CN110534285B - 超导磁体装置的运转方法及超导磁体装置 - Google Patents

超导磁体装置的运转方法及超导磁体装置 Download PDF

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Abstract

超导磁体装置(1)的运转方法包含下述步骤：使用冷却部(5)将超导线圈(2)冷却至小于或等于临界温度而使其转变为超导；从励磁电源(4)向已转变为超导的超导线圈(2)供给电流；停止电流的供给而开始永久电流模式；使超导线圈(2)成为小于或等于临界温度且高于稳定运转温度的特定温度；以及在使超导线圈(2)的磁场(C)稳定的特定条件成立后，将超导线圈(2)冷却至小于或等于稳定运转温度而开始稳定运转。

Description

超导磁体装置的运转方法及超导磁体装置
技术领域
本发明的实施方式涉及超导磁体装置的运转方法及超导磁体装置。
背景技术
当前，已知使用了超导磁体装置的技术。例如，将超导磁体装置用于像磁共振成像诊断装置一样要求无误差的高磁场的领域。作为这样的技术，存在国际公开第2016/093085号(下面称作专利文献1)。
发明内容
发明要解决的课题
在超导线圈的中心磁场中包含有基于在超导线圈的内部产生的涡电流的噪声磁场。该中心磁场的表面上的值是包含了噪声磁场的值。在这里，如果冷却机由于停电等现象而暂时地停止则超导线圈升温，噪声磁场的状态变化。例如，由于升温使涡电流消失从而噪声磁场也消失。即，如果冷却机暂时地停止则中心磁场的值会改变。在要求超高精度的中心磁场的场景中，要求该中心磁场的值稳定而不变化。
本发明的实施方式是考虑到这样的情况而提出的，其目的在于提供能够使磁场稳定的超导磁体装置的运转技术。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式涉及的超导磁体装置的运转方法包含下述步骤：使用冷却部将超导线圈冷却至小于或等于临界温度而使其转变为超导；从励磁电源向已转变为所述超导的所述超导线圈供给电流；停止所述电流的供给而开始永久电流模式；使所述超导线圈成为小于或等于所述临界温度且高于稳定运转温度的特定温度；以及在使所述超导线圈的磁场稳定的特定条件成立后，将所述超导线圈冷却至小于或等于所述稳定运转温度而开始稳定运转。
发明效果
通过本发明的实施方式，提供能够使磁场稳定的超导磁体装置的运转技术。
附图说明
图1是表示第1实施方式的超导磁体装置的剖视图。
图2是表示第1实施方式的超导磁体装置的框图。
图3是表示第1实施方式的超导磁体装置的电路图。
图4是表示第1实施方式的中心磁场与温度之间的关系的图表。
图5是表示第1实施方式的超导磁体装置的解析方法的流程图。
图6是表示第1实施方式的超导磁体装置的运转方法的流程图。
图7是表示第2实施方式的超导磁体装置的剖视图。
图8是表示第3实施方式的超导磁体装置的剖视图。
图9是表示第4实施方式的超导磁体装置的剖视图。
图10是表示第5实施方式的超导磁体装置的剖视图。
图11是表示第5实施方式的超导磁体装置的框图。
图12是表示第5实施方式的中心磁场与温度之间的关系的图表。
图13是表示变形例的中心磁场与温度之间的关系的图表。
图14是表示第5实施方式的超导磁体装置的解析方法的流程图。
图15是表示第5实施方式的超导磁体装置的运转方法的流程图。
图16是表示第6实施方式的超导磁体装置的剖视图。
标号的说明
1(1A～1E)…超导磁体装置，2…超导线圈，3…永久电流开关，4…励磁电源，5…冷却部，6…线圈加热器，7…温度传感器，8…控制装置，9…冷却介质，10…真空容器，11…辐射屏蔽，12…第1冷却台，13…第2冷却台，14…线圈加热器电源，15…冷却部电源，16…PCS加热器，17…PCS加热器电源，18…磁场传感器，19…解析部，20…设定存储部，21…运转控制部，22…励磁电源控制部，23…特定控制部，24…PCS控制部，25…冷却控制部，26…计时部，C…中心磁场，F…降温期间，L…闭环，M…临界温度，N…稳定运转温度，Q…时间，R…升温期间，S…特定温度。
具体实施方式
(第1实施方式)下面，基于附图对本实施方式进行说明。首先，使用图1至图6对第1实施方式的超导磁体装置进行说明。图1的标号1是能够以永久电流模式运转的超导磁体装置。此外，永久电流模式是指，在构成超导磁体装置1的电路形成闭环，该电路被冷却至小于或等于临界温度而已转变为超导时，电流沿闭环永远流动的运转状态。
