九州大学 木須研究室のご紹介
超伝導技術で拓くグリーンイノベーション
木須 隆暢

http://super.ees.kyushu-u.ac.jp/

主幹教授 大学院システム情報科学研究院 電気システム工学部門
超伝導システム科学研究センター長
低温センター（併任）Email: kiss@sc.kyushu-u.ac.jp

九大・木須研究室、 2020年5月

Res. Inst. Sup. Sci & Sys. Kyushu Univ.

高度エネルギー利用を目指して
本研究室では、地球環境との両立を目指した、高度なエネルギー社会の実現に向けて、超伝導技術の研究開発を行っています。
超伝導線材では、損失をほとんど無視できる状態で、銅やアルミに代表される従来材料の100倍以上の大電流を運ぶことが可能となります。その優れた性能により、従来技術の壁を打ち破る革新的機器の開発、高効率エネルギー利用、省エネルギーによるCO2削減のための技術として、広範な分野で応用が期待されています。
本研究室では、先進計測評価技術の開発による超伝導材料の線材レベルの特性解明と高品質化、さらにそのパワー応用のための研究を行っています。また、これらの研究活動を通じて、電気電子工学分野の次代を担う 若手の研究者、技術者の教育に取り組んでいます。
我々は限りあるエネルギーと地球環境の両立を目指します。
九大・木須研究室、 2020年5月

Res. Inst. Sup. Sci & Sys. Kyushu Univ.

グループのメンバー（2020年度：28名）[学生] (続き)[職員] (4)
•

教授

木須 隆暢

•

准教授

東川 甲平

•

技術職員

今村 和孝

•

ﾃｸﾆｶﾙｽﾀｯﾌ

佐藤 智亜紀[学生] (博3, 修14, 学5, 研2)
••
•
•
••
•
•

博士2年
呉 澤宇
博士2年（社会人） 鈴木 賢次
博士2年（国費）
S. Natthawirot
修士２年
鬼塚 雄大
修士２年
加藤 大季
修士２年
重岡 駿
修士２年
楊 明旭
修士２年（東川研） 野方 修矢

九大・木須研究室、 2020年10月••••••••••••••••

修士１年
于 穎麟
修士１年
山下 貴大
修士１年
張 佩宏
修士１年
高 明陽
修士１年
田 珊
修士１年（東川研） 井手 暁仁
修士１年（東川研） 佐藤 暢星
修士１年（東川研） 田尾 誠悟
修士１年（東川研） 横尾 貫太
学部４年
岸川 創紀
学部４年
中村 瑛
学部４年
丸岡 諒
学部４年（東川研） 川崎 啓太
学部４年（東川研） 平尾 上総
研究生（国費）
Khan M. Haris
研究生
鄭 依城
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１．先進超伝導材料開発（１）酸化物高温超伝導線材（２）MgB2線材（３）鉄系新超伝導体

九大・木須研究室、 2020年5月

経産省, NEDO委託事業ならびにJSPS科研費助成事業
2002-2012年度, 2013-2015年度, 2016-2018年度, 2019-2023年度

希土類系高温超伝導線材技術の開発
At 4.2 K unless otherwise stated
GdBCO

1010c

臨界電流密度 J [ A/m2 ]1011

GdBCO 20K
GdBCO
50K

GdBCO
65K

NbTi

GdBCO 30K
Bi2212 Round Wire

Bi2223910

Bi222320K

810

Nb3Sn (Bronze)
Bi222330K

Bi222350K

107

Nb3Sn(Internal)

MgB2

Bi222377.3K

0Nb3Al (RHQT)

GdBCO
77K

5101520磁束密度 B [ T ]25

超伝導線材の実用性能の向上と定量化
高温超伝導線材の臨界電流制限因子の解明

ナノ組織制御による量子化磁束ピンニング

本研究では、希土類系高温超伝導線材の電流制限因子を明らかとし、磁界・温度特性に優れる次世代線材の開発を支援すると共に、動作条件によって複雑に変化する線材特性のデータベース化、機器最適設計のための基礎理論を確立することによって、超伝導産業応用の基盤を確立することを目的としています。これまでに、通電特性の定式化・推定法の提出や、低温レーザ顕微鏡によるイットリウム系線材の損失特性の可視化に世界ではじめて成功しています。 Res. Inst. Sup. Sci & Sys. Kyushu Univ.

