リール式高速磁気顕微鏡による長尺高温超伝導線材の局所不均一性の解明と高性能化

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24360122
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 木須 隆暢 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 教授 (00221911)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 昌睦 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (80346824) ; 東川 甲平 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (40599651)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 高温超伝導線材 / 臨界電流 / 均一性 / 欠陥検出 / マルチスケール / 磁気顕微鏡 / ホール素子 / 非破壊・非接触

Research Abstract

昨年度の成果を更に発展させ、商用生産されている200m長希土類系高温超伝導線材の評価に成功すると共に、従来の評価手法で検出できていなかった電流制限因子の解明や電流輸送特性の物理モデルの確立など、順調に進展している。本年度の主な成果は次の通りである。
(1) 200 m長商用希土類系高温超伝導線材の臨界電流密度(Jc)分布の評価：走査型ホール素子顕微鏡による長尺テープ線材の評価手法を適用し、昨年度よりも更に長尺な線材への適用可能性について検証した。すなわち、200 m長の実用線材において二次元的なJc分布を評価可能である事を実証すると共に、通常行われる一次元的な空間情報のみからは把握困難であったテープ面片面において周期的に点在する低Jc部位を検出し、臨界電流の長手方向のバラツキの原因を解明するなど、作製プロセスに対する有効な知見を得た。
(2) 統計的Jc分布に基づく電流輸送特性の物理モデルの確立と磁場下の電流輸送特性の定式化：長尺線の評価より得られる統計的Jc分布を基に、線材の電流輸送特性を記述するための物理モデルを確立し、任意の温度、磁場環境下における線材の電流輸送特性を高精度に記述し、予測する事も可能であることを実験との比較によって実証した。本手法は、希土類系高温超伝導線材の磁場中特性向上に伴う技術コストの低減効果を表す指針として有効であるばかりでなく、冷熱発生、動作磁場、運転電流など総合的に考慮した機器の設計においても極めて有用である。
(3) 有効線幅を指標とした希土類系高温超伝導線材の長尺線加工技術の評価：昨年度確立した有効線幅評価によって最適加工法を検討し，さらに長尺線加工への適用可能性について検討した。加工法の異なる線幅2 mmの４種類の細線加工線材に対し、連続に接続した40 m長の試料を用いて一括に高速評価する手法を提案すると共に、長尺線加工技術の評価手法としての実用性を実証した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

実用レベルの商用長尺線材の評価に既に成功し、これまで未知であった電流制限因子を本手法の特徴である二次元的計測によって初めて明らかとした。また、長尺線材の評価結果によって得られる統計事象を基に、磁場下の電流輸送特性を記述する物理モデルを確立し、各種プロセスによる線材の特性との比較によってその有効性を明らかとした。以上により、当初の研究目的をほぼ達成する成果を既に得ている。

Strategy for Future Research Activity

引き続き数100 m級の長尺線材を対象とし、人工ピン導入プロセスなど各種プロセス条件との関係を明確化し特性向上を図る。同時に、本手法の長尺線材の臨界電流評価手法としての信頼性を検証する。さらに、磁場下の電流輸送特性と局所不均一性の相関関係を明確にし、本研究で提案する均一性の評価手法は、マグネット応用などで重要となる低温磁場環境下を含むより広範囲な実用領域における線材の性能評価手法としても有効である事を明らかとする。
予算計画は、試験に用いる長尺線材の購入経費、および実験のための冷媒の経費など消耗品費を中心に立案する。以上により、実測データをさらに充実させ、線材性能向上のための作製プロセスに有効にフィードバックすると共に、長尺線材の評価手法として本手法の信頼性と有効性を明らかとする。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

消耗品費として予定していた磁気顕微鏡のセンサとして用いるマイクロホール素子が予定よりも破損が少なかったために購入数が少なくて済んだ事に加え、昨年度初頭に液体ヘリウムの供給が全国的にやや困難な時期があり、液体ヘリウムの消費量を節約した。以上により、消耗品費の減額に伴い次年度使用額が30万円ほど生じた。
翌年度分の経費と合わせて、実験のための消耗品費として使用する。

