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▶ マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-18
(54)【発明の名称】光ファイバのクエンチ検出
(51)【国際特許分類】
H01B 12/06 20060101AFI20240910BHJP
G01K 11/3206 20210101ALI20240910BHJP
A61B 5/055 20060101ALI20240910BHJP
【ＦＩ】
H01B12/06
G01K11/3206 ZAA
A61B5/055 331
A61B5/055 360
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024506557
(86)(22)【出願日】2022-08-05
(85)【翻訳文提出日】2024-04-01
(86)【国際出願番号】 US2022039565
(87)【国際公開番号】W WO2023014965
(87)【国際公開日】2023-02-09
(31)【優先権主張番号】63/230,302
(32)【優先日】2021-08-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】596060697
【氏名又は名称】マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100138759
【弁理士】
【氏名又は名称】大房 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】サラザール，エリカ
(72)【発明者】
【氏名】ハートウィグ，ザカリー
【テーマコード（参考）】
2F056
4C096
5G321
【Ｆターム（参考）】
2F056VF02
4C096AB46
4C096AD08
4C096CA02
4C096CA54
4C096FB04
5G321AA04
5G321BA01
5G321BA02
5G321BA03
5G321CA05
5G321CA15
5G321CA24
5G321CA26
5G321CA41
5G321CA42
5G321CA50
5G321CA99
(57)【要約】
高温超伝導体（ＨＴＳ）ケーブルは、ＨＴＳケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体と、ＨＴＳケーブルに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバとを含む。少なくとも１つの光ファイバは、少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体のクエンチを検出するために、ＨＴＳケーブルの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高温超伝導（ＨＴＳ）ケーブルであって、前記ＨＴＳケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体と、
前記ＨＴＳケーブルに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバとを備え、
前記少なくとも１つの光ファイバが、前記少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体のクエンチを検出するために、前記ＨＴＳケーブルの前記長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、高温超伝導（ＨＴＳ）ケーブル。
【請求項2】
前記ＨＴＳケーブルが、前記少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体の周囲にジャケットを備える、請求項１に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項3】
前記ジャケットが、銅を含む、請求項２に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項4】
前記ジャケットに少なくとも１つの溝をさらに含み、前記少なくとも１つの光ファイバが、前記少なくとも１つの溝内に配置される、請求項２または３に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項5】
前記少なくとも１つの溝が、前記ジャケットの外表面にある、請求項４に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項6】
前記少なくとも１つの溝に接着剤をさらに含み、当該接着剤が前記少なくとも１つの光ファイバを前記少なくとも１つの溝に固定する、請求項４または５に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項7】
フォーマをさらに含み、前記少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体が、前記フォーマの溝内にある、請求項１から６のいずれか１項に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項8】
前記フォーマが、銅を含む、請求項７に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項9】
前記複数のグレーティングが、ファイバブラッググレーティングである、請求項１から８のいずれか１項に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項10】
前記複数のグレーティングのグレーティングが、前記ＨＴＳケーブルに損傷が生じる前に前記ＨＴＳケーブル内の電流を低減し得るのに十分短い時間内にクエンチを検出するのに適した距離だけ互いに間隔をあけて配置される、請求項１から９のいずれか１項に記載のＨＴＳケーブル。
【請求項11】
高温超伝導体（ＨＴＳ）ケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体を有するＨＴＳケーブル用のクエンチ検出システムであって、前記ＨＴＳケーブルに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバであって、前記少なくとも１つの光ファイバが、前記少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体のクエンチを検出するために、前記ＨＴＳケーブルの前記長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、少なくとも１つの光ファイバと、
前記少なくとも１つの光ファイバを照射するように構成された光源と、
前記光ファイバからの光を検出するように構成された光検出器と、
前記光検出器によって検出された光を用いて、前記複数のグレーティングのうちの１つまたは複数で温度を感知するように構成された回路と
を備える、クエンチ検出システム。
【請求項12】
ケーブルであって、フォーマであって、当該フォーマの長さに沿って延在する開口部を有し、高温超伝導（ＨＴＳ）材料を受け入れるように構成されたフォーマと、
前記フォーマにおける前記開口部の少なくとも一部に配置されたＨＴＳ材料と、
前記フォーマの周囲に配置され、前記ＨＴＳ材料の少なくとも一部に近接して前記フォーマの長さに沿って延在する光ファイバとを備え、
前記光ファイバが、前記フォーマの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、ケーブル。
【請求項13】
前記フォーマにおける前記開口部が、前記フォーマの外表面において前記フォーマの長さに沿って延在するチャネルとして設けられ、前記ＨＴＳ材料が、前記チャネルの少なくとも一部に配置されたＨＴＳテープ積層体として用意される、請求項１２に記載のケーブル。
【請求項14】
前記ＨＴＳテープ積層体の少なくとも一部の周囲に配置された導電体をさらに含む、請求項１３に記載のケーブル。
【請求項15】
前記導電体が、銅を含む、請求項１４に記載のケーブル。
【請求項16】
前記導電体が、当該導電体に設けられた少なくとも１つの溝を有して用意され、前記光ファイバが、前記少なくとも１つの溝内に配置される、請求項１４または１５に記載のケーブル。
【請求項17】
前記フォーマにおける前記開口部が、前記フォーマの複数の開口部のうちの第１の開口部であり、各開口部が、前記フォーマの長さに沿って延在してＨＴＳ材料を受け入れるように構成され、ＨＴＳ材料が、前記フォーマにおける前記複数の開口部の少なくとも一部に配置され、
前記光ファイバが、前記フォーマの周囲に配置され、前記ＨＴＳ材料の少なくとも一部に近接して前記フォーマの長さに沿って延在する複数の光ファイバのうちの第１の開口部であり、前記複数の光ファイバの各々が、前記フォーマの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、請求項１２に記載のケーブル。
【請求項18】
前記フォーマにおける前記開口部が、前記フォーマの外表面において前記フォーマの長さに沿って延在するチャネルとして設けられ、前記ＨＴＳ材料が、前記チャネルの少なくとも一部に配置されたＨＴＳテープ積層体として用意される、請求項１７に記載のケーブル。
【請求項19】
前記ＨＴＳテープ積層体の少なくとも一部の周囲に配置された導電体をさらに含む、請求項１８に記載のケーブル。
【請求項20】
前記導電体が銅を含む、請求項１９に記載のケーブル。
【請求項21】
前記導電体において少なくとも１つの光ファイバ溝をさらに含み、前記複数の光ファイバのうちの前記少なくとも１つが、前記光ファイバ溝中に配置される、請求項１９または２０に記載のケーブル。
