超電導膜の臨界電流密度測定方法及び装置
【課題】臨界電流密度ＪＣと膜厚ｄ の積ＪＣ×ｄ が大きい長尺超電導厚膜テープ線材や大面積超電導膜の微小領域における臨界電流密度をＪＣを非破壊に測定すること。
【解決手段】高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２と検出コイル５の軸が共通なるように並べるとともに前記両コイル間に超電導膜３を挟み、励磁コイル２に交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を超電導膜３に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、超電導膜３の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに超電導膜３を貫通する交流磁界を、検出コイル５により電圧信号として計測し、検出コイル５に電圧が発生し始めるときの励磁コイル２の電流値から臨界電流密度を測定する。
【解決手段】高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２と検出コイル５の軸が共通なるように並べるとともに前記両コイル間に超電導膜３を挟み、励磁コイル２に交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を超電導膜３に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、超電導膜３の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに超電導膜３を貫通する交流磁界を、検出コイル５により電圧信号として計測し、検出コイル５に電圧が発生し始めるときの励磁コイル２の電流値から臨界電流密度を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大面積超電導膜や長尺超電導テープ線材等の超電導膜における局所的な臨界電流密度を非破壊的に測定する測定方法及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有限なエネルギー資源を有効に利用するために、省エネ性、環境性といった観点で対処することが重要になっている。例えば、世界の電力利用において配電線における抵抗によるジュール発熱は、箇々の電力会社では無視できる損失であっても、世界全体で見れば膨大な電力が日々、失われていることになる。超電導現象の最大の魅力は、ほぼ無損失で大電流を送電できる点にあり、電力・産業機器等の高エネルギー効率化、低損失化、コンパクト化等を実現する上で極めて重要である。
【０００３】
近年、研究開発段階であるが、ＰＬＤ法（パルス・レーザー蒸着法）やＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩塗布熱分解法）等の成膜法により、高い臨界電流密度ＪＣ（＝１×１０１０〜３×１０１０Ａ／ｍ２）を有する希土類系高温超電導大面積膜や数百メートル級の長尺テープ線材が製作されるようになった。
【０００４】
希土類高温超電導薄膜導体は、液化窒素温度の−１９６℃で実用化し得る超電導特性を示す材料であり、高温超電導送電ケーブルや超電導限流器、超電導マグネット、超電導軸受け、超電導電動機など、電力・産業機器への応用が期待されている。
【０００５】
これらの電力・産業機器へ超電導体を応用する際の性能を決める重要な超電導特性として、高温超電導膜の臨界電流密度ＪＣがある。臨界電流密度ＪＣは、超電導体に無損失に直流通電できる電流密度の最大値であり、超電導体の輸送電流の上限値を決定する上で重要である。
【０００６】
下記非特許文献１〜３及び下記特許文献１〜２には、超電導テープ線材や大面積薄膜の超電導膜において、製造工程におけるプロセス測定法として使える臨界電流密度ＪＣの非破壊かつ非接触な測定方法及び測定装置が提案されている。
【０００７】
また、下記非特許文献１には、非破壊に超電導膜の臨界電流密度ＪＣを測定する方法の１つとして、第３高調波誘導電圧測定法が提案されている。この方法は、超電導膜上に配置した小コイルに交流電流を流して交流磁界を印加し、交流電流を徐々に増加させて、超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流密度ＪＣに達して非線形な電圧応答を生じた時に励磁コイル両端に発生する第３高調波電圧を検出し、第３高調波電圧が発生し始める時の励磁コイル電流の値（閾値）Ｉｔｈが、臨界電流密度ＪＣと膜厚ｄの積、並びに、超電導膜表面に印加される磁界の強度２Ｈ０の両者に比例することから、膜厚ｄと磁界解析による表面磁界強度２Ｈ０とが既知であれば臨界電流密度ＪＣを求めることができる。
【０００８】
また、下記非特許文献２及び下記特許文献１には、同様に非破壊で臨界電流密度ＪＣを測定する方法として、励磁コイルに対向して検出コイルを軸が共通になるように並べ、その間に超電導膜を配置して挟み込み、励磁コイルから交流磁界を印加し、この交流磁界が超電導遮蔽電流の完全磁気シールドを破り超電導膜を貫通するときの検出コイルによる磁界を検出し、このときの励磁コイル電流の値（閾値）Ｉｔｈより、第３高調波電圧誘導法におけるＪＣの決定法と同様に膜厚ｄと磁界解析による表面磁界強度２Ｈ０を用いて臨界電流密度ＪＣを求めることができる。
【０００９】
また、下記特許文献２には、膜の上下に１対の励磁コイルと検出コイルとを配置し、検出コイルに誘導される起電力を自動キャンセルするための打ち消しコイルを用いた改良型プローブにより、測定感度を飛躍的に高める方法も提案されている。
【非特許文献１】Ｊ．Ｈ．Ｃｌａａｓｓｅｎ， Ｍ．Ｅ．Ｒｅｅｖｅｓ ａｎｄ Ｒ．Ｊ．Ｓｏｕｌｅｎ，Ｊｒ．，“Ａ ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｆｉｌｍｓ”，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ． ６２， ９９６ （１９９１）
