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特許7481963超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】

(24)【登録日】2024-05-01

(45)【発行日】2024-05-13

(54)【発明の名称】超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法

(51)【国際特許分類】

H01B 12/06 20060101AFI20240502BHJP

C01G 1/00 20060101ALI20240502BHJP

C01G 3/00 20060101ALI20240502BHJP

H01F 6/06 20060101ALI20240502BHJP

【ＦＩ】

H01B12/06 ZAA

C01G1/00 S

C01G3/00

H01F6/06 500

H01F6/06 140

H01F6/06 150

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020147013

(22)【出願日】2020-09-01

(65)【公開番号】P2022041667

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下雅弘

(72)【発明者】

【氏名】萩原将也

(72)【発明者】

【氏名】江口朋子

(72)【発明者】

【氏名】アルベサール恵子

(72)【発明者】

【氏名】服部靖

【審査官】中嶋久雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／２１１７６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／２１１７６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１１０８１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ１２／０６

Ｃ０１Ｇ１／００

Ｃ０１Ｇ３／００

Ｈ０１Ｆ６／０６

Ｈ１０Ｎ６０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の超電導層と、
第２の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子を含み、前記結晶粒子の粒径分布が、バイモーダル分布を含む接続層と、
を備え、
前記バイモーダル分布は、第１のピークを含む第１の分布と、第２のピークを含む第２の分布を有し、
前記第１のピークに対応する第１の粒径は、前記第２のピークに対応する第２の粒径よりも大きく、
前記第１の分布に対応する粒径を有する前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む、超電導層の接続構造。

【請求項2】

前記第１の粒径は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１記載の超電導層の接続構造。

【請求項3】

前記第１の粒径は、前記第２の粒径の１０倍以上である請求項１又は請求項２記載の超電導層の接続構造。

【請求項4】

前記結晶粒子の中で、粒径が１００ｎｍ以上１０μｍ以下の結晶粒子の個数の割合が１％以上５０％以下である請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の超電導層の接続構造。

【請求項5】

前記接続層は、
希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子とからなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子を含む請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の超電導層の接続構造。

【請求項6】

前記接続層は、ナトリウム（Ｎａ）を含む請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の超電導層の接続構造。

【請求項7】

第１の超電導層と、
第２の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子と、
希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子とからなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子と、
を含む接続層と、
を備え、
前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む、超電導層の接続構造。

【請求項8】

第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、
第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、
第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第３の超電導層の間、及び、前記第２の超電導層と前記第３の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子を含み、前記結晶粒子の粒径分布が、バイモーダル分布を含む接続層と、
を備え、
前記第１の超電導層及び前記第２の超電導層は、前記第３の超電導層の前記第１の面の側に位置し、
前記バイモーダル分布は第１のピークを含む第１の分布と、第２のピークを含む第２の分布を有し、
前記第１のピークに対応する第１の粒径は、前記第２のピークに対応する第２の粒径よりも大きく、
前記第１の分布に対応する粒径を有する前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む、超電導線材。

【請求項9】

前記第１の粒径は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項８記載の超電導線材。

【請求項10】

前記第１の粒径は、前記第２の粒径の１０倍以上である請求項８又は請求項９記載の超電導線材。

【請求項11】

第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、
第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、
第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第３の超電導層との間、及び、前記第２の超電導層と前記第３の超電導層との間に設けられ、
希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子と、
希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子とからなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子と、
を含む接続層と、
を備え、
前記第１の超電導層及び前記第２の超電導層は、前記第３の超電導層の前記第１の面の側に位置し、
前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む、超電導線材。

【請求項12】

前記接続層は、前記第１の超電導線材と前記第２の超電導線材との間に存在しない請求項８ないし請求項１１いずれか一項記載の超電導線材。

【請求項13】

前記第１の超電導層と前記第３の超電導層との間の前記接続層と、前記第２の超電導層と前記第３の超電導層との間の前記接続層は連続する請求項８ないし請求項１２いずれか一項記載の超電導線材。

【請求項14】

前記第１の超電導層の一部に接する第１の保護層と、
前記第２の超電導層の一部に接する第２の保護層と、を更に備え、
前記第３の超電導層に接する保護層は、備えない請求項８ないし請求項１３いずれか一項記載の超電導線材。

【請求項15】

請求項８ないし請求項１４いずれか一項記載の超電導線材を備える超電導コイル。

【請求項16】

請求項１５記載の超電導コイルを備える超電導機器。

【請求項17】

第１の超電導層と第２の超電導層とを準備し、
希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子と、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、を含むスラリーを作製し、
前記第２の超電導層の上に、前記スラリーを塗布し、
前記スラリーを間に挟んで、前記第１の超電導層と前記第２の超電導層を重ね合わせ、
第１の温度で第１の熱処理を行い、
前記第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、前記第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中で、第２の温度の第２の熱処理を行う超電導層の接続方法。

【請求項18】

前記第１の温度は８００℃以下である請求項１７記載の超電導層の接続方法。

【請求項19】

前記第２の温度は前記第１の温度より低い請求項１７又は請求項１８記載の超電導層の接続方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）や磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。

【0003】

超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、２本の超電導線材の端部を接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許５８２８２９９号公報

【文献】特許６６７５５９０号公報

【文献】特許６１７８７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる超電導層の接続構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第２の超電導層と、第１の超電導層と第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子を含み、前記結晶粒子の粒径分布が、バイモーダル分布を含む接続層と、を備え、前記バイモーダル分布は、第１のピークを含む第１の分布と、第２のピークを含む第２の分布を有し、前記第１のピークに対応する第１の粒径は、前記第２のピークに対応する第２の粒径よりも大きく、前記第１の分布に対応する粒径を有する前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図。

【図2】第１の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図。

【図3】第１の実施形態の接続層に含まれる結晶粒子の粒径分布を示す図。

【図4】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層との準備の説明図。

【図5】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の保護層と第２の保護層の除去の説明図。

【図6】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第２の超電導層の上へのスラリーの塗布の説明図。

【図7】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層を向き合わせた状態の説明図。

【図8】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層を重ね合わせた状態の説明図。

【図9】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層を加圧した状態の説明図。

【図10】第１の実施形態と第２の比較例の電気抵抗率の温度依存性を示す図。

【図11】第２の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図。

【図12】第３の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図。

【図13】第４の実施形態の超電導線材の模式断面図。

【図14】第４の実施形態の超電導線材の変形例の模式断面図。

【図15】第６の実施形態の超電導線材の模式断面図。

【図16】第６の実施形態の超電導線材の第１の変形例の模式断面図。

【図17】第６の実施形態の超電導線材の第２の変形例の模式断面図。

【図18】第７の実施形態の超電導コイルの模式斜視図。

【図19】第７の実施形態の超電導コイルの模式断面図。

【図20】第８の実施形態の超電導機器のブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。

【0009】

本明細書中、粒子等の「粒径」とは、別段の記載のない限り、粒子の長径である。粒子の長径とは、粒子の外周の任意の２点間の長さの中の最大の長さである。なお、粒子の短径とは、粒子の外周の任意の２点間の長さの中の最小の長さである。粒子の長径及び短径は、例えば、走査電子顕微鏡画像（ＳＥＭ画像）の画像解析により求めることが可能である。

【0010】

粒子等に含まれる元素の検出及び元素の原子濃度の測定は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）又は波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ）を用いて行うことが可能である。また、粒子等に含まれる物質の同定は、例えば、粉末Ｘ線回折法を用いて行うことが可能である。

【0011】

（第１の実施形態）
第１の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第２の超電導層と、第１の超電導層と第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子を含み、結晶粒子の粒径分布が、バイモーダル分布を含む接続層と、を備える。また、上記接続層は、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子とからなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子を含む。

【0012】

図１は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。第１の実施形態の接続構造１００は、２つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。接続構造１００は、例えば、２本の超電導線材を接続し、超電導線材を長尺化するために用いられる。

【0013】

接続構造１００は、第１の超電導部材１０、第２の超電導部材２０、及び接続層３０を備える。接続構造１００は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０が、接続層３０によって接続される構造である。接続層３０は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０との間に設けられる。

