J. Plasma Fusion Res. Vol.82, No.12 (2006)８
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７‐
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解説

実験室で使える新しい高温超伝導技術
小 川 雄 一，三 戸 利 行１），柳 長 門１）
東京大学高温プラズマ研究センター，１）核融合科学研究所（原稿受付：２
０
０
６年９月２
９日）

液体ヘリウム温度まで冷却する必要のない高温超伝導線材は，低温超伝導線材に比べて取り扱いが比較的簡単であるので，講座レベルの実験装置でも導入しやすい．しかも近年，BSCCO や YBCO などの高温超伝導線材の進歩は著しく，コイル化が可能な長尺ケーブルが製造できるようになった．一方，GM 冷凍機を中心とした低温化技術も目覚しく，比較的簡便に極低温状態が得られるようになった．まず，これら高温超伝導線材や冷凍機技術の進歩をまとめた．このような高温超伝導線材や低温技術の進展を踏まえ，高温超伝導線材を用いたプラズマ
実験用の内部導体装置 Mini-RT/RT-1 が建設された．本装置では，低温ヘリウムガス用のトランスファーチュー
ブやチャッキ弁，着脱式の電流リード，高温超伝導線材を用いた永久電流スイッチなどが開発された．ここではこれらの要素技術を紹介するとともに，Mini-RT/RT-1 装置で達成された高温超伝導コイルの総合性能についてまとめた．最後に，ここで開発された要素技術は，講座レベルの実験装置にも応用可能であり，様々な研究へと活用されることを期待する．
Keywords:
high temperature superconductor, BSCCO, YBCO, cryocooler, persistent current switch, magnetic levitation

１．はじめにここでの経験と実績は，他のプラズマ実験装置や他分野へ一般的に，低温超伝導コイルは，液体ヘリウムの調達やの応用を考える上で大変参考になると思われるので，その冷凍機設備の運転などの問題があり，それを専門とする研詳細を紹介する．因みに MIT/Columbia 大学の共同プロ

究室や研究所などでないと導入しにくかった．それが高温

ジェクトとして最近，建設された磁気浮上内部導体装置

超伝導材料の発見により，超伝導コイルを数十 K レベルにLDX（Levitated Dipole eXperiment）［４］では，浮上コイル

冷却するだけで利用できるようになった．最近では 1 km

ではなく引上げコイルに高温超伝導コイルを採用していを超える長尺のビスマス系高温超伝導線材が量産され，劣る．また高温超伝導コイルを反磁性ループとしてプラズマ化の少ないコイル化技術も確立してきている．また取り扱

計測用に活用しようという提案もあり，高温超伝導コイル

いが非常に簡便な GM 冷凍機などの小型冷凍機が格段に進の多様な応用例の一つとして紹介する．

歩してきており，高温超伝導コイルを講座レベルの研究室でも導入しやすくなった．本解説記事では，高温超伝導コ２．高温超伝導線材の開発

イルをプラズマ閉じ込め実験装置に応用した磁気浮上内部

２．
１ ビスマス系線材の開発

導体装置 Mini-RT［１，２］および RT-1［３］を中心として，高温

高温超伝導材料は，１９８６年に発見された銅酸化物（セラ

超伝導線材の開発状況，小型冷凍機や各種コンポーネントミック）で超伝導特性を有する材料であり，従来の金属系の開発，さらに色々な実験装置や計測機器等への応用につ

低温超伝導材料が持っていた臨界温度の記録を大幅に塗りいて紹介する．

替え，いわゆる超伝導フィーバーを巻き起こした．金属系

最初に，ビスマス系およびイットリウム系の高温超伝導

低温超伝導材料を用いるためには，液体ヘリウムによる冷線材の現状を概観し，将来的な開発の方向性を紹介する．

却が必要不可欠であり，特殊な大型研究用途やごく一部の

次に，ヘリウムフリーを謳い文句に近年著しく進歩してき

民生応用以外には超伝導の実応用という観点から難しいもている小型 GM 冷凍機について紹介し，併せて高温超伝導のがある．しかし高温超伝導材料はその高い臨界温度のたコイルを数十 K に冷やすための冷却方式についても吟味す

めに液体窒素を用いた冷却も可能であり，発見から２０年をる．Mini-RT/RT-1装置では，真空容器内に設置された高温経た現在，超伝導の実用化に向けて大きな原動力となるに

超伝導コイルを 20 K まで冷却し，コイル電流を励磁し，長至っている．次節で述べるように，最近では，小型の GM

時間・高精度で磁気浮上させた上でプラズマ実験を行う必

冷凍機の性能が格段に向上してきたこともあり，液体ヘリ要があった．このためには，高温超伝導コイルの製作のみ

ウムや液体窒素を用いない無冷媒冷凍方式の超伝導機器のならず，冷却や励磁において，様々な工夫がなされている．

開発も進められるようになっている．また，特に低温ではAdvanced Technologies Related to a High Temperature Superconductor for Small Laboratory Experiments
OGAWA Yuichi, MITO Toshiyuki and YANAGI Nagato
corresponding author’s e-mail: ogawa@ppl.k.u-tokyo.ac.jp

８０７!2006 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.82, No.12 December 2006

臨界磁場が金属系超伝導材料と比べて圧倒的に高いこと
や，併せて，臨界電流密度も高く取れること（図１参照）［５，６］から，高磁場コイルへの適用に有望と考えられる．
高温超伝導材料のうち，ビスマス系材料は，１９８７年に日本で発見されたものであり［７］，現在，もっとも実用化が進んでいる．Bi２Sr２CaCu２O８の組成で Bi-2212 と呼ばれる低温相と，Bi２Sr２Ca２Cu３O１０の組成で Bi-2223 と呼ばれる高温相の２種類がある．これらに対 し て， BSCCO（ビスコ）という総称もある．ビスマス系材料は，結晶構造に起因した強い２次元異方性を有しているため，高い臨界電流密度を実現するには，結晶の ab 面が揃った c 軸配向組織とすることが必須である．そこで，原料粉末を銀パイプに充填した後，線引き加工するパウダーインチューブ（PIT）法と呼ばれる製法が主に用いられる．チューブは圧延加工に
図１

よってテープ状として，銀シースの中にフィラメントがリ

各種超伝導線材の臨界電流特性［５，６］．

ボン状に配置された多芯線とする加工が確立されている．
ビスマス系材料のうち，Bi-2223 については，臨界温度が110 K と高く，液体窒素による使用が十分に可能であり，すでに世界の数社において単長で 1 km を超える線材の製造が可能となっている［８，９］．現在製造が行われているのは，いずれも幅が 4 mm 程度，厚みが 0.2〜0.3 mm のテープ状である（図２）．後に述べるイットリウム系線材と対比し

