СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ЛЕНТОЧНОГО ПРОВОДА, СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ЛЕНТОЧНЫЙ ПРОВОД И СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО
METHOD FOR MANUFACTURING SUPERCONDUCTING STRIP CONDUCTOR, SUPERCONDUCTING STRIP CONDUCTOR AND SUPERCONDUCTING DEVICE

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к сверхпроводящему ленточному проводу, сверхпроводящему устройству и к способу изготовления сверхпроводящего ленточного провода.
Уровень техники
[0002] До сих пор для мощных электромагнитных катушек использовали высокотемпературный сверхпроводящий провод на основе Bi. Кроме того, в последние годы в некоторых случаях использовали тонкий высокотемпературный сверхпроводящий ленточный провод на основе Y. Кроме того, катушка ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), работающая при частоте 900-920 МГЦ, была сформирована с использованием сверхпроводящего металлического провода. Однако для формирования описанных выше ЯМР-катушек необходим длинный однородный провод.
[0003] В качестве способа изготовления длинного провода, обладающего однородными свойствами, публикация заявки на патент Японии № H 6-120025 (Патентный документ 1) раскрывает способ изготовления оксидной сверхпроводящей катушки. Согласно способу, раскрытому в Патентном документе 1, пленку оксидного сверхпроводящего материала формируют на несверхпроводящей подложке, которая имеет геликоидальную непрерывную поверхность, так что когда линия, прямо соединяющая внутренний диаметр и внешнюю форму относительно центральной оси катушки, которая выполнена из подложки, вращается вокруг центральной оси катушки, пересечение между этой прямой линии и центральной осью движется в направлении вверх и вниз по центральной оси.
Патентный документ 1: публикация заявки на патент Японии № H6-120025
Раскрытие изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
c
[0004] Однако для формирования катушки ЯМР с частотой 1 ГГц, например, в случае провода на основе Bi (висмута), имеющего состав Bi-2212, необходим длинный провод, имеющий единичную длину в 1600 м, когда круглый провод, имеющий внешний диаметр 1 мм, используют в условиях, при которых температура составляет 4,2K, плотность магнитного потока (магнитная индукция) составляет 25 Тл, а I (критический ток) составляет 300 A. Также, в случае тонкого провода на основе Y необходим провод, имеющий единичную длину в 500 м, когда ленточный провод, имеющий ширину 1 см, используют при тех же условиях, что и описанные выше. Следовательно, при формировании катушки с использованием сверхпроводящего провода необходимо использовать длинный провод с однородными свойствами. В частности, при формировании мощной электромагнитной катушки требуется описанный выше провод.
[0005] Однако, что касается вышеописанных сверхпроводящих проводов, то сформировать такой длинный провод, как описанный выше, трудно. Кроме того, даже если бы такой длинный провод, как описанный выше, был бы сформирован, себестоимость его производства была бы очень высокой, и, следовательно, проблема состоит в том, что производство такого длинного провода в виде промышленного изделия является очень сложным.
[0006] С помощью раскрытого в Патентном документе 1 способа изготовления оксидной сверхпроводящей катушки изготовление длинного провода представляется возможным, поскольку пленку, выполненную из оксидного сверхпроводящего материала, формируют на несверхпроводящей подложке, имеющей геликоидальную непрерывную поверхность. Однако в этом случае также существует проблема, заключающаяся в том, что промышленное производство является очень сложным, как описано выше.
[0007] Следовательно, целью настоящего изобретения, которое было задумано для решения вышеуказанных проблем, состоит в обеспечении способа изготовления сверхпроводящего ленточного провода, который может проявлять по существу то же действие, что и длинный провод, а также обеспечении такого сверхпроводящего ленточного провода и изготовленного из него сверхпроводящего устройства.
Средства для решения проблем
[0008] Первый аспект настоящего изобретения состоит в том, что предложен способ изготовления сверхпроводящего ленточного провода, включающий в себя этап приготовления ленточной подложки; этап формирования промежуточного тонкого слоя на ленточной подложке; этап формирования сверхпроводящего слоя на промежуточном тонком слое; и этап обработки с формированием по меньшей мере одной разделяющей области, простирающейся от одной концевой части до другой концевой части, в сверхпроводящем слое, который простирается от одной концевой части до другой концевой части. При этом разделяющая область представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя.
[0009] Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что предложен способ изготовления сверхпроводящего ленточного провода, включающий в себя этап приготовления ленточной подложки; этап формирования промежуточного тонкого слоя на ленточной подложке; этап обработки с формированием по меньшей мере одной разделяющей промежуточный слой области, простирающейся от одной концевой части до другой концевой части, в промежуточном тонком слое, который простирается от одной концевой части до другой концевой части; и этап формирования сверхпроводящего слоя на промежуточном тонком слое. При этом область сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя.
[0010] Дополнительный аспект настоящего изобретения состоит в том, что предложен сверхпроводящий ленточный провод, включающий в себя ленточную подложку; промежуточный тонкий слой, сформированный на ленточной подложке; и сверхпроводящий слой, который сформирован простирающимся от одной концевой части до другой концевой части на промежуточном тонком слое и который включает в себя по меньшей мере одну разделяющую область, простирающуюся от одной концевой части до другой концевой части. При этом разделяющая область представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя.
[0011] Еще один аспект настоящего изобретения состоит в том, что предложен сверхпроводящий ленточный провод, включающий в себя ленточную подложку; промежуточный тонкий слой, который сформирован простирающимся от одной концевой части до другой концевой части на ленточной подложке и который включает в себя по меньшей мере одну разделяющую промежуточный слой область, простирающуюся от одной концевой части до другой концевой части; и сверхпроводящий слой, сформированный на промежуточном тонком слое, при этом область сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя.
[0012] В сверхпроводящем устройстве по настоящему изобретению использован вышеупомянутый сверхпроводящий ленточный провод.
Преимущества
[0013] Согласно способу изготовления сверхпроводящего ленточного провода по настоящему изобретению на этапе обработки формируют разделяющую область или разделяющую промежуточный слой область. Следовательно, широкий сверхпроводящий ленточный провод может быть обработан в множество относительно узких сверхпроводящих ленточных проводов, которые расположены параллельно, или в один сверхпроводящий ленточный провод, расположенный последовательно. Если формируют устройство, такое как катушка, с использованием сверхпроводящих ленточных проводов, расположенных параллельно, или сверхпроводящего ленточного провода, расположенного последовательно, как описано выше, катушку можно легко изготовить так, что она имеет число витков, эквивалентное числу витков катушки, сформированной с использованием длинного ленточного провода, который выполнен, например, путем последовательного соединения множества вышеупомянутых сверхпроводящих ленточных проводов. То есть может быть легко изготовлен сверхпроводящий ленточный провод, обладающий действием, аналогичным действию длинного провода.
[0014] Согласно сверхпроводящему ленточному проводу по настоящему изобретению предусмотрена разделяющая область или разделяющая промежуточный слой область. Следовательно, широкий сверхпроводящий ленточный провод может быть сформирован таким образом, что он будет обладать тем же действием, что и в случае, когда множество проводов собрано при параллельной компоновке.
[0015] В сверхпроводящем устройстве согласно настоящему изобретению сформирована разделяющая область или разделяющая промежуточный слой область. Поэтому сверхпроводящее устройство, обладающее действием, аналогичным действию сверхпроводящего устройства с использованием длинного провода, можно изготавливать с широким сверхпроводящим ленточным проводом, имеющим относительно короткую длину. Вследствие этого может быть снижена себестоимость производства по сравнению со случаем, при котором используют длинный провод.
Краткое описание чертежей
[0016] Фиг.1 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий сверхпроводящий ленточный провод согласно варианту 1.
Фиг.2 представляет собой блок-схему способа изготовления сверхпроводящего ленточного провода согласно варианту 1.
Фиг.3 представляет собой схематический вид, показывающий этап обработки согласно варианту 1.
Фиг.4 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий сверхпроводящий ленточный провод по видоизмененному примеру согласно варианту 1.
Фиг.5 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий сверхпроводящий ленточный провод согласно варианту 2.
Фиг.6 представляет собой блок-схему способа изготовления сверхпроводящего ленточного провода согласно варианту 2.
Фиг.7 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий сверхпроводящее устройство согласно варианту 3.
Фиг.8 представляет собой блок-схему способа изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 3.
Фиг.9 представляет собой схематический вид катушки, имеющей один слой, сформированный с использованием одного сверхпроводящего ленточного провода.
Фиг.10 представляет собой схематический вид, иллюстрирующий процесс изготовления катушки с тремя слоями с использованием элементов обмотки, сформированных из соответствующих трех сверхпроводящих ленточных проводов.
Фиг.11 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящей катушки по видоизмененному примеру согласно варианту 3.
Фиг.12 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 4.
Фиг.13 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий этап обработки согласно варианту 4.
Фиг.14 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 5.
Фиг.15A представляет собой схематический вид сверху, показывающий сверхпроводящую катушку согласно варианту 6.
Фиг.15B представляет собой схематический вид спереди, показывающий сверхпроводящую катушку согласно варианту 6.
Ссылочные позиции
[0017] 10, 20, 30 - сверхпроводящий ленточный провод; 11, 31 - ленточная подложка; 13, 13b, 33, 33b, 53, 53b - сверхпроводящий слой; 13a, 53a - разделяющая область; 13c, 32c - одна концевая часть; 13d, 32d - другая концевая часть; 13B - область; 12, 32, 32b - промежуточный тонкий слой; 40, 60 - сверхпроводящий слой; 32a - разделяющая промежуточный слой область; 33a - область сверхпроводящего слоя; 41a - линия раздела; 41, 42, 43 - элемент обмотки.
Наилучшие варианты осуществления изобретения
[0018] Далее будут описаны варианты воплощения настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. На этих чертежах одинаковые ссылочные позиции означают одинаковые или соответствующие элементы, а их описание не дублируется. Соотношения размеров, показанные на чертежах, не всегда совпадают с соотношениями, описываемыми в описании настоящего изобретения.
Вариант 1
()
[0019] Фиг.1 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий сверхпроводящий ленточный провод согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения. Сверхпроводящий ленточный провод по варианту 1 будет описан со ссылкой на Фиг.1. Сверхпроводящий ленточный провод 10 согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения включает в себя ленточную подложку 11, промежуточный тонкий слой 12 и сверхпроводящий слой 13, как показано на Фиг.1.