【0014】

第１の超電導部材１０は、第１の基板１２、第１の中間層１４、第１の超電導層１６を備える。第２の超電導部材２０は、第２の基板２２、第２の中間層２４、第２の超電導層２６を備える。

【0015】

第１の基板１２は、例えば、金属である。第１の基板１２は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第１の基板１２は、例えば、ニッケルタングステン合金である。

【0016】

第１の超電導層１６は、例えば、酸化物超電導層である。第１の超電導層１６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の超電導層１６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及び、ルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0017】

第１の超電導層１６は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の超電導層１６は、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、又はＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0018】

第１の超電導層１６は、例えば、ぺロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0019】

第１の超電導層１６は、例えば、第１の中間層１４の上に、金属有機物堆積法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＭＯＤ法）、パルスレーザ蒸着法（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＰＬＤ法）、又は、有機金属気相成長法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＭＯＣＶＤ法）を用いて形成される。

【0020】

第１の中間層１４は、第１の基板１２と第１の超電導層１６との間に設けられる。第１の中間層１４は、例えば、第１の超電導層１６に接する。第１の中間層１４は、第１の中間層１４の上に形成される第１の超電導層１６の結晶配向性を向上させる機能を有する。

【0021】

第１の中間層１４は、例えば、希土類酸化物を含む。第１の中間層１４は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第１の中間層１４は、例えば、第１の基板１２側から、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が積層された構造を有する。

【0022】

第２の基板２２は、例えば、金属である。第２の基板２２は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第２の基板２２は、例えば、ニッケルタングステン合金である。

【0023】

第２の超電導層２６は、例えば、酸化物超電導層である。第２の超電導層２６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の超電導層１６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0024】

第２の超電導層２６は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の超電導層１６は、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、又はＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0025】

第２の超電導層２６は、例えば、ぺロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0026】

第２の超電導層２６は、例えば、第２の中間層２４の上に、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又はＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0027】

第２の中間層２４は、第２の基板２２と第２の超電導層２６との間に設けられる。第２の中間層２４は、例えば、第２の超電導層２６に接する。第２の中間層２４は、第２の中間層２４の上に形成される第２の超電導層２６の結晶配向性を向上させる機能を有する。

【0028】

第２の中間層２４は、例えば、希土類酸化物を含む。第２の中間層２４は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第２の中間層２４は、例えば、第２の基板２２側から、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が積層された構造を有する。

【0029】

接続層３０は、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に設けられる。接続層３０は、第１の超電導層１６に接する。接続層３０は、第２の超電導層２６に接する。

【0030】

接続層３０は、酸化物超電導層である。接続層３０は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。接続層３０は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及び、ルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0031】

図２は、第１の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。

【0032】

接続層３０は、第１の結晶粒子３１、第２の結晶粒子３２、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、第４の粒子３６、及び空孔３７を含む。接続層３０は、第１の結晶粒子３１、第２の結晶粒子３２、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６が焼結することにより形成されている。

【0033】

第１の結晶粒子３１及び第２の結晶粒子３２は、結晶粒子の一例である。

【0034】

接続層３０は、多孔質である。接続層３０に含まれる粒子の間に空孔３７（Ｖｏｉｄ）が存在する。

【0035】

第１の結晶粒子３１は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の結晶粒子３１は、希土類酸化物である。第１の結晶粒子３１は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。

【0036】

第１の結晶粒子３１は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の結晶粒子３１は、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、又はＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0037】

第１の結晶粒子３１は、例えば、板状又は扁平形状である。扁平形状とは、粒子のアスペクト比が２以上であることを意味する。粒子のアスペクト比とは、粒子の短径に対する長径の比（長径／短径）である。

【0038】

第１の結晶粒子３１の粒径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。より好ましい範囲は、例えば、１μｍ以上５μｍ以下である。

【0039】

第１の結晶粒子３１は、超電導体である。

【0040】

第２の結晶粒子３２は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の結晶粒子３２は、希土類酸化物である。第２の結晶粒子３２は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶または多結晶である。第２の結晶粒子３２は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0041】

第２の結晶粒子３２は、例えば、第１の結晶粒子３１と同一の希土類元素を含む。第２の結晶粒子３２の化学組成は、例えば、第１の結晶粒子３１の化学組成と同一である。第２の結晶粒子３２の化学組成と、第１の結晶粒子３１の化学組成とが同一の場合、第１の結晶粒子３１と第２の結晶粒子３２の接続性が向上するため好ましい。

【0042】

第２の結晶粒子３２は、例えば、第１の結晶粒子３１と異なる希土類元素を含んでも構わない。第２の結晶粒子３２の化学組成は、例えば、第１の結晶粒子３１の化学組成と異なっても構わない。

【0043】

第２の結晶粒子３２は、例えば、球状又は不定形状である。第２の結晶粒子３２のアスペクト比は、例えば、２未満である。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の粒径の中央値よりも小さい。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、例えば、１０ｎｍ以上１μｍ未満である。

【0044】

第２の結晶粒子３２は、例えば、超電導体である。

【0045】

第１の結晶粒子３１の結晶性は、例えば、第２の結晶粒子３２の結晶性よりも良好である。結晶性が良好であるとは、例えば、結晶中の欠陥密度が低いことを意味する。また、例えば、多結晶質の結晶粒子を構成する結晶のグレインサイズが大きいことを意味する。

【0046】

図３は、第１の実施形態の接続層に含まれる結晶粒子の粒径分布を示す図である。図３は、接続層３０に含まれる第１の結晶粒子３１と第２の結晶粒子３２の両方の結晶粒子の粒径分布を示す。

【0047】

図３に示すように、接続層３０に含まれる結晶粒子の粒径分布は、バイモーダル分布を含む。バイモーダル分布は、第１のピーク（図３中のＰｋ１）を含む第１の分布と、第２のピーク（図３中のＰｋ２）を含む第２の分布を有する。

【0048】

なお、接続層３０に含まれる結晶粒子の粒径分布は、ピークが３個以上となるマルチモーダル分布であっても構わない。

【0049】

第１のピークＰｋ１に対応する結晶粒子の粒径が第１の粒径（図３中のｄ１）である。第２のピークＰｋ２に対応する結晶粒子の粒径が第２の粒径（図３中のｄ２）である。

【0050】

第１の粒径ｄ１は、第２の粒径ｄ２よりも大きい。第１の粒径ｄ１は、例えば、第２の粒径ｄ２の１０倍以上１０００倍以下である。

【0051】

第１の粒径ｄ１は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。第２の粒径ｄ２は、例えば、１０ｎｍ以上１μｍ未満である。

【0052】

第１の分布には、主に第１の結晶粒子３１が含まれる。第２の分布には、主に第２の結晶粒子３２が含まれる。

【0053】

第１の分布に対応する粒径を有する結晶粒子は、例えば、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む。例えば、第１の分布に対応する粒径を有する結晶粒子の中で、板状又は扁平形状の結晶粒子の個数の割合が、その他の形状の結晶粒子の個数の割合よりも大きい。

【0054】

第２の分布に対応する粒径を有する結晶粒子は、例えば、球状又は不定形状の結晶粒子を含む。例えば、第２の分布に対応する粒径を有する結晶粒子の中で、球状又は不定形状の結晶粒子の個数の割合が、その他の形状の結晶粒子の個数の割合よりも大きい。

【0055】

第１の結晶粒子３１及び第２の結晶粒子３２の両方の結晶粒子の中で、粒径が１００ｎｍ以上１０μｍ以下の結晶粒子の個数の割合は、例えば、１％以上５０％以下である。

【0056】

第１の粒子３３は、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む。第１の粒子３３と第２の結晶粒子３２は、同一の希土類元素（ＲＥ）を含む。第１の粒子３３は、例えば、ＲＥ_２Ｏ_３（ＲＥは希土類元素）で表記される化学組成を有する。

