Conclusion

The generation of high magnetic field using coated conductors and layer wound technique (without impregnation) was demonstrated. Coil current density could reach values of 490 A/mm2 without problem of current transfer between the copper leads and the coil. The highest field generated up to now is 20.1 T (18 T + 2.1 T) and the quench current at 15 T was 280 A (3.1 T). The construction of larger coils has been planned.

References

[1] Kiyoshi T et al., IEEE Trans. on Appl. Supercond., 10 p.472 (2000)

[2] Beckenbach M. et al. IEEE Trans. on Appl. Supercond., 15 p.1484 (2005)

[3] Uglietti D. to be published in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 19 (2009).

Fig.3 Magnetic field in the coil center and voltage drop as a function of the coil current for the coil 6X60.

Fig.2 Coil 6X60.

Table II Summary of the field generated by the small coils (inner diameter <18 mm). The quench current at 15 T for the 6X60 coil was 275 A.

HTS テープ線材の磁場遮蔽

Magnetic field shielding by HTS tape conductors 物質･材料研究機構 松本 真治，内田 公、木吉 司

MATSUMOTO Shinji, UCHIDA Akira, KIYOSHI Tsukasa National Institute for Materials Science

Abstract:

Magnetic field shielding is considered for practical uses of coils wound from superconducting tape conductors. Second generation high temperature superconductors (2G-HTS) with a highly oriented superconducting layer are expected to show large magnetic field shielding. Magnetic field shielding of YBCO 2G-HTS was measured at 4.2 K in the applied magnetic field by a 12-T conduction cooled superconducting magnet at the Tsukuba Magnet Laboratory. The magnetic field was measured using the hall sensor put between layered YBCO tape conductors. Tape conductors were insulated with Kapton^Ⓡ films. The layered tape conductors were cooled down to 4.2 K before applying magnetic fields. The magnetic field was applied up to 11 T and reduced to 0 T. The magnetic field was measured continuously in four cycles of the applied magnetic field. The direction of the applied magnetic field was perpendicular to the tape. Magnetic field shielding was measured by changing the number of tapes. For the case of fifteen tapes, the applied magnetic field almost never penetrated below 1.5 T, and the maximum magnetic field shielding of -1.58 T was measured in the applied magnetic field of 1.78 T. The magnetic field shielding of about -0.5 T was observed even in the applied magnetic field of 11 T.

Keywords: magnetic field shielding, second generation high temperature superconductor (2G-HTS) E-mail: [email protected]

1. はじめに

Y系テープ線材に代表される第２世代高温超伝導線

材（２G-HTS）によるコイル開発は、実用を目的とし

たものになりつつある。テープ線材を使ってコイルを 設計・製作する場合、線材による磁場遮蔽効果や線材 を貫く磁束の時間変化を考慮する必要性が指摘されて きた。これまでに、第１世代高温超伝導線材であるBi 系線材において、磁場遮蔽効果や線材を貫く磁束の時 間変化についての多くの報告がなされてきた。今後、

応用範囲が飛躍的にひろがると予想されるY系テープ 線材の場合、極めて高い配向性を持つ超伝導層が存在 するため、磁場遮蔽効果はより大きくなると考えられ ている。Y系HTSテープ線材を積層させ、磁場の遮蔽 効果について測定した。

2. 実験方法

磁場遮蔽効果の測定は、Fig. 1 に示すようにホール 素子（F.W.BELL-BHT921）の上下（外部磁場中心軸に 対し）を、同じ枚数を積層させたY系テープ線材で挟 み込み磁場（Bhall）を測定した。線材は、TABLE Iの 諸元のものを30mmの長さの短冊状にして積層させた。

本研究においては、テープ線材の枚数（N）は、片側 の積層枚数で表記する。外部磁場（B_ex）は、物質・材 料研究機構強磁場共用ステーションにおいて、冷凍機 冷却型超伝導マグネット（JASTEC-12T/100mm）を用 いてテープ線材の幅広面に垂直方向に印加した。テー プ線材は、実際のコイルを想定して、線材間をカプト ン^Ⓡフィルムで絶縁し積層した。