[0020] Промежуточный тонкий слой 12 сформирован на ленточной подложке 11. Сверхпроводящий слой 13 сформирован на промежуточном тонком слое 12 таким образом, что он простирается от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d и включает в себя по меньшей мере одну разделяющую область 13a, простирающуюся от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d. Разделяющая область 13a представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя 13b.
[0021] В частности, одну или несколько разделяющих областей 13a располагают параллельно друг другу в продольном направлении (в направлении от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d на Фиг.1) сверхпроводящего слоя 13. В варианте 1 одна концевая часть 13c и другая концевая часть 13d находятся напротив друг друга.
[0022] Термин «концевая часть» означает как конец, так и его окрестности, не достигающие конца. В варианте 1, как показано на Фиг.1, одна концевая часть 13c и другая концевая часть 13d обе означают концы.
[0023] Как ясно из способа изготовления, который будет описан позднее, разделяющая область 13a представляет собой часть, которую выполняют с помощью такого процесса, как облучение сверхпроводящего слоя 13 лазерным излучением, с получением следующего состояния: кристалличность разупорядочена (то есть критическая температура для достижения сверхпроводящего состояния является более низкой, чем у сверхпроводящего слоя 13b, или же достижение кристаллической структурой сверхпроводящего состояния является маловероятным); или сверхпроводящий слой как таковой не присутствует в части, соответствующей разделяющей области 13a; или предусмотренный материал не является непрерывным в направлении глубины до ленточной подложки 11 (включая состояние, при котором под разделяющей областью 13a промежуточный тонкий слой отсутствует полностью или частично, или состояние, при котором промежуточный тонкий слой и часть ленточной подложки, которые находятся под разделяющей областью 13a, отсутствуют, за исключением случая, при котором разрезание выполняют до нижней поверхности ленточной подложки 11). То есть, разделяющая область 13a представляет собой часть, в которой при наличии сверхпроводящего слоя 13 его кристалличность является разупорядоченной; часть, в которой отсутствует сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a; часть, в которой отсутствуют сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, и часть промежуточного тонкого слоя 12 под ним (другая часть промежуточного тонкого слоя 12 и подложка 11 присутствуют); часть, в которой отсутствуют сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, и весь промежуточный тонкий слой 12 (подложка 11 присутствует); или часть, в которой отсутствуют сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, весь промежуточный тонкий слой 12 под ним и часть подложки 11 под ним (другая часть подложки 11 присутствует).
[0024] В варианте 1 сформированы четыре ряда разделяющих областей 13a и сформированы пять рядов сверхпроводящих слоев 13b, помимо разделяющих областей 13a. Следовательно, вышеуказанная структура эквивалентна той, в которой пять сверхпроводящих ленточных проводов (имеющих ту же толщину, что и толщина сверхпроводящего слоя 13b в направлении, перпендикулярном продольному направлению), не включая разделяющих областей 13a, расположены параллельно. Поэтому сверхпроводящий ленточный провод 10 имеет ширину, которая позволяет формировать такие разделяющие области 13a. Однако разделяющие области 13a особо не ограничены данной структурой. Например, можно сформировать множество разделяющих областей 13a параллельно в направлении ширины (в направлении, перпендикулярном продольному направлению на Фиг.1, то есть направлению, параллельному торцевым поверхностям одной концевой части 13c и другой концевой части 13d).
2
2
3
x
[0025] Ленточную подложку 11 формируют с использованием текстурированной ленты, выполненной из Ni (никеля) или сплава на основе Ni. Промежуточный тонкий слой 12 формируют с использованием материала, содержащего по меньшей мере один из СеО (диоксида церия) и YSZ (стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония). Сверхпроводящий слой 13 формируют с использованием HoBCO (высокотемпературный сверхпроводящий материал на основе гольмия: HoBaCuO).
[0026] В дополнение, в качестве материала для ленточной подложки 11, помимо указанных выше Ni и сплава на основе Ni, можно также использовать другой материал (например, другой металлический материал или другой гибкий материал). Промежуточный тонкий слой 12 не ограничен вышеуказанными материалами, и можно также использовать любой материал, при условии, что на нем может быть сформирован сверхпроводящий слой 13. Не ограничиваясь однослойной структурой, промежуточный тонкий слой 12 может быть выполнен из двух или более слоев. Сверхпроводящий слой 13 может быть выполнен из сверхпроводящего материала на основе редкоземельных элементов, помимо вышеупомянутого HoBCO, или из традиционного сверхпроводящего материала на металлической основе, или из другого сверхпроводящего материала на оксидной основе.
[0027] В целях защиты поверхности сверхпроводящего слоя 13 на этом сверхпроводящем слое 13 предусматривают поверхностно-защитный слой или стабилизирующий слой (не показан), такой как серебряный (Ag) стабилизирующий слой или медный (Cu) стабилизирующий слой. Поверхностно-защитный слой на разделяющей области 13a может быть сходным по состоянию с разделяющей областью 13a или поверхностно-защитному слою на сверхпроводящем слое 13b, который представляет собой часть, отличную от разделяющей области 13a.
[0028] Далее будет описан способ изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 со ссылкой на Фиг.2 и 3. Фиг.2 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящего ленточного материала 10 по варианту 1. Фиг.3 представляет собой схематический вид, показывающий этап обработки согласно варианту 1.
[0029] Сначала осуществляют этап (S10) подготовки ленточной подложки 11. На этом этапе (S10) подготавливают вышеуказанную ленточную подложку 11.
[0030] На этапе (S20) на ленточной подложке 11 формируют промежуточный тонкий слой 12 с использованием описанного выше материала способом физического осаждения из паровой фазы, способом осаждения металлоорганических соединений или т.п.
organometallic deposition method,
Pulsed Laser Deposition,
[0031] Затем осуществляют этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя 13. На этом этапе (S30) сверхпроводящий слой 13 формируют на промежуточном тонком слое 12 способом, включающим в себя по меньшей мере один из способа осаждения металлоорганических соединений ( MOD-способ) и способа физического осаждения из паровой фазы, такого как способ импульсного лазерного осаждения (PLD-способ) или способ распыления.
[0032] Затем осуществляют этап (S40) обработки с формированием по меньшей мере одной разделяющей области 13a, простирающейся от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d, в сверхпроводящем слое 13, который простирается от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d. На этом этапе (S40) разделяющую область 13a формируют таким образом, чтобы получилась область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя 13b.
[0033] В варианте 1 этап (S40) осуществляют с помощью лазеров. В частности, как показано на Фиг.3, излучают лазерные лучи (стрелки на Фиг.3) параллельно друг другу (четыре линии на Фиг.3) в продольном направлении сверхпроводящего слоя 13. Части, облученные лазерными лучами, становятся разделяющими областями 13a. То есть в частях, облученных лазерными лучами, сверхпроводящий слой 13 локально расплавляется и затвердевает, так что кристалличность облученных частей становится разупорядоченной (т.е. наступает состояние, при котором кристаллическая структура становится разупорядоченной по сравнению с другими частями). В тех частях, в которых кристалличность разупорядочивается по сравнению с другими частями (сверхпроводящими слоями 13b), сверхпроводящие свойства ухудшаются, вследствие чего критическая температура, при которой достигается сверхпроводящее состояние, становится ниже, или достижение сверхпроводящего состояния становится невозможным. Или же сам по себе сверхпроводящий материал сверхпроводящего слоя диспергируется за счет лазерного облучения и таким образом этот материал утрачивается. Следовательно, части, облученные лазерными лучами, как описано выше, становятся разделяющими областями 13a.
[0034] При условии, что разделяющая область 13a может быть сформирована, способ на этапе (S40) особо не ограничен только способом с использованием лазера. Например, разделяющую область 13a можно формировать путем приложения к данному конкретному участку механического напряжения (например, путем прижимания лезвиеобразного инструмента, соответствующего плоской форме разделяющей области 13a) для того, чтобы изменить кристалличность в сверхпроводящем слое 13. В качестве альтернативы, этап (S40) можно осуществлять таким образом, что сверхпроводящий слой 13 частично срезают и удаляют или выфрезеровывают в части, где должна быть сформирована разделяющая область 13a (тогда как ленточную подложку 11 не срезают, позволяя ей остаться).
[0035] Наконец, осуществляют этап формирования поверхностно-защитного слоя на сверхпроводящем слое 13. На этом этапе, после того как сформированы разделяющие области 13a, формируют поверхностно-защитный слой. В этом случае поверхностно-защитный слой на разделяющей области 13a аналогичен поверхностно-защитному слою на сверхпроводящем слое 13b, который представляет собой часть, отличную от разделяющей области 13a.
[0036] Этап формирования поверхностно-защитного слоя можно осуществлять после этапа (S30) формирования сверхпроводящего слоя 13. В этом случае, после того как сформирован поверхностно-защитный слой, осуществляют этап (S40) обработки. В данном случае состояние поверхностно-защитного слоя на разделяющей области 13a является аналогичным состоянию разделяющей области 13a.
[0038] Далее будет описано функционирование сверхпроводящего ленточного провода 10 по варианту 1. Когда в таком сверхпроводящем ленточном проводе 10 течет ток за счет приложения напряжения между одной концевой частью 13c и другой концевой частью 13d, при заданных условиях (например, когда сверхпроводящий ленточный провод 10 охлажден до температуры, при которой сверхпроводящие слои 13b становятся сверхпроводящими) ток можно пропускать в сверхпроводящем состоянии через сверхпроводящие слои 13b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 13a. На этой стадии достигается состояние, эквивалентное состоянию, при котором сверхпроводящие провода расположены параллельно друг другу, поскольку сверхпроводящие слои 13b можно рассматривать как сверхпроводящие провода, электрически независимые друг от друга.
[0039] Функционирование сверхпроводящего ленточного провода 10 не ограничено тем, что описано выше. Например, сверхпроводящие слои 13b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 13a, могут быть соединены последовательно. В частности, смежные сверхпроводящие слои 13b электрически соединяют друг с другом в их концевых частях. В таком случае, поскольку соединенные таким образом сверхпроводящие слои 13b можно рассматривать как один сверхпроводящий провод, при протекании через них тока достигается состояние, эквивалентное состоянию, имеющемуся при наличии одного длинного провода.
