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2017 年度 実績報告書

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

研究課題

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
研究実績の概要

高温超伝導テープ線材の臨界電流Icの面内分布を長尺に亘り二次元的に、非破壊・非接触に計測する高速磁気顕微手法を確立すると共に、高磁界下での計測、超低電界領域を含む電界ー電流密度(E-J)特性の測定、長尺線材の電流輸送特性のモデリングへと展開し、さらに以上の知見をもとに磁化損失の低減と信頼性の向上を可能とする新たな細線化導体構造を提案するなど、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)2次元Ic分布計測の高速化:線速76 m/hの評価速度を実現すると共に、500 m長Bi-2223線材の測定によりその性能を実証した。
(2)リール式Ic連続測定の高磁界、温度可変測定:最大5 Tの外部磁界下において77~65 Kの温度特性の評価を実現した。
(3)人工ピン導入線材のIcのバラツキ抑制への貢献:線材メーカとの協力によって、磁界下のIc分布測定の結果を作製条件へとフィードバックし、人工ピンを導入した高均一高性能線材のプロセス開発に貢献した。
(4)高温超伝導線材の広電界領域に亘るE-J特性の計測と電流輸送特性のモデリング:RE-123線材およびBi-2223線材を対象として、磁化法と四端子法を複合的に用いることで10^-10~10^-2 V/mの8桁の電界領域にわたる電流輸送特性を計測すると共に、Icの統計分布と熱擾乱の影響を考慮した物理モデルを用いて、四端子法による電界領域から磁化法によって得られる超低電界領域までのE-J特性を解析的に記述することに成功した。
(5)1 mm幅細線加工線材の評価と新たな導体構造の提案:1 mm幅に細線加工した長尺線材の連続Ic計測に成功すると共に、上述したモデリング手法を適用して積層構造によって複合化した際の解析を行い、電流輸送媒体としてのロバスト性に優れる新たな細線化導体構造を提案した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

磁気センサの走査速度の高速化と雑音低減の実現により、単一チャンネルを用いた走査型磁気顕微観察において線速72 m/hを実現すると共に、Bi-2223長尺線材を用いて500 m長の安定した計測を実証した。本成果は、多チャンネル化によって実用上の目安となる数100 m/hの評価速度の実現を充分見通せるものである。
また、高磁界下の連続測定においては、目標値の3 Tの外部磁界を上回る5 Tの磁界下における連続測定を可能すると共に、測定温度も液体窒素温度に加え、サブクール窒素を用いた65 Kまでの可変温度域における測定を実現した。これらの測定結果によって非超伝導材料を同時堆積する人工ピン導入試料では臨界電流Icのバラツキが大きくなる事を示し、線材メーカとの協力によって、長尺線材内の局所不均一性と磁場依存性を迅速に評価すると共に作製条件へとフィードバックし、人工ピンを導入した高均一高性能線材のプロセス開発に貢献した。さらに、長尺線材の電流輸送特性のモデリングの基礎となる測定データを取得し、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解析式を提案した。
本手法を線幅1 mmに細線加工を行った40 m長の線材に適用し、離散的な局所Ic低下の分布を連続的に計測すると同時に、局所欠陥の影響を抑えロバスト性を向上する為の新しい積層導体構造を提案し、その有効性を実験と理論的考察によって実証した。
以上の研究成果について、5報の原著論文を提出すると共に、34件の口頭発表(うち10件は招待講演)を行っており、学術的にも高く評価されている。

今後の研究の推進方策

昨年度に引き続き、連続磁化測定による長尺高温超伝導テープ線材の臨界電流分布の評価に関して、高速走査と多チャンネル化の統合によって高速化と高解像度化を実現し、実用レベルの線材評価手法へと展開する。さらに、ピン止めされた量子化磁束の熱励起の影響を明らかとし、通常の四端子法による電界領域から磁化法による超低電界領域を包含する計測評価手法を開発すると共に、長尺線材の空間不均一性をも取り込んだ電流輸送特性のモデリング手法を確立する。また、RE-123線材のみならず、より複雑な多芯構造を有するBi-2223線材における実測との比較によって、高温超伝導線材の標準的な評価手法としての信頼性と定量性を明らかとする。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 17件、 招待講演 10件)