如图1所示，超导磁体装置1具有：作为主线圈的超导线圈2；与该超导线圈2一起构成超导电路的永久电流开关3；向超导线圈2供给电力的励磁电源4；用于冷却超导线圈2及永久电流开关3的冷却部5；安装于超导线圈2的线圈加热器6；对超导线圈2的温度进行检测的温度传感器7；以及对各部件进行控制的控制装置8。此外，在下面的说明中，有时将永久电流开关简记为PCS(Persistent Current Switch)。
另外，超导磁体装置1具有：分别与超导线圈2及永久电流开关3连接，用于向冷却部5传导热量的冷却介质9；收容超导线圈2及永久电流开关3的真空容器10；配置于真空容器10的内部的辐射屏蔽11；与冷却部5连接的第1冷却台12；以及作为与第1冷却台12连接的传导部的第2冷却台13。
并且，超导磁体装置1具有：向线圈加热器6供给电力的线圈加热器电源14；向冷却部5供给电力的冷却部电源15；用于加热永久电流开关3的PCS加热器16；以及向PCS加热器16供给电力的PCS加热器电源17。
对于超导磁体装置1，在其制造阶段或设置阶段中，暂时地安装对超导线圈2的中心磁场C的磁场进行测量的磁场传感器18。另外，设置解析部19，其基于磁场传感器18测量出的磁场，预先对中心磁场C与超导线圈2的温度之间的关系进行解析。此外，在实际使用阶段中，可以不在超导磁体装置1设置磁场传感器18及解析部19。
中心磁场C是指，超导磁体装置1在实际使用阶段中所需的部分产生的磁场。在图1中，将中心磁场C作为超导线圈2的中央的磁场而图示，但该中心磁场C不限定于处于超导线圈2的中央。例如，在配置多个超导线圈2的情况下，中心磁场C也可以处于各个超导线圈2的外侧。另外，中心磁场C也可以因为由多个超导线圈2产生的磁场而形成于一处。
本实施方式的超导磁体装置1在实际使用阶段中开始稳定运转时，使已转变为超导的超导线圈2成为小于或等于临界温度且高于稳定运转温度的特定温度，在使超导线圈2的中心磁场C稳定的特定条件成立后，将超导线圈2冷却至小于或等于稳定运转温度而开始稳定运转。
此外，本实施方式的超导磁体装置1例示了超导线圈2及永久电流开关3与冷却部5经由冷却介质9在热连接的传导冷却方式。冷却介质9由铝或铜等导热性好的材质形成。冷却部5由GM冷冻机等极低温冷冻机构成。冷却部5是传导冷却型，因此不需要液氦等制冷剂，因此能够简单地对超导线圈2及永久电流开关3进行冷却。另外，超导线圈2及永久电流开关3未浸泡于液氦等中，因此在冷却部5由于停电等现象而停止时，超导线圈2及永久电流开关3的温度会敏感地做出反应。
接下来，参照图2所示的框图而对超导磁体装置1的系统结构进行说明。如该图2所示，控制装置8具有：存储关于超导磁体装置1的运转的各种设定的设定存储部20；总括各部件而对超导磁体装置1的运转进行控制的运转控制部21；对励磁电源4进行控制的励磁电源控制部22；对稳定运转开始前的超导线圈2的温度进行控制的特定控制部23；作为在永久电流模式开始时对永久电流开关3进行控制的永久电流模式控制部的PCS控制部24；对冷却部电源15进行控制的冷却控制部25；以及对时间的经过进行计时的计时部26(RTC：Real-TimeClock)。
解析部19对于已转变为超导态的超导线圈2，预先对中心磁场C与超导线圈2的温度之间的对应关系进行解析，决定特定条件。此外，中心磁场C与超导线圈2的温度之间的对应关系也可以由实验(实测)求出。并且，该对应关系也可以由对实验结果进行解析(计算)而求出。
PCS控制部24进行如下控制：从励磁电源4向超导线圈2供给完电流后，停止电流的供给而开始永久电流模式。特定控制部23进行如下控制：使已转变为超导的超导线圈2成为小于或等于临界温度且高于稳定运转温度的特定温度。运转控制部21进行如下控制：在使超导线圈2的中心磁场C稳定的特定条件成立后，将特定温度S的超导线圈2冷却至小于或等于稳定运转温度而开始稳定运转。
本实施方式的控制装置8由计算机构成，该计算机具有CPU、ROM、RAM、HDD等硬件资源，通过使CPU执行各种程序，从而使用硬件资源实现由软件进行的信息处理。进而，本实施方式的超导磁体装置1的运转方法通过使计算机执行程序而实现。
此外，超导线圈2及永久电流开关3是卷绕有具有超导物质导体的超导线材的线圈。如图3所示，永久电流开关3其两端与超导线圈2的两端连接。即，超导线圈2与永久电流开关3构成并联电路。并且，在永久电流模式时，超导线圈2与永久电流开关3形成闭环L(永久电流线圈)。
并且，线圈加热器6或PCS加热器16只要是向超导线圈2或永久电流开关3传递热量的结构则不管是什么样的结构都可以。例如，举出薄膜状的加热器或电热丝状的加热器等。在使用薄膜状的加热器的情况下，优选将加热器粘结于线圈的表面的结构，或插入而粘结于构成线圈的超导线材的层间的结构等。另外，在使用电热丝状的加热器的情况下，优选将电热丝卷绕于线圈的表面的结构，或将电热丝沿构成线圈的超导线材一起卷绕的结构。