[0040] Как описано выше, способ изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения включает в себя этап (S10) приготовления ленточной подложки 11, этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя 12 на ленточной подложке 11, этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя 13 на промежуточном тонком слое 12 и этап (S40) формирования в сверхпроводящем слое 13, простирающемся от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d, по меньшей мере одной разделяющей области 13a, которая простирается от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d. Особенность разделяющей области 13a состоит в том, что она не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя 13b. Поэтому путем формирования таких разделяющих областей 13a становится возможным легко изготовлять сверхпроводящий ленточный провод 10 так, что этот сверхпроводящий ленточный провод 10 обладает действием, аналогичным действию, полученному путем собирания того же количества сверхпроводящих ленточных проводов, что и количество областей сверхпроводящих слоев 13b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 13a. В дополнение, при использовании широкого сверхпроводящего ленточного провода 10, даже если он не длинный, этот сверхпроводящий ленточный провод 10 может быть сформирован таким образом, что он будет обладать действием, аналогичным действию, полученному при собирании того же количества сверхпроводящих ленточных проводов (которые имеют ту же длину, что и сверхпроводящий ленточный провод 10), что и количество областей сверхпроводящего ленточного провода 10, (то есть может быть изготовлена структура, эквивалентная структуре, при которой сверхпроводящие ленточные провода расположены параллельно друг другу, причем общая длина ленточных проводов равна следующему: (длина широкого сверхпроводящего ленточного провода 10 в продольном направлении) × (количество областей сверхпроводящих слоев 13b)). Поэтому структуру, которая эквивалентна узким сверхпроводящим ленточным проводам, расположенным параллельно друг другу, можно формировать путем разделения широкого сверхпроводящего ленточного провода 10 вместо использования длинного провода. Согласно описанной выше структуре, при повышении количества разделенных частей можно увеличить общую длину сверхпроводящего ленточного провода 10 и, следовательно, можно изготавливать при массовом производстве сверхпроводящий ленточный провод 10, который может быть использован сходным образом с длинным сверхпроводящим ленточным проводом.
[0041] В вышеупомянутом способе изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 этап (S40) обработки предпочтительно осуществляют с помощью лазерных лучей. Следовательно, разделяющие области 13a легко можно сформировать. В дополнение, ширину, местоположение и глубину разделяющей области 13a можно легко изменять путем изменения ширины, местоположения и глубины области, подлежащей облучению лазерным лучом. Следовательно, ширину и количество сверхпроводящих слоев 13, которые можно рассматривать в качестве сверхпроводящих ленточных проводов, расположенных параллельно друг другу, легко можно изменять.
[0042] В вышеуказанном способе изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 этап (S40) обработки предпочтительно осуществляют с формированием одной разделяющей области 13a или множества (нескольких) разделяющих областей 13a, расположенных параллельно друг другу в продольном направлении сверхпроводящего слоя 13. Следовательно, с помощью сверхпроводящих слоев 13b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 13a, можно обеспечить множество путей тока. Или же провод, эквивалентный одному длинному проводу, может быть реализован путем последовательного соединения сверхпроводящих слоев 13 так, что через них проходит ток. В результате, высококачественный сверхпроводящий ленточный провод 10 можно изготавливать при разумных затратах и поэтому можно осуществлять его массовое производство.
[0043] В вышеуказанном способе изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 промежуточный тонкий слой 12 предпочтительно формируют способом физического осаждения из паровой фазы. Таким образом может быть сформирован промежуточный тонкий слой 12, обладающий наилучшим качеством пленки, поскольку можно использовать способ физического осаждения из паровой фазы, такой как PLD-способ или способ распыления, который способен формировать пленку наилучшего качества.
[0044] В вышеуказанном способе изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 сверхпроводящий слой 13 предпочтительно формируют способом, включающим в себя по меньшей мере один из способа физического осаждения из паровой фазы и способа осаждения металлоорганических соединений. Способ физического осаждения из паровой фазы (такой как PLD-способ) является наилучшим с точки зрения свойств сверхпроводящих слоев, а MOD-способ является наилучшим с точки зрения стоимости. Поэтому представляется возможным промышленно реализовать изготовление сверхпроводящих ленточных проводов 10.
[0045] Сверхпроводящий ленточный провод 10 согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения включает в себя ленточную подложку 11, сформированный на ней промежуточный тонкий слой 12 и сверхпроводящий слой 13, простирающийся от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d и имеющий по меньшей мере одну разделяющую область 13a, простирающуюся от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d, и эта разделяющая область 13a характеризуется тем, что она не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя 13b. Поэтому формируя разделяющие области 13a, сверхпроводящий ленточный провод 10 выполняют имеющим действие, аналогичное действию сверхпроводящих ленточных проводов, которые собирают в том же количестве, что и количество областей сверхпроводящих слоев 13b, которые представляют собой части, отличные от вышеупомянутых разделяющих областей 13a.
[0046] Кроме того, при использовании широкого сверхпроводящего ленточного провода 10, даже если это не длинный провод, можно получить действие, аналогичное действию, полученному путем собирания того же количества сверхпроводящих ленточных проводов (которые имеют ту же длину, что и сверхпроводящий ленточный провод 10), что и количество областей сверхпроводящего ленточного провода 10. Поэтому не требуется, чтобы сверхпроводящий ленточный провод 10 был длинным. Следовательно, промышленная реализация производства сверхпроводящего ленточного провода 10 станет более простой.
2
c
c
[0047] Что касается вышеописанного сверхпроводящего ленточного провода 10, то ленточная подложка 11 предпочтительно представляет собой текстурированную металлическую ленту, выполненную из Ni или сплава Ni, промежуточный тонкий слой включает в себя по меньшей мере один из диоксида церия СеО и стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония, а сверхпроводящий слой 13 включает в себя HoBCO. Это способствует получению структуры, в которой использована ориентация ленточной подложки 11. Следовательно, с помощью сверхпроводящего ленточного провода 10 можно достигать столь больших критического тока (I) и плотности критического тока (J), какие требуются для практического применения. Более того, можно повысить степень свободы в выборе материала, используемого для ленточной подложки 11. В результате, может быть реализовано массовое производство сверхпроводящего ленточного провода 10.
[0048] Далее, со ссылкой на Фиг.4, будет описан видоизмененный пример сверхпроводящего ленточного провода 10 согласно варианту 1. Фиг.4 представляет собой схематический вид в перспективе сверхпроводящего ленточного провода из видоизмененного примера согласно варианту 1. Структура сверхпроводящего ленточного провода 20 из этого видоизмененного примера в основном аналогична структуре сверхпроводящего ленточного провода 10 согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения, за исключением того, что форма разделяющей области 13a отлична от формы этой части у сверхпроводящего ленточного провода 10, показанного на Фиг.1.
[0049] Точнее говоря, разделяющая область 13a простирается от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d, не достигая концов как таковых, то есть эти концевые части представляют собой окрестности соответствующих концов. В этом видоизмененном примере поле W от кончика разделяющей области 13a до того конца слоя 13, который находится вблизи этого кончика, установлено в пределах 5-20 см. Поле W предпочтительно установлено в пределах 5-20 см независимо от длины сверхпроводящего ленточного провода 20 и длины формируемой разделяющей области 13a.
[0050] Разделяющая область 13a сверхпроводящего ленточного провода 20 из видоизмененного примера, помимо случая, который относится к разделяющей области 13a сверхпроводящего ленточного провода 10 по варианту 1, имеет состояние, при котором сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, находящийся под ней промежуточный тонкий слой 12 и находящаяся под ним подложка 11 отсутствуют в результате разрыва, сделанного с помощью технологии с использованием лазера или механической обработки. То есть разделяющая область 13a, которая не достигает двух концов, представляет собой часть, для которой применимо любое из следующих определений: часть, в которой кристалличность сверхпроводящего слоя 13 разупорядочена; часть, в которой отсутствует сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a; часть, в которой отсутствуют сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, и часть находящегося под ней промежуточного тонкого слоя 12 (при наличии другой части промежуточного тонкого слоя 12 и подложки 11); часть, в которой отсутствуют сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, и весь находящийся под ней промежуточный тонкий слой 12 (при наличии подложки 11); часть, в которой отсутствуют сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, весь находящийся под ней промежуточный тонкий слой 12 и часть находящейся под ним подложки 11 (при наличии другой части подложки 11); или часть, в которой отсутствуют сверхпроводящий слой, соответствующий разделяющей области 13a, находящийся под ней промежуточный тонкий слой 12 и находящаяся под ним подложка 11 (выполнена прорезанная щель).
[0051] В дополнение, состав способа изготовления сверхпроводящего ленточного провода 20 в основном аналогичен составу способа изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 согласно варианту 1 воплощения настоящего изобретения, за исключением того, что этап (S40) обработки отличается от этапа обработки в способе изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10, показанном на Фиг.2.
[0052] Точнее говоря, на этапе (S40) обработки способа изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 в варианте 1 разделяющую область 13a формируют таким образом, чтобы она простиралась до окрестностей концов (до полей W от каждого конца), как показано на Фиг.4. Сверхпроводящий ленточный провод 20 согласно видоизмененному примеру варианта 1 можно сформировать, осуществляя описанный выше этап.
[0053] Когда сверхпроводящий ленточный провод 20 должен быть введен в эксплуатацию, части, соответствующие полю W, отрезают с ленточной подложки 11, промежуточного тонкого слоя 12 и сверхпроводящего слоя 13. Следовательно, функционирование сверхпроводящего ленточного провода 20 становится аналогичным функционированию сверхпроводящего ленточного провода 10 из варианта 1. Части, соответствующие полю W, не особо ограничены срезанием с ленточной подложки 11, промежуточного тонкого слоя 12 и сверхпроводящего слоя 13. Например, если концы двух областей, ограниченных разделяющей областью 13a, соединены друг с другом без срезания одной концевой части или обеих концевых частей, то можно получить один длинный сверхпроводящий ленточный провод.
