SUPERCONDUCTIVITY COMMUNICATIONS, Vol.12, No.3, Jun. 2003
2. 古河電工、欧州合同原子核研究機構(CERN)より特別賞受賞
5月16日、古河電工はヨーロッパの素粒子物理学研究の中核をなす欧州合同原子核研究機構(CERN：European Organization for Nuclear Research、スイス・ジュネーブ)より、大型ハドロン衝突加速器(LHC：Large Hadron Collider)で使用される主超電導双極磁石アウターケーブル用Cu/NbTi複合多芯成形撚線製造における貢献(Outstanding performance in production for LHC) に対してのゴールデン・ハドロン賞を受賞した｡
今回の受賞の対象となった成形撚線は、直径0.825mmの素線36本を撚ると同時に幅15.1mm、中央厚さ1.48mmのくさび型断面形状に高密度に圧縮成形した平角撚線で、それぞれの素線は、直径6mmのNbTiフィラメント6,426本がそれぞれ1mmの間隔を有して螺旋状に無酸素銅に埋め込まれ、表面にSn-Agメッキが施されたものである。LHC加速リング全体で千数百台にも及ぶマグネットの均質性確保の観点から、寸法、Cu/NbTi面積比、Sn-Agメッキ厚さ、臨界電流(4.2Kと1.9K)、磁化幅等の特性、および原材料の組成について厳格な規格と範囲が設けられている。例えば素線Ic、Cu/NbTi面積比、磁化幅では、仕様値に加え、量産初期の5ビレットで得られた平均値(CL)に対するそれ以降の厳しい変動幅制限が設けられている。さらに特性一貫性の観点から、量産着手後は原則、工程条件を変更(改善も含む)してはならないという、今までに例を見ない高度な管理レベルで量産が行われている。
これほど厳格な量産となると、特性ばらつきの少ない加工熱処理条件の初期選定、線材メーカーとCERNの間の測定精度の合致、およびSPC(Statistical Process Control)手法活用による異常トレンドの早期検出が極めて重要となる。古河電工はこれらについて精力的に取組み、世界最高の電気的・機械的特性の均質性を達成した。例えば、素線Jcと銅比の変動係数(s/Avg.)はそれぞれ1.02%、0.78%と、極めて安定した値を維持している。一方、加工技術の面では、生産スピードに致命的な影響を及ぼす伸線加工中の素線断線について、QA(Quality Assurance)およびTPM(Total Productive Maintenance)手法に基づく改善を行い、断線頻度の低減(平均0.09回/km、一部無断線)に成功した。また成形撚線加工については、絶縁テープ損傷の原因となるシャープエッジ発生の問題を世界に先駆けて解決した。
上記の活動を通じ、古河電工はLHC建設プロジェクトにとってキーコンポーネントであるこの成形撚線(約100トン)を安定供給してきた。今回の受賞はこれらが評価されたものである。同社超電導製品部部長の目黒信一郎氏は、｢大変名誉ある賞を戴いた。本プロジェクトを通じて得た固有技術面・管理技術面での知見は大変貴重なものであり、今後更に発展させ、既存の製品やITER等の大型プロジェクトに展開していく｣とコメントしている。
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大型冷凍機を納入したIHIのインタビュー
2012年7月4日、回転機械セクターで開発を担当する吉永氏のもとに大きなニュースが飛び込んできた。「ヒッグス粒子と思われる物質が検出される」。翌日には、欧州合同原子核研究所（CERN）からお礼のメールが届いた。吉永氏は「うれしいというよりも、“やっとか”とホッとした」と述懐する。
※2013年3月14日にCERNはヒッグス粒子と断定。
万物に質量を与えるとされ、神の粒子とも呼ばれるヒッグス粒子は、大型ハドロン衝突型加速器（Large Hadron Collider：LHC）による陽子衝突実験で検出される。日本でも大きく報道されたので、記憶に残っている人も多いだろう。陽子衝突実験とはLHC（円周27キロメートルの環状トンネル）内で陽子を光速近くまで加速。陽子同士を衝突、分解させ、宇宙の始まりであるビッグバン直後に匹敵する高エネルギー状態を再現して、ヒッグス粒子を生成、その崩壊した時の特徴を調べるものだ。
陽子は、超電導磁石を使い加速させるのだが、磁石の温度が低いほど陽子を加速させることができる。超電導磁石の冷却機能を担うのが、コールドコンプレッサー、常温圧縮機、熱交換機などで構成される「極低温ヘリウム冷凍装置」だ。
時は、1998年にさかのぼる。吉永氏の上司がLHCに設置する「極低温ヘリウム冷凍装置」の構成機器の一つ「コールドコンプレッサー」のプロトタイプを納入・試験を行い、世界最高の圧縮効率を達成。スイスの大手エンジニアリング会社、リンデ社と「1.8Kヘリウム冷凍装置」4セットの共同受注に成功した。
2002年、当時33歳だった吉永氏は、上司の仕事を引き継ぎ、受注した4セットの初号機となるプレシリーズを納入・試験を行うため、スイスに長期出張していた。