另外，超导物质的导体能够在满足小于或等于临界温度、小于或等于临界磁场、还有小于或等于临界电流的全部3个条件的环境下以电阻为零的状态(超导态)流动电流。因此，如果在该电阻为零的状态下，在由超导线圈2与永久电流开关3形成的闭环L流动电流，则电流能够几乎不衰减维持大致恒定值。另外，流过闭环L的电流难以产生波动，因此能够持续产生稳定度非常高的恒定磁场。这样的超导技术被应用于例如要求小于或等于0.1ppm/h的高磁场稳定度的医疗用的MRI(磁共振成像)，或分子构造分析用的NMR(核磁共振)等装置。
另外，永久电流开关3能够对高电阻的正常态(断开状态)和电阻为零的超导态(接通状态)进行切换。在这里，如果永久电流开关3成为接通状态，则变得能够在超导线圈2与永久电流开关3的闭环L中进行永久电流模式的运转。另一方面，如果永久电流开关3成为断开状态，则由于永久电流开关3的高电阻，变得不能在闭环L中进行永久电流模式的运转。此外，如果通过PCS加热器16加热永久电流开关3，则成为正常态(断开状态)，如果停止PCS加热器16，则成为超导态(接通状态)。
超导线圈2及永久电流开关3的超导线材是由多根超导丝和这些超导丝的周围的母材(稳定化件)构成的。此外，超导丝通常由NbTi形成，但也可以是Nb3Sn及MgB2等NbTi以外的超导材料。此外，超导线圈2的母材通常由铜等低电阻金属形成。另外，永久电流开关3的母材通常由CuNi等高电阻金属形成。
如果将超导线圈2及永久电流开关3的温度冷却至小于或等于临界温度(超导转变温度)而使它们成为超导态，则各超导丝的电阻成为零，电流持续流过这些超导丝。另外，如果使永久电流开关3的温度成为高于临界温度而使其成为正常态，则产生高电阻。能够通过该永久电流开关3的电阻对超导线圈2进行励磁。
已转变为超导的超导线圈2产生在设计阶段已预先决定的中心磁场C。但是，在构成超导线圈2的超导线材的内部产生微小的涡电流，由该涡电流导致的磁场成为噪声包含于中心磁场C。可以想到各种该涡电流的产生原因。例如，在使超导线材彼此连接的焊料的内部产生，或在超导丝的周围的母材的内部产生。
在常温的正常态的物质中流过涡电流的情况下，由于该物质的电阻，涡电流会立即消失。在这里，作为焊料所包含的成为超导物质的铅及虽然不是超导物质但包含于母材的铜等物质，如果被冷却至极低温则电阻变得极端地低，在此产生的涡电流会不消失而永远存在。特别地，在涡电流具有以跨越母材和超导丝的方式流动的电路径的情况下，会成为直到消失为止需要长时间的时间常数长的涡电流。
在中心磁场C包含有基于这样的涡电流的噪声磁场的情况下成为问题的是，冷却部5由于停电等现象而暂时地停止时。如果冷却部5暂时地停止则超导线圈2升温。在这里，如果在超导线圈2不超过临界温度的状态下立即修复停电，则能够继续超导磁体装置1的运转。但是，由于超导线圈2的暂时的升温，焊料所包含的铅及母材所包含的铜等物质的电阻急剧地升高，流过该物质中的涡电流消失。因此，由涡电流导致的噪声磁场消失，中心磁场C的值变化。
例如，在噪声磁场以使中心磁场C增大的方式作用的情况下，在停电后中心磁场C的值变低。另一方面，在噪声磁场以抵消中心磁场C的方式作用的情况下，在停电后中心磁场C的值变高。即，该噪声磁场是作为中心磁场C变动的原因的变动成分。在要求高磁场稳定度的场景下，要求超导线圈2的中心磁场C的值稳定而不变化。
因此，本实施方式的超导磁体装置1在已转变为超导的超导线圈2开始永久电流模式后，使用线圈加热器6使超导线圈2升温。通过进行该升温，从而超导线圈2的内部的涡电流消失，噪声磁场也消失。之后，通过开始稳定运转，从而使得即使在冷却部5由于停电等现象而暂时地停止的情况下，中心磁场C也不变化。
图4是表示中心磁场C与超导线圈2的温度之间的关系的一个例子的图表。以实线示出了超导线圈2的温度，以虚线示出了中心磁场C的值。
首先，如果使用冷却部5将超导线圈2冷却至小于或等于临界温度M，则该超导线圈2转变为超导。在该刚转变为超导之后的降温期间F中，超导线圈2被冷却至小于或等于稳定运转温度N。在这里，中心磁场C包含有噪声磁场，因此示出高的值。
在时间Q1处使线圈加热器6运行，加热超导线圈2至成为特定温度S为止。该特定温度S是小于或等于临界温度M且高于稳定运转温度N的温度。并且，保持超导线圈2的温度固定。在该升温期间R中，超导线圈2的内部的涡电流消失，从而噪声磁场也以几分钟的量级逐渐消失。因此，中心磁场C的值逐渐降低。
