YAMAZAKI Kohei, KIKUCHI Masashi,YAMADE Satoru,
NAKASHIMA Takayoshi, TAKEDA Soichiro, HAYASHI Kazuhiko, KATO Takeshi (Sumitomo Electric Industries, LTD.);KASABA Koichi (Univ. of Toyama)
E-mail: okada-tomoyuki1@sei.co.jp
105 ᅇࡢ⧞㏉ࡋࡢᚋ࡟ Ic /Ic0 < 0.95 ࢆ♧ࡋࡓࠋࢫࣉࣛ࢖ࢫ⥺1䠊䛿䛨䜑䛻ᙜ ♫ ࡛ ࡣ ࠊ ຍ ᅽ ↝ ᡂ 㸦 CT-OP 㸧 ἲ ࢆ ⏝ ࠸ ࡓ࡜ࢫࣉࣛ࢖ࢫ๓ࡢ༢⥺࡛⑂ປ≉ᛶ࡟ᕪࡀぢࡽࢀ࡞࠸ࡇ࡜

(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox ⥺ᮦࡢ㛤Ⓨࢆ㐍ࡵ࡚ࡁࡓࠋ≉࡟⿵ᙉᮦ࠿ࡽࠊᮏࢫࣉࣛ࢖ࢫᡭἲ࡟ࡼࡗ࡚ࡶ Type HT-NX ࡢ⑂ປ≉࡜ࡢ 3-ply ຍᕤ࡟ࡼࡿ㧗ᙉᗘ໬࡟ὀຊࡋ࡚࠾ࡾࠊࣉࣜࢸࣥ

ᛶࡣ⥔ᣢࡉࢀ࡚࠸ࡿ࡜ゝ࠼ࡿࠋࢩࣙࣥᢏ⾡㛤Ⓨࡸ⿵ᙉࢸ࣮ࣉᮦᩱࡢ᳨ウࢆ㐍ࡵࡓ⤖ᯝࠊᙉ☢ሙ࣐ࢢࢿࢵࢺᛂ⏝࡛ᚲせ࡞ᘬᙇࡾᙉᗘ 400 MPa ࢆ᭷ࡍ

4. ⤖ゝ

ࡿ Type HT-NX ࡢ〇ရ໬࡟ᡂຌࡋࡓ[1]ࠋ⌧ᅾࠊࡇࡢ TypeType HT-NX ࡢప᢬ᢠ᥋⥆ἲ࡟ᑐࡋ⑂ປヨ㦂ࢆ⾜ࡗࡓࠋHT-NX ࢆෆᒙ࡟౑⏝ࡋࡓ㧗☢ሙ࣐ࢢࢿࢵࢺࡢ〇స࣭㐠⏝ࢫࣉࣛ࢖ࢫࡢ᭷↓࡟ࡼࡽࡎチᐜᘬᙇࡾᙉᗘࡣ 0.82Va ࢆ♧ࡀ㐍ࡵࡽࢀ࡚࠸ࡿ[2][3][4]ࠋ