図２ （上段）
Bi-2223 テープ線材（幅 4.1 mm，厚み 0.25 mm；住友電気工業!提供）と（下段）Bi-2212 ラザフォードケーブ
ル（幅 13.5 mm，厚み 1.6 mm；昭和電線ケーブルシステム!提供）の断面．

て， 第１世代高温超伝導線材 と呼ばれ，大電力輸送用の超伝導ケーブルや変圧器，モータなど，各種の民生用電力
機器への応用に期待が持たれ，すでに多くのプロトタイプが試作されるに至っている．単線の臨界電流は，液体窒素について，今後は，さらなる組織改善による臨界電流密度

温度 77 K，自己磁場において，200 A を超えるものが出現の向上や，高強度化，コストの低減等の改良が見込まれてしている．シース材としては，当初は純銀が用いられたが，いる．また，フィラメント間にツイスト加工を施したり，その後，少量の第二元素（マンガン等）を添加した銀合金

高抵抗バリア層を添加したりすることによって交流損失をが用いられるようになり，これによって強度が大幅に向上

大幅に低減し，商用周波数以上の領域までもカバーする幅

した．最近では，加圧焼結法の適用によって空隙を大幅に広い超伝導機器への適用をめざして，さらなる発展が期待低減させる技術が開発されたり，銀シースの表面にステンされている．

レス箔を付加することで強度を上げたりする工夫なども行

一方，もうひとつのビスマス系線材である Bi-2212 は，われ，液体窒素温度における引張応力として 300 MPa 近い

Bi-2223に比べて臨界温度は低いものの，低温において磁場レベルまで到達している．これにより，実用線材として十中における臨界電流密度が高いのが特長である．そのた分なものとなっている．

め，高磁場を発生するコイルへの応用に期待が持たれておこうした線材を用いて，本稿でも説明を行っている Mini

り，超伝導磁気エネルギー貯蔵装置（SMES）や NMR，MRI-RT 装置や RT-1 装置の磁気浮上超伝導コイルの巻線も行などへの適用が進められている．特に，PIT 法で作成されわれ，良好な特性を得ることができている．また，JR が開た線材をさらに銀合金パイプに挿入して二重に多芯化する

発を進めている磁気浮上式リニアモータカー MAGLEV

製法（ダブルスタック法）なども開発されており，大電流の車両搭載コイルにもこの線材で巻かれた高温超伝導コイ

容量化に適している．この線材の場合は，丸線形状でも高ルが用いられ，実際の走行試験において従来のニオブチタ

い臨界電流密度を得られていることは工学的に重要であ

ンコイルと遜色のない結果が出るに至っている．一方，Biり，テープ形状に限定されている Bi-2223 線材と比べると，-2223 線材を用いた超伝導送電ケーブルについては，世界

大電流容量の大型導体を製造する観点で有望である［１１］．

中で精力的に開発が進められている．実際，数百 m 長の超

このため，金属系超伝導導体で開発された技術が適用で伝導ケーブルの試作とそれを用いたフィールド試験も実施

き，平角形状の成型撚線（ラザフォードケーブル）が試作されている［１０］．

されている（図２）．また，３本ずつのケーブルを数十本か

そのほか，この線材の大型超伝導機器への応用として

ら数百本撚り合わせたバンドルをステンレス等のジャケッ

は，常温の外部電源から超伝導コイルに接続するためのイトに納めたケーブルインコンジット導体も設計可能であンターフェースである電流リードに適用され，すでに 80

り，10 kA 級の核融合用大型導体の試作開発も行われていkA 級のものが開発されている．また，小型の電流リードにる［１２］．これらの成果を受けて，核融合用大型超伝導マグ

ついては，すでに実用化され市販されてもいる．この線材

ネットに関しても設計例（導体最大経験磁場 18 T，導体電
８０８Commentary

Advanced Technologies Related to a High Temperature Superconductor for Small Laboratory Experiments

Y. Ogawa et al.

流 180 kA）が提示されるに至っている［１３］．

sisted Deposition）
がある．この方法では，スパッタによっ２．
２ イットリウム系線材の開発て成膜する際に，特定の角度（５５°）からイオンビームを照上述のようにビスマス系銀シース線材については，すで射することにより無配向基板の上に二軸配向した中間層をに長尺線材の開発に成功するとともに，様々な応用機器が効率よく成膜することができる［１６］．中間層としては，試作されている．しかしながら，特に液体窒素で用いる高YSZやGZOが用いられる．この方法によって成膜された中温領域では磁場による特性低下が大きいため，実用的には

間層は，非常に高い配向組織となり，結晶粒も細かく長尺

20 K 程度の低温領域で使用されることが多い．これに対化に適した特性を示す．中間層の上には，PLD（Pulse La-

し，希土類（RE）系の超伝導材料は，磁場中での臨界電流

ser Deposition）を用いて YBCO 層が成膜される．YBCO

特性に優れており，コイルとしても使用が可能であるた層の厚みは，現在のところ，1-2 μm となっており，臨界電

め，将来有望である．希土類元素としてイットリウムを用流密度としては，長尺線材においても，77 K，自己磁場にいた YBa２Cu３Oy は，YBCO，あるいは，Y123 と表記され，おいて数万A/mm2 が達成されている．これにより，10 mm

イッ ト リ ウ ム 系と 称 さ れ る．こ れ

幅のテープとして，臨界電流 250 A に至る線材も作製されは，１９８７年２月に米国で発見された酸化物で［１４］，90 K

あるいは

Y系

ている．PLD 法をより高速に行うためには，マルチターン・の臨界電流を持ち，液体窒素温度より高い温度でも使用可

マルチプルームと呼ばれる方法も開発され，成膜の均一化

能な本格的な高温超伝導材料として最初に見つかったもの

や成膜領域の拡大により線材作製が効率的に行えるようにであるとともに，現在でも本命の材料となっている．

なり，長さ 200 m を超える線材が作製されるようになってイットリウム系超伝導材料の特徴として磁場の印加方向いる．IBAD 中間層については，製造速度が遅いことが課に対する特性の大きな異方性が挙げられる．臨界電流特性

題である．そこで，中間層に対しても PLD を用いてさらにが結晶方位によって大きく異なることから，結晶構造をでCeO2 層（キャップ層）を成膜することで，高速に高配向中きるだけ揃えるための配向制御が必要になる．特に，ビス間層を得る手法も開発されている．