【0057】

第１の粒子３３は、例えば、結晶質である。第１の粒子３３は、例えば、球状又は不定形状である。第１の粒子３３の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の粒径の中央値よりも小さい。第１の粒子３３の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。

【0058】

第２の粒子３４は、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の粒子３４は、例えば、ＢａＣＯ_３で表記される化学組成を有する。

【0059】

第２の粒子３４は、例えば、結晶質である。第２の粒子３４は、例えば、球状又は不定形状である。第２の粒子３４の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の粒径の中央値よりも小さい。第２の粒子３４の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１μｍ未満である。

【0060】

第３の粒子３５は、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む。第３の粒子３５は、例えば、ＣｕＯで表記される化学組成を有する。

【0061】

第３の粒子３５は、例えば、結晶質である。第３の粒子３５は、例えば、球状又は不定形状である。第３の粒子３５の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の中央値よりも小さい。第３の粒子３５の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。

【0062】

第４の粒子３６は、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第４の粒子３６は、例えば、ＢａＣｕｘＯｙ（０≦ｘ≦２、０＜ｙ≦４）で表記される化学組成を有する。

【0063】

第４の粒子３６は、例えば、結晶質である。第４の粒子３６は、例えば、球状又は不定形状である。第４の粒子３６の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の粒径の中央値よりも小さい。第４の粒子３６の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１μｍ未満である。

【0064】

第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６の化学組成は異なる。また、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６の化学組成は、第１の結晶粒子３１及び第２の結晶粒子３２のいずれとも化学組成が異なる。

【0065】

第１の結晶粒子３１、第２の結晶粒子３２、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６の中で、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６の個数の割合は、例えば、０．１％以上１０％以下である。

【0066】

なお、接続層３０の中に、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６から選ばれる１種類の粒子のみが含まれる構成とすることも可能である。また、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６から選ばれる２種類の粒子のみが含まれる構成とすることも可能である。また、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６から選ばれる３種類の粒子のみが含まれる構成とすることも可能である。

【0067】

接続層３０は、例えば、ナトリウム（Ｎａ）を含む。接続層３０に含まれるナトリウム（Ｎａ）の原子濃度は、例えば、０．０１％以上１％以下である。

【0068】

接続層３０に含まれるナトリウム（Ｎａ）の原子濃度は、例えば、ＥＤＸ又はＷＤＸを用いて行うことが可能である。ナトリウム（Ｎａ）の原子濃度は、ＷＤＸ又はＥＤＸで測定された全原子の量を分母とする原子濃度である。

【0069】

次に、第１の実施形態の超電導層の接続方法の一例について説明する。図４、図５、図６、図７、図８、及び図９は、第１の実施形態の超電導層の接続方法の説明図である。

【0070】

第１の実施形態の超電導層の接続方法は、第１の超電導層と第２の超電導層とを準備し、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子と、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）とを含む第３の粒子と、を含むスラリーを作製し、第２の超電導層の上に、スラリーを塗布し、スラリーを間に挟んで、第１の超電導層と第２の超電導層を重ね合わせ、第１の温度で第１の熱処理を行い、第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中で、第２の温度の第２の熱処理を行う。

【0071】

最初に、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６とを準備する。第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０とを準備する（図４）。

【0072】

第１の超電導部材１０は、第１の基板１２、第１の中間層１４、第１の超電導層１６、第１の保護層１８を備える。第１の保護層１８は、第１の超電導層１６の上に設けられる。第１の保護層１８は、第１の超電導層１６を保護する機能を有する。

【0073】

第１の保護層１８は、例えば、金属である、第１の保護層１８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0074】

第２の超電導部材２０は、第２の基板２２、第２の中間層２４、第２の超電導層２６、第２の保護層２８を備える。第２の保護層２８は、第２の超電導層２６の上に設けられる。第２の保護層２８は、第２の超電導層２６を保護する機能を有する。

【0075】

第２の保護層２８は、例えば、金属である、第２の保護層２８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0076】

次に、第１の超電導層１６の上の第１の保護層１８を除去する。次に、第２の超電導層２６の上の第２の保護層２８を除去する（図５）。第１の保護層１８及び第２の保護層２８は、は、例えば、ウェットエッチング法を用いて除去する。

【0077】

次に、スラリー２９を作製する。スラリー２９は、第１の結晶粒子３１、第１の粒子３３、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５を含む。

【0078】

【0079】

【0080】

第１の結晶粒子３１は、例えば、板状又は扁平形状である。第１の結晶粒子３１の粒径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0081】

第１の結晶粒子３１は、例えば、希土類酸化物の超電導体を、粉砕することによって形成される。希土類酸化物の超電導体は、例えば、粉末原料を焼成することで形成される。例えば、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。希土類酸化物の超電導体を粉砕して形成された第１の結晶粒子３１は、板状又は扁平形状を呈する。

【0082】

第１の粒子３３は、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む。第１の粒子３３は、例えば、ＲＥ_２Ｏ_３（ＲＥは希土類元素）で表記される化学組成を有する。

【0083】

【0084】

【0085】

【0086】

第３の粒子３５は、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む。第３の粒子３５は、例えば、ＣｕＯで表記される化学組成を有する。

【0087】

第３の粒子３５は、例えば、結晶質である。第３の粒子３５は、例えば、球状又は不定形状である。第３の粒子３５の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の粒径の中央値よりも小さい。第３の粒子３５の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。

【0088】

スラリー２９は、例えば、焼結助剤及び増粘剤を含む。焼結助剤は、例えば、アルギン酸ナトリウムである。

【0089】

次に、第２の超電導層２６の上に、スラリー２９を塗布する（図６）。

【0090】

次に、例えば、第２の超電導層２６を反転し、スラリー２９を間に挟んで、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を向き合わせる（図７）。そして、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を重ね合わせる（図８）。

【0091】

次に、重ね合わせた第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を、第２の超電導層２６から第１の超電導層１６に向かう方向に加圧する（図９）。例えば、重ね合わせた部分に錘を乗せることで加圧する。例えば、プレス機を用いて加圧する。例えば、加圧のための冶具を作製し、挟み込むことで加圧することもできる。冶具を用いた場合には、接続の後に冶具を取り外しても良いし、冶具を取り付けたままでも良い。冶具を取り外すとコイルを巻回しやすくなるため、取り外すことが好ましい。

【0092】

次に、第１の温度で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６が加圧された状態で行う。

【0093】

第１の温度は、例えば、５００℃以上８５０℃以下である。例えば、６００℃以上８００℃以下が好ましい。第１の熱処理は、例えば、大気圧で行う。第１の熱処理は、例えば大気雰囲気中、Ａｒ雰囲気中、窒素雰囲気中、酸素雰囲気中、Ａｒと酸素の混合雰囲気中、又は窒素と酸素の混合雰囲気中で行う。

【0094】

第１の熱処理により、第１の粒子３３、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５が反応して、超電導体である第２の結晶粒子３２が形成される。第１の粒子３３、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５は、超電導体である第２の結晶粒子３２の原料である。

【0095】

第２の結晶粒子３２は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の結晶粒子３２は、希土類酸化物である。第２の結晶粒子３２は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第２の結晶粒子３２は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0096】

第２の結晶粒子３２は、例えば、球状又は不定形状である。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の粒径の中央値よりも小さい。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、例えば、１０ｎｍ以上１μｍ未満である。

【0097】

なお、第２の結晶粒子３２の形成に寄与しなかった第１の粒子３３、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５は、接続層３０の中に残存する。

【0098】

第１の熱処理により、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５が反応して、第４の粒子３６が形成される。

【0099】

第４の粒子３６は、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む。第４の粒子３６は、例えば、ＢａＣｕｘＯｙ（０≦ｘ≦２、０＜ｙ≦４）で表記される化学組成を有する。

【0100】

【0101】

第１の熱処理により、第１の結晶粒子３１、第２の結晶粒子３２、第１の粒子３３、第２の粒子３４、第３の粒子３５、及び第４の粒子３６が焼結する。

【0102】

次に、第２の温度で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は酸素を含む雰囲気中で行われる。第２の熱処理は、第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中で行われる。第２の熱処理は酸素アニールである。

