JP2006059755A - Magnetic field generating method and magnetic field generator - Google Patents
Magnetic field generating method and magnetic field generator Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006059755A JP2006059755A JP2004242563A JP2004242563A JP2006059755A JP 2006059755 A JP2006059755 A JP 2006059755A JP 2004242563 A JP2004242563 A JP 2004242563A JP 2004242563 A JP2004242563 A JP 2004242563A JP 2006059755 A JP2006059755 A JP 2006059755A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic field
- superconductor
- gap
- field generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁場発生方法および磁場発生装置に関し、さらに詳細には、永久磁石や電磁石などの磁石や高透磁率高飽和磁束密度特性を有する磁性体よりなる磁極材を対向して配置することにより、対向した磁石や磁極材の磁極の間の間隙に磁場を発生する磁場発生方法および磁場発生装置に関する。 The present invention relates to a magnetic field generation method and a magnetic field generation device. More specifically, the present invention relates to a magnet such as a permanent magnet or an electromagnet or a magnetic pole material made of a magnetic material having a high permeability and a high saturation magnetic flux density. The present invention relates to a magnetic field generation method and a magnetic field generation apparatus for generating a magnetic field in a gap between opposing magnets and magnetic poles of a magnetic pole material.
従来より、永久磁石や電磁石などの磁石や高透磁率高飽和磁束密度特性を有する磁性体よりなる磁極材を対向して配置することにより、対向した磁石や磁極材の磁極の間の間隙に磁場を発生するタイプの磁場発生装置が知られている。 Conventionally, a magnetic field is formed in the gap between the opposing magnets and the magnetic poles of the magnetic pole material by arranging the magnetic pole material made of a magnet having a high magnetic permeability and a high saturation magnetic flux density, such as a permanent magnet and an electromagnet, facing each other. There are known magnetic field generators of the type that generate
ところで、この種の従来の磁場発生装置においては、対向する磁極の間の間隙、即ち、磁極間隔(以下、適宜に「ギャップ」と称する。)が大きくなるに従って、急激に磁場(磁束密度)が減少するという原理的な特性があることが知られている。 By the way, in this type of conventional magnetic field generator, the magnetic field (magnetic flux density) suddenly increases as the gap between the opposing magnetic poles, that is, the magnetic pole interval (hereinafter referred to as “gap” as appropriate) increases. It is known that there is a principle characteristic of decreasing.
こうした特性から生ずる問題点の典型的な例が、以下に説明するように、放射光発生のためのシンクロトロン放射光源として利用されている挿入光源と称される装置において見られる(非特許文献1参照)。 A typical example of the problem resulting from such characteristics can be found in an apparatus called an insertion light source that is used as a synchrotron radiation source for generating radiation as described below (Non-Patent Document 1). reference).
なお、挿入光源とは、加速器における蓄積リングの偏向磁石の間にある直線スペースに挿入された周期的な磁場構造をもつ装置であって、電子ビームが通過することにより偏向磁石からのシンクロトロン放射光よりさらに質の高い強力な放射光を発生させる光源装置である。こうした挿入光源には、大別してアンジュレータおよびウィグラと称される2つの種類があるが、本願出願人が所有するSPring−8をはじめとする現在の放射光施設においては、光の干渉効果を利用して高輝度光を発生させるアンジュレータが主に用いられている。 The insertion light source is a device having a periodic magnetic field structure inserted in a linear space between the deflecting magnets of the storage ring in the accelerator, and the synchrotron radiation from the deflecting magnets when the electron beam passes through. It is a light source device that generates powerful synchrotron radiation of higher quality than light. Such insertion light sources are roughly classified into two types called undulators and wiggras. However, in current synchrotron radiation facilities such as SPring-8 owned by the present applicant, the interference effect of light is used. An undulator that generates high-intensity light is mainly used.
