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JP7664874B2 - Superconducting layer connection structure, superconducting wire, superconducting coil, superconducting device, and superconducting layer connection method - Google Patents
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JP7664874B2 - Superconducting layer connection structure, superconducting wire, superconducting coil, superconducting device, and superconducting layer connection method - Google Patents

Superconducting layer connection structure, superconducting wire, superconducting coil, superconducting device, and superconducting layer connection method Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a superconducting layer connection structure, a superconducting wire, a superconducting coil, a superconducting device, and a method for connecting a superconducting layer.

例えば、核磁気共鳴装置(NMR)や磁気共鳴画像診断装置(MRI)では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。 For example, in nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) devices, superconducting coils are used to generate strong magnetic fields. Superconducting coils are formed by winding superconducting wire around a reel.

超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、2本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。 To make superconducting wire longer, for example, multiple superconducting wires are connected. For example, the ends of two superconducting wires are connected using a connection structure. The connection structure that connects the superconducting wires is required to have low electrical resistance and high mechanical strength.

特許5828299号公報Patent No. 5828299 特許6675590号公報Patent No. 6675590 特許6178779号公報Patent No. 6178779

本発明が解決しようとする課題は、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる超電導層の接続構造を提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide a connection structure for superconducting layers that can achieve low electrical resistance and high mechanical strength.

実施形態の超電導層の接続構造は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、前記結晶粒子以外の部分に存在し前記結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、前記結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、を備え、前記バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、前記第1のピークに対応する第1の長径は、前記第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい。 The connection structure of the superconducting layer of the embodiment includes a first superconducting layer, a second superconducting layer, and a connection layer provided between the first superconducting layer and the second superconducting layer, the connection layer including crystal grains containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and a region that is present in a portion other than the crystal grains and has a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grains, the distribution of the major axes of the crystal grains including a bimodal distribution, the bimodal distribution having a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak, the first major axis corresponding to the first peak being larger than the second major axis corresponding to the second peak.

第1の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a connection structure of superconducting layers according to the first embodiment. 第1の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図。FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of the connection layer according to the first embodiment. 第1の実施形態の結晶粒子の長径及び短径の定義を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating the definition of the major axis and minor axis of a crystal grain according to the first embodiment. 第1の実施形態の接続層に含まれる結晶粒子の長径分布を示す図。5 is a diagram showing the major axis distribution of crystal particles contained in the connection layer according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態の超電導層の接続方法の一例の工程フロー図。FIG. 4 is a process flow diagram of an example of a method for connecting superconducting layers according to the first embodiment. 第1の実施形態の変形例の接続層の一部の拡大模式断面図。FIG. 13 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a connection layer according to a modified example of the first embodiment. 第2の実施形態の超電導線材の模式断面図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire according to a second embodiment. 第2の実施形態の超電導線材の第1の変形例の模式断面図。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a first modified example of the superconducting wire of the second embodiment. 第2の実施形態の超電導線材の第2の変形例の模式断面図。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a second modified example of the superconducting wire of the second embodiment. 第2の実施形態の超電導線材の第3の変形例の模式断面図。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a third modified example of the superconducting wire of the second embodiment. 第2の実施形態の超電導線材の第4の変形例の模式断面図。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a fourth modified example of the superconducting wire of the second embodiment. 第3の実施形態の超電導コイルの模式斜視図。FIG. 13 is a schematic perspective view of a superconducting coil according to a third embodiment. 第3の実施形態の超電導コイルの模式断面図。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil according to a third embodiment. 第4の実施形態の超電導機器のブロック図。FIG. 13 is a block diagram of a superconducting device according to a fourth embodiment.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals will be used to designate identical or similar components, and descriptions of components that have already been described may be omitted as appropriate.

本明細書中、粒子の長径とは、粒子の外周の任意の2点間の長さの中の最大の長さである。また、粒子の短径とは、長径に対応する線分の中点を通り、上記線分に垂直で、粒子の外周を両端部とする線分の長さである。粒子の長径及び短径は、例えば、走査電子顕微鏡(SEM)による断面画像の画像解析により求めることが可能である。なお、本明細書中、長径に対応する線分を長軸と称する。また、短径に対応する線分を短軸と称する。 In this specification, the long axis of a particle is the maximum length between any two points on the periphery of the particle. The short axis of a particle is the length of a line segment that passes through the midpoint of the line segment corresponding to the long axis, is perpendicular to the line segment, and has the periphery of the particle as both ends. The long axis and short axis of a particle can be determined, for example, by image analysis of a cross-sectional image taken with a scanning electron microscope (SEM). In this specification, the line segment corresponding to the long axis is referred to as the long axis. The line segment corresponding to the short axis is referred to as the short axis.

粒子等に含まれる元素の検出及び元素の原子濃度の測定は、例えば、エネルギー分散型X線分光法(EDX)又は波長分散型X線分析法(WDX)を用いて行うことが可能である。また、粒子等に含まれる物質の同定は、例えば、粉末X線回折法を用いて行うことが可能である。 The detection of elements contained in particles and the measurement of the atomic concentration of elements can be performed, for example, using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) or wavelength dispersive X-ray analysis (WDX). Furthermore, the identification of substances contained in particles can be performed, for example, using powder X-ray diffraction.

(第1の実施形態)
第1の実施形態の超電導層の接続構造は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、第1の超電導層と第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、を備える。バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、第1のピークに対応する第1の長径は、第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい。
(First embodiment)
The connection structure of the superconducting layer of the first embodiment includes a first superconducting layer, a second superconducting layer, and a connection layer provided between the first and second superconducting layers, the connection layer including crystal grains containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and an area having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grains, the distribution of the major axis of the crystal grains including a bimodal distribution. The bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak, and the first major axis corresponding to the first peak is larger than the second major axis corresponding to the second peak.

図1は、第1の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。第1の実施形態の接続構造100は、2つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。接続構造100は、例えば、2本の超電導線材を接続し、超電導線材を長尺化するために用いられる。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a connection structure of superconducting layers of the first embodiment. The connection structure 100 of the first embodiment is a structure that physically and electrically connects two superconducting layers. The connection structure 100 is used, for example, to connect two superconducting wires and extend the length of the superconducting wires.

接続構造100は、第1の超電導部材10、第2の超電導部材20、及び接続層30を備える。接続構造100は、第1の超電導部材10と第2の超電導部材20が、接続層30によって接続される構造である。接続層30は、第1の超電導部材10と第2の超電導部材20との間に設けられる。 The connection structure 100 includes a first superconducting member 10, a second superconducting member 20, and a connection layer 30. The connection structure 100 is a structure in which the first superconducting member 10 and the second superconducting member 20 are connected by the connection layer 30. The connection layer 30 is provided between the first superconducting member 10 and the second superconducting member 20.

第1の超電導部材10は、第1の基板12、第1の中間層14、第1の超電導層16を備える。第2の超電導部材20は、第2の基板22、第2の中間層24、第2の超電導層26を備える。 The first superconducting member 10 comprises a first substrate 12, a first intermediate layer 14, and a first superconducting layer 16. The second superconducting member 20 comprises a second substrate 22, a second intermediate layer 24, and a second superconducting layer 26.

第1の基板12は、例えば、金属である。第1の基板12は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第1の基板12は、例えば、ニッケルタングステン合金である。 The first substrate 12 is, for example, a metal. The first substrate 12 is, for example, a nickel alloy or a copper alloy. The first substrate 12 is, for example, a nickel-tungsten alloy.

第1の超電導層16は、例えば、酸化物超電導層である。第1の超電導層16は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の超電導層16は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及び、ルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。 The first superconducting layer 16 is, for example, an oxide superconducting layer. The first superconducting layer 16 includes, for example, a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The first superconducting layer 16 includes, for example, at least one rare earth element (RE) selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu).

第1の超電導層16は、例えば、(RE)BaCuδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第1の超電導層16は、例えば、GdBaCuδ(6≦δ≦7)、YBaCuδ(6≦δ≦7)、又はEuBaCuδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。 The first superconducting layer 16 has a chemical composition expressed, for example, as (RE) Ba2Cu3Oδ ( RE is a rare earth element, 6≦δ≦7). The first superconducting layer 16 has a chemical composition expressed, for example, as GdBa2Cu3Oδ (6 δ≦7), YBa2Cu3Oδ ( 6 ≦δ≦7), or EuBa2Cu3Oδ ( 6 δ 7).

第1の超電導層16は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。 The first superconducting layer 16 includes, for example, a single crystal having a perovskite structure.

第1の超電導層16は、例えば、第1の中間層14の上に、有機金属分解法(Metal Organic Decomposition法:MOD法)、パルスレーザ蒸着法(Pulsed Laser Deposition法:PLD法)、又は、有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition法:MOCVD法)を用いて形成される。 The first superconducting layer 16 is formed on the first intermediate layer 14, for example, by using a metal organic decomposition method (MOD method), a pulsed laser deposition method (PLD method), or a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).

第1の中間層14は、第1の基板12と第1の超電導層16との間に設けられる。第1の中間層14は、例えば、第1の超電導層16に接する。第1の中間層14は、第1の中間層14の上に形成される第1の超電導層16の結晶配向性を向上させる機能を有する。 The first intermediate layer 14 is provided between the first substrate 12 and the first superconducting layer 16. The first intermediate layer 14 is in contact with the first superconducting layer 16, for example. The first intermediate layer 14 has the function of improving the crystal orientation of the first superconducting layer 16 formed on the first intermediate layer 14.

第1の中間層14は、例えば、希土類酸化物を含む。第1の中間層14は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第1の中間層14は、例えば、第1の基板12側から、酸化イットリウム(Y)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化セリウム(CeO)が積層された構造を有する。 The first intermediate layer 14 includes, for example, a rare earth oxide. The first intermediate layer 14 has, for example, a laminated structure of a plurality of films. The first intermediate layer 14 has, for example, a structure in which yttrium oxide (Y 2 O 3 ), yttria-stabilized zirconia (YSZ), and cerium oxide (CeO 2 ) are laminated from the first substrate 12 side.

第2の基板22は、例えば、金属である。第2の基板22は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第2の基板22は、例えば、ニッケルタングステン合金である。 The second substrate 22 is, for example, a metal. The second substrate 22 is, for example, a nickel alloy or a copper alloy. The second substrate 22 is, for example, a nickel-tungsten alloy.

第2の超電導層26は、例えば、酸化物超電導層である。第2の超電導層26は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の超電導層16は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。 The second superconducting layer 26 is, for example, an oxide superconducting layer. The second superconducting layer 26 includes, for example, a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The first superconducting layer 16 includes, for example, at least one rare earth element (RE) selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu).

第2の超電導層26は、例えば、(RE)BaCuδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第2の超電導層26は、例えば、GdBaCuδ(6≦δ≦7)、YBaCuδ(6≦δ≦7)、又はEuBaCuδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。 The second superconducting layer 26 has a chemical composition expressed, for example, as (RE) Ba2Cu3Oδ ( RE is a rare earth element, 6≦δ≦7). The second superconducting layer 26 has a chemical composition expressed, for example, as GdBa2Cu3Oδ (6 δ≦7), YBa2Cu3Oδ ( 6 ≦δ≦7), or EuBa2Cu3Oδ ( 6 δ≦7).

第2の超電導層26は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。 The second superconducting layer 26 includes, for example, a single crystal having a perovskite structure.

第2の超電導層26は、例えば、第2の中間層24の上に、MOD法、PLD法、又はMOCVD法を用いて形成される。 The second superconducting layer 26 is formed on the second intermediate layer 24, for example, using the MOD method, the PLD method, or the MOCVD method.