【0103】

第２の温度は、例えば、第１の温度よりも低い。第２の温度は、例えば、４００℃以上６００℃以下である。第２の熱処理は、第１の熱処理の後に第２の温度よりも低い温度まで冷却してから、第２の温度に再加熱して行っても良い。また、第２の熱処理は、第１の熱処理の後に第２の温度まで連続的に降温させて行っても良い。

【0104】

第２の熱処理は、例えば、大気圧中で行われる。第２の熱処理の雰囲気の酸素分圧は、例えば、３０％以上である。

【0105】

第１の熱処理及び第２の熱処理により、接続層３０が形成される。

【0106】

以上の方法により、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６とが接続される。以上の方法により、第１の実施形態の接続構造１００が形成される。

【0107】

次に、第１の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導層の接続方法の作用及び効果について説明する。

【0108】

【0109】

超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、２本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。

【0110】

第１の実施形態の超電導層の接続方法は、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６とを接続する際に、第１の結晶粒子３１と、第１の粒子３３、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５とを混合したスラリー２９を用いる。第１の結晶粒子３１は、希土類酸化物の超電導体である。第１の粒子３３、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５は、希土類酸化物の超電導体の原料である。超電導体の結晶粒子と、超電導体の原料となる複数の粒子とを混合したスラリー２９を用いて接続層３０を形成することで、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた接続構造１００が実現できる。以下、詳述する。

【0111】

第１の比較例の超電導層の接続方法として、超電導体の結晶粒子を含み、超電導体の原料となる複数の粒子を含まないスラリーを用いて接続層を形成する場合を考える。超電導体粒子同士の焼結温度は、超電導体の原料粒子同士の焼結温度、あるいは、超電導体の原料粒子と超電導体粒子との焼結温度に比べて高い。

【0112】

このため、超電導体の結晶粒子のみを含むスラリーから接続層を形成する場合、焼結のための熱処理を、例えば、９００℃以上の高温で行う必要がある。高温で焼結を行わないと、超電導体粒子同士の結合が弱くなり、接続層の機械的強度が低くなる。

【0113】

しかし、高温で焼結を行うと、超電導層の超電導性が劣化又は消失するおそれがある。超電導層の超電導性の劣化又は消失は、例えば、超電導層と中間層との反応や、超電導層の相変化により生ずると考えられる。

【0114】

したがって、超電導体の結晶粒子のみを含むスラリーを用いて、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える接続構造を形成することは困難である。

【0115】

第２の比較例の超電導層の接続方法として、超電導体の結晶粒子を含まず、超電導体の原料となる複数の粒子を含むスラリーを用いて接続層を形成する場合を考える。

【0116】

上述のように、超電導体の原料粒子同士の焼結温度は、超電導体粒子同士の焼結温度と比較して低い。したがって、第２の比較例の場合、第１の比較例の場合と比べ、低温で焼結を行っても粒子間の焼結が進み、接続層の機械的強度を高くすることが可能である。また、原料粒子の反応により、超電導体の結晶粒子が形成され、接続層が超電導性を備える。したがって、低い電気抵抗を実現することが期待できる。

【0117】

図１０は、第１の実施形態の接続構造の作用及び効果の説明図である。図１０は、第１の実施形態の接続方法で形成された超電導層の接続構造１００と、第２の比較例の接続方法で形成された超電導層の接続構造の、電気抵抗率の温度依存性を示す図である。

【0118】

図１０の場合、測定した接続構造には、第１の実施形態の場合、第２の比較例の場合、いずれもＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）の化学組成の結晶粒子が含まれる。また、第１の実施形態の場合、第２の比較例の場合、いずれの場合も焼結の温度は８００℃である。

【0119】

図１０から明らかなように、第１の実施形態の接続方法で形成された超電導層の接続構造１００は、良好な超電導特性を示す。したがって、低い電気抵抗が実現される。一方、第２の比較例の接続方法で形成された超電導層の接続構造は、超電導特性を示さず、高い電気抵抗を示す。

【0120】

第２の比較例の超電導層の接続構造が、超電導体の結晶粒子が形成されているにも関わらず、超電導特性を示さず、高い電気抵抗を示すのは、以下の理由が考えられる。

【0121】

第１の理由は、超電導体の結晶粒子の粒子径が小さく、接続層の中に占める粒子界面の割合が高くなるため、界面抵抗が支配的になることである。第２の理由は、低温で焼結を行っているため、超電導体の結晶性が悪いことである。

【0122】

第１の実施形態の超電導層の接続構造１００は、あらかじめスラリー２９に含まれていた第１の結晶粒子３１の粒径は、原料粒子の反応によって形成される第２の結晶粒子３２の粒径よりも大きい。すなわち、接続層３０の中の超電導体の結晶粒子の粒径分布は、バイモーダル分布を含む。大きな粒径の結晶粒子が存在することで、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が低くなる。

【0123】

また、あらかじめスラリー２９に含まれる第１の結晶粒子３１の結晶性は、低温での原料粒子の反応によって形成される第２の結晶粒子３２の結晶性よりも良好である。第１の結晶粒子３１は、例えば、高温で焼結を行うことで形成されているからである。

【0124】

したがって、第１の実施形態の超電導層の接続構造１００は、第２の比較例の接続構造に比べ、良好な超電導特性を示し、低い電気抵抗が実現できると考えられる。

【0125】

また、第１の実施形態の超電導層の接続構造１００は、超電導体の原料粒子同士の焼結作用、及び、超電導体の結晶粒子と原料粒子との焼結作用により、接続層３０の機械的強度が高くなる。

【0126】

第１の実施形態の超電導層の接続構造１００は、第１の実施形態の超電導層の接続方法を用いることにより、容易に形成することができる。

【0127】

接続層３０の第１のピークＰｋ１に対応する第１の粒径ｄ１は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以上８μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることが更に好ましい。上記下限値を上回ることで、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が低くなる。したがって、接続構造１００の電気抵抗が低下する。また、上記上限値を下回ることで、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が高くなる。したがって、接続構造１００の機械的強度が向上する。

【0128】

第１の粒径ｄ１は、第２の粒径ｄ２の１０倍以上１０００倍以下であることが好ましく、５０倍以上５００倍以下であることがより好ましい。上記下限値を上回ることで、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が低くなる。したがって、接続構造１００の電気抵抗が低下する。また、上記上限値を下回ることで、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が高くなる。したがって、接続構造１００の機械的強度が向上する。

【0129】

第１の結晶粒子３１及び第２の結晶粒子３２の両方の結晶粒子の中で、粒径が１００ｎｍ以上１０μｍ以下の結晶粒子の個数の割合は、１％以上５０％以下であることが好ましく、１０％以上３０％以下であることがより好ましい。上記下限値を上回ることで、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が低くなる。したがって、接続構造１００の電気抵抗が低下する。また、上記上限値を下回ることで、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が高くなる。したがって、接続構造１００の機械的強度が向上する。

【0130】

接続層３０は、ナトリウム（Ｎａ）を含むことが好ましい。接続層３０が、ナトリウム（Ｎａ）を含むことで、接続層３０の中の粒子の焼結性が向上する。よって、接続構造１００の機械的強度が向上する。

【0131】

接続層３０に含まれるナトリウム（Ｎａ）の原子濃度は、０．０１％以上１％以下であることが好ましく、０．１％以上０．５％以下であることがより好ましい。上記下限値を上回ることで、接続層３０の中の粒子の焼結性が更に向上する。よって、接続構造１００の機械的強度が更に向上する。

【0132】

第１の熱処理の第１の温度は、８５０℃以下であることが好ましく、８００℃以下であることがより好ましく、７５０℃以下であることが更に好ましく、７００℃以下であることが最も好ましい。上記上限値を下回ることで、接続構造１００の超電導特性の劣化が抑制できる。

【0133】

以上、第１の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導層の接続方法によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。

【0134】

（第２の実施形態）
第２の実施形態の超電導層の接続構造は、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子を含まない点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