【請求項22】
前記導電体が、少なくとも１つの光ファイバ溝をさらに含み、少なくとも１つの光ファイバが、前記少なくとも１つの光ファイバ溝内に配置される、請求項１９または２０に記載のケーブル。
【請求項23】
前記導電体が、複数の光ファイバ溝を有して用意され、少なくとも１つの光ファイバが、前記複数の光ファイバ溝の各々に配置される、請求項１９に記載のケーブル。
【請求項24】
光ファイバを固定するために、前記複数の光ファイバ溝に接着剤をさらに含む、請求項２２または２３に記載のケーブル。
【請求項25】
前記複数のグレーティングが、ファイバブラッググレーティングである、請求項１２から２４のいずれか１項に記載のケーブル。
【請求項26】
前記複数のグレーティングが、前記ケーブルに損傷が生じる前に前記ケーブル内の電流を低減し得るのに十分短い時間内にクエンチを検出するのに適した距離だけ互いに間隔をあけて配置される、請求項１２から２４のいずれか１項に記載のケーブル。
【請求項27】
核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、または粒子加速器のうちの少なくとも１つで使用される、請求項１２から２４のいずれか１項に記載のケーブル。
【請求項28】
高温超伝導体（ＨＴＳ）ケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体を有するＨＴＳケーブル用のクエンチ検出システムであって、前記クエンチ検出システムが、
前記ＨＴＳケーブルに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバであって、前記少なくとも１つの光ファイバが、前記少なくとも１つの光ファイバの前記長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、少なくとも１つの光ファイバと、
前記少なくとも１つの光ファイバを照射するように構成された光源と、
前記少なくとも１つの光ファイバからの光を検出するように構成された光検出器と、
前記光検出器によって検出された光を用いて、前記複数のグレーティングのうちの１つまたは複数で温度を感知するように構成された回路と
を備える、クエンチ検出システム。
【請求項29】
核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、または粒子加速器のうちの少なくとも１つで使用される、請求項２８に記載のクエンチ検出システム。
【請求項30】
ケーブルであって、前記ケーブルの長さに沿って延在するＨＴＳ材料と、
前記ケーブルの長さに沿って延在する複数の光ファイバであって、前記複数の光ファイバの少なくとも一部が、前記ＨＴＳ材料に近接し、前記複数の光ファイバの少なくとも一部が、その長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、複数の光ファイバと
を備える、ケーブル。
【請求項31】
当該ケーブル上に配置された導電体を有し、前記複数の光ファイバが、前記導電体に埋め込まれる、請求項３０に記載のケーブル。
【請求項32】
前記導電体が、複数の溝を有して用意され、前記複数の光ファイバのそれぞれが、前記溝のそれぞれに配置される、請求項３１に記載のケーブル。
【請求項33】
核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、または粒子加速器のうちの少なくとも１つで使用される、請求項３０から３２のいずれか１項に記載のケーブル。
【請求項34】
前記複数のグレーティングが、前記ケーブルに損傷が生じる前に前記ケーブル内の電流を低減し得るのに十分短い時間内にクエンチを検出するのに適した距離だけ互いに間隔をあけて配置される、請求項３０から３３のいずれか１項に記載のケーブル。
【請求項35】
前記ＨＴＳ材料が、少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体を含む、請求項３１に記載のケーブル。
【請求項36】
前記複数の光ファイバにおける前記複数のグレーティングが、前記ＨＴＳ材料のクエンチを検出するために、前記ケーブルの前記長さに沿って互いに間隔をあけて配置される、請求項３１に記載のケーブル。
【請求項37】
前記複数のグレーティングが、ファイバブラッググレーティングである、請求項３０から３６のいずれか１項に記載のケーブル。
【請求項38】
ケーブルであって、複数の高温超伝導体（ＨＴＳ）構成要素と、
前記ケーブルに沿って延在する複数の導電性セグメントであって、前記複数の導電性セグメントの各々が、前記複数のＨＴＳ構成要素のうちの１つを含む、複数の導電性セグメントと、
前記複数の導電性セグメントのうち隣接する導電性セグメント同士の間に配置され、前記複数の導電性セグメントを互いに電気的に絶縁する電気絶縁材料と、
前記ケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバとを備え、
前記少なくとも１つの光ファイバが、前記ケーブルにおけるクエンチ現象を検出するために、前記少なくとも１つの光ファイバの前記長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、ケーブル。
【請求項39】
前記少なくとも１つの光ファイバが、前記複数の導電性セグメントの１つに配置される、請求項３８に記載のケーブル。
【請求項40】
前記少なくとも１つの光ファイバが、前記複数の導電性セグメントのうちの２つ以上に配置される、請求項３８に記載のケーブル。
【請求項41】
前記少なくとも１つの光ファイバが、前記複数の導電性セグメントの各々に配置される、請求項３８に記載のケーブル。
【請求項42】
前記少なくとも１つの光ファイバが、前記複数の導電性セグメントの１つに配置された複数の光ファイバを含む、請求項３８に記載のケーブル。
【請求項43】
前記少なくとも１つの光ファイバが、複数の１つの光ファイバを含み、前記複数の導電性セグメントのうちの２つ以上が、少なくとも２つの光ファイバを含む、請求項３８に記載のケーブル。
【請求項44】
前記少なくとも１つの光ファイバが、複数の１つの光ファイバを含み、複数の光ファイバが、前記複数の導電性セグメントの各々に配置される、請求項３８に記載のケーブル。
【請求項45】
前記複数の導電性セグメントの上に配置された導電体を有し、前記少なくとも１つの光ファイバが、前記導電体に埋め込まれる、請求項３８に記載のケーブル。
【請求項46】
前記少なくとも１つの光ファイバが、複数の光ファイバに対応し、前記ケーブルが、同様の複数の溝を有して設けられ、
前記複数の光ファイバのそれぞれが、前記複数の溝のそれぞれに配置される、請求項４５に記載のケーブル。
【請求項47】
核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、および／または粒子加速器のうちの少なくとも１つに使用される、請求項３９から４６のいずれか１項に記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
[0001]本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０２１年８月６日に出願された「Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｑｕｅｎｃｈ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（光ファイバのクエンチ検出）」と題する米国仮特許出願第６３／２３０，３０２号の優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[0001]本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０２１年８月６日に出願された「Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｑｕｅｎｃｈ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（光ファイバのクエンチ検出）」と題する米国仮特許出願第６３／２３０，３０２号の優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
[0002]超伝導体は、臨界温度未満では電流に対する電気抵抗がない（「超伝導性」である）材料である。多くの超伝導体では、臨界温度は３０Ｋ未満であり、そのため、超伝導状態にあるこれらの材料の操作は、液体ヘリウムまたは超臨界ヘリウムで達成され得るような、かなりの冷却を用いて行われる。
【発明の概要】
【0003】
[0003]いくつかの実施形態は、高温超伝導体（ＨＴＳ：ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ケーブルを対象とする。ＨＴＳケーブルは、ＨＴＳケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体と、ＨＴＳケーブルに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバとを備え、少なくとも１つの光ファイバは、少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体のクエンチ（ｑｕｅｎｃｈ）を検出するために、ＨＴＳケーブルの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する。
【0004】
