JP2001143922A - Superconducting magnet and circuit for protecting the same - Google Patents

Superconducting magnet and circuit for protecting the same

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JP2001143922A
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superconducting
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守 嶋田
Tsutomu Kurusu
努 来栖
Takahiro Dobashi
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To validly use the capability of a freezer. SOLUTION: This superconducting magnet is provided with a helium vessel 4 for storing fluid helium 2, a superconducting coil 1 arranged so as to be immersed in the fluid helium in the helium vessel, a radiation shield 5 arranged so that the helium vessel 4 can be surrounded, a vacuum vessel 6 surrounding the helium vessel and the radiation shield whose inside part is held so as to be vacuum, and a freezer 3 arranged at the vacuum vessel side for cooling gas helium evaporated in the radiation shield 5 and the helium vessel 4. An opening in a proper size is formed at the upper face part of the helium vessel 4, and a condensed bar 15 whose heat conductivity is high is fixed to the opening so as to be projected in the atmosphere of the gas helium 7 in the helium vessel 4, and the condensed bar 15 is thermally connected with the thermal conductive part of the freezer 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体ヘリウム浸漬
冷却型超電導磁石および超電導磁石の保護回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid helium immersion cooled superconducting magnet and a protection circuit for the superconducting magnet.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導コイルを液体ヘリウム中に浸漬し
て冷却するようにした超電導磁石としては、侵入熱等に
より蒸発した液体ヘリウムを大気に開放するタイプと冷
凍機により再凝縮するタイプがある。
2. Description of the Related Art As a superconducting magnet in which a superconducting coil is immersed in liquid helium to cool it, there are a type in which liquid helium evaporated by intrusion heat or the like is released to the atmosphere and a type in which a helium is recondensed by a refrigerator.

【0003】図15は、再凝縮タイプを採用した超電導
磁石の一例を示すものである。
FIG. 15 shows an example of a superconducting magnet employing a recondensing type.

【0004】図15に示す超電導磁石は、ヘリウム容器
4内の液体ヘリウム2中に浸漬させて超電導コイル1が
収められ、またこのヘリウム容器4を包囲するように輻
射シールド5を設け、ヘリウム容器4に入る輻射熱を低
減している。そして、これらヘリウム容器4、輻射シー
ルド5を包囲するように真空容器6が配置されている。
[0005] The superconducting magnet shown in FIG. 15 is immersed in liquid helium 2 in a helium container 4 to house the superconducting coil 1, and a radiation shield 5 is provided so as to surround the helium container 4. Radiant heat entering is reduced. A vacuum vessel 6 is arranged so as to surround the helium vessel 4 and the radiation shield 5.

【0005】この真空容器6には、冷凍機3が装備さ
れ、この冷凍機3の1段部を輻射シールド5に熱的に接
触させ、2段部をヘリウム容器4に熱的に接触させて冷
熱を与えている。
The vacuum vessel 6 is provided with a refrigerator 3. One stage of the refrigerator 3 is brought into thermal contact with the radiation shield 5, and the second stage is brought into thermal contact with the helium container 4. Gives cold.

【0006】なお、図中8はヘリウム容器4内の液体ヘ
リウムの液面を計測する液面計測手段である。
In the figure, reference numeral 8 denotes a liquid level measuring means for measuring the liquid level of the liquid helium in the helium container 4.

【0007】このような超電導磁石において、輻射シー
ルド5は、冷凍機3の1段部によって50K程度に冷却
される。また、超電導コイル1は、液体ヘリウム2によ
り冷却され、約4Kに保持されている。
In such a superconducting magnet, the radiation shield 5 is cooled to about 50K by the first stage of the refrigerator 3. The superconducting coil 1 is cooled by liquid helium 2 and is kept at about 4K.

【0008】さらに、ヘリウム容器4の支持材からの熱
伝導、輻射熱などの侵入熱で液体ヘリウム2は蒸発し、
そのガスヘリウム7を再凝縮させて液体ヘリウム2に戻
すには、ガスヘリウム7が凝縮する温度(約4K)より
低い温度の部分に接触させる必要がある。この接触部を
以下ではヘリウム凝縮面と呼ぶ。
Further, the liquid helium 2 evaporates due to intrusion heat such as heat conduction and radiant heat from the supporting material of the helium container 4,
In order to recondense the gas helium 7 and return it to the liquid helium 2, it is necessary to contact a portion having a temperature lower than the temperature (about 4K) at which the gas helium 7 condenses. This contact is hereinafter referred to as the helium condensation surface.

【0009】このため、従来では、図示するように冷凍
機3とヘリウム容器4とを直接熱的に接続し、ヘリウム
容器4の内面が、ヘリウム凝縮面となるように冷熱を与
えてヘリウムガスを再凝縮している。
For this reason, conventionally, as shown in the figure, the refrigerator 3 and the helium container 4 are directly thermally connected, and the helium gas is supplied by applying cold heat so that the inner surface of the helium container 4 becomes a helium condensing surface. Recondensing.

【0010】一方、図16は、従来の超電導磁石と保護
回路の一例を示すものである。
FIG. 16 shows an example of a conventional superconducting magnet and a protection circuit.

【0011】超電導コイル1は、その両端部に酸化物超
電導電流リード9が接続され、クライオスタット内部に
収められている。酸化物超電導電流リード9は、クライ
オスタットの外部へ導出され、超電導コイル1を励磁す
るための励磁電源10に遮断器11を介して接続され、
これら励磁電源10及び遮断器11は、制御装置12に
接続されている。
The superconducting coil 1 has oxide superconducting current leads 9 connected to both ends thereof, and is housed inside a cryostat. The oxide superconducting current lead 9 is led out of the cryostat and connected to an excitation power supply 10 for exciting the superconducting coil 1 via a circuit breaker 11;
These excitation power supply 10 and circuit breaker 11 are connected to control device 12.

【0012】また、保護回路としては、超電導コイル1
と並列にクライオスタットの内部に設置されたダイオー
ド13と放電抵抗14の直列回路を接続している。
The protection circuit includes a superconducting coil 1
And a series circuit of a diode 13 and a discharge resistor 14 installed inside the cryostat in parallel.

【0013】このような超電導磁石の保護回路におい
て、超電導コイル1のクエンチが検出されると、制御装
置12からの信号で遮断器11は回路を切り離し、励磁
電源10から流れていた電流は保護回路に転流する。保
護回路の中に酸化物超電導電流リード9が組み込まれて
いないのは、酸化物超電導電流リード9がクエンチとな
る可能性があり、その場合継続的に通電ができないた
め、保護回路の構成要素として適さないためである。
In such a superconducting magnet protection circuit, when a quench of the superconducting coil 1 is detected, the circuit breaker 11 cuts off the circuit by a signal from the control device 12, and the current flowing from the exciting power supply 10 is protected by the protection circuit. To commutate. The reason why the oxide superconducting current lead 9 is not incorporated in the protection circuit is that the oxide superconducting current lead 9 may be quenched, in which case it cannot be continuously energized. This is because it is not suitable.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記のような構造の超
電導磁石において、冷凍機3の能力は図14に示すよう
に温度に対して強い依存性があり、温度が下がると冷却
能力が急激に悪化するという傾向がある。
In the superconducting magnet having the above-described structure, the capacity of the refrigerator 3 has a strong dependence on the temperature as shown in FIG. 14, and when the temperature decreases, the cooling capacity sharply increases. It tends to get worse.

【0015】しかるに、従来のヘリウム容器4は、オー
ステナイト系ステンレス鋼のような熱伝導率の低い材質
が用いられているため、このヘリウム容器4に冷凍機3
を熱的に接触させ、ヘリウム容器4の内面を凝縮面とす
る場合、そこに大きな温度差ΔTが生じてしまう。図1
4からわかるように、温度差ΔTに対して冷凍機3の能
力はその分だけ落ちてしまうので、冷凍機3の能力を生
かしきれていないという欠点があった。
However, since the conventional helium container 4 is made of a material having low thermal conductivity such as austenitic stainless steel, the refrigerator 3
Is brought into thermal contact with the inner surface of the helium container 4 as a condensation surface, a large temperature difference ΔT occurs there. FIG.
As can be seen from FIG. 4, since the capacity of the refrigerator 3 is reduced by the amount corresponding to the temperature difference ΔT, there is a disadvantage that the capacity of the refrigerator 3 cannot be fully utilized.