第2の中間層24は、第2の基板22と第2の超電導層26との間に設けられる。第2の中間層24は、例えば、第2の超電導層26に接する。第2の中間層24は、第2の中間層24の上に形成される第2の超電導層26の結晶配向性を向上させる機能を有する。 The second intermediate layer 24 is provided between the second substrate 22 and the second superconducting layer 26. The second intermediate layer 24 is in contact with the second superconducting layer 26, for example. The second intermediate layer 24 has the function of improving the crystal orientation of the second superconducting layer 26 formed on the second intermediate layer 24.

第2の中間層24は、例えば、希土類酸化物を含む。第2の中間層24は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第2の中間層24は、例えば、第2の基板22側から、酸化イットリウム(Y)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化セリウム(CeO)が積層された構造を有する。 The second intermediate layer 24 includes, for example, a rare earth oxide. The second intermediate layer 24 has, for example, a laminated structure of a plurality of films. The second intermediate layer 24 has, for example, a structure in which yttrium oxide (Y 2 O 3 ), yttria-stabilized zirconia (YSZ), and cerium oxide (CeO 2 ) are laminated from the second substrate 22 side.

接続層30は、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。接続層30は、第1の超電導層16に接する。接続層30は、第2の超電導層26に接する。 The connection layer 30 is provided between the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26. The connection layer 30 contacts the first superconducting layer 16. The connection layer 30 contacts the second superconducting layer 26.

接続層30は、酸化物超電導層である。接続層30は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及び、ルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。 The connection layer 30 is an oxide superconducting layer. The connection layer 30 includes a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The connection layer 30 includes at least one rare earth element (RE) selected from the group consisting of, for example, yttrium (Y), lanthanum (La), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu).

図2は、第1の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。 Figure 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of the connection layer of the first embodiment.

接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、炭素含有粒子33、及び空孔34を含む。接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び炭素含有粒子33が焼結することにより形成されている。 The connection layer 30 includes first crystal particles 31, second crystal particles 32, carbon-containing particles 33, and voids 34. The connection layer 30 is formed by sintering the first crystal particles 31, the second crystal particles 32, and the carbon-containing particles 33.

第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32は、結晶粒子の一例である。炭素含有粒子33は、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域の一例である。 The first crystal particle 31 and the second crystal particle 32 are examples of crystal particles. The carbon-containing particle 33 is an example of a region having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal particles.

接続層30は、例えば、多孔質である。例えば、接続層30に含まれる粒子の間に空孔34(Void)が存在する。接続層30には、空孔34が存在しなくても構わない。 The connection layer 30 is, for example, porous. For example, voids 34 exist between the particles contained in the connection layer 30. The connection layer 30 does not necessarily need to have voids 34.

第1の結晶粒子31は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の結晶粒子31は、希土類酸化物である。第1の結晶粒子31は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。 The first crystal particles 31 contain a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The first crystal particles 31 are rare earth oxides. The first crystal particles 31 are, for example, single crystals or polycrystals having a perovskite structure.

第1の結晶粒子31は、例えば、(RE)BaCuδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第1の結晶粒子31は、例えば、GdBaCuδ(6≦δ≦7)、YBaCuδ(6≦δ≦7)、又はEuBaCuδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。 The first crystal grains 31 have a chemical composition expressed, for example, as (RE) Ba2Cu3Oδ ( RE is a rare earth element, 6≦δ≦7). The first crystal grains 31 have a chemical composition expressed, for example, as GdBa2Cu3Oδ (6 δ≦7), YBa2Cu3Oδ ( 6 δ≦7), or EuBa2Cu3Oδ ( 6 δ≦7).

第1の結晶粒子31は、超電導体である。 The first crystal grain 31 is a superconductor.

第1の結晶粒子31は、例えば、板状又は扁平形状である。扁平形状とは、粒子のアスペクト比が2以上であることを意味する。粒子のアスペクト比とは、粒子の短径に対する長径の比(長径/短径)である。 The first crystal particle 31 has, for example, a plate-like or flat shape. A flat shape means that the aspect ratio of the particle is 2 or more. The aspect ratio of a particle is the ratio of the long axis to the short axis of the particle (long axis/short axis).

第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値は、例えば、2以上である。 The median aspect ratio of the first crystal particles 31 is, for example, 2 or more.

図3は、第1の実施形態の結晶粒子の長径及び短径の定義を示す図である。図3は第1の結晶粒子31を例にした図である。 Figure 3 is a diagram showing the definition of the major axis and minor axis of the crystal particle in the first embodiment. Figure 3 shows the first crystal particle 31 as an example.

粒子の長径とは、粒子の外周の任意の2点間の長さの中の最大の長さである。また、粒子の短径とは、長径に対応する線分の中点を通り、上記線分に垂直で、粒子の外周を両端部とする線分の長さである。 The long axis of a particle is the maximum length between any two points on the periphery of the particle. The short axis of a particle is the length of a line segment that passes through the midpoint of the line segment corresponding to the long axis, is perpendicular to the line segment, and has the periphery of the particle as both ends.

例えば、図3に示す第1の結晶粒子31の場合の長径は、線分L1の長さである。また、図3に示す第1の結晶粒子31の場合の短径は、線分S1の長さである。線分S1は線分L1の中点M1を通る。図3に示す第1の結晶粒子31のアスペクト比は、L1/S1である。 For example, the long axis of the first crystal particle 31 shown in FIG. 3 is the length of line segment L1. The short axis of the first crystal particle 31 shown in FIG. 3 is the length of line segment S1. Line segment S1 passes through midpoint M1 of line segment L1. The aspect ratio of the first crystal particle 31 shown in FIG. 3 is L1/S1.

第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、100nm以上10μm以下である。第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きい。 The median long diameter of the first crystal grains 31 is, for example, 100 nm or more and 10 μm or less. The median long diameter of the first crystal grains 31 is, for example, greater than the thickness (t in FIG. 2 ) of the connection layer 30 in the direction from the first superconducting layer 16 to the second superconducting layer 26.

第1の結晶粒子31の長軸方向は、例えば、第1の超電導層16と接続層30の界面に対して傾斜する。第1の結晶粒子31の長軸方向の、第1の超電導層16と接続層30の界面に対する角度は第1の傾斜角である。第1の傾斜角は、例えば、15度以上90度以下である。 The long axis direction of the first crystal grains 31 is inclined, for example, with respect to the interface between the first superconducting layer 16 and the connection layer 30. The angle of the long axis direction of the first crystal grains 31 with respect to the interface between the first superconducting layer 16 and the connection layer 30 is a first inclination angle. The first inclination angle is, for example, 15 degrees or more and 90 degrees or less.

第2の結晶粒子32は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第2の結晶粒子32は、希土類酸化物である。第2の結晶粒子32は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第2の結晶粒子32は、例えば、(RE)BaCuδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。 The second crystal particles 32 contain a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The second crystal particles 32 are rare earth oxides. The second crystal particles 32 are, for example, single crystals or polycrystals having a perovskite structure. The second crystal particles 32 have a chemical composition represented, for example, by (RE)Ba 2 Cu 3 O δ (RE is a rare earth element, 6≦δ≦7).

第2の結晶粒子32は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第2の結晶粒子32は、希土類酸化物である。第2の結晶粒子32は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第2の結晶粒子32は、例えば、(RE)BaCuδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。 The second crystal particles 32 contain a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The second crystal particles 32 are rare earth oxides. The second crystal particles 32 are, for example, single crystals or polycrystals having a perovskite structure. The second crystal particles 32 have a chemical composition represented, for example, by (RE)Ba 2 Cu 3 O δ (RE is a rare earth element, 6≦δ≦7).

第2の結晶粒子32は、例えば、超電導体である。 The second crystal particles 32 are, for example, superconductors.

第2の結晶粒子32は、例えば、第1の結晶粒子31と同一の希土類元素を含む。第2の結晶粒子32の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と同一である。 The second crystal particles 32 contain, for example, the same rare earth element as the first crystal particles 31. The chemical composition of the second crystal particles 32 is, for example, the same as the chemical composition of the first crystal particles 31.

第2の結晶粒子32は、例えば、第1の結晶粒子31と異なる希土類元素を含んでも構わない。第2の結晶粒子32の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と異なっても構わない。 The second crystal particles 32 may, for example, contain a different rare earth element than the first crystal particles 31. The chemical composition of the second crystal particles 32 may, for example, be different from the chemical composition of the first crystal particles 31.

第2の結晶粒子32は、例えば、球状又は不定形状である。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さい。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、例えば、2未満である。 The second crystal particles 32 are, for example, spherical or amorphous. The median aspect ratio of the second crystal particles 32 is, for example, smaller than the median aspect ratio of the first crystal particles 31. The median aspect ratio of the second crystal particles 32 is, for example, less than 2.

第2の結晶粒子32の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さい。第2の結晶粒子32の長径の中央値は、例えば、10nm以上1μm未満である。第2の結晶粒子32の長径の中央値は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より小さい。 The median long diameter of the second crystal grains 32 is smaller than the median long diameter of the first crystal grains 31. The median long diameter of the second crystal grains 32 is, for example, 10 nm or more and less than 1 μm. The median long diameter of the second crystal grains 32 is, for example, smaller than the thickness (t in FIG. 2) of the connection layer 30 in the direction from the first superconducting layer 16 to the second superconducting layer 26.

第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、第2の結晶粒子32の長径の中央値の10倍以上1000倍以下である。 The median long diameter of the first crystal particles 31 is, for example, 10 times or more and 1000 times or less than the median long diameter of the second crystal particles 32.

図4は、第1の実施形態の接続層に含まれる結晶粒子の長径分布を示す図である。図4は、接続層30に含まれる第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32の長径分布を示す。 Figure 4 is a diagram showing the major axis distribution of the crystal particles contained in the connection layer of the first embodiment. Figure 4 shows the major axis distribution of the first crystal particles 31 and the second crystal particles 32 contained in the connection layer 30.

図4に示すように、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、バイモーダル分布を含む。バイモーダル分布は、第1のピーク(図4中のPk1)を含む第1の分布と、第2のピーク(図4中のPk2)を含む第2の分布と、を有する。 As shown in FIG. 4, the major axis distribution of the crystal particles contained in the connection layer 30 includes a bimodal distribution. The bimodal distribution has a first distribution including a first peak (Pk1 in FIG. 4) and a second distribution including a second peak (Pk2 in FIG. 4).

なお、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、ピークが3個以上となるマルチモーダル分布であっても構わない。 The major axis distribution of the crystal particles contained in the connection layer 30 may be a multimodal distribution with three or more peaks.

第1の分布に含まれる結晶粒子が、第1の結晶粒子31である。第2の分布に含まれる結晶粒子が、第2の結晶粒子32である。 The crystal particles contained in the first distribution are the first crystal particles 31. The crystal particles contained in the second distribution are the second crystal particles 32.

第1のピークPk1に対応する長径が第1の長径(図4中のd1)である。第2のピークPk2に対応する長径が第2の長径(図4中のd2)である。 The major axis corresponding to the first peak Pk1 is the first major axis (d1 in FIG. 4). The major axis corresponding to the second peak Pk2 is the second major axis (d2 in FIG. 4).

第1の長径d1は、第2の長径d2よりも大きい。第1の長径d1は、例えば、第2の長径d2の10倍以上1000倍以下である。 The first major diameter d1 is larger than the second major diameter d2. The first major diameter d1 is, for example, 10 times or more and 1000 times or less than the second major diameter d2.