中心磁场C的值降低，推定噪声磁场消失于该值不再降低的时刻。并且，在该中心磁场C的值不再变化后的时间Q2处，停止线圈加热器6，再次将超导线圈2冷却至小于或等于稳定运转温度N。在该升温期间R之后的降温期间F中开始稳定运转。
在第1实施方式中，将加热超导线圈2至成为特定温度S为止时的在线圈加热器6流动的电流值设定为输出值。另外，将从时间Q1至时间Q2为止的直到噪声磁场消失为止充分的升温期间R设定为线圈加热器6的输出期间。此外，输出期间可以不是连续的1个期间，例如，可以交替地重复升温期间R和降温期间F，输出期间是合计了多个升温期间R的期间。
在第1实施方式中，通过以已预先决定的输出值使线圈加热器6运行，使超导线圈2升温至成为特定温度S为止，使线圈加热器6运行至经过已预先决定的输出期间为止，从而使特定条件成立。该输出值和输出期间是预先进行解析而求出的。并且，将已求出的输出值和输出期间存储至超导磁体装置1的设定存储部20。
通过这样的方式，能够在开始超导磁体装置1的运用前掌握特定条件，预先决定控制内容，因此能够容易地进行运用时的超导磁体装置1的控制。另外，能够通过对线圈加热器6的运行进行控制从而使特定条件成立。
此外，第1实施方式的控制装置8的运转控制部21通过来自温度传感器7的检测温度判定超导线圈2是否已达到特定温度S。另外，通过来自计时部26的计时判定是否已经过输出期间。
接下来，使用图5的流程图对超导磁体装置1的解析方法进行说明，其中该超导磁体装置1预先解析而求出使中心磁场C的变动成分消失的特定条件。此外，适当参照图2所示的框图。
如图5所示，首先，在步骤S11中，冷却控制部25通过从冷却部电源15向冷却部5供给电流，使冷却部5运行，从而开始超导线圈2和永久电流开关3的冷却。此外，如果冷却开始，则将超导线圈2和永久电流开关3冷却至小于或等于临界温度M。然后，超导线圈2和永久电流开关3转变为超导态。进而，冷却超导线圈2和永久电流开关3至成为稳定运转温度N为止。
在接下来的步骤S12中，在由冷却部5进行的冷却继续的状态下，PCS控制部24从PCS加热器电源17向PCS加热器16供给电流，使PCS加热器16运行。并且，PCS控制部24使用PCS加热器16将永久电流开关3加热至高于临界温度M的温度。于是，永久电流开关3转变为高电阻的正常态(断开状态)。
在接下来的步骤S13中，励磁电源控制部22控制励磁电源4而开始电流供给，开始在超导线圈2流动电流。然后，流过超导线圈2的电流成为稳定运转时的值。
在接下来的步骤S14中，PCS控制部24停止从PCS加热器电源17供给至PCS加热器16的电流，使永久电流开关3的温度再次下降。在这里，如果永久电流开关3的温度变得小于或等于临界温度M，则永久电流开关3转变为无电阻的超导态(接通状态)。
在接下来的步骤S15中，励磁电源控制部22控制励磁电源4而停止电流供给。此时，对应于励磁电源4的电流的供给量的降低，流过永久电流开关3的电流开始增加。
在接下来的步骤S16中，如果从励磁电源4供给的电流的值成为零，则流过永久电流开关3的电流变成稳定运转时的值。另外，超导线圈2与永久电流开关3构成闭环L，开始永久电流模式。
在接下来的步骤S17中，特定控制部23从线圈加热器电源14向线圈加热器6供给电流，使线圈加热器6运行。并且，特定控制部23使用线圈加热器6加热超导线圈2，使其升温至特定温度S为止。此外，运转控制部21可以通过来自温度传感器7的检测温度判定超导线圈2是否已达到特定温度S，将该判定结果输入至特定控制部23。并且，特定控制部23可以基于判定结果对线圈加热器6进行控制。
在接下来的步骤S18中，特定控制部23控制线圈加热器6，保持已成为特定温度S的超导线圈2的温度固定。
在接下来的步骤S19中，解析部19使用磁场传感器18测量超导线圈2的中心磁场C的磁场。
在接下来的步骤S20中，解析部19对中心磁场C的值是否变得固定进行判定。在这里，在中心磁场C的值未变得固定的情况下(步骤S20是“否”)，返回至上述步骤S18。另一方面，在中心磁场C的值已变得固定的情况下(步骤S20是“是”)，前进至步骤S21。
在接下来的步骤S21中，求出为了使超导线圈2升温至特定温度S所需的线圈加热器6的输出值和为了使中心磁场C的值变得固定所需的输出时间。并且，使已求出的输出值和输出期间存储于超导磁体装置1的设定存储部20。
接下来，使用图6的流程图对实际使用阶段的超导磁体装置1的运转方法进行说明。此外，适当参照图2所示的框图。对于该超导磁体装置1的运转方法，从步骤S11至步骤S18为止的步骤与上述的超导磁体装置1的解析方法(参照图5)是同样的步骤。