[0054] Как описывалось выше, в случае сверхпроводящего ленточного провода 20 из видоизмененного примера варианта 1 разделяющую область 13a формируют таким образом, что остается поле W. Таким образом может быть улучшена практичность.
Вариант 2
()
[0055] Фиг.5 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий сверхпроводящий ленточный провод согласно варианту 2. Со ссылкой на Фиг.5 будет описан сверхпроводящий ленточный провод согласно варианту 2 воплощения настоящего изобретения. Сверхпроводящий ленточный провод 30 согласно варианту 2 воплощения настоящего изобретения включает в себя ленточную подложку 31, промежуточный тонкий слой 32 и сверхпроводящий слой 33, как показано на Фиг.5.
[0056] Промежуточный тонкий слой 32 сформирован на ленточной подложке 31 таким образом, что он простирается от одной концевой части 32c до другой концевой части 32d и включает в себя по меньшей мере одну разделяющую промежуточный слой область 32a, простирающуюся от одной концевой части 32c до другой концевой части 32d. Промежуточный тонкий слой 32 включает в себя по меньшей мере один слой. Сверхпроводящий слой 33 сформирован на промежуточном тонком слое 32.
[0057] Область 33a сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области 32a представляет собой область, которая выполнена не становящейся сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя 33b. То есть разделяющая промежуточный слой область 32a структурирована таким образом, что область 33a сверхпроводящего слоя на этой разделяющей промежуточный слой области 32a не становится сверхпроводящей, когда сверхпроводящий слой 33b на промежуточном тонком слое 32b, который представляет собой часть, отличную от разделяющей промежуточный слой области 32a, становится сверхпроводящим.
[0058] Точнее говоря, множество разделяющих промежуточный слой областей 32a сформировано параллельно друг другу в продольном направлении сверхпроводящего слоя 33. В варианте 2 сформированы четыре разделяющие промежуточный слой области 32a и пять промежуточных тонких слоев 32b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих промежуточный слой областей 32a.
[0059] Области 33a сверхпроводящего слоя на разделяющих промежуточный слой областях 32a сформированы параллельно друг другу вдоль их продольного направления. В варианте 2 четыре области 33a сверхпроводящего слоя сформированы на разделяющих промежуточный слой областях 32a, а пять сверхпроводящих слоев 33b сформированы на областях, отличных от разделяющих промежуточный слой областей 32a. Следовательно, сверхпроводящий ленточный провод 30 становится эквивалентным проводу в случае, когда пять сверхпроводящих ленточных проводов, имеющих ту же длину, что и ленточный провод 30, и не имеющих разделяющих промежуточный слой областей 32a, расположены параллельно.
[0060] В варианте 2 ленточную подложку 31, промежуточный тонкий слой 32 и сверхпроводящий слой 33 формируют с использованием материалов, аналогичных материалам ленточной подложки 11, промежуточного тонкого слоя 12 и сверхпроводящего слоя 13 соответственно согласно варианту 1; однако, как и в случае варианта 1, структура этим не ограничена. Подобным образом, хотя это и не показано на чертеже, сверхпроводящий ленточный провод также снабжен поверхностно-защитным слоем, который аналогичен варианту 1.
[0061] Далее, со ссылкой на Фиг.6, будет описан способ изготовления сверхпроводящего ленточного провода 30. Фиг.6 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящего ленточного провода 30 согласно варианту 2.
[0062] Сначала выполняют этап (S10) приготовления ленточной подложки 31. Затем выполняют этап (S20) формирования на ленточной подложке 31 промежуточного тонкого слоя 32. Этапы (S10, S20) аналогичны этапам (S10, S20) способа изготовления по варианту 1 и, следовательно, в дублировании описания нет необходимости.
[0063] Затем выполняют этап (S50) обработки так, что по меньшей мере одну разделяющую промежуточный слой область 32a, простирающуюся от одной концевой части 32c до другой концевой части 32d, формируют в промежуточном тонком слое 32, который простирается от одной концевой части 32c до другой концевой части 32d. Этап (S50) выполняют таким образом, чтобы область 33a сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области 32a стала областью, которая не будет достигать сверхпроводящего состояния при критической температуре сверхпроводящего слоя 33b.
[0064] В варианте 2 этап (S50) осуществляют при помощи лазера, как и в случае этапа (S40) в варианте 1; однако он не ограничен обработкой лазером. Можно также необязательно использовать альтернативный способ, такой как способ обработки, описанный на этапе (S40) варианта 1.
[0065] Когда промежуточный тонкий слой 32 формируют из двух или более слоев, разделяющую промежуточный слой область 32a можно формировать в самом верхнем слое (в слое, формированном в местоположении, наиболее удаленном от ленточной подложки 31). Разделяющая промежуточный слой область 32a может иметь любую структуру, при условии, что область 33a сверхпроводящего слоя можно формировать на разделяющей промежуточный слой области 32a таким образом, чтобы эта область 33a обладала пониженной кристалличностью (т.е. кристаллическая структура обладает слабыми сверхпроводящими свойствами или вообще не проявляет сверхпроводящих свойств) по сравнению со сверхпроводящим слоем 33b, сформированным на промежуточном тонком слое 32b. Например, качество верхней поверхности (поверхности со стороны сверхпроводящего слоя 33), разделяющей промежуточный слой области 32a, может отличаться от качества верхней поверхности самого промежуточного тонкого слоя 32b. В случае, если промежуточный тонкий слой 32 сформирован из нескольких слоев, разделяющую промежуточный слой область 32a можно формировать в самом верхнем слое, который контактирует со сверхпроводящим слоем 33, или можно формировать на поверхности, которая лежит на стороне сверхпроводящего слоя 33, самого верхнего слоя, или можно формировать таким образом, чтобы она пронизывала вышеуказанные несколько слоев.
[0066] Затем выполняют этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя 33 на промежуточном тонком слое 32. При осуществлении данного этапа (S30) кристалличность области 33a сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области 32a отлична от кристалличности сверхпроводящего слоя 33b на промежуточном тонком слое 32b, который представляет собой часть, отличную от разделяющей промежуточный слой области 32a.
[0067] Затем выполняют этап формирования поверхностно-защитного слоя. С помощью вышеуказанных этапов (S10, S20, S50 и S30) можно изготавливать сверхпроводящий ленточный провод 30 по варианту 2.
[0068] Поскольку функционирование сверхпроводящего ленточного провода 30 аналогично функционированию сверхпроводящего ленточного провода 10 по варианту 1, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0069] Как описывалось выше, способ изготовления сверхпроводящего ленточного провода 30 согласно варианту 2 воплощения настоящего изобретения включает в себя этап (S10) приготовления ленточной подложки 31; этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя 32 на ленточной подложке 31; этап (S50) обработки с формированием по меньшей мере одной разделяющей промежуточный слой области 32a, простирающейся от одной концевой части до другой концевой части промежуточного тонкого слоя 32, который простирается от одной концевой части до другой концевой части; и этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя 33 на промежуточном тонком слое 32, так что область 33a сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области 32a представляет собой область, которая не переходит в сверхпроводящее состояние при критической температуре сверхпроводящего слоя 33b. Сверхпроводящий ленточный провод 30 можно легко сформировать, формируя разделяющие промежуточный слой области 32a в сверхпроводящем ленточном проводе 30 таким образом, чтобы один сверхпроводящий ленточный провод обладал действием, аналогичным действию, полученному за счет того же количества собранных сверхпроводящих проводов (расположенных последовательно), что и количество областей сверхпроводящих слоев 33b, предусмотренных на промежуточных тонких слоях 32b, которые представляют собой области, отличные от разделяющих промежуточный слой областей 32a. Поэтому можно использовать такой широкий сверхпроводящий ленточный провод 30 взамен длинного провода и, следовательно, становится возможной промышленная реализация производства сверхпроводящего ленточного провода 30.
[0070] Сверхпроводящий ленточный провод 30 согласно варианту 2 воплощения настоящего изобретения включает в себя ленточную подложку 31; промежуточный тонкий слой 32, сформированный простирающимся от одной концевой части до другой концевой части на ленточной подложке 31 и имеющий по меньшей мере одну разделяющую промежуточный слой область 32a, простирающуюся от одной концевой части до другой концевой части; и сверхпроводящий слой 33, сформированный на промежуточном тонком слое 32, при этом область 33a сверхпроводящего слоя, сформированная на разделяющей промежуточный слой области 32a, представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя 33b. Формируя разделяющую промежуточный слой область 32a, сверхпроводящий ленточный провод 30 выполняют таким, что один ленточный провод обладает действием, аналогичным действию сверхпроводящих ленточных проводов, собранных в том же количестве, что и количество областей сверхпроводящих слоев 33b, сформированных на промежуточных тонких слоях 32b, ограниченных разделяющими промежуточный слой областями 32a.
Вариант 3
()
[0071] Фиг.7 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий сверхпроводящее устройство согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения. Сверхпроводящее устройство согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения будет описано со ссылкой на Фиг.7. Сверхпроводящее устройство согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения представляет собой сверхпроводящую катушку. Сверхпроводящая катушка 40 согласно варианту 3 сформирована с использованием сверхпроводящих ленточных проводов 10 по варианту 1.
[0072] Как показано на Фиг.7, сверхпроводящая катушка 40 состоит из элементов 41, 42 и 43 обмотки, каждый из которых образован путем наматывания сверхпроводящего ленточного провода 10 (см. Фиг.1), включающего в себя ленточную подложку 11 и сверхпроводящий слой 13, в котором сформированы разделяющие области 13a таким образом, чтобы эти разделяющие области 13a были структурированы так, что они не становятся сверхпроводящими, когда сверхпроводящие слои 13b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 13a, переходят в сверхпроводящее состояние.
[0073] Вышеупомянутый «элемент обмотки» представляет собой трубчатое или сплошное колоннообразное тело, а его поперечное сечение может иметь произвольно выбранную форму, такую как круг, многоугольник или форма с частичным углублением.