第1の長径d1は、例えば、100nm以上10μm以下である。第2の長径d2は、例えば、10nm以上1μm未満である。 The first major diameter d1 is, for example, 100 nm or more and 10 μm or less. The second major diameter d2 is, for example, 10 nm or more and less than 1 μm.

第1の長径d1は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きい。第2の長径d2は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より小さい。 The first major axis d1 is, for example, larger than the thickness (t in FIG. 2) of the connection layer 30 in the direction from the first superconducting layer 16 to the second superconducting layer 26. The second major axis d2 is, for example, smaller than the thickness (t in FIG. 2) of the connection layer 30 in the direction from the first superconducting layer 16 to the second superconducting layer 26.

炭素含有粒子33は、炭素(C)を含む。炭素含有粒子33の原子濃度は、第1の結晶粒子31の原子濃度よりも高い。炭素含有粒子33の原子濃度は、第2の結晶粒子32の原子濃度よりも高い。 The carbon-containing particles 33 contain carbon (C). The atomic concentration of the carbon-containing particles 33 is higher than the atomic concentration of the first crystal particles 31. The atomic concentration of the carbon-containing particles 33 is higher than the atomic concentration of the second crystal particles 32.

炭素含有粒子33の原子濃度は、例えば、第1の結晶粒子31の原子濃度の10倍以上である。炭素含有粒子33の原子濃度は、例えば、第2の結晶粒子32の原子濃度の10倍以上である。 The atomic concentration of the carbon-containing particles 33 is, for example, 10 times or more than the atomic concentration of the first crystal particles 31. The atomic concentration of the carbon-containing particles 33 is, for example, 10 times or more than the atomic concentration of the second crystal particles 32.

炭素含有粒子33は、例えば、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む。炭素含有粒子33は、例えば、炭酸バリウムである。炭素含有粒子33は、例えば、BaCOで表記される化学組成を有する。 The carbon-containing particles 33 include, for example, barium (Ba), carbon (C), and oxygen (O). The carbon-containing particles 33 are, for example, barium carbonate. The carbon-containing particles 33 have, for example, a chemical composition expressed as Ba 2 CO 3 .

炭素含有粒子33は、例えば、球状又は不定形状である。炭素含有粒子33のアスペクト比は、例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比よりも小さい。炭素含有粒子33のアスペクト比は、例えば、2未満である。 The carbon-containing particles 33 are, for example, spherical or amorphous. The aspect ratio of the carbon-containing particles 33 is, for example, smaller than the aspect ratio of the first crystal particles 31. The aspect ratio of the carbon-containing particles 33 is, for example, less than 2.

炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さい。炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第1の長径d1よりも小さい。 The median major axis of the carbon-containing particles 33 is, for example, smaller than the median major axis of the first crystal particles 31. The median major axis of the carbon-containing particles 33 is, for example, smaller than the first major axis d1.

炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第2の結晶粒子32の長径の中央値よりも小さい。炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第2の長径d2よりも小さい。 The median major axis of the carbon-containing particles 33 is, for example, smaller than the median major axis of the second crystal particles 32. The median major axis of the carbon-containing particles 33 is, for example, smaller than the second major axis d2.

炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、10nm以上1μm未満である。 The median major axis of the carbon-containing particles 33 is, for example, 10 nm or more and less than 1 μm.

接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、例えば、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数よりも少ない。接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、例えば、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数の10分の1以下である。 The number of carbon-containing particles 33 in the connection layer 30 is, for example, less than the number of second crystal particles 32 in the connection layer 30. The number of carbon-containing particles 33 in the connection layer 30 is, for example, less than one-tenth the number of second crystal particles 32 in the connection layer 30.

第1の実施形態の超電導層の接続方法は、第1の超電導層と第2の超電導層を準備し、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を作製し、酸化物超電導体を粉砕して、第1の結晶粒子を作製し、希土類元素(RE)の有機酸塩の粉末、バリウム(Ba)の有機酸塩の粉末、及び銅(Cu)の有機酸塩の粉末を溶解させた有機金属塩溶液を作製し、有機金属塩溶液に第1の結晶粒子を混合したスラリーを作製し、第1の超電導層の上にスラリーを塗布し、第1の超電導層と第2の超電導層との間にスラリーを挟んだ状態で熱処理を行う。 The method for connecting the superconducting layers of the first embodiment includes preparing a first superconducting layer and a second superconducting layer, preparing an oxide superconductor containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), pulverizing the oxide superconductor to prepare first crystal particles, preparing an organometallic salt solution in which a powder of an organic acid salt of the rare earth element (RE), a powder of an organic acid salt of barium (Ba), and a powder of an organic acid salt of copper (Cu) are dissolved, preparing a slurry in which the first crystal particles are mixed into the organometallic salt solution, applying the slurry onto the first superconducting layer, and performing a heat treatment with the slurry sandwiched between the first superconducting layer and the second superconducting layer.

以下、第1の実施形態の超電導層の接続方法の一例について説明する。 Below, an example of a method for connecting the superconducting layers in the first embodiment is described.

図5は、第1の実施形態の超電導層の接続方法の一例の工程フロー図である。図5に示すように、第1の実施形態の超電導層の接続方法の一例は、導電層準備ステップS01、酸化物超電導体作製ステップS02、第1の結晶粒子作製ステップS03、有機金属溶液作製ステップS04、スラリー作製ステップS05、スラリー塗布ステップS06、熱処理ステップS07を備える。 Figure 5 is a process flow diagram of an example of a method for connecting superconducting layers in the first embodiment. As shown in Figure 5, the example of the method for connecting superconducting layers in the first embodiment includes a conductive layer preparation step S01, an oxide superconductor preparation step S02, a first crystal particle preparation step S03, an organometallic solution preparation step S04, a slurry preparation step S05, a slurry application step S06, and a heat treatment step S07.

最初に、第1の超電導層16及び第2の超電導層26を準備する(S01)。第1の超電導層16及び第2の超電導層26は、例えば、MOD法、PLD法、又は、MOCVD法を用いて形成される。 First, the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26 are prepared (S01). The first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26 are formed, for example, by the MOD method, the PLD method, or the MOCVD method.

次に、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を形成する(S02)。酸化物超電導体は、例えば、固相反応法により形成する。酸化物超電導体は、例えば、希土類元素(RE)の酸化物の粉末、バリウム(Ba)の炭酸塩の粉末、及び銅(Cu)の酸化物の粉末を混合して圧縮して圧粉体を作製し、圧粉体を焼結することにより作製する。 Next, an oxide superconductor containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) is formed (S02). The oxide superconductor is formed, for example, by a solid-state reaction method. The oxide superconductor is produced, for example, by mixing and compressing rare earth element (RE) oxide powder, barium (Ba) carbonate powder, and copper (Cu) oxide powder to produce a green compact, and then sintering the green compact.

酸化物超電導体の形成においては、例えば、Gd、BaCO3、及びCuOの粉末を混合して圧縮し、圧粉体を作製する。圧粉体を焼結することにより、例えば、GdBaCuδ(6≦δ≦7)組成の酸化物超電導体が形成される。 In forming the oxide superconductor, for example, powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 , and CuO are mixed and compressed to produce a green compact, which is then sintered to form an oxide superconductor having a composition of, for example, GdBa 2 Cu 3 O δ (6≦δ≦7).

次に、酸化物超電導体を粉砕して、第1の結晶粒子31を作製する(S03)。第1の結晶粒子31は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。例えば、粉砕により生じた粒子の中から、所望のサイズ及び形状の粒子を第1の結晶粒子31として選別する。 Next, the oxide superconductor is crushed to produce first crystal particles 31 (S03). The first crystal particles 31 contain rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). For example, particles of a desired size and shape are selected as the first crystal particles 31 from the particles produced by crushing.

例えば、第1の結晶粒子31が板状又は扁平形状となるように、第1の結晶粒子31を作製する。例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値が2以上になるように、第1の結晶粒子31を作製する。 For example, the first crystal particles 31 are fabricated so that the first crystal particles 31 have a plate-like or flat shape. For example, the first crystal particles 31 are fabricated so that the median aspect ratio of the first crystal particles 31 is 2 or more.

次に、MOD法を用いて接続層30を形成する。 Next, the connection layer 30 is formed using the MOD method.

希土類元素(RE)の有機酸塩の粉末、バリウム(Ba)の有機酸塩の粉末、及び銅(Cu)の有機酸塩の粉末を溶解させた有機金属塩溶液を作製する(S04)。例えば、Gd(OCOCHの粉末、Ba(OCOCHの粉末、及びCu(OCOCHの粉末を用い、有機金属塩溶液を作製する。 An organic metal salt solution is prepared by dissolving a powder of an organic acid salt of a rare earth element (RE), a powder of an organic acid salt of barium (Ba), and a powder of an organic acid salt of copper (Cu) (S04). For example, the organic metal salt solution is prepared using a powder of Gd( OCOCH3 ) 2 , a powder of Ba( OCOCH3 ) 2 , and a powder of Cu( OCOCH3 ) 2 .

次に、作製された有機金属塩溶液に第1の結晶粒子31を混合し、スラリーを作製する(S05)。 Next, the first crystal particles 31 are mixed into the prepared organometallic salt solution to prepare a slurry (S05).

次に、作製されたスラリーを第1の超電導層16の上に塗布する(S06)。 Next, the prepared slurry is applied onto the first superconducting layer 16 (S06).

次に、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間にスラリーを挟んだ状態で熱処理を行う(S07)。熱処理は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26を、第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向に加圧した状態で行う。 Next, heat treatment is performed with the slurry sandwiched between the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26 (S07). The heat treatment is performed, for example, while the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26 are pressurized in a direction from the first superconducting layer 16 to the second superconducting layer 26.

熱処理は、例えば、酸素を含む雰囲気中で行う。熱処理は、例えば、800℃以下の温度で行う。熱処理により接続層30が形成される。 The heat treatment is performed, for example, in an atmosphere containing oxygen. The heat treatment is performed, for example, at a temperature of 800° C. or less. The connection layer 30 is formed by the heat treatment.

スラリーの焼成により、第2の結晶粒子32が形成される。第2の結晶粒子32は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。 The slurry is fired to form second crystal particles 32. The second crystal particles 32 contain rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O).

第2の結晶粒子32の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さくなる。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さくなる。 The median major axis of the second crystal particles 32 is smaller than the median major axis of the first crystal particles 31. The median aspect ratio of the second crystal particles 32 is smaller than the median aspect ratio of the first crystal particles 31, for example.

スラリーの焼成により、炭素含有粒子33が形成される。炭素含有粒子33は、例えば、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む。炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さくなる。また、炭素含有粒子33の長径の中央値は、例えば、第2の結晶粒子32の長径の中央値よりも小さくなる。 Carbon-containing particles 33 are formed by firing the slurry. The carbon-containing particles 33 contain, for example, barium (Ba), carbon (C), and oxygen (O). The median long diameter of the carbon-containing particles 33 is, for example, smaller than the median long diameter of the first crystal particles 31. The median long diameter of the carbon-containing particles 33 is, for example, smaller than the median long diameter of the second crystal particles 32.

以上の方法により、第1の超電導層16と第2の超電導層26とが接続される。以上の方法により、第1の実施形態の超電導層の接続構造100が形成される。 By the above method, the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26 are connected. By the above method, the superconducting layer connection structure 100 of the first embodiment is formed.

なお、酸化物超電導体は、固相反応法にかえて、例えば、MOD法、PLD法、又は、MOCVD法を用いて形成することも可能である。 In addition, oxide superconductors can also be formed using, for example, the MOD method, the PLD method, or the MOCVD method instead of the solid-state reaction method.

