特許 6644629 超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6644629

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/72 20060101AFI20200130BHJP

   G01R 27/02 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/72

   G01R27/02 R

【請求項の数】4

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-89402(P2016-89402)

(22)【出願日】2016年4月27日

(65)【公開番号】特開2017-198540(P2017-198540A)

(43)【公開日】2017年11月2日

【審査請求日】2018年11月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】江原 悠太

(72)【発明者】

【氏名】森江 孝明

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−２４３９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３００８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７８５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２８２４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０３９２６４５４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００ − Ｇ０１Ｎ ２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４ − Ｇ０１Ｎ ２７／２４

Ｇ０１Ｎ ２７／７２ − Ｇ０１Ｎ ２７／９０

Ｇ０１Ｒ １９／００ − Ｇ０１Ｒ １９／３２

Ｇ０１Ｒ ２７／００ − Ｇ０１Ｒ ２７／３２

Ｇ０１Ｒ ３３／００ − Ｇ０１Ｒ ３３／２６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物である超伝導体の特性を得る方法であって、
前記測定対象物の臨界電流を得る工程と、
前記臨界電流の絶対値よりも小さい電流を前記測定対象物に発生させてから第１の時間が経過した後に、前記測定対象物が有する前記臨界電流を基準とした第１の電流を得る工程と、
前記電流を前記測定対象物に発生させてから第２の時間が経過した後に、前記測定対象物が有する前記臨界電流を基準とした第２の電流を得る工程と、
前記第１の電流及び前記第２の電流を利用して、前記電流を発生させてから経過した時間と前記電流との第１の関係を取得し、前記第１の関係を利用して前記電流を発生させてから経過した時間に対する前記測定対象物における前記電流の減衰の度合いを示す時定数を得る工程と、
前記時定数を利用して前記測定対象物の電気抵抗を得る工程と、を有する、超伝導体の特性を得る方法。

【請求項2】

前記測定対象物の臨界電流を得る工程は、
前記測定対象物に与える外部磁界の強度を段階的に変化させながら、前記外部磁界と、前記外部磁界の強度の変化によって前記測定対象物に発生する電流に基づく内部磁界と、により構成される合成磁界の強度を得ることにより、前記外部磁界の強度と前記合成磁界の強度との第２の関係を取得する工程と、
前記第２の関係を利用して、前記臨界電流を算出する工程と、を含み、
前記第２の関係は、前記外部磁界の強度に対する前記合成磁界の強度の変化の割合が第１の割合である第１の区間と、前記変化の割合が前記第１の割合とは異なる第２の割合である第２の区間と、を含み、
前記臨界電流を算出する工程は、前記変化の割合が、前記第１の割合から前記第２の割合に変化するときの前記外部磁界の強度を利用して、前記臨界電流を算出する、請求項１に記載の超伝導体の特性を得る方法。

【請求項3】

測定対象物である超伝導体の特性を得る測定装置であって、
前記測定対象物に電流の変化を発生させる電流誘起手段と、
前記電流に起因する磁界の強度を得る強度取得手段と、
前記強度を利用して、前記超伝導体の特性を得る処理手段と、を備え、
前記処理手段は、
前記測定対象物の臨界電流を得る臨界電流取得部と、
前記測定対象物に電流を発生させてから前記測定対象物の前記臨界電流を得るまでの時間を制御する時間制御部と、
前記臨界電流の絶対値よりも小さい電流を前記測定対象物に発生させてから、前記時間制御部で制御された時間が経過した後に、前記測定対象物が有する前記臨界電流を基準とした前記電流を得る電流取得部と、
前記電流を発生させてから経過した時間と前記電流との第１の関係を取得し、前記第１の関係を利用して前記電流を発生させてから経過した時間に対する前記測定対象物における前記電流の減衰の度合いを示す時定数を得る時定数取得部と、
前記時定数を利用して前記測定対象物の電気抵抗を得る電気抵抗取得部と、を有する、超伝導体の特性を得る測定装置。

【請求項4】

前記電流誘起手段は外部磁界を発生させるコイルであって、前記測定対象物に磁界の変化を与えることにより、前記測定対象物に電流の変化を発生させ、
前記処理手段は、
前記電流誘起手段を制御する電流制御部と、
前記外部磁界と、前記外部磁界の強度の変化によって前記測定対象物に発生する前記電流に基づく内部磁界と、により構成される合成磁界の強度を得ることにより、前記外部磁界の強度と前記合成磁界の強度との第２の関係を取得する第２の関係取得部と、
前記第２の関係を利用して、前記臨界電流を算出する臨界電流算出部と、を有し、
前記第２の関係は、前記外部磁界の強度に対する前記合成磁界の強度の変化の割合が第１の割合である第１の区間と、前記変化の割合が前記第１の割合とは異なる第２の割合である第２の区間と、を含み、
前記臨界電流算出部は、前記変化の割合が、前記第１の割合から前記第２の割合に変化するときの前記外部磁界の強度を利用して、前記臨界電流を算出する、請求項３に記載の超伝導体の特性を得る測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超伝導体の電気抵抗を測定する方法として、電流減衰法が知られている（非特許文献１参照）。超伝導体に電気抵抗が存在すると、電流が指数関数的に減少する。そこで、電流の時間的な推移を測定し、当該測定結果を用いて時定数を得る。この時定数を利用して、超伝導体の電気抵抗を得る。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】田中光雄、丸山浩史、Ａｇ／Ｂｉ２３３高温酸化物超電導テープのＰｂ―Ｓｎハンダによる抵抗接続、福井工業大学研究紀要、日本、福井工業大学、２００８年、第３８号、３５１頁〜３５８頁。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

超伝導体の電気抵抗は極めて小さいので、周囲環境の影響を受けやすい。また、電気抵抗が極めて小さいために、時間の経過に伴う電流の減衰もわずかである。このため、有効な時定数を得るためには、長時間にわたって電流の推移を示すデータを取得する必要がある。しかし、長時間の測定によっても、周囲環境の影響を受けやすくなってしまう。

【0005】

本発明は、測定精度を向上させることが可能な超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態は、測定対象物である超伝導体の特性を得る方法であって、測定対象物の臨界電流を得る工程と、臨界電流の絶対値よりも小さい電流を測定対象物に発生させてから第１の時間が経過した後に、測定対象物が有する臨界電流を基準とした第１の電流を得る工程と、電流を測定対象物に発生させてから第２の時間が経過した後に、測定対象物が有する臨界電流を基準とした第２の電流を得る工程と、第１の電流及び第２の電流を利用して、電流を発生させてから経過した時間と電流との第１の関係を取得し、第１の関係を利用して電流を発生させてから経過した時間に対する測定対象物における電流の減衰の度合いを示す時定数を得る工程と、時定数を利用して測定対象物の電気抵抗を得る工程と、を有する。

【0007】

ある測定値の変化に注目する場合、例えば、特性値や測定機器を零点補正した値などの基準値を選択する。そして、基準として選択した値に対して、測定対象である測定値の変化を計測する。すなわち、測定値は、基準値に対する相対値である。ここで、基準値が周囲環境などの要因によってゆらぐと、相対値として得た測定値変化にも影響を及ぼし、測定精度を損なう。この方法では、測定対象物の内部に流れる電流を対象の測定値とし、超伝導体である測定対象物が有する臨界電流を基準値としている。この臨界電流は、物性値であるので、測定環境の影響を受けにくい。このため、測定対象である電流の変化に占める基準となる値のゆらぎが小さくなっている。これにより、測定精度を向上させることができる。

【0008】

上記方法において、測定対象物の臨界電流を得る工程は、測定対象物に与える外部磁界の強度を段階的に変化させながら、外部磁界と、外部磁界の強度の変化によって測定対象物に発生する電流に基づく内部磁界と、により構成される合成磁界の強度を得ることにより、外部磁界の強度と合成磁界の強度との第２の関係を取得する工程と、第２の関係を利用して、臨界電流を算出する工程と、を含み、第２の関係は、外部磁界の強度に対する合成磁界の強度の変化の割合が第１の割合である第１の区間と、変化の割合が１の割合とは異なる第２の割合である第２の区間と、を含み、臨界電流を算出する工程は、変化の割合が、第１の割合から第２の割合に変化するときの外部磁界の強度を利用して、臨界電流を算出してもよい。