マス系とは異なり，c 軸配向のみならず，a-b 面内の配向

一方，PLD 法よりも高速に YBCO 層を形成する手法とし（二軸配向）も実現する必要がある．このため，線材は，ては，金属有機堆積法（MOD; Metal Organic Deposition）や

ニッケルやハステロイ，銀などの金属テープの上に薄膜状

金属有機化学気相堆積法（MOCVD; Metal Organic Chemi-の結晶を成長させて作られることになり， 薄膜線材（コーcal Vapor Deposition）
がある．MOD 法では，有機金属塩をティッドコンダクター）とも呼ばれる．イットリウム系線

溶媒に溶解して基板上へ塗布して焼成することにより超伝材の一般的な構成を図３に示す．

導層を形成する．このため，真空容器を必要とせず，高速YBCO 層を面内配向させるためには，主に次の二つの方化とともに低コスト化が期待される．原料にトリフルオロ法がある．一つは，基板である金属テープを配向させる方

酢酸塩を用いたプロセス（TFA-MOD 法）では，高い配向法であり，もう一方は無配向の金属テープ上に配向中間層組織が得られる［１７］．最近では，マルチコート法と呼ばれを成膜する方法である．いずれも，まずテンプレートとなる複数回塗布と仮焼を繰り返した後にYBCO層形成のためる配向組織を作り，その上に，YBCO を成長させるというの熱処理を加える方法が考案され，熱処理条件の適正化を方式をとっている．前者の方法では，ニッケルや銀などの行うことにより臨界電流密度を低下させることなく厚膜化

金属テープに９０％以上の強加工を施し，その後に適切な再に成功している．

結晶化熱処理を与えることで面内配向した基材 RABiTS

上述のように，イットリウム系線材はビスマス系線材と（Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate）
が得られる

比べて，臨界電流密度が格段に高く，また，温度が高い状［１５］．基材が銀の場合はその上に YBCO 層を成長させるこ態でも磁場中において臨界電流密度が急激には低下しないとも可能であるが，ニッケル等の金属の場合には，もうひため，磁場を発生するコイルとして用いることにも有望でとつの方法と同様にセラミックスの中間層（バッファ層）

ある．例えば，小型で大出力の超伝導モータやトランスなが必要である．中間層を配向させる方法として，代表的なども可能となるため，輸送機器等への適用の期待も大きものにイオンビームアシスト蒸着法 IBAD（Ion Beam As-

い．また，現在のものよりもさらに効率の高い超伝導送電ケーブルの製作にも期待が持てる．このため，イットリウ
ム系線材は，ビスマス系線材と対比して
伝導線材

第２世代高温超と呼ばれ，各国で開発競争に凌ぎが削られている．今後，交流損失や安定性について，十分な検討が進められる必要がある．コイルに用いられる場合には，コイル内で導体への磁場の印加角度が変化するため特性が変化
し，十分な検討が必要とされる．大型の核融合装置用超伝導コイルへの適用を考えて，イットリウム系線材を集合，および，転移した導体が試作されている［１８］．また，イットリウム系線材を用いた大電流容量導体を想定した核融合炉の設計も一部行われている［１９］．
図３

YBCO テープの断面組成．

８０９

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３．小型冷凍機とコイル冷却方式
３．
１ 小型冷凍機の進歩
超伝導の一般への応用を妨げている要因として，冷却に伴う煩雑さが占める割合は大きい．スイッチさえ入れれば手軽に極低温までの冷却が可能な小型冷凍機の出現は，超伝導応用の重要なブレークスルーとなっている［２０，２１］．
ここでは，現在主流となっている小型冷凍機として，GM（ギフォード・マクマホン）冷凍機の動作原理を説明す
る．GM 冷凍機は，１
９５９年にギフォードとマクマホンによって発明された蓄冷式熱交換器を使用する冷凍機で，図４に示すように，圧縮機，蓄冷器，膨張機と切り替え弁で構成される．圧縮機で圧縮した冷媒ガスを膨張機によって膨張させて冷却を行うことは，一般のクーラーや冷蔵庫と同様の原理である．ただし，圧縮機と膨張機の間に粒状またはメッシュ状に加工した蓄冷材を充填した蓄冷方式の熱交換器がある点が極低温冷凍機の特徴となっている．常温で圧縮された冷媒ガス（通常はヘリウムガス）が蓄冷器内を通過する間に蓄冷材と熱交換して冷却され，低温ガスとなって膨張機に入る．膨張機でガスが膨張する際に寒冷を

図４

GM 冷凍機の動作原理．

発生し，冷却ステージを冷却する．膨張して低圧となった
ガスは再び蓄冷器を逆方向に通り，蓄冷材から熱を奪ってその後，様々な改良が加えられ，現在では 4 K での冷凍能

常温となって圧縮機へ戻る．この際，蓄冷器は冷熱を一時力が 1.5 W を超える GM 冷凍機が市販されている．4 K-GM

的に蓄える役割と熱交換器の両方の役割を果たしている．

冷凍機の出現により，金属系の低温超伝導体を用いた超伝GM 冷凍機の冷凍サイクルは次のとおりである．図４の導コイルでも，液体ヘリウムを必用としない伝導冷却方式（A）の状態では，圧縮機で #"（通常 2 MPa 程度）まで圧縮の超伝導マグネットが実用化され，取り扱いの容易さからしたヘリウムガスが吸気弁を介して膨張機へ送られる．膨その応用範囲を広げている．

張機内では，ディスプレーサがシリンダ内を移動し，体積３．
２ コイル冷却方式の状態となる．ここで，吸気弁を閉とし排最大 %&$,の（B）

4 K まで冷却できる GM 冷凍機により，超伝導コイルの気弁を開とすると，体積最大のままガスの圧力最小 #（0.8#冷却方式として，液体ヘリウムを用いた浸漬冷却，超臨界

MPa 程度）の状態（C）
へ移行する．この際，膨張機内でガ

圧ヘリウムを用いた強制冷却，２相流ヘリウムによる間接

スが膨張することによって寒冷が発生する．次に，圧力最冷却等の従来の冷却方式に加えて，小型冷凍機を用いた直小のまま，ディスプレーサが移動し，体積最小 %&%'の状態

接伝導冷却方式が可能となった．高温超伝導体の発見によ（D）へ移行する．最後に，排気弁を閉じ，吸気弁を開けるこり，コイル冷却方式の選択肢は更に広がり，液体窒素によとで，再び（A）の状態へ戻る．

