天游线路检测中心 世界上第一个成功的两年持续电流运行无电阻高温超导接合
发布日期：2021/10/04
日本超导技术有限公司
日本共振株式会社
日本科学技术振兴机构
超导现象，即冷却到极低温度的材料的电阻变为零，正在应用于低能量损失的输电线和线性电机。 ``持续电流[1]''是在没有外部电流供给的情况下，电流持续流过处于超导状态的线圈的现象，利用由此产生的强磁场核磁共振（NMR）装置[2]当NMR装置使用外部电源向超导线圈提供电流后，线圈与电源断开并且电路闭合，从而转变为持续电流操作。此时，不仅线圈部分的超导线，而且开关等关节部分也必须处于超导状态。超导结[3]''技术至关重要。近年来，与在液氦温度（-269℃）下实现超导的“低温超导”相比，在液氮温度（-196℃）下也能实现超导的“高温超导”的广泛实用化的需求日益增长。其中，高温超导线材在冷却至液氦温度时可以产生比低温超导线材高得多的磁场，因此有望实现利用高温超导线材超导键合（高温超导键合）的下一代超高磁场核磁共振装置。然而，高温超导线材[4]脆性大且难以处理，因此高温超导键合在技术上有一定难度。
RIKEN（理化学研究所） 生物系统动力学研究中心功能性超高场磁体技术研究室组长柳泽芳典、结构核磁共振技术研究室组长山崎俊夫、日本电子株式会社合并子公司日本超导技术有限公司董事/CTO。2018年，一项联合研究RESONANCE 组长 Kenichi Hachiya 和日本科学技术振兴机构项目经理 Hideaki Maeda 领导的研究小组成功开发出世界上第一台实现高温超导结的核磁共振装置注意)当我们在两天内观察该核磁共振设备的磁场变化时，我们发现，理论上，如果线圈保持冷却，它可以在没有外部电源的情况下持续产生磁场10万年，满足核磁共振设备通常要求的标准。然而，目前尚不清楚构成高温超导线的脆性氧化铜在原子水平上连接的接头是否可以长时间保持持续电流。
本次联合攻关组人数为400人兆赫 (MHz)[5]磁场中持续运行持续电流经过大约两年的时间和持续精确测量磁场，我们首次证明高温超导结可以长时间保持稳定的持续电流。随着时间的推移，每小时磁场的变化率不断降低，从2018年每小时十亿分之一的水平下降到第二年每小时三百亿分之一。这表明即使不提供电流，磁场也会持续产生300万年。
NMR 设备必须保持稳定的持续电流超过 10 年，但到目前为止，配备高温超导结的 NMR 设备只能在持续电流下运行几天。这一成果逐年成功地保持了持续电流，可以说是配备高温超导结的核磁共振设备走向实际应用的重要成果。
此外，在使用液氦冷却装置并实现高温超导结的超高磁场核磁共振装置中，与持续从直流电源提供电流的传统方法相比，液氦的蒸发减少了一个数量级以上。进一步的技术进步将使未来能够开发出不使用稀有且昂贵的液氦的紧凑且高度通用的核磁共振设备。这些允许进行药物测试定量核磁共振[6]参与阿尔茨海默病的发作β淀粉样肽[7]的结构可以在超微量样品中获得。联合研究小组将利用这一成果获得目前世界上最高的磁场，12千兆赫 GHz[5]（282特斯拉）的13GHz（305特斯拉）超高磁场核磁共振装置。
此结果发表在科学杂志'超导科学与技术''（日期为 9 月 17 日）。
注意)2018 年 11 月 2 日新闻稿“高温超导线材超导结的持续电流核磁共振”
图：配备高温超导结的核磁共振装置（左）和持续电流运行两年期间磁场的变化（右）
通过记录NMR信号的峰值来精确测量磁场值。我们还证明了蛋白质的核磁共振测量是可能的。
联合研究小组
理化学研究所
- 生物功能科学研究中心
- 功能性超高场磁体技术研究单位
单位领导柳泽吉典
朴仁正工程师
基础科学特别研究员末富裕 - 结构核磁共振技术研究室
单位负责人山崎俊雄
- 功能性超高场磁体技术研究单位
- 生命科学技术研究中心（研究时）
实习生（研究时）Takeshi Ueno（上智大学研究生院理工学研究科、理工学系、电气电子工学系、硕士课程（研究时））
研修生（研究时）山岸风间（上智大学研究生院理工学研究科理工学系、电气电子工学系硕士课程（研究时））
住友电工株式会社电力系统研究开发中心下一代超导开发办公室
长石龙兴长
会长大木光太郎
首席审查员山口隆
国立材料科学研究所功能材料研究中心
特别任务研究员/副主任北口仁
日本超导技术有限公司
总监/首席技术官齐藤和义
滨田卫同志
主管吉川正俊
导师（研究时）三好泰之
JEOL RESONANCE Co, Ltd 技术部开发组 1 组
领袖八谷健一
东京工业大学生命科学技术学院
石井芳孝教授
（RIKEN 生物系统动力学研究中心高级 NMR 开发和应用研究团队组长）
日本科学技术振兴机构未来社会创造项目大型项目类型
项目经理前田秀明
（RIKEN 生物系统动力学研究中心客座首席研究员）