ࡋࠊᮏ᥋⥆᪉ἲࡢᶵᲔ≉ᛶ࡬ࡢಙ㢗ᛶࡀ☜࠿ࡵࡽࢀࡓࠋ

Type HT-NX ࡢ⿵ᙉᮦ࡛࠶ࡿ Ni ྜ㔠ࡣࠊType HT-CA ࡸ
Type HT-SS ࡛౑⏝ࡍࡿ Cu ྜ㔠ࡸࢫࢸࣥࣞࢫ࡜ẚ࡭㝆అᛂຊࡀ㣕㌍ⓗ࡟㧗࠸ࡀẚ᢬ᢠࡀ㧗ࡃࠊType HT-NX ࢆࢫࣉࣛ࢖ࢫࡍࡿ࡜ Type HT-CA ࡢ⣙ 20 ಸࡢ᥋⥆᢬ᢠࢆ♧ࡍࠋᡃࠎࡣࠊ⿵ᙉᮦࢆ⥺ᮦࡢ∦㠃ࡢࡳ๤ࡂྲྀࡾࠊ㖟ࢩ࣮ࢫ㟢ฟ㠃ྠኈࡀྥ࠿࠸ྜ࠺ࡼ࠺࡟ࢫࣉࣛ࢖ࢫࡍࡿࡇ࡜࡛᥋⥆᢬ᢠࡢపῶ࡟ᡂຌࡋࡓࠋ⿵ᙉᮦ๤ࡂྲྀࡾ㛗ࡉࢆ 15mmࠊࣛࢵࣉ㛗ࢆ 20mm ࡜ࡋࠊࢫࣉࣛ࢖ࢫ㒊୰ኸ࡟࡛ࡁࡿ㝽㛫࡟ཌࡉ 0.05mmࠊ㛗ࡉ 10 mm ࡢ Cu ࢸ࣮ࣉࢆ௓ᅾࡉࡏࡿࡇ࡜࡛ࠊᘬᙇ
ࡾᙉᗘ 389 MPaࠊ᥋⥆᢬ᢠ 73 n:ࢆ㐩ᡂࡋࡓ[5]ࠋ௒ᅇࠊࢫ
Fig.1 Deterioration of Ic(77K) for single and spliced Typeࣉࣛ࢖ࢫ㒊ࡢ⑂ປヨ㦂ࢆᐇ᪋ࡋࡓࡢ࡛ሗ࿌ࡍࡿࠋHT-NX tape due to repeated application of external force2䠊ᐇ㦂᪉ἲ
ᾮయ❅⣲୰࡛⧞㏉ࡋ㏿ᗘ 3 cycle/s ࡛⑂ປヨ㦂ࢆ⾜ࡗࡓࠋ
Ic ࡣ┤ὶ 4 ➃Ꮚἲ࡟ࡼࡾホ౯ࡋࠊ㟁ᅽ➃Ꮚ㛫ࡣࢫࣉࣛ࢖ࢫཧ⪃ᩥ⊩[1] http://www.sei.co.jp/company/press/2015/04/prs027.html(2015)

㒊ࢆࡲࡓࡄࡼ࠺ 56mm ࡜ࡋࡓࠋチᐜᘬᙇࡾᙉᗘVa ࡣࠊࢫࣉࣛ࢖ࢫ๓ࡢ༢⥺ࡢ Ic ⥔ᣢ⋡ࡀ 95%ࢆ♧ࡍᘬᙇࡾᛂຊ࡜

[2] Y. Yanagisawa et. al., SuST 28 125005 (2015)[3] Y. Yanagisawa et. al., IEEE/SCS & ESAS SNF global editionࡋ࡚ᐃ⩏ࡋࡓࠋ

(2016)[4] S. Awaji et. al., SuST in press (2017)3䠊 ⤖ᯝ 105 ᅇࡢ⧞㏉ࡋヨ㦂࡛ࡢ Ic ࡢኚ໬ࢆ Fig. 1 ࡟♧ࡍࠋࢫࣉ[5] G. Osabe et. al., MEM16 (2016)ࣛ࢖ࢫ⥺࡛ࡶࢫࣉࣛ࢖ࢫ๓ࡢ༢⥺࡛ࡶࠊ༳ຍእຊࡀ Va ࡢ
82%௨ୗ࡛ࡣ 105 ᅇࡢ⧞㏉ࡋࡢᚋ࡟ Ic /Ic0 > 0.95 ࢆಖࡗࡓࠋ

Va ࡢ 85~86%࡛ࡣ Ic ࡀ⧞ࡾ㏉ࡋᅇᩘࡢቑຍ࡟ᚑࡗ࡚పୗࡋ

― 177 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-p02

Bi 系・鉄系線材

実用 REBCO および BSCCO 線材における臨界電流の可逆応力・歪限界
Reversible Stress and Strain Limits of Critical Current ofPractical REBCO and BSCCO Wires

長村 光造，町屋 修太郎，西島 元
OSAMURA Kozo (RIAS); MACHIYA Shutaro (Daido Univ.); and NISHIJIMA Gen (NIMS)
E-mail: kozo_osamura@rias.or.jp