次に、第1の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導層の接続方法の作用及び効果について説明する。 Next, the action and effect of the superconducting layer connection structure and superconducting layer connection method of the first embodiment will be described.

例えば、核磁気共鳴装置(NMR)や磁気共鳴画像診断装置(MRI)では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。 For example, in nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) devices, superconducting coils are used to generate strong magnetic fields. Superconducting coils are formed by winding superconducting wire around a reel.

超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、2本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。 To make superconducting wire longer, for example, multiple superconducting wires are connected. For example, the ends of two superconducting wires are connected using a connection structure. The connection structure that connects the superconducting wires is required to have low electrical resistance and high mechanical strength.

第1の実施形態の超電導層の接続方法は、第1の超電導層16と第2の超電導層26とを接続する接続層30が、長径の大きい第1の結晶粒子31、長径の小さい第2の結晶粒子32、及び炭素含有粒子33を含む。接続層30が、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び炭素含有粒子33を含むことで、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた超電導層の接続構造100が実現できる。以下、詳述する。 In the first embodiment of the superconducting layer connection method, the connection layer 30 that connects the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26 includes first crystal particles 31 with a large major axis, second crystal particles 32 with a small major axis, and carbon-containing particles 33. By including the first crystal particles 31, the second crystal particles 32, and the carbon-containing particles 33 in the connection layer 30, a superconducting layer connection structure 100 with low electrical resistance and high mechanical strength can be realized. This will be described in detail below.

第1の実施形態の超電導層の接続構造100は、長径の大きい第1の結晶粒子31を備えることで、接続層30の電気抵抗が低減する。長径の大きい第1の結晶粒子31を備えることで、接続層30の中に占める結晶粒子界面が減少する。したがって、結晶粒子界面の界面抵抗が接続層30の電気抵抗を増加させることが抑制される。 The superconducting layer connection structure 100 of the first embodiment has first crystal grains 31 with a large major axis, which reduces the electrical resistance of the connection layer 30. The first crystal grains 31 with a large major axis reduce the crystal grain interfaces in the connection layer 30. Therefore, the interface resistance of the crystal grain interfaces is prevented from increasing the electrical resistance of the connection layer 30.

また、第1の実施形態の超電導層の接続構造100は、長径の小さい第2の結晶粒子32が、長径の大きい第1の結晶粒子31の間を充填している。第2の結晶粒子32により、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32が結合し、接続層30の機械的強度が向上する。 In addition, in the superconducting layer connection structure 100 of the first embodiment, the second crystal grains 32 with a smaller major axis fill the spaces between the first crystal grains 31 with a larger major axis. The second crystal grains 32 bond the first crystal grains 31 and the second crystal grains 32 together, improving the mechanical strength of the connection layer 30.

酸化物超電導体の結晶粒子の炭素原子濃度が高くなると、結晶粒子の導電性が低くなる。第1の結晶粒子31の炭素原子濃度は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度よりも低い。また、第2の結晶粒子32の炭素原子濃度は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度よりも低い。 When the carbon atom concentration in the crystal grains of the oxide superconductor increases, the conductivity of the crystal grains decreases. The carbon atom concentration of the first crystal grains 31 is lower than the carbon atom concentration of the carbon-containing grains 33. The carbon atom concentration of the second crystal grains 32 is also lower than the carbon atom concentration of the carbon-containing grains 33.

第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32の炭素原子濃度を低くすることで、接続層30の電気抵抗を低減することができる。特に、接続層30の電気抵抗の低減への寄与度が高い第1の結晶粒子31の炭素原子濃度を低くすることで、接続層30の電気抵抗を低減することができる。 By lowering the carbon atom concentration of the first crystal particles 31 and the second crystal particles 32, the electrical resistance of the connection layer 30 can be reduced. In particular, by lowering the carbon atom concentration of the first crystal particles 31, which contributes greatly to reducing the electrical resistance of the connection layer 30, the electrical resistance of the connection layer 30 can be reduced.

以上のように、第1の実施形態の超電導層の接続構造100によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度が実現できる。 As described above, the superconducting layer connection structure 100 of the first embodiment can achieve low electrical resistance and high mechanical strength.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の炭素原子濃度は、第1の結晶粒子31の炭素原子濃度の10倍以上であることが好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の炭素原子濃度は、第2の結晶粒子32の炭素原子濃度の10倍以上であることが好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the carbon atom concentration of the carbon-containing particles 33 is 10 times or more the carbon atom concentration of the first crystal particles 31. From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the carbon atom concentration of the carbon-containing particles 33 is 10 times or more the carbon atom concentration of the second crystal particles 32.

いいかえれば、接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の炭素含有粒子33は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度の10分の1以下であることが好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第2の結晶粒子32の炭素含有粒子33は、炭素含有粒子33の炭素原子濃度の10分の1以下であることが好ましい。 In other words, from the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the carbon-containing particles 33 of the first crystal particles 31 have a carbon atom concentration of 1/10 or less than that of the carbon-containing particles 33. From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the carbon-containing particles 33 of the second crystal particles 32 have a carbon atom concentration of 1/10 or less than that of the carbon-containing particles 33.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数よりも少ないことが好ましい。接続層30の中の炭素含有粒子33の個数は、接続層30の中の第2の結晶粒子32の個数の10分の1以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the number of carbon-containing particles 33 in the connection layer 30 is smaller than the number of second crystal particles 32 in the connection layer 30. It is more preferable that the number of carbon-containing particles 33 in the connection layer 30 is one-tenth or less of the number of second crystal particles 32 in the connection layer 30.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さいことが好ましい。また、接続層30の電気抵抗を低減する観点から、炭素含有粒子33の長径の中央値は、第2の結晶粒子32の長径の中央値よりも小さいことが好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the median long diameter of the carbon-containing particles 33 is smaller than the median long diameter of the first crystal particles 31. Also, from the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the median long diameter of the carbon-containing particles 33 is smaller than the median long diameter of the second crystal particles 32.

炭素含有粒子33は超電導特性を備えず、導電性が低い。したがって、炭素含有粒子33の個数が少なくなることで、接続層30の電気抵抗の上昇を抑制できる。また、炭素含有粒子33の長径が小さくなることで、接続層30の電気抵抗の上昇を抑制できる。 The carbon-containing particles 33 do not have superconducting properties and have low electrical conductivity. Therefore, by reducing the number of carbon-containing particles 33, the increase in electrical resistance of the connection layer 30 can be suppressed. In addition, by reducing the major axis of the carbon-containing particles 33, the increase in electrical resistance of the connection layer 30 can be suppressed.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の長径の中央値は、100nm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、3μm以上であることが更に好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の長径d1は、100nm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、3μm以上であることが更に好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, the median major axis of the first crystal particles 31 is preferably 100 nm or more, more preferably 1 μm or more, and even more preferably 3 μm or more. From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, the first major axis d1 is preferably 100 nm or more, more preferably 1 μm or more, and even more preferably 3 μm or more.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の長径の中央値は、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きいことが好ましい。接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の長径d1は、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図2中のt)より大きいことが好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the median major axis of the first crystal grains 31 is greater than the thickness (t in FIG. 2) of the connection layer 30 in the direction from the first superconducting layer 16 to the second superconducting layer 26. From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the first major axis d1 is greater than the thickness (t in FIG. 2) of the connection layer 30 in the direction from the first superconducting layer 16 to the second superconducting layer 26.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値は、第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値よりも大きいことが好ましい。第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さいことが好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, it is preferable that the median aspect ratio of the first crystal particles 31 is larger than the median aspect ratio of the second crystal particles 32. It is preferable that the median aspect ratio of the second crystal particles 32 is smaller than the median aspect ratio of the first crystal particles 31.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値は、2以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、6以上であることが更に好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, the median aspect ratio of the first crystal particles 31 is preferably 2 or more, more preferably 4 or more, and even more preferably 6 or more.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、2未満であることが好ましく、1.5未満であることがより好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, the median aspect ratio of the second crystal particles 32 is preferably less than 2, and more preferably less than 1.5.

接続層30の電気抵抗を低減する観点から、第1の結晶粒子31の長軸方向の、第1の超電導層16と接続層30の界面に対する第1の傾斜角の中央値は、15度以上であることが好ましく、20度以上であることがより好ましく、30度以上であることが更に好ましい。 From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, the median of the first inclination angle of the long axis direction of the first crystal grains 31 with respect to the interface between the first superconducting layer 16 and the connection layer 30 is preferably 15 degrees or more, more preferably 20 degrees or more, and even more preferably 30 degrees or more.

接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の結晶粒子32の長径の中央値は、1μm未満であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、200nm未満であることが更に好ましい。接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の長径d2は、1μm未満であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、200nm未満であることが更に好ましい。 From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the connection layer 30, the median major axis of the second crystal particles 32 is preferably less than 1 μm, more preferably 500 nm or less, and even more preferably less than 200 nm. From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the connection layer 30, the second major axis d2 is preferably less than 1 μm, more preferably 500 nm or less, and even more preferably less than 200 nm.

接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第1の結晶粒子31の長径の中央値は、第2の結晶粒子32の長径の10倍以上であることが好ましい。接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第1の長径d1は、第2の長径d2の10倍以上であることが好ましい。 From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the connection layer 30, it is preferable that the median major axis of the first crystal particles 31 is 10 times or more the major axis of the second crystal particles 32. From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the connection layer 30, it is preferable that the first major axis d1 is 10 times or more the second major axis d2.

接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第1の結晶粒子31の化学組成と第2の結晶粒子32の化学組成が同一であることが好ましい。 From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the connection layer 30, it is preferable that the chemical composition of the first crystal particles 31 and the chemical composition of the second crystal particles 32 are the same.

第1の実施形態の超電導層の接続方法では、第1の結晶粒子31と第2の結晶粒子32を独立した製造ステップで形成する。第1の結晶粒子31は、あらかじめ作製した酸化物超電導体を粉砕することで形成する。一方、第2の結晶粒子32は、MOD法で形成する。したがって、第1の結晶粒子31の特性及び第2の結晶粒子32の特性を、接続層30の低い電気抵抗と高い機械的強度を実現するために最適な特性とすることが容易となる。 In the method for connecting superconducting layers of the first embodiment, the first crystal particles 31 and the second crystal particles 32 are formed in independent manufacturing steps. The first crystal particles 31 are formed by crushing a prefabricated oxide superconductor. Meanwhile, the second crystal particles 32 are formed by the MOD method. Therefore, it is easy to optimize the characteristics of the first crystal particles 31 and the second crystal particles 32 to achieve low electrical resistance and high mechanical strength of the connection layer 30.

第1の結晶粒子31に特に要求される特性は、接続層30の電気抵抗を低減する観点から、例えば、結晶性が高く、粒子の長径が大きく、アスペクト比が高く、炭素原子濃度が低いことである。あらかじめ作製する酸化物超電導体は、最適な製造条件を選択することで高い結晶性、及び低い炭素原子濃度を得ることが可能である。また、酸化物超電導体を粉砕して第1の結晶粒子31を作製する際に、最適な粉砕条件及び粒子選別条件を選択することで、粒子の長径が大きく、アスペクト比が高い第1の結晶粒子31を作製できる。 The characteristics that are particularly required for the first crystal particles 31, from the viewpoint of reducing the electrical resistance of the connection layer 30, are, for example, high crystallinity, a large particle long diameter, a high aspect ratio, and a low carbon atom concentration. By selecting optimal manufacturing conditions, it is possible to obtain high crystallinity and a low carbon atom concentration for the prefabricated oxide superconductor. Furthermore, by selecting optimal grinding conditions and particle selection conditions when crushing the oxide superconductor to produce the first crystal particles 31, it is possible to produce first crystal particles 31 with a large particle long diameter and a high aspect ratio.