[0074] В варианте 3 сверхпроводящая катушка 40 имеет элементы 41-43 обмотки, образованные из трех сверхпроводящих ленточных проводов 10. Сверхпроводящие ленточные провода 10 намотаны спирально, вследствие чего сформированы элементы 41-43 обмотки, каждый из которых имеет цилиндрическую форму. Элементы 41, 42 и 43 обмотки расположены в пронумерованном порядке от внутренней стороны сверхпроводящей катушки 40 так, что элемент 43 обмотки, выполненный из сверхпроводящего ленточного провода 10, размещен в качестве самого внешнего слоя и таким образом сформирована трехслойная катушка. Внутренний из элементов 41-43 обмотки, расположенных в сверхпроводящей катушке 40, имеет меньший внешний диаметр, чем у другого элемента, расположенного на внешней стороне.
[0075] Сверхпроводящие ленточные провода 10, каждый из которых включает в себя ленточную подложку 11 и сверхпроводящий слой 13, в котором формированы разделяющие области 13a, соответственно намотаны имеющими цилиндрическую форму так, что две или более области, ограниченные разделяющими областями 13a, расположены спиралеобразно. Соответственно, сформированы элементы 41-43 обмотки.
[0076] В варианте 3, как показано на Фиг.7, особое внимание следует уделить области 13B, произвольно выбранной среди пяти областей сверхпроводящих слоев 13b, которые сформированы ограниченными четырьмя разделяющими областями 13a в самом внешнем элементе 43 обмотки, выполненном из сверхпроводящего ленточного провода 10. Произвольная область 13B элемента 43 обмотки соединена посредством спайки или подобным образом с областью элемента 42 обмотки, которая соответствует области 13B. Таким же образом, область, соответствующая области 13B элемента 42 обмотки, соединена посредством спайки или подобным образом с областью, соответствующей области 13B элемента 41 обмотки. Как описано выше, отдельные соответствующие области элементов 41-43 обмотки соединены друг с другом.
[0077] Структура катушки не ограничена описанной выше структурой, и она может состоять из одного слоя (может быть сформирована из одного элемента обмотки). Разделяющая область 13a может быть разделена таким образом, чтобы формировать как можно больше областей, если их количество составляет более двух. Также, каждый из элементов 41-43 обмотки, составляющих эту катушку, можно сформировать с использованием двух или более (например, трех) сверхпроводящих ленточных проводов 10 в сочетании, вместо использования только одного сверхпроводящего ленточного провода 10. Например, после того как концевые части 13c трех сверхпроводящих ленточных проводов 10 подвергнуты каждая заданному процессу (например, процессу обязательного отрезания концевой части для осуществления спиральной намотки или подобного процесса), края концевых частей, обработанных таким способом, соединяют друг с другом, вследствие чего в концевой части элемента обмотки образуется кольцевое отверстие. Впоследствии, при спиральной намотке трех сверхпроводящих ленточных проводов их соединяют друг с другом с образованием одной катушки (то есть внешняя периферийная боковая поверхность одной катушки сформирована из нескольких (например, трех) сверхпроводящих ленточных проводов 10). Следовательно, катушку, имеющую большой диаметр, можно сформировать с использованием множества сверхпроводящих ленточных проводов 10.
[0078] В сверхпроводящей катушке 40 предусмотрен поверхностно-защитный слой на сверхпроводящем слое 13, хотя это и не показано на этом чертеже.
[0079] Затем, со ссылкой на Фиг.8-10, будет описан способ изготовления сверхпроводящей катушки 40. Фиг.8 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящей катушки 40 согласно варианту 3. Фиг.9 представляет собой схематический вид, показывающий однослойную катушку, изготовленную с использованием одного сверхпроводящего ленточного провода 10. Фиг.10 представляет собой схематический вид, иллюстрирующий процесс изготовления трехслойной катушки с использованием элементов 41-43 обмотки, образованных из соответствующих трех сверхпроводящих ленточных проводов.
[0080] Сначала осуществляют этап формирования сверхпроводящей катушки, которая представляет собой самый внутренний элемент 41 обмотки, путем способа изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10. В варианте 3 сверхпроводящую катушку формируют, используя сверхпроводящий ленточный провод 10 по варианту 1. Поэтому, в частности, как показано на Фиг.8, сначала выполняют этап (S10) приготовления ленточной подложки 11. Затем выполняют этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя на ленточной подложке 11. Впоследствии выполняют этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя 13. Затем выполняют этап (S40) обработки, на котором по меньшей мере одну разделяющую область 13a, простирающуюся от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d, формируют в сверхпроводящем слое 13, простирающемся от одной концевой части 13c до другой концевой части 13d. Поскольку этапы (S10-S40) аналогичны этапам варианта 1, описание не дублируется.
[0081] Затем выполняют этап (S60) наматывания сверхпроводящего ленточного провода 10. На данном этапе (S60) формируют элемент 41 обмотки.
[0082] В варианте 3, как показано на Фиг.9, сверхпроводящий ленточный провод 10, снабженный разделяющими областями 13a, наматывают, придавая намотке цилиндрическую форму, вследствие чего по меньшей мере две области, ограниченные разделяющими областями 13a, образуют каждая спиральную форму. На данном этапе сверхпроводящий ленточный провод 10 спирально наматывают таким образом, чтобы по линии 41a раздела, соответствующей продольному краю сверхпроводящего ленточного провода 10, не возникало никаких нахлестов или зазоров.
[0083] Впоследствии, как показано на Фиг.10, осуществляют этап (S60) для трех сверхпроводящих ленточных проводов 10, вследствие чего формируют элементы 41, 42 и 43 обмотки. Затем, как показано на Фиг.10, элементы 41, 42 и 43 обмотки последовательно располагают внахлест в пронумерованном порядке (их располагают концентрически, или элемент 42 обмотки располагают таким образом, чтобы он покрывал внешнюю периферию элемента 41 обмотки, а элемент 43 обмотки располагают таким образом, чтобы он покрывал внешнюю периферию элемента 42 обмотки). Цилиндрические внутренние диаметры элементов 41, 42 и 43 обмотки повышаются в этом порядке, вследствие чего их можно располагать внахлест друг к другу.
[0084] Выполняя этапы (S10-S60), можно изготавливать сверхпроводящую катушку 40 согласно варианту 3. Впоследствии, соответствующие области (сверхпроводящие слои 13b) элементов 41-43 обмотки электрически соединяют друг с другом, как описывалось выше.
[0085] Затем, со ссылкой на Фиг.7, будет описано функционирование сверхпроводящей катушки 40. Для пропускания тока через сверхпроводящую катушку 40 ее соединяют с источником электрического питания. В сверхпроводящей катушке 40 производят соединение друг с другом элементов 41, 42 и 43 обмотки так, что соответствующие области, заданные образованием разделяющих областей 13a, соединены друг с другом. В элементах 41, 42 и 43 обмотки, соединенных таким образом через соответствующие области, концы этого соединения подключают к источникам электрического питания.
[0086] В варианте 3 концевую часть (например, на нижнем конце на Фиг.7) произвольно выбранной области 13B пяти сверхпроводящих слоев 13b, заданных образованием четырех разделяющих областей 13a в элементе 43 обмотки, соединяют с одной концевой частью (например, на нижнем конце на Фиг.7) области 13B элемента 42 обмотки. Подобным образом другую концевую часть (например, на верхнем конце на Фиг.7) области 13B элемента 42 обмотки соединяют с одной концевой частью (например, на верхнем конце на Фиг.7) области 13B элемента 41 обмотки. Таким образом, элементы обмотки электрически соединяют друг с другом.
[0087] Таким образом, когда включают источник электрического питания, в сверхпроводящей катушке 40, образованной путем описанного выше соединения, ток проходит через область 13B (например, в направлении вверх на Фиг.7) элемента 41 обмотки, область 13B (например, в направлении вниз на Фиг.7) элемента 42 обмотки и область 13B (например, в направлении вверх на Фиг.7) элемента 43 обмотки. Таким образом, ток можно пропускать через каждую из пяти областей, и при данных условиях можно реализовать сверхпроводящее состояние.
[0088] Эта структура особенно не ограничена описанной выше структурой. Например, в соответствующем сверхпроводящем ленточном проводе 10 элементов 41, 42 и 43 обмотки концевые части пяти сверхпроводящих слоев 13b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 13a, можно соединять друг с другом таким образом, чтобы соседние сверхпроводящие слои 13b были соединены последовательно. Потом соединяют друг с другом элементы 41, 42 и 43 обмотки. Тогда их можно рассматривать как один сверхпроводящий провод. То есть они становятся эквивалентными одному длинному проводу. Таким образом, когда подключают источник электрического питания к концу сверхпроводящих слоев и соединенных таким образом элементов обмотки, необходим только один источник электрического питания. Соответственно, количество источников электрического питания можно уменьшить и таким образом можно изготовить недорогую сверхпроводящую катушку. Когда ток пропускают через такую сверхпроводящую катушку при заданных условиях, сверхпроводящее состояние можно реализовать в одном пути тока.
[0089] Таким образом, как было описано, сверхпроводящая катушка 40, которая является одним из примеров сверхпроводящего устройства согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения, представляет собой сверхпроводящее устройство с использованием сверхпроводящего ленточного провода 10 по варианту 1. Поэтому формируя разделяющие области 13a, один сверхпроводящий ленточный провод 10 можно преобразовать в сверхпроводящий ленточный провод, обладающий действием, аналогичным действию, полученному в результате собирания сверхпроводящих проводов в количестве, равном количеству областей, составляющих сверхпроводящие слои 13b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 13a; таким образом, сверхпроводящую катушку 40 можно легко изготавливать, используя вышеупомянутые сверхпроводящие ленточные провода.
[0090] Способ изготовления сверхпроводящей катушки 40, которая представляет собой один из примеров сверхпроводящего устройства согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения, включает в себя этапы (S10-S40) изготовления сверхпроводящих ленточных проводов 10 в соответствии со способом изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 в варианте 1 и этап (S60) наматывания сверхпроводящих ленточных проводов 10. Таким образом, сверхпроводящую катушку 40 легко можно изготовить, используя сверхпроводящие ленточные провода 10, каждый из которых, в результате образования разделяющих областей 13a, обладает действием, аналогичным действию, полученному путем собирания сверхпроводящих проводов в том же количестве, что и количество областей, составляющих сверхпроводящие слои 13b, которые являются частями, отличными от разделяющих областей 13a. Следовательно, поскольку широкий сверхпроводящий ленточный провод 10 можно использовать без использования длинного провода, можно реализовать массовое производство сверхпроводящей катушки 40.
