課題番号 ：S-19-MS-1015
利用形態 ：施設利用
利用課題名（日本語） ：Nb3Sn超伝導線材の高磁場特性改善に向けた添加元素効果
Program Title (English) ：Additional element effect for improving superconducting properties under high magnetic field on Nb3Sn superconducting wire
利用者名（日本語） ：菱沼良光
Username (English) ：Y. Hishinuma
所属名（日本語） ：自然科学研究機構 核融合科学研究所
Affiliation (English) ：National Institute for Fusion Science

１．概要（Summary ）
Nb3Sn 超伝導線材は、高磁場下での超伝導特性が良好で、核融合科学や加速器科学だけでなく最近ではMRI やNMR 装置にも応用が進められており、ビッグサイエンスおいて重要な高磁場超伝導線材である。従って、Nb3Sn 超伝導線材における高磁場下での超伝導特性の改善は、これのビッグサイエンスの進展に大きな貢献が見込める。これまで、Ti 添加によるNb3Sn線材の特性改善が有名であるが、本研究ではTi 以外のZn やIn などの他元素添加したNb3Sn 線材を試作し、臨界温度(Tc)特性を評価することで微量元素添加効果について検討した。
２．実験（Experimental）
　本研究ではCu-Snブロンズ合金に代えてCu-Sn-In三元系合金(Cu-10Sn-5In, Cu-14Sn-2In)を溶製し、In添加とした。19本のNb を挿入したCu-Sn-In三元系ブロンズの複合体を1次ビレットとした。更に1次ビレットを409本組み込んだ2次ビレットを作製し、直径0.9mmまで線材加工し、極細多芯線材を作製した。熱処理時間を200hと固定し、種々の温度にてNb3Sn 拡散生成熱処理を行った。Nb3Sn相はNb/Cu-Sn-In界面に沿って生成していることを確認した。
熱処理後の種々の線材について臨界温度特性（Tc）をSQUID 型磁化測定装置（Quantum Design 社製 MPMS-7、MPMS-XL7）を用いて評価した。なお、Tc値は、SQUIDにて得られるM-T磁化曲線の遷移における中間点と定義した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
　Fig.1に種々のCu-Sn-In三元系合金を用いたNb3Sn極細多芯線材のTc特性における熱処理温度依存性を示す。比較として、通常のブロンズを用いた線材の特性も示す(16Sn試料)。一般的にNb3Sn相のTc特性はSn量に依存することが知られているが、本研究においても同様な傾向が見られた。また、Nb3Sn線材の種類に関係なく、熱処理温度の上昇に伴ってTc特性は向上する傾向が見られた。これはNb3Sn相の生成が熱処理温度の上昇によって促進された為であると考えられる。本研究での特徴的なことは、母材中におけるIn添加量の増加に伴って最適熱処理温度が低下していたことである。このことから、添加されたIn元素がNb3Sn相の拡散生成を促進し、Nb3Sn結晶相にドープされている可能性が示唆された。

４．その他・特記事項（Others）
なし。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Y. Hishinuma et.al, European Conference on Applied Superconductivity, Glasgow, Sept, 2019.
６．関連特許（Patent）
なし。