【非特許文献２】Ｈ．Ｈｏｃｈｍｕｔｈ ａｎｄ Ｍ．Ｌｏｒｅｎｚ，“Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌａｔｅｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ”，Ｐｈｙｓｉｃａ Ｃ ２２０，２０９ （１９９４）
【非特許文献３】Ｈ．Ｙａｍａｓａｋｉ，Ｙ．Ｍａｗａｔａｒｉ，Ｙ．Ｎａｋａｇａｗａ，“Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｖｏｌｔａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｏｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ“，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８２， ３２７５ （２００３）
【非特許文献４】Ｃ．Ｐ．Ｂｅａｎ，“Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｒｄ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ”，ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８， ２５０ （１９６２）
【特許文献１】特開平４−１１５１５５号公報
【特許文献２】特開平７−１９８７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記非特許文献１に示すように、従来の第３高調波誘導電圧測定法では、ＪＣ×ｄが大きな超電導膜では超電導磁気遮蔽が強くなるため、超電導遮蔽電流の限界に達するためにはより強い磁界の印加が必要となり、これを満足しようとすると、空心励磁コイルにより大きなコイル電流を通電する必要があり、ジュール発熱が起こり、試料の温度上昇が無視できなくなるという問題がある。ここで、空芯コイルを用いる理由は、高透磁率コアを使用するとコア材の磁化ヒステリシス特性による波形歪みにより高調波電圧が発生し、超電導膜からの非線形応答による第３高調波電圧測定が困難になるためである。
【００１１】
また、上記非特許文献２及び特許文献１〜２に示すように、励磁コイルと検出コイルにより超電導膜を挟んで超電導磁気遮蔽の崩れるときの励磁コイルの電流値（閾値）から臨界電流密度ＪＣを求める相互誘導測定手法においても、空心励磁コイルのジュール発熱により試料が温度上昇する問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、臨界電流密度ＪＣと膜厚ｄ の積ＪＣ×ｄが大きい長尺超電導テープ線材や大面積超電導膜における微小領域の臨界電流密度ＪＣを小さいコイル負荷電流で非破壊的に測定することを可能にした超電導膜の臨界電流密度の測定方法及び測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明では、上述の課題を解決するために以下の手段を用いた。
第１の手段は、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと検出コイルの軸が共通なるように並べるとともに前記両コイル間に超電導膜を挟み、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定方法である。
第２の手段は、第１の手段において、上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定方法である。
第３の手段は、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと、該励磁コイルと軸が共通になるように並べられた検出コイルと、上記励磁コイルと上記検出コイルとの間に配置された超電導膜とからなり、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定装置である。
第４の手段は、第３の手段において、上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルを使用した相互誘導による臨界電流密度の測定方法又は測定装置において、臨界電流密度ＪＣと膜厚ｄの積ＪＣ×ｄの大きな超電導テープ線材や大面積膜の微小領域におけるＪＣを非破壊に測定することができる。
また、本願発明によれば、長尺の超電導テープ線材や大面積膜の超電導膜に対してコイルを走査、又は超電導膜を移動させて測定することにより、微小領域の臨界電流密度ＪＣを製造ラインにおいて測定することが可能となり、同時に検査における空間分解能が向上することによりクラックや損傷部などの小さな臨界電流密度ＪＣ低下部位をより確実に検知ですることができる。
さらに、本願発明によれば、低い励磁コイル電流値Ｉｉｎであっても、臨界電流密度ＪＣの測定に十分な局所集中磁界を発生することができ、励磁コイルのジュール発熱Ｒ×Ｉｉｎ２による被測定対象の温度上昇を抑えることができ、適性な測定温度環境を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上記非特許文献４に示すように臨界状態モデルにおいては、上記非特許文献３に示すように励磁コイルの作る磁界が超電導膜の厚さｄ程度まで侵入した閾状態では、膜表面に印加される平行磁界成分ＨＸｃｏｓ２πｆｔ の最大値振幅２Ｈ０とＪＣには、ＪＣ×ｄ＝２Ｈ０の近似式が成り立つ。なお、ここでＨ０を２倍しているのは、超電導膜が磁界を反射しているためで超電導膜が存在しないときの磁界はＨ０となる。また、検出コイルに電圧が発生し始めるときの励磁コイル電流（閾値）ＩｔｈはＪＣ×ｄに比例し、比例定数をｋとするとＪＣ×ｄ＝２Ｈ０＝ｋ・Ｉｔｈの関係式が成り立つ。
