2014 Fiscal Year Research-status Report
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26800157
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
久保 毅幸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 研究員 (30712666)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 超伝導加速空洞 / 多層膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導層と絶縁層からなる多層膜構造を加速空洞内面に導入する事でニオブ空洞を大きく上回る加速電場とQ値が実現可能であると考えられている。以前、研究代表者らは超伝導多層膜構造で到達できる最大加速電場すなわち磁束侵入磁場の理論的研究を行い、材料の組み合わせと最適膜厚を示した。本研究ではβ-NMRを用いた膜内磁場分布測定により研究代表者らの理論を検証したい。以前の研究代表者らの理論計算では、理想的に平坦な超伝導体と絶縁体からなる多層膜に平面波が垂直入射する状況が仮定されている。しかしβ-NMRでは平面波でなく直流磁場が印加される。更に現実の試料の膜厚は一様でなく表面に凹凸が存在する。理論と実験データの精密な比較には、これらの効果を入れて理論を拡張するか、試料の質を理論の仮定に近づける必要がある。平成26年度は理論の拡張と試料評価を行った。１．絶縁層を含まない超伝導二層構造に直流磁場が印加されている場合の磁場分布と磁束侵入磁場を計算した。方法は絶縁層がある場合に容易に拡張可能である。理論とβ-NMRによる実験結果の比較が可能となった。２．試料表面に必ず存在する無数のナノスケールの凹凸(これは超伝導電流を増幅させ至る所で磁束侵入磁場を小さくする)をモデル化し磁束侵入磁場を解析的に求めた。３．表面磁場を強め熱的磁気的超伝導破壊を引き起こすサブミリメートルのピットをモデル化し、磁場増幅係数を解析的に求めた。４．多層膜試料の表面観察、膜厚測定、元素分析を行い、膜厚の不均一性等、理論が仮定している試料形状と現実の試料との違いを確認した。上記１から４は、理論と実験データの精密な比較に活かされる予定である。特に２及び３は、本研究のみならず、超伝導空洞研究の広範囲の活動に寄与すると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的はβ-NMRを用いた膜内磁場分布測定により我々の理論を検証する事である。研究代表者らが以前に提出した理論計算においては、理想的に平坦な超伝導体と絶縁体からなる多層膜に平面波が垂直入射する状況が仮定されている。しかしβ-NMRでは平面波でなく直流磁場が印加される。更に、現実の試料の膜厚は一様でなく表面に凹凸が存在する。理論と実験データの精密な比較には、これらの効果を入れて理論を拡張するか、試料の質を理論の仮定に近づける必要がある。平成26年度は理論の拡張と試料評価を行った。直流磁場が印加されている場合の理論計算、表面に存在する無数のナノ・スケールの凹凸の影響の評価、サブミリメートル・サイズのピットの磁場増幅効果を評価した事で、概ね現実の試料形状に合った理論計算が可能となった。また、多層膜試料の分析により、膜厚の不均一性等、現実の試料と理論計算で仮定されている試料形状の間の違いを確認する事ができた。次年度以降の成膜にフィードバックすることで、試料形状を理論の仮定に近づけたい。上記の成果は理論と実験データの精密な比較に必要不可欠であり、最初の一年で当初の計画以上の成果が得られた。一方で、実験用試料の超伝導性の評価はできておらず、やや遅れている。これは27年度以降の課題である。全体としては、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に行った多層膜試料の観察により、各層の膜厚が不均一であることが明らかになった。平成27年度は、膜厚が一様でない場合の膜内磁場分布と磁束侵入磁場の理論的評価に取り組む。また、多層膜試料の質を評価・向上させるためには、表面観察・膜厚測定・元素分析等に加え、超伝導性能の評価を行う必要がある。既存の小型冷凍機とクライオチャンバーからなる測定装置を組み立て、試料の超伝導性能の評価に取り掛かる予定である。これらの理論及び実験試料評価に関する課題に取り組むとともに、β-NMRによる実験に取り掛かりたい。
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| Causes of Carryover |
次年度に多層膜試料の超伝導特性測定を行うことにした。そのための装置組立及び試料に要する費用を賄うため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
超伝導特性測定用クライオチャンバーの製作に用いる。
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