  • [雑誌論文] Current Capacity of Cu-Sheathed Multifilamentary Coated Conductors Under the Influence of Spatial Variation of Local Critical Currents in Each Filament2018

    • 著者名/発表者名
      Higashikawa Kohei、Suzuki Takumi、Inoue Masayoshi、Fujita Shinji、Iijima Yasuhiro、Kiss Takanobu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 28 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1109/TASC.2018.2794965

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Long-Length BMO-Doped REBCO Coated Conductors by Hot-Wall PLD Process2018

    • 著者名/発表者名
      S. Fujita, S. Muto, W. Hirata, Y. Adachi, T. Yoshida, M. Igarashi, K. Kakimoto, Y. Iijima, K. Naoe, T. Kiss, T. Okada, S. Awaji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 28 ページ: 6600604

    • DOI

      10.1109/TASC.2018.2791805

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of in-field critical current density of BaZrO3 added (Y, Gd)BCO coated conductors by using a multi-coating TFA-MOD method2018

    • 著者名/発表者名
      T. Suzuki, S. Oomura, K. Imamura, M. Inoue, K. Higashikawa, S. Awaji, K. Nakaoka, T. Izumi, T. Kiss
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 28 ページ: 6600504

    • DOI

      10.1109/TASC.2017.2782695

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hardware-in-the-Loop Simulation on Fault Current Limiting Operation of RE-123 Coated Conductors Under the Influence of Spatial Inhomogeneity2018

    • 著者名/発表者名
      K. Higashikawa , M. Tajima, S. Urasaki, M. Inoue, Y. Fukumoto, M. Tomita, T. Kiss
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 28 ページ: 5602405

    • DOI

      10.1109/TASC.2018.2815768

    • 査読あり
  • [雑誌論文] BMO-Doped REBCO-Coated Conductors for Uniform In-Field Ic by Hot-Wall PLD Process Using IBAD Template2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Iijima, K. Kakimoto, M. Igarashi, S. Fujita, W. Hirata, S. Muto, T. Yoshida, Y. Adachi, M. Daibo, K. Naoe, T. Fukuzaki, K. Higashikawa, T. Kiss, S. Awaji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 ページ: 6602804

    • DOI

      10.1109/TASC.2017.2660305

    • 査読あり
  • [学会発表] 局所Ic変化を有する長尺REBCO線材における局所電界分布2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木 匠, 辻野 大樹, 東川 甲平, 井上 昌睦, 木須 隆暢
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 欠陥を含むRE-123コート線材のFace-to-Face Double Stack (FFDS)構造における電流輸送特性に関する考察2018

    • 著者名/発表者名
      西宮悠平、東川甲平、鈴木 匠、井上昌睦、衣斐 顕、町 敬人、和泉輝郎、Valery Petrykin、Sergey Lee、木須隆暢
    • 学会等名
      平成30年 電気学会全国大会
  • [学会発表] BaHfO3人工ピンを導入した長尺REBCO線材の磁界中局所臨界電流分布の評価2018

    • 著者名/発表者名
      野田将平・鈴木 匠・山内勇輝・東川甲平・井上昌睦、柿本一臣・五十嵐光則・飯島康裕、木須隆暢
    • 学会等名
      平成30年 電気学会全国大会
  • [学会発表] Electric Field vs. Current Density Characteristics in REBCO Coated Conductor over Wide Range of Electric Fields Including Flux Creep and Flux Flow Regimes2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Onodera, Kazutaka Imamura, Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Akira Ibi, Takato Machi, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
    • 学会等名
      4th HTS4Fusion Conductor Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Forefront Superconducting Wires for Next Generation Electric Energy Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss
    • 学会等名
      Colloquium, Dept. of Physics, Univ. of Ulsan
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 極薄膜積層TFA-MOD成膜によるBZO導入YGdBCO線材の磁場中臨界電流特性の向上2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木 匠, 大村 俊介, 今村 和孝, 井上 昌睦, 東川 甲平, 淡路 智, 中岡 晃一, 和泉 輝郎, 木須 隆暢
    • 学会等名
      2017年度春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] RE-123マルチフィラメント線材におけるフィラメントごとの局所臨界電流分布が電流容量に与える影響2017

