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高温超伝導線材の開発進展により、超伝導機器の飛躍的な高磁界化や冷却負荷低減の可能性が生まれ、従来の低温超伝導線材が支えてきた超伝導機器応用に大きなブレークスルーがもたらされようとしている。一方、高温超伝導線材における電流輸送特性は、低温超伝導線材とは大きく異なり、上記の恩恵を受けて広がった応用範囲を網羅できるような統一的な理解とモデル化が難しく、特に定量的な機器設計に重大な課題を抱えている。また、機器の製作に必要な数百メートル以上の長尺線材には顕著な空間不均一性が存在し、これが原因とみられる焼損が相次いでおり、その評価とモデル化も急務となっている。そこで本研究では、申請者らのグループで実績のある高温超伝導線材の電流輸送特性の評価技術と定量記述モデルをマルチスケールに拡張することにより、高温超伝導機器応用の重大なボトルネックとなっている長尺高温超伝導線材の統一的モデル化に挑戦する。
特に本年度は、4 K冷却時の5 T磁界印可環境下という、極低温中の高磁界印可環境下という究極の条件において、長尺の高温超伝導線材の臨界電流分布を世界で初めて取得することに成功した。このような条件は、これまでに構築したモデルの妥当性を検証する上で決定的となるばかりか、線材作製プロセスの最適化において不可欠なものとなる。また、通常の四端子法では取得できないような低電界領域の特性を取得するために適用してきた磁気的手法を、高電界領域の特性まで取得できるように拡張し、これによって非接触的な磁気的手法だけで、高温超伝導線材の体系的な電流輸送特性をマルチスケールに取得できるようになった。これらのデータは応用機器の設計に大きく力を発揮し、長尺でかつ磁界中の広い電界領域の特性把握が不可欠となるエネルギー貯蔵ケーブルの開発にも反映した。
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