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超高感度磁気センサーSQUID(Superconducting Quantum Interference Device)は、脳磁や心磁の測定に利用されている。重イオンや反陽子を加速・蓄積する加速器に於いては、加速器を構成する各装置群の安定度を分析するため、微弱なビーム電流を、非破壊で高精度に測定することが加速器物理学の観点から極めて重要となる。本研究の目的は、(1)マイスナー効果による遮蔽電流が、SQUID入力コイルにどれだけの磁束を作り出すのか、より深い理解に基づいたモデル計算により、新規高温超伝導ピックアップループを開発するとともに、(2)超伝導体による完全反磁性と、高透磁率体による磁束吸収の両機能を併用した磁気シールドの研究である。
本研究では、世界に先駆けて、非破壊で高感度な高温超伝導SQUIDビーム電流計の実用化技術を開発し、そのプロトタイプを完成させ、特許登録に至っている。しかしながら、プロトタイプ高温超伝導ビーム電流計の超伝導ピックアップループは、単純なMgOの円筒を基盤としていたが、複雑な形状に対応することは極めて困難となる。そこで、複雑な加工が可能で、超伝導体と合金を形成しない銀を基盤として選定し、超伝導Bi2212相を銀基盤上に形成する方法を研究した。超伝導の性能は、生成の際の溶融温度と徐冷スピードに大きく左右されるため、以下の方法によりその最適化を行った。(1)走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた厚膜の表面画像の観察、(2)X線解析法によるBi2212 の結晶構造の解析(XRD)、(3)臨界温度と臨界電流を得るための磁気特性測定装置を用いた磁気モーメントの測定。現在、最適化された条件で生成された高温超伝導材は、臨界温度が84 K、臨界電流が約50 A/cm2の性能を達成している。
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