[論文レビュー] Weak gravitation shielding properties of composite bulk YBa_2Cu_3O_{7-x} superconductor below 70 K under e.m. field

E. E. Podkletnov|ArXiv.org|Jan 10, 1997

Magnetic Bearings and Levitation Dynamics被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、70 K未満の温度で高周波電磁場および回転力が作用する複合体バルクYBa₂Cu₃O₇₋ₓ超伝導体において、測定可能な重力遮蔽効果が報告された。この効果は、さまざまな試料で最大2.1%の重量減少を示し、高周波AC磁場、ディスクの回転、および高電流容量を持つ特殊に設計された層構造を有する超伝導体の上層を含む特定の条件下でのみ観察された。

ABSTRACT

A high-temperature YBa_2Cu_3O_{7-x} bulk ceramic superconductor with composite structure has revealed weak shielding properties against gravitational force while in a levitating state at temperatures below 70 K. A toroidal disk was prepared using conventional ceramic technology in combination with melt-texture growth. Two solenoids were placed around the disk in order to initiate the current inside it and to rotate the disk about its central axis. Samples placed over the rotating disk initially demonstrated a weight loss of 0.3-0.5%. When the rotation speed was slowly reduced by changing the current in the solenoids, the shielding effect became considerably higher and reached 1.9-2.1% at maximum.

研究の動機と目的

• 制御された電磁場および回転条件下で、高温超伝導体が微弱な重力遮蔽を示すかどうかを調査すること。
• 特に層状構造およびフラックスピンニングの役割が、異常な重力遮蔽効果を可能にする要因であるかどうかを特定すること。
• 空気の対流、電磁干渉、機械的アーティファクトなどの誤差要因を厳密な実験的制御によって除外すること。
• 遮蔽強度が温度、回転速度、磁場周波数、および磁場強度にどのように依存するかを調査すること。
• 超伝導系において測定可能な、質量に依存しない重量減少が示される場合の技術的および基礎的意義を評価すること。

提案手法

• 275 mmの外径を有する大型トロイダルYBa₂Cu₃O₇₋ₓセラミックディスクを、従来の焼結法およびメルトテクスチャー成長法を用いて作製し、高密度かつ高配向性の上層と多孔質な下層を有する複合構造を形成した。
• 2つのソレノイドを用いて、ディスクの回転運動を誘導および制御し、最大5000 rpmまで達する動的安定化と外部場との相互作用を可能にした。
• 冷却装置内にステンレス鋼ボックスで囲まれたクライオスタットを用い、40–70 Kの温度範囲を維持しながら、回転するディスクに高周波AC磁場（最大10⁸ Hz、2 T）を印加した。
• 空気の対流の影響を排除するために、ガラスチューブで閉じた環境下で、金属、プラスチック、セラミックス、木材など多様な試料の精密な重量測定を実施した。
• XRD、SEM、EDSを用いて層状結晶構造を分析し、上部6–7 mmの層に高Tcの正方晶相（94 K）が存在することを確認した。この層ではc軸の整列と高い結晶粒の連結性が観察された。
• 回転速度および磁場パラメータを系統的に変化させ、遮蔽効果が動的および電磁的条件にどのように依存するかをマッピングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 浮上状態で回転する高温超伝導体が、高周波電磁場下で測定可能な重力遮蔽を示すことができるか？
• RQ2 遮蔽効果が試料の質量や組成に依存するかどうかを検討し、非重力的または非慣性的起源である可能性を示唆するか？
• RQ3 超伝導体の結晶構造および電流容量が、遮蔽効果の大きさと安定性にどのように影響するか？
• RQ4 回転速度および磁場周波数が観察された重量減少を最大化するために果たす役割は何か？
• RQ5 空気の対流や電磁干渉などの系統的誤差が、観察された重量減少を完全に説明できるか？

主な発見

• ディスクの回転速度をわずかに低下させた状態で、高周波磁場下において、さまざまな試料で最大2.1%の重力遮蔽効果が達成された。
• 遮蔽効果は安定的かつ再現可能であり、静止状態では0.3–0.5%の重量減少が観察され、回転速度の動的調整時には最大2.1%の重量減少が得られた。
• 重量減少は、試料の材料組成、質量、形状に依存せず、金属、プラスチック、セラミックス、木材のすべての試料で同様に観察された。
• この効果は70 K未満でのみ観察され、高周波電磁場と制御されたディスクの回転の両方が必要不可欠であった。
• 高密度で高配向性かつ高-Jcの上層と多孔質な下層を有する複合構造が、この現象を可能にする上で不可欠であった。
• 密封された重量測定室および磁気シールドを用いた系統的誤差のチェックにより、空気の対流や電磁干渉が観察された重量減少の主な原因であるとは考えられなくなった。