上記したように、挿入光源には周期的な磁場構造が形成されているが、こうした周期的な磁場構造は、上記した従来の磁場発生装置、即ち、永久磁石や電磁石などの磁石や高透磁率高飽和磁束密度特性を有する磁性体よりなる磁極材を対向して配置することにより、対向した磁石や磁極材の磁極の間のギャップに磁場を発生するタイプの磁場発生装置を用いて構成されている。 As described above, a periodic magnetic field structure is formed in the insertion light source. Such a periodic magnetic field structure is formed by the conventional magnetic field generator described above, that is, a magnet such as a permanent magnet or an electromagnet, or a high magnetic permeability. It is constructed using a magnetic field generator of the type that generates a magnetic field in the gap between the opposing magnets and the magnetic poles of the magnetic pole material by arranging the magnetic pole materials made of a magnetic material having a high saturation magnetic flux density property facing each other. Yes.
即ち、挿入光源においては、磁極を対向させて周期的に並べて周期的な磁場構造を形成するようになされており、こうして形成された周期的な磁場構造により周期磁場を発生し、その周期磁場中を電子が運動するときに各周期磁場から発生した光が重なることにより、高強度の光が得られることになる。 That is, in the insertion light source, a periodic magnetic field structure is formed by periodically arranging the magnetic poles facing each other, and a periodic magnetic field is generated by the periodic magnetic field structure thus formed. When light generated from each periodic magnetic field overlaps when electrons move, high-intensity light is obtained.
従って、こうした挿入光源においては、電子を通過させるために、対向させた磁極のギャップを大きくする必要がある。 Therefore, in such an insertion light source, it is necessary to increase the gap between the opposed magnetic poles in order to pass electrons.
しかしながら、従来の磁場発生装置においては、上記したようにギャップを大きくするに従って急激に磁場(磁束密度)が減少してしまう特性があるため、このことが挿入光源において発生可能な磁場の上限を定めることとなっていたという問題点があった。 However, since the conventional magnetic field generator has a characteristic that the magnetic field (magnetic flux density) rapidly decreases as the gap is increased as described above, this determines the upper limit of the magnetic field that can be generated in the insertion light source. There was a problem that it was supposed to be.
また、こうした問題点は、周期磁場の周期長が短くなった場合に、特に顕著に顕現されるものであった。
本発明は、上記した従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁極間隔(ギャップ)を大きくしても高い磁場を発生することを可能にして、発生する磁場の強度の向上を図るようにした磁場発生方法および磁場発生装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to enable generation of a high magnetic field even when the magnetic pole interval (gap) is increased, It is an object of the present invention to provide a magnetic field generation method and a magnetic field generation apparatus that are intended to improve the strength of the generated magnetic field.
上記目的を達成するために、本発明による磁場発生方法および磁場発生装置は、超伝導体閉ループの基本的性質を利用することにより、磁束を維持して高い磁場を発生するようにしたものである。 In order to achieve the above object, a magnetic field generation method and a magnetic field generation apparatus according to the present invention use a basic property of a superconductor closed loop to maintain a magnetic flux and generate a high magnetic field. .
即ち、磁極を囲むように配置された、例えば、超伝導材料により形成されたリング状の構造物(以下、適宜に「超伝導体リング」と称する。)などにより構成される超伝導体閉ループは、一種の永久磁石として働くものであり、その磁化は、ギャップを開く動きがもたらす電磁誘導により行われる。本発明による磁場発生方法および磁場発生装置は、こうした超伝導体閉ループの基本的性質を利用して、ギャップを大きくしても磁束を維持して高い磁場を発生することができるようにしたものである。 That is, a superconductor closed loop constituted by, for example, a ring-shaped structure (hereinafter, appropriately referred to as a “superconductor ring”) formed of a superconducting material, which is disposed so as to surround the magnetic pole, It works as a kind of permanent magnet, and its magnetization is performed by electromagnetic induction caused by the movement of opening the gap. The magnetic field generation method and the magnetic field generation apparatus according to the present invention are capable of generating a high magnetic field while maintaining the magnetic flux even when the gap is enlarged, utilizing the basic property of such a superconductor closed loop. is there.
本発明による磁場発生方法および磁場発生装置においては、超伝導体閉ループを構成するためには、例えば、バルク型高温超伝導体により超伝導体リングのみを形成すればよく、追加的な外部電源や電流導入端子などを設ける必要はない。 In the magnetic field generation method and the magnetic field generation apparatus according to the present invention, in order to configure a superconductor closed loop, for example, only a superconductor ring may be formed of a bulk type high temperature superconductor, and an additional external power source or There is no need to provide a current introduction terminal.
