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開發800m級高性能釔系超導電線
2011 年02 月12 日
株式會社藤倉(社長 長浜洋一)成功地開發800m級的具有高度超導電特性的釔系氧化物超導電線(注1)。
 
釔系超導電線因每單位截面的臨界電流密度(Jc:注2)大,可得到能通過最大電流的超導電線。另外,還具有在液體氮溫度時,磁場中的臨界電流(Ic:注2)大的特點,故而所有的超導電設備都可用廉價的液體氮進行冷卻,其應用范圍將會更為廣泛。
 
在制造釔系超導電線材時,需要對結晶進行高度排列,同時需要對亞微米的結晶進行長距離的控制,因而制造長距離線材非常困難。自2004年本公司成功地研制了世界首例100m長線材后,繼續進行努力開發,于2008年2月實現了實用領域的300A, 500m長的線材制造,要想實現更廣范圍的使用,必須開發1000m級的線材。
 
這次,開發的816.4m長超導電線,其臨界電流(Ic:注2)的特性為572A。臨界電流(Ic:注2)和長度(L)的積Ic・L值。超導電線材的首冠于2009年8月被美國SuperPower公司發表的300,330Am剝奪。而在2010年10月本公司開發了615m長,609A的超導電線達到了374,535Am的世界記錄,奪回了首冠,這次的Ic・L值為466,981Am再次更新了世界記錄。
 
本次開發是對藤倉已開發的IBAD中間層(注3)以及PLD超導電層(注4)進行改良,設法在全長中得到均勻的特性。特別是對形成超導電層的PLD(激光鍍氣法)程序(注4)進行了改良,開發了新的 “熱壁式加熱方法”,成功地實現了穩定管理超導電膜成長面的溫度,管理技術得到了飛躍性的發展。從而實現了保持整個長度高特性線材的高成品率制造。其結果如圖2所示,在10月份成功地制造了615m x 609A和100m x 706A的超導電線,這次又成功地制造了816.4mx572A的超導電線。
 
今后還要為實現更長尺寸化、高性能化和低成本化而努力,以2012年為目標實現1,000,000Am 的Ic・L值,同時為更進一步地促進以電力設備為主的各種超導電設備的實用化,積極推動1000m級Y系超導電線的供應。
 
本次成果是在獨立行政法人 新能源•產業技術綜合開發機構(NEDO:注5)委托實施的“釔系超導電電力設備技術開發”項目成功的基礎上而實施的,同時也有助于獨立行政法人 新能源•產業技術綜合開發機構(NEDO:注5)委托研究開發的“替代稀有金屬的材料開發項目(釔系復合材料的開發)”的研究開發。


(腳注)
注1)釔系超導電線材 
釔系超導電線材是將Y:Ba:Cu的比率,按1:2:3為基礎而生成的超導電氧化物,其特征是在液體氮溫度(77K:負196℃)時,在磁場中的臨界電流密度(Jc:注2)大,利用其在磁場中的高特性,期待在馬達、MRI等磁體中的應用。另外線材制造成本還有待降低,正探討在電力電纜方面的應用。
迄今已發現了很多能在液體氮溫度時成為超導電體的氧化物超導電材料,并被研究,現在作為實用材料的是鉍系材料和釔系材料這二種。鉍系材料通過現有的壓延、熱處理等加工方法,比較容易得到結晶排向,同時也實現了km水平的線材。但臨界電流密度(Jc:注2)始終停留在數萬A/cm2水平,作為實用性超導電線材還希望能得到更高數位級的特性。特別是在液體氮溫度領域時,磁場中的臨界電流(Ic:注2)降低幅度大,在磁場中如果使用鉍系線材就必須實現20K(負253℃)以下的冷卻。
注2)臨界電流、臨界電流密度 
在超導電狀態中流過的最大電流值稱為臨界電流(Ic),電流值依賴于溫度和磁場而存在。臨界電流(Ic)除以超導電體截面積的商為臨界電流密度(Jc)。
注3)離子束助鍍氣法:IBAD法   
這是制造釔系線材的關鍵技術,是高度控制影響超導電特性的結晶在金屬帶上的排向性的方法,適合制造金屬帶和超導電體之間的中間層。藤倉擁有日、美、歐的基本專利,高特性的Y系線材大多使用該IBAD法進行制造。
注4)激光鍍氣法:PLD法 
是制造釔系超導電層的方法,使用準分子激光,將紫光線脈沖光聚光在真空中的超導電體上,對超導電膜進行蒸著的方法。這次,新開發了將使超導電薄膜成長的整個領域像電爐那樣,隔熱地圍起來的“熱壁式”方式,成功地實現了極其穩定的成膜條件,從而開發了創世界記錄的線材。
注5)NEDO:獨立行政法人 新能源・產業技術綜合開發機構  
理事長 村田 成二 神奈川縣川崎市幸區大宮町1310番
800m長釔系氧化超導電線
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