磁気共鳴装置への応用を目指したMgB2超伝導バルク磁石レンズによる強磁場発生

MgB2超导块状磁体透镜产生强磁场，旨在应用于磁共振设备

基本信息

批准号：
21H01788
负责人：
内藤智之
金额：
$ 10.65万
依托单位：
Iwate University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

超伝導バルクは形状を変化させることでテスラ級磁場を捕捉(発生)する疑似永久磁石または磁場を収束する磁気レンズとして動作する。本研究では，両者の協奏により一般的な超伝導電磁石に匹敵する10テスラ級強磁場をセンチメートルサイズのMgB2超伝導バルクによって発生させることを目指している。その実現に不可欠な大型のリング型MgB2バルクを浸透法によって作製することを試みた。さらに，高磁場中での超伝導特性（臨界電流密度や捕捉磁場特性）の向上に有効であるTiを添加することも併せて実施した。Tiを10％ドープしたMgB2バルクを浸透法で作製できるようになった。その捕捉磁場は20 Kにおいて2.01テスラであり，バルク磁石として十分動作する特性を示した。MgB2バルク磁石の解決すべき課題に動作温度（～10 K付近）が低い，すなわち比熱が小さいことに起因する磁気的不安定性がある。低温で比熱が大きい希土類系化合物を混在させることにより，この問題を解決することを試みた。La2O3を前駆体Bペレットに添加して浸透法でMgB2バルクを作製した。その結果，希土類系化合物LaB6が混在するMgB2バルクが得られた。しかし，La2O3添加MgB2バルクの捕捉磁場は無添加バルクに比べて低下したことから添加量が過大であったと考えれられ，今後添加量の最適化が必要である。MgB2バルクの磁石化には静磁場中で着磁する方法を通常用いるが，もう一つの方法にパルス着磁印加法がある。パルス着磁法は短時間で着磁を可能にする利点と同時に急激な磁束運動に起因する発熱により捕捉磁場の低下が起こるという欠点を有する。そこで，熱伝導の良い銅の薄板とMgB2バルクの複合体に対してパルス着磁を行った。その結果，銅板による熱はけよりも銅板に発生する渦電流による発熱の方が支配的となり，複合化の効果が得られないことが分かった。

通过改变其形状，超导体充当捕获（产生）特斯拉级磁场的伪永磁体，或充当聚焦磁场的磁透镜。在这项研究中，我们的目标是通过两者的合作，利用厘米大小的MgB2超导块体产生与一般超导电磁体相当的10特斯拉级强磁场。我们尝试通过渗透法制造大型环形 MgB2 块体，这对于实现这一目标至关重要。此外，我们还添加了Ti，它可以有效提高强磁场中的超导性能（临界电流密度和俘获磁场性能）。现在可以通过渗透法生产掺有 10% Ti 的 MgB2 块体。其俘获磁场在 20 K 时为 2.01 特斯拉，并且表现出足够的特性来作为大块磁体运行。 MgB2 块状磁体必须解决的一个问题是由于工作温度低（约 10 K）（即比热低）而导致的磁不稳定性。我们试图通过掺入在低温下具有高比热的稀土化合物来解决这个问题。将La2O3添加到前驱体B颗粒中，通过渗透法制备MgB2块体。结果，获得含有稀土化合物LaB 6 的MgB 2 块体。然而，由于La2O3掺杂的MgB2块体的俘获磁场低于未掺杂的块体，因此认为添加量过多，并且未来需要优化添加量。为了磁化块状MgB2，通常使用在静磁场中磁化的方法，但另一种方法是施加脉冲磁化的方法。脉冲磁化方法的优点是可以在短时间内磁化，但同时也有缺点，即由于磁通量快速移动而产生热量，导致俘获磁场减小。因此，我们对导热性良好的薄铜板和MgB2块体的复合材料进行了脉冲磁化。结果发现，铜板中产生的涡流产生的热量比铜板的散热更占主导地位，无法获得复合的效果。