【0135】

図１１は、第２の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。

【0136】

接続層３０は、第１の結晶粒子３１、第２の結晶粒子３２、及び空孔３７を含む。接続層３０は、第１の結晶粒子３１及び第２の結晶粒子３２が焼結することにより形成されている。

【0137】

接続層３０は、多孔質である。接続層３０では、粒子の間に空孔３７が存在する。

【0138】

第１の結晶粒子３１は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の結晶粒子３１は、希土類酸化物である。第１の結晶粒子３１は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第１の結晶粒子３１は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0139】

第１の結晶粒子３１は、例えば、板状又は扁平形状である。第１の結晶粒子３１の粒径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0140】

第１の結晶粒子３１は、超電導体である。

【0141】

【0142】

【0143】

【0144】

【0145】

第２の結晶粒子３２は、超電導体である。

【0146】

第２の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の実施形態の超電導層の接続方法と、同様の接続方法を用いて形成される。

【0147】

第１の実施形態の超電導層の接続方法と同様の方法で、スラリー２９を作製する際に、第１の粒子３３、第２の粒子３４、及び第３の粒子３５の量比及び混合方法を適切に調整する。これにより、原料粒子が全て反応して、第２の結晶粒子３２となり、原料粒子が接続層３０の中に残存しないようにする。

【0148】

第２の実施形態の接続層３０は、第１の実施形態の接続層３０と比較して、接続層３０の中の導電性の第２の結晶粒子３２の占有割合が増加する。したがって、第２の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の実施形態の超電導層の接続構造と比較して、電気抵抗が更に低下する。

【0149】

以上、第２の実施形態の超電導層の接続構造によれば、第１の実施形態と同様、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。

【0150】

（第３の実施形態）
第３の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第２の超電導層と、第１の超電導層と第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子と、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子とからなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子と、を含む接続層と、を備える。第３の実施形態の超電導層の接続構造は、結晶粒子の粒径分布が、明瞭なバイモーダル分布を含まない点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

【0151】

図１２は、第３の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。

【0152】

【0153】

接続層３０は、多孔質である。接続層３０の粒子の間に空孔３７が存在する。

【0154】

【0155】

第１の結晶粒子３１は、例えば、板状又は扁平形状である。第１の結晶粒子３１の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0156】

第１の結晶粒子３１は、超電導体である。

【0157】

第２の結晶粒子３２は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の結晶粒子３２、希土類酸化物である。第２の結晶粒子３２は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第２の結晶粒子３２は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0158】

【0159】

【0160】

第２の結晶粒子３２は、例えば、球状又は不定形状である。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0161】

第２の結晶粒子３２は、超電導体である。

【0162】

接続層３０に含まれる結晶粒子の粒径分布は、明瞭なバイモーダル分布を含まない。

【0163】

【0164】

【0165】

【0166】

第３の粒子３５は、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む。第３の粒子３５は、例えば、ＣｕＯで表記される化学組成を有する。

【0167】

【0168】

【0169】

第３の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の実施形態の超電導層の接続方法と、同様の接続方法を用いて形成される。

【0170】

第１の実施形態の超電導層の接続方法と同様の方法で、スラリー２９を作製する際に、第１の結晶粒子３１の粒径を適切に選択し、熱処理条件を適切に調整することで第２の結晶粒子３２の粒径を制御する。これにより、接続層３０に含まれる結晶粒子の粒径分布が、明瞭なバイモーダル分布を含まないようにできる。

【0171】

第３の実施形態の接続層３０は、第１の実施形態の接続層３０と比較して、接続層３０の中に占める粒子界面の割合が高くなる、又は空孔の割合が減少する。したがって、第３の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の実施形態の超電導層の接続構造と比較して、機械的強度が更に高くなる。

【0172】

以上、第３の実施形態の超電導層の接続構造によれば、第１の実施形態と同様、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。

【0173】

（第４の実施形態）
第４の実施形態の超電導線材は、第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、第１の超電導層と第３の超電導層との間、及び、第２の超電導層と第３の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子を含み、結晶粒子の粒径分布が、バイモーダル分布を含む接続層と、を備え、第１の超電導層及び第２の超電導層は、第３の超電導層の前記第１の面の側に位置する。第４の実施形態の超電導線材は、第１の超電導線材と第２の超電導線材を接続する構造として、第１の実施形態の超電導層の接続構造を用いる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0174】

図１３は、第４の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第４の実施形態の超電導線材４００は、第１の超電導線材４０１、第２の超電導線材４０２、及び接続部材４０３を備える。第４の実施形態の超電導線材４００は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２が、接続部材４０３を用いて接続されることで、長尺化されている。

【0175】

第１の超電導線材４０１は、第１の基板１２、第１の中間層１４、第１の超電導層１６、第１の保護層１８を備える。第２の超電導線材４０２は、第２の基板２２、第２の中間層２４、第２の超電導層２６、第２の保護層２８を備える。接続部材４０３は、第３の基板４２、第３の中間層４４、第３の超電導層４６を備える。

【0176】

【0177】

第１の超電導層１６は、例えば、酸化物超電導層である。第１の超電導層１６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の超電導層１６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0178】

第１の超電導層１６は、例えば、ぺロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0179】

第１の超電導層１６は、例えば、第１の中間層１４の上に、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0180】

【0181】

【0182】

第１の保護層１８は、第１の超電導層１６の上に設けられる。第１の保護層１８は、例えば、第１の超電導層１６に接する。第１の保護層１８は、第１の超電導層１６を保護する機能を有する。

【0183】

第１の保護層１８は、例えば、金属である、第１の保護層１８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0184】

【0185】

第２の超電導層２６は、例えば、酸化物超電導層である。第２の超電導層２６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の超電導層２６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0186】

第２の超電導層２６は、例えば、ぺロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0187】

第２の超電導層２６は、例えば、第２の中間層２４の上に、金属有機物堆積法ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0188】

【0189】

【0190】

第２の保護層２８は、第２の超電導層２６の上に設けられる。第２の保護層２８は、例えば、第２の超電導層２６に接する。第２の保護層２８は、第２の超電導層２６を保護する機能を有する。

【0191】

第２の保護層２８は、例えば、金属である、第２の保護層２８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0192】

第３の基板４２は、例えば、金属である。第３の基板４２は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第３の基板４２は、例えば、ニッケルタングステン合金である。

【0193】

第３の超電導層４６は、第１の面及び第２の面を有する。第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６は、第３の超電導層４６の第１の面の側に位置する。図１３において、第１の面は第３の超電導層４６の下面、第２の面は第３の超電導層４６の上面である。第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６は、第３の超電導層４６の下面側に位置する。

【0194】

第３の超電導層４６は、例えば、酸化物超電導層である。第３の超電導層４６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第３の超電導層４６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0195】

第３の超電導層４６は、例えば、ぺロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0196】

第３の超電導層４６は、例えば、第３の中間層４４の上に、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0197】

第３の中間層４４は、第３の基板４２と第３の超電導層４６との間に設けられる。第３の中間層４４は、例えば、第３の超電導層４６に接する。第３の中間層４４は、第３の中間層４４の上に形成される第３の超電導層４６の結晶配向性を向上させる機能を有する。

【0198】

第３の中間層４４は、例えば、希土類酸化物を含む。第３の中間層４４は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第３の中間層４４は、例えば、第３の基板４２側から、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が積層された構造を有する。

【0199】

例えば、第３の超電導層４６に接する保護層は設けられない。例えば、第３の超電導層４６に接する金属の保護層は設けられない。例えば、第３の超電導層４６に接する銀（Ａｇ）、又は銅（Ｃｕ）を含む保護層は設けられない。

【0200】

接続層３０は、第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間に設けられる。接続層３０は、第１の超電導層１６に接する。接続層３０は、第３の超電導層４６に接する。

【0201】

接続層３０は、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間に設けられる。接続層３０は、第２の超電導層２６に接する。接続層３０は、第３の超電導層４６に接する。

