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超電導の応用最新技術
Advanced Technology of Applied Superconductivity
[コードNo.2008T623]

■監修/ 塚本修巳(横浜国立大学 特任教授、名誉教授;上智大学 客員教授)
■体裁/ B5判 310ページ
■発行/ 2008年 5月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 70,200円(税込価格)

超電導が切り拓く:さらなる豊かな社会!
超電導応用技術の最新研究成果を徹底解説!
超電導現象、材料、線材など基礎技術からエネルギー・電力、医療・診断など各分野の応用技術までを幅広く収録!!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行にあたって
 超電導技術は、国として重点的に推進すべき技術分野として選定されているエネルギー・電力分野、産業・輸送分野、診断・医療分野、通信・情報分野すべてに関わっており、重要基幹技術である。最近、わが国をはじめ世界各国で高温超電導線材技術および、超電導エレクトロニクス素子技術の著しい進歩があって、超電導技術の実用化の展望が見通せるようになってきた。このような背景の下、経済産業省は超電導技術の効率的な推進を容易にするために超電導分野の技術戦略マップを2007年に発表した。超電導技術は急速な進展が続いていることを考慮し、現在もマップの更新を続けている。世界的にもロードマップを作り超電導技術の開発を戦略的に進めて行こうとする動きが具体化してきている。
 本レポートでは、まず、超電導応用技術の理解のために、超電導に関する基礎技術として、超電導現象の解説から、材料、線材、エレクトロニクス、さらに超電導応用の必須な周辺技術としての冷凍技術の解説がしてある。次に、応用技術に関して、上記重点4分野における各種機器開発の現状、動向を世界の状況も含め解説してある。
 以上、本レポートは超電導応用技術全般を系統的に網羅してあって、各項目はそれぞれの分野の第一線の研究者、技術者により執筆されており、超電導技術の現状を的確に報告したものであると考えている。
(「はじめに」より抜粋)
2008年5月 塚本修巳

監修
塚本修巳横浜国立大学 特任教授、名誉教授;上智大学 客員教授

編集協力
堀上徹(社)低温工学協会 副会長
蓮尾信也(財)国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所 特別研究員

執筆者一覧
塚本修巳横浜国立大学 特任教授、名誉教授;上智大学 客員教授
下山淳一東京大学 大学院工学系研究科 応用化学専攻 准教授
堀井滋東京大学 大学院工学系研究科 応用化学専攻 助教
山田穣(財)国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所 名古屋高温超電導線材開発センター センター長
戸叶一正(独)物質・材料研究機構 超伝導材料センター 特別研究員
成木紳也(財)国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所 主任研究員;東京理科大学 客員教授
田辺圭一(財)国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所 デバイス研究開発部 部長
栗山透(株)東芝 電力・社会システム技術開発センター 電機応用システム開発部 部長
仁田旦三(財)電力中央研究所 研究顧問;明星大学 理工学部 電気電子システム工学科 客員教授
林秀美九州電力(株) 総合研究所 電力貯蔵技術グループ グループ長
長屋重夫中部電力(株) 電力技術研究所 超電導グループ長
腰塚直己(財)国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所・材料物性研究部(非常勤) 主管研究員
佐藤謙一住友電気工業(株) 材料技術研究開発本部 支配人・フェロー
矢澤孝(株)東芝 電力・社会システム技術開発センター 計測・検査技術開発部 超電導応用技術開発担当 主査
小泉徳潔(独)日本原子力研究開発機構 ITER超伝導磁石開発グループ 研究主幹
和泉充東京海洋大学 海洋工学部 海洋科学技術研究科 教授
後藤康之東海旅客鉄道(株) 東海道新幹線21世紀対策本部 担当課長
西嶋茂宏大阪大学大学院 工学研究科 環境・エネルギー工学専攻 教授
杉本博東芝メディカルシステムズ(株) MRI開発部 主幹
林征治ジャパン スーパーコンダクタテクノロジー(株) 取締役、CTO
土屋清澄高エネルギー加速器研究機構 超伝導低温工学センター 教授
塚田啓二岡山大学 大学院自然科学研究科 教授
田中三郎豊橋技術科学大学 工学部 教授
東海林彰(独)産業技術総合研究所 エレクトロニクス研究部門 超伝導計測デバイスグループリーダー
野口卓自然科学研究機構 国立天文台 准教授
山中一典(株)富士通研究所 新材料研究部 主任研究員;富士通(株) モバイルシステム事業本部 開発技術統括部長付
藤巻朗名古屋大学 大学院工学研究科 量子工学専攻 教授
日高睦夫(財)国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所 低温デバイス開発室 室長
蓮尾信也(財)国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所 特別研究員