[0004]いくつかの実施形態では、ＨＴＳケーブルは、少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体の周囲にジャケット（被覆材）を備える。いくつかの実施形態では、ジャケットは銅を含む。
【0005】
[0005]いくつかの実施形態では、ＨＴＳケーブルは、ジャケットに少なくとも１つの溝をさらに含み、少なくとも１つの光ファイバは、少なくとも１つの溝内に配置される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの溝はジャケットの外表面にある。いくつかの実施形態では、ＨＴＳケーブルは、少なくとも１つの溝に接着剤をさらに含み、当該接着剤が少なくとも１つの光ファイバを少なくとも１つの溝に固定する。
【0006】
[0006]いくつかの実施形態では、ＨＴＳケーブルはフォーマをさらに含み、少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体はフォーマの溝内にある。いくつかの実施形態では、フォーマは銅を含む。
【0007】
[0007]いくつかの実施形態では、複数のグレーティングは、ファイバブラッググレーティングである。
【0008】
[0008]いくつかの実施形態では、複数のグレーティングのグレーティングは、ＨＴＳケーブルに損傷が生じる前にＨＴＳケーブル内の電流を低減し得るのに十分短い時間内にクエンチを検出するのに適した距離だけ互いに間隔をあけて配置される。
【0009】
[0009]いくつかの実施形態は、ケーブルを対象とし、ケーブルは、フォーマであって、その長さに沿って延在する開口部を有し、ＨＴＳ材料を受け入れるように構成されたフォーマと、フォーマにおける開口部の少なくとも一部に配置されたＨＴＳ材料と、フォーマの周囲に配置され、ＨＴＳ材料の少なくとも一部に近接してフォーマの長さに沿って延在する光ファイバとを備え、光ファイバは、フォーマの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する。
【0010】
[0010]いくつかの実施形態では、フォーマにおける開口部は、フォーマの外表面においてフォーマの長さに沿って延在するチャネルとして設けられ、ＨＴＳ材料は、チャネルの少なくとも一部に配置されたＨＴＳテープ積層体として用意される。
【0011】
[0011]いくつかの実施形態では、ケーブルは、ＨＴＳテープ積層体の少なくとも一部の周囲に配置された導電体をさらに含む。いくつかの実施形態では、導電体は銅を含む。いくつかの実施形態では、導電体は、当該導電体に設けられた少なくとも１つの溝を有して用意され、光ファイバは、少なくとも１つの溝内に配置される。
【0012】
[0012]いくつかの実施形態では、フォーマにおける開口部は、フォーマの複数の開口部のうちの第１の開口部であり、各開口部は、フォーマの長さに沿って延在してＨＴＳ材料を受け入れるように構成され、ＨＴＳ材料は、フォーマにおける複数の開口部の少なくとも一部に配置され、光ファイバは、フォーマの周囲に配置され、ＨＴＳ材料の少なくとも一部に近接してフォーマの長さに沿って延在する複数の光ファイバのうちの第１の開口部であり、複数の光ファイバの各々は、フォーマの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する。
【0013】
[0013]いくつかの実施形態では、フォーマにおける開口部は、フォーマの外表面においてフォーマの長さに沿って延在するチャネルとして設けられ、ＨＴＳ材料は、チャネルの少なくとも一部に配置されたＨＴＳテープ積層体として用意される。
【0014】
[0014]いくつかの実施形態では、ケーブルは、ＨＴＳテープ積層体の少なくとも一部の周囲に配置された導電体をさらに含む。いくつかの実施形態では、導電体は銅を含む。
【0015】
[0015]いくつかの実施形態では、ケーブルは、導電体において少なくとも１つの光ファイバ溝をさらに含み、複数の光ファイバのうちの少なくとも１つは、光ファイバ溝中に配置される。
【0016】
[0016]いくつかの実施形態では、導電体は、少なくとも１つの光ファイバ溝をさらに含み、少なくとも１つの光ファイバは、少なくとも１つの光ファイバ溝内に配置される。
【0017】
[0017]いくつかの実施形態では、導電体は、複数の光ファイバ溝を有して用意され、少なくとも１つの光ファイバは、複数の光ファイバ溝の各々に配置される。
【0018】
[0018]いくつかの実施形態では、ケーブルは、光ファイバを固定するために、複数の光ファイバ溝に接着剤をさらに含む。
【0019】
[0019]いくつかの実施形態では、複数のグレーティングは、ファイバブラッググレーティングである。
【0020】
[0020]いくつかの実施形態では、複数のグレーティングは、ケーブルに損傷が生じる前にケーブル内の電流を低減し得るのに十分短い時間内にクエンチを検出するのに適した距離だけ互いに間隔をあけて配置される。
【0021】
[0021]いくつかの実施形態では、ケーブルは、核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、または粒子加速器のうちの少なくとも１つで使用される。
【0022】
[0022]いくつかの実施形態は、ケーブルを対象とし、ケーブルは、当該ケーブルの長さに沿って延在するＨＴＳ材料と、ケーブルの長さに沿って延在する複数の光ファイバとを備え、複数の光ファイバの少なくとも一部はＨＴＳ材料に近接し、複数の光ファイバの少なくとも一部はその長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する。
【0023】
[0023]いくつかの実施形態では、ケーブルは、その上に配置された導電体をさらに含み、複数の光ファイバは、導電体に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、導電体は複数の溝を有して用意され、複数の光ファイバのそれぞれは、溝のそれぞれに配置される。
【0024】
[0024]いくつかの実施形態では、ケーブルは、核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、または粒子加速器のうちの少なくとも１つで使用される。
【0025】
[0025]いくつかの実施形態では、複数のグレーティングは、ケーブルに損傷が生じる前にケーブル内の電流を低減し得るのに十分短い時間内にクエンチを検出するのに適した距離だけ互いに間隔をあけて配置される。
【0026】
[0026]いくつかの実施形態では、ＨＴＳ材料は少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体を含む。
【0027】
[0027]いくつかの実施形態では、複数の光ファイバにおける複数のグレーティングは、ＨＴＳ材料のクエンチを検出するために、ケーブルの長さに沿って互いに間隔をあけて配置される。
【0028】
[0028]いくつかの実施形態では、複数のグレーティングは、ファイバブラッググレーティングである。
【0029】
[0029]いくつかの実施形態は、ケーブルを対象とし、ケーブルは、複数のＨＴＳ構成要素と、ケーブルに沿って延在する複数の導電性セグメントであって、複数の導電性セグメントの各々が複数のＨＴＳ構成要素のうちの１つを含む、複数の導電性セグメントと、複数の導電性セグメントのうち隣接する導電性セグメント同士の間に配置され、複数の導電性セグメントを互いに電気的に絶縁する電気絶縁材料と、ケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバとを備え、少なくとも１つの光ファイバは、ケーブルにおけるクエンチ現象を検出するために、少なくとも１つの光ファイバの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する。
【0030】
[0030]いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、複数の導電性セグメントの１つに配置される。
【0031】
[0031]いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、複数の導電性セグメントのうちの２つ以上に配置される。
【0032】
[0032]いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、複数の導電性セグメントの各々に配置される。
【0033】
[0033]いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、複数の導電性セグメントの１つに配置された複数の光ファイバを含む。
【0034】
[0034]いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、複数の１つの光ファイバを含み、複数の導電性セグメントのうちの２つ以上は、少なくとも２つの光ファイバを含む。
【0035】
[0035]いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、複数の１つの光ファイバを含み、複数の光ファイバは、複数の導電性セグメントの各々に配置される。
【0036】
[0036]いくつかの実施形態では、ケーブルは、複数の導電性セグメントの上に配置された導電体をさらに含み、少なくとも１つの光ファイバは、導電体に埋め込まれる。
【0037】
[0037]いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、複数の光ファイバに対応し、ケーブルは、同様の複数の溝を有して用意され、複数の光ファイバのそれぞれは、複数の溝のそれぞれに配置される。
【0038】
