km級長尺高温超伝導テープ線材のマルチスケール解析と電流輸送特性のモデリング

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02334
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 木須 隆暢 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (00221911)
• 研究分担者: 井上 昌睦 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (80346824) ; 東川 甲平 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (40599651) ; 鈴木 匠 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (70756238)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 高温超伝導線材 / 臨界電流 / 電流輸送特性 / 欠陥検出 / マルチスケール / 磁気顕微鏡 / 電流測定 / 非破壊・非接触計測

研究実績の概要

最大5 Tまでの外部磁界下における磁気像の観察装置開発によって高温超伝導線材の臨界電流(Ic)を非破壊・非接触に計測すると共に、各種磁気計測を組み合わせる事によって、長尺の希土類系高温超伝導線材におけるIcの温度、磁界依存性、空間変化に対する系統的なデータを初めて取得した。さらに、これらの知見に基づいた長尺線材の電流輸送特性のモデリング手法を提案し、実験との比較によってその信頼性を検証するなど、順調に進捗している。本年度の主な成果は次の通りである。
(1)高磁界下のIc評価装置の開発：最大5 Tまでの外部磁界下における線材磁化の計測装置を開発し、Icを非破壊・非接触に観察することが可能となった。(2) 長尺高温超伝導線材における臨界電流分布の温度磁界依存性の計測とスケール特性の解明：長尺の希土類系線材のIc空間分布の温度、磁界依存性を実測し、Icの空間変化の支配因子と温度磁界依存性の支配因子についてスケール特性を基に明らかとした。(3) 長尺高温超伝導線材の電流輸送特性モデリングと局所計測による検証：前項の知見を基に、長尺線材における電流―電圧特性をIc長手方向分布を基に記述可能なモデルを提案し、局所的な四端子法による測定との比較によってその定量性を検証した。(4) 長尺細線加工線材の臨界電流分布計測法の開発とハイブリッド顕微法を用いた局所欠陥の可視化：線材磁化低減のために不可欠となる細線加工線材におけるIc評価手法について、低磁化信号に対しても適用可能な評価手法を開発すると共に、局所Ic低下部位の微細組織をX線CTを用いてその場観察することによって、その原因を明らかとした。(5) 高温超伝導線材の磁化緩和特性の計測と量子化磁束の熱励起モデルによる解析：磁化緩和特性について、測定によって明らかにすると共に、理論的考察によって超低電界領域の記述法を明らかとした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

長尺線材の連続Ic測定の高速化のための基盤技術となる多チャンネル素子を用いた測定において、計測技術の改善により高磁界下においても線材Ic評価に十分適用可能な磁界感度と分解能を達成した。また、これまで不明確であった、線材のIcのバラツキに対する空間変化、温度、磁界の影響など実験によって明らかとすると共に、電流輸送特性に対する観点から考察し、Ic長手方向分布の評価結果をもとに長尺線材の大域的かつ局所的電流電圧特性を定量的に記述可能なモデリング手法を提出した。並行して、四端子法を用いた多点計測との比較によって、その信頼性を実証した。さらに、実用上重要となる線材磁化の低減のため必須となる細線加工時における線材Icの計測法の確立と低Ic部位の検出、Ｘ線CTによるその場観察と組み合わせによって、長尺線材中で低い頻度で離散的に生じている局所欠陥の微細構造を明らかとしプロセス改善のための指針を明らかとした。
これらの研究成果について、５報の原著論文を提出すると共に、３３件の口頭発表（うち招待講演６件）を行っており、学術的にも高く評価されている。
以上により、本研究課題で掲げている実施項目に対し、それぞれ順調に進捗している。

今後の研究の推進方策

初年度に引き続き、長尺線材の臨界電流分布の評価に関して、高速化と高解像度化を推進し、実用レベルの評価手法へと展開する。また、人為的にナノ欠陥を導入した高Ic線材における空間均一性に対する影響について調べる。さらに、超低電界領域で問題となる量子化磁束の熱励起の影響を明らかとし、磁化測定によるIc評価法ならびに初年度に提案した線材のモデリングへの影響について考察する。並行して、長尺マルチフィラメント線材および細線加工線材、Bi-2223線材を対象として、通電特性のモデリング手法の検証、ならびに長尺線材の温度、磁界依存性の実測との比較を実施することによって、標準的な高温超伝導線材評価手法としての適用可能性を確認する。