これより、膜厚ｄと磁界の最大値２Ｈ０が既知であれば、閾値電流値Ｉｔｈから微小領域の臨界電流密度ＪＣを測定することができる。臨界電流密度ＪＣを励磁コイルに対して小さい負荷電流Ｉｉｎで測定ができるので、励磁コイルの発熱量Ｒ×Ｉｉｎ２を小さくすることができる。
【００１６】
上述の関係式における膜表面の最大磁界２Ｈ０は、有限要素磁界解析法等を用いて、コイルの巻き方や形状、配置、閾状態におけるコイル電流値から容易に解析的に求めることができる。
【００１７】
なお、高透磁率コアを用いる場合には、軟磁性コアであっても磁化ヒステリシスがあるため、解析に際しては注意を要する。また、高透磁率コアとしては飽和磁束密度が高いものがよく、飽和磁束密度以下で使用する場合は注意を要する。
【００１８】
励磁コイルと検出コイルを対で用いる相互誘導測定では、測定の再現性の面から両コイルの軸合わせが重要であり、臨界電流密度ＪＣ測定前に軸合わせのためのキャリブレーションとして、超電導膜が常電導状態のときに両コイルで挟み、励磁コイルから一定振幅の交流磁界を印加しながら検出コイルを微動させ、検出コイルに最大の電圧が誘導される位置で最終的に合わせる手法が好適である。この軸合わせのキャリブレーション法は、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルを用いたときにも同様に好適である。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明に係る超電導膜の臨界電流密度を測定する電流密度測定装置の基本構成を示す図である。
同図に示すように、この電流密度測定装置は、高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２と磁界検出用空芯コイル５とからなる相互誘導臨界電流密度測定センサーから構成され、高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２を、超電導膜３の上に磁界が有効に加わる高さに配置し、励磁コイル２と軸が同じになるように空芯の検出コイル５を超電導膜３裏の基板４直下に配置する。
なお、励磁コイル２の高透磁率極細線コア１としては、硬化熱処理を施した軟磁性高透磁率極細線コアを使用して強い磁界を集中的に発生させるとよい。
【００２０】
また、好適には、高透磁率極細線コア１は励磁コイル２の巻端部からできるだけ突き出さないようにする。さらに、高透磁率極細線コア１の先端部と超電導膜３との距離はレーザー変位計等で制御しながら、できるだけ一定かつ短くするのがよい。
【００２１】
また、好適には、励磁コイルのコアとしては、硬化熱処理処理を施した軟磁性高透磁率極細線を使用して強い磁界を集中的に印加し、検出コイルとして超電導膜を貫通する磁界をより広範囲に捕捉して検出することができる内径の大きな空心コイルを用いて、微小領域の臨界電流密度ＪＣを測定してもよい。
【００２２】
上記励磁コイル２に電流 Ｉｉｎ ｃｏｓ２πｆｔを振幅スイープしながら入力して、検出コイル５に発生する相互誘導電圧Ｖｏｕｔ ｃｏｓ２πｆｔの振幅Ｖｏｕｔを測定する。
【００２３】
図２は、本発明と対比するために、空芯励磁コイルを用いた場合における超電導膜直上の０．００１ｍｍに発生する磁界の膜面に平行な強度 ＨＸ の径方向分布の有限要素磁界解析結果である。解析では励磁コイルの寸法は、外形５ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ１ｍｍであり、励磁周波数ｆは１ｋＨｚ、コイルへの電流密度は１×１０７Ａ／ｍ２である。
【００２４】
図２に示すように、空芯励磁コイルを用いた場合の解析結果によれば、超電導膜表面の平行磁界強度ＨＸは、コイル巻の外巻付近の２．３ｍｍで最大となり、５．５×１０３Ａ／ｍ と計算された。
【００２５】
図３は、本発明に係る臨界電流密度測定装置における、超電導膜直上の０．００１ｍｍに発生する平行な磁界強度ＨＸの径方向分布についての有限要素磁界解析結果である。この磁界解析では、励磁コイル２の寸法は、外形５ｍｍ、高さ１ｍｍでありコアに直巻とし、高透磁率極細線コア１の直径ｄは０．１、０．２、０．４ｍｍで解析を行った。ここでは、高透磁率極細線コア１の有限要素解析に用いた材料は、鋼鉄材（比透磁率μｒ＝３０００）を用いた。また、励磁コイル２の巻端部からの高透磁率極細線コア１の突き出し長さｓ 、及び高透磁率極細線コア１と超電導膜３とのギャップ長ｇとは、高透磁率極細線コア１の直径ｄ に対して比率で ｓ：ｇ：ｄ ＝ ０．２５：０．５：１になるようにした。励磁周波数ｆは１ｋＨｚとし、コイル電流密度は１×１０７Ａ／ｍ２とし、空芯励磁コイルへの通電条件と同様に設定した。
【００２６】
図３に示すように、高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２を用いた解析結果として、超電導膜３表面における表面磁界強度ＨＸの最大値は、高透磁率極細線コア１の直径ｄ＝０．４ｍｍのときで１．６×１０４Ａ／ｍ、ｄ＝０．２ｍｍのときで１．９×１０４Ａ／ｍ、さらにｄ＝０．１ｍｍのときで３．０×１０４Ａ／ｍとなり、空芯励磁コイルの時と比べて、順番に２．８倍、３．５倍、５．５倍と計算され、高透磁率極細線コア１を極細化することにより格段に印加磁界強度を増大させることが明らかとなった。
【００２７】
また、図３から明らかなように、表面磁界強度ＨＸが最大となる半径は、コア半径ｄ／２＝０．２ｍｍの場合で０．２８ｍｍ、ｄ／２＝０．１ｍｍの場合で０．１４ｍｍ、ｄ／２＝０．０５ｍｍの場合で０．０６８ｍｍとなり、空芯励磁コイルの場合の半径ｄ／２＝２．３１ｍｍに比べて、順番に０．１２倍、０．０６１倍、０．０３倍となると計算され、高透磁率極細線コアの極細化により印加磁界の半径を飛躍的に小さくすることが明らかとなった。
【００２８】