【0009】

外部磁界の強度を段階的に高めると、測定対象物に発生する電流も大きくなる。ここで、超伝導体には、臨界電流より大きい電流を生じさせることができない。このため、外部磁界の強度が大きくなっても、測定対象物に発生する電流は大きくならない、すなわち、電流に起因する内部磁界の強度が大きくならない状態が生じ得る。そうすると、外部磁界の強度を段階的に高めたとき、外部磁界の強度の増加に伴って内部磁界の強度も増加する状態と、外部磁界の強度の増加に伴わず内部磁界の強度が増加しない状態と、が生じる。内部磁界の強度も増加する状態にあっては、外部磁界の強度に対する合成磁界の強度の変化の割合が第１の割合である。一方、内部磁界の強度が増加しない状態にあっては、外部磁界の強度に対する合成磁界の強度の変化の割合が第２の割合である。これによれば、変化の割合が、第１の割合から第２の割合に変化する状態は、測定対象物の電流が臨界電流に達したことを示す。従って、第１の割合から第２の割合に変化する外部磁界の強度を利用することにより、臨界電流を得ることができる。

【0010】

本発明の別の形態は、測定対象物である超伝導体の特性を得る方法であって、測定対象物が有する特性に基づく基準電流を得る工程と、基準電流の絶対値よりも小さい電流を測定対象物に発生させてから第１の時間が経過した後に、基準電流を基準とした第１の電流を得る工程と、電流を測定対象物に発生させてから第２の時間が経過した後に、基準電流を基準とした第２の電流を得る工程と、第１の電流及び第２の電流を利用して、電流を発生させてから経過した時間と電流との第１の関係を取得し、第１の関係を利用して電流を発生させてから経過した時間に対する測定対象物における電流の減衰の度合いを示す時定数を得る工程と、時定数を利用して測定対象物の電気抵抗を得る工程と、を有し、測定対象物が有する特性に基づく基準電流を得る工程は、測定対象物に与える外部磁界の強度を段階的に変化させながら、外部磁界と、外部磁界の強度の変化によって測定対象物に発生する電流に基づく内部磁界と、により構成される合成磁界の強度を得ることにより、外部磁界の強度と合成磁界の強度との第２の関係を取得する工程と、第２の関係を利用して、基準電流を算出する工程と、を含み、第２の関係は、外部磁界の強度に対する合成磁界の強度の変化の割合が第１の割合である第１の区間と、変化の割合が１の割合とは異なる第２の割合である第２の区間と、を含み、基準電流を算出する工程は、変化の割合が、第１の割合から第２の割合に変化するときの外部磁界の強度を利用して、基準電流を算出する。

【0011】

この方法によっても、測定対象物である超伝導体の特性を測定する精度を向上させることができる。

【0012】

本発明のさらに別の形態は、測定対象物である超伝導体の特性を得る測定装置であって、測定対象物に電流の変化を発生させる電流誘起手段と、電流に起因する磁界の強度を得る強度取得手段と、強度を利用して、超伝導体の特性を得る処理手段と、を備え、処理手段は、測定対象物の臨界電流を得る臨界電流取得部と、測定対象物に電流を発生させてから測定対象物の臨界電流を得るまでの時間を制御する時間制御部と、臨界電流の絶対値よりも小さい電流を測定対象物に発生させてから、時間制御部で制御された時間が経過した後に、測定対象物が有する臨界電流を基準とした電流を得る電流取得部と、電流を発生させてから経過した時間と電流との第１の関係を取得し、第１の関係を利用して電流を発生させてから経過した時間に対する測定対象物における電流の減衰の度合いを示す時定数を得る時定数取得部と、時定数を利用して測定対象物の電気抵抗を得る電気抵抗取得部と、を有する。

【0013】

この装置によれば、上述した方法と同様に、臨界電流を測定の基準値としている。この臨界電流は、物性値であるので、測定環境の影響を受けにくい。このため、測定対象である電流の変化に占める基準となるパラメータのゆらぎが小さくなっている。これにより、測定精度を向上させることができる。

【0014】

上記装置において、電流誘起手段は外部磁界を発生させるコイルであって、測定対象物に磁界の変化を与えることにより、測定対象物に電流の変化を発生させ、処理手段は、電流誘起手段を制御する電流制御部と、外部磁界と、外部磁界の強度の変化によって測定対象物に発生する電流に基づく内部磁界と、により構成される合成磁界の強度を得ることにより、外部磁界の強度と合成磁界の強度との第２の関係を取得する第２の関係取得部と、第２の関係を利用して、臨界電流を算出する臨界電流算出部と、を有し、第２の関係は、外部磁界の強度に対する合成磁界の強度の変化の割合が第１の割合である第１の区間と、変化の割合が１の割合とは異なる第２の割合である第２の区間と、を含み、臨界電流算出部は、変化の割合が、第１の割合から第２の割合に変化するときの外部磁界の強度を利用して、臨界電流を算出してもよい。

【0015】

この構成によれば、上述した方法と同様に、第１の割合から第２の割合に変化する外部磁界の強度を利用することにより、臨界電流を得ることができる。

【0016】

本発明のさらに別の形態は、測定対象物である超伝導体の特性を得る測定装置であって、外部磁界を発生させて測定対象物に磁界の変化を与えることにより、測定対象物に電流の変化を発生させる電流誘起手段と、電流に起因する磁界の強度を得る強度取得手段と、強度を利用して、超伝導体の特性を得る処理手段と、を備え、処理手段は、測定対象物が有する特性に基づく基準電流を得る基準電流取得部と、測定対象物に電流を発生させてから測定対象物の基準電流を得るまでの時間を制御する時間制御部と、基準電流の絶対値よりも小さい電流を測定対象物に発生させてから、時間制御部で制御された時間が経過した後に、測定対象物が有する基準電流を基準とした電流を得る電流取得部と、電流を発生させてから経過した時間と電流との第１の関係を取得し、第１の関係を利用して電流を発生させてから経過した時間に対する測定対象物における電流の減衰の度合いを示す時定数を得る時定数取得部と、時定数を利用して測定対象物の電気抵抗を得る電気抵抗取得部と、電流誘起手段を制御する電流制御部と、外部磁界と、外部磁界の強度の変化によって測定対象物に発生する電流に基づく内部磁界と、により構成される合成磁界の強度を得ることにより、外部磁界の強度と合成磁界の強度との第２の関係を取得する第２の関係取得部と、第２の関係を利用して、基準電流を算出する基準電流算出部と、有し、第２の関係は、外部磁界の強度に対する合成磁界の強度の変化の割合が第１の割合である第１の区間と、変化の割合が１の割合とは異なる第２の割合である第２の区間と、を含み、基準電流算出部は、変化の割合が、第１の割合から第２の割合に変化するときの外部磁界の強度を利用して、基準電流を算出する。

【0017】

この装置によっても、測定対象である電流の変化に占める基準となるパラメータのゆらぎが小さくなる。これにより、測定精度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、測定精度を向上させることが可能な超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本実施形態に係る超伝導体の特性を得る測定装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、超伝導体の特性を得る方法において電気抵抗を得るための主要な工程を示す図である。

【図3】図３は、測定対象物に流れる電流が減衰する様子を示す図である。

【図4】図４は、超伝導体の特性を得る方法において臨界電流を得るための主要な工程を示す図である。

【図5】図５の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部、（ｄ）部は、図４に示された工程に対応する外部コイルと測定対象物の様子を模式的に示す図である。

【図6】図６の（ａ）部は外部コイル電流とホールセンサの出力との関係を示す図であり、図６の（ｂ）部は外部コイル電流と外部磁界の強度との関係及び外部コイル電流と内部磁界の強度との関係を示す図である。

【図7】図７は、電流の相対差を得る工程を示す図である。

【図8】図８は、電流の相対差を説明するための図である。

【図9】図９は、図１に示された処理装置の構成を機能ブロックとして示す図である。

【図10】図１０は、実験例１に係る主要な工程を示す図である。

【図11】図１１は、図１０に示された一工程を説明するための図である。

【図12】図１２は、実験例２の結果を示すグラフである。

【図13】図１３は、実験例３の結果を示すグラフである。

【図14】図１４は、実験例３の結果を示すグラフである。

【図15】図１５は、較正用のデータを得るための主要な工程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0021】

