7テスラ級・大口径MgB2超伝導バルク磁石の開発とマウス用MRIの超高感度化

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04920
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: 内藤 智之 岩手大学, 理工学部, 准教授 (40311683)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤代 博之 岩手大学, 理工学部, 教授 (90199315)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 超伝導バルク磁石

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、７テスラ級磁場を発生させるMgB2超伝導バルク磁石を開発し小型MRI用の磁場発生源として利用することを目的としている。ターゲットの小型MRIはマウスが入る程度の大きさであることから、外径60mm、内径40mmおよび厚さ60mmの比較的大型の円筒型MgB2バルクを作製する必要が有る。MgB2バルクはBペレット（圧粉体）へMg融液を浸透・反応させて作製する(浸透法)。B粉末の粒径が微細なほど磁束ピン止め中心が多くなり、ひいては捕捉磁場(発生磁場)が高くなるが、一方でBペレットの緻密度も向上することからMg融液が浸透しにくい、つまりバルクが出来にくい問題が生じる。今年度は大型バルクの作製に向けて、B粒径とMgB2生成領域の関係や捕捉磁場特性について主に調べた。市販のB粉末をボールミル粉砕することで4種類の粒径を用意した。その結果、最小粒径でも浸透距離は5mm程度あることが分かった。また、B粒径を微細化することでMg融液のB粒内への拡散距離が長くなり、MgB2の生成領域が拡大することが明らかとなった。B粒微細化によって生成するMgB2粒も微細化およびバルクの超伝導体積分率が増大したことで超伝導電流が流れる領域が増え、捕捉磁場は20%程度向上した。上記の知見を元に外径60mmかつ内径20～40mm、厚さ5mmのリング型MgB2バルクの作製にも成功した。厚さ5mmのバルクを3枚積層した場合（疑似的に厚さ15mmの円筒型）の中空中心での捕捉磁場は１テスラ程度であった。この値は小片試料の臨界電流密度からシミュレーション解析で求めた値と良く一致した。また、シミュレーション解析から厚さ60mmバルクの捕捉磁場は2テスラ程度と見積もられることから、不純物添加等による磁束ピン止め力（臨界電流密度）の向上が不可欠である。また、今回得られたバルクの超伝導転移温度は35～36Kと理想的なMgB2の転移温度39Kより低いことから、作製条件の最適化によりMgB2自体の超伝導特性を向上させる必要がある。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では立てている3つの目標のうち、浸透法によるMgB2生成機構を明らかに出来たことおよびMgB2バルク磁石を小型MRI用磁極として用いるための第一歩である大口径のリング型MgB2バルク磁石が作製出来たことから上記の判断とした。

Strategy for Future Research Activity

これまでに得られた知見を元に、リング型MgB2バルクの作製条件の最適化を行い、現在の5mm厚から10～20mm厚程度のバルクを作製する。また、第2の目的である7テスラ級捕捉磁場の実現に向けて、不純物元素添加による磁束ピン止め中心の導入等を実施する。また、MRI用磁極に必要な磁場均一度を評価する磁場分布装置をバルク作製と同時進行で製作する。MgB2バルク磁石で発生した磁場中でMRI信号を検出する。

Causes of Carryover

理由：予定していた出張(学会参加、実験)を行わなかったことやシミュレーションソフトの保守料(相談料)が不要となったため。

使用計画：理研で実施するMRI実験に必要なヘリウム冷凍機の購入に使用する予定である。