上智大学理工学研究科、理工学系、电气电子工学系
高尾智明教授
研究支持
这项研究主要得到了日本科学技术振兴机构 (JST) 未来社会创建项目的支持，该项目是一项大规模项目型高温超导线材接合技术，可创新性地减少能量损失，“高温超导线材接合技术在超高磁场核磁共振和铁路馈线中的社会实施（研究代表：前田英明）”(JPMJMI17A2)。此外，这项工作的一部分得到了日本学术振兴会（JSPS）科学研究资助金（19J11812）“用于实现13GHz NMR装置的高温超导磁体保护技术的构建（研究代表：Tasuku Suetomi）”
论文信息
- 标题
开发在高温超导体之间具有超导接头的持久模式核磁共振磁体 - 作者姓名
Y Yanagisawa、R Piao、Y Suetomi、T Yamazaki、K Yamagishi、T Ueno、T Takao、K Ohki、T Yamaguchi、T Nagaishi、H Kitaguchi、Y Miyoshi、M Yoshikawa、M Hamada、K Saito、K Hachitani、Y Ishii 和 H Maeda - 杂志
超导科学与技术 - DOI
101088/1361-6668/ac2120
补充说明
- [1]持续电流
如果让电流流过完全由超导体制成的线圈，由于没有电阻，电流将继续半永久地流动。这种现象称为持续电流。 - [2]核磁共振（NMR）装置
一种利用置于磁场中的原子核的核自旋共振现象来分析材料的分子结构和物理性质的装置。由于可以获得分子相互作用等信息，因此被广泛应用于生命科学、医学、化学、食品、材料特性等领域。核磁共振是NuclearM磁性R共振的缩写。这种共振现象也用于磁共振成像（MRI）机器。 NMR 设备要求施加到待测样品的磁场强度在样品内稳定且均匀。 - [3] 超导结
一种允许电流在零电阻的超导线材接头（接合处）流动的技术。使用氧化物材料进行高温超导线材的超导接合非常困难，并且长期以来被认为是不可能的，但近年来技术的发展使其成为可能。此次，住友电工等开发的iGS®（中间生长超导）键合（一种通过在接头处生长超导微晶来连接导线的技术）。 - [4]高温超导线材
77231_77425®)。 - [5] 兆赫 (MHz)、千兆赫 (GHz)
赫兹是频率单位，指核磁共振现象中的共振频率。谐振频率与磁场强度成正比；例如，在 235 特斯拉磁场中，氢原子核以 100 MHz 的频率共振。在 NMR 设备中，磁场强度通常以兆赫 (=1,000,000Hz) 表示，但随着近年来磁场的增加，频率为 1,000MHz 或更高的设备也经常使用千兆赫 (GHz)。 - [6]定量核磁共振
也称为qNMR，是一种利用NMR的特性来测量物质中所含氢核数量的定量方法。近年来，它作为一种适用于难以获得标准产品的物质（例如药品、草药和食品）的定量方法而迅速流行。 - [7] β淀粉样肽
通过蛋白酶裂解β淀粉样蛋白前体蛋白产生的生理肽。由于它被发现是阿尔茨海默病中淀粉样斑块的组成部分，因此过度积累被认为是阿尔茨海默病发病的诱因。 Aβ根据氨基酸长度进行分类，已鉴定出Aβ1-40和Aβ1-42，其中Aβ1-42被分析为具有最高的神经毒性。
演讲者/机构联系人
*请联系演讲者了解研究内容。
演示者
- 理化学研究所
生物科学研究中心功能性超高磁场技术研究室
单位领导柳泽吉典 - 日本超导技术有限公司
总监/首席技术官齐藤和义 - 日本共振有限公司
技术部开发组第一组
领袖八谷健一 - 日本科学技术振兴机构
未来社会创造工程大型项目类型
项目经理前田秀明
关于 JST 业务
- 日本科学技术振兴机构
未来创造研究开发推进部 庄司真理子
电话：03-6272-4004 传真：03-6268-9412
电子邮件：kaikaku_mirai[at]jstgojp
机构柜台
- RIKEN 公共关系办公室新闻办公室
电子邮件：ex-press[at]rikenjp - 日本超导技术有限公司
电话：078-992-5720 传真：078-992-5721
电子邮件：saitokazuyoshi[at]kobelcocom - JEOL 有限公司管理战略办公室企业传播办公室公共关系/品牌组
电话：042-542-2106传真：042-546-9732
电子邮件：ir[at]jeolcojp - 日本科学技术振兴机构公关部
电话：03-5214-8404 传真：03-5214-8432
电子邮件：jstkoho[at]jstgojp
*请将上面的[at]替换为@。
相关链接
- 新闻稿（2018/11/02 公布）
高温超导线超导结的持续电流核磁共振−对核磁共振传播的主要贡献− - 产品信息
核磁共振 (NMR)