図４は、本発明に係る電流密度測定装置の具体的構成を示す図である。高透磁率極細線コアを内装する励磁コイル９を励磁するために任意信号発信器６から周波数ｆの正弦波交流を出力し、増幅器７及びシャント抵抗８を介して通電する。励磁コイル９への入力電流値 Ｉｉｎ はシャント抵抗８の両端の電圧を電圧計１１にて測定し求める。励磁コイル９の両端の電圧 Ｖｉｎ は電圧計１２にて測定する。超電導膜を貫通する磁界を検出するためのコイル１０に誘導される電圧 Ｖｏｕｔ は、好適にはバンド・パス・フィルタ１３付きのロック・イン・アンプ１４に入力される。また、ロック・イン・アンプ１４に、任意信号発信器６から参照波を入力する。ロック・イン・アンプ１４、任意信号発信器６、及び電圧計１１と電圧計１２の出力は、好適には、パーソナルコンピュータ１５等でプログラム制御する。
【００２９】
任意信号発信器６からは、典型的には正弦波交流を掃引発信するが、コンピュータの処理速度が十分早ければ、誘導測定での基本正弦波（ｆＨｚ）を十分に低い周波数 ｆＡＭの３角波などで振幅変調し、１秒間にｆＡＭ 回測定することができる。
【００３０】
この振幅変調による測定法は、長尺の超電導テープ線材等における長手方向の臨界電流密度ＪＣ分布測定などで、高速な測定、又は検査ができる。
【００３１】
図５は、従来技術に係る第３高調波誘導電圧測定法により、空心コイルを用いて臨界電流密度ＪＣを測定する入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する第３高調波電圧Ｖ３／√２の特性、及び本発明に係る臨界電流密度測定装置により、高透磁率極細線コア内装励磁コイルによる相互誘導法を用いて測定したときの、１次側入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する２次側検出電圧Ｖｏｕｔ／√２の両特性を示す図である。
測定に使用した励磁コイルの周波数ｆ を１ｋＨｚとした。また測定に使用した超電導膜は、１５ｍｍ角、厚さｄ＝０．６μｍのＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙであり、測定温度は７７．３Ｋである。また、実施試験に用いたコイルは、第３高調波誘導電圧測定法では外径５ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ１ｍｍ、巻数３３０ターンの空芯コイルを用い、高透磁率極細線コア内装コイルの諸元は外径５ｍｍ、内径０．４ｍｍ、高さ１ｍｍ、巻数３８０ターンであり、直径０．４ｍｍの鋼鉄を高透磁率極細線コアとして用いた。図５のそれぞれの測定カーブにおいて Ｖ３／√２あるいはＶｏｕｔ／√２が０．１mＶ となるコイル電流値を閾電流値 Ｉｔｈ と定義した。また、ＪＣ×ｄ＝２Ｈ０＝ｋ・Ｉｔｈの関係式より、ＪＣを求めた。
【００３２】
図５の極細線コアを用いた結果から求めたコイル電流閾値 Ｉｔｈ は１４．０ｍＡであり、この閾電流値での膜表面の最大磁界振幅２Ｈ０は５１００Ａ／ｍと磁界解析から計算され、膜厚ｄ＝３００ｎｍより臨界電流密度ＪＣは１．７０×１０１０ Ａ／ｍ２となった。また、第３高調波電圧誘導法の結果から求めた Ｉｔｈ は５０．７ｍＡであり、この閾電流値での２Ｈ０は５２００Ａ／ｍと磁界解析から計算され、臨界電流密度ＪＣは１．７３×１０１０ Ａ／ｍ２となり、両手法から求めた臨界電流密度ＪＣは良い一致を示した。
【００３３】
ここで、両手法から求まるコイル電流閾値 Ｉｔｈを比較すると、極細線コアを用いた場合のＩｔｈは第３高調波電圧誘導法に対しておよそ１／３倍であり、極細線鉄心を用いることによりコイル電流値を約１／３倍に抑えながら超電導膜の臨界電流密度ＪＣを測定することができた。さらに、同じ大きさのコイル電流を極細線コア内装コイルに流せば、局所的に磁界の印加強度を約３倍に向上することができるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る超電導膜の臨界電流密度を測定する電流密度測定装置の基本構成を示す図である。
【図２】内径２ｍｍの空芯励磁コイルを用いた場合における超電導膜直上に発生する膜面に平行な磁界強度ＨＸの径方向分布を示す図である。
【図３】直径０．１〜０．４ｍｍの高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルを用いた場合における超電導膜直上に発生する膜面に平行な磁界強度ＨＸの径方向分布を示す図である。
【図４】本発明に係る電流密度測定装置の具体的構成を示す図である。
【図５】従来技術に係る第３高調波電圧誘導測定法を用いて測定した入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する第３高調波電圧Ｖ３／√２の特性、及び本発明に係る臨界電流密度測定方法による入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する２次側検出コイル電圧Ｖｏｕｔ／√２の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 高透磁率極細線コア
２ 励磁コイル
３ 超電導膜
４ 基板
５ 磁界検出用空芯コイル
６ 任意信号発信器
７ 増幅器
８ シャント抵抗
９ 励磁コイル
１０ コイル
１１ 電圧計
１２ 電圧計
１３ バンド・パス・フィルタ
１４ ロック・イン・アンプ
１５ パーソナルコンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大面積超電導膜や長尺超電導テープ線材等の超電導膜における局所的な臨界電流密度を非破壊的に測定する測定方法及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有限なエネルギー資源を有効に利用するために、省エネ性、環境性といった観点で対処することが重要になっている。例えば、世界の電力利用において配電線における抵抗によるジュール発熱は、箇々の電力会社では無視できる損失であっても、世界全体で見れば膨大な電力が日々、失われていることになる。超電導現象の最大の魅力は、ほぼ無損失で大電流を送電できる点にあり、電力・産業機器等の高エネルギー効率化、低損失化、コンパクト化等を実現する上で極めて重要である。