    • 著者名/発表者名
      東川 甲平, 井上 昌睦, 藤田 真司, 飯島 康裕, 木須 隆暢
    • 学会等名
      2017年度春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] リール式磁気顕微法を用いた長尺RE-123線材の局所臨界電流分布評価における解析手法と誤差に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      辻野 大樹, 福崎 貴裕, 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
      2017年度春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] サブクール液体窒素温度下における長尺RE-123線材の磁界中局所臨界電流分布の評価2017

    • 著者名/発表者名
      野田 将平, 福崎 貴裕, 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
      2017年度春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] Description of temperature-, magnetic-field, and position-dependent current-voltage characteristics in high Tc superconducting long length coated conductors2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss, Kohei Higashikawa, Takumi Suzuki, Takahiro Fukuzaki, Daiki Tsujino, Yuta Onodera, Masayoshi Inoue
    • 学会等名
      CRYOGENIC Engineering Conference - International Cryogenic MATERIALS Conference 2017 (CEC-ICMC 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Y系線材を語る2017

    • 著者名/発表者名
      木須隆暢
    • 学会等名
      一般社団法人 未踏科学技術協会 超伝導科学技術研究会主催 第92回ワークショップ「超伝導線材を語る~使われる線材とは~」
    • 招待講演
  • [学会発表] Electrical Characterization2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss
    • 学会等名
      2nd Asian Superconductivity Summer School
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In-field Characterization of Local Ic and n-indices as a Function of Longitudinal Coordinate in a Long-length GdBCO Coated Conductor2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss, Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Takahiro Fukuzaki, Yuhei Nishimiya, Daiki Tsujino, Shohei Noda, Yuta Onodera, Masayoshi Inoue, Mitsunori Igarashi, Kazuomi Kakimoto, Yasuhiro Iijima
    • 学会等名
      International Conference on Magnet Technology 25 (MT25)
    • 国際学会
  • [学会発表] Current Capacity of Cu-sheathed Multi-filamentary Coated Conductors under the Influence of Spatial Variation of Local Critical Currents in Each Filament2017

    • 著者名/発表者名
      Kohei Higashikawa, Takumi Suzuki, Masayoshi Inoue, Shinji Fujita, Yasuhiro Iijima, Takanobu Kiss
    • 学会等名
      International Conference on Magnet Technology 25 (MT25)
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of in-field critical current density of BaZrO3 added (Y, Gd)BCO coated conductors by reduced once-coat-layer-thickness in multi-coating TFA-MOD method2017

    • 著者名/発表者名
      Takumi Suzuki, Syunsuke Oomura, Kazutaka Imamura, Masayoshi Inoue, Kohei Higashikawa, Satoshi Awaji, Koichi Nakaoka, Teruo Izumi, Takanobu Kiss
    • 学会等名
      International Conference on Magnet Technology 25 (MT25)
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of In-field Jc for TFA-MOD Processed Coated Conductors with BaZrO3 by Reducing One Coating Thickness2017

    • 著者名/発表者名
      M. Inoue, T. Suzuki, S. Oomura, K. Imamura, K. Higashikawa, S. Awaji, K. Nakaoka, T. Izumi and T. Kiss
    • 学会等名
      IUMRS-ICAM 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 局所Ic分布を有するRBCO線材の電界-電流密度特性2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木 匠、辻野 大樹、大村 俊介、東川 甲平、井上 昌睦、Petrykin Valery、Lee Sergey、木須 隆暢
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 極薄膜厚層TFA-MOD法によるBaZrO3人工ピン導入YGdBCO線材の電流輸送特性2017

    • 著者名/発表者名
      大村 俊介、鈴木 匠、今村 和孝、井上 昌睦、東川 甲平、淡路 智、中岡 晃一、和泉 輝郎、木須 隆暢
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 磁気顕微法を用いたRE-123線材の通電環境下における磁化緩和特性評価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78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高温超伝導技術の応用動向2017

    • 著者名/発表者名
      木須 隆暢
    • 学会等名
      艦船磁気・水中電界研究会 合同事業研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetic Microscopy for Magnetic Relaxation in RE-123 Coated Conductor with DC Transport Current and External Magnetic Field2017