なお、超伝導体の臨界電流密度は、本発明による磁場発生方法および磁場発生装置の性能に極めて重要な影響を与えるものである。 The critical current density of the superconductor has a very important influence on the performance of the magnetic field generation method and the magnetic field generation apparatus according to the present invention.
こうした本発明による磁場発生方法および磁場発生装置は、アンジュレータやウィグラといった挿入光源などの磁場発生装置として用いることができるものである。 Such a magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus according to the present invention can be used as a magnetic field generation apparatus such as an insertion light source such as an undulator or a wiggler.
以下に、本発明による磁場発生方法および磁場発生装置の原理について詳細に説明するが、はじめに、磁束を維持する超伝導体閉ループの基本的性質に基づく、電磁石の磁場強化の手法、即ち、超伝導体閉ループと磁極間隔を可変することのできる一対の可変ギャップを持つ電磁石とからなる磁気回路における磁場強化の仕組みについて説明する。
Hereinafter, the principle of the magnetic field generation method and the magnetic field generation apparatus according to the present invention will be described in detail. First, based on the basic properties of the superconductor closed loop that maintains the magnetic flux, the magnetic field enhancement technique of the electromagnet, that is, superconductivity A mechanism for magnetic field enhancement in a magnetic circuit composed of a closed loop and an electromagnet having a pair of variable gaps capable of varying the magnetic pole spacing will be described.
図1は、超伝導体閉ループを構成するための超伝導体リング10と、一対のギャップ12、14を形成するように対向して配置されたヨーク(継鉄)16、18およびヨーク16に巻回されたコイル20よりなる電磁石22とからなる磁気回路を示している。
FIG. 1 shows a
より詳細には、超伝導体リング10は、ヨーク18に巻回されて嵌合されている。また、ギャップ12、14の間隔は変化させることができるものとする。
More specifically, the
さらに、この磁気回路は、磁束路の断面がどの箇所でも一定であり、フリンジ効果あるいは磁束漏れは無視できる理想的なものと仮定する。 Furthermore, this magnetic circuit assumes that the cross section of the magnetic flux path is constant everywhere, and that the fringe effect or magnetic flux leakage can be ignored.
この図1に示す磁気回路において、超伝導体リング10の温度が超伝導転移温度Tcより高くて、超伝導体リング10が超伝導状態にない、即ち、超伝導体閉ループが不活性である場合には、ギャップ12、14における磁場Bは単純なアンペールの法則により以下の通り得られる。
In the magnetic circuit shown in FIG. 1, the temperature of the
ここで、NIはコイルの起磁力、μ0は真空の透磁率、kmはヨークの比透磁率、gはギャップの大きさ(ギャップ幅)、Lはヨークの磁束路の全長である。 Here, NI magnetomotive force, mu 0 of the coil is the vacuum magnetic permeability, the k m relative magnetic permeability of the yoke, g is the size of the gap (gap width), L is the total length of the flux path of the yoke.
ヨークが飽和していなければ、比透磁率kmは通常1000から10000以上の値を有する。例えば、コバルト−鉄−バナジウムでできたパーメンジュールは、2テスラの磁束密度で約1700という高い比透磁率kmを有する。 If no yoke is saturated, the relative permeability k m has a 10000 or more values from a normal 1000. For example, cobalt - iron - permendur made of vanadium has a high relative permeability k m of about 1700 at a magnetic flux density of 2 Tesla.