本実施形態でいう超伝導体の特性とは、電気抵抗と臨界電流である。また、測定対象物である超伝導体が有する特性に基づく基準電流とは、臨界電流に対応する。本実施形態における電気抵抗の測定は、電流減衰法を基本とする。理想的には、超伝導体の電気抵抗はゼロであるので、超伝導体に流れる電流は減衰することなく流れ続ける。しかし、実際には、超伝導体の電気抵抗は完全にゼロではない。超伝導体がこのように極めて小さい電気抵抗を有する場合、電流は時間の経過と共に減衰する。この減衰は、下記式（１）に示される指数関数によって表現される（図３参照）。

【数1】

Ｉ：超伝導体に流れる電流
ｔ：時間
ａ，ｂ：定数
τ：時定数

【0022】

式（１）において時定数（τ）は、式（２）に示されるように、超伝導体の自己インダクタンス（Ｌ）と超伝導体の電気抵抗（Ｒ）とを含む。従って、超伝導体の自己インダクタンス（Ｌ）が既知であるとすれば、式（２）へ時定数（τ）と自己インダクタンス（Ｌ）とを代入することにより、電気抵抗（Ｒ）が得られる。

【数2】

τ：時定数
Ｌ：超伝導体の自己インダクタンス
Ｒ：超伝導体の電気抵抗

【0023】

まず、超伝導体の特性を得る方法を実施するための測定装置について説明する。図１に示されるように測定装置１は、チャンバ２と、治具３と、冷凍機４と、ヒータ６と、温度計７と、外部コイル８（電流誘起手段）と、ホールセンサ９（強度取得手段）と、処理装置１０（処理手段）と、を備える。チャンバ２は、治具３、冷凍機４の一端、ヒータ６、温度計７、ホールセンサ９、及び測定対象物Ｍを収容するものであり、筒状形状をなしている。治具３は、測定対象物Ｍを保持するものであり、略板形状をなしている。治具３は、略板形状の表面に、測定対象物Ｍを保持するための不図示の機構（例えば、チャック、凸部、溝部、等）が設けられている。冷凍機４、ヒータ６及び温度計７は、測定対象物Ｍを所定の温度に制御する。冷凍機４は、治具３（及び治具３に保持された測定対象物Ｍ）を冷却可能であり、例えば、ギフォード・マクマホン式の冷凍機を用いてよい。この形式の冷凍機によれば、長時間の測定が可能となり、冷媒冷却時の突沸による振動が小さいので低ノイズ化が可能である。ヒータ６は、治具３（及び治具３に保持された測定対象物Ｍ）を加熱可能であり、冷凍機４によって下がり過ぎた測定対象物Ｍの温度を所望の温度に維持する。例えば、測定対象物Ｍを液体窒素の温度である７７Ｋに維持する。温度計７は、測定対象物Ｍ及びホールセンサ９の温度を取得する。温度計７として、例えば、セルノックス抵抗温度センサや白金薄膜温度センサを用いてよい。外部コイル８は、測定対象物Ｍに磁界を印加することにより、測定対象物Ｍに電流の変化を発生させる。外部コイル８は、治具３に取り付けられた測定対象物Ｍを囲むように配置される。ホールセンサ９は、外部コイル８に提供される電流に起因する磁界の強度を得るものであり、磁界の強度を電圧として出力する。外部コイル８は、チャンバ２よりも外側において、チャンバ２の側面を囲むように設けられている。ホールセンサ９は、治具３の中央に配置される。処理装置１０は、冷凍機４、外部コイル８等を動作させて、測定対象物Ｍの温度を制御する。また、処理装置１０は、ホールセンサ９の出力を利用して測定対象物Ｍの特性を得るためのデータ処理を行う。処理装置１０の具体的な構成については、後述する。

【0024】

図２は、本発明の一形態に係る超伝導体の特性を得る方法において、超伝導体である測定対象物Ｍの電気抵抗（Ｒ）を得るための主要な工程を示す図である。図２に示されるように、超伝導体の特性を得る方法は、工程Ｓ１〜Ｓ９を有する。

【0025】

まず、測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）を得る（工程Ｓ１）。この臨界電流（Ｉ_C）を得る具体的な方法は、後述する。次に、測定対象物Ｍに初期状態としての電流（Ｉ_SC）を発生させる（工程Ｓ２）。電流（Ｉ_SC）は、工程Ｓ１で取得された臨界電流（Ｉ_C）よりも小さい値であればよい。次に、予め定められた待機時間（ｔ_ｘ）（第１の時間、第２の時間）だけ待機する（工程Ｓ３）。この間に、電流（Ｉ_SC）は、電気抵抗（Ｒ）に従って減衰する。次に、電流の相対差（Ｉ_Ｒ）（第１の電流、第２の電流）を得る（工程Ｓ４）。本実施形態では、電流の相対差（Ｉ_Ｒ）は、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）の臨界電流（Ｉ_C）に対する相対値である。この工程Ｓ４については、後に具体的に説明する。次に、測定回数が予め定められた設定回数に達したか否かを判断する（工程Ｓ５）。設定回数に達していない場合には（工程Ｓ５：ＮＯ）、待機時間（ｔ_ｘ）を変更し（工程Ｓ６）、再び工程Ｓ２〜Ｓ５を実施する。一方、測定回数が設定回数に達している場合には（工程Ｓ５：ＹＥＳ）、得られた複数の電流の相対差（Ｉ_Ｒ）とそれぞれの電流の相対差（Ｉ_Ｒ）に対応する待機時間（ｔ_ｘ）とをグラフ化することにより、減衰曲線Ｇ１（図３参照）を得る（工程Ｓ７）。図３の横軸は、電流（Ｉ_SC）が発生された時間をゼロとしたときの待機時間（ｔ_ｘ）を示す。図３の縦軸は、待機時間（ｔ_ｘ）に対応する電流（Ｉ_SC）を示す。

【0026】

次に、減衰曲線Ｇ１が式（１）に従うものと仮定し、フィッティング処理を行う。すなわち、減衰曲線Ｇ１に最も近い近似式となるように各係数を定める（工程Ｓ８）。この工程Ｓ８において、時定数（τ）が定まる。次に、式（２）に、時定数（τ）と、予め準備しておいた測定対象物Ｍの自己インダクタンス（Ｌ）とを代入することにより、電気抵抗（Ｒ）を得る（工程Ｓ９）。

【数3】

【数4】

【0027】

続いて、測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）を得る工程Ｓ１について具体的に説明する。図４は、工程Ｓ１が有する主要な工程を示す図である。工程Ｓ１は、大まかに述べると、電流（Ｉ_SC）を発生させ（工程Ｓ１ａ〜工程Ｓ１ｃ）、電流（Ｉ_SC）の減衰を待ち（工程Ｓ１ｄ）、臨界電流（Ｉ_C）に関係する折れ曲がり点（後述）を得る（工程Ｓ１ｅ〜工程Ｓ１ｋ）。

【0028】

まず、外部コイル８へ外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給を開始する（工程Ｓ１ａ）。外部コイル電流（Ｉ_coil）を供給する直前の測定対象物Ｍは、電流（Ｉ_SC）及び電流（Ｉ_SC）に起因する内部磁界（Ｂ_SC）を有してもよいし、有していなくてもよい。図５の（ａ）部に示されるように、外部コイル８へ外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給が開始されると、外部コイル８は、外部磁界（Ｂ_coil）を発生させる。この外部磁界（Ｂ_coil）の一部は、測定対象物Ｍの内側にも提供される。

【0029】

次に、測定対象物Ｍを冷却する（工程Ｓ１ｂ）。この工程Ｓ１ｂにより、測定対象物Ｍは超伝導状態となる。処理装置１０は、温度計７で得られた温度が予め入力された目標温度になるように、冷凍機４及びヒータ６を制御する。温度計７の温度が、目標温度に収束した後に、次の工程Ｓ１ｃに移行する。