る冷却も可能となっている．しかし，高温超伝導線材とし実際に広く使われている GM 冷凍機では，蓄冷器がディて，現在長尺線材を入手可能な Bi-2223 テープ線材を磁場

スプレーサ内に含まれた同軸状の構造をしており，膨張機

発生コイルに用いる場合，温度を 20 K 程度まで下げて使うを２段 組 み 合 わ せ て よ り 低 い 温 度 を達 成 し て い る．１

方が臨界電流の低下が少なくその性能を発揮することがで段，２段の冷却ステージの温度は，それぞれ 30〜80 K 程度

きる．

と８〜20 K 程度である．蓄冷材には，それぞれの温度領域

冷凍機の熱効率を示す指標として成績係数（COP; Coeffi-

で熱容量（体積比熱）の大きな材料が選定され，通常第１cient Of Performance）があり，冷凍機の冷凍能力と冷凍機

段蓄冷器には，リン脱酸銅のメッシュが蓄冷材として積層の入力仕事の比として，理想的な熱サイクルであるカル

されており，第２段蓄冷器には鉛の球が蓄冷材として充填

ノーサイクルでは以下のように表される．

されている．
!"#!$)'(*"

上記の構成の GM 冷凍機では，最低到達温度は 8〜10 K
程度に限られていた．鉛等の金属の体積比熱は極低温域で$%'$(+*!$%'（１）

は温度の３乗に比例して減少するため，10 K 以下の温度で

ここで，$(+*は冷凍機の排熱温度，$%'は冷凍温度であは鉛の比熱が急激に減少し，ヘリウムガスの体積比熱よりる．排 熱 温 度 を 300 K，冷 凍 温 度 を 4.2 K と す る と，も小さくなってしまい，蓄冷材としての役割を果たせなく!"#!$)'(*は 0.0142 となり，300 K での 1 W の入力仕事に対なる．この限界を打破する方策として，磁性体が極低温にし，4.2 K では最大でも 0.0142 W の冷凍能力しか取れない

おいて磁気熱量効果による比熱のピークを持つことを利用

こ と を 示 し て い る．冷 凍 温 度 が 20 K ま で 上 が れ ば，し，磁性体を蓄冷材に用いることにより，１９８０年代後半に!"#!$)'(*は 0.0714 となり，同じ入力仕事に対して５倍の冷なってGM冷凍機による4 Kレベルの冷凍が可能となった．

凍能力を得ることが可能となる．実際の 4 K-GM 冷凍機で８１０

Commentary

Advanced Technologies Related to a High Temperature Superconductor for Small Laboratory Experiments

Y. Ogawa et al.

は，冷凍機固有の熱・機械損失により，理想的なカルノー

温までの冷却中も常に高い気密性を要する，②プラズマ実サイクルの効率の 1.6％ 程度の効率（％カルノー）しか得ら

験中にコイル内の昇温に伴うガスが真空容器内に流出しなれていない．したがって，冷凍温度を上げて運転できる高

いような逆止弁（チェックバルブ）をコイル側に設ける必

温超伝導コイルのメリットは更に大きくなる．ちなみに，

要がある，③高々数 cm 程度のコイル断面内に真空シール

大型ヘリカル装置（LHD）の超伝導システムを冷却するヘ部を設置するため T.T.の断熱距離を十分に確保する余裕がリウム液化冷凍装置のような大型冷凍システム（9 kW@ 4.2

ない，④ T.T.を下方からコイルに差し込む機構となるためK）では，4.2 K での％カルノーとして２０％以上の高い値が低温ヘリウムガスが下方のシール部に流れやすい，などの得られており，小型冷凍機の更なる効率向上は今後の研究

課題を克服しなければならなかったため，何度かの失敗を課題として残されている．

繰り返した．

高温超伝導コイルを小型冷凍機で冷却する場合，冷凍機

Mini-RT 装置で開発した逆止弁と T.T.を図５に示す．逆のコールドヘッドとコイルとを高熱伝導率の金属の編線な止弁内の T.T.の差込部はねじ込み構造となっている．逆止

どで接続し，直接伝導で冷却する方式が最も構成が単純で弁を T.T.先端中央部の突起で押し開けると同時に T.T.先端

取り扱いが容易であり，信頼性が高い方式である．しかし，の Kel-F 製 O-ring でヘリウムガスの真空容器へのリークをコイルと冷凍機のコールドヘッドを同じ断熱真空容器中の防止している．当初は，T.T.をねじ込む際に先端の O-ring

近くに設置する必要があり，漏れ磁場による冷凍機への影も一緒に回転する機構としたが，それでは回転によって響や，冷凍機の機械振動が磁場空間へ伝わる影響などの制

O-ring に傷をつけ，リークが発生する場合 が あ っ た の限から，常に採用できるわけではない．また，プラズマ真で，O-ring 部は回転しないような構造に改良した．

空容器中で，高温超伝導コイルを磁気浮上させる Mini-RT

T.T.と逆止弁のシール部からのヘリウムリーク量は，室や RT-1 装置の場合，プラズマ真空容器中で着脱可能な熱温での着脱試験で，10−５ Torr･l/sec 以下を確保できた．し接触を室温のコイル容器を貫通して行うことは非常に困難

かし，浮上コイル冷却中，このシール部は 20 K まで冷却さであることから，小型冷凍機で熱交換した 20 K の低温ヘリれ，冷却途中の熱収縮によってシール部からのリーク量がウムガスを着脱式のトランスファーチューブ（以下 T.T.