研究成果

• [国際共同研究] Robinson Research Institute/Victoria University of Wellington(New Zealand)
  • 国名: ニュージーランド
  • 外国機関名: Robinson Research Institute/Victoria University of Wellington
• [雑誌論文] Characterization of Local Critical Current Distribution in Multifilamentary Coated Conductor Based on Reel-to-Reel Scanning Hall-Probe Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei Higashikawa, Dai Uetsuhara, Masayoshi Inoue, Shinji Fujita, Yasuhiro Iijima, Takanobu Kiss
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 27 ページ: 6603004
  • DOI: 10.1109/TASC.2016.2641238
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of Critical Current Distribution in Roebel Cable Strands Based on Reel-to-Reel Scanning Hall-Probe Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei Higashikawa, Xiang Guo, Masayoshi Inoue, Zhenan Jiang, Rodney Badcock, Nicholas Long, Takanobu Kiss
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 27 ページ: 8001404
  • DOI: 10.1109/TASC.2016.2639278
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 発見から３０年を迎えた銅酸化物高温超伝導体―線材開発とパワー応用の進展―（総合報告） (2016)
  • 著者名/発表者名: 木須 隆暢
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 85 ページ: 377-388
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-filamentary REBCO tapes fabricated by scratching a buffer layer along the tape longitudinal direction (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Kurihara, S. Fujita, N. Nakamura, M. Igarashi, Y. Iijima, K. Higashikawa, D. Uetsuhara, T. Kiss, M. Iwakum
  • 雑誌名: Physica C 巻: 530 ページ: 68-71
  • DOI: 10.1016/j.physc.2016.08.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison between Bi-2223 tape and RE-123 coated conductor from the view point of current transport properties influencing thermal stability (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kiss, M. Inoue, K. Higashikawa, T. Suzuki, L. Lyu, K. Takasaki, K. Imamura, Y. Onodera, D. Uetsuhara, A. Ibi, T. Izumi, H. Kitaguchi
  • 雑誌名: Cryogenics 巻: 80 ページ: 221-228
  • DOI: 10.1016/j.cryogenics.2016.07.004
  • 査読あり
• [学会発表] 長尺REBCO線材の局所臨界電流分布を考慮した大域的電流密度‐電界特性のモデル化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 匠、福崎 貴裕、辻野 大樹、東川 甲平、井上 昌睦、木須 隆暢
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜，横浜
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] REBCO線材の77K磁場中Jcと低温磁場中Jcの相関に関する考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上 昌睦、鈴木 匠、今村 一孝、東川 甲平、淡路 智、木須 隆暢
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜，横浜
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] パルスレーザ蒸着法により作製した長尺REBCO線材における高磁場下の臨界電流分布の評価とその支配因子に関する考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 福﨑 貴裕、野田 将平、東川 甲平、鈴木 匠、井上 昌睦、五十嵐 光則、柿本 一臣、飯島 康裕、木須 隆暢
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜，横浜
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] RE-123線材の磁気緩和特性に通電電流が与える影響の磁気顕微法計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 久島 宏平、沼田 尚大、東川 甲平、小野寺 優太、鈴木 匠、井上 昌睦、木須 隆暢
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演
  • 発表場所: パシフィコ横浜，横浜
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] Statistical Behavior of Positional Variation Critical Current Density in Long RE-123 Coated Conductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss, Kohei Higashikawa, Takahiro Fukuzaki, Yuta Onodera, Takumi Suzuki, Masayoshi Inoue, Takato Machi, Akira Ibi, Teruo Izumi
  • 学会等名: 29th International Symposium of Superconductivity (ISS2016)
  • 発表場所: Tokyo International Forum, Tokyo
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Correlated Study between Critical Current Density at 77 K and That of Low Temperature In-Filed Conditions of Various REBCO Coated Conductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Inoue, Kazutaka Imamura, Takumi Suzuki, Shogo Ichimura, Takahiro Fukuzaki, Kohei Higashikawa, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 29th International Symposium of Superconductivity (ISS2016)
  • 発表場所: Tokyo International Forum, Tokyo
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] 希土類系高温超伝導テープ線材の 細線加工に適した箇所の選定を目的とした 二次元面内臨界電流密度分布の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大藤 大明、東川 甲平、井上 昌睦、木須 隆暢、町 敬人、衣斐 顕、和泉 輝朗
  • 学会等名: 低温工学・超電導学会九州・西日本支部 2016年度支部研究成果発表会
  • 発表場所: 鹿児島大学，鹿児島
  • 年月日: 2016-12-09
• [学会発表] Comparison among Spatially Resolved Measurements of Critical Currents in High-Tc Superconducting Long Tapes (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss, Kohei Higashikawa, Takumi Suzuki, Masayoshi Inoue, Teruo Izumi, Yasuhiro Iijima
