高温超電導の本当のインパクトは、磁石を小さくする先にある

超電導は、条件が整うと電気抵抗がゼロになる現象だ。ただし磁石システム全体の消費電力がゼロになるわけではなく、冷却設備や電源などが必要になる。ITERではニオブ・スズやニオブ・チタンの超電導体を用い、およそ4ケルビンの領域まで冷却する。ITERの磁石解説

MITとCommonwealth Fusion Systemsは2021年9月、大型の高温超電導モデル磁石で約20テスラの磁場を実現した。MITが2024年3月に紹介した研究群では、その後の追加試験や分解調査も含めて設計・製造・計測を検証している。MITの研究紹介

第一は巻線と接合。長い線材を狙った形状に加工し、電流を流せる構造にする。第二は支持構造。強い磁場には大きな電磁力が伴うため、磁石を機械的に支えなくてはならない。第三は冷却と断熱。第四は異常検知と保護だ。超電導状態を失うクエンチなどの異常に対し、蓄えたエネルギーを安全に扱う仕組みが要る。

二つの磁石が同じ最大磁場を示していても、同じ用途に使えるとは限らない。狭い領域で強い磁場を出す試験と、装置に必要な空間を確保した磁石の試験では、設計上の意味が違う。使用温度、通電条件、磁場を発生させる空間、支持方法を合わせて見たい。数字が小さい方を劣った技術と判断する前に、その磁石が何をするためにつくられたのかを確かめる必要がある。

冷却設備は磁石に付け足す箱ではなく、運転条件を保つための一部として考えたい。冷えた状態で性能が出ることと、所定の手順で冷やし、運転し、止め、再び使えることは異なる確認項目になる。材料の比較だけでは見えない、設備としての立ち上げや停止の扱いがここにある。

線材の供給企業、巻線企業、冷却設備企業は、異なる完成品を納める。それでも、前工程の検査結果を後工程が利用できる形にするという課題は共通する。採用判断に使えるデータとは、良い数値だけでなく、どの試料を、どの条件で測ったかまで追えるデータだ。将来の価格や量産台数を推測する前に、顧客が必要とする証拠と、自社が提供できる証拠の差を把握したい。

編集部の着眼点は、最高磁場の記録に加えて、同じ性能を繰り返し製造できるかという点だ。試験の条件、冷却時間、保護機能、修理のしやすさが、設備としての使いやすさを左右する。小型化で省けるものがあっても、構造材や遮蔽、保守空間まで比例して小さくなるとは限らない。