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 Outline MOI : magneto-optical imaging 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。 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 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について Various MO effects MO効果の種類 Kerr effect Faraday effect Magnetic Kerr effect Cotton-Mouton effect Magnetic circular dichroism Cotton-Mouton effect Faraday effect Faraday rotation angle for diamagnetism samples (ex. glass) F V H V : Verde constant ℓ : thickness of specimen H : magnetic field These effects are close to our life.... Magneto-optical recording Optical fiber networks High voltage electric power lines 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について Principle of MOI Faraday effect is used for magneto-optical imaging. Magnet Faraday angle MO indicator film Mirror two times of θF Rotation of polarized angle Polarized light (linearly) Irreciprocity Different polarized angle Magnetic flux Superconductor External field (←Faraday effect) MO film Mirror Flux Superconductor Brightness is proportional to the magnetic flux density. magnetization Detecting the canted component of the inplane magnetization 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について MO観察の長所 MOI can visualize the distribution of magnetic flux ! a wide area at a time Real-time even if existence of stabilization Ag layer relatively easily Non-destructive two dimensional image General properties of MO imaging (using MO films with in-plane anisotropy) Response time Spatial resolution Flux sensitivity [ 〜 psec 〜 0.5µm 〜 0.2 Gauss (Bi-YIG film) Real time mapping of weak region (=defects) Distribution of current density （J = rot H） 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について Classification of HTS studies Fundamental study Application study Origin of HTS Devices applications Searching for new materials Bulk applications Symmetry of Cooper pair Tape and wire applications Co-existence of AF fluctuation Vortex physics High speed response Pinning properties Levitation High speed communication Power applications Low heat conduction Magnet applications etc.... MOI can contribute to both studies ! 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について Intragrain JcIG YBCO(LPE) bicrystals 2W plot line Bz artificial grain boundary X Y fitting line Intra-grain 1000 Field [Oe] H // c 7K 550G 500G 450G 400G 350G 300G 250G 200G 150G 100G 50G 30G 800 600 400 200 2a X 0.5 J c GB / J c IG 0.4 0.3 1.0 Distance [mm] 1.5 Y ( x > a) Brandt et al. 4 Bf d JcIG c Intergrain JcGB 0.1 20 40 60 Temperature (K) 0.5 2 2 2 2 x W a W x a Bz( x) B f ln 2 2 a x W 200G 400G 600G 800G 0.2 0.0 0 0 0.0 80 JcIG=1.37 x 107 [A/cm2] ( Conduction via grain ) Machi et al., Advances in Superconductivity Vol.12 (2000). 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について MOI study in SRL Various targets of MOI Single crystals Thin films Wires and tapes Bulk materials Devices Coated conductors 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評価が次世代線材研究に果たす役割 線材作製技術 フィード バック 素線評価 機器要素技術 機器応用の ための評価 機器共通基盤要素技術 超電導ケーブル 線材評価 応力印加前後のMO観察 →導体化要素技術 過電流印加前後のMO観察 →耐過電流要素技術 スクライビングの評価 →低交流損失化要素技術 接続試料の評価 →接続要素技術 超電導変圧器 超電導モーター 超電導限流器 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 What is the coated conductors ? The shape of coated conductors is suitable to observe MO images. Structure of coated conductors Stabillizing layer (Ag) HTS(123) layer Metallic substrate Aligned metals (Ni, Ni-W, etc) Non-aligned metals (Hastelloy) RABiTS : rolling assisted biaxially textured substrate Buffer layers Metallic substrate Buffer layers Gd2Zr2O7, MgO, Y2O3, CeO2, etc... HTS layers Pulsed laser deposition (PLD) method Metal organic deposition (MOD) method Molecular chemical vapor deposition (MOCVD) method Electron beam (EB) deposition method There are many choise to obtain the coated conductors. The property is not same within each coated conductors. 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 Experimental Sample for MOI SRL fabricates two types of coated conductors IBAD/PLD : Hastelloy/IBAD(GZO)/PLD(CeO2)/PLD(YBCO) TFA-MOD : Hastelloy/IBAD(GZO) /PLD(CeO2)/TFA-MOD(YBCO) TFA-MOD=metal organic deposition using trifluoroacetates GZO=Gd2Zr2O7, YBCO=YBa2Cu3O7-d MOI experiments MO indicator film Short specimens Ordinary flow type MOI equipment ~ 50 mm Long tape samples (> 5cm) Reel to reel MOI equipment 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装置 開発 Procedure of RTR-MOI 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 Macro microscope Whole view Reel and cryocooler Superconductivity Research Laboratory (SRL) - ISTEC
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