[0091] Далее будет описан видоизмененный пример сверхпроводящей катушки 40 согласно варианту 3. Структура сверхпроводящей катушки, которая представляет собой один пример сверхпроводящего устройства из видоизмененного примера, в основном аналогична примеру сверхпроводящей катушки 40 согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения; однако разделяющие промежуточный слой области формируют в промежуточном тонком слое, и это является отличием от сверхпроводящей катушки 40, показанной на Фиг.7.
[0092] В частности, используют сверхпроводящий ленточный провод 30 из варианта 2. Как показано на Фиг.5, в частности, сверхпроводящий ленточный провод 30 имеет ленточную подложку 31, промежуточный тонкий слой 32 и сверхпроводящий слой 33. Сверхпроводящая катушка из видоизмененного примера сформирована из элементов обмотки, каждый из которых выполнен имеющим цилиндрическую форму путем наматывания сверхпроводящего ленточного провода 30, в котором разделяющие промежуточный слой области 32a сформированы таким образом, что две или более области, ограниченные областями 33a сверхпроводящего слоя на разделяющих промежуточный слой областях 32a, образуют спиральную форму.
[0093] Затем, со ссылкой на Фиг.11, будет описан способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно видоизмененному примеру варианта 3. Фиг.11 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно видоизмененному примеру.
[0094] Структура способа изготовления сверхпроводящей катушки согласно видоизмененному примеру варианта 3 в основном аналогична структуре способа изготовления сверхпроводящей катушки 40 согласно варианту 3 воплощения настоящего изобретения, за исключением того, что для производства используют сверхпроводящий ленточный провод из варианта 2, и это является отличием от способа изготовления сверхпроводящей катушки 40, показанного на Фиг.8.
[0095] Сначала осуществляют этап изготовления сверхпроводящего ленточного провода 30 способом изготовления сверхпроводящего ленточного провода 30 согласно варианту 2. В частности, как показано на Фиг.11, выполняют этап (S10) приготовления ленточной подложки 31. Затем выполняют этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя 32 на ленточной подложке 31. Затем выполняют этап (S50) обработки так, что по меньшей мере одну разделяющую промежуточный слой область 32a, простирающуюся от одной концевой части до другой концевой части, формируют в промежуточном тонком слое 32, который простирается от одной концевой части до другой концевой части. Впоследствии выполняют этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя 33 на промежуточном тонком слое 32. Этапы (S10, S20, S50 и S30) аналогичны этапам (S10, S20, S50 и S30) способа изготовления в варианте 2 и, следовательно, нет необходимости в дублировании описания.
[0096] Затем выполняют этап (S60) наматывания сверхпроводящего ленточного провода 30. Поскольку данный этап (S60) аналогичен этапу (S60) способа изготовления согласно варианту 3, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0097] Элементы 41-43 обмотки формируют, выполняя этапы (S10, S20, S50, S30 и S60), и затем собирают (монтируют) их вместе, в результате чего может быть изготовлена сверхпроводящая катушка по видоизмененному примеру варианта 3.
[0098] Таким образом, используют сверхпроводящий ленточный провод 30 из варианта 2, как было описано в соответствии со сверхпроводящей катушкой, которая представляет собой один пример сверхпроводящего устройства согласно видоизмененному примеру варианта 3. Соответственно, получают сверхпроводящую катушку, которая включает в себя промежуточный тонкий слой 32, имеющий разделяющие этот промежуточный слой области 32a.
[0099] Как описывалось выше, способ изготовления сверхпроводящей катушки, которая представляет собой один пример сверхпроводящего устройства согласно видоизмененному примеру варианта 3, содержит этапы (S10, S20, S50 и S30) изготовления сверхпроводящих ленточных проводов 30, выполняемые способом изготовления сверхпроводящих ленточных проводов 30 согласно варианту 3, и этап (S60) наматывания сверхпроводящих ленточных проводов 30, сформированных с помощью этапов (S10, S20, S50 и S30) изготовления. Таким образом, можно легко изготавливать сверхпроводящую катушку, которая включает в себя промежуточные тонкие слои 32, имеющие разделяющие эти промежуточные слои области 32a.
Вариант 4
()
[0100] Вариант 4 воплощения настоящего изобретения представляет собой сверхпроводящую катушку, которая является одним из примеров сверхпроводящего устройства. Структура сверхпроводящей катушки согласно варианту 4 воплощения настоящего изобретения в основном аналогична структуре сверхпроводящей катушки 40 из варианта 3, показанной на Фиг.7, за исключением способа изготовления. Следовательно, в дублировании соответствующего описания сверхпроводящей катушки согласно варианту 4 нет необходимости.
[0101] Далее, со ссылкой на Фиг.12 и 13, будет описан способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 4 воплощения настоящего изобретения. Фиг.12 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 4 воплощения настоящего изобретения. Фиг.13 представляет собой схематический вид в перспективе, показывающий этап обработки согласно варианту 4.
[0102] Сначала осуществляют этап (S10) приготовления ленточной подложки. Затем осуществляют этап (S20) формирования на ленточной подложке промежуточного тонкого слоя. Впоследствии выполняют этап (S30) формирования на промежуточном тонком слое 32 сверхпроводящего слоя 33. Поскольку этапы (S10-S30) аналогичны этапам (S10-S30) способа изготовления из варианта 1, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0103] Затем осуществляют этап (S60) наматывания сверхпроводящего ленточного провода. Поскольку данный этап (S60) аналогичен этапу (S60) способа изготовления по варианту 3, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0104] Затем в отношении сверхпроводящего слоя намотанного сверхпроводящего ленточного провода осуществляют этап (S40) обработки так, что формируют по меньшей мере одну разделяющую область, простирающуюся от одной концевой части, расположенной у одного конца, до другой концевой части, расположенной у другого конца, тем самым разделяют сверхпроводящий слой на по меньшей мере две области, простирающиеся от одной концевой части до другой концевой части. Данный этап (S40) осуществляют так, чтобы разделяющая область могла становиться областью, которая не переходит в сверхпроводящее состояние при критической температуре сверхпроводящего слоя.
[0105] На этапе (S40) варианта 4, например, фиксируют два конца элемента обмотки, сформированного на этапе (S60). Для такого фиксирования могут быть использованы фиксирующие элементы. При использовании фиксирующих элементов можно легко поддерживать форму сверхпроводящей катушки. Этап (S40) не ограничен конкретно тем, что описано выше, при условии, что в элементе обмотки можно формировать разделяющую область. Например, разделяющую область можно формировать до тех пор, пока намотанный сверхпроводящий ленточный провод поддерживается в намотанном состоянии.
[0106] Впоследствии, как показано, например, на Фиг.13, формируют разделяющие области 53a путем облучения сверхпроводящего слоя 53 сверхпроводящего ленточного провода лазерными лучами. В частности, сверхпроводящий слой 53 элемента 39 обмотки спирально облучают лазерными лучами так, что формируются разделяющие области 53a. В варианте 4 формируют четыре разделяющие области 53a параллельно друг другу. Соответственно, можно сформировать элемент обмотки, имеющий цилиндрическую форму, в котором пять областей сверхпроводящих слоев 53b, ограниченных разделяющими областями 53a, образуют каждая спиральную форму.
[0107] Элементы обмотки можно изготавливать посредством вышеупомянутых этапов (S10, S20, S30, S60 и S40), и, комбинируя вместе элементы обмотки, можно формировать сверхпроводящую катушку согласно варианту 4.
[0108] Поскольку функционирование сверхпроводящей катушки из варианта 4 аналогично функционированию сверхпроводящей катушки из варианта 3, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0109] Таким образом, как было описано, способ изготовления сверхпроводящей катушки, которая является примером сверхпроводящего устройства согласно варианту 4, включает в себя этап (S10) приготовления ленточной подложки, этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя на ленточной подложке, этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя 53 на промежуточном тонком слое 32, этап (S60) наматывания сверхпроводящего ленточного провода и этап (S40) обработки, на котором формируют одну или более разделяющих областей 53a, простирающихся от одной концевой части, расположенной у одного конца, до другой концевой части, расположенной у другого конца, в сверхпроводящем слое 53 намотанного сверхпроводящего ленточного провода, тем самым разделяют сверхпроводящий слой 53 на две или более области, простирающиеся от одной концевой части до другой концевой части, при этом этап (S40) обработки включает в себя этап, на котором части, преобразуемые в разделяющие области 53a сверхпроводящего слоя 53, обрабатывают таким образом, чтобы они не становились сверхпроводящими, когда сверхпроводящие слои 53b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей, переходят в сверхпроводящее состояние. Следовательно, этап (S40) обработки можно выполнять после того, как сверхпроводящий ленточный провод сформирован в элемент обмотки. Таким образом, сверхпроводящую катушку можно легко изготавливать, используя сверхпроводящий ленточный провод, который, в результате образования разделяющих областей 53a, обладает действием, аналогичным действию, полученному в результате собирания сверхпроводящих ленточных проводов, собранных в том же количестве, что и количество областей, составляющих сверхпроводящие слои 53b, которые представляют собой части, отличные от разделяющих областей 53a. Поэтому становится возможным промышленное производство сверхпроводящей катушки.
Вариант 5
()
[0110] Вариант 5 воплощения настоящего изобретения представляет собой сверхпроводящую катушку, которая является одним из примеров сверхпроводящего устройства. Структура сверхпроводящей катушки согласно варианту 5 воплощения настоящего изобретения в основном аналогична структуре сверхпроводящей катушки из варианта 3, показанной на Фиг.7, за исключением того, что способ ее изготовления отличается от способа изготовления согласно варианту 3.
[0111] Сверхпроводящая катушка согласно варианту 5 имеет ленточную подложку, промежуточный тонкий слой и сверхпроводящий слой. Промежуточный тонкий слой сформирован таким образом, что он простирается от одной концевой части до другой концевой части на ленточной подложке и включает в себя по меньшей мере одну разделяющую промежуточный слой область, которая простирается от одной концевой части до другой концевой части. На промежуточном тонком слое сформирован сверхпроводящий слой. Элемент обмотки сформирован путем наматывания сверхпроводящего ленточного провода, который включает в себя ленточную подложку, промежуточный тонкий слой, имеющий разделяющую этот промежуточный слой область, и сверхпроводящий слой. Область сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя.