【0016】また、図15において、冷凍機3とヘリウ
ム容器4の位置関係は、熱収縮率の差により、装置組立
時と冷却完了時では相対的にずれが生じ、また冷凍機3
とヘリウム容器4とは熱的に接触させているため、これ
らの位置関係にずれが生じないように固定するとその固
定部分に大きな荷重がかかり、冷凍機3の性能劣化や、
構造破壊の原因になってしまう。
In FIG. 15, the positional relationship between the refrigerator 3 and the helium container 4 is relatively shifted between when the apparatus is assembled and when the cooling is completed due to the difference in the heat shrinkage.
And the helium container 4 are in thermal contact with each other, and if they are fixed so that their positional relationship does not shift, a large load is applied to the fixed portions, and the performance of the refrigerator 3 deteriorates,
It causes structural destruction.

【0017】さらに、図15において、ヘリウム容器4
の内部圧力は、侵入熱の量と、冷凍機3の冷却能力のバ
ランスにより決まるが、それが大気圧以下になると、ヘ
リウム容器4の中に大気が吸い込まれて氷結し、配管づ
まりの原因になる。
Further, referring to FIG.
The internal pressure is determined by the balance between the amount of heat entering and the cooling capacity of the refrigerator 3. If the internal pressure becomes lower than the atmospheric pressure, the air is sucked into the helium container 4 and freezes, causing a pipe jam. .

【0018】また、図15において、超電導コイル1を
励磁する際、液体ヘリウム2の液量が少ないとクエンチ
する可能性があるので、液面高さの把握は重要となる。
従って、通常は液面を測定する液面計測手段11が設け
られているが、この液面計測手段11の熱負荷は、冷凍
機3の能力と匹敵するくらい大きいので、1分計測、1時
間休止というような間欠運転をして熱負荷を減らしてい
る。
In FIG. 15, when the superconducting coil 1 is excited, if the liquid amount of the liquid helium 2 is small, it may be quenched. Therefore, it is important to grasp the liquid level.
Therefore, the liquid level measuring means 11 for measuring the liquid level is usually provided. However, since the heat load of the liquid level measuring means 11 is large enough to be equal to the capacity of the refrigerator 3, one minute measurement and one hour The heat load is reduced by intermittent operation such as suspension.

【0019】しかし、この運転方法は、通常の液面の場
合はほとんど変化しないので十分であるが、励消磁時な
ど一時的に大きな発熱がある場合には、急激に液面が変
化する場合があり、液面測定の測定間隔中、すなわち液
面測定を行っていないときに励消磁運転をすると液面高
さをモニターできないことになる。
However, this operation method is sufficient because it hardly changes in the case of a normal liquid level, but when there is a temporary large heat generation such as during demagnetization, the liquid level may change suddenly. Yes, if the demagnetization operation is performed during the measurement interval of the liquid level measurement, that is, when the liquid level measurement is not performed, the liquid level cannot be monitored.

【0020】一方、図16に示す超電導磁石の保護回路
においては、クライオスタットの中で保護回路の構成要
素としてダイオード13のような半導体素子を使用する
のは、信頼性の点で好ましいことではなく、ダイオード
9に何らかの故障が発生した場合には、クライオスタッ
トを分解、交換の必要があった。
On the other hand, in the superconducting magnet protection circuit shown in FIG. 16, it is not preferable in terms of reliability to use a semiconductor element such as a diode 13 as a component of the protection circuit in the cryostat. If any failure occurred in the diode 9, the cryostat had to be disassembled and replaced.

【0021】また、超電導コイル1がクライオスタット
の内部に配置された超電導磁石では、超電導コイル1に
通電するための電流導入端子がクライオスタット外表面
に設置される。しかしながら、電流導入端子は、内部か
らの伝導冷却で冷却されるため、外表面に水滴がつき、
対地絶縁性能が悪化する。励磁電圧が数ボルト程度と低
い場合には、そのまま通電することもできるが、励磁電
圧が高くなると漏電の危険性がでてくる。
In a superconducting magnet in which the superconducting coil 1 is disposed inside the cryostat, a current introduction terminal for supplying electricity to the superconducting coil 1 is provided on the outer surface of the cryostat. However, since the current introduction terminal is cooled by conduction cooling from the inside, water droplets adhere to the outer surface,
Ground insulation performance deteriorates. When the excitation voltage is as low as several volts, the current can be supplied as it is, but when the excitation voltage is high, there is a risk of electric leakage.

【0022】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、冷凍機の能力を有効に利用でき、また冷凍機
とヘリウム容器の冷却による位置ずれを吸収することが
できる超電導磁石を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a superconducting magnet which can effectively utilize the capacity of a refrigerator and can absorb a displacement caused by cooling of the refrigerator and a helium container. The purpose is to do.

【0023】また、クライオスタットの内部にダイオー
ドのような半導体素子を設置すること無く、超電導コイ
ルを保護できると共に、電流導入端子の外表面に水滴が
つかないようにして、対地絶縁の健全性を維持すること
ができる超電導磁石の保護回路を提供することを目的と
する。
In addition, the superconducting coil can be protected without installing a semiconductor element such as a diode inside the cryostat, and the integrity of the ground insulation is maintained by preventing water droplets from adhering to the outer surface of the current introduction terminal. It is an object of the present invention to provide a protection circuit for a superconducting magnet that can be used.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により超電導磁石及びその
保護回路を構成するものである。
According to the present invention, a superconducting magnet and a protection circuit therefor are constituted by the following means in order to achieve the above object.

【0025】請求項1に対応する発明は、液体ヘリウム
が貯液されたヘリウム容器と、このヘリウム容器内の液
体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム容器を包囲するように設けられた輻射シー
ルドと、これらヘリウム容器および輻射シールドを包囲
し、且つ内部が真空に保持された真空容器と、前記真空
容器側に設けられ、前記輻射シールドおよび前記ヘリウ
ム容器内で蒸発したガスヘリウムをそれぞれ冷却する冷
凍機とを備えた超電導磁石において、前記ヘリウム容器
の上面部に適宜大きさの開口部を設け、この開口部に熱
伝導率の高い凝縮棒を前記ヘリウム容器内のガスヘリウ
ム雰囲気中に突出させて固定し、この凝縮棒と前記冷凍
機の冷熱伝導部とを熱的に接続する。
The invention corresponding to claim 1 is a helium container storing liquid helium, a superconducting coil immersed and disposed in liquid helium in the helium container,
A radiation shield provided so as to surround the helium container, a vacuum container surrounding the helium container and the radiation shield, and the inside of which is held in a vacuum, and provided on the vacuum container side, the radiation shield and the radiation shield. In a superconducting magnet equipped with a refrigerator for cooling gas helium evaporated in the helium container, an opening of an appropriate size is provided on the upper surface of the helium container, and a condensing rod having a high thermal conductivity is provided in the opening. The condensing rod is protruded and fixed into the gas helium atmosphere in the helium container, and the condensing rod is thermally connected to the cold heat conduction part of the refrigerator.

【0026】上記請求項1に対応する発明の超電導磁石
によれば、冷凍機に熱的に接触させた熱伝導率の高い凝
縮棒により、液体ヘリウムの凝縮温度以下に冷やされた
十分な面積の凝縮面が得られるので、再凝縮効率を高め
ることができる。
According to the superconducting magnet of the invention corresponding to the first aspect, the condensing rod having a high thermal conductivity brought into thermal contact with the refrigerator has a sufficient area cooled to a temperature lower than the condensation temperature of liquid helium. Since a condensing surface is obtained, the recondensing efficiency can be increased.

【0027】請求項2に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の超電導磁石において、前記凝縮棒と前記ヘ
リウム容器の開口部との間に熱収縮の差により生じる凝
縮棒と冷凍機の冷熱伝導部との対峙面における変位量が
吸収可能な弾性体を介在させて凝縮棒をヘリウム容器に
固定する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, wherein the condensing rod and the refrigerator are generated by a difference in heat shrinkage between the condensing rod and the opening of the helium container. The condensing rod is fixed to the helium container with an elastic body capable of absorbing the displacement amount on the surface facing the thermal conduction part interposed therebetween.

【0028】上記請求項2に対応する発明の超電導磁石
によれば、凝縮棒が変位を吸収できる弾性体を介在させ
てヘリウム容器に固定されているので、熱収縮の違いに
よる冷凍機とヘリウム容器の位置ずれを吸収することが
でき、冷凍機が性能劣化や構造破壊することがない。
According to the superconducting magnet of the invention corresponding to the second aspect, since the condensing rod is fixed to the helium container with an elastic body capable of absorbing displacement interposed therebetween, the refrigerator and the helium container due to differences in heat shrinkage. Can be absorbed, and the refrigerator does not deteriorate in performance or break down the structure.