[0038]いくつかの実施形態では、ケーブルは、核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、および／または粒子加速器のうちの少なくとも１つで使用される。
【0039】
[0039]いくつかの実施形態は、ＨＴＳケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体を有するＨＴＳケーブル用のクエンチ検出システムを対象とする。クエンチ検出システムは、ＨＴＳケーブルに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバであって、少なくとも１つの光ファイバが、少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体のクエンチを検出するために、ＨＴＳケーブルの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、少なくとも１つの光ファイバと、少なくとも１つの光ファイバを照射するように構成された光源と、光ファイバからの光を検出するように構成された光検出器と、光検出器によって検出された光を用いて、複数のグレーティングのうちの１つまたは複数で温度を感知するように構成された回路とを備える。
【0040】
[0040]いくつかの実施形態は、高温超伝導体（ＨＴＳ）ケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体を有するＨＴＳケーブル用のクエンチ検出システムを対象とし、クエンチ検出システムは、ＨＴＳケーブルに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバであって、少なくとも１つの光ファイバが、少なくとも１つの光ファイバの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを有する、少なくとも１つの光ファイバと、少なくとも１つの光ファイバを照射するように構成された光源と、少なくとも１つの光ファイバからの光を検出するように構成された光検出器と、光検出器によって検出された光を用いて、複数のグレーティングのうちの１つまたは複数で温度を感知するように構成された回路とを備える。
【0041】
[0041]いくつかの実施形態では、クエンチ検出システムは、核融合エネルギーシステム、磁気共鳴イメージングシステム、核磁気共鳴システム、モータ、送電システム、または粒子加速器のうちの少なくとも１つで使用される。
【0042】
[0042]様々な態様および実施形態が、以下の図面を参照して説明される。図面は必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないことを諒解されたい。図面では、様々な図面に図示される同一、またはほぼ同一の各構成要素は、同じ符号で表現される。分かりやすくするため、すべての構成要素がすべての図面でラベル付けされるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】[0043]本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、超伝導性材料におけるクエンチ現象を検出するためのシステムの概略図である。
【図4B】[0050]図４Ｂは、本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、図３Ａの高温超伝導構成要素におけるクエンチの場所に対して異なる部分に配置されたＦＢＧからの入射スペクトルおよび反射スペクトルを示す図である。
【図6】[0052]本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、ＨＴＳテープ積層体の斜視図である。
【図7】[0053]図７Ａは、本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、クエンチ検出用の光ファイバを含むＨＴＳケーブルの断面図であり、図７Ｂは、本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、図５Ｃの光ファイバの拡大図である。
【図8】[0055]本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、クエンチを引き起こす加熱に対するＦＢＧおよびＵＬＦＢＧ応答ならびに電圧応答を示すプロットである。
【図9】[0056]本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、例示的なコンピューティングデバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
[0057]本明細書で説明するのは、超伝導体におけるクエンチ現象を光学的に検出する技法である。これらの技法は、クエンチ現象を示す超伝導体の温度変化を検出するための光ファイバ温度計測を使用することを含む。超伝導体は、ＨＴＳ材料とＨＴＳケーブルの長さに沿って延在する１つまたは複数の光ファイバとを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）ケーブルであってもよい。光ファイバは、光ファイバの長さに沿って配置された複数のブラッググレーティングを含むことができる。光源は光ファイバを照射することができ、光検出器は光ファイバからの反射光または透過光を検出することができる。検出された光のスペクトルに基づいて、ブラッググレーティングのうちの１つまたは複数の場所における温度の変化を決定することができる。
【0045】
[0058]超伝導体は、臨界温度未満では電流に対する電気抵抗がない（「超伝導性」である）材料である。超伝導体には、通常臨界温度が３０Ｋ未満で液体ヘリウムを用いて冷却される低温超伝導体（ＬＴＳ：ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と、臨界温度を７７Ｋより高くすることができ、液体窒素を用いて冷却される高温超伝導体（ＨＴＳ：ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）とがある。ＬＴＳ材料とＨＴＳ材料の両方が、核融合エネルギー、高効率モータ、高効率送電、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、核磁気共鳴（ＮＭＲ）、および高磁場粒子加速器で応用されてきた。
【0046】
[0059]超伝導状態を維持するためには、超伝導性材料は臨界温度未満で温度を維持しなければならない。しかしながら、局所的なエネルギー散逸（例えば、超伝導体内の電流の流れによる）は、局所的な加熱を引き起こす可能性があり、制御または検出されない場合、超伝導体全体を超伝導レジームから通常の抵抗レジームに遷移させる（「クエンチ」する）熱暴走現象を引き起こす可能性がある。クエンチ現象は超伝導デバイスのダウンタイムにつながるだけでなく、超伝導デバイスの損傷にもつながる可能性がある。
【0047】
[0060]クエンチのリスクを軽減するために、クエンチ検出および保護システムを使用して、クエンチ現象を迅速に検出し、超伝導体から電流および蓄積エネルギーのすべてを取り除くことによって損傷を防止または軽減する。従来のクエンチ検出システムは、通常、超伝導体内の局所的な電圧上昇の検出に依拠するものである。しかしながら、このような電圧ベースのクエンチ検出システムは、電磁誘導によるノイズの影響を受け、誤検出および蓄積されたエネルギーの超伝導体からの不必要なダンピングをもたらす可能性があり、それによりデバイスのダウンタイムおよび／またはデバイスを損傷するリスクを増大させ得る。電圧ベースのクエンチ検出システムは電磁気的な感度があるため、頻繁な電磁干渉を経験する環境では特に難しい。このような環境の一例はトカマク核融合環境であり、この環境では、周囲の磁石およびプラズマにより頻繁に大きな電圧信号が発生し、電圧ベースのクエンチ検出システムに干渉する可能性がある。加えて、電圧ベースのクエンチ検出システムは、超伝導体と接触するために、高電圧絶縁体を通過する複数の電圧タップを必要とする。そのため、各電圧タップは超伝導体の電気絶縁に断絶をもたらし、有害な電気的現象（例えば、アーク放電、短絡）のリスクを増大させる。
【0048】
[0061]本発明者らは、光学システムが電磁干渉の影響を受けにくく、より堅牢で正確な光学ベースのクエンチ検出システムを開発するために使用され得ることを認識し、高く評価している。このような光学ベースのクエンチ検出システムは、光ファイバケーブルを超伝導体内または超伝導体に隣接して埋め込むことによりクエンチ現象を検出するために、光ファイバの温度およびひずみ応答を測定する光ファイバ温度計測を使用することができる。このような光学ベースのクエンチ検出システムで使用される光ファイバは、多数のブラッググレーティング（例えば、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）、超長ファイバブラッググレーティング（ＵＬＦＢＧ：ｕｌｔｒａ－ｌｏｎｇ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ））を含むことができ、これらは、ブラッググレーティングに入射するあらゆる光の部分を反射するように構成される。反射光のスペクトルは、ブラッググレーティングによって経験される温度および／またはひずみの変化を示すことができ、それにより反射光のスペクトルを分析することによってクエンチ現象が検出できる。
【0049】