構成および内容
【基礎編】

第1章総論(塚本修巳)
1序言
2応用のための基礎技術
2.1超電導コイル技術
2.1.1コイルの安定化
2.1.2クエンチ保護
2.2交流損失
3超電導技術戦略マップ
第2章超電導現象(下山淳一、堀井滋)
1はじめに
2超電導現象の特徴(ゼロ抵抗、永久電流、完全反磁性、ジョセフソン効果)
3超電導を示す物質
4超電導発現機構
5第一種超電導、第二種超電導
6超電導状態の限界
6.1熱力学視点から見た超電導状態
6.2臨界温度
6.3臨界磁場
7磁束ピンニング
8上部臨界磁場、不可逆磁場と磁気相図
9ジョセフソン効果
10超電導材料特性に重要な性質
第3章超伝導材料(山田穣)
1はじめに
2金属系超伝導材料―単体元素から合金、金属間化合物へ
2.1合金超伝導体
2.2A15型金属間化合物超伝導体
2.3MgB2超伝導体
3高温超伝導体
3.1Y系超伝導体
3.2Bi系超伝導体
4おわりに
第4章超電導線材の開発(戸叶一正)
1はじめに
2金属系超電導線材
2.1Nb-Ti線材
2.2Nb3Sn線材
2.3Nb3Al線材
2.4MgB2線材
3酸化物系高温超電導線材
3.1ビスマス系線材
3.1.1Bi-2212
3.1.2Bi-2223
3.2イットリウム系線材
4おわりに
第5章バルク超電導材料の開発(成木紳也)
1はじめに
2RE-Ba-Cu-O系バルク超電導材料の作製方法
3バルク超電導材料におけるピンニングセンターと臨界電流密度
3.1RE211等の非超電導相の導入と微細化
3.2置換領域
4バルク超電導材料の捕捉磁場
4.1Y系およびDy系材料
4.2軽希土類元素系材料
4.3中性子照射材料
4.4液体窒素温度以下の低温における捕捉磁場
5バルク超電導材料の強化方法
5.1Ag添加
5.2金属リングによる外部補強
5.3樹脂含浸
6バルク超電導材料の着磁方法
7おわりに
第6章デバイス用超電導材の開発(田辺圭一)
1はじめに
2デバイス用薄膜作製技術
2.1金属系低温超電導薄膜
2.2酸化物系高温超電導薄膜
2.3硼化マグネシウム(MgB2)薄膜
3ジョセフソン接合作製技術
3.1低温超電導接合
3.2高温超電導接合
4集積回路作製技術
5おわりに
第7章クライオクーラ(栗山透)
1はじめに
2クライオクーラの効率
3クライオクーラの種類
3.1概要
3.2クライオクーラとそのサイクル
3.2.1スターリング冷凍機
3.2.2Gifford-McMahon冷凍機(GM冷凍機)
3.2.3パルスチューブ冷凍機
3.2.4GM/JT冷凍機
4クライオクーラの利用
【エネルギー・電力分野応用編】