【0029】請求項3に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の超電導磁石において、前記凝縮棒と前記冷
凍機の冷熱伝導部との間に熱収縮の差により生じる凝縮
棒と冷凍機の冷熱伝導部との対峙面における変位量が吸
収可能な可撓体を介在させて、前記凝縮棒と冷凍機の冷
熱伝導部との間を熱的に接続する。
According to a third aspect of the present invention, in the superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the condenser rod and the refrigerator are generated by a difference in heat shrinkage between the condenser rod and a cold conduction part of the refrigerator. The condensing rod and the cold conduction section of the refrigerator are thermally connected with a flexible body interposed therebetween that can absorb the amount of displacement on the surface facing the cold conduction section.

【0030】上記請求項3に対応する発明の超電導磁石
によれば、冷凍機と凝縮棒の間に、可撓体を介在させて
熱的な接触を得ているので、請求項2に対応する発明と
同様な効果を得ることができる。
According to the superconducting magnet of the invention corresponding to the third aspect, a flexible body is interposed between the refrigerator and the condensing rod to obtain thermal contact. The same effect as the invention can be obtained.

【0031】請求項4に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の超電導磁石において、前記ヘリウム容器の
開口部に一端が液体ヘリウムの液面近傍に達するように
対流防止部材を挿入すると共に、この対流防止部材に包
囲されるように前記凝縮棒を配設する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, a convection preventing member is inserted into the opening of the helium container such that one end reaches near the liquid surface of liquid helium. The condensing rod is disposed so as to be surrounded by the convection preventing member.

【0032】上記請求項4に対応する発明の超電導磁石
によれば、凝縮棒の外周に対流防止部材を設置すること
により、液体温度に近いガスだけが凝縮棒の近くに集ま
るので、効率よく再凝縮できる。
According to the superconducting magnet of the invention corresponding to the fourth aspect, by installing the convection preventing member on the outer periphery of the condensing rod, only the gas having a temperature close to the liquid temperature gathers near the condensing rod, so that the reconducting rod can be efficiently recycled. Can be condensed.

【0033】請求項5に対応する発明は、液体ヘリウム
が貯液されたヘリウム容器と、このヘリウム容器内の液
体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム容器を包囲するように設けられた輻射シー
ルドと、これらヘリウム容器および輻射シールドを包囲
し、且つ内部が真空に保持された真空容器と、前記真空
容器側に設けられ、前記輻射シールドおよび前記ヘリウ
ム容器内で蒸発したガスヘリウムをそれぞれ冷却する冷
凍機とを備えた超電導磁石において、前記ヘリウム容器
内の液体ヘリウム中に没入させて設けられたヒータと、
前記ヘリウム容器内のガスヘリウム雰囲気中に設けら
れ、前記ヘリウム容器内の圧力を測定する圧力計測手段
と、この圧力計測手段により測定された前記ヘリウム容
器内の圧力に応じて前記ヒータを制御して前記ヘリウム
容器内の圧力を所定の圧力に維持する圧力制御器とを具
備する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a helium container containing liquid helium, a superconducting coil immersed in liquid helium in the helium container, and
A radiation shield provided so as to surround the helium container, a vacuum container surrounding the helium container and the radiation shield, and the inside of which is held in a vacuum, and provided on the vacuum container side, the radiation shield and the radiation shield. In a superconducting magnet including a refrigerator that cools gas helium evaporated in the helium container, a heater provided to be immersed in liquid helium in the helium container,
A pressure measuring unit that is provided in a gas helium atmosphere in the helium container and measures a pressure in the helium container, and controls the heater in accordance with the pressure in the helium container measured by the pressure measuring unit. A pressure controller for maintaining the pressure in the helium container at a predetermined pressure.

【0034】上記請求項5に対応する発明の超電導磁石
によれば、ヘリウム容器の内部に設置されたヒータを加
熱させて、ヘリウム容器内部の圧力を制御するので、大
気がヘリウム容器の中に吸い込むことがなくなる。
According to the superconducting magnet of the invention corresponding to the fifth aspect, the heater installed inside the helium container is heated to control the pressure inside the helium container, so that the atmosphere is sucked into the helium container. Disappears.

【0035】請求項6に対応する発明は、液体ヘリウム
が貯液されたヘリウム容器と、このヘリウム容器内の液
体ヘリウム中に浸漬させて配設された超電導コイルと、
前記ヘリウム容器を包囲するように設けられた輻射シー
ルドと、これらヘリウム容器および輻射シールドを包囲
し、且つ内部が真空に保持された真空容器と、前記真空
容器側に設けられ、前記輻射シールドおよび前記ヘリウ
ム容器内で蒸発したガスヘリウムをそれぞれ冷却する冷
凍機とを備えた超電導磁石において、前記ヘリウム容器
内の液体ヘリウムの液面を測定する液面計測手段と、前
記超電導コイルの励磁電圧を計測する電圧計測手段と、
これら計測手段による計測タイミングを制御し、予め設
定された時間間隔で前記液面計測手段により液面を測定
させると共に、前記電圧計測手段により測定された励磁
電圧に感知すると前記液面計測手段により随時液面を計
測させる制御装置とを具備する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a helium container in which liquid helium is stored, a superconducting coil immersed in liquid helium in the helium container, and
A radiation shield provided so as to surround the helium container, a vacuum container surrounding the helium container and the radiation shield, and the inside of which is held in a vacuum, and provided on the vacuum container side, the radiation shield and the radiation shield. In a superconducting magnet having a refrigerator for cooling gas helium evaporated in a helium container, a liquid level measuring means for measuring a liquid level of liquid helium in the helium container and an excitation voltage of the superconducting coil are measured. Voltage measurement means,
The timing of measurement by these measuring means is controlled, and the liquid level is measured by the liquid level measuring means at a preset time interval, and when the excitation level measured by the voltage measuring means is sensed, the liquid level measuring means may control the liquid level at any time. A control device for measuring the liquid level.

【0036】上記請求項6に対応する発明によれば、液
面計測手段を間欠運転することで液体ヘリウム2容器で
の熱負荷を最小限に抑えつつ、励磁を自動的に感知して
随時液面を計測するので、液体ヘリウムの不足によるク
エンチの発生がなく、安全性の高いものとなし得る。
According to the invention corresponding to claim 6, the intermittent operation of the liquid level measuring means minimizes the thermal load on the liquid helium 2 container, and automatically detects the excitation to detect the liquid level as needed. Since the surface is measured, there is no occurrence of quench due to lack of liquid helium, and it can be made highly safe.

【0037】請求項7に対応する発明は、クライオスタ
ット内に収容された超電導コイルと、前記クライオスタ
ットの外部に設置され、前記超電導コイルを励磁するた
めの励磁電源と、前記クライオスタット内に設置され、
前記励磁電源と前記超電導コイル間に介挿された酸化物
超電導体からなる電流リードと、前記超電導コイルに並
列に接続された保護回路とで構成された超電導磁石にお
いて、前記超電導コイルと前記電流リード間に一端が接
続され、前記クライオスタットの外部に導入された一対
の補助リードと、この一対の補助リード間に前記クライ
オスタットの外部で直列に接続された放電抵抗とで構成
する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a superconducting coil housed in a cryostat, an exciting power source installed outside the cryostat for exciting the superconducting coil, and installed in the cryostat,
A superconducting magnet comprising: a current lead made of an oxide superconductor inserted between the excitation power supply and the superconducting coil; and a protection circuit connected in parallel to the superconducting coil. One end is connected between the pair of auxiliary leads, and a pair of auxiliary leads is introduced outside the cryostat, and a discharge resistor is connected between the pair of auxiliary leads in series outside the cryostat.

【0038】請求項8に対応する発明は、請求項7に対
応する発明の超電導磁石において、前記補助リード間に
放電抵抗と直列に制御装置により制御される電流制御部
を設ける。
According to an eighth aspect of the present invention, in the superconducting magnet according to the seventh aspect of the present invention, a current control unit controlled by a control device is provided between the auxiliary lead in series with a discharge resistor.

【0039】上記請求項7及び請求項8に対応する発明
によれば、補助リードを具備することにより、放電抵抗
をクライオスタット外部に設置できるため、ダイオード
等の半導体をクライオスタット内部に設置する必要がな
く、信頼性の高い保護回路となし得る。
According to the seventh and eighth aspects of the present invention, since the auxiliary lead is provided, the discharge resistor can be installed outside the cryostat, so that there is no need to install a semiconductor such as a diode inside the cryostat. And a highly reliable protection circuit.

