2023 Fiscal Year Annual Research Report
超伝導転移端センサーを用いた量子交流電流標準の研究
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21H01345
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
天谷 康孝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター, チーム長 (10549900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 晋久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター, 首席研究員 (30371032)
福田 大治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 首席研究員 (90312991)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 精密電気計測 / 交流電流測定 / 超伝導転移端センサ / サーマル・コンバータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気を熱に変換して熱電対で測定する極めて古典的な原理で動作していた既存の交流電流センサーを低温に冷却し性能を改善し、さらに超伝導技術を導入して、交流電流の測定精度を飛躍的に高めることが本研究の狙いである。本研究により、量子技術と既存技術を相乗的に用いた新原理の交流電流測定の確固たる技術の基盤確立を目指す。本研究の完成により、我が国が抱えるカーボンニュートラルなどさまざまな課題の解決や、将来の持続的な成長・発展等に寄与できることが期待される。
今年度は、サーマルコンバータの低温の熱特性解析を行った。温度を下げていくと、金属の熱電効果はほぼ温度に比例して小さくなるため、トムソン効果やペルチェ効果によるサーマル・コンバータの交直差（変換誤差）は大幅に低減する。その一方、同時にヒータ抵抗値が低下し、ジュール発熱も小さくなるため、温度上昇が室温よりも小さくなり、感度は低下することが示された。また、低温にすると、ヒータ表面からの熱ふく射による熱損失が低減する。これは、ふく射が温度の４乗に比例するためである。低周波領域の変換誤差の原因は、ふく射熱損失によるものであることが知られており、冷却により、大幅に性能向上ができることが計算により示された。一方、昨年度完成したGM型冷凍機システムに超伝導量子干渉計エレクトロニクスを実装する予定であったが、メーカでの工場移転作業があり、検出部の構築に必要な部材が調達できなかった。入手の目処が立ったので、次年度、速やかに調達を進める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
必要な部品を海外から入手できず、低温実験がやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、到達の目処が立った冷凍機システムへ超伝導量子干渉計エレクトロニクスを実装する。購入できない部品については、必要に応じて代用品などを検討する予定である。また、低温での性能向上の可能性を研究するため、その低温動作の解析、シミュレーション研究も引き続き進める。
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