Research Products

• [Journal Article] 走査型磁気顕微鏡を用いた超伝導テープ線材の局所電流分布計測におけるセンサ－試料間距離の導出法に関する検討 (2013)
  • Author(s): 塩原 敬，奥村慶太郎，東川甲平，木須隆暢
  • Journal Title: 九州大学大学院システム情報科学紀要 Volume: 第18巻 Pages: pp. 19-24
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of In-Field Current Transport Properties in GdBCO Coated Conductors by BaHfO3 Doping (2013)
  • Author(s): M. Inoue, Y. Yamaguchi, T. Sakakibara, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Kiss, S. Awaji, K. Watanabe, H. Tobita, M. Yoshizumi, T. Izumi
  • Journal Title: IEEE Trans. Appl. Supercond. Volume: Vol. 23 Pages: 8002304 (4page)
  • DOI: 10.1109/TASC.2013.2247456
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lateral Distribution of Critical Current Density in Coated Conductors Slit by Different Cutting Methods (2013)
  • Author(s): K. Higashikawa, K. Katahira, K. Okumura, K. Shiohara, M. Inoue, T. Kiss, Y. Shingai, M. Konishi, K. Ohmatsu, M. Yoshizumi, T. Izumi
  • Journal Title: IEEE Trans. Appl. Supercond. Volume: Vol. 23 Pages: 6602704 (4page)
  • DOI: 10.1109/TASC.2013.2238983
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of High Ic Long REBCO Tapes with High Production Rate by PLD Method (2013)
  • Author(s): A. Ibi, S. Miyata, T. Taneda, M. Yoshizumi, N. Chikumoto, Y. Yamada, T. Izumi, K. Taneda, Y. Shiohara, A. Yamamoto, K. Okumura, K. Higashikawa, T. Kiss
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: Vol. 45 Pages: pp. 145-148
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2013.04.073
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Recent Advancement of the Characterization Technology for Visualizing Local Electromagnetic Properties in Superconducting Forefront Materials (Invited)
  • Author(s): T. Kiss, K. Higashikawa, M. Inoue
  • Organizer: 2013 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Moscone West Convention Center/Marriott Marquis, San Francisco, California, USA
  • Invited
• [Presentation] BaHfO3人工ピンを導入した長尺Gd1Ba2Cu3O7-δ線材の臨界電流特性
  • Author(s): 横溝 孝明, 井上 昌睦, 榊原 崇志, 田中 健太, 東川 甲平, 木須 隆暢, 飯島 康裕, 齊藤 隆, 中村 達徳, 吉積 正晃, 和泉 輝郎
  • Organizer: 2013年度春季低温工学・超電導学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京
• [Presentation] BaHfO3人工ピンを導入したGd1Ba2Cu3O7-δ線材の通電特性のモデリングと技術コストの検討
  • Author(s): 井上 昌睦, 榊原 崇志, 横溝 孝明, 田中 健太, 東川 甲平, 木須 隆暢； 飯島 康裕, 齊藤 隆； 中村 達徳, 吉積 正晃, 和泉 輝郎
  • Organizer: 2013年度春季低温工学・超電導学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京
• [Presentation] 有効線幅を指標としたRE-123線材の最適細線加工法の検討と長尺線加工技術の評価
  • Author(s): 東川 甲平, 片平 健太, 井上 昌睦, 木須 隆暢, 新海 優樹, 小西 昌也, 大松 一也, 吉積 正晃, 和泉 輝郎
  • Organizer: 2013年度春季低温工学・超電導学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京
• [Presentation] バッチ式プロセスを用いたTFA-MOD法REBCO線材の磁場中特性向上と長尺化検討
  • Author(s): 木村 一成, 広長 隆介, 高橋 保夫, 中西 達尚, 小泉 勉, 長谷川 隆代, 東川 甲平, 井上 昌睦, 木須 隆暢, 中村 達徳, 吉積 正晃, 和泉 輝郎, 塩原 融
  • Organizer: 2013年度春季低温工学・超電導学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京
• [Presentation] 先進高温超伝導コート線材の開発を支えるレーザ技術－製造・加工・特性評価におけるレーザ応用－(Invited)
  • Author(s): 木須 隆暢
  • Organizer: 電気学会サステナブル・先端応用へ向けたレーザプロセシング技術調査専門委員会、７回調査専門委員会
  • Place of Presentation: ルーテル市ヶ谷センター, 東京
  • Invited
• [Presentation] Spatial Homogeneity of Critical Currents in Long RE-123 Coated Conductors