増大する場合がある．この際，T.T.を増し締めすることにと略す）を介してコイルに添わせた冷却配管に循環する方式を採用した．この低温ガスの強制循環による冷却方法
は，冷凍機および熱交換器部分とコイルを離して設置することが可能であり，小型冷凍機の到達温度，冷凍能力および台数を選択することで，様々な温度および冷凍負荷のコ
イルの冷却に用いることができる自由度の高い方式である．寒冷の発生は，小型冷凍機で行うため，低温の専門家
でなくても容易に取り扱うことができる．この方式の欠点
として，T.T.の熱負荷が，1 m 当たり 1 W 程度と大きく，数m の長さの往復の T.T.を用いても，数 W〜数十 W の入熱になってしまい，小型冷凍機の冷凍能力の大部分を占めてしまうことである．したがって，冷凍能力の小さい 4 K-GM
冷凍機を用いた低温超伝導コイルの冷却に，この冷却方式を用いることはできない．

４．冷凍・励磁用コンポーネント開発
内部導体装置では，真空容器内で高温超伝導コイルを 20
K まで冷却し，定格電流まで励磁する必要がある．MiniRT/RT-1 装置では低温ヘリウムガス冷却，直接通電励磁方式を採用した．それに伴い冷凍・励磁用に特殊な機能を有するコンポーネントの開発が必要となった．ここではその内の主要な課題について紹介する［２２‐２６］．
４．
１ 着脱式低温ヘリウムガス導入システム
我々はGM冷凍機で20 Kまで冷却された低温ヘリウムガ
スをコイル内に導入し冷却する方式を採用した．したがって，高温超伝導コイル内に設置された冷却パイプと外部からの T.T.とを真空容器内で遠隔操作によりジョイントさせるシステムを開発した．基本的な動作原理は，真空断熱層
図５を有する T.T.と同じであるが，①超高真空中での着脱であり，しかも数気圧の低温ヘリウムガスに対して室温から低８１１Mini-RT 装置の着脱式トランスファーチューブとチェック
弁［２
２］
．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.82, No.12 December 2006

より，リーク量を抑えることとした．ただしこれではコイ
ル冷却中のリーク量を常時監視している必要があり，運転上の問題として残った．
RT-1装置でも，着脱式のT.T.を用いた低温ガスヘリウム
冷却方式を採用した．当初は O-ring を２段階で設置し，その中間部を排気する構造としたが，T.T.の熱収縮による
O-ring 部からのリークを抑えるのが大変困難であった．そこでO-ring方式を放棄し，金属パッキンのVCR方式とすることとした．真空容器の外部からVCRを遠隔で締められる
ような構造を工夫し，RT-1 装置に取り付けた．金属パッキ
ンを毎回，取り出して交換しなければならないという問題点は残るが，冷却中のリーク量は格段に減り，信頼性の高い着脱式T.T.による低温ヘリウムガス冷却方式が確立した．
４．
２ 着脱式電流リード
超伝導コイルの励磁方式として外部コイルを用いた誘導励磁方式と，外部電源からの直接励磁方式とがある．永久電流運転のためなら，外部電源との接続部や永久電流ス
イッチなどが不要な誘導励磁方式の方が好ましい．過去の図６

レビトロンやスフェレータ，また最近の LDX 装置では誘RT‐
１装置の着脱式電流リード［２６］．

導励磁方式で永久電流を達成している．
誘導励磁方式では，まず超伝導コイルを昇温し常伝導状

イル（20 K レベル）が電流リードを介して機械的につな態にし，外部コイルの磁束を超伝導コイルの円環内に浸入がっているので，室温部からの熱浸入および接触抵抗によさせておく．その後，超伝導コイルを冷却し超伝導状態にる発熱に対して熱シールドをいかに確保するかが問題とした後，外部コイル電流を減衰させ，超伝導コイルに電流なった．その対策として，①電流リードと超伝導コイル間の渡り線での熱絶縁特を誘起する．ここで高温超伝導コイルを用いた場合，常伝性の向上を図る

導状態にするためには 100 K 以上に昇温しなければならな
い．したがって，励磁の度ごとに，高温超伝導コイルを②着脱式の電流リードを低温（数十 K）に冷却する

100 k まで昇温し，さらにそれを 20 K まで再冷却する必要を考えた．①の対策のみで条件を満たすなら装置的に簡素があり，かなりの時間（数時間以上）を要することとなる．

化できて喜ばしい．そこで Mini-RT 装置では，電流リード

ここでは高温超伝導線材の臨界温度が高い，ということがとして熱抵抗がやや高い金入り Bi-2223 線材を用いたが，災いしている．したがって，我々は誘導励磁方式ではなく，それだけでは十分ではなかった．そのため②の対策とし直接励磁方式を採用した．

て，着脱式の電極を液体窒素で冷却した．その結果，熱浸コイル電流の直接励磁方式では，外部電源と主コイルと入が格段に低減でき，定格電流での永久電流モードが達成を連結するための電流リードが必要となり，以下の項目にできた．したがって RT-1 装置でも，着脱式の電流リードを留意し設計・製作をした．

常時冷却することとした．なお Mini-RT では液体窒素冷却・着脱式電流リード部の接触抵抗の低減であったが，RT-1 では GM 冷凍機の１段目（50−70 K レベ

・外部電源（室温部）からの超伝導コイルへの熱浸入

ル）で冷却された低温ヘリウムガスを循環させて冷却している．参考までに図６に RT-1 の着脱式電流リードの断面

の低減

図を示す．

・真空容器内での着脱が容易な機構

４．
３ 永久電流スイッチ

着脱式の電流リードであるため，十分な圧縮力で接続することができない．したがって，着脱部での接触抵抗が高コイル励磁として外部電源による直接励磁方式を採用しく，それが熱源となり超伝導コイルを加熱してしまう可能たため，外部電源を切り離した後に永久電流モードでの運性がある．特に Mini-RT 装置では，装置が小型であるため

転とするための永久電流スイッチ（PCS; Persistent Current

既製品の電流リードでは十分低いレベルまで接触抵抗を下Switch）が必要となる．一般的に PCS として超伝導線材がげることが難しかったので，何種類かの金属での試験を繰用いられており，超伝導線材を昇温し常伝導化させ高抵抗

り返し，ハステロイ製のスプリングコンタクトを５本巻き状態としてスイッチオフ状態とし，超伝導コイル電流が励つけた電流リード（直径 6 mm）を開発した［２７］．一方，磁された後に，PCS を再冷却し超伝導化しスイッチオン状

TM

コンタクトを採用した．その結果，態として PCS 機能を発揮させている．したがって，低温超いずれの装置でも，接続抵抗を 0.2 mΩ 程度まで低減でき，

伝導コイルでは低温超伝導線材を PCS として使っている

RT-1 では，Multilam

100 A 通電に対して，数 W レベルに発熱量を抑えることがが，ここでは高温超伝導線材の温度領域で作動する PCS

できている．

が必要となる．

超伝導コイルの励磁時は，外部電源（室温）と超伝導コ

Mini-RT 装置では Bi-2223 線材を，RT-1 装置では YBCO
８１２

Commentary

Advanced Technologies Related to a High Temperature Superconductor for Small Laboratory Experiments