2．試験方法
供試料には市販されている 4 種類の REBCO テープ A:
Fujikura Ltd., B: SuperPower Inc., C: SuNAM Co. Ltd and D:
American Superconductor と２種類の SUS 及び Ni 合金テー
プをラミネートした BSCCO-2223 テープを用いた。引張応力下での臨界電流測定のためにテープを引張試験機に装着し絶縁した試料グリップを通して電流を流し、25mm離れた電圧タップ間の電圧が 1 V/cm になった時を臨界電流とした。必要部分を液体窒素で冷却した。歪は Nyilas
型の伸び計で計測した。測定は例えばテープに引張応力
R=350MPa 印加した状態で臨界電流を測定し初期値との比 Ic/Ic0 を求める。次に応力をゼロ R=0 の状態に戻し測定
した値を Icr/Ic0 とする。順次応力を増加させながらこれら２つの規格化された臨界電流を測定した。
1.02

Icr / Ic0

1

Ic/Ic0, Icr/Ic0

0.99
0.98

Arec

Ic / Ic0

0.96
0.94

Aret

0.92
0.9

Sample B

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

A (%)

Fig. 1 Normalized critical currents, Ic/Ic0 and Icr/Ic0 as a functionof applied strain for sample REBCO_B
3．実験結果および考察
Fig. １ に REBCO_B テープについて、２種類の方法で測定した臨界電流の印加歪依存性を示す。引張応力をゼロに戻したとき Icr/Ic0 がほぼ１に戻っていればまだ劣化の起こっていない可逆領域にあることを示す。ほぼ A ≈ 0.45%付近で鎖線で示したレベルより Icr/Ic0 が急激に低下する。これは超電導層が破断したことによるものと考えられる。そこで定義として
Icr/Ic0=0.99 になったときの歪(Arev)および応力(Rrev)を臨界電流の可逆限界の歪および応力とする 1)。一方引張応力印加時の規格化された臨界電流 Ic/Ic0 は引張歪・応力とともに徐々に減少し、A > Arev になると Icr/Ic0 が急激に減少するところで同様に急激に減少する。ここで A < Arev の範囲で臨界電流が徐々に減少するのは臨界温度の歪依存性に起因すると考えられている 2)。Fig. 1 に示すように Ic/Ic0=0.95 になったときの歪および応力を Aret、Rret とした。従来はこの値を可逆限界の歪・応力とする報告があったが、本報告で述べるように適切ではない。同様の結果を REBCO_A, C, D でも得られており、発表当日に報告する。
1.02

Icr / Ic01
0.98

Ic/Ic0, Icr/Ic0

1．はじめにREBCO および BSCCO 線材を用いてコイル等の応用機器を設計・製作するとき、曲げ、引張あるいはねじり等の複雑な機械的負荷がどのように超電導特性に影響するかを明らかにしておかなければならない。基本特性として臨界電流の可逆応力・歪限界を知っておくことは必須である。本報告では臨界電流の可逆応力・歪限界の定義と、それに基づき実際に REBCO および BSCCO 線材で求めた
限界値について考察を行った。

Arec

Ic / Ic0

0.96
0.94

Aret

0.92
0.9

BSCCO NX
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

A (%)

Fig.2 Normalized critical currents, Ic/Ic0 and Icr/Ic0 as a functionof applied strain for sample BSCCO_NX.
同様に BSCCO-2223 テープの場合について Fig. 2 に示す。
Icr/Ic0 の歪依存性についてみると A < Arev では徐々に減少しているが、これはマトリックス成分の弾塑性挙動の影響と考えられる。A > Arev での急激な減少は超電導フィラメントの破断によるものである。一方 A < Arev の範囲で臨界電流 Ic/Ic0 が引張
歪（応力）とともに徐々に減少する原因についてはまだはっきりとした原因は明らかでないが、一つの可能性として超電導フィラメント中の小傾角結晶粒界の幅が引張歪とともに拡張する
ことに関連すると思われる。
始めに述べたように工学的な観点からは引張応力・歪に対して、どの範囲までなら安心して使用できるか、つまり臨界電流の応力・歪に対する“可逆限界”を定量的に明らかにすることは重要である。実用的な定義として Icr/Ic0=0.99 になったと
きの Arev および Rrev を臨界電流の可逆限界の歪および応力とすることを提案したい。あるいは 0.99～0.9 の範囲に低下したときの歪・応力とすることも考えられる。この考え方の妥当性は論文 1)に報告したように歪・応力の繰り返
し負荷実験からも裏付けられている。
参考文献[1] K Osamura, S Machiya and G Nishijima; “Reversible
Stress and Strain Limits of Critical Current of Practical
REBCO and BSCCO Wires”, SUST 29(2016) 094003(9pp)[2] K Osamura, S Machiya, D P. Hampshire; “Mechanism for
the Uniaxial Strain Dependence of the Critical Current inPractical REBCO Tapes”, SUST 29 (2016) 065019― 178 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-p03