【０００３】
近年、研究開発段階であるが、ＰＬＤ法（パルス・レーザー蒸着法）やＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩塗布熱分解法）等の成膜法により、高い臨界電流密度ＪＣ（＝１×１０１０〜３×１０１０Ａ／ｍ２）を有する希土類系高温超電導大面積膜や数百メートル級の長尺テープ線材が製作されるようになった。
【０００４】
希土類高温超電導薄膜導体は、液化窒素温度の−１９６℃で実用化し得る超電導特性を示す材料であり、高温超電導送電ケーブルや超電導限流器、超電導マグネット、超電導軸受け、超電導電動機など、電力・産業機器への応用が期待されている。
【０００５】
これらの電力・産業機器へ超電導体を応用する際の性能を決める重要な超電導特性として、高温超電導膜の臨界電流密度ＪＣがある。臨界電流密度ＪＣは、超電導体に無損失に直流通電できる電流密度の最大値であり、超電導体の輸送電流の上限値を決定する上で重要である。
【０００６】
下記非特許文献１〜３及び下記特許文献１〜２には、超電導テープ線材や大面積薄膜の超電導膜において、製造工程におけるプロセス測定法として使える臨界電流密度ＪＣの非破壊かつ非接触な測定方法及び測定装置が提案されている。
【０００７】
また、下記非特許文献１には、非破壊に超電導膜の臨界電流密度ＪＣを測定する方法の１つとして、第３高調波誘導電圧測定法が提案されている。この方法は、超電導膜上に配置した小コイルに交流電流を流して交流磁界を印加し、交流電流を徐々に増加させて、超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流密度ＪＣに達して非線形な電圧応答を生じた時に励磁コイル両端に発生する第３高調波電圧を検出し、第３高調波電圧が発生し始める時の励磁コイル電流の値（閾値）Ｉｔｈが、臨界電流密度ＪＣと膜厚ｄの積、並びに、超電導膜表面に印加される磁界の強度２Ｈ０の両者に比例することから、膜厚ｄと磁界解析による表面磁界強度２Ｈ０とが既知であれば臨界電流密度ＪＣを求めることができる。
【０００８】
また、下記非特許文献２及び下記特許文献１には、同様に非破壊で臨界電流密度ＪＣを測定する方法として、励磁コイルに対向して検出コイルを軸が共通になるように並べ、その間に超電導膜を配置して挟み込み、励磁コイルから交流磁界を印加し、この交流磁界が超電導遮蔽電流の完全磁気シールドを破り超電導膜を貫通するときの検出コイルによる磁界を検出し、このときの励磁コイル電流の値（閾値）Ｉｔｈより、第３高調波電圧誘導法におけるＪＣの決定法と同様に膜厚ｄと磁界解析による表面磁界強度２Ｈ０を用いて臨界電流密度ＪＣを求めることができる。
【０００９】
また、下記特許文献２には、膜の上下に１対の励磁コイルと検出コイルとを配置し、検出コイルに誘導される起電力を自動キャンセルするための打ち消しコイルを用いた改良型プローブにより、測定感度を飛躍的に高める方法も提案されている。
【非特許文献１】Ｊ．Ｈ．Ｃｌａａｓｓｅｎ， Ｍ．Ｅ．Ｒｅｅｖｅｓ ａｎｄ Ｒ．Ｊ．Ｓｏｕｌｅｎ，Ｊｒ．，“Ａ ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｆｉｌｍｓ”，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ． ６２， ９９６ （１９９１）
【非特許文献２】Ｈ．Ｈｏｃｈｍｕｔｈ ａｎｄ Ｍ．Ｌｏｒｅｎｚ，“Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌａｔｅｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ”，Ｐｈｙｓｉｃａ Ｃ ２２０，２０９ （１９９４）
【非特許文献３】Ｈ．Ｙａｍａｓａｋｉ，Ｙ．Ｍａｗａｔａｒｉ，Ｙ．Ｎａｋａｇａｗａ，“Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｖｏｌｔａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｏｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ“，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８２， ３２７５ （２００３）
【非特許文献４】Ｃ．Ｐ．Ｂｅａｎ，“Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｒｄ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ”，ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８， ２５０ （１９６２）
【特許文献１】特開平４−１１５１５５号公報
【特許文献２】特開平７−１９８７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記非特許文献１に示すように、従来の第３高調波誘導電圧測定法では、ＪＣ×ｄが大きな超電導膜では超電導磁気遮蔽が強くなるため、超電導遮蔽電流の限界に達するためにはより強い磁界の印加が必要となり、これを満足しようとすると、空心励磁コイルにより大きなコイル電流を通電する必要があり、ジュール発熱が起こり、試料の温度上昇が無視できなくなるという問題がある。ここで、空芯コイルを用いる理由は、高透磁率コアを使用するとコア材の磁化ヒステリシス特性による波形歪みにより高調波電圧が発生し、超電導膜からの非線形応答による第３高調波電圧測定が困難になるためである。
【００１１】