第2の結晶粒子32に特に要求される特性は、接続層30の機械的強度を向上させる観点から、粒子の長径が小さく、粒子同士の焼結性が高いことである。また、第1の超電導層16及び第2の超電導層26の超電導特性を劣化させない観点から、第2の結晶粒子32は、低温で形成できることが要求される。MOD法を用いることで、長径が小さく、粒子同士の焼結性の高い第2の結晶粒子32を、低温で形成することが可能である。 The characteristics that are particularly required for the second crystal particles 32 are that the long diameter of the particles is small and that the particles have a high degree of sinterability with each other, from the viewpoint of improving the mechanical strength of the connection layer 30. In addition, from the viewpoint of not deteriorating the superconducting properties of the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26, the second crystal particles 32 are required to be formed at low temperatures. By using the MOD method, it is possible to form second crystal particles 32 that have a small long diameter and a high degree of sinterability with each other at low temperatures.

また、MOD法を用いることで、接続層30の中の炭素含有粒子33の個数や、炭素含有粒子33の長径を小さくすることができる。したがって、接続層30の電気抵抗が低減する。 In addition, by using the MOD method, the number of carbon-containing particles 33 in the connection layer 30 and the major axis of the carbon-containing particles 33 can be reduced. Therefore, the electrical resistance of the connection layer 30 is reduced.

以上、第1の実施形態の超電導層の接続方法によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた超電導層の接続構造を製造することが可能である。 As described above, the superconducting layer connection method of the first embodiment makes it possible to manufacture a superconducting layer connection structure with low electrical resistance and high mechanical strength.

あらかじめ作製する酸化物超電導体は、固相反応法を用いて形成することが好ましい。あらかじめ形成する酸化物超電導体は、希土類元素(RE)の酸化物の粉末、バリウム(Ba)の炭酸塩の粉末、及び銅(Cu)の酸化物の粉末を混合して圧縮して圧粉体を作製し、圧粉体を焼結することにより作製することが好ましい。上記方法により、結晶性が高く、炭素原子濃度の低い酸化物超電導体を作製することが可能となる。 The prefabricated oxide superconductor is preferably formed using a solid-state reaction method. The prefabricated oxide superconductor is preferably produced by mixing rare earth element (RE) oxide powder, barium (Ba) carbonate powder, and copper (Cu) oxide powder, compressing them to produce a green compact, and sintering the green compact. The above method makes it possible to produce an oxide superconductor with high crystallinity and a low carbon atom concentration.

第2の結晶粒子32を形成する熱処理は、高い焼結性を実現する観点から酸素を含む雰囲気中で行われることが好ましい。 The heat treatment to form the second crystal particles 32 is preferably carried out in an atmosphere containing oxygen in order to achieve high sinterability.

第2の結晶粒子32を形成する熱処理は、800℃以下の温度で行われることが好ましく、700℃以下で行われることがより好ましい。熱処理を低温で行うことで、第1の超電導層16及び第2の超電導層26の超電導特性の劣化を抑制できる。 The heat treatment to form the second crystal grains 32 is preferably performed at a temperature of 800°C or less, and more preferably 700°C or less. By performing the heat treatment at a low temperature, deterioration of the superconducting properties of the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26 can be suppressed.

接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の結晶粒子32の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さいことが好ましい。また、接続層30の機械的強度を増加させる観点から、第2の結晶粒子32のアスペクト比の中央値は、第1の結晶粒子31のアスペクト比の中央値よりも小さくすることが好ましい。 From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the connection layer 30, it is preferable that the median long diameter of the second crystal particles 32 is smaller than the median long diameter of the first crystal particles 31. Also, from the viewpoint of increasing the mechanical strength of the connection layer 30, it is preferable that the median aspect ratio of the second crystal particles 32 is smaller than the median aspect ratio of the first crystal particles 31.

(変形例)
図6は、第1の実施形態の変形例の接続層の一部の拡大模式断面図である。変形例の接続層30は、炭素含有粒子33にかえて炭素含有部分35を含む点で、第1の実施形態の接続層30と異なる。
(Modification)
6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of a connection layer of a modified example of the first embodiment. The connection layer 30 of the modified example differs from the connection layer 30 of the first embodiment in that it includes a carbon-containing portion 35 instead of the carbon-containing particles 33.

第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32は、結晶粒子の一例である。炭素含有部分35は、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域の一例である。 The first crystal particle 31 and the second crystal particle 32 are examples of crystal particles. The carbon-containing portion 35 is an example of a region having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal particles.

炭素含有部分35は、炭素(C)を含む。炭素含有部分35の原子濃度は、第1の結晶粒子31の原子濃度よりも高い。炭素含有部分35の原子濃度は、第2の結晶粒子32の原子濃度よりも高い。 The carbon-containing portion 35 contains carbon (C). The atomic concentration of the carbon-containing portion 35 is higher than the atomic concentration of the first crystal grain 31. The atomic concentration of the carbon-containing portion 35 is higher than the atomic concentration of the second crystal grain 32.

炭素含有部分35の原子濃度は、例えば、第1の結晶粒子31の原子濃度の10倍以上である。炭素含有部分35の原子濃度は、例えば、第2の結晶粒子32の原子濃度の10倍以上である。 The atomic concentration of the carbon-containing portion 35 is, for example, 10 times or more than the atomic concentration of the first crystal grain 31. The atomic concentration of the carbon-containing portion 35 is, for example, 10 times or more than the atomic concentration of the second crystal grain 32.

炭素含有部分35は、例えば、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む。炭素含有部分35は、例えば、炭酸バリウムである。炭素含有部分35は、例えば、BaCOで表記される化学組成を有する。 The carbon-containing portion 35 includes, for example, barium (Ba), carbon (C), and oxygen (O). The carbon-containing portion 35 is, for example, barium carbonate. The carbon-containing portion 35 has, for example, a chemical composition expressed as Ba2CO3 .

炭素含有部分35は、不定形状である。 The carbon-containing portion 35 has an irregular shape.

以上、第1の実施形態の超電導層の接続構造及び変形例によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。 As described above, the connection structure and modified examples of the superconducting layer of the first embodiment can achieve low electrical resistance and high mechanical strength.

(第2の実施形態)
第2の実施形態の超電導線材は、第1の超電導層を含む第1の超電導線材と、第2の超電導層を含む第2の超電導線材と、第1の面と第1の面と対向する第2の面を有する第3の超電導層と、第1の超電導層と第3の超電導層との間、及び、第2の超電導層と第3の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、を備える。第1の超電導層及び第2の超電導層は、第3の超電導層の第1の面の側に位置する。バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、第1のピークに対応する第1の長径は、第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい。第2の実施形態の超電導線材は、第1の超電導線材と第2の超電導線材を接続する構造として、第1の実施形態の超電導層の接続構造を用いる。以下、第1の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
Second Embodiment
The superconducting wire of the second embodiment includes a first superconducting wire including a first superconducting layer, a second superconducting wire including a second superconducting layer, a third superconducting layer having a first surface and a second surface facing the first surface, and a connection layer provided between the first superconducting layer and the third superconducting layer and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, the connection layer including crystal grains including rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and a region having a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grains, the distribution of the major axis of the crystal grains including a bimodal distribution. The first superconducting layer and the second superconducting layer are located on the first surface side of the third superconducting layer. The bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak, and the first major axis corresponding to the first peak is larger than the second major axis corresponding to the second peak. The superconducting wire of the second embodiment uses the connection structure of the superconducting layer of the first embodiment as a structure for connecting the first superconducting wire and the second superconducting wire. Hereinafter, some of the contents that overlap with the first embodiment will be omitted.

図7は、第2の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第2の実施形態の超電導線材400は、第1の超電導線材401、第2の超電導線材402、及び接続部材403を備える。第2の実施形態の超電導線材400は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402が、接続部材403を用いて接続されることで、長尺化されている。 Figure 7 is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire of the second embodiment. The superconducting wire 400 of the second embodiment includes a first superconducting wire 401, a second superconducting wire 402, and a connecting member 403. The superconducting wire 400 of the second embodiment is elongated by connecting the first superconducting wire 401 and the second superconducting wire 402 using the connecting member 403.

第1の超電導線材401は、第1の基板12、第1の中間層14、第1の超電導層16、第1の保護層18を備える。第2の超電導線材402は、第2の基板22、第2の中間層24、第2の超電導層26、第2の保護層28を備える。接続部材403は、第3の基板42、第3の中間層44、第3の超電導層46を備える。 The first superconducting wire 401 comprises a first substrate 12, a first intermediate layer 14, a first superconducting layer 16, and a first protective layer 18. The second superconducting wire 402 comprises a second substrate 22, a second intermediate layer 24, a second superconducting layer 26, and a second protective layer 28. The connecting member 403 comprises a third substrate 42, a third intermediate layer 44, and a third superconducting layer 46.

第1の超電導線材401、第2の超電導線材402、及び接続部材403は、第1の実施形態の第1の超電導部材10及び第2の超電導部材20と同様の構造を備える。 The first superconducting wire 401, the second superconducting wire 402, and the connecting member 403 have a structure similar to that of the first superconducting member 10 and the second superconducting member 20 of the first embodiment.

接続層30は、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。接続層30は、第1の超電導層16に接する。接続層30は、第3の超電導層46に接する。 The connection layer 30 is provided between the first superconducting layer 16 and the third superconducting layer 46. The connection layer 30 contacts the first superconducting layer 16. The connection layer 30 contacts the third superconducting layer 46.

接続層30は、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。接続層30は、第2の超電導層26に接する。接続層30は、第3の超電導層46に接する。 The connection layer 30 is provided between the second superconducting layer 26 and the third superconducting layer 46. The connection layer 30 contacts the second superconducting layer 26. The connection layer 30 contacts the third superconducting layer 46.

第1の超電導層16と第3の超電導層46との間の接続層30と、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間の接続層30は連続している。 The connection layer 30 between the first superconducting layer 16 and the third superconducting layer 46 and the connection layer 30 between the second superconducting layer 26 and the third superconducting layer 46 are continuous.

接続層30は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に存在しない。第1の超電導層16と第2の超電導層26との間は、例えば、空隙(air gap)である。 The connection layer 30 does not exist, for example, between the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26. Between the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26, for example, there is an air gap.

接続層30は、酸化物超電導層である。接続層30は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。 The connection layer 30 is an oxide superconducting layer. The connection layer 30 includes a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The connection layer 30 includes, for example, a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). The connection layer 30 includes, for example, at least one rare earth element (RE) selected from the group consisting of yttrium (Y), lanthanum (La), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu).

第2の実施形態の接続層30は、図2に示す第1の実施形態の接続層30と同様の構成を備える。 The connection layer 30 of the second embodiment has a configuration similar to that of the connection layer 30 of the first embodiment shown in FIG. 2.

第2の実施形態の超電導線材400では、例えば、第1の超電導線材401から、接続層30、接続部材403、及び接続層30を通って第2の超電導線材402に電流が流れる。 In the second embodiment of the superconducting wire 400, for example, a current flows from the first superconducting wire 401 through the connection layer 30, the connection member 403, and the connection layer 30 to the second superconducting wire 402.