3. 実験結果と考察

１５枚積層した場合の、外部磁場1サイクル（0T→

11T→0T）での測定結果をFig. 2に示す。外部磁場を

印加しないでテープ線材を 4.2K まで冷却した初期状 態から、印加した外部磁場が約1.5 Tに到達するまで、

ホール素子の位置においてはテープ線材による磁場遮 Parameter Value

SuperPower / YBCO 2G-HTS Tape Conductor

Surround Copper Stabilizer (SCS) 12050

Width 12.0 mm

Thickness 0.091 mm

Ic (@1μV/cm) 259×(1±0.01) A

Fig.1 Magnetic field shielding was measured using a hall sensor put between layered HTS tape conductors.

Nis the number of layered HTS tape conductors.

HTS tape N

Bex 30 mm

hall sensor

Table I Properties of YBCO HTS tape conductor

蔽効果で磁場は侵入しなかった。ホール素子で測定し た磁場から外部磁場を差し引いたもの（ΔB）もFig. 2 に示す。11Tまで外部磁場を印加しても、約-0.5Tの磁 場遮蔽効果は残っており、その後外部磁場の減少に対 し、テープ線材が磁束を捕捉してゆく様子が測定でき た。遮蔽効果の最大値（Bs,max）は、-1.58 T（外部磁場：

1.78T）であった。また、1サイクル終了した時点にお

いては、テープ線材が磁束を捕捉した状態にあり、こ の実験結果は、HTSテープ線材を積層することでHTS バルク磁石と同じような磁石が製作できることを示唆 している。積層枚数を変化させて初期状態から、外部 磁場を連続して４サイクル変化させた場合の各サイク ルにおける磁場遮蔽効果の最大値をFig. 3に示す。

4. まとめ

Y系線材に代表される２G‐HTS線材による超伝導 コイル開発において影響が考えられる、線材による磁 場遮蔽効果について調べた。Y系HTSテープ線材を用 いた実験結果からは、磁場遮蔽効果は10Tを超える磁 場中においても残っていることがわかった。また、外 部磁場を一定に保持した場合、ホール素子で測定して いる磁場 が時 間変化す るこ ともわか り、 実際に２

G-HTS線材でコイルを設計・製作する場合、どのよう

に影響するかについて更に検討する必要がある。

Fig.2 Magnetic field shielding by YBCO tape conductors for N=15.

0 4 8 12

0 4 8 12

−2.5 0 2.5

B_ex [ T ]

Bhall [ T ] B = Bhall− Bex [ T ]

B_hall

B N=15

1 2 3 4

−2

−1 0

Repetition Number Bs,max [ T ]

1 tape 5 tapes 15 tapes

Fig.3 Maximum values of magnetic field shielding depending on the number of layered YBCO tape conductors.

押し出しを利用した Cu 安定化 V-Ti 合金線材の超伝導特性

Trial manufacture of RHQT Nb3Al cable-in-conduit conductor 物質・材料研究機構 竹内孝夫，瀧川博幸，伴野信哉

Takao Takeuchi, Hiroyuki Takigawa and Nobuya Banno National Institute for Materials Science

徳島大学 中川正規，井上 廉 Masami Nakagawa and Kiyoshi Inoue

Tokushima University Abstract:

We have succeeded in making a superconducting V–Ti alloy multifilament wire using the diffusion reaction between constituent pure-metal subelements, which can omit the melt-and-casting step and may reduce the fabrication cost. A single-stacked billet prepared by restacking hexagonal Ti/V composites in a Cu/V tube and a double-stacked billet by restacking such Cu/V/Ti/V composites in a Cu tube were hydrostatically extruded and drawn down to wires. Three kinds of heat treatment were investigated; (1) an alloying heat treatment (HTalloy) which is carried out at the final size (‘fs-HTalloy’), (2) HTalloy is followed by cold-working (W) down to the final size (‘HTalloy +W’), and (3) an intermediate precipitation heat treatment (HTprec) is carried out during the W stage coming after the HTalloy stage (‘HTalloy +W+ HTprec + W’).