また、上記非特許文献２及び特許文献１〜２に示すように、励磁コイルと検出コイルにより超電導膜を挟んで超電導磁気遮蔽の崩れるときの励磁コイルの電流値（閾値）から臨界電流密度ＪＣを求める相互誘導測定手法においても、空心励磁コイルのジュール発熱により試料が温度上昇する問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、臨界電流密度ＪＣと膜厚ｄ の積ＪＣ×ｄが大きい長尺超電導テープ線材や大面積超電導膜における微小領域の臨界電流密度ＪＣを小さいコイル負荷電流で非破壊的に測定することを可能にした超電導膜の臨界電流密度の測定方法及び測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明では、上述の課題を解決するために以下の手段を用いた。
第１の手段は、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと検出コイルの軸が共通なるように並べるとともに前記両コイル間に超電導膜を挟み、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定方法である。
第２の手段は、第１の手段において、上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定方法である。
第３の手段は、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと、該励磁コイルと軸が共通になるように並べられた検出コイルと、上記励磁コイルと上記検出コイルとの間に配置された超電導膜とからなり、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定装置である。
第４の手段は、第３の手段において、上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルを使用した相互誘導による臨界電流密度の測定方法又は測定装置において、臨界電流密度ＪＣと膜厚ｄの積ＪＣ×ｄの大きな超電導テープ線材や大面積膜の微小領域におけるＪＣを非破壊に測定することができる。
また、本願発明によれば、長尺の超電導テープ線材や大面積膜の超電導膜に対してコイルを走査、又は超電導膜を移動させて測定することにより、微小領域の臨界電流密度ＪＣを製造ラインにおいて測定することが可能となり、同時に検査における空間分解能が向上することによりクラックや損傷部などの小さな臨界電流密度ＪＣ低下部位をより確実に検知ですることができる。
さらに、本願発明によれば、低い励磁コイル電流値Ｉｉｎであっても、臨界電流密度ＪＣの測定に十分な局所集中磁界を発生することができ、励磁コイルのジュール発熱Ｒ×Ｉｉｎ２による被測定対象の温度上昇を抑えることができ、適性な測定温度環境を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上記非特許文献４に示すように臨界状態モデルにおいては、上記非特許文献３に示すように励磁コイルの作る磁界が超電導膜の厚さｄ程度まで侵入した閾状態では、膜表面に印加される平行磁界成分ＨＸｃｏｓ２πｆｔ の最大値振幅２Ｈ０とＪＣには、ＪＣ×ｄ＝２Ｈ０の近似式が成り立つ。なお、ここでＨ０を２倍しているのは、超電導膜が磁界を反射しているためで超電導膜が存在しないときの磁界はＨ０となる。また、検出コイルに電圧が発生し始めるときの励磁コイル電流（閾値）ＩｔｈはＪＣ×ｄに比例し、比例定数をｋとするとＪＣ×ｄ＝２Ｈ０＝ｋ・Ｉｔｈの関係式が成り立つ。
これより、膜厚ｄと磁界の最大値２Ｈ０が既知であれば、閾値電流値Ｉｔｈから微小領域の臨界電流密度ＪＣを測定することができる。臨界電流密度ＪＣを励磁コイルに対して小さい負荷電流Ｉｉｎで測定ができるので、励磁コイルの発熱量Ｒ×Ｉｉｎ２を小さくすることができる。
【００１６】
上述の関係式における膜表面の最大磁界２Ｈ０は、有限要素磁界解析法等を用いて、コイルの巻き方や形状、配置、閾状態におけるコイル電流値から容易に解析的に求めることができる。
【００１７】
なお、高透磁率コアを用いる場合には、軟磁性コアであっても磁化ヒステリシスがあるため、解析に際しては注意を要する。また、高透磁率コアとしては飽和磁束密度が高いものがよく、飽和磁束密度以下で使用する場合は注意を要する。
【００１８】
励磁コイルと検出コイルを対で用いる相互誘導測定では、測定の再現性の面から両コイルの軸合わせが重要であり、臨界電流密度ＪＣ測定前に軸合わせのためのキャリブレーションとして、超電導膜が常電導状態のときに両コイルで挟み、励磁コイルから一定振幅の交流磁界を印加しながら検出コイルを微動させ、検出コイルに最大の電圧が誘導される位置で最終的に合わせる手法が好適である。この軸合わせのキャリブレーション法は、高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルを用いたときにも同様に好適である。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明に係る超電導膜の臨界電流密度を測定する電流密度測定装置の基本構成を示す図である。
同図に示すように、この電流密度測定装置は、高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２と磁界検出用空芯コイル５とからなる相互誘導臨界電流密度測定センサーから構成され、高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２を、超電導膜３の上に磁界が有効に加わる高さに配置し、励磁コイル２と軸が同じになるように空芯の検出コイル５を超電導膜３裏の基板４直下に配置する。
なお、励磁コイル２の高透磁率極細線コア１としては、硬化熱処理を施した軟磁性高透磁率極細線コアを使用して強い磁界を集中的に発生させるとよい。
【００２０】
