[論文レビュー] Transport Current in MgB2 based Superconducting Strand at 4.2 K and Self-Field

M.D. Sumption, Xuan Peng+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2001

Superconductivity in MgB2 and Alloys参考文献 7被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、4.2 Kおよび自己磁場下で、MgB2粉末をNb被覆付きモノエルチューブに充填し、線引きおよびテープ押出しを経て作製したMgB2ベースの超伝導ストランドで、7.5 × 10⁴ A/cm²の臨界電流密度を達成した。900 °Cで2時間熱処理を施した結果、最高の輸送電流が得られ、このプロセスルートが高性能MgB2線材に応用可能であることが示された。

ABSTRACT

Transport current values of 7.5 x 104 A/cm2 at 4.2 K and self-field are reported for MbB2-based tapes. MgB2 strands were formed by directly filling commercially available MgB2 powder into Nb-lined, monel tubes and wire drawing. The wires were then rolled into tapes 2.56 x 0.32 mm2, with a total superconducting cross section of 0.2319 mm2. Transport measurements were performed using a standard four-point technique at T = 4.2 K (in liquid helium) and at self field. Three samples were prepared, with heat treatments of 900C for 1, 2, and 3 h under 1/3 at Ar. Measured values of transport current were 4.7, 7.5, and 1.1 x 104 A/cm2, respectively, at 4.2 K and self field. M-H loops taken on the sample HT for 1 h showed magnetic Jcs of 4.2 x 104 A/cm2 at 4.2 K and 1 T, indicating that the material had reasonably well connected grains.

研究の動機と目的

• MgB2ベースの超伝導ストランドをスケーラブルに高臨界電流密度で製造する方法を開発すること。
• 熱処理時間の影響がMgB2テープの輸送電流性能に及ぼす影響を評価すること。
• M-Hループ測定を通じて、結晶粒の接続性および磁気応答を評価すること。
• 商業的に入手可能なMgB2粉末をモノエル/Nb被覆チューブ構造に用いることで、高電流応用に適した高性能超伝導ストランドを製造可能かどうかを検証すること。

提案手法

• MgB2粉末を直接Nb被覆付きモノエルチューブに充填し、プリカーサー線材を形成した。
• 充填されたチューブを線引きし、その後2.56 × 0.32 mm²の断面積を有するテープに押出し加工した。
• 3つの試料をアルゴンガス雰囲気下で900 °Cで1時間、2時間、3時間熱処理した。
• 4.2 Kおよび自己磁場下で、標準的な4端子プローブ法を用いて輸送電流を測定した。
• 外部磁場下での臨界電流密度を評価するため、1時間熱処理した試料の磁気ヒステリシス（M-H）ループを記録した。
• 電流密度の正規化に使用するため、超伝導断面積を0.2319 mm²と計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4.2 Kおよび自己磁場下で、粉末-チューブプロセスを用いて作製されたMgB2ベースのストランドで、実現可能な最大の輸送電流密度は何か？
• RQ2 熱処理時間（1、2、3時間）がMgB2テープの臨界電流密度に与える影響は何か？
• RQ3 磁気ヒステリシス測定による指標として、MgB2テープ内の結晶粒がどれほど良好に接続されているか？
• RQ4 商業的に入手可能なMgB2粉末をモノエル/Nb被覆チューブ構造に効果的に用いることで、高性能超伝導ストランドを製造可能か？
• RQ5 外部磁場1 T下で、最も性能の優れた試料の磁気的臨界電流密度は何か？

主な発見

• 900 °Cで2時間熱処理した試料が、4.2 Kおよび自己磁場下で最高の輸送電流密度7.5 × 10⁴ A/cm²を達成した。
• 1時間熱処理した試料は、4.2 Kおよび1 Tの外部磁場下で磁気的臨界電流密度4.2 × 10⁴ A/cm²を示し、良好な結晶粒接続性を示した。
• 3時間熱処理した試料は性能が著しく低下し、輸送電流密度はわずか1.1 × 10⁴ A/cm²にまで低下した。
• 2時間を超えて熱処理時間が延長されるに従い、電流密度が低下したため、劣化または過剰なカーバイド生成が原因である可能性がある。
• 測定された超伝導断面積は0.2319 mm²であり、電流密度の正規化に使用された。
• 結果から、最適な熱処理がMgB2ベースのストランドで高電流性能を達成するために不可欠であることが示された。