[0062]したがって、本発明者らは、超伝導性材料と少なくとも１つの光ファイバとを含むケーブルを開発した。いくつかの実施形態では、超伝導性材料は、ケーブルの長さに沿って延在するＨＴＳ材料を含む。いくつかの実施形態では、ＨＴＳ材料は、ケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体に配置される。ＨＴＳテープ積層体は、ＨＴＳ材料のセグメントと、ＨＴＳセグメントを互いに電気的に絶縁するために隣接するＨＴＳセグメント同士の間に配置された電気絶縁材料とを含むことができる。
【0050】
[0063]いくつかの実施形態では、ケーブルは、当該ケーブルの長さに沿って延在する開口部を有するフォーマを含むことができる。ＨＴＳ材料は、フォーマの開口部の少なくとも一部に配置することができる。例えば、本明細書に記載されるＨＴＳテープ積層体は、フォーマにおける開口部の少なくとも一部に配置することができる。
【0051】
[0064]いくつかの実施形態では、ケーブルは、当該ケーブルの長さに沿って延在する１つまたは複数の光ファイバをさらに含むことができる。光ファイバは、ケーブルの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された複数のグレーティングを含むことができる。光ファイバは、ケーブル内の超伝導性材料のクエンチを検出するように構成することができる。いくつかの実施形態では、光ファイバはＨＴＳ材料に近接して配置することができる。いくつかの実施形態では、光ファイバはフォーマの周囲に配置することができる。
【0052】
[0065]本発明者らはさらに、超伝導性材料におけるクエンチ現象を検出するためのクエンチ検出システムを開発した。いくつかの実施形態では、超伝導性材料は、ＨＴＳケーブルの長さに沿って延在する少なくとも１つのＨＴＳテープ積層体を含むＨＴＳケーブルである。いくつかの実施形態では、クエンチ検出システムは、超伝導性材料の長さに沿って延在する少なくとも１つの光ファイバを含み、少なくとも１つの光ファイバは、超伝導体の長さに沿って互いに間隔をあけて配置されたグレーティング（例えば、ＦＢＧ、ＵＬＦＢＧ）を含む。
【0053】
[0066]いくつかの実施形態では、クエンチ検出システムは、光ファイバを照射するように構成された光源と、光ファイバからの光を検出するように構成された光検出器と、光検出器によって検出された光を用いて、光ファイバのグレーティングのうちの１つまたは複数で温度を感知するように構成された回路とをさらに含む。いくつかの実施形態では、光源、光検出器、および／または回路は、単一のデバイスに組み合わされてもよい（例えば、単一の筐体内に配置される）。
【0054】
[0067]以下は、クエンチ検出のための技法に関連する様々な概念およびその実施形態の、より詳細な説明である。本明細書に記載される様々な態様は、数多くの方法のいずれかで実施され得ることを諒解されたい。具体的な実装形態の例は、本明細書では単に例示目的で提供される。加えて、以下の実施形態で説明される様々な態様は、単独でまたは任意の組み合わせで使用することができ、本明細書で明示的に説明される組み合わせに限定されない。
【0055】
[0068]図１は、本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、超伝導性材料におけるクエンチ現象を検出するためのシステム１００の概略図である。図１の例示的な例では、システム１００は、超伝導体１１０、光ファイバ１２０、光源１３０、光検出器１４０、回路１５０、ネットワーク１６０、およびコンピューティングシステム１７０を含む。システム１００は例示であり、クエンチ検出システムは、図１に示された構成要素に加えて、またはその代わりに、任意の適切なタイプの１つまたは複数の他の構成要素を有していてもよいことを諒解されたい。例えば、クエンチ検出システム内に追加的な（例えば、２つ以上の）コンピューティングシステムが存在してもよい。別の例として、いくつかの実施形態では、光源１３０、光検出器１４０、および／または回路１５０は、単一のデバイスに組み合わされてもよい（例えば、単一の筐体内に配置される）。
【0056】
[0069]いくつかの実施形態では、超伝導体１１０は、任意の適切な超伝導性材料とすることができる。例えば、超伝導体１１０はＬＴＳおよび／またはＨＴＳ材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、超伝導体１１０は、モータ、送電、ＭＲＩ、ＮＭＲ、粒子加速器、および／または核融合エネルギーシステム内で使用されるような、超伝導性の電磁石および／または送電線を形成するように配置され得る。いくつかの実施形態では、超伝導体１１０は、本明細書で図５Ａおよび図５Ｂに関連してより詳細に説明するように、１つまたは複数のＨＴＳテープ積層体を含むことができる。
【0057】
[0070]いくつかの実施形態では、光ファイバ１２０は超伝導体１１０と熱的に接触していてもよい。例えば、光ファイバ１２０は、超伝導体１１０に近接して配置されてもよいし、および／または超伝導体１１０内に埋め込まれてもよい。図１の例は単一の光ファイバ１２０を示すが、本明細書で説明される技術の態様はこの点で限定されないことを諒解されたい。いくつかの実施形態では、複数の光ファイバがあってもよい。例えば、光ファイバの数は、２～５０、２～２５、２～１０、もしくは２～７の範囲内、またはこれらの範囲内の任意の範囲内とすることができる。
【0058】
[0071]いくつかの実施形態では、光ファイバ１２０は、光ファイバ１２０の長さに沿って配置された多数のグレーティング１２２を含み得る。グレーティングは、特定波長の光を反射し、他の波長の光を透過するように構成された回折格子であってもよい。例えば、グレーティング１２２は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）または超長ファイバブラッググレーティング（ＵＬＦＢＧ）としてもよい。図１の図は、等しく間隔をあけられた４つのグレーティング１２２を示しているが、本明細書に記載される技術の態様は、グレーティング１２２の数またはそれらの間隔に関して限定されないので、等しく間隔をあけられ得る、または非均等に間隔をあけられ得る、４つよりも多いグレーティング１２２が存在してもよいことを諒解されたい。いくつかの実施形態では、グレーティング１２２は、超伝導体１１０または超伝導体１１０を収容するデバイスの他の構成要素を損傷する前に、超伝導体１１０内の蓄積エネルギーを取り除くことができるように、十分に短い時間内にクエンチ現象を検出するのに適した１つまたは複数の距離だけ間隔をあけて配置することができる。
【0059】
[0072]ＦＢＧの例示的な例を図２Ａに示す。光ファイバはブラッググレーティングを含み、これは光ファイバの一定の長さに渡って光ファイバコアの屈折率が周期的に変調するものである。広帯域光がブラッググレーティングに照射されると、グレーティングは特定の波長成分λＢだけを反射する。反射ブラッグ波長は次式で与えられる。
λＢ＝２Λｎｅｆｆ
λＢ＝２Λｎｅｆｆ
【0060】
ここで、ｎｅｆｆはコアの実効屈折率であり、Λはナノメートル単位のグレーティング周期である。ＦＢＧは温度およびひずみの両方に敏感であり、これらのパラメータの変化は、実効屈折率およびグレーティング周期の両方に影響を及ぼすため、ブラッグ波長のシフトをもたらす。
【0061】
[0073]図２Ｂは、本明細書に記載されるいくつかの実施形態による、温度の関数として、ＦＢＧから反射される光の波長のシフトを示すプロットである。曲線２０２は、約１０Ｋの温度におけるＦＢＧを有する光ファイバからの反射光のスペクトルであり、曲線２１４は、約２７３Ｋの温度における光ファイバからの反射光のスペクトルである。曲線２０４～２１２は、曲線２０２と２１４の温度の間で温度が上昇したときの単一ＦＢＧの反射光のスペクトルである。図２Ｂから分かるように、光ファイバのＦＢＧによって反射されるピーク波長は、温度に応じて、曲線２１４で示されるような長い値から、曲線２０２で示されるような短い値へとシフトする。
【0062】
[0074]いくつかの実施形態では、多数のＦＢＧ、またはＵＬＦＢＧが光ファイバ１２０内に配置されてもよい。例えば、光ファイバ１２０は、多数のＦＢＧが１つの長いＦＢＧとして機能するように、グレーティング同士の間に１ｍｍギャップの間隔をあけて配置された一連の９ミリメートル長のＦＢＧを含むＵＬＦＢＧを含むことができる。このようなＵＬＦＢＧは、何メートルもの長さの光ファイバの温度変化を監視するのに使用できる。
【0063】
[0075]単一のＦＢＧの反射スペクトルは単一のピークを示すが、１つのＵＬＦＢＧに組み合わされると、反射スペクトルはより複雑な挙動を示すことがある。複数のＦＢＧを有するＵＬＦＢＧを含む光ファイバの簡単な例を図３Ａに示す。ＦＢＧ１に入射した光の一部は反射され、特定の波長λ１を持つ。残りの光はＦＢＧ１を通ってＦＢＧ２に透過する。ＦＢＧ２では、ＦＢＧ２が異なる特定波長の光λ２≠λ１を反射し、残りの光をＦＢＧ３に透過するように、温度を上昇させる。ＦＢＧ３はＦＢＧ２よりも温度が低いため、第３の波長の光λ３≠λ２≠λ１を反射する。その結果、いくつかの波長が、場合によっては異なる振幅で反射される。このように、光ファイバに沿ったあらゆる場所における温度の変化により、少なくとも２つの影響が生じる。すなわち、（１）従来の単一ＦＢＧの性質である、支配的な反射波長の変化、（２）反射スペクトル全体の形状の変化、である。
【0064】
[0076]図３Ｂで図形的に示されるように、ＵＬＦＢＧからの個々の反射は、従来の単一ＦＢＧと類似した明確なピークを示すことがあるが、これらの反射の合計は、図３Ｃに示されるように、組み合わさった不明確なスペクトルのようになることがある。これは、ＵＬＦＢＧの反射スペクトルが、光ファイバの長さに沿って同時に生じる温度およびひずみの変化すべてに応答し、光ファイバに沿った熱源の場所に関係なく、温度変動の迅速な検出をもたらすために起こる。
【0065】