    • 著者名/発表者名
      K. Hisajima, N. Numata, K. Higashikawa, T. Suzuki, M. Inoue, T. Kiss
    • 学会等名
      The 13th biennial European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] HTS Tapes Development in Japan: Fundamentals and Recent Progress2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss
    • 学会等名
      Special Seminar at Changwon National University
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of Magnetic Moment Relaxation in REBCO Coated Conductors by Use of Hall Probe Magnetometry2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss, Yuta Onodera, Shohei Noda, Kohei Higashikawa, Kazutaka Imamura, Kohei Higashikawa, Takumi Suzuki, Masayoshi Inoue
    • 学会等名
      The 9th Asian Conference on Applied Superconductivity and Cryogenics (ACASC2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] UTOC-MOD法によるBZO導入YGdBCO線材の磁界中磁気顕微観察2017

    • 著者名/発表者名
      東川 甲平, MOHAN Shyam, 鈴木 匠, 大村 俊介, 今村 和孝, 井上 昌睦, 淡路 智, 中岡 晃一, 和泉 輝郎, 木須 隆暢
    • 学会等名
      2017年度秋季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] 局所 J c分布を有するRBCO線材の電界-電流密度特性2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木 匠, 辻野 大樹, 大村 俊介, 東川 甲平, 井上 昌睦, PETRYKIN Valery, LEE Sergey, 木須 隆暢
    • 学会等名
      2017年度秋季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] 磁気顕微法を用いた外部磁界ならびに通電電流の同時印加環境下におけるRE-123線材の磁化緩和特性評価と解析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
      2017年度秋季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] 超伝導材料をはじめとする先進機能性材料の特性評価技術2017

    • 著者名/発表者名
      木須 隆暢
    • 学会等名
      平成29年度九州パワーアカデミーフォーラム
  • [学会発表] Analysis of E-I characteristics of REBCO coated conductors under the influence of local Ic variation2017

    • 著者名/発表者名
      Takumi Suzuki, Daiki Tsujino, Syunsuke Oomura, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Valery Petrykin, Sergey Lee, Takanobu Kiss
    • 学会等名
      The 2nd Asian Applied Physics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatially Resolved Measurement on Local Electromagnetic Field Distribution in a Long Gd1Ba2Cu3O7-δ Coated Conductor during Magnetic Moment Relaxation by use of Hall Probe2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss, Yuta Onodera, Shohei Noda, Kazutaka Imamura, Kohei Higashikawa, Takumi Suzuki, Masayoshi Inoue
    • 学会等名
      The 2nd Asian Applied Physics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Hall Probe Magnetometry for Measuring In-field Current Transport Properties of REBCO Coated Conductors2017

    • 著者名/発表者名
      Shyam Mohan, Yuta Onodera, Kazutaka Imamura, Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Takanobu Kiss
    • 学会等名
      The 2nd Asian Applied Physics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Extended Current-Voltage Characteristics in Both Bi-2223 and RE-123 Tapes Over 8 Decades of Electric Fields Including Flux Creep and Flux Flow Regime2017

    • 著者名/発表者名
      Yuta Onodera, Takanobu Kiss, Kohei Hisajima, Shyam Mohan, Kazutaka Imamura,Takumi Suzuki, Kohei Higashikawa, Masayoshi Inoue, Akira Ibi, Takato Machi, Teruo Izumi
    • 学会等名
      The 2nd Asian Applied Physics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Fundamentals of Superconducting Wires and Tapes2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss
    • 学会等名
      Superconductivity School
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis and Modeling of Current Transport Properties in Long Length Coated Conductors2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss, Kohe Higashikawa, Takumi Suzuki, Yuhei Nishimiya, Yuta Onodera, Masayoshi Inoue, Mitsunori Igarashi, Kazuomi Kakimoto, Yasuhiro Iijima
    • 学会等名
      30th International Symposium of Superconductivity (ISS2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent development of characterization techniques at KU for the development of forefront superconducting wires2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Kiss
    • 学会等名
      低温工学・超電導学会九州・西日本支部主催 著名外国人研究者による特別講演会

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公開日: 2018-12-17  

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