30リール式長尺線材評価装置
1km級実用線材の評価技術を開発

国際・国内共同研究

線材送りリール
線材巻取りリール

リニアステージ 2016-2018年度 NEDO高温超電導実用化促進技術開発（委託事業）：「高磁場コイル用超電導線材の生産性向上における連続非破壊高精度特性測定技術開発」

線材メーカへの技術移転
九大・木須研究室、 2020年5月

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JST戦略的創造研究推進事業（先端的低炭素化技術開発）
H23-31年度, 研究担当者：木須隆暢
MgB2線材の超伝導特性の解析に関する研究MgB2・実用性能制限因子解明
・計測評価技術開発

CuMonel(a)

量子化磁束挙動、電流制限因子の解明（九大：木須グループ）

100µm

Ｘ線CTによる3次元構造解析

磁気顕微観察による線材特性評価 1 mm

高性能MgB2線材プロセス技術開発（物質・材料研究機構：熊倉グループ）（日立）

・高臨界電流密度・低損失大電流容量・低コスト線材
・超伝導接続超伝導・水素複合エネルギーシステムへの展開

将来のクリーンエネルギーとして期待される（液体）水素エネルギー利用技術と超伝導技術とを組み合わせると相乗効果が発揮され、再生可能エネルギーの大規模導入を可能とする低環境負荷型の高効率エネルギーインフラが実現すると期待される。本研究は、その要となる実用レベルの低コスト高性能多芯MgB2超伝導線材、ならびにその超伝導接続技術をはじめとする基盤技術の開発。

走査型SQUID磁気顕微鏡（ＳＳＭ）を用いた高感度磁気イメージングと局所電流計測
ＳＱＵＩＤ

Pick up coil: 10 µm in diameterzSample
SQUID
controllerySQUID Sensorx
Temperature
controller

Scanning in xy plane bymicrostage

DMM
Current
sourceXYZ-stage
controller
PC

LHe
RP

共同研究：超電導工学研究所（経済産業省地球環境国際研究推進事業、NEDO超電導応用基盤技術開発（第II期））
九大・木須研究室、 2020年5月

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超伝導体中の量子化磁束挙動の計測
3.5K

5.2K

6.8K

8.4K

8.9K

9.26K

9.38K

15.0K

九大・木須研究室、 2020年5月

２．システム応用（１）鉄道用超伝導ケーブル（２）液体ヘリウムフリー高温超伝導マグネット

九大・木須研究室、 2020年5月

JST未来創造事業【接合ならびに鉄道き電システム用導体技術開発】 2017-2026年度
NEDO 【高温超電導実用化技術開発】 2017-2020年度

超伝導電気システム応用

JST未来事業では、接合技術開発の高効率化ならびに接合特性の再現性・信頼性向上を目的とし、接合を含む超電導線材の電磁特性の精密解析により、接合特性を明らかとし、接合プロセスにフィードバックする。また、次世代鉄道き電システム用導体化技術の基盤を確立する事を目的に、低抵抗接合技術を用いた集合導体化によって、ケーブル素線の信頼性ならびに電流輸送特性を向上させると共に、き電システムへの導入時の検討を行う。NEDOのプロジェクトにおいては液体ヘリウムフリーの高温超伝導マグネット実現のための基盤技術開発を行う。
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電力ケーブルハードウェア閉ループ試験（HILS）
解析モデルの一部をハードウェアに置き換えた系統連系模擬試験

HDVCのモデル例

例えば、き電線用の←
任意の超伝導ケーブルに電力系統へ適用すると…
電流計測（通常時、短絡事故時
電圧値
電力変換器故障時、印加反映
ケーブル熱暴走時など）
規模調整
・超伝導ケーブルの信頼性試験
電力変換器
超伝導ケーブル／導体／線材
・現有系統への影響把握 ／電源
Hardware-In-the-Loop Simulation
規模・任意の系統を想定した(HILS)
調整
波及効果の検証
電力系統解析の計算値で制御→任意の電力系統↓

RTDS
九大・木須研究室、 2020年5月

3．その他：• 基盤設備・装置（抜粋）• 年間の研究室活動• 参考データほか

九大・木須研究室、 2020年5月

その他の基盤設備・装置（１）液体ヘリウム供給、回収設備

九大・木須研究室、 2020年5月

SQUID直流磁化測定装置

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その他の基盤設備・装置（２）機能：
冷凍機冷却超伝導マ
グネットにより、室温ボア空間に長時間の強磁場環境の提供が可能