Y. Ogawa et al.

LDX では浮上コイルに低温超伝導線材である Nb３Sn を採用している．また誘導方式での励磁としており，NbTi
製の低温超伝導コイルが設置されている．ただし引上げコ
イルとして Bi-2223 線材を用いた高温超伝導コイルを採用している．これは銅コイルと比べて定格電流での発熱量が極端に低減できるとともに，帰還制御による電流変動に伴う AC ロスも許容できるレベルであると見積もられているためである．なおこの高温超伝導コイルは冷凍機からの直接伝導冷却であり，電流も電源と直結して制御されている．
Mini-RT/RT-1 装置では，浮上コイルとして高温超伝導
図７

ART‐
１装置の YBCO 薄膜製永久電流スイッチ［２５］．

線材を採用した．その理由の一つとして，実験室規模において大量の液体ヘリウムを取り扱うのを避けたい，という薄膜を用いた PCS を開発した．Bi-2223 線材での PCSは，主点があげられる．したがって，小型冷凍機のみでのコイル

コイルとほぼ同寸法の無誘導巻き方式のコイルを 0.3%Mn

冷却が可能となった．因みに，Mini-RT 装置では GM 冷凍

添加の Bi-2223 線材で製作した．線材の長さは約 21 m であ機（16.5 W at 20 K の冷凍能力）を２台で，RT-1 装置ではりオフ状態での抵抗として約 1 Ω が確保できている．一方，３台でコイルを冷却しており，室温から 20 K まで冷却する

RT-1 では，MAGLEV で開発された YBCO 薄膜製の PCS

のに，Mini-RT では約１０時間［３９］，RT-1 でも約４８時間［４０］を採用した［２８］．サイズは幅 6 mm，長さ 76 mm，膜厚 300で冷却可能である．代表的な例として，Mini-RT 装置での

nm と非常にコンパクトであり，オフ抵抗は 0.67 Ω が確保

冷却システムを図８に示す．

できている．ここで RT-1 装置の PCS を図７に示す［２５］．

高温超伝導コイルと永久電流スイッチとの組み合わせに

PCS の昇温は，PCS に 取 り 付 け ら れ た ヒ ー タ ー で 行

よる永久電流運転としては，MAGLEV も同様である．たい，冷却は低温ヘリウムガスや超伝導コイルからの伝導冷だし MAGLEV では GM 冷凍機を車両に搭載し，常に高温却で行う．Mini-RT では比較的大型の PCS であるため，昇超伝導コイルを伝導冷却している．一方，Mini-RT/RT-1

温 に 数 分，冷 却 に２０−３０分 を 要 す る．一 方 RT-1 で は，装置では，高温超伝導コイルの冷却・励磁を真空容器の下

YBCO 薄膜であるため，昇温に約３０秒，冷却にも高々２分部で行った後に，冷却用低温ヘリウムガスの供給を停止

程度で十分である．

し，真空容器中央部までリフトアップし磁気浮上させる．
浮上中に超伝導コイルは徐々に温度が上がってゆく．した５．実験装置への応用

がって 20 K まで冷却された高温超伝導コイルは，数時間程

５．
１ 内部導体装置 Mini-RT/RT‐１への応用

度のプラズマ実験終了時点で３０−40 K 程度の温度領域に

内部導体コイルを用いたプラズマ実験装置は，超伝導コ抑えられている必要がある．ここでは 20 K に冷却された超イルを精度良く長時間磁気浮上させることが必須であり，伝導線材とプラズマに直接さらされるコイル容器との間

すでに１９６０年代にスフェレータやレビトロンなどで様々なに，輻射シールド板を設けるとともに，複数枚のサーマル装置が建設されプラズマ実験に供してきた［２９‐３３］．そこ

インシュレータを巻いた．また超伝導コイルの支持構造に

では低温超伝導線材を用いた比較的大きな主半径コイルをも熱絶縁が十分確保できるような工夫を施した．代表的な

建設し，トーラス内側領域にプラズマを生成して，平均極例として，RT-1 装置のコイル断面を図９に示す［２６］．20 K

小磁場配位，磁気シア，プラズマ閉じ込め特性などの研究で放置された高温超伝導コイルの自然昇温時間として，を進めてきた．しかし１９７０年代に入ると，トカマク研究の

Mini-RT では，4 K/h 程度，RT-1 では 1.6 K/h 程度であっ

隆盛と相俟ってこれらの装置はシャットダウンされた．

た．Mini-RT ではコイル断面が小さいため，熱絶縁の距離

一方，１９９０年代に入ると，人工衛星ボイジャーやパイオ

や方策が十分施しきれず，比較的早い昇温時間となった．

ニアなどによる木星での超高ベータプラズマの観測［３４］や

ただしそれでも，数時間のプラズマ実験を行うには十分な

長谷川らによる運動論的緩和理論［３５］，Mahajan-Yoshidaによる２流体緩和理論の提唱［３６，３７］などに触発されて，内部導体トーラス装置でのプラズマ研究が復活した．具体
的には，Columbia 大学と MIT の共同プロジェクトとして
LDX 装置［４］が，また東京大学においては Proto-RT/Mini-RT/RT-1 装置群が建設・運転［３８］されている．これらの装置では，様々な緩和理論に基づいた超高ベータプラズマの生成・制御を目指しており，過去のスフェレータやレビ
トロンと異なり，内部導体コイルよりもトーラス外側領域にプラズマを生成するものである．したがって，大きな真空容器内に比較的小さな主半径の内部導体コイルを浮上さ
図８せており，浮上コイルの制御が難しくなっている．
８１３

Mini-RT 装置のコイル冷却システム［２２］．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.82, No.12 December 2006

図９

RT‐
１装置の浮上コイル断面［２
６］
．
図１
０ RT‐
１装置の Bi-2223 テープ線材の電流―電圧特性．

熱シールド特性を有しているといえる．
次に高温超伝導コイルの永久電流の減衰特性について考察する．低温超伝導線材は臨界電流以下で運転していれば，ほとんど電流は減衰しない．例えば NbTi 製の医療用MRI では，１年間で 0.1％ 程度しか減衰しない［４１］．一方，
高温超伝導線材は臨界電流値近傍で残留抵抗が残ってい#る．したがって，"!"!"!!
!
!# と近似的に表せるような電圧が臨界電流値近傍で発生する．そのため臨界電流値も，発生電圧が "!!1 μV/cm となった時の電流値として定義されている．また前述の式のべき乗の #値が残留抵抗の特性を表す指標 と し て 用 い ら れ て お り，代 表 的 な #値は#!20−30 程度である．コイル化に際して，高温超伝導線材の個々の特性のばらつきや巻き線の過程における臨界電