The ‘HTalloy +W+ HTprec + W’ treatment was found to be most effective in enhancing the critical current densities, despite the HTprec treatment having slightly degraded the critical magnetic field.

Keywords: hydrostatic extrusion, Cu stabilizer, alloying heat treatment, precipitation, deforamtion E-mail: [email protected]

1. はじめに

将来の実用段階の核融合炉を考えると、Nbと比べて 半減期が遙かに短い低放射化核種のVを構成元素とす

るV-Ti合金はNb-Ti合金の代替え合金材料となる可能

性を有する。最近、溶解鋳造工程を省略して、VとTi の複合多芯線から直接拡散反応により V-Ti 合金多芯 線を製造する方法を提案したが、試作したV-Ti合金多 芯線を最終線径で合金化熱処理する限り、大きな輸送 電流特性を得ることができなかった。また、従来、合 金化のための拡散の熱処理後に加工と Ti の析出熱処 理を行って輸送電流特性の改善を試みてきたが、必ず しも期待していた成果が十分に得られてこなかった。

多元合金系への展開も含めて合金組成の自由度を確保 するために純V線と純Ti線を混合させていたが、そ の際の配置の仕方がどうしても不均一（Fig.1）になり、

その結果、拡散反応によってできるV-Ti合金の組成が 不均質となったことがその一因であると考えられる。

H19年度、Ti/V単芯六角ロッドを出発材料に選び、こ れを多数本束ねて Cu/V 2 重管に挿入後静水圧押し出 しし、伸線加工してシングル（１次スタック）線を作 製し、このシングル線について拡散熱処理を施しその 超伝導特性を報告した。H20 年度は、六角成形した

Cu/V/Ti/Vシングル線を多数本束ねてCu管に挿入、静

水圧押し出し、伸線加工を実施してマルチ（２次スタ ック）線を試作したので、その拡散組織と超伝導特性 を報告する。

2. 実験方法

対辺長が1.2 mmの六角Cu/V/Ti/Vシングル線を１２ １本束ねて20/14.9 mmφのCu管に挿入して静水圧押 し出ししたのち線径が 3.98mmφ まで伸線加工を施し

た。Fig. 1 に光学顕微鏡で撮影した断面組織を示す。

Ti/V要素のサイズが約10μmである。このサイズで合 金化熱処理を施した。熱処理時間を決定するために事 前に切り出した短尺線について850℃で15分、1時間 および 5 時間の拡散熱処理とその断面観察を行った

（Fig.2）。この予備検討結果から、Ti/V 要素が一様に 合金化する 850℃-5h を合金化のための熱処理条件に 採用した。3.98mmφで合金化熱処理(HT_alloy)した後、伸 線加工(W1)した。一部の試料については、2.15mmφま

たは1.0mmφまで伸線したところで400℃-24hの析出

熱処理(HTprec)を施し、その後最終線径まで伸線加工 (W₂)した。

Fig.1 Cross-section of a 121-filament Cu/V/Ti/V composite unreacted, 3.98 mm in diameter: (a) overall, (b) a magnified filament which consists of 139 Ti/V elements.