[0077]ＵＬＦＢＧを有する光ファイバの熱応答の別の例を図４Ａおよび図４Ｂに示す。図４Ａは、超伝導体４１０、およびＵＬＦＢＧ４２２を含む光ファイバ４２０の概略図である。超伝導体４１０はセクションＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶに分割され、セクションＩＩＩには超伝導体４１０の温度を上昇させるホットスポット４１２を含む。熱Ｑｄｉｓｓは、ホットスポット４１２からセクションＩＩとＩＶの両方に散逸する。
【0066】
[0078]図４Ｂは、図４Ａの光ファイバ４２０のセクションＩ～セクションＩＶの各々における入射スペクトル（上段）および反射スペクトル（下段）を示す。入力光の元のスペクトル、および光ファイバ４２０からの全反射スペクトルを左に示す。図４Ｂに示されるように、セクションＩのＵＬＦＢＧは波長λ１の光を反射し、波長λ１の光がセクションＩＩに透過するのを妨げる。セクションＩＩはセクションＩとほぼ同じ温度なので、セクションＩＩ中のＵＬＦＢＧから光は反射せず、すべての光がセクションＩＩＩに透過する。セクションＩＩＩはホットスポット４１２を含むため、異なる実効屈折率を有し、セクションＩＩＩ中のＵＬＦＢＧに波長λ２≠λ１の光を反射させ、波長λ２の光がセクションＩＶに透過するのを妨げる。そしてやはり、セクションＩＶはセクションＩおよびＩＩとほぼ同じ温度であるため、セクションＩＶ中のＵＬＦＢＧによって光が反射されることはない。したがって、光ファイバからの反射スペクトルは、波長λ１およびλ２を持つ光を含む。
【0067】
[0079]図１に戻ると、図１に示されるように、システム１００は、光ファイバ１２０に光学的に結合された光源１３０および光検出器１４０を含む。いくつかの実施形態では、光源１３０は、レーザ光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、または任意の他の適切なタイプの光源であってもよい。光源１３０は、光ファイバ１２０に与えられる入力光１３２を生成するように構成され得る。例えば、光源１３０は、複数の波長を有する入力光１３２（例えば、広帯域スペクトル光）を生成するように構成することができる。いくつかの実施形態では、入力光１３２は、超伝導体１１０の動作温度における光ファイバ１２０のブラッグ波長の中心付近またはそれに近い複数の波長を有することがある。いくつかの実施形態では、光源１３０は、コヒーレントな入力光１３２を生成するように構成されてもよい。
【0068】
[0080]いくつかの実施形態では、光検出器１４０は、光ファイバ１２０のグレーティング１２２によって反射または透過される受信光１４２を検出するように構成され得る。例えば、光検出器１４０は、受信光１４２のスペクトルを検出するように、および／または受信光１４２のピーク波長を決定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、光検出器１４０は、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ：ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｚｅｒ）、積分球検出器、波長計、または任意の他の適切な光検出器であってもよい。
【0069】
[0081]いくつかの実施形態では、光検出器１４０は、回路１５０に結合されてもよい。回路１５０は、光検出器１４０の出力に基づいて超伝導体１１０の温度を決定するように構成されてもよい。例えば、回路１５０は、光検出器１４０から光スペクトルを受信して受信光スペクトルのピーク波長を決定し、そのピーク波長に対応する温度を決定するように構成され得る。回路１５０は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、マイクロコントローラ、および／または他のマイクロプロセッシング技術を含むがこれらに限定されない、任意の適切な電子回路を使用して実装することができる。
【0070】
[0082]いくつかの実施形態では、システム１００は、回路１５０に通信可能に結合されたコンピューティングシステム１７０を含む。コンピューティングシステム１７０は、回路１５０から情報を受信するように、および／または回路１５０から受信した情報を処理するように構成された任意の適切な電子デバイスであり得る。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１７０は、デスクトップコンピュータ、ラックマウントコンピュータ、または任意の他の適切な固定電子デバイスなどの固定電子デバイスであり得る。あるいは、コンピューティングシステム１７０は、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ、または回路１５０から情報を受信するように、および／もしくは回路１５０から受信した情報を処理するように構成され得る他の任意のポータブルデバイスなどのポータブルデバイスであってもよい。
【0071】
[0083]いくつかの実施形態では、回路１５０およびコンピューティングシステム１７０は、任意選択のネットワーク１６０によって通信可能に接続され得る。ネットワーク１６０は、ローカルエリアまたはワイドエリアの企業ネットワークおよび／またはインターネットを含む、１つまたは複数のローカルエリアおよび／またはワイドエリアの、有線および／または無線ネットワークとすることができる、またはそれらを含むことができる。したがって、ネットワーク１６０は、例えば、ハードワイヤードネットワーク（例えば、ある施設内のローカルエリアネットワーク）、ワイヤレスネットワーク（例えば、Ｗｉ－Ｆｉおよび／またはセルラネットワークを介して接続されるもの）、クラウドベースのコンピューティングネットワーク、またはそれらの任意の組み合わせとすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、超伝導体１１０、光ファイバ１２０、光源１３０、光検出器１４０、および回路１５０は、同一施設内に配置され、互いに直接接続されるか、ネットワーク１６０を介して互いに接続されてもよく、一方でコンピューティングシステム１７０は、遠隔施設内に配置され、ネットワーク１６０を介して回路１５０に接続されてもよい。しかしながら、本明細書で説明される技術の態様はこの点で限定されないため、いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１７０は、ネットワーク１６０によって接続されるのではなく、回路１５０に直接接続されてもよいことを諒解されたい。
【0072】
[0084]いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１７０は、クエンチ検出ファシリティ１７２を含み得る。クエンチ検出ファシリティ１７２は、光検出器１４０によって得られ、回路１５０によって処理されたデータを分析するように構成され得る。クエンチ検出ファシリティ１７２は、例えば、回路１５０によって出力された温度データを解析して、超伝導体１１０においてクエンチ現象が発生しようとしているか、および／または現在発生しているかを判定するように構成され得る。例えば、クエンチ検出ファシリティ１７２は、回路１５０によって出力された温度データがしきい温度値よりも大きいかどうかを判定するように構成されてもよく、ならびに／または、熱暴走現象が発生しようとしているか、および／もしくは現在発生しているかどうかを判定するために、経時的に温度データに関数をフィッティングさせるように構成されてもよい。
【0073】
[0085]いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１７０は、クエンチ軽減ファシリティ１７４をさらに含むことができる。クエンチ軽減ファシリティ１７４は、クエンチ検出ファシリティ１７２によるクエンチ現象であるとの判定に応答して、超伝導体１１０からエネルギーを除去させる命令を生成するように構成され得る。例えば、クエンチ軽減ファシリティ１７４は、超伝導体１１０に蓄積されたエネルギーを取り除くために、超伝導体１１０に流れる電流を除去させる（例えば、超伝導体１１０をシャントまたは他の方法で短絡させる）命令を生成するように構成され得る。
【0074】
[0086]本明細書で説明される技術の態様はこの点で限定されないため、クエンチ検出ファシリティ１７２および／またはクエンチ軽減ファシリティ１７４は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの任意の適切な組み合わせとして実装され得る。図１に示されるように、クエンチ検出ファシリティ１７２およびクエンチ軽減ファシリティ１７４は、コンピューティングシステム１７０の１つまたは複数のプロセッサによって実行されるソフトウェア（例えば、実行可能命令）で実装されることなどによって、コンピューティングシステム１７０によって実装されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、クエンチ検出ファシリティ１７２および／またはクエンチ軽減ファシリティ１７４は、追加的または代替的に、システム１００の１つまたは複数の他の要素に実装されてもよい。例えば、クエンチ検出ファシリティ１７２および／またはクエンチ軽減ファシリティ１７４は、回路１５０に実装されてもよい。他の実施形態において、クエンチ検出ファシリティ１７２および／またはクエンチ軽減ファシリティ１７４は、システム１００から遠隔に配置され、ネットワーク１６０を介してデータを受信するコンピューティングデバイスなど、別のデバイスにおいて、または別のデバイスとともに実装されてもよい。
【0075】