【0030】

次に、外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給を停止する（工程Ｓ１ｃ）。図５の（ｂ）部に示されるように、外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給が停止されると、外部コイル８が発生する外部磁界（Ｂ_coil）が消滅する。しかし、測定対象物Ｍの内側においては、外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給時に存在していた外部磁界（Ｂ_coil）に起因する内部磁界（Ｂ_SC）が存在する。これは、外部磁界（Ｂ_coil）に起因して測定対象物Ｍの内側に存在していた磁束が保存された結果である。この内部磁界（Ｂ_SC）は、測定対象物Ｍに発生した電流（Ｉ_SC）に起因する。すなわち、測定対象物Ｍに供給される外部磁界（Ｂ_coil）の強度を変化させることにより、測定対象物Ｍに電流（Ｉ_SC）が生じる。この電流（Ｉ_SC）は、本実施形態における初期誘導電流である。

【0031】

なお、上述したように、電流（Ｉ_SC）は、測定対象物Ｍに供給される外部磁界（Ｂ_coil）の強度を変化させることにより生じる。従って、工程Ｓ１ｃにおいて、外部コイル電流（Ｉ_coil）をゼロにしてもよいし、ゼロにしなくてもよい。

【0032】

次に、予め定められた待機時間（ｔ_ｘ）だけ待機する（工程Ｓ１ｄ）。この間に、図５の（ｃ）部に示されるように、電流（Ｉ_SC）は、電気抵抗（Ｒ）に従って減衰する。この待機時間（ｔ_ｘ）は、例えば、半日〜７日間である。待機時間（ｔ_ｘ）は、測定対象や必要な精度に応じて適宜設定される。

【0033】

次に、外部コイル８への外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給を再び開始する（工程Ｓ１ｅ）。このときの外部コイル電流（Ｉ_coil）の大きさは、工程Ｓ１ａにおける外部コイル電流（Ｉ_coil）の大きさよりも小さい。また、外部コイル電流（Ｉ_coil）の向きは、工程Ｓ１ａにおける外部コイル電流（Ｉ_coil）の向きと同じであってもよいし、逆であってもよい。図５の（ｄ）部に示されるように、外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給を開始すると、外部コイル８は、外部磁界（Ｂ_coil）を発生させる。この外部磁界（Ｂ_coil）は、測定対象物Ｍにも作用する。このため、測定対象物Ｍは、外部コイル電流（Ｉ_coil）の供給が開始される前の内部磁界（Ｂ_SC）の状態を維持しようとする。従って、この内部磁界（Ｂ_SC）の状態を維持しようとする作用に起因して、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）の大きさが変化するので、測定対象物Ｍの内部磁界（Ｂ_SC）の大きさ（つまり磁束の数）も変化する。

【0034】

次に、ホールセンサ９の測定値を得る（工程Ｓ１ｆ）。この測定値は、合成磁界（Ｂ_all）の強度を示す。合成磁界は、外部磁界（Ｂ_coil）の強度と、内部磁界（Ｂ_SC）の強度とにより構成される。

【0035】

次に、外部コイル電流（Ｉ_coil）の大きさを変更する（工程Ｓ１ｇ）。そして、上述した工程Ｓ１ｅ及び工程Ｓ１ｆを実施する。このように、工程Ｓ１ｅ、工程Ｓ１ｆ、工程Ｓ１ｇをこの順で繰り返し実施することにより、図６の（ａ）部に示されたグラフＧ２を得る（工程Ｓ１ｈ）。図６の（ａ）部に示されるように、横軸は外部コイル電流（Ｉ_coil）の変化量を示し、縦軸はホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_hole）を示す。

【0036】

次に、傾きの変化の有無を判断する（工程Ｓ１ｉ）。この工程Ｓ１ｉでは、図６の（ａ）部に示されたグラフＧ２において傾きに変化が生じたか否かを判断する。図６の（ａ）部は、外部コイル電流（Ｉ_coil）とホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）との関係を示すグラフである。例えば、外部コイル電流（Ｉ_coil）を一定のステップで増加させた場合のホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）が変わったことを検知することにより、傾きの変化が生じたことを判断することができる。他にも、外部コイル電流（Ｉ_coil）をステップの和に対するホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）の和の変化の割合が変わることにより判断できる。なお、事前にステップ変化に対するホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）の誤差を評価しておくことにより、有意な差であるか否かを判定することができる。傾きの変化があったと判断されない場合（工程Ｓ１ｉ：ＮＯ）には、再度、工程Ｓ１ｅ、工程Ｓ１ｆ、工程Ｓ１ｇをこの順で所定回数だけ繰り返し実施した後に、工程Ｓ１ｈを実施し、再び、傾きの変化の有無を判断する（工程Ｓ１ｉ）。一方、傾きの変化があったと判定された場合（工程Ｓ１ｉ：ＹＥＳ）には、少なくとももう1点以上の適当な回数だけ工程Ｓ１ｈを実施した上で、工程Ｓ１ｊへ移行する。

【0037】

なお、外部コイル電流（Ｉ_coil）を最大値から最小値まで変化させた場合であっても、傾きの変化が確認できない場合もあり得る。その場合には、測定対象物Ｍの温度を変更してもよい。測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）は、温度の関数であり、例えば測定対象物Ｍの温度を上昇させると、臨界電流（Ｉ_C）が小さくなる。外部コイル電流（Ｉ_coil）を最大値から最小値まで変化させた場合に確認することが可能になる。

【0038】

次に、折れ曲がり点Ｐを示す外部コイル電流（Ｉ_coil）の数値を得る（工程Ｓ１ｊ）。折れ曲がり点Ｐとは、グラフＧ２において、傾きの大きさが第１の値である第１の区間Ｒ１と、傾きの大きさが第２の値である第２の区間Ｒ２と、の境界を示す点を意味する。

【0039】

ここで、図６の（ａ）部及び（ｂ）部に示されたグラフＧ２，Ｇ３，Ｇ４を用いて、外部コイル電流（Ｉ_coil）と、ホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）との関係について詳細に説明する。外部コイル電流（Ｉ_coil）をステップ状に増加させると、外部コイル８が形成する外部磁界（Ｂ_coil）が強くなる（図６の（ｂ）部のグラフＧ３参照）。

【0040】

また、外部コイル電流（Ｉ_coil）をステップ状に増加させると、測定対象物Ｍにおける内部磁界（Ｂ_SC）を維持しようとする作用に起因する電流（Ｉ_SC）が測定対象物Ｍの内部に生じる。この磁界の変化に起因する電流（Ｉ_SC）は、元々測定対象物Ｍに存在していた電流（Ｉ_SC）を増加或いは減少させる。従って、外部コイル電流（Ｉ_coil）をステップ状に増加させると、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）が変化する。従って、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）の変化に起因して、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）に起因する内部磁界（Ｂ_SC）の強度が変化する（図６の（ｂ）部のグラフＧ４ａ参照）。ここで、超伝導体である測定対象物Ｍは、超伝導状態においてその内部に有し得る電流の上限が決まっている。この電流の上限は、臨界電流（Ｉ_C）として示される。そうすると、測定対象物Ｍにおける電流（Ｉ_SC）が臨界電流（Ｉ_C）よりも小さい場合には、外部コイル電流（Ｉ_coil）の増加に伴って、測定対象物Ｍにおける電流（Ｉ_SC）も増加又は減少する。しかし、測定対象物Ｍにおける電流（Ｉ_SC）が臨界電流（Ｉ_C）に達した後は、外部コイル電流（Ｉ_coil）を増加させても測定対象物Ｍにおける電流（Ｉ_SC）は変化しない。従って、測定対象物Ｍが形成する内部磁界（Ｂ_SC）の強度も変化しない（図６の（ｂ）部のグラフＧ４ｂ参照）。

【0041】

そうすると、外部コイル電流（Ｉ_coil）をステップ状に増加させたとき、第１の区間Ｒ１及び第２の区間Ｒ２が生じ得る。第１の区間Ｒ１は、外部コイル電流（Ｉ_coil）の増加に伴って、外部磁界（Ｂ_coil）の強度と内部磁界（Ｂ_SC）の強度が共に増加する。第２の区間Ｒ２は、外部コイル電流（Ｉ_coil）の増加に伴って、外部磁界（Ｂ_coil）の強度は変化するが、内部磁界（Ｂ_SC）の強度が変化しない。