【0202】

第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間の接続層３０と、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間の接続層３０は連続している。

【0203】

接続層３０は、例えば、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に存在しない。第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間は、例えば、空隙（ａｉｒｇａｐ）である。

【0204】

接続層３０は、酸化物超電導層である。接続層３０は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。接続層３０は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。接続層３０は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0205】

第４の実施形態の接続層３０は、図２に示す第１の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。

【0206】

【0207】

接続層３０は、多孔質である。接続層３０の粒子の間に空孔３７が存在する。

【0208】

【0209】

第１の結晶粒子３１は、例えば、板状又は扁平形状である。第１の結晶粒子３１の粒径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0210】

第１の結晶粒子３１は、超電導体である。

【0211】

【0212】

【0213】

【0214】

【0215】

第２の結晶粒子３２は、超電導体である。

【0216】

接続層３０に含まれる結晶粒子の粒径分布は、バイモーダル分布を含む。バイモーダル分布は、第１のピーク（図３中のＰｋ１）を含む第１の分布と、第２のピーク（図３中のＰｋ２）を含む第２の分布を有する。

【0217】

なお、接続層３０に含まれる結晶粒子の粒径分布は、ピークが３個以上となるマルチモーダル分布であっても構わない。

【0218】

第１のピークに対応する結晶粒子の粒径が第１の粒径（図３中のｄ１）である。第２のピークに対応する結晶粒子の粒径が第２の粒径（図３中のｄ２）である。

【0219】

第１の粒径ｄ１は、第２の粒径ｄ２よりも大きい。第１の粒径ｄ１は、例えば、第２の粒径ｄ２の１０倍以上１０００倍以下である。

【0220】

第１の粒径ｄ１は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。第２の粒径ｄ２は、例えば、１０ｎｍ以上１μｍ未満である。

【0221】

第１の分布には、主に第１の結晶粒子３１が含まれる。第２の分布には、主に第２の結晶粒子３２が含まれる。

【0222】

第１の分布に対応する粒径を有する結晶粒子は、例えば、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む。第２の分布に対応する粒径を有する結晶粒子は、例えば、球状又は不定形状の結晶粒子を含む。

【0223】

第１の結晶粒子３１と分布及び第２の結晶粒子３２の両方の結晶粒子の中で、粒径が１００ｎｍ以上１０μｍ以下の結晶粒子の個数の割合は、例えば、１％以上５０％以下である。

【0224】

【0225】

【0226】

【0227】

【0228】

第３の粒子３５は、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む。第３の粒子３５は、例えば、ＣｕＯで表記される化学組成を有する。

【0229】

【0230】

【0231】

【0232】

【0233】

【0234】

【0235】

【0236】

接続層３０に含まれるナトリウム（Ｎａ）の原子濃度は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）又は波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ）を用いて行うことが可能である。ナトリウム（Ｎａ）の原子濃度は、ＷＤＸ又はＥＤＸで測定された全原子の量を分母とする原子濃度である。

【0237】

第４の実施形態の超電導線材４００では、例えば、第１の超電導線材４０１から、接続層３０、接続部材４０３、及び接続層３０を通って第２の超電導線材４０２に電流が流れる。

【0238】

第１の超電導線材４０１と接続部材４０３とが接続層３０を用いて接続されることで、第１の超電導線材４０１と接続部材４０３とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。また、第２の超電導線材４０２と接続部材４０３とが接続層３０を用いて接続されることで、第２の超電導線材４０２と接続部材４０３とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。

【0239】

したがって、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。よって、超電導線材４００は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。

【0240】

なお、３本以上の超電導線材を接続し、更に長尺化した超電導線材を形成することも可能である。

【0241】

第４の実施形態の超電導線材では、第１の実施形態の超電導層の接続構造を用いる場合を例に説明したが、第１の実施形態の超電導層の接続構造に代えて、第２の実施形態の接続構造を用いることも可能である。すなわち、接続層３０に第２の実施形態の記載の接続層を用いることも可能である。

【0242】

（変形例）
図１４は、第４の実施形態の超電導線材の変形例の模式断面図である。第４の実施形態の変形例の超電導線材４１０は、補強材６０を備える点で、第４の実施形態の超電導線材４００と異なる。

【0243】

補強材６０は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に設けられる。

【0244】

補強材６０は、例えば、第１の超電導線材４０１及び第２の超電導線材４０２に接する。補強材６０は、例えば、接続層３０に接する。

【0245】

補強材６０を備えることで、超電導線材４１０の機械的強度が向上する。

【0246】

補強材６０は、例えば、金属又は樹脂である。補強材６０は、例えば、はんだである。補強材６０は、例えば、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）を含むはんだである。

【0247】

以上、第４の実施形態によれば、２本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。

【0248】

（第５の実施形態）
第５の実施形態の超電導線材は、第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、第１の面と第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、第１の超電導層と第３の超電導層との間、及び、第２の超電導層と第３の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子と、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）を含む第２の粒子、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子からなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子と、を含む接続層と、を備え、第１の超電導層及び第２の超電導層は、第３の超電導層の前記第１の面の側に位置する。第５の実施形態の超電導線材は、接続層に第３の実施形態と同様の接続層を備える点で、第４の実施形態の超電導線材と異なる。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0249】

第５の実施形態の接続層３０は、図１２に示す第３の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。

【0250】

【0251】

接続層３０は、多孔質である。接続層３０の粒子の間に空孔３７が存在する。

【0252】

【0253】

第１の結晶粒子３１は、例えば、板状又は扁平形状である。第１の結晶粒子３１の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0254】

第１の結晶粒子３１は、超電導体である。

【0255】

【0256】

【0257】

【0258】

第２の結晶粒子３２は、例えば、球状又は不定形状である。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、例えば、１ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0259】

第２の結晶粒子３２は、超電導体である。

【0260】

接続層３０に含まれる結晶粒子の粒径分布は、明瞭なバイモーダル分布を含まない。

【0261】

第１の結晶粒子３１の結晶性は、例えば、第２の結晶粒子３２の結晶性よりも良好である。

【0262】

以上、第５の実施形態によれば、２本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。

【0263】

（第６の実施形態）
第６の実施形態の超電導線材は、接続層が互いに離間した第１の領域と第２の領域を含む点で、第４又は第５の実施形態の超電導線材と異なる。以下、第４又は第５の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0264】

図１５は、第６の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第６の実施形態の超電導線材６００は、第１の超電導線材４０１、第２の超電導線材４０２、及び接続部材４０３を備える。第６の実施形態の超電導線材６００は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２が、接続部材４０３を用いて接続されることで、長尺化されている。

【0265】

【0266】

接続層３０は、第１の領域３０ａと第２の領域３０ｂを含む。第１の領域３０ａと第２の領域３０ｂは離間する。

【0267】

第１の領域３０ａは、第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間に設けられる。第１の領域３０ａは、第１の超電導層１６に接する。第１の領域３０ａは、第３の超電導層４６に接する。

【0268】

第２の領域３０ｂは、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間に設けられる。第２の領域３０ｂは、第２の超電導層２６に接する。第２の領域３０ｂは、第３の超電導層４６に接する。

【0269】

第６の実施形態の接続層３０は、図２に示す第１の実施形態の接続層３０、図１１に示す第２の実施形態の接続層３０、又は図１２に示す第３の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。第１の領域３０ａ及び第２の領域３０ｂは、図２に示す第１の実施形態の接続層３０、図１１に示す第２の実施形態の接続層３０、又は図１２に示す第３の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。

【0270】

第６の実施形態の超電導線材６００では、例えば、第１の超電導線材４０１から、接続層３０の第１の領域３０ａ、接続部材４０３、及び接続層３０の第２の領域３０ｂを通って第２の超電導線材４０２に電流が流れる。

【0271】

（第１の変形例）
図１６は、第６の実施形態の超電導線材の第１の変形例の模式断面図である。第６の実施形態の第１の変形例の超電導線材６１０は、第１の超電導層１６の第３の超電導層４６に対向する面の一部が露出し、第２の超電導層２６の第３の超電導層４６に対向する面の一部が露出する点で、第６の実施形態の超電導線材６００と異なる。