3. 結果

Fig.3 に銅を除いた断面積で臨界電流値を除して求

めたnon-Cu J_cの磁化依存性を示す。合金化熱処理を施

した後伸線加工しただけの場合（HTalloy+W1+W2）と比 べて、伸線加工の途中でTiの析出熱処理を施した場合

（HTalloy+W1+HTprec+W2）の方が、臨界電流密度が大幅

に改善している。これらの傾向は、H19年度に実施し た単芯線の結果と一致する。また、Fig.4に溶解鋳造し たV-Ti合金と拡散法により作製した３種類のV-Ti合 金線（出発材料がV線およびTi線の要素線スタック 線材、Cu/V/(Ti/V)単芯線、Cu/V/(Ti/V)多芯線のV-Ti合 金フィラメントあたりの臨界電流密度特性を比較した。

いずれも HT_alloy+W₁+HT_prec+W₂処理を施して、それぞ

れ、これまでに得られた最高の臨界電流密度特性をプ ロットしている。溶解鋳造して作製したV-Ti合金は、

4T 以上の高磁界で臨界電流密度が高くなるのに対し て、拡散法で作製したV-Ti合金は、いずれも低磁界で のJcが高くなるのが特徴である。要素線スタック法と 比べて均一な Ti/V拡散対構造の Cu/V/(Ti/V)単芯線、

Cu/V/(Ti/V)多芯線のJcは若干であるが高い。

Fig. 3において最終線径が揃っていないのは、0.5mm

まで伸線する予定であったにも拘わらず断線が生じた ためである。断面観察すると、各フィラメント径が一 様でなくソーセージングが発生していることが確認さ れた。これは850℃の合金化熱処理でもCuの軟化が依 然著しいことを示唆する。

合金化熱処理後 0.82mmφまで伸線加工したままの

試料と 1.0mmφでの析出熱処理をはさんで0.66mmφ

まで伸線加工した試料について、電気抵抗率の温度依 存性をFig. 5に示す。

本研究は、原子力委員会の評価に基づき、文部科学 省原子力試験研究費により実施されたものである。

Fig.2 Fig.2 Cross-sections of diffusion reacted Cu/V/Ti/V composites at 850℃ for (a) 15 min, (b) 1 h and (c) 5 h.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Non-Cu Jc (A/mm2)

B (T)

No3(3.98mmφ-850℃5h／1.0mmφ-400℃24h）　1.0mmφ No3(3.98mmφ-850℃5h／1.0mmφ-400℃24h）　0.66mmφ No3(3.98mmφ-850℃5h／1.0mmφ-400℃24h）　0.66mmφ No1(3.98mmφ-850℃5h）　1.0mmφ

No1(3.98mmφ-850℃5h）　0.82mmφ

No2(3.98mmφ-850℃5h／2.15mmφ-400℃24h）　1.0mmφ No2(3.98mmφ-850℃5h／2.15mmφ-400℃24h）　0.82mmφ No2(3.98mmφ-850℃5h／2.15mmφ-400℃24h）　0.55mmφ No2(3.98mmφ-850℃5h／2.15mmφ-400℃24h）　0.55mmφ

HT_alloy+W₁+W₂

HT_alloy+W₁+HT_prec+W₂ HT_alloy+W₁+HT_prec+W₂

400^oC24h 1.0mm

2.15mm

850^oC5h 3.98mm

Fig.3 non-Cu Jc-B curves of multifilamentary Cu/V/(V-Ti) alloies.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 500 1000 1500 2000

Jc of V-Ti Alloy Filament (A/mm2)

Magnetic Field, B (T) Melt&Cast

ElementalWire900C100h Single900C24h Single700C0.25h Multi850C5h

(HT_alloy or HTsollution treat)+W₁+HT_prec+W₂

Elemental wire bundle

Fig.4 Comparison of critical current densities of V-Ti alloy filaments between melt-&-cast alloy and three kinds of diffusion processed V-Ti alloy (Elemental wire stacked composite, Cu/V/(Ti/V) single stacked composite, and Cu/V/(Ti/V) multi stacked composite).

0 50 100 150 200 250 300

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Resistivity (10-8m)

Temperature (K) No1 V-Tiマルチ3.98φ850C5h 0.82φ

No3 V-Tiマルチ3.98φ850C5h 1.0φ400C24h 0.66φ RRR :37

RRR:49

Fig.5 Typical temperature dependence of resistivity for diffusion processed multifilamentary Cu/V/(V-Ti) alloies.