2006 Fiscal Year Annual Research Report
電力装置用導体を目指したMgB_2新線材技術の開発研究
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16206032
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
船木 和夫 九州大学, 超伝導システム科学研究センター, 教授 (60091352)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩熊 成卓 九州大学, 超伝導システム科学研究センター, 助教授 (30176531)
木須 隆暢 九州大学, 超伝導システム科学研究センター, 助教授 (00221911)
柁川 一弘 九州大学, 超伝導システム科学研究センター, 助教授 (10294894)
熊倉 浩明 物質・材料研究機構, 超伝導材料研究センター, グループ長 (90354307)
三戸 利行 核融合科学研究所, 教授 (10166069)
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| Keywords | MgB_2法 / in situ法 / パウダー・イン・チューブ法 / ex-situ法 / 臨界電流密度 / 交流損失 / 熱的安定性 / 常伝導部伝播 |
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| Research Abstract |
平成18年度の主な研究活動とその成果をまとめる。
1.MgB_2線材の特性改善や長尺化のための新しい製作フロセスの提案
昨年の実績に基づき、Mg+Bの混合粉末を使うin-situパウダー・イン・チューブ法(PIT)法による線材において、超電導特性の改善を進めた。まずMg原料粉末について検討を進め、アークプラズマ法により作製したサブミクロンの粒径を持つ微粉末を用いると、生成するMgB_2結晶粒の結合性が向上し、市販のMg粉末を用いた場合の2-3倍の臨界電流密度の得られることがわかった。また、SiCを添加したin situ法テープから取り出したMgB_2コアを粉砕して得た粉末を使用してex-situテープの作製を進め、ex-situテープの特性改善に成功した。高い安定度が期待されるCu-Ni合金シース線材を試作し、低温熱処理の、組織と特性に及ぼす影響を調べた。さらに、高いMgB_2コアの充填率が期待される拡散法で線材の試作を進めた。Li-Mg合金管にボロン粉末を充填する手法を開発し、組織と臨界電流密度を調べた。
2.低損失仕様のMgB_2線材の開発と各種特性の実験的評価と定量化
低損失化の観点から設計・製作した非磁性のCuシースのMgB_2多心線の交流損失をピックアップコイル法により測定した。6本のフィラメントにはCuシースとの反応を抑えるNb層で覆われている。交流損失の測定は、ITまでの磁界振幅、5Hzまでの周波数の範囲で行った。多芯線構造に対する通常の解析により得られた測定結果の評価を行ったが、この方法では測定結果をうまく説明できないことがわかった。一方で、Nbバリアを介して6本のフィラメントが超伝導的に結合しているとするモデルにより定量的な評価が可能であることが分かった。このことは、更なる低損失化のためには、バリア材とシース材の改良が必要であることを示している。
液体ヘリウム中で測定した鉄シースMgB_2単心線における常伝導部の伝播現象に対して、数値計算により定量的な解析を行った。解析では、液体ヘリウムの過渡的沸騰から定常膜沸騰に至る幅広い冷却効果をモデル化した幾つかのコードを作成した。その結果、最小伝播電流付近の低速領域では、定常膜沸騰による冷却効果により、臨界電流付近の比較的高速領域では過渡的沸騰やガス層内熱拡散による冷却効果により実験結果が説明できることを示した。
3.応用を目指した要素的研究
昨年度に引き続いて、液体ヘリウム中で単心線20本複合導体の通電試験を実施した結果、試験導体は単心線の臨界電流の本数倍の臨界電流をもつことを確かめられ、MgB_2線は非常に高い安定性をもつことを実証した。
MgB_2線の幅広い応用を引出す試みの一環として、線材の熱的特性評価に基づき液体水素用の液面計に細いMgB_2線を利用することを提案した。直径0.7nm程度のMgB_2線を用いて模擬系を製作し、液面計としての原理動作を確認した。
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