ニオブチタン(Nb-Ti)合金管は、極低温超伝導ケーブルや超伝導コイルの製造における重要な母材です。その主な利点は、中程度の臨界温度(9.3K~10.3K)と高い変形耐性にあります。超伝導送電や高精度機器において重要な役割を果たしています。
ゼロ抵抗と低損失:液体ヘリウム温度域(約4.2K)または超伝導状態において、ニオブチタン超伝導体はゼロ抵抗を示し、大電流の無損失送電を可能にし、電力網の送電効率と容量を大幅に向上させます。支持材および被覆材: 超伝導ケーブルの製造では、Nb-Ti 合金の棒または線が高純度銅マトリックスに埋め込まれ、引き伸ばされることが多い。ニオブチタン管は、ケーブルの中心支持管または外側の保護被覆として機能し、内部の極低温流体 (液体ヘリウムまたは超臨界ヘリウムなど) の循環冷却に使用され、超伝導状態の安定性を確保する。超伝導電力ケーブル: 都市電力網のアップグレードで使用され、大容量、損失なし、非常にコンパクトな地下送電を実現する。高磁場磁石装置: 核磁気共鳴画像診断装置 (MRI)、粒子加速器、制御核融合装置で広く使用され、強力な磁場を提供する。高精度伝送: 量子コンピュータ内の極低温信号伝送ケーブルにも使用される。Nb-Ti 合金は、従来の超伝導特性に優れている。実用的な材料は通常、35%~55%のニオブ(例えば、47%のチタンを含む合金)を含有し、微量のタンタルまたはジルコニウムを添加することで、超伝導性能を向上させることができます。
超伝導MRIおよびNMR装置では、非常に安定した磁場を得るために、超伝導磁石の閉ループ動作が必要です。そのため、超伝導磁石内部のコイル間、およびコイルと超伝導スイッチ間の接続抵抗は極めて低くなければなりません。MRI装置では接続抵抗が10⁻¹¹Ω未満、NMR装置では10⁻¹⁴Ω未満であることが報告されています。従来の超音波溶接やレーザー溶接プロセスは、複雑性、不安定な性能、現場での操作の不便さといった問題があり、歩留まりが低いという課題を抱えています。ニオブチタン(NbTi)超伝導線接合部の製造方法は、既存技術のこれらの欠点を克服します。この方法は、シンプルな構造、容易な製造、安定した性能、そして低抵抗を実現します。
超伝導材料は、線が急激に常伝導状態に移行する箇所で低抵抗バイパスを確保するために、一般的な良導体で被覆または埋め込む必要があります。さらに、シースは磁力線のジャンプを防ぐ上で重要です。つまり、損失を最小限に抑え、安定性を向上させるためには、適切な基材を使用する必要があります。基材の選択は、相反する要求事項によって決まります。ウィルソンらの理論によれば、高導電性の基材を用いることでより細い線材を使用できますが、多芯ケーブルは密に螺旋状に撚り合わせる必要があります。ドイツ側は、NbTi超伝導合金の基材として高導電性の無酸素銅を選択した主な理由は、局所的な温度上昇によって超伝導状態に一時的な乱れが生じた際に、輸送電流を基材に伝達することでジュール熱を十分に低く抑えることができるためだと考えている。しかし、銅は優れた安定化特性を持つにもかかわらず、誘導電流を十分に抑制できていないと指摘する声もある。