  • Author(s): T. Kiss, K. Higashikawa, M. Inoue, K. Kimura, T. Koizumi, N. Aoki, K. Katayama, Y. Takagi, T. Yoshida, A. Ibi, M. Yoshizumi, T. Izumi, Y. Shiohara
  • Organizer: Cryogenic, Engineering Conf. and Int. Cryogenic Materials Conf. (CEC/ICMC)
  • Place of Presentation: Dena'ina Civic and Convention Center, Anchorage, Alaska, USA
• [Presentation] Advancement and Future Prospects of RE-123 Coated Conductor Development in Japan (Invited)
  • Author(s): Takanobu Kiss
  • Organizer: TCSHU Special Semina
  • Place of Presentation: Houston Science Center, Room 102, Univ. of Houston, Houston, TX, USA
  • Invited
• [Presentation] Evaluation of Local Electromagnetic Properties in Superconducting Forefront Materials for the Understanding of Current Limiting Mechanism (Invited)
  • Author(s): T. Kiss
  • Organizer: 16th US-Japan Workshop on Advanced Superconductors
  • Place of Presentation: Univ. of Dayton Research Instiute, Dayton, OH, USA
  • Invited
• [Presentation] Two-dimensional Homogeneity of Critical Current Density in Long Coated Conductors for Electric Power Applications
  • Author(s): K. Higashikawa, M. Inoue, T. Kiss, Y. Shingai, M. Konishi, K. Ohmatsu, T. Machi, A. Ibi, M. Yoshizumi, Y. Shiohara
  • Organizer: Magnet Technology 23 (MT23)
  • Place of Presentation: Boston, MA, USA
• [Presentation] Recent advancement in laser processing of long-length high-performance RE-123 superconducting wires (Invited)
  • Author(s): T. Kiss, T. Izumi, Y. Iijima, Y. Shiohara
  • Organizer: The 14th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2013, part of LAMP 2013)
  • Place of Presentation: Toki Messe, Niigata, Japan
  • Invited
• [Presentation] BaHfO3人工ピンを導入した長尺GdBa2Cu3O7-δ高温超電導線材の磁場中臨界電流特性
  • Author(s): 田中健太，井上昌睦，横溝孝明，東川甲平，木須隆暢，飯島康裕，齊藤隆，中村達徳，吉積正晃，和泉輝郎
  • Organizer: 低温工学・超電導学会 九州・西日本支部 2013年度 若手セミナー・支部研究成果発表会
  • Place of Presentation: 九州工業大学戸畑キャンパス, 福岡
• [Presentation] Development of reel-to-reel high speed scanning Hall-probe microscope system as a diagnostic method of long RE-123 coated conductors
  • Author(s): T. Kiss, K. Higashikawa, K. Okumura, K. Shiohara, M. Inoue, A. Ibi, M. Yoshizumi, T. Izumi, Y. Shiohara, K. Kimura, T. Koizumi, N. Aoki
  • Organizer: 11th European Conference on Applied Superconductivity, EUCAS2013
  • Place of Presentation: Genova, Italy
• [Presentation] 磁気顕微法によるREBCO線材の局所臨界電流の均一性評価とその空間スケール依存性
  • Author(s): 片平健太，東川甲平，井上昌睦，木須隆暢，木村一成，小泉勉，青木伸夫，吉積正晃，和泉輝郎，塩原融
  • Organizer: 第74回 応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学田辺キャンパス, 京都
• [Presentation] Recent progress of R&D on HTS technologies in Japan as potential breakthrough for electric power networks linking renewable energy resources (Invited)
  • Author(s): Takanobu Kiss
  • Organizer: Workshop on Super Grid for Northeast Asia
  • Place of Presentation: University of Incheon, Incheon, Korea
  • Invited
• [Presentation] IN-FIELD CURRENT TRANSPORT PROPERTY OF LONG-LENGTH TFA-MOD PROCESSED YGdBaCuO COATED CONDUCTOR DOPED WITH BaZrO3 ARTIFICIAL PINNING CENTERS
  • Author(s): M. Inoue, T. Yokomizo, K. Tanaka, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Kiss, K. Kimura,
  • Organizer: 26th Int. Sympo. on Superconductivity (ISS2013)
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京