また、好適には、高透磁率極細線コア１は励磁コイル２の巻端部からできるだけ突き出さないようにする。さらに、高透磁率極細線コア１の先端部と超電導膜３との距離はレーザー変位計等で制御しながら、できるだけ一定かつ短くするのがよい。
【００２１】
また、好適には、励磁コイルのコアとしては、硬化熱処理処理を施した軟磁性高透磁率極細線を使用して強い磁界を集中的に印加し、検出コイルとして超電導膜を貫通する磁界をより広範囲に捕捉して検出することができる内径の大きな空心コイルを用いて、微小領域の臨界電流密度ＪＣを測定してもよい。
【００２２】
上記励磁コイル２に電流 Ｉｉｎ ｃｏｓ２πｆｔを振幅スイープしながら入力して、検出コイル５に発生する相互誘導電圧Ｖｏｕｔ ｃｏｓ２πｆｔの振幅Ｖｏｕｔを測定する。
【００２３】
図２は、本発明と対比するために、空芯励磁コイルを用いた場合における超電導膜直上の０．００１ｍｍに発生する磁界の膜面に平行な強度 ＨＸ の径方向分布の有限要素磁界解析結果である。解析では励磁コイルの寸法は、外形５ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ１ｍｍであり、励磁周波数ｆは１ｋＨｚ、コイルへの電流密度は１×１０７Ａ／ｍ２である。
【００２４】
図２に示すように、空芯励磁コイルを用いた場合の解析結果によれば、超電導膜表面の平行磁界強度ＨＸは、コイル巻の外巻付近の２．３ｍｍで最大となり、５．５×１０３Ａ／ｍ と計算された。
【００２５】
図３は、本発明に係る臨界電流密度測定装置における、超電導膜直上の０．００１ｍｍに発生する平行な磁界強度ＨＸの径方向分布についての有限要素磁界解析結果である。この磁界解析では、励磁コイル２の寸法は、外形５ｍｍ、高さ１ｍｍでありコアに直巻とし、高透磁率極細線コア１の直径ｄは０．１、０．２、０．４ｍｍで解析を行った。ここでは、高透磁率極細線コア１の有限要素解析に用いた材料は、鋼鉄材（比透磁率μｒ＝３０００）を用いた。また、励磁コイル２の巻端部からの高透磁率極細線コア１の突き出し長さｓ 、及び高透磁率極細線コア１と超電導膜３とのギャップ長ｇとは、高透磁率極細線コア１の直径ｄ に対して比率で ｓ：ｇ：ｄ ＝ ０．２５：０．５：１になるようにした。励磁周波数ｆは１ｋＨｚとし、コイル電流密度は１×１０７Ａ／ｍ２とし、空芯励磁コイルへの通電条件と同様に設定した。
【００２６】
図３に示すように、高透磁率極細線コア１を内装した励磁コイル２を用いた解析結果として、超電導膜３表面における表面磁界強度ＨＸの最大値は、高透磁率極細線コア１の直径ｄ＝０．４ｍｍのときで１．６×１０４Ａ／ｍ、ｄ＝０．２ｍｍのときで１．９×１０４Ａ／ｍ、さらにｄ＝０．１ｍｍのときで３．０×１０４Ａ／ｍとなり、空芯励磁コイルの時と比べて、順番に２．８倍、３．５倍、５．５倍と計算され、高透磁率極細線コア１を極細化することにより格段に印加磁界強度を増大させることが明らかとなった。
【００２７】
また、図３から明らかなように、表面磁界強度ＨＸが最大となる半径は、コア半径ｄ／２＝０．２ｍｍの場合で０．２８ｍｍ、ｄ／２＝０．１ｍｍの場合で０．１４ｍｍ、ｄ／２＝０．０５ｍｍの場合で０．０６８ｍｍとなり、空芯励磁コイルの場合の半径ｄ／２＝２．３１ｍｍに比べて、順番に０．１２倍、０．０６１倍、０．０３倍となると計算され、高透磁率極細線コアの極細化により印加磁界の半径を飛躍的に小さくすることが明らかとなった。
【００２８】
図４は、本発明に係る電流密度測定装置の具体的構成を示す図である。高透磁率極細線コアを内装する励磁コイル９を励磁するために任意信号発信器６から周波数ｆの正弦波交流を出力し、増幅器７及びシャント抵抗８を介して通電する。励磁コイル９への入力電流値 Ｉｉｎ はシャント抵抗８の両端の電圧を電圧計１１にて測定し求める。励磁コイル９の両端の電圧 Ｖｉｎ は電圧計１２にて測定する。超電導膜を貫通する磁界を検出するためのコイル１０に誘導される電圧 Ｖｏｕｔ は、好適にはバンド・パス・フィルタ１３付きのロック・イン・アンプ１４に入力される。また、ロック・イン・アンプ１４に、任意信号発信器６から参照波を入力する。ロック・イン・アンプ１４、任意信号発信器６、及び電圧計１１と電圧計１２の出力は、好適には、パーソナルコンピュータ１５等でプログラム制御する。
【００２９】
任意信号発信器６からは、典型的には正弦波交流を掃引発信するが、コンピュータの処理速度が十分早ければ、誘導測定での基本正弦波（ｆＨｚ）を十分に低い周波数 ｆＡＭの３角波などで振幅変調し、１秒間にｆＡＭ 回測定することができる。
【００３０】
この振幅変調による測定法は、長尺の超電導テープ線材等における長手方向の臨界電流密度ＪＣ分布測定などで、高速な測定、又は検査ができる。
【００３１】
図５は、従来技術に係る第３高調波誘導電圧測定法により、空心コイルを用いて臨界電流密度ＪＣを測定する入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する第３高調波電圧Ｖ３／√２の特性、及び本発明に係る臨界電流密度測定装置により、高透磁率極細線コア内装励磁コイルによる相互誘導法を用いて測定したときの、１次側入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する２次側検出電圧Ｖｏｕｔ／√２の両特性を示す図である。
測定に使用した励磁コイルの周波数ｆ を１ｋＨｚとした。また測定に使用した超電導膜は、１５ｍｍ角、厚さｄ＝０．６μｍのＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙであり、測定温度は７７．３Ｋである。また、実施試験に用いたコイルは、第３高調波誘導電圧測定法では外径５ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ１ｍｍ、巻数３３０ターンの空芯コイルを用い、高透磁率極細線コア内装コイルの諸元は外径５ｍｍ、内径０．４ｍｍ、高さ１ｍｍ、巻数３８０ターンであり、直径０．４ｍｍの鋼鉄を高透磁率極細線コアとして用いた。図５のそれぞれの測定カーブにおいて Ｖ３／√２あるいはＶｏｕｔ／√２が０．１mＶ となるコイル電流値を閾電流値 Ｉｔｈ と定義した。また、ＪＣ×ｄ＝２Ｈ０＝ｋ・Ｉｔｈの関係式より、ＪＣを求めた。
