2011年、「超電導」（注）現象の発見から100周年を迎えました。レーザーや半導体など、20世紀に入ってから発明されて既に世の中に広く普及している技術が多くある一方で、夢の技術と謳われた超電導技術は、いまだ私たちの生活に浸透しているようには見えません。けれども周辺技術の進歩に加え、研究者・技術者らの努力により、着実に実用化に近づきつつあります。
超電導現象を利用した技術・機器の社会実装や、新たな活用を目指した研究に取り組んでいるのが、電気・情報生命工学科の石山敦士先生です。
（注）「超伝導」という用語を使うことが多いですが、本稿では「超電導」を用います。

超電導研究の道へ

私が大学生だった1970年代中頃、国鉄（現在のJR）がリニアモーターカー、電子技術総合研究所（電総研、現在の独立行政法人・産業総合研究所）が送電ケーブルなどの研究開発に着手しました。大きくて動く機械が好きだった私は、電力工学や電気機器工学を専門とする小貫天（おぬき・たかし）先生の研究室に入り、はじめは磁気浮上の勉強をしていました。そんなある日、研究室の先輩が、超電導線に電流を流しても電圧が発生しない、すなわち電気抵抗がゼロという超電導現象の実験を見せてくれたのです。その様子があまりにも感動的であったことから、テーマを超電導に変更して、そのまま40年近くその魅力にとりつかれたまま現在に至っています。電気や電力、コンピュータなどに関わる国の研究プロジェクトの推進役を務めていた電総研（当時は田無にあった）の超電導開発チームに学部の卒業研究のときから参加する機会を頂きました。最先端の研究の行われている現場での日々はとても刺激的で、研究者を目指す道を選ぶ上で充分な動機になりました。

実験とシミュレーション解析で最適設計を追及する

私たちは「特異で魅力的な超電導現象を、どのように工学的に応用するか？」をテーマとして研究しています。特に、超電導に必須の冷却技術やコンピュータを用いた数値解析が得意分野です。超電導を工学的に応用するためには、電磁気的・機械的・熱的振舞いを明らかにし、さまざまな不安定性を取り除く必要があります。実験とシミュレーション解析を組み合わせて、最適な設計を導き出すことを目標としています。

工学応用の一例として、送電ケーブルを紹介しましょう。現在の送電線では電気を使う場所に届けるまでに、約5％の電力が電線の電気抵抗により熱となって失われてしまいます。これを超電導ケーブルにすれば、送電ロスを大幅に低減できる可能性があります（超電導ケーブルは冷却するために電力が必要となりますが、それを考慮しても送電ロスを2分の1以下に低減できると言われています）。

私たちは超電導ケーブルを実用化するにあたり、瞬間的に過大な電流が流れる「短絡事故」に備えるためのケーブル構造の設計最適化を担当しています（図1、2）。超電導線の周囲に銅線を巻き、過剰な電流が流れた際に電流を迂回させてケーブルを保護するのですが、ケーブルの断面構成や回路構造、周囲の温度上昇による液体窒素の気化など、色々な条件を考慮して設計をする必要があります。そこで計算機シミュレータを作成して複雑な現象を予測できるようにしました。そして、開発したシミュレータを用いて設計したモデルケーブルを試作し、これに実際に"ドカン"と数十kAにも及ぶ大電流を流す短絡事故評価試験を行い、安全設計が行われたかどうかをチェックしています。このようなアプローチを通して、送電ケーブルの実用化に求められる信頼性を向上させていくのです。