磁気プロセッシング、計測への適用

無冷媒超伝導マグネット（12 T）
九大・木須研究室、 2020年5月

無冷媒超伝導マグネット（5 T）
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最近の主要プロジェクト、共同研究（抜粋）１．科研費
2019-2023年度、基盤研究(S) ： 「高温超伝導線材・導体・コイル巻線の評価技術の体系化と高信頼性マグネットへの展開」
2016-2019年度、基盤研究(A) ： 「km級長尺高温超伝導テープ線材のマルチスケール解析と電流輸送特性のモデリング」
2012-2014年度、基盤研究(B) ： 「リール式高速磁気顕微鏡による長尺高温超伝導線材の局所不均一性の解明と高性能化」
2008-2010年度、基盤研究(B) ： 「酸化物高温超伝導体における結晶粒界の通電機構の解明と高臨界電流密度化」
2006-2007年度、基盤研究(B) ： 「実用環境を模擬した磁界・機械歪の影響下における超伝導線材内局所損失の可視化」
2003-2005年度、基盤研究(B)： 「イットリウム系高温超伝導線材の通電特性の解明と最適導体設計法の研究」

２．共同研究・受託研究2017-2026年度、JST未来社会創造事業：「高温超電導線材接合技術の超高磁場NMRと鉄道き電線への社会実装」
2017-2020年度、NEDO高温超電導実用化促進技術開発：「高磁場マグネットシステム開発／高温超電導高安定磁場マグネットシステム技術開発」
2016-2018年度、NEDO高温超電導実用化促進技術開発：「高磁場コイル用超電導線材の生産性向上における連続非破壊高精度特性測定技術開発」
2013-2015年度、経済産業省、AMED未来医療を実現する医療機器・システム研究開発事業：「高温超電導コイル基盤技術開発プロジェクト」
2011-2014年度、JST国際科学技術共同研究推進事業：「SUPER-IRON: 鉄系超伝導体における材料ポテンシャルの開拓」
2010-2015年度、 2015-2019年度（実証フェーズ）、 JST戦略的創造研究推進事業（先端的低炭素化技術開発）：「未来の水素利用社会を支える低コスト高性能MgB2線材の開発」
2009-2013年度、JST戦略的イノベーション創出推進事業：「次世代鉄道システムを創る超伝導技術イノベーション」
2008-2012年度、NEDOイットリウム系超電導電力機器技術開発：「超電導機器対応線材技術開発，超電導電力機器の適用技術標準化」
九大・木須研究室、 2020年5月

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研究室の活動
学生の学会参加：
国際会議
参加（発表）者人数
ICEC24-ICMC2012, Fukuoka, Japan
8名
The 2nd Korea Japan Superconducting Technologies for Electric Power System,Changwon National University, Korea
4名
2012 Applied Superconductivity Conf. (ASC2012), Portland, USA
2名
Int. Workshop on Coated Conductors for Applications (CCA2012), Heidelberg,Germany
2名
25th Int. Sympo. on Superconductivity (ISS2012), Tokyo, Japan
3名
2013 Int. Sympo. on Information Science and Electrical Engineering (ISEE2013),Fukuoka, Japan
4名（述べ23名）経験に優る教師は無し。国際会議での発表を通して国際化、プレゼン力を強化

経費は全額支援九大・木須研究室、 2017年4月

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研究室の年間活動（国内）国内会議（2012年度）
第73回応用物理学会学術講演会
低温工学・超電導学会 九州西日本支部 若手セミナー・支部研究成果発表会
電気関係学会九州支部第65回連合大会
第86回低温工学・超電導学会
平成24年度応用物理学会九州支部学術講演会
2013年 第60回応用物理学会春季学術講演会

2名
2名
1名
4名
2名
3名
（述べ14名）その他：
研究室歓迎会
オープンキャンパス
中学生の科学実験教室
フクオカサイエンスマンス2012
ソフトボール大会
超伝導グループ忘年会
研究室送別会