【0040】請求項9に対応する発明は、請求項7に対
応する発明の超電導磁石において、前記補助リード間に
放電抵抗と直列に自己制御型の電流制御部を設ける。
According to a ninth aspect of the present invention, in the superconducting magnet according to the seventh aspect of the present invention, a self-control type current controller is provided between the auxiliary leads in series with a discharge resistor.

【0041】上記請求項9に対応する発明によれば、補
助リード間に自己制御型の電流制御部を直列に接続する
ことで、正常な励磁中においては、保護回路への分流せ
ず応答性の速いものとなし得る。
According to the invention corresponding to the ninth aspect, by connecting the self-control type current control unit in series between the auxiliary leads, during normal excitation, the current is not shunted to the protection circuit and the response is reduced. Can be fast.

【0042】請求項10に対応する発明は、請求項9に
対応する発明の超電導磁石の保護回路において、電流制
御部は、その両端に発生した電圧により制御される電流
制御素子もしくは電流制御回路である。
According to a tenth aspect of the present invention, in the superconducting magnet protection circuit according to the ninth aspect, the current control unit is a current control element or a current control circuit controlled by a voltage generated at both ends thereof. is there.

【0043】請求項9に対応する発明によれば、補助リ
ード間に設置する電流制御部を、両端に発生した電圧に
より制御される電流制御素子もしくは電流制御回路とす
ることで、信号処理の失敗などによる誤動作などがな
く、安全性を高めることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, the current control unit provided between the auxiliary leads is a current control element or a current control circuit controlled by a voltage generated at both ends, so that signal processing failure can be prevented. There is no erroneous operation due to the above, and safety can be improved.

【0044】請求項11に対応する発明は、請求項7に
対応する発明の超電導磁石の保護回路において、前記補
助リード間に放電抵抗と直列に制御装置により制御され
る電流制御素子と、両端に発生した電圧により制御され
る電流制御素子もしくは電流制御回路とを複数並列に接
続して設ける。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the superconducting magnet protection circuit according to the seventh aspect of the present invention, a current control element controlled by a controller in series with a discharge resistor between the auxiliary leads is provided at both ends. A plurality of current control elements or current control circuits controlled by the generated voltage are connected in parallel.

【0045】上記請求項11に対応する発明によれば、
補助リード間に設置する電流制御部に制御装置により制
御される電流制御素子と、ある設定電圧以上になると短
絡する電流制御回路を並列にすることにより、緻密な制
御と、受動的な安全性を兼ね備えたものとなる。
According to the invention corresponding to claim 11,
Precise control and passive safety are achieved by paralleling a current control element controlled by the control device and a current control circuit that short-circuits when the voltage exceeds a certain set voltage in a current control unit installed between the auxiliary leads. It will have both.

【0046】請求項12に対応する発明は、超電導コイ
ルがクライオスタット内部に配置された超電導磁石にお
いて、前記クライオスタット内の超電導コイルに通電す
るための電流導入端子を前記クライオスタットの内部か
ら外部に貫通させて設置し、この電流導入端子の外部側
に向けて送風可能に送風手段を設ける。
According to a twelfth aspect of the present invention, in a superconducting magnet having a superconducting coil disposed inside a cryostat, a current introducing terminal for supplying a current to the superconducting coil in the cryostat is penetrated from inside the cryostat to outside. It is installed, and a blowing means is provided so as to be able to blow air toward the outside of the current introduction terminal.

【0047】上記請求項12に対応する発明によれば、
送風手段を設置することで、電流導入端子に水滴がつく
ことを防止し、良好な対地絶縁を保持することができ
る。
According to the invention corresponding to claim 12,
By providing the air blowing means, it is possible to prevent water droplets from being attached to the current introduction terminal, and to maintain good ground insulation.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0049】図1は本発明による超電導磁石の第1の実
施の形態を示す断面図であり、図15と同一部品には同
一符号を付して説明する。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a superconducting magnet according to the present invention, and the same parts as those in FIG.

【0050】図1において、4は内部に液体ヘリウム2
が貯液され、且つ上面部に開けられた適宜大きさの開口
部に筒体4aが取付けられたヘリウム容器で、このヘリ
ウム容器4内には超電導コイル1が液体ヘリウム中に浸
漬させて収納されている。
In FIG. 1, reference numeral 4 denotes liquid helium 2 inside.
Is a helium container in which a cylinder 4a is attached to an opening of an appropriate size opened in the upper surface, and the superconducting coil 1 is immersed in liquid helium and stored in the helium container 4. ing.

【0051】また、5はヘリウム容器4を包囲するよう
に設けられた輻射シールド、6は内部にヘリウム容器を
包囲した輻射シールド5を配置した真空容器である。
Reference numeral 5 denotes a radiation shield provided so as to surround the helium container 4, and reference numeral 6 denotes a vacuum container in which a radiation shield 5 surrounding the helium container is disposed.

【0052】一方、3は真空容器6の上面部に装備され
た冷凍機で、この冷凍機3は1段部及び2段部の冷熱伝
導体を有している。そして、1段部の冷熱伝導体を輻射
シールド5に熱的に接触させ、2段部の冷熱伝導体をヘ
リウム容器4側の筒体4aに先端部をヘリウム容器4内
に臨ませて挿入された凝縮棒15に熱的に接触させてい
る。この凝縮棒15はガスヘリウム7が凝縮する温度
(約4K)より低い温度に保たれるため、この部分にガ
スヘリウム7を熱的に接触させて冷熱を与えている。
On the other hand, reference numeral 3 denotes a refrigerator mounted on the upper surface of the vacuum vessel 6, and this refrigerator 3 has a one-stage and a two-stage cold conductor. Then, the first-stage cold conductor is brought into thermal contact with the radiation shield 5 and the second-stage cold conductor is inserted into the cylindrical body 4a on the helium container 4 side with its tip end facing the helium container 4. The heat is brought into thermal contact with the condensing rod 15. Since the condensing rod 15 is kept at a temperature lower than the temperature at which the gas helium 7 condenses (about 4K), the gas helium 7 is brought into thermal contact with this portion to provide cold heat.

【0053】この場合、冷凍機3の1段部の冷熱伝導体
により輻射シールド5は、50K程度に冷却保持されて
いる。また、凝縮棒15は、冷凍機3とほとんど温度差
ができないように無酸素銅などの高熱伝導率材料から作
製されている。
In this case, the radiation shield 5 is cooled and held at about 50K by the cold conductor at the first stage of the refrigerator 3. The condensing rod 15 is made of a high thermal conductivity material such as oxygen-free copper so that there is almost no temperature difference from the refrigerator 3.

【0054】上記構成の第1の実施の形態によれば、ヘ
リウム容器4内のヘリウムガス7とその接触部が液体ヘ
リウム2の凝縮温度以下に保たれ、十分な面積の凝縮面
がヘリウム容器4の中で得られるので、侵入熱により蒸
発したガスヘリウム7は効率よく再凝縮される。
According to the first embodiment having the above-described structure, the helium gas 7 in the helium container 4 and the contact portion thereof are maintained at a temperature not higher than the condensation temperature of the liquid helium 2, and the condensation surface having a sufficient area is formed by the helium container 4 The gas helium 7 evaporated by the heat of intrusion is efficiently recondensed.

【0055】図2は本発明による超電導磁石の第2の実
施の形態を示す断面図で、図1と同一部品には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について
述べる。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0056】第2の実施の形態では、図2に示すように
ヘリウム容器4の上面部に開けられた適宜大きさの開口
部周縁と冷凍機3の2段部と熱的に接触する凝縮棒15
の頭部との間に、冷凍機3とヘリウム容器4との熱収縮
率の差により生じる位置関係のずれによる変位が吸収可
能なベローズのような弾性体16を介在させて、凝縮棒
15をヘリウム容器4に固定するものである。
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, a condensing rod which is in thermal contact with the periphery of an opening of an appropriate size opened on the upper surface of the helium container 4 and the two-stage portion of the refrigerator 3. Fifteen
An elastic body 16 such as a bellows capable of absorbing a displacement caused by a positional shift caused by a difference in heat shrinkage between the refrigerator 3 and the helium container 4 is interposed between the head and the condensing rod 15. It is fixed to the helium container 4.

【0057】上記構成の第2の実施の形態によれば、熱
収縮の差により生じる冷凍機3とヘリウム容器4の位置
ずれを弾性体16で吸収することができるので、冷凍機
3の性能劣化や構造破壊を惹起することがない。
According to the second embodiment having the above structure, the displacement between the refrigerator 3 and the helium container 4 caused by the difference in heat shrinkage can be absorbed by the elastic body 16, so that the performance of the refrigerator 3 is deteriorated. And no structural destruction.

