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YBCO 次世代超電導線材の MO 磁束観察法による特性評価. 超電導工学研究所. 町 敬人. MOI : magneto-optical imaging. Outline . MO (磁気光学)磁束観察の原理と特徴. reel to reel MOI (RTR-MOI) 装置の開発. YBCO 線材の素線評価. 機器応用のための YBCO 線材の評価. 本研究は,超電導応用基盤技術研究体の研究として,新エネルギー産業技術総合開発機構の委託により実施したものである。. ISSP (Russia). SRL (Japan). - PowerPoint PPT Presentation
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Superconductivity Research Laboratory (SRL) - ISTEC
低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22 YBCO線材のMO法による評価
YBCO次世代超電導線材のMO磁束観察法による特性評価
町 敬人超電導工学研究所
本研究は,超電導応用基盤技術研究体の研究として,新エネルギー産業技術総合開発機構の委託により実施したものである。
Outline
MO(磁気光学)磁束観察の原理と特徴
reel to reel MOI (RTR-MOI)装置の開発
機器応用のための YBCO線材の評価
YBCO線材の素線評価
MOI : magneto-optical imaging
Superconductivity Research Laboratory (SRL) - ISTEC
YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
World map of magneto-optical imaging (MOI-map)
ISSP (Russia)
SRL(Japan)
Superconductivity Research Laboratory (SRL) - ISTEC
YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
MO効果の種類Various MO effects
These effects are close to our life....
Faraday effectMagnetic Kerr effectCotton-Mouton effectMagnetic circular dichroism
Magneto-optical recordingOptical fiber networksHigh voltage electric power lines
Cotton-Mouton effect
Kerr effect
Faraday effect
€
θF = Vl H
Faraday rotation angle for diamagnetism samples (ex. glass)
V : Verde constantℓ : thickness of specimenH : magnetic field
MOについて
Superconductivity Research Laboratory (SRL) - ISTEC
YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
Principle of MOI
Superconductor
Magnetic fluxMO indicator film
Brightness is proportional to the magnetic flux density.
External field
SuperconductorFlux
Differentpolarized angle
Mirror
MO film
magnetization
Detecting the canted component of the in-plane magnetization
Faraday effect is used for magneto-optical imaging.
Faraday angle
Polarized light Rotation ofpolarized angle
Magnet θ2θ
(linearly)
two times of θF
(←Faraday effect)
Irreciprocity
MOについて
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YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
MOI can visualize the distribution of magnetic flux !
Real time mapping of weak region (=defects)( J = rot H)Distribution of current density
a wide area at a timeeven if existence of stabilization Ag layerrelatively easilytwo dimensional image
Real-time
Non-destructive
General properties of MO imaging (using MO films with in-plane anisotropy)
Response time 〜 psec Spatial resolution 〜 0.5µm Flux sensitivity 〜 0.2 Gauss (Bi-YIG film)
MO観察の長所
[
MOについて
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YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
Classification of HTS studiesFundamental study Application study
Origin of HTS
Symmetry of Cooper pair
Co-existence of AF fluctuation
Vortex physics
Devices applications
Bulk applications
Tape and wire applications
Searching for new materials
High speed response
Pinning properties
LevitationHigh speed communication
Low heat conductionPower applications
Magnet applicationsetc....
MOI can contribute to both studies !
MOについて
Superconductivity Research Laboratory (SRL) - ISTEC
YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
YBCO(LPE) bicrystals
artificial grain boundary
Machi et al., Advances in Superconductivity Vol.12 (2000).
Bz
( x )
=
Bf
ln
x W
2
−
a
2
+
W x
2
−
a
2
a x
2
−
W
2
( x > a )
Bf
=
4
c
d • Jc
IG
Brandt et al.
Intragrain JcIG
JcIG=1.37 x 107 [A/cm2]
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 806040200Temperature (K)
200G 400G 600G 800G
( Conduction via grain )Intergrain Jc
GB
MOについて
2W
B
z
plot line
X Y
1000
800
600
400
200
0
1.51.00.50.0
Distance [mm]
550G
500G
450G
400G
350G
300G
250G
200G
150G
100G
50G
30G
Intra-grain
7K
H // c
X Y
fitting line
2a
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YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
MOI study in SRL
Single crystals Thin films
Wires and tapes
Bulk materials Devices
Various targets of MOI
Coated conductors
MOについて
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YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
線材作製技術
超電導ケーブル
機器要素技術
超電導変圧器
超電導モーター
超電導限流器
機器共通基盤要素技術
線材評価応力印加前後のMO観察
フィードバック
過電流印加前後のMO観察
スクライビングの評価→耐過電流要素技術
→導体化要素技術
→低交流損失化要素技術接続試料の評価→接続要素技術
機器応用のための評価
素線評価
MO評価が次世代線材研究に果たす役割
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YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
What is the coated conductors ?
Metallic substrate
Stabillizing layer (Ag)
Structure of coated conductors
Buffer layers
HTS(123) layer Metallic substrateAligned metals (Ni, Ni-W, etc)Non-aligned metals (Hastelloy)
RABiTS : rolling assisted biaxially textured substrate
Buffer layersGd2Zr2O7, MgO, Y2O3, CeO2, etc...
HTS layersPulsed laser deposition (PLD) methodMetal organic deposition (MOD) methodMolecular chemical vapor deposition (MOCVD) methodElectron beam (EB) deposition method
There are many choise to obtain the coated conductors.
The property is not same within each coated conductors.
The shape of coated conductors is suitable to observe MO images.
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YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
IBAD/PLD : TFA-MOD :
Hastelloy/IBAD(GZO)/PLD(CeO2)/PLD(YBCO)
Hastelloy/IBAD(GZO) /PLD(CeO2)/TFA-MOD(YBCO)
ExperimentalSample for MOI
GZO=Gd2Zr2O7, YBCO=YBa2Cu3O7-d TFA-MOD=metal organic deposition using trifluoroacetates
MOI experiments
Short specimensOrdinary flow type MOI equipment
Long tape samples (> 5cm)Reel to reel MOI equipment
MO indicator film
~ 50 mm
SRL fabricates two types of coated conductors
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YBCO線材のMO法による評価低温工学協会 九州・西日本支部研究会 2006 July 20-22
長尺MOI装置の開発 RTR(reel to reel)-MOI for long tapes
(1) MO film removes from tape(2) Displacement of tape(3) Contacting MO film(4) Wait a stable of temperature(5) Applying field(6) MO Observation(7) Repeat to (1)
Controller
Reel and cryocoolerWhole view
Macro microscope
Procedure of RTR-MOI
MO装置開発