広報活動

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2013年8月12日

独立行政法人理化学研究所
国立大学法人千葉大学

絶縁部分が4μmの次世代高温超伝導ワイヤを開発

-超伝導機器の小型化、高磁場化、低コスト化の実現に向けた一歩-

レアアース系の次世代高温超伝導ワイヤ

レアアース系の次世代高温超伝導ワイヤ

極低温下で物質の電気抵抗がゼロとなり、電流が流れ続ける現象を「超伝導」といいます。超伝導状態を作り出すには、冷却のために高価で希少な液体ヘリウムなどを使用しなければならず、より安価な液体窒素や冷凍機などによる冷却でも代替できる「高温超伝導」の実用化が期待されています。高温といっても液体窒素温度(-195.8℃)よりやや高い温度を指すことが多く、極低温には変わりはありませんが、約80℃の差は装置コストや冷却コストの面で大きな違いをもたらします。

超伝導の性質を持つ線材「超伝導ワイヤ」で作られる超伝導コイルは、強い磁場を発生する電磁石として核磁気共鳴分光装置(NMR)、磁気共鳴画像装置(MRI)、超伝導リニアモーターなどに応用されています。近年、高温超伝導コイル向けに、レアアース系の材料を使って高い電流密度と強靭性を持たせた「次世代高温超伝導ワイヤ」が注目されています。このワイヤは幅が4~5mm、厚さが100~150μmの薄いテープ状です。超伝導コイルの巻線に利用するためにはワイヤへの絶縁が必要となりますが、これまでの絶縁法では絶縁部分がワイヤ部分と同じくらい(約100μm)の厚さになってしまいます。これが、コイルが大型化する原因でした。

理研と千葉大学の共同研究グループは、ポリイミド電着法という新しい手法を用いて、ワイヤの表面に極薄のポリイミド絶縁被膜を形成し、次世代高温超伝導ワイヤの絶縁部の厚さを従来の10分の1の4μmにまで薄くすることに成功しました。数kmの長さでも対応可能で、ポリマーテープを巻きつけるこれまでの方法に比べ、テープの切れや偏りの心配がなく簡単に超伝導コイルが製作できます。開発したワイヤの断面積に占める絶縁部分の比率は10%以下で、これまでのワイヤの50%以上に比べ格段に小さくなりました。その結果、超伝導コイルの電流密度を2倍以上に大きく、体積を5分の1以下に小型化できます。

今回の成果は、高温超伝導コイル開発のための基盤となる技術です。超伝導磁石の小型・軽量化など高温超伝導機器のコンパクト化に役立つと期待されます。

理化学研究所
ライフサイエンス技術基盤研究センター 構造・合成生物学部門 NMR施設
施設長 前田 秀明 (まえだ ひであき)
基礎科学特別研究員 柳澤 吉紀 (やなぎさわ よしのり)