【0272】

第１の超電導層１６の上面の、第２の超電導層２６側の端部の近傍に、接続層３０が存在しない領域がある。また、第２の超電導層２６の上面の、第１の超電導層１６側の端部の近傍に、接続層３０が存在しない領域がある。

【0273】

（第２の変形例）
図１７は、第６の実施形態の超電導線材の第２の変形例の模式断面図である。第６の実施形態の第２の変形例の超電導線材６２０は、補強材６０を備える点で、第１の変形例の超電導線材６１０と異なる。

【0274】

補強材６０は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の領域３０ａと第２の領域３０ｂとの間に設けられる。

【0275】

補強材６０を備えることで、超電導線材６２０の機械的強度が向上する。

【0276】

【0277】

以上、第６の実施形態によれば、２本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。

【0278】

（第７の実施形態）
第７の実施形態の超電導コイルは、第４ないし第６の実施形態の超電導線材を備える。以下、第４ないし第６の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

【0279】

図１６は、第７の実施形態の超電導コイルの模式斜視図である。図１７は、第７の実施形態の超電導コイルの模式断面図である。

【0280】

第７の実施形態の超電導コイル７００は、例えば、ＮＭＲ、ＭＲＩ、重粒子線治療器、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両などの超電導機器の磁場発生用のコイルとして用いられる。

【0281】

超電導コイル７００は、巻枠１１０、第１の絶縁板１１１ａ、第２の絶縁板１１１ｂ、及び巻線部１１２を備える。巻線部１１２は、超電導線材１２０と、線材間層１３０を有する。

【0282】

図１６は、第１の絶縁板１１１ａ、及び第２の絶縁板１１１ｂを除いた状態を示す。

【0283】

巻枠１１０は、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。超電導線材１２０は、例えば、テープ形状である。超電導線材１２０は、図１６に示すように、巻回中心Ｃを中心に、同心円状のいわゆるパンケーキ形状に巻枠１１０に巻き回される。

【0284】

線材間層１３０は、超電導線材１２０を固定する機能を有する。線材間層１３０は、超電導線材１２０が、超電導機器の使用中の振動や、互いの摩擦により破壊されることを抑制する機能を有する。

【0285】

第１の絶縁板１１１ａ及び第２の絶縁板１１１ｂは、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。第１の絶縁板１１１ａ及び第２の絶縁板１１１ｂは、巻線部１１２を外部に対して絶縁する機能を有する。巻線部１１２は、第１の絶縁板１１１ａと第２の絶縁板１１１ｂとの間に位置する。

【0286】

超電導線材１２０には、第４ないし第６の実施形態の超電導線材が用いられる。

【0287】

以上、第７の実施形態によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材を備えることで、特性の向上した超電導コイルが実現できる。

【0288】

（第８の実施形態）
第８の実施形態の超電導機器は、第７の実施形態の超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第７の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0289】

図１８は、第８の実施形態の超電導機器のブロック図である。第８の実施形態の超電導機器は、重粒子線治療器８００である。重粒子線治療器８００は、超電導機器の一例である。

【0290】

重粒子線治療器８００は、入射系５０、シンクロトロン加速器５２、ビーム輸送系５４、照射系５６、制御系５８を備える。

【0291】

入射系５０は、例えば、治療に用いる炭素イオンを生成し、シンクロトロン加速器５２に入射するための予備加速を行う機能を有する。入射系５０は、例えば、イオン発生源と線形加速器を有する。

【0292】

シンクロトロン加速器５２は、入射系５０から入射された炭素イオンビームを治療に適合したエネルギーまで加速する機能を有する。シンクロトロン加速器５２に、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。

【0293】

ビーム輸送系５４は、シンクロトロン加速器５２から入射された炭素イオンビームを照射系５６まで輸送する機能を有する。ビーム輸送系５４は、例えば、偏向電磁石を有する。

【0294】

照射系５６は、ビーム輸送系５４から入射された炭素イオンビームを照射対象である患者に照射する機能を備える。照射系５６は、例えば、炭素イオンビームを任意の方向から照射可能にする回転ガントリーを有する。回転ガントリーに、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。

【0295】

制御系５８は、入射系５０、シンクロトロン加速器５２、ビーム輸送系５４、及び照射系５６の制御を行う。制御系５８は、例えば、コンピュータである。

【0296】

第８の実施形態の重粒子線治療器８００は、シンクロトロン加速器５２及び回転ガントリーに、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。したがって、特性の優れた重粒子線治療器８００が実現される。

【0297】

第８の実施形態では、超電導機器の一例として、重粒子線治療器８００の場合を説明したが、超電導機器は、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両であっても構わない。

【実施例】

【0298】

（実施例１）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を２ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。２ｃｍの線は両端部間を、１０ｃｍの２本は片方の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0299】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９３０℃で焼結することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を粉砕することで、粒径の中央値（粒径）が３μｍ程度の超電導体粉末を作製した。

【0300】

得られた超電導体粉末と、粒径が５０ｎｍ程度のＧｄ_２Ｏ_３粉末と、粒径が７０ｎｍ程度のＢａＣＯ_３粉末と、粒径が３０ｎｍ程度のＣｕＯ粉末とを乳鉢を用いて混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。

【0301】

得られたスラリーを、上記２ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図１３に示す構造となるように、２ｃｍの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだまま炉に入れ、板の上面に錘を乗せて接続部分に加重を印加した。

【0302】

錘を乗せたまま、大気雰囲気中で７８０℃に加熱し、第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱し、第２の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0303】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認した。本接続構造の、超電導転移後の電気抵抗値を基準値１．０として、以下実施例、比較例において相対電気抵抗値を示す。

【0304】

実施例１の接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。実施例１の接続構造の両端に引張荷重を印加し、接続部が剥がれたときの荷重を基準値１．０として、以下実施例、比較例において相対強度を示す。

【0305】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、板状又は扁平形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の結晶粒子と、不定形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第２の結晶粒子とが確認された。第１の結晶粒子の粒径（第１の粒径）は５μｍ程度であり、第２の結晶粒子の粒径（第２の粒径）は９０ｎｍ程度であり、バイモーダルな分布であった。

【0306】

接続部には、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ及びＧｄとＣｕとＯの化合物が存在した。また、微量のＮａも確認された。

【0307】

（実施例２）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を２ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。２ｃｍの線は両端部間を、１０ｃｍの２本は片方の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0308】

ＭＯＤ法で作製されたＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を粉砕することで、粒径の中央値（粒径）が５０ｎｍ程度の超電導体粉末を作製した。

【0309】

得られた超電導体粉末と、粒径が５０ｎｍ程度のＧｄ_２Ｏ_３粉末と、粒径が７０ｎｍ程度のＢａＣＯ_３粉末と、粒径が３０ｎｍ程度のＣｕＯ粉末とをジルコニアビーズを用いて、ビーズミルで混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。

【0310】

得られたスラリーを、上記２ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図１３に示す構造となるように、２ｃｍの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0311】

窒素と酸素の混合雰囲気中で７５０℃に加熱し、第１の熱処理を行った。酸素濃度は２０％とした。その後、室温付近まで冷却し、大気雰囲気中で５５０℃に加熱し、第２の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0312】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は１．０であった。

【0313】

実施例２の接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．０であった。

【0314】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、板状又は扁平形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成の第１の結晶粒子と、不定形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成の第２の結晶粒子とが確認された。第１の結晶粒子と第２の結晶粒子の粒径はいずれも１００ｎｍ程度であり、バイモーダルな分布は確認されなかった。

【0315】

接続部には、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ及びＧｄとＣｕとＯの化合物が存在した。また、微量のＮａも確認された。

【0316】

（実施例３）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を３ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。３ｃｍの線は両端部を、１０ｃｍの２本は端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0317】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９３０℃で焼結することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を粉砕することで、粒径の中央値（粒径）が３μｍ程度の超電導体粉末を作製した。