第1の超電導線材401と接続部材403とが接続層30を用いて接続されることで、第1の超電導線材401と接続部材403とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。また、第2の超電導線材402と接続部材403とが接続層30を用いて接続されることで、第2の超電導線材402と接続部材403とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。 The first superconducting wire 401 and the connection member 403 are connected using the connection layer 30, so that the connection structure connecting the first superconducting wire 401 and the connection member 403 has low electrical resistance and high mechanical strength. The second superconducting wire 402 and the connection member 403 are connected using the connection layer 30, so that the connection structure connecting the second superconducting wire 402 and the connection member 403 has low electrical resistance and high mechanical strength.

したがって、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。よって、超電導線材400は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。 Therefore, the connection structure connecting the first superconducting wire 401 and the second superconducting wire 402 has low electrical resistance and high mechanical strength. Therefore, the superconducting wire 400 has low electrical resistance and high mechanical strength.

なお、3本以上の超電導線材を接続し、更に長尺化した超電導線材を形成することも可能である。 It is also possible to connect three or more superconducting wires to form an even longer superconducting wire.

(第1の変形例)
図8は、第2の実施形態の超電導線材の第1の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第1の変形例の超電導線材410は、補強材60を備える点で、第2の実施形態の超電導線材400と異なる。
(First Modification)
8 is a schematic cross-sectional view of a first modified example of the superconducting wire of the second embodiment. The superconducting wire 410 of the first modified example of the second embodiment differs from the superconducting wire 400 of the second embodiment in that the superconducting wire 410 includes a reinforcing member 60.

補強材60は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。 The reinforcing material 60 is provided between the first superconducting wire 401 and the second superconducting wire 402. The reinforcing material 60 is provided, for example, between the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26.

補強材60は、例えば、第1の超電導線材401及び第2の超電導線材402に接する。補強材60は、例えば、接続層30に接する。 The reinforcing material 60 contacts, for example, the first superconducting wire 401 and the second superconducting wire 402. The reinforcing material 60 contacts, for example, the connection layer 30.

補強材60を備えることで、超電導線材410の機械的強度が向上する。 The inclusion of the reinforcing material 60 improves the mechanical strength of the superconducting wire 410.

補強材60は、例えば、金属又は樹脂である。補強材60は、例えば、はんだである。補強材60は、例えば、銀(Ag)及びインジウム(In)を含むはんだである。 The reinforcing material 60 is, for example, a metal or a resin. The reinforcing material 60 is, for example, a solder. The reinforcing material 60 is, for example, a solder containing silver (Ag) and indium (In).

(第2の変形例)
図9は、第2の実施形態の超電導線材の第2の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第2の変形例の超電導線材420は、接続層30が互いに離間した第1の領域30aと第2の領域30bを含む点で、第2の実施形態の超電導線材400と異なる。
(Second Modification)
9 is a schematic cross-sectional view of a second modified example of the superconducting wire of the second embodiment. A superconducting wire 420 of the second modified example of the second embodiment differs from the superconducting wire 400 of the second embodiment in that the connection layer 30 includes a first region 30a and a second region 30b that are spaced apart from each other.

接続層30は、第1の領域30aと第2の領域30bを含む。第1の領域30aと第2の領域30bは離間する。 The connection layer 30 includes a first region 30a and a second region 30b. The first region 30a and the second region 30b are spaced apart.

第1の領域30aは、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。第1の領域30aは、第1の超電導層16に接する。第1の領域30aは、第3の超電導層46に接する。 The first region 30a is provided between the first superconducting layer 16 and the third superconducting layer 46. The first region 30a contacts the first superconducting layer 16. The first region 30a contacts the third superconducting layer 46.

第2の領域30bは、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。第2の領域30bは、第2の超電導層26に接する。第2の領域30bは、第3の超電導層46に接する。 The second region 30b is provided between the second superconducting layer 26 and the third superconducting layer 46. The second region 30b contacts the second superconducting layer 26. The second region 30b contacts the third superconducting layer 46.

(第3の変形例)
図10は、第2の実施形態の超電導線材の第3の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第3の変形例の超電導線材430は、第1の超電導層16の第3の超電導層46に対向する面の一部が露出し、第2の超電導層26の第3の超電導層46に対向する面の一部が露出する点で、第2の実施形態の第2の変形例の超電導線材420と異なる。
(Third Modification)
10 is a schematic cross-sectional view of a third modified example of the superconducting wire of the second embodiment. A superconducting wire 430 of the third modified example of the second embodiment differs from the superconducting wire 420 of the second modified example of the second embodiment in that a part of a surface of the first superconducting layer 16 facing the third superconducting layer 46 is exposed, and a part of a surface of the second superconducting layer 26 facing the third superconducting layer 46 is exposed.

第1の超電導層16の上面の、第2の超電導層26側の端部の近傍に、接続層30が存在しない領域がある。また、第2の超電導層26の上面の、第1の超電導層16側の端部の近傍に、接続層30が存在しない領域がある。 There is an area where the connection layer 30 is not present near the end of the upper surface of the first superconducting layer 16 on the side of the second superconducting layer 26. Also, there is an area where the connection layer 30 is not present near the end of the upper surface of the second superconducting layer 26 on the side of the first superconducting layer 16.

(第4の変形例)
図11は、第2の実施形態の超電導線材の第4の変形例の模式断面図である。第2の実施形態の第4の変形例の超電導線材440は、補強材60を備える点で、第2の実施形態の第3の変形例の超電導線材430と異なる。
(Fourth Modification)
11 is a schematic cross-sectional view of a fourth modified example of the superconducting wire of the second embodiment. The superconducting wire 440 of the fourth modified example of the second embodiment differs from the superconducting wire 430 of the third modified example of the second embodiment in that the superconducting wire 440 includes a reinforcing material 60.

補強材60は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。補強材60は、例えば、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の領域30aと第2の領域30bとの間に設けられる。 The reinforcing material 60 is provided between the first superconducting wire 401 and the second superconducting wire 402. The reinforcing material 60 is provided, for example, between the first superconducting layer 16 and the second superconducting layer 26. The reinforcing material 60 is provided, for example, between the first superconducting layer 16 and the third superconducting layer 46. The reinforcing material 60 is provided, for example, between the second superconducting layer 26 and the third superconducting layer 46. The reinforcing material 60 is provided, for example, between the first region 30a and the second region 30b.

補強材60を備えることで、超電導線材440の機械的強度が向上する。 The inclusion of the reinforcing material 60 improves the mechanical strength of the superconducting wire 440.

補強材60は、例えば、金属又は樹脂である。補強材60は、例えば、はんだである。補強材60は、例えば、銀(Ag)及びインジウム(In)を含むはんだである。 The reinforcing material 60 is, for example, a metal or a resin. The reinforcing material 60 is, for example, a solder. The reinforcing material 60 is, for example, a solder containing silver (Ag) and indium (In).

以上、第2の実施形態及び変形例によれば、2本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。 As described above, according to the second embodiment and the modified example, a superconducting wire having low electrical resistance and high mechanical strength can be realized by connecting two superconducting wires to a long length.

(第3の実施形態)
第3の実施形態の超電導コイルは、第2の実施形態の超電導線材を備える。以下、第2の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
Third Embodiment
The superconducting coil of the third embodiment includes the superconducting wire of the second embodiment. In the following, some of the contents that overlap with the second embodiment may be omitted.

図12は、第3の実施形態の超電導コイルの模式斜視図である。図13は、第3の実施形態の超電導コイルの模式断面図である。 Figure 12 is a schematic perspective view of a superconducting coil of the third embodiment. Figure 13 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil of the third embodiment.

第3の実施形態の超電導コイル700は、例えば、NMR、MRI、重粒子線治療器、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両などの超電導機器の磁場発生用のコイルとして用いられる。 The superconducting coil 700 of the third embodiment is used as a coil for generating a magnetic field in superconducting equipment such as NMR, MRI, heavy particle beam therapy equipment, or superconducting magnetic levitation railway vehicles.

超電導コイル700は、巻枠110、第1の絶縁板111a、第2の絶縁板111b、及び巻線部112を備える。巻線部112は、超電導線材120と、線材間層130を有する。 The superconducting coil 700 includes a winding frame 110, a first insulating plate 111a, a second insulating plate 111b, and a winding section 112. The winding section 112 includes a superconducting wire 120 and an inter-wire layer 130.

図13は、第1の絶縁板111a、及び第2の絶縁板111bを除いた状態を示す。 Figure 13 shows the state after removing the first insulating plate 111a and the second insulating plate 111b.

巻枠110は、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。超電導線材120は、例えば、テープ形状である。超電導線材120は、図13に示すように、巻回中心Cを中心に、同心円状のいわゆるパンケーキ形状に巻枠110に巻き回される。 The reel 110 is made of, for example, fiber-reinforced plastic. The superconducting wire 120 is, for example, tape-shaped. As shown in FIG. 13, the superconducting wire 120 is wound around the reel 110 in a concentric, so-called pancake shape around the winding center C.

線材間層130は、超電導線材120を固定する機能を有する。線材間層130は、超電導線材120が、超電導機器の使用中の振動や、互いの摩擦により破壊されることを抑制する機能を有する。 The inter-wire layer 130 has the function of fixing the superconducting wire 120. The inter-wire layer 130 has the function of preventing the superconducting wire 120 from being damaged by vibration during use of the superconducting device or by friction between the wires.

第1の絶縁板111a及び第2の絶縁板111bは、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。第1の絶縁板111a及び第2の絶縁板111bは、巻線部112を外部に対して絶縁する機能を有する。巻線部112は、第1の絶縁板111aと第2の絶縁板111bとの間に位置する。 The first insulating plate 111a and the second insulating plate 111b are formed of, for example, fiber-reinforced plastic. The first insulating plate 111a and the second insulating plate 111b have the function of insulating the winding portion 112 from the outside. The winding portion 112 is located between the first insulating plate 111a and the second insulating plate 111b.

超電導線材120には、第2の実施形態の超電導線材が用いられる。 The superconducting wire 120 is the superconducting wire of the second embodiment.

以上、第3の実施形態によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材を備えることで、特性の向上した超電導コイルが実現できる。 As described above, according to the third embodiment, a superconducting coil with improved characteristics can be realized by using superconducting wire with low electrical resistance and high mechanical strength.

(第4の実施形態)
第4の実施形態の超電導機器は、第3の実施形態の超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第3の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
(Fourth embodiment)
The superconducting device of the fourth embodiment is a superconducting device including the superconducting coil of the third embodiment. Hereinafter, some of the description overlapping with the third embodiment will be omitted.

図14は、第4の実施形態の超電導機器のブロック図である。第4の実施形態の超電導機器は、重粒子線治療器800である。重粒子線治療器800は、超電導機器の一例である。 Figure 14 is a block diagram of a superconducting device according to a fourth embodiment. The superconducting device according to the fourth embodiment is a heavy particle beam therapy device 800. The heavy particle beam therapy device 800 is an example of a superconducting device.

重粒子線治療器800は、入射系50、シンクロトロン加速器52、ビーム輸送系54、照射系56、制御系58を備える。 The heavy ion beam therapy device 800 includes an injection system 50, a synchrotron accelerator 52, a beam transport system 54, an irradiation system 56, and a control system 58.

入射系50は、例えば、治療に用いる炭素イオンを生成し、シンクロトロン加速器52に入射するための予備加速を行う機能を有する。入射系50は、例えば、イオン発生源と線形加速器を有する。 The injection system 50 has a function of, for example, generating carbon ions to be used in treatment and performing preliminary acceleration for injection into the synchrotron accelerator 52. The injection system 50 has, for example, an ion generation source and a linear accelerator.