【0042】

ホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_Ｈ）は、外部磁界（Ｂ_coil）の強度と内部磁界（Ｂ_SC）の強度とのベクトル和である。つまり、グラフＧ２は、グラフＧ３とグラフＧ４ａ，Ｇ４ｂとの差分である。従って、第１の区間Ｒ１と第２の区間Ｒ２とでは、グラフＧ４ａ，Ｇ４ｂに示されるように、外部コイル電流（Ｉ_coil）の変化量に対する内部磁界（Ｂ_SC）の変化の状態が異なる。従って、ホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）においても、傾きが異なる第１の区間Ｒ１と第２の区間Ｒ２が現れる。２個の区間は、測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）に起因するので、これら区間を連結する点、すなわち折れ曲がり点Ｐは、測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）によって決定される。従って、折れ曲がり点Ｐを示す変数から臨界電流（Ｉ_C）を導出することができる。

【0043】

さらに具体的に説明する。ホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）は、ホール係数（Ｒ_Ｈ）と磁界の変化量（Ｂ_coil-Ｂ_SC）との積として示される（式（３）参照）。

【数5】

ΔＶ_H：ホールセンサの出力
Ｒ_H：ホール係数
Ｂ_coil：外部磁界（Ｂ_coil）の強度
Ｂ_SC：内部磁界（Ｂ_SC）の強度
ｋ_coil：外部コイルに所定の電流（１アンペア）が流れたときにホールセンサが設置された位置に発生する磁界の強度
Ｉ_coil：外部コイル電流（Ｉ_coil）
ｋ_SC：測定対象物に所定の電流（１アンペア）が流れたときにホールセンサが設置された位置に発生する磁界の強度
Ｉ_SC：測定対象物Ｍに流れる電流

【0044】

まず、第１の区間Ｒ１は、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）が、臨界電流（Ｉ_C）よりも小さい。この関係を外部コイル８における電流（Ｉ_coil）を利用して示すと、下記式（４）である。

【数6】

Ｉ_SC：測定対象物Ｍに流れる電流
Ｉ_coil：測定対象物Ｍが臨界電流（Ｉ_C）であるときに外部コイル８に提供される電流

【0045】

このとき、磁束の保存則によれば、下記式（５）が得られる。

【数7】

Ｍ：外部コイル８に対する測定対象物Ｍの相互インダクタンス
Ｉ_Coil：測定対象物Ｍが臨界電流（Ｉ_C）であるときに外部コイル８に提供される電流
Ｌ：測定対象物Ｍの自己インダクタンス
Ｉ_SC：測定対象物Ｍに流れる電流

【0046】

式（５）を式（３）に代入すると、下記式（６）が得られる。式（６）は、第１の区間Ｒ１におけるホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_H）と外部コイル電流（Ｉ_coil）との関係を示す。

【数8】

ΔＶ_H：ホールセンサ９の出力変化量
Ｒ_Ｈ：ホール係数
ｋ_coil：外部コイル８に所定の電流（１アンペア）が流れたときにホールセンサ９が設置された位置に発生する磁界の強度
ｋ_SC：測定対象物に所定の電流（１アンペア）が流れたときにホールセンサ９が設置された位置に発生する磁界の強度
Ｍ：外部コイル８に対する測定対象物Ｍの相互インダクタンス
Ｌ：測定対象物Ｍの自己インダクタンス
Ｉ_coil：外部コイル電流
Ｃ_１：定数

【0047】

すなわち、式（６）において、右辺の係数Ｃ_１は、全て予め定められる係数によって構成されている。ホール係数（Ｒ_Ｈ）は、ホールセンサ９の特性を示す値であり、センサのカタログなどから得られる。なお、ホールセンサ９が温度依存性を有する場合には、後述する事前試験において得られた結果を用いて較正してもよい。磁界の強度（ｋ_coil）、（ｋ_SC）は、実測の応答、有限要素法などによる静磁界解析などにより得られる。これらは、測定対象物Ｍの形状と、ホールセンサ９の配置とにより決定される。相互インダクタンス（Ｍ）及び自己インダクタンス（Ｌ）は、有限要素法などによる静磁界解析などにより得られる。これらは、測定対象物Ｍの形状により決定される。

【0048】

一方、第２の区間Ｒ２は、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）が、臨界電流（Ｉ_C）よりも大きい。この関係を外部コイル８における電流を利用して示すと、下記式（７）である。

【数9】

【0049】

この場合には、第２の区間Ｒ２における外部コイル電流（Ｉ_coil）とホールセンサ９の出力変化量（ΔＶ_Ｈ）との関係は、下記式（８）によって示される。式（８）において、右辺の係数Ｃ_２，Ｃ_３は、全て予め定められる係数によって構成される。

【数10】

【0050】

折れ曲がり点Ｐを得る方法を具体的に説明する。まず、図６の（ａ）部に示されるように、グラフＧ２において第１の処理区間Ｒ１ａと第２の処理区間Ｒ２ａと処理外区間Ｒ３と、を設定する。第１の処理区間Ｒ１ａ及び第２の処理区間Ｒ２ａは、折れ曲がり点Ｐを得る処理において傾きを得る処理の対象となる区間である。処理外区間Ｒ３は、折れ曲がり点Ｐを得る処理において処理の対象から除外される区間である。処理外区間Ｒ３は、グラフＧ２において、折れ曲がり点Ｐを含むように設定される。つまり、折れ曲がり点Ｐを含む処理外区間Ｒ３を挟むように、処理の対象となる区間（第１の処理区間Ｒ１ａ及び第２の処理区間Ｒ２ａ）を設定することにより、処理区間を重複させないようにする。次に、第１の処理区間Ｒ１ａに含まれた複数の測定値を利用して、フィッティング処理を行う。この処理は、下記式（９）に示される数式の係数（ａ_１）及び係数（ｂ_１）を決定する処理である。

【数11】

【0051】

同様に、第２の処理区間Ｒ２ａに含まれた複数の測定値を利用して、フィッティング処理を行う。この処理は、下記式（１０）に示される数式の係数（ａ_２）及び係数（ｂ_２）を決定する処理である。

【数12】

【0052】

折れ曲がり点Ｐは、上記式（９）と式（１０）とが互いに交わる点である。従って、式（９）と式（１０）とを利用すれば、交点としての折れ曲がり点Ｐの座標が得られる。この座標において、Ｘ座標が臨界電流（Ｉ_C）と関係する外部コイル電流（Ｉ_coil）である。なお、式（９）及び式（１０）の各係数において、フィッティング誤差を折れ曲がり点Ｐの誤差に反映させてもよい。

【0053】

次に、折れ曲がり点Ｐを示す外部コイル電流（Ｉ_coil）を利用して、臨界電流（Ｉ_C）を得る（工程Ｓ１ｋ）。この工程Ｓ１ｋでは、下記式（１１）を利用する。また、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）の値がわかれば、式（１０）から臨界電流（Ｉ_C）を得ることもできる。

【数13】

Ｉ_coil：外部コイル電流
Ｉ_C：臨界電流
Ｍ：外部コイル８に対する測定対象物Ｍの相互インダクタンス
Ｌ：測定対象物Ｍの自己インダクタンス

【0054】

以上の工程Ｓ１ａ〜工程Ｓ１ｋを実施することにより、臨界電流（Ｉ_C）を得る。

【0055】

続いて、電流の相対差（Ｉ_Ｒ）を得る工程（工程Ｓ４）について、図７を参照しつつ詳細に説明する。既に述べたように、電流の相対差（Ｉ_Ｒ）は、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）の臨界電流（Ｉ_C）に対する相対値である。本実施形態では、電流の相対差（Ｉ_Ｒ）を、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）が不明である状態から、臨界電流（Ｉ_C）に達するまでに要する外部コイル電流（Ｉ_coil）として規定する。

【0056】

工程Ｓ４の具体的な手順について説明する。まず、臨界電流（Ｉ_C）を得る（工程Ｓ４ａ）。臨界電流（Ｉ_C）は、工程Ｓ１で説明した手順と同じである。次に、工程Ｓ４ａの実施において臨界電流（Ｉ_C）に達するまでに要した外部コイル電流（Ｉ_coil）を得る（工程Ｓ４ｂ）。例えば、外部コイル８へ外部コイル電流（Ｉ_coil）を再開したときの外部コイル電流（Ｉ_coil）の大きさがＩ_coil１であり、臨界電流（Ｉ_C）に達したときの外部コイル電流（Ｉ_coil）がＩ_coil2であったとする。この場合には、臨界電流（Ｉ_C）に達するまでに要した外部コイル電流（Ｉ_coil）は、ΔＩ_coil＝Ｉ_coil2−Ｉ_coil１として示される。次に、工程Ｓ４ｂで得た外部コイル電流の差分（ΔＩ_coil）を利用して、測定対象物Ｍの電流の相対差（Ｉ_Ｒ）を得る（工程Ｓ４ｃ）。具体的には、外部コイル電流の差分（ΔＩ_coil）を利用する。式（１２）によれば、外部コイル電流の差分（ΔＩ_coil）を測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）に変換できる。