【0058】図3は本発明による超電導磁石の第3の実
施の形態を示す断面図で、図1と同一部品には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について
述べる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0059】第3の実施の形態では、図3に示すように
冷凍機3の2段部とヘリウム容器4側の筒体4aに挿入
保持された凝縮棒15の頭部との間に、可撓体17を介
在させて熱的な接触を得るようにしたものである。この
可撓体17は高熱伝導率材料である無酸素銅の平網線や
薄板を重ねたものなどが望ましい。
In the third embodiment, as shown in FIG. 3, between the two-stage portion of the refrigerator 3 and the head of the condensing rod 15 inserted and held in the cylinder 4a on the helium container 4 side. The thermal contact is obtained by interposing the flexible body 17. The flexible body 17 is desirably made of a flat wire or a thin plate of oxygen-free copper, which is a high thermal conductivity material.

【0060】上記構成の第3の実施の形態としても、第
2の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
In the third embodiment having the above structure, the same operation and effect as in the second embodiment can be obtained.

【0061】図4は本発明による超電導磁石の第4の実
施の形態を示す断面図で、図1と同一部品には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について
述べる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0062】第4の実施の形態では、図4に示すように
ヘリウム容器4の上面部に開けられた適宜大きさの開口
部に筒状の対流防止部材18の一端が液体ヘリウム2の
液面近傍に達するように挿入して取付け、この対流防止
部材18に先端部をヘリウム容器4内に臨ませて挿入保
持された凝縮棒15に冷凍機3の2段部の冷熱伝導体と
熱的に接触させるようにしたものである。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 4, one end of a cylindrical convection preventing member 18 is inserted into an opening of an appropriate size opened on the upper surface of the helium container 4 so that the liquid level of the liquid helium 2 is increased. It is inserted and attached so as to reach the vicinity, and the tip of the convection preventing member 18 faces the inside of the helium container 4, and the condensing rod 15 inserted and held is thermally connected to the two-stage cold conductor of the refrigerator 3. The contact is made.

【0063】上記構成の超電導磁石において、ガスヘリ
ウム7の温度は、凝縮温度すなわち液体温度に近いほど
液体ヘリウム2に再凝縮しやすい。一方、ガスヘリウム
7中では、侵入熱の分布によって形成されるガス温度分
布が原因となって対流が発生し、凝縮棒15の近傍に暖
かいガスが流れてくる可能性がある。
In the superconducting magnet having the above structure, the gas helium 7 is more likely to be re-condensed into the liquid helium 2 as the temperature is closer to the condensation temperature, that is, the liquid temperature. On the other hand, in the gas helium 7, convection is generated due to the gas temperature distribution formed by the distribution of the penetrating heat, and a warm gas may flow near the condensing rod 15.

【0064】第4の実施の形態によれば、対流防止部材
18により、液体温度に近い液面近くのヘリウムガス7
だけが凝縮棒15の近くに集まるので、効率よく再凝縮
することができる。
According to the fourth embodiment, the convection preventing member 18 allows the helium gas 7 near the liquid surface to be close to the liquid temperature.
Since only the particles gather near the condensing rod 15, recondensing can be performed efficiently.

【0065】図5は本発明による超電導磁石の第5の実
施の形態を示す断面図で、図1と同一部品には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について
述べる。
FIG. 5 is a sectional view showing a fifth embodiment of a superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0066】第5の実施の形態では、図5に示すように
ヘリウム容器4の内部にヒータ19を液体ヘリウム中に
没入させて設けると共に、ヘリウム容器4内部のヘリウ
ムガス7の雰囲気中にガス圧力を測定する圧力計測手段
20を設け、ヒータ19を真空容器6の外部に導出され
たリード線を介してヒータ電源21に接続し、圧力計測
手段20の測定部を真空容器6の外部に導出してヒータ
電源21と共に圧力制御器22にそれぞれ接続するもの
である。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 5, a heater 19 is provided in the helium container 4 so as to be immersed in the liquid helium, and the gas pressure is set in the atmosphere of the helium gas 7 in the helium container 4. Is provided, a heater 19 is connected to a heater power supply 21 via a lead wire led out of the vacuum vessel 6, and a measuring section of the pressure measuring means 20 is led out of the vacuum vessel 6. And a heater power supply 21 and a pressure controller 22 respectively.

【0067】この場合、圧力制御器22は圧力計測手段
20により測定された圧力が、予め設定された圧力以下
になったときに、ヒータ電源を働かせ、別途予め設定さ
れた圧力になるまでヒータ19を加熱させるようになっ
ている。
In this case, when the pressure measured by the pressure measuring means 20 becomes equal to or less than the preset pressure, the pressure controller 22 activates the heater power supply and activates the heater 19 until the pressure reaches a separately preset pressure. Is to be heated.

【0068】上記構成の第5の実施の形態によれば、ヒ
ータ19を加熱して液体ヘリウムを蒸発させ、ヘリウム
容器4が大気圧以下にならないように調整するので、大
気を吸い込むことはなくなり、長期運転可能な超電導磁
石となし得る。
According to the fifth embodiment having the above-described structure, the heater 19 is heated to evaporate the liquid helium, and the helium container 4 is adjusted so as not to be lower than the atmospheric pressure. It can be a superconducting magnet that can be operated for a long time.

【0069】図6は本発明による超電導磁石の第6の実
施の形態を示す断面図で、図1と同一部品には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について
述べる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a sixth embodiment of the superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0070】第6の実施の形態では、図6に示すように
ヘリウム容器4の内部にヘリウム液面を測定する液面計
測手段8を設け、その液面計測信号を真空容器6の外部
の液面計23に入力し、また超電導コイル1の両端を真
空容器6の外部の励磁電源24に接続すると共に、その
励磁電圧を測定する電圧計25を設け、これら液面計2
3、励磁電源24及び電圧計25を制御装置26に接続
する構成とするものである。
In the sixth embodiment, a liquid level measuring means 8 for measuring a helium liquid level is provided inside a helium container 4 as shown in FIG. Input to a level gauge 23, and both ends of the superconducting coil 1 are connected to an excitation power supply 24 outside the vacuum vessel 6, and a voltmeter 25 for measuring the excitation voltage is provided.
3. An excitation power supply 24 and a voltmeter 25 are connected to a control device 26.

【0071】ここで、上記制御装置26は、予め設定さ
れた時間間隔で液面計23を通して液面計測手段8に液
面を計測させるとともに、電圧計25に励磁電圧が感知
されると、それに応じて随時液面計測手段8を運転させ
る。また、液面計測手段8により計測された液面がある
設定値以下になれば、励磁電源24にインターロック信
号を送ることもできる。
Here, the controller 26 causes the liquid level measuring means 8 to measure the liquid level through the liquid level meter 23 at a preset time interval, and when the exciting voltage is detected by the voltmeter 25, The liquid level measurement means 8 is operated as needed. Further, when the liquid level measured by the liquid level measuring means 8 falls below a certain set value, an interlock signal can be sent to the excitation power supply 24.

【0072】上記構成の第6の実施の形態によれば、液
面計測手段8を間欠運転させることによりヘリウム容器
4内での熱負荷を最小限に抑えつつ、励磁を自動的に感
知して随時液面を計測することが可能となり、液体ヘリ
ウム2の不足によるクエンチの発生を抑制できる。
According to the sixth embodiment having the above-described structure, the excitation is automatically sensed while the heat load in the helium container 4 is minimized by intermittently operating the liquid level measuring means 8. The liquid level can be measured at any time, and the occurrence of quenching due to lack of liquid helium 2 can be suppressed.

【0073】図7は本発明による超電導磁石の第7の形
態を示す回路図で、図16と同一部品には同一符号を付
して説明する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG.

【0074】第7の実施の形態において、超電導コイル
1は、その両端部に酸化物超電導電流リード9が接続さ
れ、クライオスタット内部に収められている。酸化物超
電導電流リード9は、クライオスタットの外部へ導出さ
れ、超電導コイル1を励磁するための励磁電源10に遮
断器11を介して接続されている。
In the seventh embodiment, superconducting coil 1 has oxide superconducting current leads 9 connected to both ends thereof and is housed inside a cryostat. The oxide superconducting current lead 9 is led out of the cryostat and is connected via a circuit breaker 11 to an excitation power supply 10 for exciting the superconducting coil 1.

【0075】そして、これら励磁電源10および遮断器
11は制御装置12に接続されている。
The excitation power supply 10 and circuit breaker 11 are connected to a control device 12.