[0112] Таким образом, элемент обмотки, имеющий цилиндрическую форму, структурирован вследствие намотки сверхпроводящего ленточного провода, включающего в себя ленточную подложку, сверхпроводящий слой и промежуточный тонкий слой, в котором разделяющая этот промежуточный слой область сформирована таким образом, что ограниченные ею по меньшей мере две области образуют спиральную форму каждая.
[0113] Далее будет описан способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 5 воплощения настоящего изобретения. Фиг.14 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 5 воплощения настоящего изобретения.
[0114] Как показано на Фиг.14, сначала выполняют этап (S10) приготовления ленточной подложки. Затем выполняют этап (S20) формирования на ленточной подложке промежуточного тонкого слоя. Поскольку этапы (S10 и S20) аналогичны этапам (S10 и S20) способа изготовления согласно варианту 2, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0115] Затем выполняют этап (S70) наматывания лентообразного элемента. На этом этапе (S70) лентообразный элемент, включающий в себя ленточную подложку и промежуточный тонкий слой, наматывают в виде спирали, придавая ей цилиндрическую форму.
[0116] Затем в отношении промежуточного тонкого слоя намотанного лентообразного элемента осуществляют этап (S50) обработки с формированием по меньшей мере одной разделяющей промежуточный слой области, простирающейся от одной концевой части, расположенной у одного конца, до другой концевой части, расположенной у другого конца, вследствие чего промежуточный тонкий слой может иметь по меньшей мере две области, которые простираются от одной концевой части до другой концевой части. На данном этапе (S50), который в основном аналогичен этапу (S50) варианта 4, разделяющую промежуточный слой область формируют в промежуточном тонком слое лентообразного элемента, который был сформирован в элемент обмотки. В частности, как и в случае этапа (S40) варианта 4, оба конца элемента обмотки фиксируют, а разделяющие промежуточный слой области формируют в промежуточном тонком слое путем облучения лазерными лучами.
[0117] Впоследствии осуществляют этап (S30) формирования на промежуточном тонком слое сверхпроводящего слоя. На данном этапе (S30) можно использовать способ, аналогичный способу этапа (S30) способа изготовления согласно варианту 2. Затем получают сверхпроводящую катушку путем комбинирования множества элементов обмотки, включающих в себя сформированные таким образом сверхпроводящие слои.
[0118] Выполняя вышеуказанные этапы (S10, S20, S70, S50 и S30), можно изготавливать сверхпроводящую катушку согласно варианту 5.
[0119] Поскольку функционирование сверхпроводящей катушки согласно варианту 5 аналогично функционированию сверхпроводящей катушки 40 согласно варианту 3, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0120] Таким образом, как было описано, способ изготовления сверхпроводящей катушки, которая представляет собой один из примеров сверхпроводящего устройства по варианту 5, включает в себя этап (S10) приготовления ленточной подложки, этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя на ленточной подложке, этап (S70) наматывания лентообразного элемента, этап (S50) обработки, на котором формируют по меньшей мере одну разделяющую промежуточный слой область, простирающуюся от одной концевой части, расположенной у одного конца, до другой концевой части, расположенной у другого конца, в промежуточном тонком слое намотанного лентообразного элемента, вследствие чего промежуточный тонкий слой может быть разделен на по меньшей мере две области, простирающиеся от одной концевой части до другой концевой части, и этап (S30) формирования на промежуточном тонком слое сверхпроводящего слоя, при этом область сверхпроводящего слоя на разделяющей промежуточный слой области представляет собой область, которая не становится сверхпроводящей при критической температуре сверхпроводящего слоя. Соответственно, после того как ленточная подложка сформирована в элемент обмотки, можно выполнять этап (S50) обработки. Поэтому можно легко формировать сверхпроводящую катушку, включающую в себя сверхпроводящий ленточный провод, который, в результате образования таких разделяющих промежуточный слой областей, обладает действием, аналогичным действию, полученному путем собирания сверхпроводящих ленточных проводов в том же количестве, что и количество областей сверхпроводящего слоя, которые являются частями, отличными от разделяющих промежуточный слой областей. В результате, можно реализовать массовое производство сверхпроводящих катушек.
Вариант 6
()
[0121] Фиг.15A представляет собой схематический вид сверху, показывающий сверхпроводящую катушку согласно варианту 6, а Фиг.15B представляет собой схематический вид спереди, показывающий сверхпроводящую катушку согласно варианту 6. Далее, со ссылкой на Фиг.15A и 15B, будет описано сверхпроводящее устройство согласно варианту 6 воплощения настоящего изобретения. Сверхпроводящее устройство согласно варианту 6 воплощения настоящего устройства представляет собой сверхпроводящую катушку. Сверхпроводящая катушка 60 согласно варианту 6 представляет собой элемент обмотки, сформированный с использованием сверхпроводящего ленточного провода 10 по варианту 1.
[0122] В частности, как показано на Фиг.15A и 15B, сверхпроводящая катушка 60 включает в себя ленточную подложку 11, промежуточный тонкий слой 12 и сверхпроводящий слой 13. Сверхпроводящий слой 13 включает в себя четыре разделяющие области 13a, сформированные параллельно друг другу таким образом, чтобы разделить сверхпроводящий слой 13 на пять областей 13b сверхпроводящего слоя.
[0123] Таким образом, элемент обмотки формируют таким образом, что сверхпроводящий ленточный провод 10, который включает в себя ленточную подложку 11 и сверхпроводящий слой 13, имеющий разделяющие области 13a, намотан имеющим цилиндрическую форму, с осью одной стороны в направлении ширины сверхпроводящего ленточного провода 10, вокруг полости, образованной в центре при наматывании. На Фиг.15A и 15B сверхпроводящая катушка образована из одного элемента обмотки.
[0124] Далее будет описан способ изготовления сверхпроводящей катушки согласно варианту 6. Способ изготовления сверхпроводящей катушки включает в себя этапы (S10-S40) изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 согласно варианту 1 и этап (S60) наматывания сверхпроводящего ленточного провода согласно варианту 3.
[0125] В частности, сначала осуществляют этапы (S10-S40) изготовления сверхпроводящего ленточного провода 10 согласно варианту 1.
[0126] Затем осуществляют этап наматывания (S60). На этом этапе (S60) сверхпроводящий ленточный провод 10, имеющий сформированные в нем разделяющие области 13a, наматывают имеющим цилиндрическую форму, вследствие чего по меньшей мере две области, ограниченные разделяющими областями 13a, образуют каждая спиральную форму. В варианте 6 сверхпроводящий ленточный провод 10 наматывают имеющим цилиндрическую форму таким образом, что всем разделяющим областям 13a придают спиральную форму за счет спирального наматывания сверхпроводящего ленточного провода 10.
[0127] Выполняя этапы (S10, S20, S30, S40 и S60), можно изготовлять сверхпроводящую катушку согласно варианту 6.
[0128] Функционирование сверхпроводящей катушки согласно варианту 6 аналогично функционированию сверхпроводящей катушки 40 согласно варианту 3 и, следовательно, в дублировании соответствующего описания нет необходимости.
[0129] Как описано выше, согласно способу изготовления сверхпроводящей катушки, которая представляет собой один из примеров сверхпроводящего устройства согласно варианту 6, на этапе наматывания (S60) используют спиральный метод намотки. Таким образом, можно легко изготавливать катушку, обладающую желаемой формой.
[0130] В дополнение, в случае сверхпроводящей катушки, которая представляет собой один из примеров сверхпроводящего устройства согласно варианту 6, этой катушке можно придать желаемую форму, поскольку ее структура такова, что катушку можно сформировать путем наматывания элемента обмотки со сверткой.
[0131] В описанных выше вариантах 3-6 сверхпроводящие катушки описаны в качестве примеров сверхпроводящего устройства; однако сверхпроводящее устройство не ограничено катушкой. Например, в качестве сверхпроводящего устройства также можно упомянуть сверхпроводящий кабель или систему аккумулирования электроэнергии. Кроме того, поперечное сечение сверхпроводящих катушек и элементов обмотки, описанных с помощью примера, имело круглую форму. Однако форма поперечного сечения не ограничена круглой формой, и, в качестве примера, могут быть упомянуты и другие формы (такие как многоугольники, включая треугольник и четырехугольник, или форма, содержащая сочетание криволинейного участка и линейного участка).
Пример 1
[0132] Для подтверждения результатов способа изготовления сверхпроводящего устройства согласно настоящему изобретению в описанных ниже Примере 1 и Сравнительных примерах 1 и 2 сверхпроводящие катушки, показанные в верхней колонке Таблицы 1, были сформированы с использованием сверхпроводящих ленточных проводов, показанных в нижней колонке Таблицы 1. Сверхпроводящие катушки согласно Примеру 1 и Сравнительным примерам 1 и 2 были сформированы для использования в качестве ЯМР-катушек при частоте 1 ГГц.
Формирование сверхпроводящей катушки в Примере 1
()
2
2
2
[0133] В Примере 1 сверхпроводящая катушка была сформирована в соответствии со способом изготовления, описанным в варианте 1. В частности, сначала был выполнен этап (S10) приготовления ленточной подложки. В качестве ленточной подложки была использована текстурированная металлическая лента Ni-W (никель-вольфрам), которая представляла собой текстурированную ленту на основе никелевого сплава. Затем был выполнен этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя на этой ленточной подложке. На этом этапе (S20) был сформирован трехслойный промежуточный слой (CeO/YSZ/СеО) в качестве промежуточного тонкого слоя таким образом, что слой СеО был сформирован на ленточной подложке способом высокочастотного распыления, а слой YSZ был сформирован на нем PLD-способом. Затем был выполнен этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя на промежуточном тонком слое. На этом этапе (S30) сверхпроводящий слой был сформирован таким образом, что пленка HoBCO, имеющая толщину приблизительно 1,0 мкм, была эпитаксиально выращена на промежуточном тонком слое PLD-способом.
c
c
c
2
[0134] В данном сверхпроводящем ленточном проводе, когда J (плотность критического тока) предполагалась равной 1 МА/см (77K, 0 T) при толщине пленки 1 мкм, ток I (77K, 0 Тл)=100 A являлся удовлетворительным, и это соответствует I (4,2K, 25 Тл)=1000 A в условиях магнитного поля, при которых температура составляла 4,2K, а плотность магнитного тока составляла 25 T, что являлось условиями для ЯМР-катушки при частоте 1 ГГц.