  • 学会等名: Asian Applied Physics Conference
  • 発表場所: Tsushima, Japan
  • 年月日: 2016-12-03
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of local Ic variation and I -V characteristics for long REBCO coated conductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Takumi Suzuki, Takahiro Fukuzaki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Takanobu Kiss
  • 学会等名: Asian Applied Physics Conference
  • 発表場所: Tsushima, Japan
  • 年月日: 2016-12-03
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of local inhomogeneity of critical current density and site-specified microstructure observation in a 10-mm-wide 20-filamentary coated conductor (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuhei Nishimiya, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Takanobu Kiss, Takato Machi, Akira Ibi, Teruo Izumi
  • 学会等名: Asian Applied Physics Conference
  • 発表場所: Tsushima, Japan
  • 年月日: 2016-12-03
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Characterization Techniques for Tailoring HTS Conductors as Engineering Materials (invited) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss
  • 学会等名: Joint KU-VUW Workshop 2016 - Science, Engineering and Applications of Electric and Electronic Materials-
  • 発表場所: Wellington, New Zealand
  • 年月日: 2016-11-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analytical expression of local I-V characteristics for long length REBCO coated conductors under the local Ic fluctuation (2016)
  • 著者名/発表者名: Takumi Suzuki, Takahiro Fukuzaki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 1st Asian ICMC and CSSJ 50th Anniversary Conference
  • 発表場所: Kanazawa Kageki-za, Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement and analysis of in-field critical currents in EuBCO coated conductor under the influence of flux creep (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Onodera, Kazutaka Imamura, Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Tomo Yoshida, Akira Ibi, Takato Machi, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 1st Asian ICMC and CSSJ 50th Anniversary Conference
  • 発表場所: Kanazawa Kageki-za, Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] In-Field Characterization of Positional Variation of Critical Current in RE-123 Coated Conductors by Use of Reel-to-reel Magnetic Measurement System (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Fukuzaki, Kohei Higashikawa, Kazutaka Imamura, Masayoshi Inoue, Mitsunori Igarashi, Kazuomi Kakimoto, Yasuhiro Iijima, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 1st Asian ICMC and CSSJ 50th Anniversary Conference
  • 発表場所: Kanazawa Kageki-za, Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] In-plane Distribution of Critical Current Density in Long Coated Conductor (invited) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss, Takahiro Fukuzaki, Shougo Ichimura, Yuta Onodera, Yuhei Nishimiya, Hiroaki Oofuji, Xiang Guo, Kazutaka Imamura, Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Shinji Fujita, Yasuhiro Iijima, Takato Machi, Akira Ibi, Teruo Izumi, Zhenan Jiang, Rodney Badcock, Nicholas Long, Robert Buckley
  • 学会等名: 1st Asian ICMC and CSSJ 50th Anniversary Conference
  • 発表場所: Kanazawa Kageki-za, Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-11-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experience with Studies of the Positional Variation of Coated Conductor Properties (invited) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss
  • 学会等名: Coated Conductors for Applications 2016 (CCA016)
  • 発表場所: Aspen, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatially resolved measurements on critical currents in long length HTS tapes: Characterization techniques and related issues for standardization (invited) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss
  • 学会等名: TC90 Mini-Workshop
  • 発表場所: NIST, Boulder, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reel-to-reel Characterization of Two-dimensional Distribution of Local Critical Current Density in Coated Conductors as a Diagnostics for Roebel Strands and Cable (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei Higashikawa
  • 学会等名: Coated Conductors for Applications 2016 (CCA016)
  • 発表場所: Aspen, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-12
  • 国際学会