【数14】

ΔＩ_Coil：外部コイル電流の差分
Ｉ_SC：測定対象物Ｍに流れる電流（臨界電流基準）
Ｍ：外部コイルに対する測定対象物Ｍの相互インダクタンス
Ｌ：測定対象物Ｍの自己インダクタンス

【0057】

この電流の相対差（Ｉ_Ｒ）についてさらに説明する。図８は、外部コイル電流（Ｉ_coil）とホールセンサの出力（ΔＶ_H）との関係を概念的に示す図である。換言すると、グラフＧ４は、測定対象物Ｍに流れている電流（Ｉ_SC）に対応する。電流の相対差（Ｉ_Ｒ）は、測定対象物Ｍに有限の電気抵抗がある場合、臨界電流（Ｉ_C）を基準とした値であることは既に述べた。従って、図８に示されたグラフＧ５によれば、この電流の相対差（Ｉ_Ｒ）は、臨界電流（Ｉ_C）に対応する折れ曲がり点Ｐ１，Ｐ２の何れか一方と、電流の相対差（Ｉ_Ｒ）の測定開始時に測定対象物Ｍが有する電流（Ｉ_SC）との間の距離Ｌ１に対応する。また、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）は、時間の経過と共に減衰する。従って、相対座標Ｃ２ａは時間の経過と共に絶対座標Ｃ１の原点に近づいて行く（相対座標Ｃ２ｂ参照）ことで説明される。さらに、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）は、外部磁界（Ｂ_coil）の提供によって、変化する。例えば、測定対象物Ｍの内部磁界（Ｂ_SC）と同じ向きの外部磁界（Ｂ_coil）が提供されたとき、相対座標Ｃ２ａは、折れ曲がり点Ｐ１に近づいて行く。すなわち、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）は、徐々にゼロに近づき、ある時点でゼロになる（相対座標Ｃ２ｂ参照）。そして、さらに外部磁界（Ｂ_coil）が提供されると、向きが逆となり、正の臨界電流（Ｉ_C）に対応する折れ曲がり点Ｐ１へ近づく（相対座標Ｃ２ｃ参照）。一方、測定対象物Ｍの内部磁界（Ｂ_SC）と逆向きの外部磁界（Ｂ_coil）が提供されたとき、相対座標Ｃ３ａは、折れ曲がり点Ｐ２に近づく。

【0058】

次に、本発明の別の形態に係る超伝導体の特性を得る処理装置１０について説明する。図９に示されるように、処理装置１０は、外部コイル８と、ホールセンサ９とに接続される。処理装置１０は、外部コイル８へ供給する電流の大きさを制御する。また、処理装置１０は、ホールセンサ９から磁界の強度に対応する電圧を取得する。処理装置１０は、臨界電流取得部１１（基準電流取得部）と、時間制御部１２と、差分取得部１３と、時定数取得部１４と、電気抵抗取得部１６と、を有する。臨界電流取得部１１、時間制御部１２、差分取得部１３、時定数取得部１４及び電気抵抗取得部１６は、機能的構成要素であり、コンピュータである処理装置１０において、プログラムを実行することにより実現される。

【0059】

臨界電流取得部１１は、測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）を得る。臨界電流取得部１１は、工程Ｓ１に示される動作を行う部分である。臨界電流取得部１１は、外部コイル８へ電流を供給すると共に、ホールセンサ９から磁界の強度に対応する電圧を取得する。また、臨界電流取得部１１は、臨界電流（Ｉ_C）を差分取得部１３へ提供する。臨界電流取得部１１は、電流制御部１１ａと、第２の関係取得部１１ｂと、臨界電流算出部１１ｃ（基準電流算出部）と、を有する。電流制御部１１ａ、第２の関係取得部１１ｂ及び臨界電流算出部１１ｃも、機能的構成要素であり、処理装置１０において、プログラムを実行することにより実現される。電流制御部１１ａは、工程Ｓ２、工程Ｓ６、工程Ｓ１ａ、工程Ｓ１ｃ、工程Ｓ１ｅ、工程Ｓ１ｇに示される動作を行う部分である。電流制御部１１ａは、外部コイル８への電流供給の開始及び停止を行う。また、電流制御部１１ａは、外部コイル８へ供給する電流の大きさを制御すると共に、その値を第２の関係取得部１１ｂへ提供する。第２の関係取得部１１ｂは、工程Ｓ１ｈに示される動作を行う部分である。第２の関係取得部１１ｂは、電流制御部１１ａから外部コイル８へ供給する電流（すなわち外部コイル電流（Ｉ_coil））の大きさを得ると共に、ホールセンサ９から合成磁界の強度に対応する電圧を得る。第２の関係取得部１１ｂは、外部コイル電流（Ｉ_coil）と合成磁界の強度に対応する電圧（ΔＶ_Ｈ）との関係を第２の関係として、臨界電流算出部１１ｃへ提供する。臨界電流算出部１１ｃは、工程Ｓ１ｉ、工程Ｓ１ｊ及び工程Ｓ１ｋに示される動作を行う部分である。臨界電流算出部１１ｃは、第２の関係取得部１１ｂから第２の関係を得る。臨界電流算出部１１ｃは、第２の関係から算出した臨界電流（Ｉ_C）を差分取得部１３へ提供する。

【0060】

時間制御部１２は、測定対象物Ｍに電流（Ｉ_SC）を発生させてから測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）を得るまでの時間を制御する。時間制御部１２は、工程Ｓ３及び工程Ｓ１ｄに示される動作を行う部分である。時間制御部１２は、電流制御部１１ａの動作タイミングを制御する。具体的には、外部コイル８への電流供給を開始するタイミング、電流供給を停止するタイミング、電流の大きさを変更するタイミング等を制御する。また、時間制御部１２は、これらタイミングに関する情報を時定数取得部１４へ提供する。

【0061】

差分取得部１３は、臨界電流（Ｉ_C）の絶対値よりも小さい電流（Ｉ_SC）を測定対象物Ｍに発生させてから、時間制御部１２で制御された時間が経過した後に、測定対象物Ｍが有する電流（Ｉ_SC）と臨界電流（Ｉ_C）との差分を得る。差分取得部１３は、工程Ｓ４及び工程Ｓ５に示される動作を行う部分である。差分取得部１３は、臨界電流取得部１１から臨界電流（Ｉ_C）に関する情報を得る。差分取得部１３は、測定対象物Ｍが有する電流（Ｉ_SC）と臨界電流（Ｉ_C）との差分に関する情報を時定数取得部１４に提供する。

【0062】

時定数取得部１４は、電流（Ｉ_SC）を発生させてから経過した時間と電流（Ｉ_SC）との第１の関係を取得する。そして、時定数取得部１４は、第１の関係を利用して電流（Ｉ_SC）を発生させてから経過した時間に対する測定対象物Ｍにおける電流（Ｉ_SC）の減衰の度合いを示す時定数（τ）を得る。時定数取得部１４は、工程Ｓ７及び工程Ｓ８に示される動作を行う部分である。時定数取得部１４は、時間制御部１２から外部コイル８への電流供給タイミングに関する情報を得ると共に、差分取得部１３から測定対象物Ｍが有する電流（Ｉ_SC）と臨界電流（Ｉ_C）との差分に関する情報を得る。時定数取得部１４は、時定数（τ）を電気抵抗取得部１６へ提供する。

【0063】

電気抵抗取得部１６は、時定数（τ）を利用して測定対象物Ｍの電気抵抗（Ｒ）を得る。電気抵抗取得部１６は、工程Ｓ９に示される動作を行う部分である。電気抵抗取得部１６は、時定数取得部１４から時定数（τ）を得る。

