ニオブチタン超電導継手

量子技術と超伝導の関係
量子コンピューティングと通信は、ニオブ チタン毛細管などの超伝導アイテムに大きく依存しています。

ニオブチタンキャピラリーチューブ

Nb-Ti キャピラリー チューブの材質: Ti-45Nb、Nb53 パーセント Ti47 パーセント、Nb-50 パーセント Ti
ニオブチタンキャピラリーチューブの仕様:
OD1mm X 壁の厚さ 0.14mm X 1000mm
外径1.4mm×肉厚0.14mm×1000mm
OD2.2mm X 壁の厚さ 0.18mm X 1500mm

 

ニオブチタン超電導継手

超電導材料の抵抗がゼロであるため、ニオブ-チタン (Nb-Ti) 超電導ジョイントは、電力業界で超電導ケーブルとして一般的に使用されています。

 

超安定磁場を提供するために、超電導磁石システムでの持続モード動作には超電導ジョイントが必要です。 ここでは、合理的に構築されたニオブチタン超電導接合部の評価に関する詳細なレポートを提供します。 新しい組成として Pb42Bi58 を含む 2 種類の鉛-ビスマス (Pb-Bi) はんだをはんだマトリックス置換技術で使用して、実用的なアプリケーション用の超伝導接合を作成しました。 4.2 K では、すべての接合部が 200 A を超える臨界電流に達しました。閉ループ コイル テストでは、改良された超伝導接合技術により、4.2 K の自己磁場で合計回路抵抗が 3.25 1014 になりました。 最後になりましたが、永久電流スイッチを備えた Nb-Ti ソレノイド コイルでの持続モード動作が示されました。

 

通常の銅（Cu）系磁石では狭い空間に強力な磁場を作ることができませんが、超電導磁石なら可能です。 超伝導磁石は、多くの場合、9.2 K の臨界温度 (Tc) を持ち、さまざまな実世界のアプリケーションで使用されるニオブ チタン (Nb-Ti) でできています。 信頼できる「超伝導ジョイント」を作成する能力は、Nb-Ti の特徴の 1 つであり、商用アプリケーションの大部分に適しています。 Nb-Ti 磁石は永久モードで機能し、超伝導ジョイントのおかげで超安定磁場 (0.1 ppm/h のオーダーの磁場の長期ドリフト率) を達成する可能性があります1。

Nb-Ti 超伝導マグネットの両端は、永久モード動作を可能にするために、ニオブ-チタン超伝導ジョイントを利用した永久電流スイッチ (PCS) に接続する必要があります。 Nb-Ti 導体の超伝導接続の製造は、はんだマトリックス置換 2,3,4,5,6、超音波溶接 7、拡散溶接 8、コールド プレス 9,10、およびスポット溶接10,11。 信頼性の観点から、4.2 K で超伝導する鉛ビスマス (Pb-Bi) はんだを使用したはんだマトリックス置換技術は、工業環境で Nb-Ti 接合を作成するために頻繁に使用されます11.Thornton は、最初の高性能 Nb- 1986 年に半田マトリックス置換技術を使用して行われた Ti 接続 2. 4.2 K の自己磁場では、外部に構築された単一の接合部を持つ閉ループは、最大 143 kA/cm2 の臨界電流密度 (Jc) に達することができました。 . Swenson らによって作成されたさまざまな Nb-Ti 接合の抵抗率。 ソーントン アプローチを使用して従来の 4 プローブ法を使用して評価しました。 彼らは、4.2 K で 1 T で 1 1011 の接合抵抗を達成することができました。400 MHz 核磁気共鳴磁石の多数の Nb-Ti 接合に関する結果も、Cheng らによって報告されました。閉ループ実験では、彼らの関節の 1 つは、4.2 K で 1 T で 89.5 A の臨界電流 (Ic) と 1.8 1013 の関節抵抗に達しました。 また、Nb-Ti ジョイントを作成して調べました 5。 1.5 1 mm2 Nb-Ti/Cu ワイヤで作られたその接合部は、1,160 A の Ic と 4.2 K で 0.6 T で 1.5 1014 を持っていました。ら 6 は、はんだマトリックスを置き換えることによって作成された Nb-Ti 接合部の電流経路を調査しました。マルチフィラメントNb-Ti導体の超伝導接合技術に関する多くの研究。

これに対応して、2 種類の Pb-Bi はんだが、Nb-Ti 超伝導接合の実行可能な可能性として、Jc と Tc の観点からこの作業で評価されました。 次に、SEM を使用して、スズ (Sn) を含む Cu マトリックスと Pb-Bi を含む Sn (SEM) の理想的なエッチング時間を決定しました。 これらの結果は、酸化を防ぐために大部分が不活性な雰囲気での超伝導ジョイントの製造と、さまざまな磁場での 4.2 K での特性評価につながりました。 シングル ターンの Nb-Ti 閉ループ コイルが作成され、接合抵抗を正確に決定するために電界減衰測定法を使用してテストされました。 試作した Nb-Ti 磁石で永久モード動作を示すことにより、新しく作製した永久モード磁石用のニオブ-チタン超電導接合部で永久モードが機能することが確認されました。

結論
マルチフィラメント Nb-Ti 導体を超伝導的に取り付けるためのはんだマトリックスの交換方法と、超伝導接合部のテスト結果について説明しました。 最初のステップは、2 つの Pb-Bi はんだ、Pb44.5Bi55.5 および Pb42Bi58 の組成を確認することでした。これは、それらの超伝導能力に影響を与える可能性があります。 どちらのはんだも最大 1.6% の Pb 欠損がありました。 Pb44.5Bi55.5 と Pb42Bi58 の磁気 Jc は、4.2 K の 1 T で、それぞれ 2.9 103 Acm2 と 1.19 103 Acm2 であることがわかりましたが、Tc (開始) は 8.5 でした。両方のはんだの K を測定しました。これまでに報告された最高の性能は、Pb44.5Bi55.5 の Jc でした。 Pb44.5Bi55.5 で作られた最高のジョイントの 1 つの Ic は、4.2 K で 1.65 T で 136 A でした。磁気測定の結果は、Pb44.5Bi55 と比較して、Pb42Bi58 で作られたジョイントの標準以下の性能と一致していました。 5. また、高い接合性能を達成することは、接合部での緩い Cu ワイヤ結合によって支持されないことにも注意しました。 ジョイントはシングル ターンの Nb-Ti 閉ループ コイルで構成されているため、電界減衰測定を使用してジョイント抵抗を正確に計算できます。 永続モード動作の技術仕様に準拠する測定された総回路抵抗は、4.2 K の自己磁場で 3.25 1014 でした。最後に、2 つのジョイントと PCS を備えた Nb-Ti ソレノイド コイルが使用されました。永続モードの操作を示します。 高性能の Nb-Ti 超電導ジョイントの開発は、この論文で報告されているニオブ チタン超電導ジョイント手順に関する体系的な調査と調査結果によって可能になります。

 

 

 

 

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