Bi 系・鉄系線材

低酸素分圧下焼成による高品質 Bi2223 厚膜の作製
Fabrication of high quality Bi2223 thick films by sintering under low PO2 atmospheres
武田 泰明 (東大院工) ; 小池 遼，元木 貴則，下山 淳一 (青学大) ;中島 隆芳，鍵山 知宏，小林 慎一，林 和彦 (住友電工)
TAKEDA Yasuaki (The Univ. of Tokyo) ; KOIKE Ryo, MOTOKI Takanori, SHIMOYAMA Jun-ichi (Aoyama gakuin Univ.) ;NAKASHIMA Takayoshi, KAGIYAMA Tomohiro, KOBAYASHI Shin-ichi, HAYASHI Kazuhiko (Sumitomo Electric Industries)
E-mail: ytakeda@g.ecc.u-tokyo.ac.jp
1．はじめに
これまでに我々は(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Oy [Bi2223] 多結晶材
料における臨界電流特性の改善にむけて、低酸素分圧下での熱処理により微細組織や化学組成を制御し、粒間結合を強化することが重要であることを見出してきた[1]。最近では、
理想的な高密度・c 軸配向組織の形成が可能な厚膜材料に注目し、その機能開拓に取り組むとともに、多結晶材料に普遍的な高機能化指針、手法の確立を目指している。以上の背景の下、今回は高品質 Bi2223 厚膜の作製手法とその材料ポ
テンシャルについて報告する。
2．実験方法Bi2212 を主相とする粉末 (C) をペレット成型後、820°C, 12 h,
PO2 = 3 kPa (3%O2/Ar 気流中)で焼成・粉砕し、Bi2223 とBi2212 の混相粉末 (A) を得た。これらの粉末を、
XC = WC / (WC + WA) = 0 - 1 (WA, WC: 粉末 A, C の質量)の割合で混合し、Bi2212 と Bi2223 の重量比を系統的に変えた前駆体粉末を作製した。この粉末を有機溶媒、バインダーなどとともに 50 h 以上ボールミル混合することでスラリーを調製し、簡易的なドクターブレード法により~400 mt のグリーン
テープとした。空気中 500°C で脱媒したグリーンテープを、Ag箔で挟み、厚膜の緻密化および配向性の向上のため 1 GPa
で一軸プレスした。1 次焼成により Bi2223 相を生成させ、中間一軸プレス (1 GPa) を施し、2 次焼成によりクラックを修復することで、膜厚>40 m の Bi2223 厚膜試料を作製した。焼成は PO2 = 3 kPa, 810°C で行い、最後に 3 h で 20°C 下げる
徐冷過程を加えた。一部の試料に対しては PO2 = 500 Pa での金属組成制御を目的とした還元ポストアニール(PA)を施し、試料の酸素量は酸素気流中 350°C でのアニール(OA)によりキャリア濃度がオーバードープ状態になるように制御した。試料の微細組織は FE-SEM により観察し、構成相は表面 XRD
測定により、超伝導特性は SQUID 磁束計を用いた磁化測定によって評価した。磁化測定において磁場は厚膜表面に垂直に印加し、粒間 Jc [Jc (intergrain)] は残留磁化法により調べた。
3．結果と考察
XC < 0.9 の前駆体粉末から作製した試料では、6-12 h の 1
次焼成により Bi2223 が再現性良く単相化した。また表面
XRD パターンにおいて XC が大きな試料ほど(00l)ピーク強度が大きく、c 軸配向度の高い組織が形成されることがわかった。
一般に XC が 1 に近づくほど無配向 Bi2223 結晶が生成しやすいと考えられるため、これは予想を覆す結果であった。様々な XC の前駆体粉末から作製した、2 次焼成試料、およびそれらに対して PA および OA を行った試料の、20 K における粒間 Jc を Fig. 1 に示す。アニール過程の導入によって粒間 Jc
はおよそ 2 倍に向上した。XC = 0.8 の試料において最高の粒
間 Jc ~31 kA cm-2 (20 K) を達成したが、これは焼成前に一定量存在する Bi2223 結晶粒が内部までの c 軸配向組織形成を促進したためであると考えられる。
Fig. 2 には、XC = 0.8 の前駆体粉末から、膜厚を変えて作製した Bi2223 厚膜試料の 20 K における粒間 Jc および 1 cm
幅あたりの Ic を示す。厚膜化することで粒間 Jc は低下する一方、Ic は向上する傾向が見られた。厚膜材料が電流リードなどのバルク材料に応用できることを示唆する結果である。