【0064】

ところで、超伝導体は、直流電流に対して理想的には電気抵抗（Ｒ）がゼロである。超伝導材料を用途に応じて所望の形状に成形加工する際には、接続部分において超電導特性を損なわずに加工することが望まれる。具体的には、超伝導線同士の接続部分において電気抵抗（Ｒ）が生じることを抑制する。しかし、接続部分において電気抵抗（Ｒ）を完全にゼロにすることは困難であり、接続部分は、ゼロと見做せるほど小さい電気抵抗（Ｒ）つまり、有限の微小な電気抵抗（Ｒ）を有する。

【0065】

このような微小な電気抵抗（Ｒ）を測定する技術として、測定対象物Ｍに電流を提供し電圧降下の度合いに基づいて電気抵抗（Ｒ）を得る、いわゆる四端子法が知られている。電気抵抗（Ｒ）が微小である測定対象物Ｍの電気抵抗（Ｒ）の測定にこの方法を用いる場合には、信号強度を大きくするために大電流の通電が必要になるので、大電流によって測定対象物Ｍが有する本来の特性に変化を生じさせてしまう。また、環状の超伝導体などでは、切断する必要があるため破壊試験となってしまう。

【0066】

また、測定対象物Ｍに強度が変化する磁界を印加し、この磁界の強度変化に対する磁束の応答を利用して電気抵抗（Ｒ）を得る方法もある。この方法を用いるとき、最も単純には磁界の強度をステップ状に変化させて、測定対象物Ｍに生じる誘導電流の経時変化を得る。この誘導電流の経時変化を利用して、電気抵抗（Ｒ）を得る。しかし、測定対象物Ｍの電気抵抗（Ｒ）が微小である場合には、測定可能な誘導電流の減衰が得られるまでに、膨大な時間を要する場合があり得る。さらには、このような長時間を要する測定によれば、信号電圧のオフセットの揺らぎ、温度といった周囲環境の変動が測定結果に影響を及ぼす可能性が高まる。

【0067】

そこで、この方法及び測定装置１では、初期の電流（Ｉ_SC）から減衰した電流（Ｉ_SC）を測定対象パラメータとし、臨界電流（Ｉ_C）を基準のパラメータとしている。換言すると、本実施形態における電流の相対差（Ｉ_Ｒ）とは、臨界電流（Ｉ_C）を基準とした場合の電流である。そして、臨界電流（Ｉ_C）は、物性値であるので、測定環境の影響を受けにくい。具体的には、超伝導特性に起因する磁界応答の変化点（すなわち臨界電流（Ｉ_C））は、電気配線の影響といった測定環境によらず、温度及び磁界環境が一定であれば、常に安定した値を維持する。このため、測定対象である電流の相対差（Ｉ_R）の変化に占める基準となる臨界電流（Ｉ_C）のゆらぎが小さくなっている。換言すると、磁界応答の変化点を基準として、磁束減衰（すなわち電流減衰）を測定することで、電気抵抗（Ｒ）の測定における測定誤差を低減することが可能になる。これにより、超伝導体の特性の測定精度を向上させることができる。

【0068】

また、この方法及び測定装置１では、安定した基準のパラメータを用いているので、磁界応答による残留電流の長期推移を非常に短い時間で得ることができる。従って、測定環境の長期に亘る変化といった誤差の影響が低減されるので、測定精度を更に向上させることができる。

【0069】

また、外部磁界（Ｂ_coil）の強度を段階的に高めると、測定対象物Ｍに発生する電流（Ｉ_SC）も大きくなる。ここで、超伝導体には、臨界電流（Ｉ_C）より大きい電流（Ｉ_SC）を生じさせることができない。このため、外部磁界（Ｂ_coil）の強度が大きくなっても、電流（Ｉ_SC）は大きくならない、すなわち、電流（Ｉ_SC）に起因する内部磁界（Ｂ_SC）の強度が大きくならない状態が生じ得る。そうすると、外部磁界（Ｂ_coil）の強度を段階的に高めたとき、外部磁界（Ｂ_coil）の強度の増加に伴って内部磁界（Ｂ_SC）の強度も増加する状態と、外部磁界（Ｂ_coil）の強度の増加に伴わず内部磁界（Ｂ_SC）の強度が増加しない状態と、が生じる。内部磁界（Ｂ_SC）の強度も増加する状態にあっては、外部磁界（Ｂ_coil）の強度の変化量に対する合成磁界（Ｂ_all）の強度の変化の割合が第１の割合である。一方、内部磁界（Ｂ_SC）の強度が増加しない状態にあっては、外部磁界（Ｂ_coil）の強度の変化量に対する合成磁界の強度の変化の割合が第２の割合である。これによれば、変化の割合が、第１の割合から第２の割合に変化する状態は、測定対象物Ｍの電流（Ｉ_SC）が臨界電流（Ｉ_C）に達したことを示す。従って、第１の割合から第２の割合に変化する外部磁界（Ｂ_coil）の強度を利用することにより、臨界電流（Ｉ_C）を得ることができる。

【0070】

また、本実施形態に係る超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置によれば、原理的にはあらゆる超伝導体の特性を測定することができる。従って、超伝導製作物の出荷試験や試験装置にも適用可能である。また、測定対象物Ｍが環状（リング状）の超伝導体である場合には、簡易な解析により超伝導体の特性を得ることができるので、出荷試験や試験装置に好適に適用可能である。さらに、本実施形態に係る超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置は、非破壊検査である。従って、出荷する現物に適用する試験として好適である。

【0071】

また、本実施形態に係る超伝導体の特性を得る方法及び超伝導体の特性を得る測定装置により測定される測定対象物Ｍは、超伝導体のみからなる測定対象物Ｍに限定されない。本実施形態に係る方法及び装置は、超伝導体に取り付けられた配線部品などを含んだ測定対象物Ｍの特性を測定することもできる。例えば、超伝導接続部といった接続部の健全性を電気抵抗（Ｒ）を判定パラメータとして採用し、上記本実施形態に係る方法及び装置を利用して、電気抵抗（Ｒ）を精度良く測定することにより、接続部の健全性を好適に判定することができる。

【0072】

＜実験例１：測定誤差の評価＞
本実施形態の測定方法によれば、測定誤差を小さくすることが可能である。そこで、本実施形態の測定方法の測定誤差に関する確認を行い、測定誤差の大きさを評価した。この実験例１は、図１０に示される工程に従って実施した。

【0073】

まず、測定装置１に測定対象物Ｍを設置した（工程Ｓ２１）。次に、測定対象物Ｍを所定の温度に制御した（工程Ｓ２２）。次に、外部コイル電流（Ｉ_coil）をステップ状に増加させて、ホール電圧変化量の第１の統計誤差（σ_STEP1）を得た（工程Ｓ２３）。

【0074】

ここで、図１１に示されるように、ホール電圧の変化量は、外部コイル８への電流供給を開始又は停止したタイミングＴｍを含まない時間域Ｒ１１，Ｒ１２において平均を算出することが好ましい。外部コイル８への電流供給を開始又は停止したタイミングを含む時間域Ｒ１３は、スイッチングなどによるノイズや周囲の金属部品に流れる渦電流などの成分の影響を受けるおそれがある。低周波のゆらぎが小さく、測定対象物Ｍの電気抵抗（Ｒ）が充分に小さい場合には、平均の算出に利用しない時間域Ｒ１３は、長い方がよい。一方、平均の算出に利用しない時間域Ｒ１３が長すぎる場合には、折れ曲がり点Ｐを得るために要する測定時間が長くなってしまう。従って、これらの要素を考慮し、平均の算出に利用しない時間域Ｒ１３を適切に設定する。例えば、時間域Ｒ１３は、タイミングＴｍの前後５０秒程度である。また、平均を算出する時間域Ｒ１１，Ｒ１２を長くすると、高周波の統計誤差をより小さくすることができる。一方、平均を算出する時間域Ｒ１１，Ｒ１２が長すぎる場合には、室温の変化といった低周波のゆらぎが平均に含まれるおそれがある。従って、これらの要素を考慮し、平均を算出する時間域Ｒ１１，Ｒ１２を適切に設定する。例えば、時間域Ｒ１１，Ｒ１２は、１００秒程度である。

【0075】

次に、ステップ幅を変更して、工程Ｓ２３と同様の手順に従って、再度ホール電圧変化量の第２の統計誤差（σ_STEP2）を得た（工程Ｓ２４）。なお、第１の統計誤差（σ_STEP1）及び第２の統計誤差（σ_STEP2）に加えて、さらに複数の統計誤差（σ_{STEP_n}）を得て、評価に利用してもよい。