第8章超電導発電機(仁田旦三)
1はじめに
2構造と特徴
2.1単極直流発電機
2.1.1構造
2.1.2特徴
2.2同期発電機
2.2.1構造
2.2.2特徴
2.3バルク超電導体発電機
2.3.1構造
2.3.2特徴
3開発状況
3.1直流単極発電機
3.2同期発電機
3.3バルク超電導体発電機
第9章超電導変圧器(林秀美)
1はじめに
2Bi系変圧器技術の開発
3Y系変圧器技術の開発
3.1交流損失低減技術の開発
3.2高耐電圧化技術の開発
3.3Y系変圧器の設計検討
4鉄道車両用の超電導主変圧器
5海外の超電導変圧器
6まとめ
第10章電力貯蔵
1SMES(長屋重夫)
1.1SMESの基本構造
1.1.1SMESについて
1.1.2基本原理
1.1.3基本構成
1.1.4SMESにおける開発項目
1.2開発の現状
1.2.1国内外の開発の現状
1.2.2系統制御用SMES
1.2.3瞬低補償用SMES
1.2.4酸化物超電導SMESの開発
2フライホイール(腰塚直己)
2.1はじめに
2.2内外の開発状況
2.3NEDOプロジェクト
2.3.1超電導軸受要素技術開発
2.3.2超電導軸受応用技術開発
2.3.3今後の課題
2.4おわりに
第11章超電導ケーブル(佐藤謙一)
1はじめに
2超電導ケーブル用の高温超電導線材の現状
3高温超電導ケーブル要素技術の開発
3.1フレキシブル導体
3.23相ケーブルの開発と評価結果
3.3長尺導体と交流損失評価結果
3.430mケーブルプロトタイプと課通電特性
3.5過負荷電流特性
4高温超電導ケーブルシステムの開発と実証試験
4.1世界の開発状況
4.2ALBANYプロジェクト
4.2.1システム概要
4.2.2超電導導体と超電導シールド
4.2.3事故電流設計(短絡電流対応)
4.2.4電気絶縁
4.2.5熱絶縁と張力対策
4.2.6ケーブル製造・出荷・布設
4.2.7中間接続部(ジョイント)および端末組立
4.2.8冷却システムとケーブル竣工試験結果
5おわりに
第12章限流器(矢澤孝)
1はじめに
2限流器とは
2.1限流器の機能
2.2限流器の適用
2.3限流器の原理
2.3.1抵抗発生型
2.3.2磁気遮蔽型
2.3.3整流器型
2.3.4可飽和リアクトル型
2.3.5LC共振型
2.3.6三巻線リアクトル型
3特性と課題
3.1超電導限流器の特長
3.2実用化に向けての課題
3.2.1技術面の課題
3.2.2規格について
4内外の開発例
5まとめ
第13章核融合(小泉徳潔)
1核融合と超電導
2ITER超電導コイルとモデル・コイル計画
3核融合炉用超電導導体
3.1核融合炉用CICCの構造
3.2パルス磁場性能
3.3歪特性と臨界電流性能
3.4ITER用導体
3.5次世代核融合炉用導体
4核融合炉用超電導コイル
4.1ITER超電導コイルの構造
4.2モデル・コイル試験
4.3TFコイル製作技術
5まとめ
【産業・輸送分野応用編】

第14章超電導モータ(和泉充)
1はじめに
2電気推進船と超電導電動機
3超電導電動機を実用化させるための要素技術
4おわりに
第15章超電導リニアの開発動向(後藤康之)
1はじめに
2山梨リニア実験線での走行試験概要
2.1平成9年度〜平成11年度
2.1.1基本走行試験
2.1.2総合機能確認試験
2.2平成12年度〜平成16年度
2.2.1信頼性確認試験
2.2.2コスト低減の技術開発
2.2.3車両の空力特性の改善
2.2.4連続走行試験、最高速度向上試験、高速すれ違い試験
2.3平成17年度〜
2.3.1更なる長期耐久性の検証
2.3.2高温超電導磁石を搭載した走行試験
3おわりに
第16章磁気分離(西嶋茂宏)
1はじめに
2粉体からの微粒子の分離
3製紙工場からの廃水処理
4おわりに
【診断・医療分野応用編】