• [学会発表] Reel-to-reel characterization of longitudinal homogeneity of in-field critical currents in coated conductors with artificial pinning centers (invited) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Fukuzaki, Kohei Higashikawa, Kazutaka Imamura, Masayoshi Inoue, Mitsunori Igarashi, Kazuomi Kakimoto, Yasuhiro Iijima, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Characterization of local critical current distribution in Roebel cable and its strands based on reel-to-reel scanning Hall-probe microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei Higashikawa, Xiang Guo, Dai Uetsuhara, Masayoshi Inoue, Zhenan Jiang, Rodney A. Badcock, Nicholas J. Long, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-scale analysis and modeling of current transport properties in long length HTS tapes under the influence of local Ic fluctuation (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Takumi Suzuki, Hitoshi Kitaguchi, Teruo Izumi
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of local critical current distribution in multi-filamentary coated conductor based on reel-to-reel scanning Hall-probe microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei Higashikawa, Dai Uetsuhara, Masayoshi Inoue, Shinji Fujita, Yasuhiro Iijima, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement and analysis of magnetization relaxation in REBCO tape coated conductor (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Onodera, Kazutaka Imamura, Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Akira Ibi, Tomo Yoshida, Takato Machi, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] Correlation between in-field critical current at liquid nitrogen temperature and that at low temperature in BaHfO3 doped EuBCO coated conductor (2016)
  • 著者名/発表者名: Shogo Ichimura, Ken Takasaki, Takumi Suzuki, Yuta Onodera, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Akira Ibi, Tomo Yoshida, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] Current transport property of BaHfO3 doped EuBCO coated conductor over a wide range of temperature and magnetic field up to 25T (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Inoue, Ken Takasaki, Kazutaka Imamura, Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Akira Ibi, Tomo Yoshida, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] Hybrid microscopy to visualize current blocking obstacles in forefront superconducting tapes and wires: RE-123 coated conductor, Bi-2223 multi-filamentary tape and MgB2 round wire (invited) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Kiss, Masayoshi Inoue, Kohei Higashikawa, Teruo Izumi, Hiroaki Kumakura
  • 学会等名: 2016 Applied Superconductivity Conf. (ASC 2016)
  • 発表場所: Colorado Convention Center, Denver, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 希土類系高温超伝導マルチフィラメントテープ線材の局所均一性評価と組織観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西宮 悠平、東川 甲平、井上 昌睦、町 敬人、衣斐 顕、和泉 輝郎、木須 隆暢
  • 学会等名: 電気学会A部門大会
  • 発表場所: 九州工業大学 戸畑キャンパス，北九州市
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] 希土類系高温超伝導テープ線材の細線加工前スクリーニングを目指した二次元面内臨界電流密度分布の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大藤 大明、東川 甲平、井上 昌睦 、町 敬人，衣斐 顕，和泉 輝朗、木須 隆暢
  • 学会等名: 電気学会A部門大会
  • 発表場所: 九州工業大学 戸畑キャンパス，北九州市
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] 長尺高温超伝導線材の電流輸送特性マルチスケール解析とモデリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 木須 隆暢
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所ワークショップ「高温超伝導が拓く先進強磁場科学」
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所２号館講堂，仙台
  • 年月日: 2016-07-26
• [学会発表] RE-123長尺マルチフィラメント線材の局所臨界電流分布評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東川 甲平, 上津原 大, 井上 昌睦, 藤田 真司, 飯島 康裕, 木須 隆暢
  • 学会等名: 2016年度春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀，東京
  • 年月日: 2016-06-01
• [学会発表] リール式走査型ホール素子顕微鏡によるRoebel導体素線の面内臨界電流密度分布の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 郭 翔, 上津原 大, 東川 甲平, 井上 昌睦, JIANG Zhenan, BADCOCK Rodney, LONG Nicholas, BUCKLEY Robert, 木須 隆暢
  • 学会等名: 2016年度春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀，東京
  • 年月日: 2016-06-01
• [学会発表] BHO導入EuBCO線材の広範な温度、磁場における臨界電流特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 匠, 高崎 建, 井上 昌睦, 小野寺 優太, 今村 和孝, 東川 甲平, 衣斐 顕, 吉田 朋, 和泉 輝郎, 土屋 雄二, 淡路 智, 渡辺 和雄, 木須 隆暢
  • 学会等名: 2016年度春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀，東京
  • 年月日: 2016-06-01
• [学会発表] REBCOコート線材における磁化緩和特性：温度変化ならびに電流負荷率の影響に関する考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野寺 優太, 今村 和孝, 鈴木 匠, 東川 甲平, 井上 昌睦, 衣斐 顕, 吉田 朋, 町 敬人, 和泉 輝郎, 木須 隆暢
  • 学会等名: 2016年度春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀，東京
  • 年月日: 2016-06-01