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2022 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ組織制御超伝導線を用いた縦磁界直流電力輸送ケーブルの高性能化に関する研究

Research Project

Project/Area Number 21H01872
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

木内 勝  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (90304758)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉田 隆  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20314049)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords直流電力輸送ケーブル / 超伝導ケーブル / 縦磁界効果 / ナノ組織制御 / 臨界電流密度 / 過冷却
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ナノ組織制御技術を用いて線材に欠陥(人工ピン)を導入したRE(Rare-Earth)系コート超伝導線材(以下RE系コート超伝導線材)と、超伝導線材の電流通電の方向に磁界を平行に加えることにより電流容量が大きく増加する縦磁界効果を用いて軽量でコンパクトな高性能直流電力輸送ケーブルの開発を目的とする。今年度の実績は下記である。
1)縦磁界で有効な人工ピンの解明について、市販されている長尺線材の微細組織観察から、ピンの形状などを調査した。特に線材の作製速度を変化させると、製膜過程で導入される積層上の欠陥等が縦磁界下で、大きな臨界電流密度を示す傾向があることがわかってきた。さらにPLD法膜の場合はその傾向を示すことがわかった。
また、縦磁界下での臨界電流密度の振る舞いを調べるために、超伝導層の厚膜に注目し、調査を行った。僅かであるが厚い超伝導層の方が臨界電流密度が増加することがわかった。
さらに縦磁界下での臨界電流密度の増加のメカニズムを明らかにするために、テープ線材表面の電界構造から量子化磁束の運動を調べた。この結果から超伝導が厚い方が、縦磁界による量子化磁束の運動が大きいことがわかってきた。
2)ケーブル開発においては、全長700 ㎜程度のケーブルが過冷却で測定できる容器を設計し、装置を開発した。容器内の温度が67 Kまで冷却が可能で、数時間温度を維持できることを確認した。また、過冷却下でのケーブル通電試験を実施するために、線材の縦磁界特性を考慮してケーブルの設計、及び作製を行った。
また、作製するケーブルの電流通電量は数千アンペアに達するために、電流の不均一な流れが必要なるために、接触抵抗とケーブル容量の関係を調査中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

縦磁界下で高い臨界電流が得られる線材開発において、ナノロッド人工ピンのような形状でなく、作製時に自然に導入されるピンが有効であることがわかってきた。従って、線材作製にそのようなピンを積極的に導入するための作製速度、温度等を調べ、その手法を適用して線材を作製する。更に、超伝導層の厚さとの関係も同時に調査する。
本研究の重要な目的の一つである、過冷却下での特性評価を可能にする、測定機器を購入し、準備を整えている。更に、過冷却温度での特性評価のための縦磁界直流ケーブルの準備を、現在縦磁界下で一番大きな臨界電流密度が得られる線材を用いて、設計及び作製を行っている。縦磁界下での臨界電流密度決定機構の解明においては、超伝導層が厚い線材の方が高特性が得られる傾向が得られ、継続的に調査中である。
ケーブル特性評価においては、電流端子部の接触抵抗の影響を低減する方法を模索中である。

Strategy for Future Research Activity

縦磁界下で有効に作用するピン、及び作製法、厚さを変化させて長い線材作製を行う予定である。また、継続して、縦磁界下での臨界電流密度のピンニング機構解明を行う。
ケーブル評価においては、過冷却容器の準備を進め、さらにその容器で評価を行うケーブル開発を行う。特に、過冷却にすると、臨界電流密度が大きく増加するので既存の電流源で評価可能なケーブルの設計を進め、ケーブル作製し、通電測定評価を実施する予定である。

  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] 膜厚の異なるVLS-YBCO厚膜の臨界電流密度2023

    • Author(s)
      伊藤 駿汰, 木内 勝, 美和 虎之介, 尾崎 壽紀, 吉田 隆
    • Organizer
      2023年第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 超伝導層の厚いY系コート線材の臨界電流密度特性2023

    • Author(s)
      木内 勝, 竹内 竜徳, 伊藤 駿汰, 尾崎 壽紀, 吉田 隆
    • Organizer
      2023年第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 人工ピン入りRE系超伝導線材を用いた二層直流超伝導ケーブルの通電特性2022

    • Author(s)
      山口柊平, 濱本拓郎, 木内勝, 吉田隆
    • Organizer
      2022年度春季低温工学超電導学会
  • [Presentation] VLS成長法におけるREBCO薄膜の成長形態のシミュレーション2022

    • Author(s)
      有田 知徳,一野 祐亮,吉田 隆
    • Organizer
      2022年度秋季応用物理学会
  • [Presentation] 高速Vapor Liquid Solid 成長法により作製したYBa2Cu3Oy 膜の表面形態と成長速度2022

    • Author(s)
      美和 虎之介, 吉田 隆
    • Organizer
      2022年度秋季応用物理学会
  • [Presentation] RtRシステムを用いたVapor-Liquid-Solid-YBa2Cu3Oy厚膜線材の作製プロセス2022

    • Author(s)
      美和 虎之介, 吉田 隆
    • Organizer
      2022年度秋季低温工学超電導学会
  • [Presentation] 縦磁界下におけるREBCO線材の表面電界の評価2022

    • Author(s)
      島田涼平, 木内 勝
    • Organizer
      2022年度秋季低温工学超電導学会
  • [Presentation] Growth mechanism of BaMO3-doped REBa2Cu3Oy thin films by Vapor-Liquid-Solid technique simulated by Monte Carlo simulation2022

    • Author(s)
      Tomonori Arita, Yusuke Ichino, Yutaka Yoshida
    • Organizer
      35rd international Symposium on Superconductivity 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Geometry measurement of an ablation plasma in the pulsed laser deposition method and effective investigation for using Bayesian optimization2022

    • Author(s)
      Tomoki Osada, Yusuke Ichino, Yutaka Yoshida
    • Organizer
      35rd international Symposium on Superconductivity 2022
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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