「『1.8Kヘリウム冷凍装置』は、超電導磁石に供給される液体ヘリウムを1.8K（-271.35℃）まで冷却させるとともに、回収したヘリウムを再冷却する働きをします。IHIが担当する『コールドコンプレッサー』は、いわば装置の心臓部。『コールドコンプレッサー』が液体ヘリウム容器内の圧力を減圧することで沸点が下がる。つまり液体の温度を下げることができるのです。これは、水の沸点が大気圧では100℃でも、圧力が下がる山頂では低い温度、例えば90℃で沸騰するのと同じ原理です。CERNも、この部品がキーハードとなることを強く認識していました。苦労のかいあって、納入したプレシリーズはCERNの要求を上回る性能を達成することができました」
高効率の「コールドコンプレッサー」は、どのようにして実現したのだろうか。実現の鍵は二つある。「圧縮効率の高いインペラ（羽根）形状にすること」と「断熱対策を徹底的に行うこと」である。
「コールドコンプレッサー」は極低温で稼働することから、断熱対策が非常に重要だ。 「極低温のヘリウムを扱う関係上、常温部からの熱侵入は、圧縮機性能に大きな影響を与えます。常温部と低温部の温度差は約300℃。この温度差をわずか100ミリ程度の距離で遮断できる構造にする必要がありました」と説明する吉永氏。
そのため、軸の常温部と低温部の間を極薄い円筒状の金属で結び（筒の中は真空で熱が伝わらない）、熱伝導率が固体に比べて低いヘリウムガスを断熱材に使用するなど、熱の進入ルートを徹底的に遮断した。
また、低温・低圧・高負荷でスムーズな回転を実現する非接触式の磁気軸受も開発した。
「特に磁気軸受は、非接触式なのでどこも摩耗せず、メンテナンスフリーというメリットもありました。実際、設置して10年以上ですが、本体のメンテナンスは一度だけ。それもつい去年のことです」と吉永氏は誇らしげに語る。
試行錯誤を繰り返した日々の努力は、LHCプロジェクトに関わる企業のなかで、毎年、最も功績を挙げた企業に贈られる「ゴールデン・ハドロン賞 2003」の受賞という最高の形で結実した。
前述したように、「極低温ヘリウム冷凍装置」はスイスのリンデ社と共同受注したもので、国際コンソーシアムによって実現した。
「『極低温ヘリウム冷凍装置』には、我が社の『コールドコンプレッサー』をはじめとして、多くの技術と部位が必要です。これだけの装置を一社だけで作るのは難しいこともあり、同装置に数多くの実績を持つリンデ社と国際コンソーシアムを組むことになりました」
言語やバックグラウンドが違う人間の集まる国際コンソーシアムは、多くの困難が予想された。しかし、大きな問題は発生しなかったという。
「もちろん、コンソーシアムを組む会社間でのコミュニケーションで苦労をすることはありました。それに、CERNからの要求も高い。これまでに作ったことがないものを作るのですから、簡単ではないですよ」と吉永氏。しかし、困難を上回る関係者同士の深い絆があったという。
このプロジェクトに携わっている人間は、皆が根っからの技術者。よりいいものを、より精度が高いものを、より高品質のものを、お互いが目指すところは一致していた。コストも大事だが、理想を追い求める。そんな気持ちで、仕事に取り組んだ。
「一つ一つの過程が、途方もなく高い壁。毎日、『本当にできるのだろうか』と不安になるほど困難を極めた。しかし、皆が力を合わせれば、なんとかなる。チームで仕事を成し遂げる達成感には計り知れないものがあると分かって仕事に対する考えが一段深くなりました」
そんな吉永氏は、11年の歳月を経て、チームの責任者という存在になった。
優れた熱効率性能を持つIHIの「コールドコンプレッサー」を含む「ヘリウム冷凍技術」は、さまざまな分野で応用されている。その一例が、夢のエネルギーといわれる核融合による発電。大型核融合炉では、強力な磁場を得るため超電導磁石が用いられる。この超電導磁石を冷やすのが、「ヘリウム冷凍技術」だ。
吉永氏はCERNでの仕事の後、韓国で研究が進む核融合実験KSTAR（Korea Superconducting
Tokamak Advanced Research）プロジェクトにも参加。自らがCERNのプロジェクトに参加した時と同世代のメンバーも在籍していた。
「私にとってCERNでの仕事は、一人では成し得ないことをチームプレーで成し遂げたかけがえのない経験。同じように、今の若いメンバーにもそういった経験をしてもらいたいし、KSTARの仕事で得た体験を下の世代に経験させてほしい。その時に、必ず伝えてほしいのは“理想を追い求める”こと。もちろん、コストは大事です。でも、コストは上の立場の人が見てくれます。私はCERNで、技術を突き詰めた。きっと、お金のことは、当時の上司が考えてくれていたのでしょうね。だから今は、私がお金のことを考えています。その分、若いメンバーにはとにかく技術を追求してほしいですね」
吉永氏は、コールドコンプレッサーの前任者を先代、自らを三代目と呼ぶ。もちろん、四代目のことも考えている。その姿は、まるで職人のようだ。ヒッグス粒子発見という世界的偉業、夢のエネルギーである核融合発電への挑戦、人類の未来に直結する仕事を、技術屋としての矜恃が支えている。