図１
１ RT‐
１装置の断面図［２６］．

流や #値の劣化，など に も 十 分 に 注 意 を 払 う 必 要がある．例えば RT-1 装置で高温超伝導コイルを製作するに当温ヘリウムガスで冷却する．その後，電流リードを挿入したり，線材単体およびコイル化の過程において線材の特性

永久電流モードを達成し，メカニカルに真空容器中央部まを全品チェックした．この内で代表的な線材の I-V 特性をでリフトアップする．最後に，真空容器上部に設置された−６−９

図１０に示す．ここでは残留抵抗を 10 −１０

V/cm の広い

引上げコイルを駆動させ内部導体コイルを浮上させる．な領域で測定し，線材の特性が劣化していないことを確認し

お RT-1 装置では内部導体コイルを１００ミクロン以下の精度た．因みに Mini-RT 装置では，２０時間の電流減衰時定数でで１時間以上にわたり安定に浮上させ，8.2 GHz の高周波あり，設計値よりかなり短かった．その原因として，#値のによるプラズマ実験が開始されている［３］．

劣化が予測される．一方，RT-1 装置では，８時間で１％程

５．
２ 計測器への応用

度の電流減衰であり，残留抵抗から予測された減衰率程度

以上のように，高温超伝導線材は急速に進歩してきておに抑えられた［２５］．これは線材の選定やコイル化の過程にり，プラズマ核融合実験装置に対しても一部実際に適用がおいて，すべての線材およびコイルの #値を常時管理して始まるとともに，将来の大型マグネットを指向した大電流いた賜物であろう．

導体の開発研究も始まりつつある．一方で，高温超伝導線

さらに低い負荷電流状態では高温超伝導線材の接続抵抗材をプラズマの磁気計測に応用することも一部検討されてが問題となってくる．将来，線材間の接続抵抗を現在の値いるので，ここでは簡単にその紹介を行う．これは，高温と比べて低くすることができれば，永久電流の持続時間を超伝導線材で形成した短絡ループに誘起される永久電流に長くすることが可能となる．ただし，その場合には，今度よって，微小磁場変動の測定を行うものであり，将来，は，コイルの励磁に伴って線材内に誘起される磁気遮蔽電

様々な応用も考えられる．

流が線材の #値によって時間的に減衰し，これが原因と磁場閉じ込め核融合実験装置では，プラズマの蓄積エネ

なって主磁場を作るコイル電流が増減する現象が観測されルギーを測定するために，プラズマを取り囲むように設置るものと予想される［４２］．このため，フィラメントのツイされた常伝導ループを用いて，プラズマの反磁性に起因しスト等によって，磁気遮蔽電流を軽減した線材の開発が必た磁束を計測する．この際，反磁性ループに誘起される電要とされる．それが達成できれば，最終的に，線材の #圧を積分することによって，ループに鎖交する磁束を求め

値そのものに起因した永久電流の減衰が見えてくる領域とる方法が確立されている．しかしながら，数時間を超えるなる．

定常運転を考えた場合，長時間にわたり高精度な計測を継

最後に図１１に RT-1 装置の全体図を示す．真空容器下部

続することは信号処理に使用される積分器がドリフトするに設置された高温超伝導コイルに T.T.を下部から挿入し低特性を持っているため難しい面があり，各種の対応方法が
８１４

Commentary

Advanced Technologies Related to a High Temperature Superconductor for Small Laboratory Experiments

Y. Ogawa et al.

検討されている［４３］．これに対し，超伝導線材で構成した

ルでも大きな磁場が発生させられる，などの利点があり，ループを用いて，磁束の変化を電流に変換して計測するシ

講座レベルの実験室規模においても超伝導コイルを用いたステムを考えることができる［４４］．このシステムでは，超応用の可能性は高い．本解説記事では，まず高温超伝導線

伝導ループの作る永久電流を検出するため，原理的にドリ材の最近の開発状況，および小型冷凍機の進展をレビュー

フトが無く，長時間の計測が可能である．ただし，超伝導した．次にプラズマ実験装置として設計・建設された内部ループのみで検出器を構成した場合には，超伝導ループが導体装置 Mini-RT/RT-1 への応用を例として，そこで開発

プラズマの反磁性効果によって作られる磁束をすべて遮蔽された様々な低温機器に対する要素技術，および総合性能

しようと電流を誘起してしまう．そこで，超伝導ループに試験結果を紹介した．また最後に計測機器としての応用の対して巻数比が十分に大きな別の超伝導コイルをプラズマ可能性も例示した．講座レベルの実験室でも高温超伝導線から離れた位置で直列に接続し，電流を制限することに材を導入できるようになってきていることから，今後もよってプラズマに対する反作用磁場を小さくすることが必

様々な実験装置や計測機器への応用を期待する．

要となる．また，プラズマ閉じ込め用コイルの立ち上げ時

謝辞の磁場変化によって誘起される電流を遮断したり，任意の時点で電流を初期化したりするために，永久電流スイッチ

高温超伝導コイルを磁気浮上させた内部導体装置の設を使用する方法が有効である．また，超伝導ループを流れ計・建設では東京大学の吉田善章先生，森川惇二氏，九州る電流を計測する方法としては，超伝導コイルの作る磁場

大学の岩熊成卓先生，および核融合科学研究所の辺見 努

をホール素子で測定する方法や電流回路の一部に DCCT

氏に感謝致します．またMini-RTおよびRT-1装置の製作でを設置する方法などが考えられる．この方法を用いた反磁は富士電機システムズ!，!東芝に感謝いたします．

性計測システムの概念図を図１２に示す．ここで，計測用の超伝導ループを閉じ込め磁場発生用の超伝導コイルの近傍

参考文献に設置することを考えるならば，ループに対する冷却配管［１］Y. Ogawa, J. Morikawa, T. Mito et al., J. Plasma Fusion
Res. 79, 643 (2003).
［２］小川雄一，森川惇二，大国浩太郎他：低温工学 39, 175(2004).
［３］Z. Yoshida, Y. Ogawa, J. Morikawa et al. Plasma Fusion
Res. 1, 008 (2006).
［４］J.H. Schultz et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 9, 378