九大・木須研究室、 2017年4月

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最近の受賞
学生：2019年度 電気情報工学科同窓会「甲午会」甲午会賞
2019年度 低温工学・超電導学会 九州・西日本支部 支部奨励賞
2019年度 応用物理学会九州支部学術講演会発表奨励賞
2018年度 低温工学・超電導学会 九州・西日本支部 支部奨励賞
2018年度 Outstanding Presentation Award (The 3rd Asian-APC, 2018年12月)
2017年度 Outstanding Presentation Award (The 2nd Asian-APC, 2017年12月)
2017年度 電気学会九州支部長賞（2名）
2016年度 電気情報工学科同窓会「甲午会」甲午会賞
2016年度 応用物理学会九州支部学術講演会発表奨励賞
2016年度 第93回 低温工学・超電導学会研究発表会優良発表賞
2015年度 低温工学・超伝導学会 九州・西日本支部 支部奨励賞
2015年度 電気学会九州支部長賞
2015年度 応用物理学会九州支部学術講演会発表奨励賞
2014年度 電気学会九州支部長賞
2014年度 応用物理学会九州支部学術講演会発表奨励賞
2013年度 応用物理学会九州支部学術講演会発表奨励賞
2013年度 低温工学・超伝導学会 九州・西日本支部 支部奨励賞（２名）
2012年度 応用物理学会九州支部学術講演会発表奨励賞
2011年度 九州大学学生後援会学術研究賞
2011年度 低温工学・超伝導学会 九州・西日本支部 支部長賞

職員： 2019年度 貢献賞（日本MRS、2019年11月）
 2019年度 文部科学大臣表彰若手科学研究者賞（文部科学省、2019年4月）
 2019年度 ICMC Cryogenic Materials Award for Excellence （ICMC, 2019年7月）
 2018年度 業績賞（低温工学･超電導学会、2018年5月）
 2015年度 第１９回超伝導科学技術賞（未踏科学技術協会、2015年5月）
2014年度 Young Scientist Awards BRONZE AWARD （IUMRS-ICA2014, 2014年8月）
2014年度 The Award for Encouragement of Research in IUMRS-ICA2014 (IUMRS-ICA, 2014年8月）
2013年度 九州大学研究活動表彰（2013年11月）
九大・木須研究室、 2020年4月

18Res. Inst. Sup. Sci & Sys. Kyushu Univ.

卒業生の進路
九州電力：
中部電力：
四国電力：
中国電力：
三菱重工業：
川崎重工：
住友重機械工業：NTN：
新日鐵住金：
JFEスチール：
JR西日本：
テスラ：
本田技研工業：
トヨタ自動車：
いすゞ自動車：
モリタホールディングス：デンソー：
NTT西日本：テレビ西日本：
九大・木須研究室、 2020年4月

１２名
３名
２名
３名
４名
２名
１名
１名
１名
３名
１名
１名
２名
３名
１名
１名
３名
２名
１名

東芝：
４名
三菱電機：
３名
日立製作所：
２名
日立建機：
１名
富士電機ホールディングス： １名
アズビル（旧山武）：
１名
住友電気工業：
２名
昭和電線ｹｰﾌﾞﾙｼｽﾃﾑ：
１名
大電：
１名
キヤノン：
３名
富士写真フィルム：
２名
富士通：
１名
富士通ゼネラル：１名
パナソニック：
５名
ﾊﾟﾅｿﾆｯｸｼｽﾃﾑﾈｯﾄﾜｰｸｽ： １名
NTTドコモ：
１名
アドソル日進１名
核融合科学研究所教員： １名
19

計９４名

Res. Inst. Sup. Sci & Sys. Kyushu Univ.

卒業生の進路（続）AGC（旧旭硝子）：
京セラ：
NTTファシリティーズ九州：
日本電産：
電源開発：
東レ：
日本品質保証機構：
九州電子：
TSP：
マイクロンメモリ・ジャパン：
東ソー：
日本ステンレス：
野村総合研究所：キリンホールディングス
大学教員：

九大・木須研究室、 2020年4月

１名
１名
１名
１名
２名
１名
１名
１名
１名
１名
１名
１名
１名
１名
１名

20

計９４名

Res. Inst. Sup. Sci & Sys. Kyushu Univ.

４．まとめ国内外との共同研究プロジェクトを通じた技術開発と人材育成

超伝導材料の計測評価技術開発
局所超伝導特性計測
結晶欠陥の可視化高感度磁気イメージングによる量子化磁束挙動・局所電流計

超伝導システム応用の基盤技術開発
超伝導線材の通電特性評価・推定法の開発
大容量導体・機器設計法
超伝導電力機器のHILS手法開発

先進超伝導材料
九大・木須研究室、 2020年5月

ボトムアップ

省エネ・革新技術
Res. Inst. Sup. Sci & Sys. Kyushu Univ.