【００３２】
図５の極細線コアを用いた結果から求めたコイル電流閾値 Ｉｔｈ は１４．０ｍＡであり、この閾電流値での膜表面の最大磁界振幅２Ｈ０は５１００Ａ／ｍと磁界解析から計算され、膜厚ｄ＝３００ｎｍより臨界電流密度ＪＣは１．７０×１０１０ Ａ／ｍ２となった。また、第３高調波電圧誘導法の結果から求めた Ｉｔｈ は５０．７ｍＡであり、この閾電流値での２Ｈ０は５２００Ａ／ｍと磁界解析から計算され、臨界電流密度ＪＣは１．７３×１０１０ Ａ／ｍ２となり、両手法から求めた臨界電流密度ＪＣは良い一致を示した。
【００３３】
ここで、両手法から求まるコイル電流閾値 Ｉｔｈを比較すると、極細線コアを用いた場合のＩｔｈは第３高調波電圧誘導法に対しておよそ１／３倍であり、極細線鉄心を用いることによりコイル電流値を約１／３倍に抑えながら超電導膜の臨界電流密度ＪＣを測定することができた。さらに、同じ大きさのコイル電流を極細線コア内装コイルに流せば、局所的に磁界の印加強度を約３倍に向上することができるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る超電導膜の臨界電流密度を測定する電流密度測定装置の基本構成を示す図である。
【図２】内径２ｍｍの空芯励磁コイルを用いた場合における超電導膜直上に発生する膜面に平行な磁界強度ＨＸの径方向分布を示す図である。
【図３】直径０．１〜０．４ｍｍの高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルを用いた場合における超電導膜直上に発生する膜面に平行な磁界強度ＨＸの径方向分布を示す図である。
【図４】本発明に係る電流密度測定装置の具体的構成を示す図である。
【図５】従来技術に係る第３高調波電圧誘導測定法を用いて測定した入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する第３高調波電圧Ｖ３／√２の特性、及び本発明に係る臨界電流密度測定方法による入力コイル電流 Ｉｉｎ／√２に対する２次側検出コイル電圧Ｖｏｕｔ／√２の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 高透磁率極細線コア
２ 励磁コイル
３ 超電導膜
４ 基板
５ 磁界検出用空芯コイル
６ 任意信号発信器
７ 増幅器
８ シャント抵抗
９ 励磁コイル
１０ コイル
１１ 電圧計
１２ 電圧計
１３ バンド・パス・フィルタ
１４ ロック・イン・アンプ
１５ パーソナルコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと検出コイルの軸が共通なるように並べるとともに前記両コイル間に超電導膜を挟み、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定方法。
【請求項２】
上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする請求項２に記載の超電導膜の臨界電流密度測定方法。
【請求項３】
高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと、該励磁コイルと軸が共通になるように並べられた磁界検出コイルと、上記励磁コイルと上記検出コイルとの間に配置された超電導膜とからなり、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定装置。
【請求項４】
上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする請求項３に記載の超電導膜の臨界電流密度測定装置。
【請求項１】
高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと検出コイルの軸が共通なるように並べるとともに前記両コイル間に超電導膜を挟み、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定方法。
【請求項２】
上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする請求項２に記載の超電導膜の臨界電流密度測定方法。
【請求項３】
高透磁率極細線コアを内装した励磁コイルと、該励磁コイルと軸が共通になるように並べられた磁界検出コイルと、上記励磁コイルと上記検出コイルとの間に配置された超電導膜とからなり、上記励磁コイルに交流電流を流すことにより発生する局所的な集中磁界を上記超電導膜に印加して、励磁電流を徐々に増加させ、上記超電導膜の超電導遮蔽電流密度が臨界電流に到達したときに上記超電導膜を貫通する交流磁界を、上記検出コイルにより電圧信号として計測し、上記検出コイルに電圧が発生し始めるときの上記励磁コイルの電流値から臨界電流密度を測定することを特徴とする超電導膜の臨界電流密度測定装置。
【請求項４】
上記超電導膜が、長尺の超電導テープ線材であって、該超電導テープ線材に対して上記両コイルを面内走査、又は上記両コイルに対して上記超電導テープ線材を移動させることによって、微小領域の臨界電流密度を測定することを特徴とする請求項３に記載の超電導膜の臨界電流密度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−７８５００（Ｐ２００７−７８５００Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６６３４９（Ｐ２００５−２６６３４９）
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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