Fig. 1 Jc (intergrain) at 20 K for Bi2223 thick films prepared fromprecursors with various weight ratio, XC.

Fig. 2 Thickness dependence of Jc (intergrain) and Ic at 20 K for
Bi2223 thick films prepared from a precursor with XC = 0.8. Ic
was estimated by Jc (intergrain) and thickness.
参考文献[1] Y. Takeda et al., Physica C 534 (2017) 9-12.

― 179 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-p04

Bi 系・鉄系線材

PIT 法による(Ba,K)Fe2As2 テープの作製
ー実用化を考慮した Jc 特性評価―
Fabrication of (Ba,K)Fe2As2 tapes by PIT process–Jc characterization considering future applications戸叶 一正(NIMS)； Gao Zhaoshun(IEE-CAS)； 松本 明善, 菊池 章弘, 熊倉 浩明（NIMS）
TOGANO Kazumasa (NIMS); Gao Zhaoshun (IEE-CAS);
MATUSMOTO Akiyoshi, KIKUCHI Akihiro, KUMAKURA Hiroaki (NIMS)
E-mail: TOGANO.Kazumasa@nims.go.jp
1．はじめに鉄系超伝導体は高い臨界温度(Tc)と極めて高い上部臨
界磁界(Hc2)を有するため、液体ヘリウムのみならず液体
水素、冷凍機冷却など中温度での強磁場発生用線材として応用が期待されている。今のところ(Ba(Sr),K)Fe2As2(122 系)が実用的に最も有望で、Ag を被覆材としたPowder-in-tube (PIT)法により Jc-H 特性が優れた線材が作製されてきている。特に我々のグループでは、ステンレス(SUS)と Ag との二重被覆[1]、さらには Ag に替わり機
械的強度に優れた Ag-Sn 合金を用いる[2]など、被覆材を工夫することによって、Jc-H 特性の向上を図ってきた。
このような努力によって PIT-122 線材の Jc は、短試料ではすでに実用化の目標である 105A/cm2 (at 4.2 K, 10 T)に達している。しかし、本格的応用のためにはまだ解決すべき課題は多く、とくに長尺化の可能性を示すことは喫緊の課題である。本研究では特性が最も優れた
SUS/Ag(-Sn)/Ba-122 の二重被覆テープを主な対象にして、圧延のみでの特性評価、線材長手方向の Jc 均一性評価、曲げ試験などを実施して、実用性の予備評価を行ったので報告する。
2．実験方法(Ba,K)Fe2As2 の前駆体は、各元素単体の原料をボールミ
ルで混合、熱処理することによって作製した。この前駆体粉末を最初 Ag(Sn)合金管につめて加工後、再度 SUS 管に挿入、加工することにより SUS/Ag(-Sn)/Ba-122 の二重被覆のテープ線材を作製した。加工は溝ロール、カセットロ
ーラ、ロール圧延等で行い、熱処理は SUS 管に封入して行った。
3．実験結果と考察
従来 PIT-122 線材で高い Jc 得るためには、静水圧、熱間プレス、あるいは最終熱処理前に冷間プレスするなど、圧力を印加することが必須で、このことが長尺化の障壁になっていた。しかし、Fig. 1 に示すように SUS との二重被覆構造にすると、ロール圧延後プレスを加えずそのまま熱処理を施しただけ
で も 十 分 に 高 い Jc 値 が 得 ら れ る こ と が 分 か っ た 。 特 に
SUS/Ag-Sn/Ba-122 ではプレスなしでも 105 A/cm2 (4.2 K,
10 T)近くの実用的な特性が得られた。
そこで、約１ｍ長の圧延テープを切断せずに熱処理を行い、熱処理後に短試料に切断して長手方向の Ic の分布を調査した。Fig. 2 は SUS/Ag-Sn/Ba-122 テープの Ic (4.2 K, 10 T)分布である。バラツキは 27.0-35.1 A（Ba-122 コア部の Jc に換算して(5.5-7.2)ｘ104 A/cm2）の範囲に収まっている。このことから、実用性能をもつ長尺線材の作製が充分可能である目安が得られた。
さらに本研究では簡易的な曲げ試験を実施して、機械的な歪に対する Jc の劣化の挙動を調べた。SUS/Ag-Sn/Ba-122 テープ（0.3mmt）では、2-3 cm の曲げ径まで 104 A/cm2 台(4.2 K,
10 T)の高い Jc が保持されることが分かった。