【0318】

【0319】

得られたスラリーを、上記３ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図１５に示す構造となるように、３ｃｍの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0320】

【0321】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．５であった。

【0322】

実施例３の接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は０．８であった。

【0323】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、板状又は扁平形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成の第１の結晶粒子と、不定形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成の第２の結晶粒子とが確認された。第１の結晶粒子の粒径は３μｍ程度であり、第２の結晶粒子の粒径は８０ｎｍ程度であり、バイモーダルな分布であった。

【0324】

接続部には、微量のＮａが確認されたが、Ｇｄ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯ及びＧｄとＣｕとＯの化合物は確認されなかった。

【0325】

（実施例４）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を３ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。３ｃｍの線は両端部を、１０ｃｍの２本は端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0326】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９３０℃で焼結することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を粉砕することで、粒径の中央値（粒径）が５μｍ程度の超電導体粉末を作製した。

【0327】

得られた超電導体粉末と、粒径が５０ｎｍ程度のＧｄ_２Ｏ_３粉末と、粒径が８００ｎｍ程度のＢａＣＯ_３粉末と、粒径が３０ｎｍ程度のＣｕＯ粉末とを乳鉢を用いて混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。

【0328】

【0329】

Ａｒ雰囲気中で８００℃に加熱し、第１の熱処理を行った。その後、５００℃に冷却して炉に酸素ガスを導入し、酸素雰囲気中で５００℃に保持して、第２の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0330】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．８であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は０．７であった。

【0331】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、板状又は扁平形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成の第１の結晶粒子と、不定形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第２の結晶粒子とが確認された。第１の結晶粒子の粒径（第１の粒径）は７μｍ程度であり、第２の結晶粒子の粒径（第２の粒径）は５μｍ程度であり、明確なバイモーダルな分布は確認されなかった。

【0332】

接続部には、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ及びＧｄとＣｕとＯの化合物が存在した。また、微量のＮａも確認された。

【0333】

（実施例５）
粒径の中央値（粒径）が１０μｍ程度の超電導体粉末を作製したこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0334】

（実施例６）
第１の熱処理温度を７４０℃としたこと以外は、実施例２と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0335】

（実施例７）
粒径の中央値（粒径）が１２μｍ程度の超電導体粉末を作製したこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0336】

（実施例８）
粒径の中央値（粒径）が７００ｎｍ程度の超電導体粉末を作製したこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0337】

（実施例９）
粒径の中央値（粒径）が１μｍ程度の超電導体粉末を作製し、この超電導体粉末を撹拌機で攪拌し、粒子形状を不定形状にしたこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0338】

（実施例１０）
アルギン酸ナトリウムを用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0339】

（実施例１１）
粒径が５０ｎｍ程度のＧｄ_２Ｏ_３粉末と、粒径が７０ｎｍ程度のＢａＣＯ_３粉末と、粒径が３０ｎｍ程度のＣｕＯ粉末に対する、超電導体粉末混合量を低減したこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0340】

（実施例１２）
粒径が５０ｎｍ程度のＧｄ_２Ｏ_３粉末と、粒径が７０ｎｍ程度のＢａＣＯ_３粉末と、粒径が３０ｎｍ程度のＣｕＯ粉末に対する、超電導体粉末混合量を低減したこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0341】

（実施例１３）
Ｇｄ（ガドリニウム）をＹ（イットリウム）に変え、第１の熱処理温度を８００℃にしたこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0342】

（実施例１４）
Ｇｄ（ガドリニウム）をＥｕ（エルビウム）に変えたこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0343】

（比較例１）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を２ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。２ｃｍの線は両端部間を、１０ｃｍの２本は片方の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0344】

【0345】

得られた超電導体粉末に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとし、上記２ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図１３に示す構造と同様の構造となるように、２ｃｍの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだまま炉に入れ、板の上面に錘を乗せて接続部分に加重を印加した。

【0346】

錘を乗せたまま、大気雰囲気中で９５０℃に加熱し、第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱し、第２の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0347】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、明確な超電導転移が確認されず、高い抵抗値を示した。

【0348】

比較例１の接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は２であった。

【0349】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、板状又は扁平形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成で、粒径３μｍ程度の第１の結晶粒子と、微量のＮａが確認された。

【0350】

（比較例２）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ＜７）層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を２ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。２ｃｍの線は両端部間を、１０ｃｍの２本は片方の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0351】

粒径が５０ｎｍ程度のＧｄ_２Ｏ_３粉末と、粒径が７０ｎｍ程度のＢａＣＯ_３粉末と、粒径が３０ｎｍ程度のＣｕＯ粉末とを乳鉢を用いて混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。

【0352】

得られたスラリーを上記２ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図１３に示す構造と同様の構造なるように、２ｃｍの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだまま炉に入れ、板の上面に錘を乗せて接続部分に加重を印加した。

【0353】

【0354】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、明確な超電導転移が確認されず、高い抵抗値を示した。

【0355】

比較例２の接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１であった。

【0356】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、不定形状のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ組成で、粒径１００ｎｍ程度の第１の結晶粒子が確認された。接続部には、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ及びＧｄとＣｕとＯの化合物が存在した。また、微量のＮａも確認された。

【0357】

（比較例３）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を２ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。２ｃｍの線は両端部間を、１０ｃｍの２本は片方の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0358】

【0359】

得られた超電導体粉末に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとし、上記２ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図１３に示す構造となるように、２ｃｍの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだまま炉に入れ、板の上面に錘を乗せて接続部分に加重を印加した。

【0360】

錘を乗せたまま、大気雰囲気中で８００℃に加熱し、第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱し、第２の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0361】

比較例３の試料は、炉から取り出すとすぐに剥がれ、接続構造を成していなかった。

【0362】

表１に、実施例１ないし実施例１４、及び、比較例１ないし比較例３で得られた試料の評価結果を示す。

【0363】

【表1】

【0364】

表１から、第１の超電導層と、第２の超電導層と、上記第１の超電導層と上記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子を含み、上記結晶粒子の粒径分布が、バイモーダル分布を含む接続層と、を備える超電導層の接続構造である、実施例１、実施例３、実施例５、及び、実施例７ないし実施例１４は、バイモーダル分布を含まない比較例１ないし比較例３に比して、低い電気抵抗を有していることがわかる。

【0365】

また、表１から、実施例１、実施例３、実施例５、及び実施例７ないし実施例１４のうち、（１）第１の粒径が１００ｎｍ以上１０μｍ以下、（２）第１の粒径が第２の粒径の１０倍以上、（３）第１の分布に対応する粒子形状が板状又は扁平形状、（４）粒径が１００ｎｍ以上１０μｍ以下の結晶粒子の個数の割合が１％以上５０％以下、（５）第１の粒子と第２の粒子と第３の粒子と第４の粒子とからなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子を含む、（６）ナトリウムを含む、という項目を満たす実施例１、実施例５、実施例８、実施例１１、実施例１４は、上記（１）ないし（６）の項目のうち少なくともひとつを満たしていない、実施例３、実施例７、実施例９、実施例１０、実施例１２、実施例１３に比して、低い電気抵抗または高い機械的強度を有していることがわかる。

【0366】

また、表１から、第１の超電導層と、第２の超電導層と、上記第１の超電導層と上記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶粒子と、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の粒子と、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む第２の粒子と、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む第３の粒子と、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第４の粒子とからなる群から選ばれる少なくともいずれか一つの粒子と、を含む接続層と、を備える超電導層の接続構造である、実施例２、実施例４、実施例６は、第１の粒子と第２の粒子と第３の粒子と第４の粒子を含まない、比較例１、及び比較例３に比して、低い電気抵抗を有していることがわかる。

【0367】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0368】

１６第１の超電導層
２６第２の超電導層
３０接続層
３１第１の結晶粒子
３２第２の結晶粒子
３３第１の粒子
３４第２の粒子
３５第３の粒子
３６第４の粒子
４６第３の超電導層
１００接続構造
４００第４の実施形態の超電導線材
６００第６の実施形態の超電導線材
７００超電導コイル
８００重粒子線治療器

【図1】