SuperLHC計画実現のための超伝導4極マグネツトの開発

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17043011
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 土屋 清澄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (20044787)
• 研究分担者: 佐々木 憲一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 助手 (70322831) ; 寺島 昭男 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 機械工学センター, 技師 (90391771) ; 中本 建志 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 助手 (20290851) ; 竹内 孝夫 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導材料研究センター, ディレクター (80354299) ; 伴野 信哉 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導材料研究センター, 主任研究員 (30354301)
• キーワード: 素粒子実験 / 超伝導材料 / 超伝導電磁石 / Nb_3Al超伝導線

研究概要

Super LHC計画では衝突点領域に12-17 Tの高磁場超伝導マグネット(2極、4極)が必要となる。このような高磁場加速器マグネットの実現には、それに適した線材開発が最も需要である。本研究では高磁場用化合物超伝導線材の中でも機械的歪みに強い(従ってコイル製作が容易となる)Nb_3Al線材に焦点を絞り、加速器用線材で重要となる高電流密度化と安定化の2項目の性能向上を図り、Super LHC用マグネットに適したNb_3Al超伝導線材の開発を行った。ここで扱ったNb_3Al線材は、超高磁場NMRマグネット(20T以上)用として物質・材料研究機構で開発が進められている新プロセスによる線材をベースとするものである。本研究では、高電流密度化の目標であった電流密度2000A/mm^2@10Tを超える2156A/mm^2を達成することが出来た。また、この高電流密度化の研究の中から、12-17 T領域における最適条件(各種熱処理条件や減面加工率)は20T以上の領域における最適化条件とは多少異なることや、12-17 T領域で高電流密度を得るには、より細かな熱処理条件のコントロールが重要であることが判明し、更なる高電流密度化を目指すに有益な知見が得られた。
安定化技術の開発においては、従来見捨てられていた銅めっき法に第3元素(Ni)の中間層を持ち込むことにより、強固な付着強度を有する銅安定化材をNb-Al線材表面に形成する方法を開発した。この方法によれば、付着強度のみでなく、従来の超伝導線材の安定化銅では得られたことがないような高い残留抵抗比(300-600)も得ることが出来ることが分かり、銅安定化材も含めた線材全体の平均電流密度向上に非常に役立つものであることが判明した。

研究成果

• [雑誌論文] Nb3Al Wire Development for Future Accelerator Magnets (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Tsuchiya
  • 雑誌名: IEEE Trans.Appl.Superconductivity
• [雑誌論文] Internally Cu-stabilized RHQT Nb3Al Superconductors with Ta matrix (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Takeuchi
  • 雑誌名: IEEE Trans.Appl.Superconductivity
• [雑誌論文] Fabrication of Cu stabilizer into long-length RHQT-processed Nb3Al round wire (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Kikuchi
  • 雑誌名: IEEE Trans.Appl.Superconductivity
• [産業財産権] 強固に付着した銅めっき安定化材を有するNb-Al系超伝導線材とその製法 (2005)
  • 発明者名: 土屋 清澄, 竹内 孝夫, 池田 篤美, 樋口 玉緒
  • 産業財産権番号: 特許願 特願2005-157303
  • 出願年月日: 2005-05-30