2015 Fiscal Year Research-status Report
微細構造情報を駆使した高均一テスラ級磁場を発生するMgB2超伝導バルク磁石の開発
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15K04718
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
内藤 智之 岩手大学, 工学部, 准教授 (40311683)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤代 博之 岩手大学, 工学部, 教授 (90199315)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超伝導バルク磁石 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では超強力なMgB2超伝導バルク磁石の開発と卓上型NMR用磁石等への応用展開を目的としている。本年度は捕捉磁場の向上を目的として、作製プロセスが簡便かつ低コストで圧力下合成が可能な放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering: SPS）法および圧力装置を用いない浸透法で高緻密MgB2バルクを作製し、その捕捉磁場特性を調べた。また、SPS法バルクにおいてはボールミリングによるMgB2結晶粒微細化効果を調べた。SPS法で作製したnon-BMバルク(未粉砕粉末を使用)の最低温度19.5Kでの捕捉磁場値は1.86Tであり、これはin-situ HIP(等方圧加圧下焼結)バルク(直径23㎜)の2.0Tに匹敵する値であった。従って、粒間結合性に劣るex-situ SPS法でもin-situ法に匹敵するバルクが作製可能であることが示された。BM-48hバルク(ボールミル粉末を使用)の最低温度22.5Kでの捕捉磁場値は2.03Tであった。結晶粒微細化によって捕捉磁場は約1.25倍となった。この捕捉磁場の向上は結晶粒微細化によってMgB2の支配的な磁束ピン止め中心である粒界が増加したことに起因することが明らかとなった。一方、浸透法バルクは自作の密閉カプセルを用いて作製した。浸透法では液体Mg浸透によるB前駆体ペレットの膨張が問題(クラックの発生や未反応Mgの残存の起因)となるが、今回Bペレットの膨張を抑制することでクラックの少ない比較的均一なMgB2バルクの作製に成功した。そしてこのバルクに15.9Kにおいて2.4テスラの磁場を捕捉させることに成功した。この値は従来の圧力下合成MgB2バルク磁石のそれに匹敵し、浸透法バルクとしては世界最高記録である。また、シミュレーションによって3テスラの捕捉磁場が実現可能であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度に計画したSPS法によるMgB2バルクの作製と強磁場捕捉が実現でき、さらに捕捉磁場に対する出発原料ボールミル効果を明らかにできた。また、当初予定していなかった新しいMgB2作製法である浸透法に挑戦し、高緻密かつ均質なバルクの作製に成功し、浸透法バルクとしては世界記録となる捕捉磁場を実現したことから上記の自己評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は概ね計画通りに研究を進めることが出来たので、平成28年度は当初計画した内容である高い熱的安定性をもつMgB2バルク磁石を開発し、更なる捕捉磁場の向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
現在使用している冷凍機で超伝導バルクを冷却した場合、最低到達温度は15K程度である。本年度の研究によって高い磁場捕捉能力を有するMgB2超伝導バルクの作製に成功したことで、バルク本来の磁場捕捉能力を明らかにするためには最低でも液体ヘリウム温度4.2Kまでの冷却が不可欠と判断した。そこで1.5Kまで冷却可能な無冷媒ヘリウム冷凍機の導入を計画したが、装置価格と平成27年度内の納品が困難であったことを勘案し、残予算を繰り越して来年度予算と合わせて購入することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の理由により、繰り越した予算は全て無冷媒ヘリウム冷凍機の購入に充てる。
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