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摘要：在NEDO实施的“能源与环境新技术先导研究项目”中，日本物质材料研究机构（NIMS）和明兴双叶株式会社最近成功开发了一种总直径为15微米的超细MgB₂（二硼化镁）超导线，这是世界上最细的超导线。构成导线的超导丝非常细，直径仅为5.5微米。化合物超导线一般脆而易碎，但本次开发的超细MgB₂超导线可以像铜线一样柔韧，易于处理，在提高绕组线圈的抗弯曲应变能力和显着降低因波动磁场引起的交流损耗等方面实现了重大进步。未来，通过采用这一技术，能够加快小型高功率超导电机的研发，加速搭载液氢的电动飞机、超导发电机等超导应用设备的实用化进程，为未来交通领域的温室气体减排作出贡献。

关键字：超细MgB₂超导线、小型高功率超导电机、液氢、电动飞机、超导发电机

利用液氢冷能的超导应用设备的实用化，为减少温室气体排放作贡献

概要

为了到2050年实现碳中和，目前人们正在推进建设氢能社会。其中，在-253℃的极低温下将氢气液化而得到的液氢是一种可以高效储存和运输氢气的氢载体。但是，当液氢还原为常温气体使用时，-253℃液氢具有的冷能被释放到大气中，造成浪费。因此，开发一种能够有效利用这种冷能的技术对于提高能源效率和经济效益极为重要。

其中一项技术开发就是与超导相关的技术。在搭载了液氢的“电动飞机”和“超导发电机”中，开发能够实现小型高功率的超导电机至关重要，有望将液氢的冷能用作超导电机的冷却介质。实现超导电机的关键是超导线，在液氢温度下表现出超导性的“氧化物高温超导体”或“MgB₂超导体”被认为是超导线的候选材料，但克服以下两个问题极为重要：（1）提高绕组线圈等的抗弯曲应变能力（柔韧性和挠性），以及（2）大幅降低因波动磁场引起的交流损耗，但目前这两个问题都没有得到解决。

为了克服这些问题，在NEDO（国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构）的2022年度“能源与环境新技术先导研究项目”（以下简称为本项目）中，国立研究开发法人物质材料研究机构（NIMS）、明兴双叶株式会社致力于开发一种利用液氢冷能的超导相关技术，助力建设氢能社会。

此次，NEDO、NIMS和明兴双叶成功开发了一种直径为15微米的世界上最细的超细MgB₂超导线，为克服上述两个问题迈出了重要一步。

本次取得的成果

以往，MgB₂超导线是通过在金属管中填充粉末来制造的，但除此之外，本技术还应用了最先进的拉丝技术制作超细金属线，以用作线束和接合线。这使得优化截面设计和控制拉丝参数成为可能，并大大打破了此前报道的MgB₂超导线50微米的直径记录，成功将直径减小值仅为15微米。

不仅是MgB₂超导线，即使是在由粉末和金属管组成的不同材料的复合线中，直径小于蚕丝（约20微米）的超细线也是前所未有的。因此，MgB₂超导线的柔韧性得到了极大的提高，使其可以像铜线一样柔韧，易于处理。此外，构成超导线的MgB₂超导丝的直径非常小，仅约为5.5微米，这大大降低了作为交流损耗之一的磁滞损失。

本次，研究人员使用了蒙乃尔合金作为导线外皮的材料，它是一种铜（Cu）和镍（Ni）的合金。此外，为了防止外皮的蒙乃尔合金和中央的MgB₂超导体在热处理过程中发生反应，在它们中间设置了铌（Nb）的扩散屏障（图2左）。拉丝后，中间的黑色部分填充有镁（Mg）和硼（B）的混合粉末，通过在约650℃的温度下进行热处理，Mg和B发生反应形成MgB₂超导体。从超导转变曲线也可以看出，在大约34K（开尔文温度）的临界温度下显示零电阻，表明处于超导状态（图2右）。

化合物超导线一般脆而易碎，但本次开发的超细MgB₂超导线具有足够的柔韧性，可以结成直径约300微米的结，且其特性没有明显劣化（图1）。

图1.png

图1 在650℃反应热处理后制成的结的电子显微照片

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图2 直径为15微米的超细MgB₂超导线截面及超导转变曲线

未来展望

未来，本项目在进一步追求超细化的同时，也致力于将其延长至公里级，以及进一步提升性能，此外，推进将大量超细MgB₂超导线集束在一起，制造柔性大电流容量电缆的开发。由此，将加速超导电机等的开发，实现搭载液氢的电动飞机、超导发电机等超导应用设备的实用化，为交通领域的温室气体减排作出贡献。

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