[0135] Сверхпроводящий ленточный провод, выполненный путем формирования на сверхпроводящем слое серебряной пленки, имеющей толщину 5 мкм, и медного покрытия, имеющего толщину 20 мкм, обладал большим размером по ширине, имея толщину 0,1 мм и ширину 5 см.
[0136] На этом этапе (S40), посредством последовательного облучения YAG-лазером (лазером на иттрий-алюминиевом гранате), были сформированы четыре параллельные друг другу разделяющие области в продольном направлении сверхпроводящего слоя для того, чтобы разделить этот сверхпроводящий слой на пять областей, каждая из которых имеет ширину 1 см.
[0137] Впоследствии был осуществлен этап (S60) наматывания. На этом этапе (S60) сверхпроводящий ленточный провод был намотан цилиндрическим по форме таким образом, чтобы пять областей, ограниченных разделяющими областями, образовали каждая спиральную форму. Когда 20 слоев были ламинированы и соединены друг с другом, была получена ЯМР-катушка с частотой 1 ГГц. Соответственно, была сформирована сверхпроводящая катушка согласно Примеру 1.
Формирование сверхпроводящей катушки в Сравнительном примере 1
()
2
2
1
2
8+z
c
c
[0138] В Сравнительном примере 1, с использованием круглого провода Bi-2212, имевшего диаметр 2,0 мм, была сформирована сверхпроводящая катушка, включающая в себя 14 слоев. В данном случае Bi-2212 означал сверхпроводящий оксид на основе Bi-Sr-Ca-Cu-O, в котором содержались висмут, свинец, стронций, кальций, медь и кислород, и в котором атомные соотношения (за исключением кислорода) (висмута + свинца), стронция, кальция и меди были представлены как приблизительно 2, 2, 1 и 2 соответственно, (Bi-2212 в некоторых случаях обозначают как (Bi, Pb)2212). Конкретнее, в проводе содержалось соединение, представленное химической формулой (BiPb)SrCaCuO. В этой химической формуле z указывает на содержание кислорода, и известно, что критическая температура (T) и критический ток (I) изменяются в зависимости от изменения z.
Формирование сверхпроводящей катушки в Сравнительном примере 2
()
[0139] В Сравнительном примере 2 были выполнены этапы, аналогичные этапам (S10-S30) способа изготовления согласно примеру 1, за исключением того, что был использован сверхпроводящий ленточный провод, имеющий ширину 1 см.
[0140] Затем, без выполнения этапа (S40) обработки, был выполнен этап (S60) наматывания. Соответственно, в Сравнительном примере 2 была сформирована сверхпроводящая катушка, включающая в себя 20 слоев.
[0141]
[Таблица 1]
Пример 1
Сравнительный пример 1
Сравнительный пример 2
Катушка
Внутренний диаметр (мм)
75
75
75
Внешний диаметр (мм)
126
126
126
Длина (мм)
600
600
600
Количество витков
1260
4095
1260
Количество слоев
20
14
20
Ток (A)
160×5 линийПоследовательное соединение
300
1000
Собственное магнитное поле (Тл)
2,5
2,5
2,5
Обратное магнитное поле (Тл)
21,0
21,0
21,0
Плотность тока в катушке (А/мм<sup>2</sup>)
>100
>100
>100
Провод
Структура
Ленточный провод HoBCO
Провод на основе Bi (провод Bi-2212)
Ленточный провод HoBCO
Размер
0,1 мм × 5 см шириной
2,0 мм диаметром
0,1 мм × 1 см шириной
Единичная длина (м)
10 (20 единичных длин)
1600 (1 единичная длина)
500 (1 единичная длина)
I<sub>c</sub> (A) (4,2K, 25 Тл)
>800
>300
>800
(Результаты оценки)
[0142] Как показано в Таблице 1, сверхпроводящую катушку согласно Примеру 1 можно формировать из сверхпроводящих ленточных проводов, имеющих малую единичную длину в 10 м/слой. Когда в каждую разделенную область шириной 1 см, сформированную в сверхпроводящем слое на этапе (S20) обработки, подавали ток 160 A, пропущенный ток составлял 800 A во всех пяти областях.
[0143] Более того, технические требования к сверхпроводящему слою были снижены и, следовательно, появилась возможность снижения себестоимости производства сверхпроводящей катушки согласно Примеру 1.
[0144] В дополнение к случаю, когда в пять разделенных областей, каждая из которых имела ширину 1 см, параллельно подавали токи соответствующими пятью источниками электрического питания, была осуществлена последовательная подача тока за счет последовательного подключения (пять областей были соединены последовательно) при использовании одного источника электрического питания. В результате, было доказано, что в обоих случаях протекал ток в 800 A.
[0145] С другой стороны, в случае сверхпроводящей катушки из Сравнительного примера 1 необходимо было использовать очень длинный провод, имеющий единичную длину в 1600 м, поскольку катушка была изготовлена с использованием провода на основе Bi, имеющего круглую форму.
[0146] В случае Сравнительного примера 2 был необходим длинный провод, имеющий единичную длину в 500 м, хотя длина требуемого провода была меньше по сравнению со Сравнительным примером 1, поскольку провод был выполнен из лентообразной пленки HoBCO, имеющей ширину 1 см.
Пример 2
Формирование сверхпроводящей катушки в примере 2
()
[0147] В Примере 2 сверхпроводящая катушка была сформирована в соответствии со способом изготовления, описанным в варианте 2. В частности, для изготовления сверхпроводящей катушки из Примера 2 был выполнен этап (S10) приготовления ленточной подложки и этап (S20) формирования промежуточного тонкого слоя на ленточной подложке. Ленточная подложка и промежуточный тонкий слой, используемые на этапах (S10 и S20), были аналогичны тем, которые были описаны в Примере 1.
[0148] Затем был выполнен этап (S50) обработки, на котором по меньшей мере одна разделяющая промежуточный слой область была сформирована простирающейся от одной концевой части до другой концевой части в промежуточном тонком слое, простирающемся от одной концевой части до другой концевой части. На этом этапе (S50) промежуточный тонкий слой был облучен YAG-лазером, вследствие чего были сформированы разделяющие этот промежуточный слой области.
[0149] Затем был выполнен этап (S30) формирования сверхпроводящего слоя. На этом этапе (S50) промежуточный тонкий слой был облучен YAG-лазером, вследствие чего были сформированы разделяющие промежуточный слой области.
[0150] Затем был выполнен этап (S60) наматывания сверхпроводящего ленточного провода. В результате была сформирована сверхпроводящая катушка, имеющая один слой, как показано в Примере 2 в следующей Таблице 2.
Формирование сверхпроводящей катушки в Примере 3
()
[0151] Как и в случае сверхпроводящей катушки из Примера 3, сверхпроводящая катушка, имеющая один слой, как показано в следующей Таблице 2, была сформирована с использованием сверхпроводящего ленточного провода из Примера 1.
[0152]
[Таблица 2]
Пример 2
Пример 3
Катушка
Внутренний диаметр (мм)
75
75
Внешний диаметр (мм)
80
80
Длина (мм)
600
600
Количество витков
60
60
Количество слоев
1
1
Ток (A)
200 × 5 линийПоследовательное соединение
200 × 5 линийПоследовательное соединение
Собственное магнитное поле (T)
0,15
0,15
Провод
Структура
Ленточный провод HoBCO(по варианту 2)
Провод на основе Bi(по варианту 1)
Размер
0,1 мм × 5 см ширины
0,1 мм × 5 см ширины
Единичная длина
10
10
I<sub>c</sub> (A) (4,2K, 25 Тл)
>1200
>1200
(Результаты оценки)
[0153] В сверхпроводящем ленточном проводе, использованном для изготовления сверхпроводящей катушки из Примера 2, состояние, в котором была разупорядочена кристалличность в разделяющей промежуточный слой области, было вызвано облучением YAG-лазером. Следовательно, сверхпроводящему слою на разделяющей промежуточный слой области придали аморфное состояние или недостаточную плоскостную кристалличность и, следовательно, сверхпроводящее состояние не было получено. Соответственно, когда в сверхпроводящую катушку из Примера 2 подавали ток, сверхпроводящий слой на той части, которая является разделяющей промежуточный слой областью промежуточного тонкого слоя, не переходил в сверхпроводящее состояние, в то время как сверхпроводящий слой на той части, которая является областью, отличной от разделяющей промежуточный слой области в промежуточном тонком слое, становился сверхпроводящим.
[0154] Как показано в Таблице 2, рабочие характеристики сверхпроводящей катушки, сформированной в Примере 2 (в котором был использован сверхпроводящий ленточный провод, сформированный в варианте 2), были эквивалентны рабочим характеристикам сверхпроводящей катушки, сформированной в Примере 3 (в котором был использован сверхпроводящий ленточный провод, сформированный в варианте 1). Таким образом, были подтверждены результаты от сверхпроводящей катушки и способа ее изготовления согласно варианту 2 воплощения настоящего изобретения.
[0155] Все раскрытые таким образом варианты воплощения и примеры описаны лишь в качестве примера и следует понимать, что настоящее изобретение ими не ограничено. Следовательно, несмотря на вышеприведенные варианты воплощения, настоящее изобретение охватывает любые различные модификации, которые находятся в рамках объема и сущности нижеследующей формулы изобретения.
Промышленная применимость
[0156] Согласно способу изготовления сверхпроводящего ленточного провода по настоящему изобретению формируют по меньшей мере одну разделяющую область или разделяющую промежуточный слой область. Следовательно, можно легко изготовить широкий сверхпроводящий ленточный провод с относительно малой длиной таким образом, что этот сверхпроводящий ленточный провод обладает действием, аналогичным действию длинного провода. В дополнение, с таким широким сверхпроводящим ленточным проводом, обладающим по существу тем же самым действием, что и длинный провод, может быть при разумных затратах изготовлено сверхпроводящее устройство, обладающее по существу тем же действием, что и сверхпроводящее устройство с использованием длинного провода.