【0076】

次に、第１の統計誤差（σ_STEP1）と第２の統計誤差（σ_STEP2）とを利用して、Ｆ検定を実施した（工程Ｓ２５）。Ｆ検定は、統計誤差が同じであると評価できるか否かの判断手法の一つである。すなわち、ステップ幅が統計誤差に影響を及ぼすか否かを評価した。その結果、第１の統計誤差（σ_STEP1）と第２の統計誤差（σ_STEP2）とは、ステップ幅に依存しないことが確認できた。

【0077】

次に、ホール電圧の経時変化を利用して、ホール電圧そのものの統計誤差（σ_HOLE）を得た（工程Ｓ２６）。そして、工程Ｓ２２、工程Ｓ２５で得た統計誤差（σ_STEP1，σ_STEP2）と、工程Ｓ２６で得た統計誤差（σ_HOLE）とを利用して、Ｆ検定を行った。ホール電圧の系統誤差が排除できているならば、工程Ｓ２２、工程Ｓ２５で得た統計誤差（σ_STEP1，σ_STEP2）は、工程Ｓ２６で得た統計誤差（σ_HOLE）で示せるはずである。差或いは和の誤差伝搬を考慮すると、工程Ｓ２２、工程Ｓ２５で得た統計誤差（σ_STEP1，σ_STEP2）は、√２×σ_STEPとして示すことができる。すなわち、ステップ状に磁界を与えることで、ホール電圧のゆらぎ以外の成分が含まれていないことが確認できた。

【0078】

なお、Ｆ検定の結果、同じであると判断できない結果が得られた場合には、以下のような対応が取り得る。第１の対応として、測定時間内における温度ゆらぎといった系統誤差が影響している可能性があるため、測定時間を短くする或いは系統誤差の要因と考えられる原因を取り除く。第２の対応として、臨界電流（Ｉ_C）を超過した電流や渦電流などの効果が影響している可能性があるため、スイッチング後の平均の算出に利用しない時間域を長くする。

【0079】

＜実験例２：臨界電流（Ｉ_C）の測定＞
次に、超伝導体により構成された測定対象物Ｍを準備し、その臨界電流（Ｉ_C）を実際に測定した。測定対象物Ｍは、Ｂｉ系超伝導線材で直径１２０ｍｍ程度の輪状に接続したものである。そして、測定対象物Ｍを測定装置１に取り付けて、測定対象物Ｍの温度を７７Ｋ（ケルビン）に設定した。

【0080】

まず、工程Ｓ１ａ〜工程Ｓ１ｋを実施することにより、臨界電流（Ｉ_C）を測定した。図１２は、工程Ｓ１ｉが終了したときに取得された外部コイル電流（Ｉ_coil）とホールセンサの出力（ΔＶ_H）との関係を示すグラフである。グラフＧ６に示されるように、第１の区間Ｒ１、第２の区間Ｒ２及び、折れ曲がり点Ｐを明確に確認することができた。この実験例２に用いた測定対象物Ｍが有する折れ曲がり点Ｐは、外部コイル電流（Ｉ_coil）が０．２２Ａであるときに生じることがわかった。その結果、測定対象物Ｍの臨界電流（Ｉ_C）は、３Ａであることがわかった。

【0081】

＜実験例３：電気抵抗（Ｒ）の測定＞
次に、超伝導体により構成された測定対象物Ｍを準備し、その電気抵抗（Ｒ）を実際に測定した。測定対象物Ｍは、Ｂｉ系超伝導線材で直径１２０ｍｍ程度の輪状に接続したものである。そして、測定対象物Ｍを測定装置に取り付けて、測定対象物Ｍの温度を７７Ｋ（ケルビン）に設定した。

【0082】

まず、工程Ｓ１〜Ｓ６を実施した。実験例３では、同一の初期誘導電流として同じ大きさの電流（Ｉ_SC）を発生させた条件下において、待機時間（ｔ_ｘ）を異ならせて、工程Ｓ１〜Ｓ６を複数回実施した。図１３は、工程Ｓ１〜Ｓ６を繰り返して得た外部コイル電流（Ｉ_coil）とホールセンサの出力（ΔＶ_H）との関係を示すグラフである。グラフＧ７を参照すると、待機時間が異なるごとに折れ曲がり点Ｐ１，Ｐ２の位置が異なっていることがわかった。この折れ曲がり点Ｐ１，Ｐ２の位置の相違は、待機時間において減衰した電流の大きさに対応する。

【0083】

次に、工程Ｓ７を実施した。図１４は、工程Ｓ７の実施によって得られたグラフであり、待機時間と誘導電流との関係を示す。グラフＧ８に示されるように、オフセット値のゆらぎはほとんど確認できないほど微小であった。また、グラフＧ８を用いて工程Ｓ８及び工程Ｓ９を実施した、その結果、測定対象物Ｍの時定数の逆数（１／τ）は、８×１０^−１４±８×１０^−８ｓ^−１であった。さらに、測定対象物Ｍの自己インダクタンス（Ｌ）は３００ｎＨである。従って、測定対象物Ｍの電気抵抗（Ｒ）は、（０．０±２．３）×１０^−１４Ωであることがわかった。

【0084】

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

【0085】

上記実施形態では、工程Ｓ１ｊにおいて、第１の処理区間Ｒ１ａ及び第２の処理区間Ｒ２ａを設定し、それぞれの区間においてフィッティング処理を行うことにより、折れ曲がり点Ｐの座標を得た。折れ曲がり点Ｐの座標を得る処理は、この処理に限定されることはない。例えば、外部コイル電流（Ｉ_coil）を測定可能な範囲内で変化させて、多くの測定点を得る。そして、これら測定点を利用して、多項式近似を行う。次に、近似多項式を二階微分処理し、微分処理により得られた関数の極大値を得る。この極大値を示す座標を、折れ曲がり点Ｐの座標としてもよい。なお、この方法は折れ曲がり点を示す外部コイル電流（Ｉ_coil）の検討がつかない場合に、おおよその見当をつけることにも有効な手法である。

【0086】

また、較正用のデータとして、外部コイル電流（Ｉ_coil）と磁界の比例係数（ｋ_coil）を利用すると共に、ホールセンサ９のホール係数の温度係数（Ｒ_Ｈ（Ｔ））を利用してもよい。これらのデータは、図１５に示される工程を実施することによって得られる。まず、測定装置１の準備を行う（工程Ｓ３１）。この工程Ｓ３１においては、測定対象物Ｍは治具３に取り付けない。次に、外部コイル８に電流を供給することにより磁界を発生させる。このとき、外部コイル電流（Ｉ_coil）と、その電流により生じる磁界の強度とを関連付けて取得する。この外部コイル電流（Ｉ_coil）と磁界の強度との関係を利用することにより、外部コイル電流（Ｉ_coil）と磁界の比例係数（ｋ_coil）を得る（工程Ｓ３２）。次に、ホールセンサ９の温度を所定の温度に制御し、その温度におけるホールセンサ９の出力変化量を得る（工程Ｓ３３）。この工程Ｓ３３は、所定の温度を変更しながら複数回実施される。この温度とホールセンサ９の出力変化量との関係を利用することにより、ホール係数の温度係数（Ｒ_Ｈ（Ｔ））を得る（工程Ｓ３４）。これらの較正データを利用することにより、測定誤差を低減することができる。

【符号の説明】

【0087】

１…測定装置、２…チャンバ、３…治具、４…冷凍機、６…ヒータ、８…外部コイル、９…ホールセンサ、１０…処理装置、１１…臨界電流取得部、１１ａ…電流制御部、１１ｂ…第２の関係取得部、１１ｃ…臨界電流算出部、１２…時間制御部、１３…差分取得部、１４…時定数取得部、１６…電気抵抗取得部、Ｍ…測定対象物、Ｂ_coil…外部コイルが形成する磁界、Ｂ_SC…超伝導体が形成する磁界、Ｉ_C…臨界電流、Ｉ_Ｒ…電流の相対差（第１の電流、第２の電流）、Ｉ_coil…外部コイル電流、Ｉ_SC…超伝導体に流れる電流、Ｒ…電気抵抗。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】