シンクロトロン加速器52は、入射系50から入射された炭素イオンビームを治療に適合したエネルギーまで加速する機能を有する。シンクロトロン加速器52に、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。 The synchrotron accelerator 52 has the function of accelerating the carbon ion beam injected from the injection system 50 to an energy level suitable for treatment. The superconducting coil 700 of the third embodiment is used in the synchrotron accelerator 52.

ビーム輸送系54は、シンクロトロン加速器52から入射された炭素イオンビームを照射系56まで輸送する機能を有する。ビーム輸送系54は、例えば、偏向電磁石を有する。 The beam transport system 54 has the function of transporting the carbon ion beam injected from the synchrotron accelerator 52 to the irradiation system 56. The beam transport system 54 has, for example, a bending electromagnet.

照射系56は、ビーム輸送系54から入射された炭素イオンビームを照射対象である患者に照射する機能を備える。照射系56は、例えば、炭素イオンビームを任意の方向から照射可能にする回転ガントリーを有する。回転ガントリーに、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。 The irradiation system 56 has a function of irradiating the carbon ion beam injected from the beam transport system 54 to the patient who is the irradiation target. The irradiation system 56 has, for example, a rotating gantry that enables the carbon ion beam to be irradiated from any direction. The superconducting coil 700 of the third embodiment is used for the rotating gantry.

制御系58は、入射系50、シンクロトロン加速器52、ビーム輸送系54、及び照射系56の制御を行う。制御系58は、例えば、コンピュータである。 The control system 58 controls the injection system 50, the synchrotron accelerator 52, the beam transport system 54, and the irradiation system 56. The control system 58 is, for example, a computer.

第4の実施形態の重粒子線治療器800は、シンクロトロン加速器52及び回転ガントリーに、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。したがって、特性の優れた重粒子線治療器800が実現される。 The fourth embodiment of the heavy particle beam therapy device 800 uses the superconducting coil 700 of the third embodiment in the synchrotron accelerator 52 and the rotating gantry. Therefore, a heavy particle beam therapy device 800 with excellent characteristics is realized.

第4の実施形態では、超電導機器の一例として、重粒子線治療器800の場合を説明したが、超電導機器は、核磁気共鳴装置(NMR)、磁気共鳴画像診断装置(MRI)、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両であっても構わない。 In the fourth embodiment, a heavy particle beam therapy device 800 has been described as an example of a superconducting device, but the superconducting device may also be a nuclear magnetic resonance device (NMR), a magnetic resonance imaging device (MRI), or a superconducting magnetic levitation railway vehicle.

(実施例1)
ハステロイ基材上に中間層とGdBaCu7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
Example 1
Two oxide superconducting wires with a length of 10.5 cm were prepared, each wire having an intermediate layer and a GdBa2Cu3O7 layer (oxide superconducting layer) formed on a Hastelloy substrate and covered with a protective layer of silver and copper. A portion 1.0 cm from one end was wet etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.

GdとBaCOとCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBaCu7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, thoroughly mixed, and the mixed powder was compressed to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930°C to produce an oxide superconductor with a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition. The obtained oxide superconductor was pulverized by beating in a mortar, and particles of an appropriate diameter were selected using a sieve or the like to produce a superconductor powder with a high aspect ratio, with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less.

得られた2種類の超伝導体粉末とGd(OCOCH、Ba(OCOCH、及びCu(OCOCHを溶かした有機金属塩溶液を重量比1:2で混合し、スラリーを作製した。 The two types of superconductor powders thus obtained were mixed with an organometallic salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved, in a weight ratio of 1:2, to prepare a slurry.

得られたスラリーを、上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層に塗布した。その後、超電導線材のスラリーを塗布した部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The obtained slurry was applied to the exposed oxide superconducting layer of one of the above superconducting wires. The part of the superconducting wire to which the slurry was applied was then placed face-to-face with the part of the other superconducting wire where the superconducting layer was exposed.

重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The overlapping wires were clamped from above and below with a jig and pressure was applied.

治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第1の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第2の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 While still clamped in the jig, the wire was heated to 780°C in an air atmosphere to carry out the first heat treatment. It was then cooled to near room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the wire was heated to 500°C in an oxygen atmosphere to carry out the second heat treatment, forming a connection structure for the superconducting wire.

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。本接続構造の、超電導転移後の臨界電流値を基準値1.0として、以下実施例、比較例において相対臨界電流値を示す。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K with a transition width of approximately 1 K. The critical current value after the superconducting transition for this connection structure is set as a reference value of 1.0, and the relative critical current values are shown in the following examples and comparative examples.

接続部断面をSEM及びSEM-EDXで観察したところ、板状又は扁平形状で炭素(C)がほとんど観測されないGdBaCu7-δ組成の第1の結晶粒子と、アスペクト比の低い不定形状のGdBaCu7-δ組成の第2の結晶粒子とが確認された。第1の結晶粒子の長径の平均は5μm程度、短径は2μmであり、第2の結晶粒子の粒径(第2の粒径)は長径短径とも90nm程度であり、バイモーダルな分布であった。さらに第2粒子の周辺に第2粒子より小さい不定形状の炭素含有粒子33を確認し、この粒子から第1の結晶粒子の10倍以上の強度の炭素(C)が観測された。 When the cross section of the connection part was observed by SEM and SEM-EDX, the first crystal particles of GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition, which were plate-like or flat and had almost no carbon (C) observed, and the second crystal particles of GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition, which had an irregular shape and a low aspect ratio, were confirmed. The average major axis of the first crystal particles was about 5 μm, the minor axis was 2 μm, and the particle size (second particle size) of the second crystal particles was about 90 nm in both major and minor axes, which was a bimodal distribution. Furthermore, around the second particles, carbon-containing particles 33 of an irregular shape smaller than the second particles were confirmed, and carbon (C) was observed from these particles at an intensity 10 times or more that of the first crystal particles.

(比較例1)
ハステロイ基材上に中間層とGdBaCu7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Comparative Example 1)
Two oxide superconducting wires with a length of 10.5 cm were prepared, each wire having an intermediate layer and a GdBa2Cu3O7 layer (oxide superconducting layer) formed on a Hastelloy substrate and covered with a protective layer of silver and copper. A portion 1.0 cm from one end was wet etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.

GdとBaCOとCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBaCu7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, thoroughly mixed, and the mixed powder was compressed to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930°C to produce an oxide superconductor with a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition. The obtained oxide superconductor was pulverized by beating in a mortar, and particles of an appropriate diameter were selected using a sieve or the like to produce a superconductor powder with a high aspect ratio, with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less.

得られた超電導体粉末と、粒径が50nm程度のGd粉末と、粒径が70nm程度のBaCO粉末と、粒径が30nm程度のCuO粉末とを乳鉢を用いて混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。 The obtained superconductor powder, Gd2O3 powder having a particle size of about 50 nm, BaCO3 powder having a particle size of about 70 nm, and CuO powder having a particle size of about 30 nm were mixed in a mortar. Water and sodium alginate were added to the obtained mixed powder to make a slurry.

上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、超電導線材のスラリーを塗布した部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 After applying the slurry to the exposed oxide superconducting layer of one of the superconducting wires, the part of the superconducting wire to which the slurry was applied was placed face-to-face with the part of the other superconducting wire with its exposed superconducting layer.

重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The overlapping wires were clamped from above and below with a jig and pressure was applied.

治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第1の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第2の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 While still clamped in the jig, the wire was heated to 780°C in an air atmosphere to carry out the first heat treatment. It was then cooled to near room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the wire was heated to 500°C in an oxygen atmosphere to carry out the second heat treatment, forming a connection structure for the superconducting wire.

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は0.8となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed near 93 K with a transition width of approximately 1 K. The critical current value after the superconducting transition was 0.8.

接続部断面をSEM及びSEM-EDXで観察したところ、板状又は扁平形状の第1の結晶粒子及びアスペクト比の低い不定形状の第2の結晶粒子が観察された。第2の結晶粒子の表面に炭素(C)が検出された。また、100nmから2μm程度の実施例1よりも大きな不定形状の炭素含有粒子33の塊が観察された。 When the cross section of the connection was observed with SEM and SEM-EDX, plate-like or flat first crystal particles and irregularly shaped second crystal particles with a low aspect ratio were observed. Carbon (C) was detected on the surface of the second crystal particles. In addition, clumps of irregularly shaped carbon-containing particles 33 measuring approximately 100 nm to 2 μm were observed, which were larger than those in Example 1.

(実施例2)
ハステロイ基材上に中間層とGdBaCu7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を3本用意した。それぞれの長さは1本を2.2cm、残りの2本を10cmとした。2.2cmの線は両端部間を、10cmの2本は片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
Example 2
Three oxide superconducting wires were prepared, each of which had an intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) formed on a Hastelloy substrate and was covered with a protective layer of silver and copper. One of the wires was 2.2 cm long, and the remaining two were 10 cm long. The 2.2 cm wire was wet etched between both ends, and the two 10 cm wires were wet etched 1.0 cm from one end using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.

GdとBaCOとCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBaCu7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, thoroughly mixed, and the mixed powder was compressed to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930°C to produce an oxide superconductor with a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition. The obtained oxide superconductor was pulverized by beating in a mortar, and particles of an appropriate diameter were selected using a sieve or the like to produce a superconductor powder with a high aspect ratio, with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less.

選別の際に得られた上記より小さい粒子をさらにボールミルを用いて3時間以上粉砕することで粒径の中央値が3μm以上のアスペクト比が2未満と低い超電導体粉末を作製した。 The smaller particles obtained during sorting were further pulverized in a ball mill for more than three hours to produce superconductor powder with a median particle size of 3 μm or more and a low aspect ratio of less than 2.

得られた2種類の超伝導体粉末とGd(OCOCH、Ba(OCOCH、及びCu(OCOCHを溶かした有機金属塩溶液を重量比1:1:4で混合し、スラリーを作製した。 The two types of superconductor powders thus obtained were mixed with an organometallic salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved, in a weight ratio of 1:1:4, to prepare a slurry.

得られたスラリーを、上記2.2cmの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した。その後、図7に示す構造となるように、2.2cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The obtained slurry was applied to the exposed oxide superconducting layer of the 2.2 cm superconducting wire. Then, the portion of the 2.2 cm superconducting wire to which the slurry was applied was placed face-to-face with the portion of the 10 cm superconducting wire with the exposed superconducting layer, resulting in the structure shown in FIG. 7.

重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The overlapping wires were clamped from above and below with a jig and pressure was applied.

治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第1の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第2の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 While still clamped in the jig, the wire was heated to 780°C in an air atmosphere to carry out the first heat treatment. It was then cooled to near room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the wire was heated to 500°C in an oxygen atmosphere to carry out the second heat treatment, forming a connection structure for the superconducting wire.

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed near 93 K with a transition width of approximately 1 K. In addition, the critical current value after the superconducting transition was 1.0.

(変形例1)
実施例2の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造の10cmの超電導線材が向かい合う面に銀とインジウムを含むはんだを乗せ、200℃で加熱することではんだを溶融し接着することで補強材とした。
(Variation 1)
After forming a connection structure according to the procedure of Example 2, solder containing silver and indium was placed on the surfaces of the 10 cm superconducting wires of the connection structure facing each other, and the solder was melted and bonded by heating at 200°C to form a reinforcing material.

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed near 93 K with a transition width of approximately 1 K. In addition, the critical current value after the superconducting transition was 1.0.