【0076】また、保護回路としては、超電導コイル1
の両端と酸化物超電導電流リード9との間に補助リード
27の一端を接続し、その他端をクライオスタットの外
部へ導出し、その導出端子間に放電抵抗14が接続さ
れ、保護回路を形成している。
As the protection circuit, the superconducting coil 1
One end of the auxiliary lead 27 is connected between both ends of the auxiliary superconducting current lead 9 and the other end thereof is led out of the cryostat. A discharge resistor 14 is connected between the lead terminals to form a protection circuit. I have.

【0077】このような超電導磁石の保護回路におい
て、クエンチが検出されると、制御装置12からの信号
で遮断器は励磁回路を切り離し、励磁電源10から流れ
ていた電流は保護回路に転流する。正常な励磁の場合
は、励磁電源10から供給される電流のうち、保護回路
には、励磁電圧(V)と放電抵抗14(R)に相応した
I=V/Rの分流があり、放電抵抗14で発熱するが、
この放電抵抗14はクライオスタットの外部にあるの
で、特に問題はない。
In such a superconducting magnet protection circuit, when a quench is detected, the circuit breaker disconnects the excitation circuit by a signal from the control device 12, and the current flowing from the excitation power supply 10 is commutated to the protection circuit. . In the case of normal excitation, of the current supplied from the excitation power supply 10, the protection circuit has a shunt of I = V / R corresponding to the excitation voltage (V) and the discharge resistor 14 (R). It generates heat at 14,
Since the discharge resistor 14 is outside the cryostat, there is no particular problem.

【0078】本実施の形態によれば、超電導コイル1の
両端に補助リード27を接続することにより、放電抵抗
14をクライオスタット外部に設置できるため、従来の
ようにダイオードのような半導体素子をクライオスタッ
ト内部に設置する必要がなく、信頼性の高い保護回路と
なし得る。
According to the present embodiment, by connecting the auxiliary leads 27 to both ends of the superconducting coil 1, the discharge resistor 14 can be installed outside the cryostat. It is not necessary to install the protection circuit, and a highly reliable protection circuit can be obtained.

【0079】図8は本発明による超電導磁石の第8の形
態を示す回路図で、図7と同一部品には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる点について述べ
る。
FIG. 8 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of a superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0080】第8の形態では、図8に示すようにクライ
オスタットの外部に導出された補助リード27の導出端
子間に放電抵抗14と直列に電流制御部28を接続し
て、保護回路を形成し、制御装置12により電流制御部
28を制御可能な構成とするものである。
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 8, a protection circuit is formed by connecting a current controller 28 in series with the discharge resistor 14 between the lead terminals of the auxiliary lead 27 led out of the cryostat. , The current controller 28 can be controlled by the controller 12.

【0081】この場合、上記電流制御部28は、制御装
置12からの信号により電流を制御する素子または回路
で、例えばサイリスタのような一方向電流制御素子から
構成されている。
In this case, the current control section 28 is an element or a circuit for controlling the current by a signal from the control device 12, and is constituted by a one-way current control element such as a thyristor.

【0082】上記構成の超電導磁石の保護回路におい
て、超電導コイル1の通電中にクエンチが検出される
と、制御装置12からの信号により電流制御部28は短
絡される。その後、制御装置12からの信号により遮断
器1は励磁回路を切り離し、励磁電源10から超電導コ
イル1に流れていた電流は保護回路に転流し、第7の実
施の形態と同様に放電抵抗14の発熱によりエネルギー
が消費される。
In the superconducting magnet protection circuit having the above-described configuration, when a quench is detected while the superconducting coil 1 is energized, the current control unit 28 is short-circuited by a signal from the control device 12. Thereafter, the circuit breaker 1 disconnects the excitation circuit by a signal from the control device 12, and the current flowing from the excitation power supply 10 to the superconducting coil 1 is diverted to the protection circuit. Energy is consumed by heat generation.

【0083】上記第8の実施の形態によれば、電流制御
部28を設けたことで、正常な励磁中においては、保護
回路に分流しないので、励磁電源10を流れる電流と、
実際に超電導コイル1に流れる電流が常に一致し、応答
性の速い超電導磁石となし得る。
According to the eighth embodiment, since the current control unit 28 is provided, the current does not shunt to the protection circuit during normal excitation.
The current actually flowing in the superconducting coil 1 always coincides, and the superconducting magnet can have a fast response.

【0084】図9は本発明による超電導磁石の第9の形
態を示す回路図で、図8と同一部品には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる点について述べ
る。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a ninth embodiment of the superconducting magnet according to the present invention. The same parts as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0085】第9の実施の形態では、放電抵抗14と直
列に接続された電流制御部28として、ダイオードなど
の一方向電流制御素子や、図10に示すようにある設定
電圧以上になるとサイリスタ19に点弧信号が自動的に
入るように設計された自己点弧型の回路により構成して
制御装置12による制御を不要にしたものである。
In the ninth embodiment, as the current control unit 28 connected in series with the discharge resistor 14, a one-way current control element such as a diode, or a thyristor 19 when the voltage exceeds a certain set voltage as shown in FIG. The self-ignition type circuit designed so that the ignition signal is automatically input to the control circuit 12 eliminates the control by the control device 12.

【0086】上記構成の第9の実施の形態によれば、制
御装置12での信号処理の失敗などによる誤動作などが
なく、安全性の高い保護回路となし得る。
According to the ninth embodiment having the above-described configuration, there is no malfunction due to failure of the signal processing in the control device 12 or the like, and a protection circuit with high safety can be provided.

【0087】上記では、制御装置12からの信号により
制御を受けない図10に示すような回路構成の電流制御
部28を使用したが、第9の実施の形態において、電流
制御部28として、図11に示すように制御装置12か
らの信号により電流を制御するサイリスタ29のような
電流制御素子と、ある設定電圧以上になると短絡する電
流制御回路とを並列接続した回路構成のものを使用して
もよい。
In the above, the current control unit 28 having the circuit configuration as shown in FIG. 10 which is not controlled by the signal from the control device 12 is used. However, in the ninth embodiment, the current control unit 28 is As shown in FIG. 11, a current control element such as a thyristor 29 that controls the current by a signal from the control device 12 and a current control circuit that short-circuits when the voltage exceeds a certain set voltage are used in parallel. Is also good.

【0088】上記構成の超電導磁石の保護回路におい
て、通常は第8の実施の形態と同様にクエンチが検出さ
れると、電流制御部28は短絡されるが、仮にこの制御
が失敗したとしても、電流制御部28の両端に発生する
電圧により、自己点弧型の電流制御回路が短絡されるの
で、保護回路としての機能が失われることがない。
In the superconducting magnet protection circuit having the above-described configuration, when a quench is normally detected in the same manner as in the eighth embodiment, the current control unit 28 is short-circuited. The self-ignition type current control circuit is short-circuited by the voltage generated at both ends of the current control unit 28, so that the function as the protection circuit is not lost.

【0089】このような構成の電流制御部28を用いれ
ば、電流制御を制御装置12の信号で行う緻密な制御
と、自己点弧型の電流制御回路のような受動的に行う制
御との二重化を図ることにより、安全性を兼ね備えた保
護回路となし得る。
The use of the current control unit 28 having such a configuration makes it possible to duplicate the precise control in which the current control is performed by the signal of the control device 12 and the control in which the current control is performed passively such as a self-ignition type current control circuit. Thus, a protection circuit having safety can be obtained.

【0090】また、図11に示す回路構成の電流制御部
をお互いに逆向きにして並列に接続した図12に示すよ
うな回路構成の電流制御部28を用いてもよい。
Further, a current control unit 28 having a circuit configuration as shown in FIG. 12 may be used in which the current control units having the circuit configuration shown in FIG.

【0091】このような構成の電流制御部を用いれば、
正逆の両励磁方向に対応できる超電導磁石の保護回路と
なし得る。
If the current control unit having such a configuration is used,
A protection circuit for the superconducting magnet that can cope with both forward and reverse excitation directions can be provided.

【0092】図13は本発明による超電導磁石の第10
の実施の形態における電流導入端子部の構成を示す断面
図である。
FIG. 13 shows a tenth embodiment of the superconducting magnet according to the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of the electric current introduction terminal part in embodiment.

【0093】第10の実施の形態では、図13に示すよ
うにクライオスタットの内側と外側を貫通させてクライ
オスタットの内部の超電導コイルに電流を導入する電流
導入端子30を設け、クライオスタットの外側、すなわ
ち電流導入端子30の大気側を感電防止用のカバー31
で包囲すると共に、このカバー31に送風手段32を設
ける構成とするものである。
In the tenth embodiment, as shown in FIG. 13, a current introduction terminal 30 for penetrating the inside and outside of the cryostat to introduce a current into the superconducting coil inside the cryostat is provided. A cover 31 for preventing electric shock is provided on the atmosphere side of the introduction terminal 30.
And the cover 31 is provided with a blower 32.

