准教授
木内 勝
超伝導工学
研究紹介
超伝導体とは－270度のような極低温まで冷やすと、電気抵抗が突然ゼロになる特性を持った材料のことです。この特性を利用してさまざまな機器が作られています。よく知られたものには時速581kmの世界記録を達成した磁気浮上列車がありますが、これは超伝導体を線材加工しコイルに巻き、そのコイルに大電流を流すことにより強力な電磁石を作り出すことによりはじめて実現した技術です。この他の応用例としては核磁気共鳴という現象を利用して人体の断面写真（ＣＴスキャン）を撮る磁気共鳴診断装置があります。この装置も同様に大きな超伝導コイルを作製することにより、広い空間に超高品質（超均一、超安定）な磁場を実現することによりはじめて可能となった技術であり、大きな病院に設置して多くの医療に役立っています。
1985年に－200度まで冷やすと超伝導になる酸化物超伝導体が発見されました。この酸化物超伝導体は高価な液体ヘリウムではなく、無尽蔵にある液体ちっ素による冷却で電気抵抗ゼロの特性が得られるために、応用機器への利用が期待されています。応用例としてテープ形状に加工した線材を用いた電力ケーブルや、焼き固めた酸化物超伝導体の塊（バルク材）を用いて汚泥磁気分離という方法で水を浄化する環境技術の研究開発等も行われています。こうした超伝導体の応用には、将来に実現されるであろうものも含めて、図１に示すようなエネルギー、輸送、医療、エレクトロニクス、産業関係など極めて広い分野への応用が期待されています。
このようにさまざまな分野への超伝導体の利用が期待されていますが、超伝導体の魅力的な“電気抵抗ゼロ”特性にも限界があります。この限界の電流を“臨界電流”と呼びますが、この臨界電流が超伝導体の使用環境で大きく変化します。特に図2 に示すような領域でしか電気抵抗ゼロが得られないため、この領域の拡大が工学的に重要になります。超伝導になる温度と磁場（これを臨界温度と呼びます）は材料によって決まる先天的な特性ですが、臨界電流は超伝導の作製方法等の様々な条件で大きく変化するために、その材料の最適化を行うことにより大きく特性が改善できます。
したがって、この臨界電流の決定機構を解明及び最適化し、この特性を向上させるための研究を行っています。現在のテーマとしまして下記に示す3つです。
- 1．Y系コート線材の臨界電流密度特性の特性評価
- 世界で線材開発が精力的に行われているY系コート線材の臨界電流密度特性の評価です。形状がテープ線材であることから、応用機器での利用に制約があり、更なる最適化が必要で、その研究を行っています。
- 2．MgB2のピンニング特性解明
- 2001年に日本で発見されたMgB2超伝導体で、金属超伝導体の中でも臨界温度が高いことから金属超伝導体と酸化物超伝導体の中間の温度領域での使用が期待されており、高い臨界電流密度が要求されます。このMgB2超伝導体の臨界電流密度特性の決定機構解明を行っています。
- 3．臨界電流特性の自動測定の開発
- 特性を測定する測定法の確立とその自動測定の開発で、臨界電流は環境下で大きく変化することから、様々条件での測定が必要になってくる。この測定の最適化及び自動化に関する研究です。
 図１：超伝導応用の分野 |
 図２：超伝導の領域 |
研究室紹介
研究の位置づけとして、超伝導体の基礎的な物性と応用超伝導の中間的な領域の研究を行っております。したがいまして、松下教授および小田部教授の研究室と共同で研究を進めております。
臨界電流の測定には液体ヘリウムや液体ちっ素をなどの冷媒を多く使用します。そのために低温装置の技術などの理解及び取り扱いも必要となります。
研究室を立ち上げたばかりですが、積極的に学会等への参加も精力的に行っております。