これらの結果は SUS/Ag(-Sn)/Ba-122 テープがマグネットの巻き線材として有望なことを示しており、今後さらに長尺線としての特性向上を図るとともに、小コイル試験などを進めていく予定である。

Fig. 1 Jc-H curves for the short samples of SUS/Ag(-Sn)
double sheathed Ba-122 tapes. For comparison, theresults for Ag or Ag-Sn single sheathed Ba-122 tapes
are also shown in the figure.

Fig. 2 Ic (4.2 K, 10 T) distribution along the ～1m length of
SUS/Ag-Sn/Ba-122 tape.
謝辞
磁場中のJc測定に際してお世話戴いた藤井宏樹氏(NIMS)に感謝する。
参考文献
1. Z.S. Gao et al.: Supercond. Sci. Technol. 28(2015) 010501.
2. K. Togano et al.:Supercond. Sci. Technol.30(2017) 015012.

― 180 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

3D-p05

Bi 系・鉄系線材

高エネルギー混合法による鉄系高温超伝導多結晶材料の作製
Understanding the routes for superior intergranular current transport in polycrystalline 122phase Fe-based superconductors through high energy milling德田 進之介（農工大）；山本 明保（農工大, 東工大）
TOKUTA Shinnosuke (TUAT); YAMAMOTO Akiyasu (TUAT, TITECH)
E-mail: s177472yq@st.go.tuat.ac.jp
1．研究目的
鉄系高温超伝導体は高い臨界温度と臨界磁場を持つことから、強磁場磁石などへの応用が期待されている。一方、多結晶材料では、結晶粒内部を流れる臨界電流密度(Jclocal)と比較して、輸送臨界電流密度 Jcglobal が弱結合のために低下する[1,2]ほか、単相多結晶試料の合成が容易でなく、結晶粒界面に存在する不純物やクラックなどの構造欠陥によっても輸送電流が抑制されることが知られている[3]。本研究では良好な Jcglobal を示す高純度鉄系多結晶試料の合成指針を確立す
ることを目的とした。混合粉砕エネルギー(EBM)[4]の異なる微細原料粉末を用い、焼成条件を系統的に変化させて、高エネルギー混合法 Ba(Fe,Co)2As2[Ba122]多結晶体における相・組織形成と粒界電流特性を評価した。
2．実験方法Ar 雰 囲 気 グ ロ ー ブ ボ ッ ク ス 内 で 仕 込 組 成 がBa(Fe0.92Co0.08)2As2 の割合となるように単体金属を秤量し、遊星型ボールミルで粉砕・混合した(EBM = 80 MJ/kg)。混合した原料粉末を一軸プレスによりペレット成型後、石英管に真空封入し、ボックス型電気炉で 600-1000°C, 48h 焼成して試料を合成した。合成した試料について、XRD による構成相評価、
SEM による微細組織観察、SQUID VSM による磁化測定、
PPMS による電気抵抗率測定を行った。また、 EBM を系統的に変化させた微細原料粉末を用いて、600°C で焼成を行った試料を作製・評価した。
3．結果・考察