[0087]図１の例では、超伝導体１１０はＨＴＳケーブルに相当してもよい。図５Ａおよび図５Ｂから分かるように、ＨＴＳケーブル５００はフォーマ５１６を含み、フォーマ５１６は、フォーマ５１６の外表面に設けられ、その長さに沿って延在するチャネル内に配置されたＨＴＳテープ積層体５１８を有する。ＨＴＳテープ積層体５１８は、はんだ５１９を用いてそれぞれのチャネルに保持される。内側ジャケット５２０（例えば、銅ジャケット）はフォーマ５１６およびＨＴＳテープ積層体５１８の周りに配置され、めっき５２２（例えば、銀めっき）は内側ジャケット５２０の上に配置されてもよい。内側ジャケット５２０の表面全体がめっきされてもよいが、いくつかの実施形態では、内側ジャケット５２０の一部のみがめっきされてもよい。したがって、図５Ａに示されるように、内側ジャケット５２０の表面の約半分だけが、その上にめっき５２２を配置されて有する。内側ジャケット５２０の周囲には、外側ジャケット５２４（例えば、スチール製またはステンレス製ジャケット）が配置される。
【0076】
[0088]この例示的な実施形態では、ケーブル５００は、１つまたは複数のジャケットに囲まれた導電性（例えば、銅製）フォーマ中に複数のチャネルを有する。各チャネルはＨＴＳテープ積層体を有し、金属（例えば、はんだ）が充填される。ケーブル５００はまた、任意選択で冷却チャネル５２９を含む。
【0077】
[0089]図５Ｂに示されるように、例示的なチャネルの幅はＷ１であり、フォーマ５１６の直径はＤ１であり、内側ジャケット５２０の直径はＤ２であり、外側ジャケット５２４の直径はＤ３である。いくつかの実施形態では、内側ジャケット５２０は銅からなってもよく、外側ジャケット５２４はステンレス鋼からなってもよい。しかし、これは単なる例示であり、ジャケットおよびフォーマには他の適切な材料を使用することができる。
【0078】
[0090]次に図６を参照すると、例示的なＨＴＳテープ積層体６００は、第１の安定化層に対応する第１の層６０２を含む（ここでは安定化層６０２は銅を含む）。層６０２の上にはオーバレイ層６０４（ここではオーバレイ６０２は銀を含む）が配置される。層６０４の上には基板６０６が配置される。この例では、基板６０６は、任意の適切な材料から用意することができ、電解研磨された表面を有して用意される。バッファ積層体６０８は基板６０６の上に配置される。この例では、バッファ積層体６０８は、マグネトロンスパッタリング技術を用いて配置された１つまたは複数の材料を含み得る。ＨＴＳ材料６１０は、バッファ積層体６０８の上に配置される。この例示的な実施形態では、ＨＴＳ材料は、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）などの希土類バリウム銅酸化物超伝導体（ＲＥＢＣＯ）を含むことができる。ＨＴＳ材料層６１０の上に配置されているのはオーバレイヤ６１２であり、オーバレイ６１２の上に配置されているのは第２の安定化層６１４である。オーバレイヤ６１２および安定化層６１４は、上述したような、それぞれオーバレイ６０４および安定化層６０２と同じ材料からなってもよい。
【0079】
[0091]次に図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、ＨＴＳケーブル７００は、光ファイバ７１２を受け入れるように構成された１つまたは複数の溝７１０を含むことができる。図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、溝７１０は、ＨＴＳケーブル７００の内側ジャケット５２０の外側表面に配置することができる。いくつかの実施形態では、溝７１０は、ＨＴＳケーブル７００の他の表面（例えば、内側ジャケット５２０の内面、冷却チャネル５２９の内面）に配置されてもよい。
【0080】
[0092]溝７１０は、いくつかの実施形態では、ＨＴＳケーブル７００の長さに沿って延在することができる。溝は、図７Ａの例に示すように、ＨＴＳケーブル７００の片側に配置することができる。いくつかの実施形態では、溝７１０および光ファイバ７１２は、ケーブル７００の円周の、その全体を含め、より小さいまたはより大きい部分の周囲に配置されてもよい。
【0081】
[0093]いくつかの実施形態では、光ファイバ７１２は接着剤を使用して溝７１０に固定することができる。例えば、光ファイバ７１２は、光ファイバ７１２とフォーマ５１６とＨＴＳテープ積層体５１８との間の熱結合を確実にするために、熱伝導性接着剤（例えば、銀接着剤）を用いて溝７１０に固定することができる。
【0082】
[0094]光ファイバ７１２は、ＨＴＳケーブル７００内またはその近傍の任意の位置に配置することができる。いくつかの実施形態では、光ファイバ７１２は、溝（例えば、溝７１０）内に配置されるのではなく、ＨＴＳケーブル７００の表面上に配置されてもよい。例えば、光ファイバ７１２は、接着剤（例えば、熱伝導性接着剤）を用いて、ＨＴＳケーブル７００の任意の適切な表面（例えば、内側ジャケット５２０の外面または内面、冷却チャネル５２９の内面）に接着することができる。
【0083】
[0095]次に図８を参照すると、光学クエンチ検出システムと電圧ベースのクエンチ検出システムとを比較する実験から収集されたデータが示される。曲線８０２は、ヒータによる超伝導体への熱パルスの印加を示す。縦の破線は、熱パルス印加の開始（左）と熱パルス印加の終了（右）を示す。曲線８０４は、熱パルス印加の部位の測定温度を示す。曲線８０６および８０８は、それぞれＵＬＦＢＧとＦＢＧを有する光ファイバを用いて決定された信号を示し、曲線８１０および８１２は超伝導体の異なるノードで取られた電気的測定値である。図８から分かるように、曲線８０６および８０８は、曲線８１０の電気的測定値とほぼ同じ時間応答を示しており、光クエンチ検出が超伝導性材料におけるクエンチ現象を検出するための堅牢かつ正確な技法であることを示している。
【0084】
[0096]いくつかの実施形態では、本明細書に記載される技法は、アプリケーションソフトウェア、システムソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、組み込みコード、または任意の他の適切なタイプのコンピュータコードを含め、ソフトウェアとして実装されるコンピュータ実行可能命令で具体化され得る。このようなコンピュータ実行可能命令は、多数の適切なプログラミング言語および／またはプログラミングツールもしくはスクリプティングツールのいずれかを使用して記述することができ、フレームワークまたは仮想マシン上で実行される実行可能機械語コードまたは中間コードとしてコンパイルすることもできる。
【0085】
[0097]本明細書に記載される技法がコンピュータ実行可能命令として具体化される場合、これらのコンピュータ実行可能命令は、これらの技法に従って動作するアルゴリズムの実行を完了するための１つまたは複数の動作をそれぞれが実現する多数の機能ファシリティとしてなど、任意の適切な方法で実施することができる。「機能ファシリティ」とは、どのようにインスタンス化されたものであれ、１つまたは複数のコンピュータと統合され、１つまたは複数のコンピュータによって実行されるとき、１つまたは複数のコンピュータに特定の動作上の役割を実行させる、コンピューティングシステムの構造的な構成要素である。機能ファシリティは、ソフトウェア要素の一部であってもよいし、ソフトウェア要素全体であってもよい。例えば、機能ファシリティは、プロセスの機能として、または離散プロセスとして、または任意の他の適切な処理単位として実装することができる。本明細書に記載される技法が複数の機能ファシリティとして実装される場合、各機能ファシリティは独自の方法で実装されてもよく、すべてが同じ方法で実装される必要はない。加えて、これらの機能ファシリティは、適宜、並列におよび／または順次に実行することができ、それらが実行されているコンピュータ上の共有メモリを使用して、メッセージ受け渡しプロトコルを使用して、または任意の他の適切な方法で、互いの間で情報を渡すことができる。
【0086】
[0098]一般に、機能ファシリティは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。通常、機能ファシリティの機能は、それらが動作するシステムにおいて所望に応じて組み合わせてもよいし、分散させてもよい。いくつかの実装形態では、本明細書の技法を遂行する１つまたは複数の機能ファシリティは、ともに完全なソフトウェアパッケージを形成することができる。これらの機能ファシリティは、代替実施形態では、例えば胎児心臓分析ファシリティのようなソフトウェアプログラムアプリケーションとして、ソフトウェアプログラムアプリケーションを実装するために、他の無関係な機能ファシリティおよび／またはプロセスと相互作用するように適合させることができる。
【0087】
[0099]本明細書では、１つまたは複数のタスクを遂行するためのいくつかの例示的な機能ファシリティについて説明した。しかしながら、記載された機能ファシリティおよびタスクの分割は、本明細書に記載される例示的な技術を実装することができる機能ファシリティのタイプの単なる例示であり、実施形態は、特定の数、分割、または機能ファシリティのタイプで実装されることに限定されないことを諒解されたい。いくつかの実装形態では、すべての機能が単一の機能ファシリティに実装されることがある。また、いくつかの実装形態では、本明細書に記載される機能ファシリティのいくつかは、他のものと一緒に、または他のものとは別に（すなわち、単一ユニットとして、または別個のユニットとして）実装されてもよく、あるいはこれらの機能ファシリティのいくつかは実装されなくてもよいことを諒解されたい。
【0088】