【0094】このカバー31には、排気出口33が設け
られており、通風路を形成しているので、効率良く電流
導入端子30に送風することができる。また、電流導入
端子30は、クライオスタット内部からの伝熱で冷却さ
れ、露点以下の温度になる可能性が有るが、送風手段3
2により大気温度近くで保持されるので、水滴がつくこ
とはない。
Since the cover 31 is provided with an exhaust outlet 33 and forms a ventilation passage, air can be efficiently blown to the current introduction terminal 30. The current introduction terminal 30 is cooled by heat transfer from the inside of the cryostat, and may have a temperature lower than the dew point.
2 keeps the temperature close to the ambient temperature, so that no water drops are formed.

【0095】上記構成の第10の実施の形態によれば、
電流導入端子30に水滴がつくことを防止することで、
対地絶縁が良好である。
According to the tenth embodiment having the above structure,
By preventing water droplets from attaching to the current introduction terminal 30,
Good ground insulation.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上述べたように本発明による超電導磁
石によれば、冷凍機の能力を有効に利用できると共に、
安全且つ信頼性の向上を図ることができ、また冷凍機と
ヘリウム容器の冷却による位置ずれを吸収することがで
きる。
As described above, according to the superconducting magnet of the present invention, the capacity of the refrigerator can be effectively used, and
Safety and reliability can be improved, and the displacement caused by cooling the refrigerator and the helium container can be absorbed.

【0097】また、本発明による超電導磁石の保護回路
によれば、クライオスタット内にダイオード等の半導体
を設置すること無く、超電導コイルを保護できると共
に、電流導入端子の外表面に水滴がつかないようにし
て、対地絶縁の健全性を保持することができる。
According to the superconducting magnet protection circuit of the present invention, it is possible to protect the superconducting coil without installing a semiconductor such as a diode in the cryostat and to prevent water droplets from adhering to the outer surface of the current introducing terminal. Thus, the soundness of the ground insulation can be maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による超電導磁石の第1の実施の形態を
示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a superconducting magnet according to the present invention.

【図2】本発明による超電導磁石の第2の実施の形態を
示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of a superconducting magnet according to the present invention.

【図3】本発明による超電導磁石の第3の実施の形態を
示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the superconducting magnet according to the present invention.

【図4】本発明による超電導磁石の第4の実施の形態を
示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a fourth embodiment of a superconducting magnet according to the present invention.

【図5】本発明による超電導磁石の第5の実施の形態を
示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明による超電導磁石の第6の実施の形態を
示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明による超電導磁石の第7の実施の形態を
示す回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a superconducting magnet according to a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明による超電導磁石の第8の実施の形態を
示す回路図。
FIG. 8 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of a superconducting magnet according to the present invention.

【図9】本発明による超電導磁石の第9の実施の形態を
示す回路図。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a ninth embodiment of a superconducting magnet according to the present invention.

【図10】同実施の形態における電流制御部の構成例を
示す回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of a current control unit in the embodiment.

【図11】同実施の形態における電流制御部の他の構成
例を示す回路図。
FIG. 11 is a circuit diagram showing another configuration example of the current control unit in the embodiment.

【図12】同実施の形態における電流制御部のさらに異
なる構成例を示す回路図。
FIG. 12 is a circuit diagram showing still another example of the configuration of the current control unit according to the embodiment;

【図13】本発明による超電導磁石の第10の実施の形
態における電流導入端子部の構成を示す断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a current introducing terminal in a superconducting magnet according to a tenth embodiment of the present invention.

【図14】再凝縮タイプを採用した超電導磁石に使用さ
れる冷凍機の冷却特性の説明図。
FIG. 14 is an explanatory diagram of cooling characteristics of a refrigerator used for a superconducting magnet employing a recondensing type.

【図15】従来の再凝縮タイプを採用した超電導磁石の
一例を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing an example of a superconducting magnet employing a conventional recondensing type.

【図16】従来の保護回路を備えた超電導磁石の一例を
示す回路図。
FIG. 16 is a circuit diagram showing an example of a superconducting magnet provided with a conventional protection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……超電導コイル 2……液体ヘリウム 3……冷凍機 4……ヘリウム容器 5……輻射シールド 6……真空容器 7……ガスヘリウム 8……液面計測手段 9……酸化物超電導電流リード 10……励磁電源 11……遮断器 12……制御装置 13……ダイオード 14……放電抵抗 15……凝縮棒 16……弾性体 17……可撓体 18……対流防止部材 19……ヒータ 20……圧力計測手段 21……ヒータ電源 22……圧力制御器 23……液面計 24……励磁電源 25……電圧計 26……制御装置 27……補助リード 28……電流制御部 29……サイリスタ 30……電流導入端子 31……カバー 32……送風手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Superconducting coil 2 ... Liquid helium 3 ... Refrigerator 4 ... Helium container 5 ... Radiation shield 6 ... Vacuum container 7 ... Gas helium 8 ... Liquid level measuring means 9 ... Oxide superconducting current lead DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Excitation power supply 11 ... Circuit breaker 12 ... Control device 13 ... Diode 14 ... Discharge resistance 15 ... Condensing rod 16 ... Elastic body 17 ... Flexible body 18 ... Convection prevention member 19 ... Heater 20 pressure measuring means 21 heater power supply 22 pressure controller 23 liquid level gauge 24 excitation power supply 25 voltmeter 26 control device 27 auxiliary lead 28 current control unit 29 ...... thyristor 30 ... current introduction terminal 31 ... cover 32 ... blowing means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 守 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 来栖 努 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 土橋 隆博 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 4M114 AA14 AA17 AA18 AA31 CC03 CC05 CC11 CC13 CC16 DA07 DA09 DA10 DA12 DA45 DA51 DB02 DB67  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mamoru Shimada 2-4-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Keihin Plant (72) Inventor Tsutomu Kurusu 2--4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Address Toshiba Keihin Works Co., Ltd. (72) Inventor Takahiro Dobashi 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 4M114 AA14 AA17 AA18 AA31 CC03 CC05 CC11 CC13 CC16 DA07 DA09 DA10 DA12 DA45 DA51 DB02 DB67