(変形例2)
実施例2の手順に従い超電導線材及びスラリーを準備し、2本の10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分にスラリーを塗布し、2.2cmの超電導線材と2本の10cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分とを向かい合わせて重ね合わせた。
(Variation 2)
The superconducting wire and slurry were prepared according to the procedure of Example 2, the slurry was applied to the exposed superconducting layers of two 10 cm superconducting wires, and the 2.2 cm superconducting wire and the portions of the two 10 cm superconducting wires to which the slurry had been applied were placed face to face and overlapped.

上下から治具で挟み込み、加圧したまま実施例2と同様の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成、測定を行った。 The wire was clamped from above and below with a jig, and the same heat treatment as in Example 2 was carried out while applying pressure to form a connection structure for the superconducting wire, and measurements were then carried out.

93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K, with a transition width of approximately 1 K. In addition, the critical current value after the superconducting transition was 1.0.

(変形例3)
実施例2の手順に従い超電導線材及びスラリーを準備し、2.2cmの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層の両端からそれぞれ0.9cmの範囲に塗布した後、図10に示す構造となるように、2.2cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。
(Variation 3)
A superconducting wire and a slurry were prepared according to the procedure of Example 2, and the slurry was applied to a range of 0.9 cm from each end of the exposed oxide superconducting layer of a 2.2 cm superconducting wire. The portion of the 2.2 cm superconducting wire to which the slurry was applied was then placed face-to-face with the portion of the 10 cm superconducting wire where the superconducting layer was exposed, to obtain the structure shown in Figure 10.

上下から治具で挟み込み、加圧したまま実施例2と同様の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成、測定を行った。 The wire was clamped from above and below with a jig, and the same heat treatment as in Example 2 was carried out while applying pressure to form a connection structure for the superconducting wire, and measurements were then carried out.

93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K, with a transition width of approximately 1 K. In addition, the critical current value after the superconducting transition was 1.0.

(変形例4)
変形例3の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造の10cmの超電導線材が向かい合う面に銀とインジウムを含むはんだを乗せ、200℃で加熱することではんだを溶融し接着することで補強材とした。
(Variation 4)
After forming a connection structure according to the procedure of variant example 3, solder containing silver and indium was placed on the opposing surfaces of the 10 cm superconducting wires of the connection structure, and the solder was melted and bonded by heating at 200°C to form a reinforcing material.

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed near 93 K with a transition width of approximately 1 K. In addition, the critical current value after the superconducting transition was 1.0.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. For example, components of one embodiment may be replaced or changed with components of another embodiment. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

16 第1の超電導層
26 第2の超電導層
30 接続層
31 第1の結晶粒子
32 第2の結晶粒子
33 炭素含有粒子
35 炭素含有部分
46 第3の超電導層
100 接続構造
400 第2の実施形態の超電導線材
401 第1の超電導線材
402 第2の超電導線材
700 超電導コイル
800 重粒子線治療器
Pk1 第1のピーク
Pk2 第2のピーク
d1 第1の長径
d2 第2の長径
16 First superconducting layer 26 Second superconducting layer 30 Connection layer 31 First crystal grain 32 Second crystal grain 33 Carbon-containing particle 35 Carbon-containing portion 46 Third superconducting layer 100 Connection structure 400 Superconducting wire of second embodiment 401 First superconducting wire 402 Second superconducting wire 700 Superconducting coil 800 Heavy particle beam therapy device Pk1 First peak Pk2 Second peak d1 First major axis d2 Second major axis

Claims (20)

第1の超電導層と、
第2の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、前記結晶粒子以外の部分に存在し前記結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、前記結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、
を備え、
前記バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、
前記第1のピークに対応する第1の長径は、前記第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい、超電導層の接続構造。
A first superconducting layer;
A second superconducting layer; and
a connection layer provided between the first superconducting layer and the second superconducting layer, the connection layer including crystal grains containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and a region that is present in a portion other than the crystal grains and has a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grains, the distribution of the major axes of the crystal grains including a bimodal distribution;
Equipped with
the bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak;
A connection structure of superconducting layers, wherein a first major axis corresponding to the first peak is larger than a second major axis corresponding to the second peak.
前記領域の炭素原子濃度は、前記結晶粒子の炭素原子濃度の10倍以上である請求項1記載の超電導層の接続構造。 The superconducting layer connection structure according to claim 1, wherein the carbon atom concentration in the region is 10 times or more the carbon atom concentration in the crystal grains. 前記領域は、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む粒子を含む請求項1又は請求項2記載の超電導層の接続構造。 The connection structure of the superconducting layer according to claim 1 or claim 2, wherein the region contains particles containing barium (Ba), carbon (C), and oxygen (O). 前記粒子の長径の中央値は、前記第1の長径よりも小さい請求項3記載の超電導層の接続構造。 The superconducting layer connection structure according to claim 3, wherein the median major axis of the particles is smaller than the first major axis. 前記粒子の長径の中央値は、前記第2の長径よりも小さい請求項3又は請求項4記載の超電導層の接続構造。 The superconducting layer connection structure according to claim 3 or claim 4, wherein the median major axis of the particles is smaller than the second major axis. 前記第1の分布に対応する長径を有する前記結晶粒子のアスペクト比の中央値は、前記第2の分布に対応する長径を有する前記結晶粒子のアスペクト比の中央値よりも大きい請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の超電導層の接続構造。 The superconducting layer connection structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the median aspect ratio of the crystal grains having a major axis corresponding to the first distribution is greater than the median aspect ratio of the crystal grains having a major axis corresponding to the second distribution. 前記第1の分布に対応する長径を有する前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の超電導層の接続構造。 The connection structure of the superconducting layer according to any one of claims 1 to 6, wherein the crystal grains having a major axis corresponding to the first distribution include crystal grains having a plate-like or flat shape. 前記第1の長径は、前記接続層の前記第1の超電導層から前記第2の超電導層に向かう方向の厚さより大きく、
前記第2の長径は、前記厚さよりも小さい、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の超電導層の接続構造。
the first major axis is larger than a thickness of the connection layer in a direction from the first superconducting layer to the second superconducting layer,
The connection structure of superconducting layers according to claim 1 , wherein the second major axis is smaller than the thickness.
第1の超電導層を含む第1の超電導線材と、
第2の超電導層を含む第2の超電導線材と、
第1の面と前記第1の面と対向する第2の面を有する第3の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第3の超電導層との間、及び、前記第2の超電導層と前記第3の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子と、前記結晶粒子以外の部分に存在し前記結晶粒子の炭素原子濃度よりも高い炭素原子濃度を有する領域と、を含み、前記結晶粒子の長径の分布がバイモーダル分布を含む接続層と、
を備え、
前記第1の超電導層及び前記第2の超電導層は、前記第3の超電導層の前記第1の面の側に位置し、
前記バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有し、
前記第1のピークに対応する第1の長径は、前記第2のピークに対応する第2の長径よりも大きい、超電導線材。
a first superconducting wire including a first superconducting layer;
a second superconducting wire including a second superconducting layer;
a third superconducting layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
a connection layer provided between the first superconducting layer and the third superconducting layer and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, the connection layer including crystal grains containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and a region that is present in a portion other than the crystal grains and has a carbon atom concentration higher than the carbon atom concentration of the crystal grains, the distribution of the major axes of the crystal grains including a bimodal distribution;
Equipped with
the first superconducting layer and the second superconducting layer are located on a side of the third superconducting layer facing the first surface;
the bimodal distribution has a first distribution including a first peak and a second distribution including a second peak;
A superconducting wire, wherein a first major axis corresponding to the first peak is larger than a second major axis corresponding to the second peak.
前記領域の炭素原子濃度は、前記結晶粒子の炭素原子濃度の10倍以上である請求項9記載の超電導線材。 The superconducting wire according to claim 9, wherein the carbon atom concentration in the region is 10 times or more the carbon atom concentration in the crystal grains. 前記領域は、バリウム(Ba)、炭素(C)、及び酸素(O)を含む粒子を含む請求項9又は請求項10記載の超電導線材。 The superconducting wire according to claim 9 or 10, wherein the region contains particles containing barium (Ba), carbon (C), and oxygen (O). 前記粒子の長径の中央値は、前記第1の長径よりも小さい請求項11記載の超電導線材。 The superconducting wire according to claim 11, wherein the median major axis of the particles is smaller than the first major axis. 前記粒子の長径の中央値は、前記第2の長径よりも小さい請求項11又は請求項12記載の超電導線材。 The superconducting wire according to claim 11 or 12, wherein the median major axis of the particles is smaller than the second major axis. 請求項9から請求項13のいずれか1項に記載の超電導線材を備える超電導コイル。 A superconducting coil comprising the superconducting wire according to any one of claims 9 to 13. 請求項14記載の超電導コイルを備える超電導機器。 A superconducting device comprising the superconducting coil according to claim 14. 第1の超電導層と第2の超電導層を準備し、
希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を作製し、
前記酸化物超電導体を粉砕して、第1の結晶粒子を作製し、
希土類元素(RE)の有機酸塩の粉末、バリウム(Ba)の有機酸塩の粉末、及び銅(Cu)の有機酸塩の粉末を溶解させた有機金属塩溶液を作製し、
前記有機金属塩溶液に前記第1の結晶粒子を混合したスラリーを作製し、
前記第1の超電導層の上に前記スラリーを塗布し、
前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に前記スラリーを挟んだ状態で熱処理を行う、超電導層の接続方法。
providing a first superconducting layer and a second superconducting layer;
An oxide superconductor containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) is prepared;
pulverizing the oxide superconductor to produce first crystal particles;
A solution of organic metal salts is prepared by dissolving a powder of an organic acid salt of a rare earth element (RE), a powder of an organic acid salt of barium (Ba), and a powder of an organic acid salt of copper (Cu);
preparing a slurry by mixing the first crystal particles with the organometallic salt solution;
applying the slurry onto the first superconducting layer;
A method for connecting superconducting layers, comprising: performing a heat treatment with the slurry sandwiched between the first superconducting layer and the second superconducting layer.
前記酸化物超電導体は、希土類元素(RE)の酸化物の粉末、バリウム(Ba)の炭酸塩の粉末、及び銅(Cu)の酸化物の粉末を混合して圧縮して圧粉体を作製し、前記圧粉体を焼結することにより作製する請求項16記載の超電導層の接続方法。 The method for connecting superconducting layers according to claim 16, wherein the oxide superconductor is produced by mixing and compressing rare earth element (RE) oxide powder, barium (Ba) carbonate powder, and copper (Cu) oxide powder to produce a green compact, and then sintering the green compact. 前記熱処理は酸素を含む雰囲気中で800℃以下の温度で行われる請求項16又は請求項17記載の超電導層の接続方法。 The method for connecting superconducting layers according to claim 16 or 17, wherein the heat treatment is carried out at a temperature of 800°C or less in an oxygen-containing atmosphere. 前記第1の結晶粒子のアスペクト比の中央値は2以上である請求項16から請求項18のいずれか1項に記載の超電導層の接続方法。 The method for connecting superconducting layers according to any one of claims 16 to 18, wherein the median aspect ratio of the first crystal grains is 2 or more. 前記熱処理により、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む第2の結晶粒子を形成し、
前記第2の結晶粒子の長径の中央値は、前記第1の結晶粒子の長径の中央値よりも小さく、
前記第2の結晶粒子のアスペクト比の中央値は、前記第1の結晶粒子のアスペクト比の中央値よりも小さい、請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の超電導層の接続方法。
forming second crystal particles containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) by the heat treatment;
the median value of the major axis of the second crystal grains is smaller than the median value of the major axis of the first crystal grains;
20. The method for connecting superconducting layers according to claim 16, wherein a median aspect ratio of the second crystal grains is smaller than a median aspect ratio of the first crystal grains.
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