如图6所示，在接着步骤S18进行的步骤S19A中，运转控制部21基于来自计时部26的计时，对是否经过了存储于设定存储部20的已预先决定的输出期间进行判定。在这里，在未经过输出期间的情况下(步骤S19A是“否”)，返回至上述步骤S18。另一方面，在经过了输出期间的情况下(步骤S19A是“是”)，前进至步骤S20A。
在接下来的步骤S20A中，特定控制部23通过控制线圈加热器电源14而停止电流供给，从而使线圈加热器6停止。这样，超导线圈2再次冷却。
在接下来的步骤S21A中，使用被冷却至成为稳定运转温度N为止的超导线圈2开始稳定运转。
对于第1实施方式的超导磁体装置1，通过在开始稳定运转开始前使超导线圈升温至成为特定温度S为止，保持特定温度S固定至特定条件成立为止，从而能够可靠地使中心磁场C的变动成分消失。
另外，通过在超导线圈2设置线圈加热器6，从而线圈加热器6的热量直接传递至超导线圈2，因此能够使超导线圈2迅速地升温。
(第2实施方式)接下来，使用图7对第2实施方式的超导磁体装置1A进行说明。此外，对与在上述实施方式中示出的结构部分相同的结构部分标注相同的标号省略重复的说明。
如图7所示，对于第2实施方式的超导磁体装置1A，未设置上述第1实施方式的温度传感器7(参照图1)。在第2实施方式中，预先解析超导线圈2为了达到特定温度S所需的输出值，将该设定值存储至设定存储部20(参照图2)。控制装置8仅基于存储于设定存储部20的输出值和输出期间，进行实际使用阶段的超导磁体装置1A的运转的控制。
在第2实施方式中，未设置温度传感器7，因此不仅能够使超导磁体装置1A的部件个数减少，而且能够简化使超导线圈2成为特定温度S的控制。
(第3实施方式)接下来，使用图8对第3实施方式的超导磁体装置1B进行说明。此外，对与在上述实施方式中示出的结构部分相同的结构部分标注相同的标号省略重复的说明。
如图8所示，对于第3实施方式的超导磁体装置1B，用于加热超导线圈2的线圈加热器6安装于作为传导部的第2冷却台13。其他的结构与上述第1实施方式相同。
在第3实施方式中，在已转变为超导的超导线圈2开始永久电流模式后，使用线圈加热器6使超导线圈2升温。线圈加热器6的热量经由第2冷却台13而传导至超导线圈2。
在该第3实施方式中，通过将线圈加热器6设置于作为使热量从超导线圈2传导至冷却部5为止的传导部的第2冷却台13，从而线圈加热器6的热量渐渐传递至超导线圈2，因此能够使超导线圈2整体均匀地升温。
(第4实施方式)接下来，使用图9对第4实施方式的超导磁体装置1C进行说明。此外，对与在上述实施方式中示出的结构部分相同的结构部分标注相同的标号省略重复的说明。
如图9所示，对于第4实施方式的超导磁体装置1C，未设置上述第3实施方式的温度传感器7(参照图8)。在第4实施方式中，预先解析超导线圈2为了达到特定温度S所需的输出值，将该设定值存储至设定存储部20(参照图2)。控制装置8仅基于存储于设定存储部20的输出值和输出期间而进行实际使用阶段的超导磁体装置1C的运转的控制。
在第4实施方式中，未设置温度传感器7，因此不仅能够使超导磁体装置1C的部件个数减少，而且能够简化使超导线圈2成为特定温度S的控制。
(第5实施方式)接下来，使用图10至图15对第5实施方式的超导磁体装置1D进行说明。此外，对与在上述实施方式中示出的结构部分相同的结构部分标注相同的标号省略重复的说明。
如图10及图11所示，对于第5实施方式的超导磁体装置1D，未设置上述第1实施方式的线圈加热器6(参照图1)及特定控制部23(参照图2)。在第5实施方式中，控制冷却部5的冷却控制部25作为使超导线圈2成为特定温度S的特定控制部。
在该第5实施方式中，在已转变为超导的超导线圈2开始永久电流模式后，通过停止冷却部5从而使超导线圈2升温。通过进行该升温，从而超导线圈2的内部的涡电流消失，噪声磁场也消失。通过之后开始稳定运转，从而使得即使在冷却部5由于停电等现象而暂时地停止的情况下，中心磁场C也不变化。
图12是表示中心磁场C与超导线圈2的温度之间的关系的一个例子的图表。以实线示出了超导线圈2的温度，以虚线示出了中心磁场C的值。
首先，如果使用冷却部5将超导线圈2冷却至小于或等于临界温度M，则该超导线圈2转变为超导。在该刚转变为超导之后的降温期间F中，超导线圈2被冷却至小于或等于稳定运转温度N。在这里，中心磁场C包含有噪声磁场因此示出高的值。
在时间Q3处停止冷却部5而使超导线圈2升温。于是，超导线圈2的温度渐渐上升，成为特定温度S。该特定温度S是小于或等于临界温度M且高于稳定运转温度N的温度。
并且，在时间Q4处，在超导线圈2的温度成为特定温度S时或超过特定温度S时，再次使冷却部5运行，再次将超导线圈2冷却至小于或等于稳定运转温度N。将从该时间Q3至Q4为止设为第1次升温期间R。