第17章MRI(杉本博)
1はじめに
2MRIの原理
33つの磁場から構成されるMRI
4静磁場と超電導磁石
4.1超電導磁石開発の経緯
4.2超電導磁石の構成と仕様
5傾斜磁場
6高周波磁場
7臨床応用技術
7.1「形を見る」形態診断の適用範囲の拡大
7.2「動きを見る」血流等の計測
7.3「生理機能を見る」生化学情報の画像化
8今後の展開
第18章NMR(林征治)
1はじめに
2NMR分光計の構成
3NMR用超電導マグネットの構造
4NMR用超電導マグネットの性能要件
4.1磁場均一度
4.2磁場安定度
4.3漏洩磁場
4.4冷媒消費量
5技術動向、新たな試み
5.1高磁場化
5.2ゼロボイルオフ化・無冷媒化
6まとめ
第19章加速器(土屋清澄)
1はじめに
2LHC計画
2.1LHC加速器用超伝導磁石
2.1.12極磁石
2.1.24極磁石
2.1.3超伝導線材
2.1.4LHCアップグレード用超伝導磁石の開発
2.2検出器用超伝導磁石
2.2.1ATLAS超伝導磁石
2.2.2CMS超伝導磁石
3高エネルギー加速器研究機構(KEK) における超伝導磁石
3.1KEKBの衝突点超伝導磁石
3.2ニュートリノビームライン用超伝導磁石
4ILCの概要
5おわりに
第20章SQUID応用(塚田啓二、田中三郎)
1はじめに
2動作原理
3LTS-SQUIDとHTS-SQUID
4感度、応用分野
5食品内異物検出の状況
6超伝導磁気センサ式異物検出装置の原理
7超伝導磁気センサ式異物検出装置の開発
8医療応用
9おわりに
【情報・通信分野応用編】

第21章電圧標準(東海林彰)
1はじめに
2Nb/AlOx/Nb-JJアレーを用いた電圧標準
3プログラマブル・ジョセフソン電圧標準
4おわりに
第22章電磁波検出器(野口卓)
1はじめに
2低雑音受信機の必要性
3SISミキサを用いた低雑音受信機
3.1Nb/AlOx/Nb SIS接合
3.2SISミキサ
3.3同調回路
3.4SIS受信機の性能
4THz帯SISミキサ
5おわりに
第23章超伝導フィルタ(山中一典)
1はじめに
2HTSと高周波特性
3HTSフィルタ
4応用と研究開発の動向
第24章SFQ回路とその情報通信機器応用(藤巻朗、日高睦夫)
1SFQ回路とは
1.1SFQ回路の原理と構成
1.2SFQ回路の特長
2作製プロセス技術
3回路設計技術
4SFQ情報通信機器の例
4.1アナログ・デジタル変換回路
4.2高性能計算機
4.3ネットワークルータ用スイッチ
4.3.1SFQスイッチを用いたルータ高性能化と低消費電力化
第25章各国の開発動向
1電力機器開発の世界の動向(塚本修巳)
1.1電力システムの課題と超電導機器への期待
1.2超電導電力システム
1.3各国における超電導電力機器開発の位置づけと研究開発プロジェクト
1.3.1米国
1.3.2ヨーロッパ
1.3.3日本
1.3.4韓国および中国
1.4各超電導機器の開発動向
1.4.1電力ケーブル
1.4.2限流器
1.4.3変圧器
1.4.4SMES
1.4.5超電導フライホイールエネルギー蓄積装置(SFES)
1.4.6回転機
1.5まとめ
2エレクトロニクス(蓮尾信也)
2.1はじめに
2.2超電導エレクトロニクス用デバイスの種類
2.2.1受動デバイス
2.2.2能動デバイス
2.3各デバイスの開発動向
2.3.1超電導フィルタ
2.3.2SQUID
2.3.3電磁波検出器
2.3.4電圧標準
2.3.5デジタル回路
2.4おわりに

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