焼成温度が 700°C を上回ると粒成長が生じ、1000°C では結晶粒径が 100 m 以上に増大した(Fig.1)。また、700°C 以上の試料にはクラックが多く見られた。交流磁化率測定から、900°C 以下で焼成した試料の超伝導反磁性シグナルは弱く、1000°C で焼成した試料のみ 24.8 K で良好な超伝導転移を示した。しかし、マイスナー状態での交流磁化率は-1 に及ばず、電気抵抗率も完全にゼロとはならなかった。また、残留磁化測定[1]より Jcglobal が非常に低いことが分かった。以上より、粒成長がクラック増加の原因となり、超伝導特性および輸送電流特性を低下させたと考えられる。そこで、焼成温度を超伝導反磁性
シグナルは弱いが粒成長を示さなかった 600°C とし、EBM を制御することで特性の向上を試みた。まず、Fig.2 に示す焼成前
粉末の XRD より、EBM を増加させると、5 MJ/kg から原料金属のピークが消失して Ba122 のピークが現れ、焼成後に Ba122が合成された。また、41 MJ/kg 以上の EBM で Ba122 の単相が得られた。これより、粉末の微細化と Ba122 の核形成が、低温で Ba122 を合成するために必要な条件と考えられる。次に、EBM を 71 MJ/kg から 183 MJ/kg に増加させたことで、交流磁化率から求めた Tc は 20.6 K から 21.8 K まで上昇し、5 K における Jcglobal は 8.0×103 A/cm2 に達した。さらに、 EBM を 183
MJ/kg として、より長時間(120 h)焼成することで Tc は 22.4 K に、
拡張 Bean モデルから求めた Jc は約 2 倍に上昇した。
Ba(Fe0.92Co0.08)2As2 の先行研究では、単結晶の Tc が 22 K[5]、多結晶の Jcglobal が 6.0×103 A/cm2[6]であり、高 EBM・低温・長時
間焼成によって、良好な超伝導特性と粒界電流特性を持つ試料を作製することができたといえる。

4．結論
本研究では、EBM と焼成条件を変化させて Ba122 多結晶体の相・組織形成と粒界電流特性を評価し、良好な Jcglobal を示す高純度鉄系多結晶試料の合成法を確立することを目的とした。高い EBM による原料の微粉砕と Ba122 の核形成、低温焼成による粒成長抑制、および長時間焼成による粒間結合の強化によって、超伝導特性と粒界電流特性が良好な Ba122
多結晶体が得られることを見いだした。
謝辞
本研究はJSPS科研費若手研究（A）、文部科学省元素戦略
プロジェクトの支援を受けて行ったものである。
参考文献
1. A. Yamamoto, et al.: Supercond. Sci. Technol., Vol. 21(2008) 0953-2048
2. J. Hecher, et al.: Supercond. Sci. Technol., Vol. 29 (2016) 025004
3. F. Kametani, et al.: Appl. Phys. Lett., Vol. 95 (2009) 142502
4. W. Häßler, et al.: Supercond. Sci. Technol., Vol. 26 (2013)
02005
5. A. S. Sefat, et al.: Phys. Rev. Lett., Vol. 101 (2008) 117004
6. Y. Hayashi, et al.: Physica C., Vol. 504 (2014) p.28-32

Fig.1 Secondary electron images for the samples.

Fig.2 XRD patterns for the milled powders (before heating, left)
and the bulks (heated at 600°C, right) with different EBM.

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第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会