等は不要となるが，超伝導コイルとは熱絶縁された場所
や，場合によって，プラズマ真空容器の内部に設置することまでを想定するならば，臨界温度の高い高温超伝導線材を用いることが有望と考えられる．
そこで，高温超伝導ループを用いた模擬的な反磁性検出システムの試作を行い，原理検証実験を行った［４５］．高温(1999).
［５］M. Inoue et al., Physica C, 392-396, 1078 (2003).
［６］P. Lee, http://www.wisc.edu/［７］H. Maeda, Y. Tanaka, M. Fukutomi and T. Asano, Jpn. J.
Appl. Phys. 27, L209 (1988).
［８］T. Kaneko et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 9, 2465

超伝導線材として銀シース Bi‐２２２３線材を使用し，８０ターンのダブルパンケーキ２個でループを形成した．これをGM 冷凍機で伝導冷却し，ヒータを用いることによって動作温度として 20 K に制御した．また，GM 冷凍機の第２ス
テージに銅安定化 NbTi 線材を用いた電流制限用の超伝導(1999).
［９］L. Masur et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 11, 3256

コイル，および，永久電流スイッチを設置する構成を採用
し，Bi-2223 線材と NbTi 線材間の接続抵抗を 1 ヶ所当たり(2001).
［１０］M. Yagi et al., J. Physics: Conference Series 43, 849 (2006).
［１１］T. Hasewaga et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 12, 1136
(2002).
［１２］T. Isono et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 13, 1512

1 nΩ まで低減した．このシステムに対して，プラズマの反磁性磁束を銅コイルによって模擬したところ，超伝導閉
ループの減衰時定数として数百時間を得るとともに，銅コ
イルの微小な電流変化を正確に捉えることに成功し，原理(2003).
［１３］T. Ando, S. Nishio and H. Yoshimura, IEEE Trans. Appl.
Supercond. 14, 1481 (2004).
［１４］M.K. WU et al., Phys. Rev. Lett. 58, 908 (1987).
［１５］A. Goyal et al., Physica C, 357-360, 903 (2001).
［１６］S. Miyata et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 15, 2671
(2005).
［１７］P.C. McIntyre et al., J. Appl. Phys. 71, 1868 (1992).
［１８］W. Goldacker et al., J. Phys. Conf. Ser. 43, 901 (2006).
［１９］F. Dahlgren et al., Fusion Eng. Des. 80, 139 (2006).
［２０］低温工学概論，荻原広泰編集（東京電気大学出版局，
１
９
９
９年）
．
［２
１］低温工学「特集・磁性蓄冷材を使用した小型冷凍機」，
Vol. 31, No. 4,１
９
９
６年．
［２
２］三戸利行，柳 長門，
小川雄一他，
低温工学 39, 182 (2004).
［２３］柳 長門，三戸利行，
森川惇二他，
低温工学 39, 193 (2004).

検証をするに至った．

６．まとめ
高い電流密度を有する超伝導線材は，比較的小型のコイ

図１
２ 超伝導コイルを用いた反磁性ループ測定の原理．

８１５

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.82, No.12 December 2006!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

ゆういち

小 川 雄 一１９
８
１年東京大学大学院工学系研究科博士課
程修了（工学博士）．名古屋大学プラズマ研
究所，核融合科学研究所，東京大学工学部
を経て，１
９
９
９年より東京大学高温プラズマ

研究センター教授．２
００
５年４月から東大柏キャンパスに移転．

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やなぎ

なが

柳

長 門

と

１
９
８
９年１
２月京都大学大学院工学研究科博士後期課程中退．現在，大学共同利用機関法
人自然科学研究機構核融合科学研究所大型
ヘリカル研究部炉システム・応用技術研究
系助教授．大型ヘリカル装置（LHD）のヘリカルコイル用超伝導導体の開発および電磁現象を中心とした特性研究，高温超伝導線材の核融合装置応用に関する研究などに従事．

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がわ

み

と

とし

ゆき

三 戸 利 行１９８
３年九州大学大学院工学研究科博士課程
修了．１
９８
３年４月高エネルギー物理学研究
所助手，１
９
８
８年８月京都大学ヘリオトロン
核融合研究センター助教授，１
９
８
９年５月核

融合科学研究所大型へリカル研究部装置技術研究系助教授，
平成１
９
９
８年１
２月同研究所教授，１
９９９年４月総合研究大学院大学数物科学研究科核融合科学専攻教授併任，２００
３年４月核融合科学研究所大型へリカル研究部装置技術研究系研究主
幹，２００
４年４月大学共同利用機関法人自然科学研究機構核融合科学研究所大型ヘリカル研究部炉システム応用技術研究系
研究主幹，同教授，国立大学法人総合研究大学院大学物理科
学研究科核融合科学専攻教授併任，現在に至る．主として先
進超伝導導体および超伝導コイルの開発研究，大型低温シス
テムの最適化研究，高温超伝導の核融合装置への応用研究に従事．低温工学協会，プラズマ・核融合学会，電気学会会員．
工学博士．

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お(2002).
［４５］辺見 努他，
２０
０
６年度春季低温工学・超電導学会 2P-p32.

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!!!!!!!!!!!!

［３４］S.M. Krimigis, et al., Science 206, 977 (1979).
［３５］A. Hasegawa, et al., Nucl. Fusion 30, 2405 (1990).
［３６］S.M. Mahajan and Z. Yoshida, Phys. Rev. Lett. 81, 4863
(1998).
［３７］Z. Yoshida and S.M. Mahajan, Phys. Rev. Lett. 88, 095001(2002).
［３８］Z. Yoshida, Y. Ogawa, J. Morikawa et al., CP498, NonNeutral Plasma Physics III, edited by J. J. Bollinger, AIP
Conference Proceedings 498, 397 (1999).
［３９］森川惇二，大国浩太郎，堀 暖他：低温工学 39, 209(2004).
［４０］Y. Ohtani, T. Tosaka, M. Ono et al., ICEC21, July 2006.
［４１］G. Morrow, IEEE Trans. Appl. Supercond. 10, 744 (2000).
［４２］T. Hemmi, Y. Yanagi, G. Bansal et al., Fusion Eng. Design,
to be published.
［４３］榊原 悟，栗原研一，J. Plasma Fusion Res. 80, 364 (2004).
［４４］K. Yamazaki and O. Fedyanin, Private communication!!!!!!!!!!!!

［２４］柳 長門，森川惇二，三戸利行他，
低温工学 39, 201 (2004).
［２５］T. Tosaka, Y. Ohtani, M. Ono et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 16, 910 (2006).
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Appl. Supercond. 16, 918 (2006).
［２７］大國浩太郎，小川雄一，森川惇二他，低温工学 38, 560(2003).
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Fusion Research (Tokyo) 1, 281 (1975).
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

８１６