在该第1次升温期间R中，超导线圈2的内部的涡电流消失，从而噪声磁场也消失。因此，中心磁场C的值降低。并且，在经过规定的降温期间F后的时间Q5处，再次停止冷却部5而使超导线圈2升温。于是，超导线圈2的温度渐渐上升，再次成为特定温度S。
并且，在时间Q6处，在超导线圈2的温度成为特定温度S时或超过特定温度时，再次使冷却部5运行，再次将超导线圈2冷却至小于或等于稳定运转温度N。将从该时间Q5至Q6为止设为第2次升温期间R。
在该第2次升温期间R中，超导线圈2的内部的涡电流也消失，从而噪声磁场也消失。此外，在第2次升温期间R中，中心磁场C的值的降低率小于第1次升温期间R的降低率。这表示在第1次升温期间大多数噪声磁场已消失。
在第5实施方式中，重复冷却部5的停止和再运行直到在升温期间R中中心磁场C的值不再降低为止。并且，直到该中心磁场C的值不再降低为止所需的升温期间R的时间间隔和升温期间R的重复次数成为特定条件。
升温期间R的时间间隔和升温期间R的重复次数是预先解析而求出的。并且，将该已求出的升温期间R的时间间隔和升温期间R的重复次数存储至超导磁体装置1的设定存储部20。
此外，第5实施方式的控制装置8的运转控制部21(参照图3)通过来自温度传感器7的检测温度判定超导线圈2是否已达到特定温度S。另外，通过来自计时部26的计时判定是否已经过升温期间R。
接下来，使用图14的流程图对超导磁体装置1D的解析方法进行说明，其中该超导磁体装置1D预先解析而求出使中心磁场C的变动成分消失的特定条件。此外，适当参照图11所示的框图。
如图14所示，首先，在步骤S31中，冷却控制部25通过从冷却部电源15向冷却部5供给电流，使冷却部5运行，从而开始超导线圈2和永久电流开关3的冷却。此外，如果开始冷却，则将超导线圈2和永久电流开关3冷却至小于或等于临界温度M。然后，超导线圈2和永久电流开关3转变为超导态。进而，冷却超导线圈2和永久电流开关3至成为稳定运转温度N为止。
在接下来的步骤S32中，在通过冷却部5进行的冷却继续的状态下，PCS控制部24从PCS加热器电源17向PCS加热器16供给电流，使PCS加热器16运行。并且，PCS控制部24使用PCS加热器16将永久电流开关3加热至高于临界温度M的温度。于是，永久电流开关3转变为高电阻的正常态(断开状态)。
在接下来的步骤S33中，励磁电源控制部22控制励磁电源4而开始控制电流供给，开始在超导线圈2流动电流。并且，流过超导线圈2的电流成为稳定运转时的值。
在接下来的步骤S34中，PCS控制部24停止从PCS加热器电源17向PCS加热器16供给的电流，再次使永久电流开关3的温度下降。在这里，如果永久电流开关3的温度变得小于或等于临界温度M，则永久电流开关3转变为无电阻的超导态(接通状态)。
在接下来的步骤S35中，励磁电源控制部22控制励磁电源4而停止电流供给。此时，对应于励磁电源4的电流的供给量的降低，流过永久电流开关3的电流开始增加。
在接下来的步骤S36中，如果从励磁电源4供给的电流的值成为零，则流过永久电流开关3的电流成为稳定运转时的值。另外，超导线圈2与永久电流开关3构成闭环，开始永久电流模式。
在接下来的步骤S37中，冷却控制部25停止从冷却部电源15供给至冷却部5的电流，使超导线圈2升温。并且，冷却控制部25继续冷却部5的停止直到超导线圈2成为特定温度S为止。此外，运转控制部21可以通过来自温度传感器7的检测温度判定超导线圈2是否已达到特定温度S，将该判定结果输入至冷却控制部25。并且，冷却控制部25可以基于判定结果而对冷却部5进行控制。
在接下来的步骤S38中，冷却控制部25从冷却部电源15将电流供给至冷却部5，再次使冷却部5运行。在超导线圈2的温度成为特定温度S时或超过特定温度S时进行该冷却部5的再运行。此外，也可以基于计时部26的计时，在从冷却部5停止起经过了规定的升温期间R时，进行冷却部5的再运行。
在接下来的步骤S39中，解析部19使用磁场传感器18测量超导线圈2的中心磁场C的磁场。
在接下来的步骤S40中，解析部19判定中心磁场C的值是否变化。在这里，在中心磁场C的值变化的情况下(步骤S40是“否”)，返回至上述步骤S37。另一方面，在中心磁场C的值不变化的情况下(步骤S40是“是”)，前进至步骤S41。
在接下来的步骤S41中，求出为了使超导线圈2升温至特定温度S所需的升温期间R的时间间隔和升温期间R的重复次数。并且，使已求出的时间间隔和重复次数存储至超导磁体装置1的设定存储部20。
接下来，使用图15的流程图对实际使用阶段的超导磁体装置1D的运转方法进行说明。此外，适当参照图11所示的框图。对于该超导磁体装置1D的运转方法，从步骤S31至步骤S38为止的步骤是与上述超导磁体装置1的解析方法(参照图14)相同的步骤。