[0100]本明細書で記載される技法を実装するコンピュータ実行可能命令（１つまたは複数の機能ファシリティとして、または任意の他の方法で実装される場合）は、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体上に符号化されて、機能を媒体に提供することができる。コンピュータ可読媒体としては、ハードディスクドライブなどの磁気媒体、コンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）などの光学媒体、永続的または非永続的なソリッドステートメモリ（例えば、フラッシュメモリ、磁気ＲＡＭなど）、または任意の他の適切な記憶媒体が挙げられる。このようなコンピュータ可読媒体は、以下に説明する図９のコンピュータ可読記憶媒体９０６として（すなわち、コンピューティングデバイス９００の一部として）、またはスタンドアロンの別個の記憶媒体としてを含めて、任意の適切な方法で実装され得る。本明細書で使用される場合、「コンピュータ可読媒体」（「コンピュータ可読記憶媒体」とも呼ばれる）は、有形の記憶媒体を指す。有形の記憶媒体は非一時的なもので、少なくとも１つの物理的、構造的な構成要素を有する。本明細書で使用される場合、「コンピュータ可読媒体」において、少なくとも１つの物理的、構造的な構成要素は、情報が埋め込まれた媒体を作成するプロセス、そこに情報を記録するプロセス、または情報を有する媒体を符号化する任意の他のプロセスの間、何らかの方法で改変され得る少なくとも１つの物理的性質を有する。例えば、コンピュータ可読媒体の物理的構造の一部の磁化状態は、記録プロセス中に改変される可能性がある。
【0089】
[0101]技法がコンピュータ実行可能命令として具体化され得る、すべてではないがいくつかの実装形態において、これらの命令は、図９の例示的なコンピュータシステムを含む、任意の適切なコンピュータシステムにおいて動作する１つもしくは複数の適切なコンピューティングデバイス上で実行され得るか、または１つもしくは複数のコンピューティングデバイス（または１つもしくは複数のコンピューティングデバイスの１つもしくは複数のプロセッサ）は、コンピュータ実行可能命令を実行するようにプログラムされ得る。コンピューティングデバイスまたはプロセッサは、命令が、データストア（例えば、オンチップキャッシュまたは命令レジスタ、バスを介してアクセス可能なコンピュータ可読記憶媒体、１つまたは複数のネットワークを介してアクセス可能で、デバイス／プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ可読記憶媒体など）などに、コンピューティングデバイスまたはプロセッサからアクセス可能な方法で記憶されている場合に、命令を実行するようにプログラムされ得る。これらのコンピュータ実行可能命令を含む機能ファシリティは、単一の多目的プログラマブルデジタルコンピューティングデバイス、処理能力を共有して本明細書に記載される技法を共同で遂行する２つ以上の多目的コンピューティングデバイスの協調システム、本明細書に記載される技法を実行する専用の単一のコンピューティングデバイスもしくはコンピューティングデバイスの協調システム（ともに配置されるか、地理的に分散される）、本明細書に記載される技法を遂行するための１つもしくは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または任意の他の適切なシステムと統合され、その動作を指示することができる。
【0090】
[0102]図９は、本明細書に記載される技法を実装するシステムにおいて使用され得るコンピューティングデバイス９００の形態におけるコンピューティングデバイスの１つの例示的な実装形態を示すが、他の実装形態も可能である。図９は、コンピューティングシステムが本明細書に記載の原理に従ってクエンチ検出システムおよび／またはクエンチ軽減システムとして動作するために必要な構成要素の描写でもなく、包括的な描写でもないことを意図されることを諒解されたい。
【0091】
[0103]コンピューティングデバイス９００は、少なくとも１つのプロセッサ９０２、ネットワークアダプタ９０４、およびコンピュータ可読記憶媒体９０６を含むことができる。コンピューティングデバイス９００は、例えば、デスクトップまたはラップトップのパーソナルコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマート携帯電話、または任意の他の適切なコンピューティングデバイスとすることができる。ネットワークアダプタ９０４は、コンピューティングデバイス９００が、任意の適切なコンピューティングネットワークを介して、他の任意の適切なコンピューティングデバイスと有線および／または無線で通信することを可能にする、任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアであり得る。コンピューティングネットワークは、無線アクセスポイント、スイッチ、ルータ、ゲートウェイ、および／または他のネットワーク機器、ならびにインターネットを含め、２つ以上のコンピュータ間でデータを交換するための任意の適切な有線および／または無線の通信媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体９０６は、プロセッサ９０２によって処理されるデータおよび／または実行される命令を記憶するように適合させることができる。プロセッサ９０２は、データの処理および命令の実行を可能にする。データおよび命令は、コンピュータ可読記憶媒体９０６に記憶することができる。
【0092】
[0104]コンピュータ可読記憶媒体９０６に記憶されたデータおよび命令は、本明細書に記載される原理に従って動作する技法を実装するコンピュータ実行可能命令を含むことができる。図９の例では、コンピュータ可読記憶媒体９０６は、上述のように、様々なファシリティを実装し、様々な情報を記憶するコンピュータ実行可能命令を記憶する。コンピュータ可読記憶媒体９０６は、光ファイバ温度計測データからクエンチ現象を示す情報を導出するように構成されたクエンチ検出ファシリティ９０８、および／または、クエンチ現象が検出された場合に超伝導性材料から蓄積エネルギーを除去させるように構成されたクエンチ軽減ファシリティ９１０を記憶することができる。
【0093】
[0105]図９には図示されていないが、コンピューティングデバイスは、さらに、入力および出力デバイスを含む、１つまたは複数の構成要素および周辺機器を有することができる。これらのデバイスは、とりわけユーザインターフェースを提示するために使用することができる。ユーザインターフェースを提供するために使用できる出力デバイスの例としては、出力の視覚的な提示用のプリンタまたはディスプレイスクリーン、および出力の聴覚的な提示用のスピーカまたはその他のサウンド生成デバイスが挙げられる。ユーザインターフェース用に使用できる入力デバイスの例としては、キーボード、およびマウス、タッチパッド、デジタイズタブレットなどのポインティングデバイスが挙げられる。別の例として、コンピューティングデバイスは、音声認識または他の可聴フォーマットで入力情報を受け取ることができる。
【0094】
[0106]このように、本技術の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したが、当業者には様々な変更、修正、および改良が容易に生じることが理解されよう。
【0095】
[0107]本明細書で記載される技術の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または前述で説明した実施形態に具体的に記載されていない様々な配置構成で使用することができ、したがって、前述した説明で規定したまたは図面に図示した構成要素の詳細および配置構成への適用において限定されるものではない。例えば、一実施形態に記載された態様は、他の実施形態に記載された態様と任意の方法で組み合わせることができる。
【0096】
[0108]請求項要素を修飾する、請求項における「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第３の（ｔｈｉｒｄ）」などの序数詞の使用は、それ自体、優先順位、先行順位、またはある請求項要素の他の請求項要素に対する順序、または方法の行為が実行される時間的順序を意味するものではなく、請求項要素を区別するために、ある名称を有する１つの請求項要素を、同じ名称を有する（ただし序数詞を使用する）別の要素から区別するためのラベルとして使用されるにすぎない。
【0097】
[0109]また、本明細書で使用される語句および用語は、説明のためのものであり、限定的なものとみなされるべきではない。本明細書において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む、備える、（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「関与する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、およびそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその均等物、ならびに追加的な項目を包含することを意味する。
【0098】
[0110]用語「約、ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」は、いくつかの実施形態では目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±５％以内、いくつかの実施形態では目標値の±２％以内を意味するために使用され得る。用語「約、ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」は、目標値を含む場合がある。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】