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Nb 3 Al ラザフォード・ケーブルの 開 発Development of Nb3Al Rutherford cable高 エネルギー 加 速 器 研 究 機 構 土 屋 清 澄 、 寺 島 昭 男 、 中 本 建 志Kiyosumi Tsuchiya, Akio Terashima, Takesi Nakamoto KEK, High Energy Accelerator Research Organization物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 菊 池 章 弘 、 竹 内 孝 夫 、 伴 野 信 哉 、 飯 嶋 安 男 、 二 森 茂 樹Akihiro Kikuchi, Takao Takeuchi, Nobuya Banno, Yasuo Iijima, Shigeki Nimori National Institute for Material Science上 智 大 学 黒 田 義 隆 、 丸 山 光 大 、 高 尾 智 明Yoshitaka Kuroda, Mitsuhiro Maruyama, Tomoaki Takao Sophia University日 立 電 線 中 川 和 彦 、 田 中 和 英Kazuhiko Nakagawa, Kazuhide Tanaka Hitachi Cable, Ltd.フェルミ 国 立 加 速 器 研 究 所 R. Yamada, E. Barzi, A. ZlobinR. Yamada, E. Barzi, A. Zlobin Fermi National Accelerator LaboraoryAbstract:We have been developing the rapid heating /quenching and transformation (RHQT) processed Nb 3 Al wires for the next-generationaccelerator magnet that require the field around 15 T. Recently we have fabricated Ta-matrix Nb3Al strand and carried out a trialfabrication of Rutherford-type cable. The Ic-properties of the extracted strands from the cable were measured and it was found thatthe superconducting properties of the Nb3Al strands were not degraded by the cabling work.Keywords: Nb 3 Al wire, critical current density, n-value, Rutherford cableE-mail: kiyosumi.tsuchiya@kek.jp1. はじめに急 熱 急 冷 ・ 変 態 (RHQT) 法 による Nb 3 Al 多 芯 線 は 耐 歪 み特 性 に 優 れ 1),2) 、かつ 高 い 電 流 密 度 が 期 待 されることから、加 速 器 用 高 磁 場 マグネットの 線 材 として 魅 力 あるものである 3) 。 我 々は LHC アップグレード 用 高 磁 場 マグネットへの 適 用 を 目 指 して、その 開 発 を 進 めているが、 最 近 Nb3Alラザフォード・ケーブルを 試 作 し、その 特 性 を 調 べたので、その 結 果 について 報 告 する。Table 2. Main parameters of the Rutherford cableCable width (mm) 13.93Cable thickness (mm) 1.84Strand lay angle (deg.) 14.5Number of strands 27Packing factor (%) 85Fig. 1 Cross section of the 27-strand Rutherford cable2. 線 材 および 試 作 ケーブルの 製 作 とその 諸 元ケーブル 試 作 に 用 いた Nb3Al 線 材 の 諸 元 を Table 1 に 示す。 本 線 材 はジェリーロール 法 により 作 られた 多 芯 Nb3Al前 駆 体 線 材 ( 線 径 1.33 mm)に 急 熱 急 冷 処 理 を 施 したもので、そのマトリックス 部 は Ta である。 急 熱 急 冷 処 理 の 後 、陽 極 酸 化 処 理 により 線 材 表 面 に 酸 化 膜 を 付 け、ダイス 伸 線にて 線 径 を 約 0.755mm まで 落 としてツイストを 施 した 後 、最 終 ダイス 加 工 にて 0.715 mm の 線 材 に 仕 上 げた。その 後 、線 材 表 面 に 約 140 m 厚 の 銅 をめっきして、ケーブル 試 作用 の 線 材 とした。ケーブル 試 作 に 用 いた 線 材 は 9.5 m x 27本 であった。 ケーブル 試 作 は 米 国 フェルミ 国 立 研 究 所 で行 った。 準 備 した 線 材 から 約 8 m 長 の27 本 撚 りラザフォード・ケーブルを 作 ることが 出 来 た。Table 2 に 試 作 ケーTable 1. Main parameters of precursor and final strandPrecursor Final strandWire diameter (mm) 1.33 1.0 with Cu0.715 w/o CuMatrix material Ta TaMatrix ratio 0.8 0.8Filament diameter (m) 70 37Number of filaments 222 222Filament spacing (m) 8 4.2Twist pitch (mm) - 45ブルの 主 要 諸 元 を、また、 図 1にその 断 面 写 真 を 示 す。この 写 真 から、 安 定 化 銅 の 剥 離 が 多 くの 素 線 で 生 じていることが 判 明 し、 密 着 性 の 更 なる 改 善 が 必 要 であることが 明 らかとなった。3. 実 験 方 法試 作 した Nb3Al ケーブルを 用 いて、ケーブル 化 により素 線 特 性 がどの 程 度 劣 化 するか、また、 安 定 化 銅 の 剥 離が 素 線 の 臨 界 電 流 測 定 にどのような 影 響 を 与 えるのかを 調 べた。ケーブルとしての 臨 界 電 流 値 を 測 定 することは 設 備 的 に 不 可 能 であるため、ケーブルから 素 線 を 解 し出 し、その 特 性 を 調 べることでケーブルの 特 性 を 推 定 する 方 法 を 採 用 した。ケーブルから 取 り 出 した extractedstrands はケーブルの 撚 りピッチでキンクしているが、そのキンクを 伸 ばして 熱 処 理 (800℃x 10h)を 行 い、 直 径~45mm の G-10 製 Ic 測 定 ホールダーに 移 して、Ic 測 定 を行 った。 電 圧 タップ 間 距 離 は 150 mm で、この 間 には3つのキンク 部 が 含 まれている。Ic 値 は 20V/m の 電 圧 が発 生 する 電 流 値 とし、 n 値 は 10~40 V/m の 電 圧 領 域 で求 めた。- 47 -