如图15所示，在接着步骤S38进行的步骤S39A中，运转控制部21对冷却部5的停止和再运行是否重复了存储于设定存储部20的已预先决定的次数进行判定。在这里，在冷却部5的停止和再运行未重复已预先决定的次数的情况下(步骤S39A是“否”)，返回至上述步骤S37。另一方面，在冷却部5的停止和再运行已重复了预先决定的次数的情况下(步骤S39A是“是”)，前进至步骤S40A。
在接下来的步骤S40A中，冷却控制部25从冷却部电源15将电流供给至冷却部5，通过使冷却部5运行，从而再次冷却超导线圈2。
在接下来的步骤S41A中，使用已冷却至稳定运转温度N为止的超导线圈2开始稳定运转。
在第5实施方式中，使冷却部5停止而使超导线圈2升温至成为特定温度S为止，在达到特定温度S时再次使冷却部5运行，通过以已预先决定的时间间隔且已预先决定的次数重复该冷却部5的停止和再运行从而使特定条件成立。这样，能够通过冷却部5的控制可靠地使中心磁场C的变动成分消失。
此外，第5实施方式将冷却部5的停止和再运行重复规定次数，但在通过进行1次冷却部5的停止和再运行就能够可靠地使中心磁场C的变动成分消失的情况下，无需重复冷却部5的停止和再运行。
图13是表示作为变形例的中心磁场C与超导线圈2的温度之间的关系的一个例子的图表。以实线示出了超导线圈2的温度，以虚线示出了中心磁场C的值。
首先，如果使用冷却部5将超导线圈2冷却至小于或等于临界温度M，则该超导线圈2转变为超导。在该刚转变为超导之后的降温期间F中，超导线圈2被冷却至小于或等于稳定运转温度N。在这里，中心磁场C包含有噪声磁场因此示出高的值。
在时间Q7处，停止冷却部5而使超导线圈2升温。于是，超导线圈2的温度渐渐上升，成为特定温度S。该特定温度S是小于或等于临界温度M且高于稳定运转温度N的温度。
并且，在时间Q8处，在超导线圈2的温度成为特定温度S时或超过特定温度S时，再次使冷却部5运行，再次将超导线圈2冷却至小于或等于稳定运转温度N。得知在该从时间Q7至Q8为止的第1次升温期间R中中心磁场C的值急剧地降低，在达到时间Q8之前，中心磁场C的值的降低平息。
在该变形例中，使冷却部5停止一次而使超导线圈2升温至特定温度S为止，在达到特定温度S时特定条件成立。这样，能够通过控制冷却部5的运行从而使特定条件成立。
(第6实施方式)接下来，使用图16对第6实施方式的超导磁体装置1E进行说明。此外，对与在上述实施方式中示出的结构部分相同的结构部分标注相同的标号省略重复的说明。
如图16所示，对于第6实施方式的超导磁体装置1E，未设置上述第5实施方式的温度传感器7(参照图10)。在第6实施方式中，预先解析为了使超导线圈2达到特定温度S所需的输出值，将该设定值存储至设定存储部20(参照图11)。控制装置8仅基于存储于设定存储部20的输出值和输出期间而进行实际使用阶段的超导磁体装置1E的运转的控制。
在第6实施方式中，未设置温度传感器7，因此不仅能够使超导磁体装置1E的部件个数减少，而且能够简化使超导线圈2成为特定温度S的控制。
基于第1实施方式至第6实施方式对本实施方式涉及的超导磁体装置的运转方法进行了说明，但可以将在任意一个实施方式中应用的结构应用于其他实施方式，也可以对在各实施方式中应用的结构进行组合。
此外，在本实施方式中，使用了基准值的任意的值的判定可以是“任意的值是否大于或等于基准值”的判定，也可以是“任意的值是否超过基准值”的判定。或者，可以是“任意的值是否小于或等于基准值”的判定，也可以是“任意的值是否小于基准值”的判定。另外，基准值可以不是固定的值而是变化的值。因此，也可以取代基准值而使用规定范围的值，进行任意的值是否落在规定范围内的判定。另外，可以预先解析在装置中产生的误差，在判定中使用将基准值作为中心而包含误差范围的规定范围。
此外，在本实施方式的流程图中，例示了串行执行各步骤的方式，但各步骤的前后关系不必须固定，可以替换一部分步骤的前后关系。另外，也可以将一部分步骤与其他步骤并行地执行。
本实施方式的控制装置8具有：通过使专用的芯片、FPGA(现场可编程门阵列：Field Programmable Gate Array)、GPU(图形处理器：Graphics Processing Unit)或CPU(中央处理器：Central Processing Unit)等处理器高集成化而得到的控制装置；ROM(只读存储器：Read Only Memory)或RAM(随机存取存储器：Random Access Memory)等存储装置；HDD(硬盘驱动器：Hard Disk Drive)或SSD(固态硬盘：Solid State Drive)等外部存储装置；显示器等显示装置；鼠标或键盘等输入装置；以及通信接口。该控制装置8能够通过利用了通常的计算机的硬件结构实现。