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体ヘリウムが貯液されたヘリウム容器
と、このヘリウム容器内の液体ヘリウム中に浸漬させて
配設された超電導コイルと、前記ヘリウム容器を包囲す
るように設けられた輻射シールドと、これらヘリウム容
器および輻射シールドを包囲し、且つ内部が真空に保持
された真空容器と、前記真空容器側に設けられ、前記輻
射シールドおよび前記ヘリウム容器内で蒸発したガスヘ
リウムをそれぞれ冷却する冷凍機とを備えた超電導磁石
において、 前記ヘリウム容器の上面部に適宜大きさの開口部を設
け、この開口部に熱伝導率の高い凝縮棒を前記ヘリウム
容器内のガスヘリウム雰囲気中に突出させて固定し、こ
の凝縮棒と前記冷凍機の冷熱伝導部とを熱的に接続した
ことを特徴とする超電導磁石。
1. A helium container storing liquid helium, a superconducting coil immersed in liquid helium in the helium container, and a radiation shield provided so as to surround the helium container. A vacuum vessel surrounding the helium container and the radiation shield and maintaining the inside thereof at a vacuum, and a refrigerator provided on the vacuum vessel side for cooling gas helium evaporated in the radiation shield and the helium container, respectively. In the superconducting magnet provided with the above, an opening of an appropriate size is provided on the upper surface of the helium container, and a condensing rod having a high thermal conductivity is fixed to the opening by projecting into a gas helium atmosphere in the helium container. A superconducting magnet, wherein the condensing rod is thermally connected to the cold conduction part of the refrigerator.
【請求項2】 請求項1記載の超電導磁石において、前
記凝縮棒と前記ヘリウム容器の開口部との間に熱収縮の
差により生じる凝縮棒と冷凍機の冷熱伝導部との対峙面
における変位量が吸収可能な弾性体を介在させて凝縮棒
をヘリウム容器に固定したことを特徴とする超電導磁
石。
2. The superconducting magnet according to claim 1, wherein an amount of displacement of the condensing rod and a cold conduction part of the refrigerator caused by a difference in thermal contraction between the condensing rod and the opening of the helium container. A superconducting magnet characterized in that a condensing rod is fixed to a helium container with an elastic body capable of absorbing water interposed therebetween.
【請求項3】 請求項1記載の超電導磁石において、前
記凝縮棒と前記冷凍機の冷熱伝導部との間に熱収縮の差
により生じる凝縮棒と冷凍機の冷熱伝導部との対峙面に
おける変位量が吸収可能な可撓体を介在させて、前記凝
縮棒と冷凍機の冷熱伝導部との間を熱的に接続したこと
を特徴とする超電導磁石。
3. The superconducting magnet according to claim 1, wherein a displacement of the condensing rod and a cold conduction part of the refrigerator caused by a difference in heat shrinkage between the condensation rod and the cold conduction part of the refrigerator. A superconducting magnet characterized in that the condensing rod and the cold conduction part of the refrigerator are thermally connected to each other with a flexible body capable of absorbing an amount.
【請求項4】 請求項1記載の超電導磁石において、前
記ヘリウム容器の開口部に一端が液体ヘリウムの液面近
傍に達するように対流防止部材を挿入すると共に、この
対流防止部材に包囲されるように前記凝縮棒を配設した
ことを特徴とする超電導磁石。
4. The superconducting magnet according to claim 1, wherein a convection preventing member is inserted into the opening of the helium container such that one end reaches near the liquid surface of the liquid helium, and is surrounded by the convection preventing member. A superconducting magnet, wherein the condensing rod is disposed on the superconducting magnet.
【請求項5】 液体ヘリウムが貯液されたヘリウム容器
と、このヘリウム容器内の液体ヘリウム中に浸漬させて
配設された超電導コイルと、前記ヘリウム容器を包囲す
るように設けられた輻射シールドと、これらヘリウム容
器および輻射シールドを包囲し、且つ内部が真空に保持
された真空容器と、前記真空容器側に設けられ、前記輻
射シールドおよび前記ヘリウム容器内で蒸発したガスヘ
リウムをそれぞれ冷却する冷凍機とを備えた超電導磁石
において、 前記ヘリウム容器内の液体ヘリウム中に没入させて設け
られたヒータと、前記ヘリウム容器内のガスヘリウム雰
囲気中に設けられ、前記ヘリウム容器内の圧力を測定す
る圧力計測手段と、この圧力計測手段により測定された
前記ヘリウム容器内の圧力に応じて前記ヒータを制御し
て前記ヘリウム容器内の圧力を所定の圧力に維持する圧
力制御器とを具備したとを特徴とする超電導磁石。
5. A helium container in which liquid helium is stored, a superconducting coil immersed in liquid helium in the helium container, and a radiation shield provided so as to surround the helium container. A vacuum vessel surrounding the helium container and the radiation shield and maintaining the inside thereof at a vacuum, and a refrigerator provided on the vacuum vessel side for cooling gas helium evaporated in the radiation shield and the helium container, respectively. A superconducting magnet comprising: a heater provided to be immersed in liquid helium in the helium container; and a pressure measurement provided in a gas helium atmosphere in the helium container to measure a pressure in the helium container. Means, controlling the heater in accordance with the pressure in the helium container measured by the pressure measuring means, Superconducting magnet, characterized in capital provided with the pressure regulator to maintain a pressure in the helium vessel to a predetermined pressure.
【請求項6】 液体ヘリウムが貯液されたヘリウム容器
と、このヘリウム容器内の液体ヘリウム中に浸漬させて
配設された超電導コイルと、前記ヘリウム容器を包囲す
るように設けられた輻射シールドと、これらヘリウム容
器および輻射シールドを包囲し、且つ内部が真空に保持
された真空容器と、前記真空容器側に設けられ、前記輻
射シールドおよび前記ヘリウム容器内で蒸発したガスヘ
リウムをそれぞれ冷却する冷凍機とを備えた超電導磁石
において、 前記ヘリウム容器内の液体ヘリウムの液面を測定する液
面計測手段と、前記超電導コイルの励磁電圧を計測する
電圧計測手段と、これら計測手段による計測タイミング
を制御し、予め設定された時間間隔で前記液面計測手段
により液面を測定させると共に、前記電圧計測手段によ
り測定された励磁電圧に感知すると前記液面計測手段に
より随時液面を計測させる制御装置とを具備したことを
特徴とする超電導磁石。
6. A helium container in which liquid helium is stored, a superconducting coil immersed in liquid helium in the helium container, and a radiation shield provided so as to surround the helium container. A vacuum vessel surrounding the helium container and the radiation shield and maintaining the inside thereof at a vacuum, and a refrigerator provided on the vacuum vessel side for cooling gas helium evaporated in the radiation shield and the helium container, respectively. A superconducting magnet comprising: a liquid level measuring means for measuring a liquid level of liquid helium in the helium container, a voltage measuring means for measuring an excitation voltage of the superconducting coil, and controlling a measurement timing by these measuring means. The liquid level is measured by the liquid level measuring means at a preset time interval, and the liquid level is measured by the voltage measuring means. Superconducting magnet, characterized by comprising a control device for measuring the needed liquid level was as sensitive to the excitation voltage by the liquid level measuring means.
【請求項7】 クライオスタット内に収容された超電導
コイルと、前記クライオスタットの外部に設置され、前
記超電導コイルを励磁するための励磁電源と、前記クラ
イオスタット内に設置され、前記励磁電源と前記超電導
コイル間に介挿された酸化物超電導体からなる電流リー
ドと、前記超電導コイルに並列に接続された保護回路と
で構成された超電導磁石において、 前記超電導コイルと前記電流リード間に一端が接続さ
れ、前記クライオスタットの外部に導入された一対の補
助リードと、この一対の補助リード間に前記クライオス
タットの外部で直列に接続された放電抵抗とで構成する
ことを特徴とする超電導磁石の保護回路。
7. A superconducting coil housed in a cryostat, an exciting power source installed outside the cryostat for exciting the superconducting coil, and an exciting power source installed in the cryostat and between the exciting power source and the superconducting coil. In a superconducting magnet composed of a current lead made of an oxide superconductor inserted in and a protection circuit connected in parallel to the superconducting coil, one end is connected between the superconducting coil and the current lead, A protection circuit for a superconducting magnet, comprising: a pair of auxiliary leads introduced outside the cryostat; and a discharge resistor connected in series outside the cryostat between the pair of auxiliary leads.
【請求項8】 請求項7記載の超電導磁石の保護回路に
おいて、前記補助リード間に放電抵抗と直列に制御装置
により制御される電流制御部を設けたことを特徴とする
超電導磁石の保護回路。
8. The superconducting magnet protection circuit according to claim 7, wherein a current control unit controlled by a control device is provided between said auxiliary lead in series with a discharge resistor.
【請求項9】 請求項7記載の超電導磁石の保護回路に
おいて、前記補助リード間に放電抵抗と直列に自己制御
型の電流制御部を設けたことを特徴とする超電導磁石の
保護回路。
9. The superconducting magnet protection circuit according to claim 7, wherein a self-control type current control section is provided between said auxiliary lead in series with a discharge resistor.
【請求項10】 請求項9記載の超電導磁石の保護回路
において、電流制御部は、その両端に発生した電圧によ
り制御される電流制御素子もしくは電流制御回路である
ことを特徴とする超電導磁石の保護回路。
10. The superconducting magnet protection circuit according to claim 9, wherein the current control unit is a current control element or a current control circuit controlled by a voltage generated at both ends thereof. circuit.
【請求項11】 請求項7記載の超電導磁石の保護回路
において、前記補助リード間に放電抵抗と直列に制御装
置により制御される電流制御素子と、両端に発生した電
圧により制御される電流制御素子もしくは電流制御回路
とを複数並列に接続して設けたことを特徴とする超電導
磁石の保護回路。
11. The protection circuit for a superconducting magnet according to claim 7, wherein a current control element controlled by a control device in series with a discharge resistor between the auxiliary lead and a current control element controlled by a voltage generated at both ends. Alternatively, a protection circuit for a superconducting magnet, wherein a plurality of current control circuits are connected in parallel.
【請求項12】 超電導コイルがクライオスタット内部
に配置された超電導磁石において、 前記クライオスタット内の超電導コイルに通電するため
の電流導入端子を前記クライオスタットの内部から外部
に貫通させて設置し、この電流導入端子の外部側に向け
て送風可能に送風手段を設けたことを特徴とする超電導
磁石。
12. A superconducting magnet having a superconducting coil disposed inside a cryostat, wherein a current introducing terminal for passing a current through the superconducting coil in the cryostat is installed so as to penetrate from the inside of the cryostat to the outside. A superconducting magnet characterized in that a blowing means is provided so as to be able to blow toward the outside of the superconducting magnet.
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