• [Presentation] SPATIAL HOMOGENEITY OF LONG LENGTH RE-123 COATED CONDUCTORS (Invited)
  • Author(s): T. Kiss, K. Higashikawa, M. Inoue, A. Ibi, T. Yoshida, T. Machi, M. Yoshizumi, T. Izumi
  • Organizer: 26th Int. Sympo. on Superconductivity (ISS2013)
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京
  • Invited
• [Presentation] PLD 法で作製された商用コート線材の面内臨界電流密度分布の評価
  • Author(s): 西浦 陽平, 片平 健太, 東川 甲平, 井上 昌睦, 木須 隆暢, 吉積 正晃, 和泉 輝郎, 塩原 融
  • Organizer: 平成25年度応用物理学会九州支部学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学, 長崎
• [Presentation] 磁化法によるBaHfO3 人工ピン導入GdBa2Cu3O7-δ線材の超低電界特性の評価
  • Author(s): 小野寺 優太, 雁木 卓, 今村 和孝, 東川 甲平, 井上 昌睦, 木須 隆暢, 吉積 正晃, 和泉 輝郎
  • Organizer: 平成25年度応用物理学会九州支部学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学, 長崎
• [Presentation] 塗布熱分解法により作製されたBaZrO3 人工ピン導入長尺YxGd1-xBa2Cu3O7-y 線材の臨界電流特性
  • Author(s): 田中 健太, 井上 昌睦, 横溝 孝明, 木須 隆暢, 木村 一成, 高橋 保夫, 小泉 勉, 長谷川 隆代, 中村 達徳, 吉積 正晃, 和泉 輝郎
  • Organizer: 平成25年度応用物理学会九州支部学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学, 長崎
• [Presentation] TFA-MOD法により作製された人工ピンを導入した長尺YxGd1-xBa2Cu3O7-δ線材の臨界電流特性
  • Author(s): 横溝 孝明, 井上 昌睦, 田中 健太, 東川 甲平, 木須 隆暢, 木村 一成, 高橋 保夫, 小泉 勉, 長谷川 隆代, 中村 達徳, 吉積 正晃, 和泉 輝郎
  • Organizer: 2013年度秋季低温工学・超電導学会
  • Place of Presentation: ウィンクあいち, 愛知
• [Presentation] PLD法で作製された200 m長商用コート線材の面内臨界電流密度分布
  • Author(s): 片平 健太, 東川 甲平, 井上 昌睦, 木須 隆暢, 吉積 正晃, 和泉 輝郎, 塩原 融
  • Organizer: 2013年度秋季低温工学・超電導学会
  • Place of Presentation: ウィンクあいち, 愛知
• [Presentation] HTS線材開発の現状(Invited)
  • Author(s): 木須隆暢
  • Organizer: 未踏科学技術協会超伝導科学技術研究会第82回ワークショップ「超伝導電磁石の大型化への挑戦」
  • Place of Presentation: 全日通霞が関ビルディング8階大会議室B, 東京
  • Invited
• [Presentation] レーザープロセシング技術による先進高温超伝導線材の開発 (Invited)
  • Author(s): 木須隆暢，和泉輝郎，飯島康裕，塩原 融
  • Organizer: レーザー学会創立40周年記念学術講演会 第34回年次大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場, 福岡
  • Invited
• [Presentation] Improvement of Spatial Homogenelty and In-field Critical Current in RE-123 Coated Conductors (Invited)
  • Author(s): T. Kiss, K. Higashikawa, S. Gangi, K. Imamura, M. Inoue, T. Taneda, A. Ibi, T. Yoshida, M. Yoshizumi, T. Izumi, Y. Shiohara, K. Kimura, T. Koizumi, N. Aoki, T. Hasegawa
  • Organizer: Electronic Materials and Applications 2014 (EMA2014)
  • Place of Presentation: DoubleTree by Hilton Orlando at Sea World, Orlando, Fla., USA
  • Invited
• [Presentation] Development of high Tc superconducting coated conductors based on laser processing technologies (Invited)
  • Author(s): T. Kiss, T. Izumi, Y. Iijima, Y. Shiohara
  • Organizer: 2014 Photonic West, Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XIX
  • Place of Presentation: The Moscone Center, Room 125, San Francisco, CA, USA
  • Invited
• [Presentation] ハイブリッド顕微法による先進超伝導材料の電流制限因子の解明と高性能化 (Invited)
  • Author(s): 木須隆暢，東川甲平，井上昌睦，葉 術軍，松本明善，熊倉浩明，吉積正晃，和泉輝郎
  • Organizer: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会 超伝導分科企画シンポジウム「評価る（はかる）―超伝導材料の評価技術 基礎から応用までー」
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス
  • Invited
• [Presentation] PLD法で作製された商用REBCO線材における局所臨界電流密度の面内均一性と温度・磁界依存性
  • Author(s): 西浦陽平，片平健太，横溝孝明，今村和孝，東川甲平，井上昌睦，木須隆暢，淡路 智，渡辺和雄，吉積正晃，和泉輝郎，塩原 融
  • Organizer: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス
• [Remarks] 九州大学研究者情報（研究活動：木須隆暢）
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K000239/research.html