此外，在本实施方式的控制装置8中执行的程序是预装于ROM等而提供的。或着，该程序也可以由可安装的形式或可执行的形式的文件存储于CD－ROM、CD－R、存储卡、DVD、软盘(FD)等能够通过计算机读取的非短暂性的存储介质而提供。
另外，在该控制装置8执行的程序也可以存储于与互联网等网络连接的计算机上，经由网络下载而提供。另外，该控制装置8也可以通过下述方式构成，即，将独立地发挥结构要素的各功能的各个模块通过网络或专线相互连接而组合。
此外，超导线圈2及永久电流开关3可以不由1个冷却部5进行冷却。例如，可以设置冷却超导线圈2的冷却部和冷却永久电流开关3的冷却部的多个冷却部。
此外，在本实施方式中，作为冷却超导线圈2及永久电流开关3的方式例示了传导冷却方式，但也可以是其他的方式。例如，可以是将液氦作为制冷剂使用的氦冷却方式。另外，也可以是使用液氮的冷却方式。
根据已在上面说明的至少1个实施方式，能够通过在使超导线圈的磁场稳定的特定条件成立后，将超导线圈冷却至小于或等于稳定运转温度而开始稳定运转，从而使磁场稳定。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅是例示，不旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其他的各种方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内，进行各种省略、置换、变更、组合。这些实施方式或其变形，与包含于发明的范围或主旨相同地，也包含于权利要求书所记载的发明及于其等同的范围内。

Claims (8)

1.一种超导磁体装置的运转方法，其包含下述步骤：
使用冷却部将超导线圈以及永久电流开关冷却至小于或等于临界温度而使其转变为超导；
将所述永久电流开关加热至高于所述临界温度的温度而使其转变为正常；
从励磁电源向已转变为所述超导的所述超导线圈供给电流；
将所述永久电流开关冷却至小于或等于所述临界温度而使其转变为所述超导；
停止所述电流的供给而开始永久电流模式；
使所述超导线圈成为小于或等于所述临界温度且高于稳定运转温度的特定温度；以及
在所述超导线圈的磁场的变动成分消失且所述磁场稳定的特定条件成立后，将所述超导线圈冷却至小于或等于所述稳定运转温度而开始稳定运转，所述特定条件通过预先解析而求出。
2.如权利要求1所述的超导磁体装置的运转方法，
使所述超导线圈升温至成为所述特定温度为止，保持所述特定温度固定，直至所述特定条件成立为止。
3.如权利要求1所述的超导磁体装置的运转方法，
使用加热器使所述超导线圈升温至成为所述特定温度为止，使所述加热器运行，直至经过预先决定的输出期间为止，由此所述特定条件成立。
4.如权利要求3所述的超导磁体装置的运转方法，
所述加热器设置于所述超导线圈。
5.如权利要求3所述的超导磁体装置的运转方法，
所述加热器设置于使热量从所述超导线圈传导至所述冷却部的传导部。
6.如权利要求1所述的超导磁体装置的运转方法，
使所述冷却部停止而使所述超导线圈升温至成为所述特定温度为止，在达到所述特定温度时所述特定条件成立。
7.如权利要求1所述的超导磁体装置的运转方法，
使所述冷却部停止而使所述超导线圈升温至成为所述特定温度为止，在达到所述特定温度时再次使所述冷却部运行，通过以预先决定的次数重复该冷却部的停止和再运行，由此所述特定条件成立。
8.一种超导磁体装置，其具有：
超导线圈；
永久电流开关；
冷却部，其将所述超导线圈以及所述永久电流开关冷却至小于或等于临界温度而使其转变为超导；
励磁电源，其向已转变为所述超导的所述超导线圈供给电流；
永久电流模式控制部，其在从励磁电源向已转变为所述超导的所述超导线圈供给所述电流时，将所述永久电流开关加热至高于所述临界温度的温度而使其转变为正常，在停止所述电流的供给而开始永久电流模式时，将所述永久电流开关冷却至小于或等于所述临界温度而使其转变为所述超导；
特定控制部，其使所述超导线圈成为小于或等于所述临界温度且高于稳定运转温度的特定温度；以及
运转控制部，其在所述超导线圈的磁场的变动成分消失且所述磁场稳定的特定条件成立后，将所述超导线圈冷却至小于或等于所述稳定运转温度而开始稳定运转，所述特定条件通过所述运转控制部预先解析而求出。
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