従って、ギャップ12、14を完全に閉じた完全な閉ギャップ、即ち、g=0においては、極めて高い磁場を期待することができる。当然のことながら、電磁石22を磁束発生手段として利用するための意味のある値にまで、ギャップ12、14におけるギャップ幅gを拡げる(大きくする)べきであるが、ギャップ幅gを拡げてゆくと、図2における破線(a)で示すように磁場が急激に低下する。
Therefore, in a completely closed gap in which the
次に、図1に示す磁気回路において、超伝導体リング10の温度を超伝導転移温度Tcより低くして超伝導体閉ループを活性化させ、超伝導体閉ループによる超伝導現象を利用する場合の磁化工程について、図3に示す図1に対応する一部断面説明図を参照しながら説明する。
Next, in the magnetic circuit shown in FIG. 1, the temperature of the
まず、超伝導体リング10の温度Tを超伝導転移温度Tcより高く保ちながら、ギャップ12、14を完全に閉じて完全な閉ギャップ、即ち、g=0にしておく(図3(a))。この場合には、ヨーク16、18では、最大磁束が得られる。
First, while keeping the temperature T of the
次に、超伝導体リング10の温度Tを超伝導転移温度Tcより低い温度まで冷却すると、超伝導状態への転移が起こる(図3(b))。このとき磁束は、超伝導体リング10により構成される超伝導体閉ループ10内に保たれるので、ギャップ12、14の間隔を開けてg>0としても(図3(c))、磁束は不変でなければならない。即ち、超伝導体リング10により構成される超伝導体閉ループ内の永久電流により、追加的な起磁力が発生するものである。
Next, when the temperature T of the
換言すると、超伝導体リング10により構成される超伝導体閉ループは、一種の永久磁石として作用する。つまり、ギャップ12、14を拡げる動きによりもたらされる電磁誘導によって磁化が行われることになる。従って、単位面積あたりの磁束である磁場は、図2における実線(b)で示すように、ギャップ幅gとは関係なくその最大値を保つことになる。
In other words, the superconductor closed loop constituted by the
即ち、図2には、超伝導体閉ループが不活性である場合、即ち、超伝導体リング10の温度が超伝導転移温度Tcより高い場合(図2の破線(a))と、超伝導体閉ループが活性である場合、即ち、超伝導体リング10の温度が超伝導転移温度Tcより低い場合(図2の実線(b))とにおける、磁場の典型的なギャップ依存性を示すグラフが表されている。ただし、実際の磁気回路においては、ギャップ値が大なるほどフリンジ効果あるいは磁束漏れが顕著になる。この場合、実際に得られる磁場は図2の実線(b)で示す磁場よりも若干低い値となる。なお、図2における一点鎖線(c)は、超伝導体内の永久電流を示している。
That is, FIG. 2 shows a case where the superconductor closed loop is inactive, that is, when the temperature of the
このように、超伝導体を利用することにより、空気/真空ギャップを備えた磁場発生装置においてより高い磁場を得ることができる。
Thus, by using a superconductor, a higher magnetic field can be obtained in a magnetic field generator with an air / vacuum gap.
なお、超伝導体リング10により構成される超伝導体閉ループ、即ち、超伝導体の永久電流は、外部電源ではなくギャップ12、14を開く動きによりもたらされる電磁誘導によって発生する。このことは、電流リードを備えた超伝導体よりなるコイルをヨーク16に巻回する代わりに、バルク型や多層膜型の超伝導体を用いることができることを意味し、超伝導体閉ループを構成するための超伝導体として、例えば、銅酸化物高温超伝導体などの高温超伝導体を利用することが可能となる。
Note that the superconductor closed loop constituted by the
これにより、液体ヘリウムの温度よりはるかに高温で磁場発生装置を作動させることができるので、超伝導体を冷却するための極低温システムを大幅に単純化することができる。 This allows the magnetic field generator to be operated at a much higher temperature than that of liquid helium, thus greatly simplifying the cryogenic system for cooling the superconductor.
上記した本発明による磁場発生方法および磁場発生装置は、以下に説明するように、例えば、磁極間隔を可変にするためのシステムを備えた各種の磁石や磁極材を用いた磁場発生装置を備えたアンジュレータなどの各種の装置に適用することができる。
The magnetic field generation method and the magnetic field generation apparatus according to the present invention described above include, for example, a magnetic field generation apparatus using various magnets and magnetic pole materials provided with a system for changing the magnetic pole interval, as described below. It can be applied to various devices such as an undulator.
つまり、挿入光源としてのアンジュレータは、一般に、磁極間隔を可変にすることにより放射光の波長を調整するための磁極間隔可変システム(ギャップ駆動システム)を備えているので、ギャップ幅を可変する本発明による磁場発生方法および磁場発生装置を適用することができる。 In other words, the undulator as an insertion light source generally includes a magnetic pole interval variable system (gap drive system) for adjusting the wavelength of radiated light by making the magnetic pole interval variable. A magnetic field generation method and a magnetic field generation apparatus can be applied.
特に、従来より公知の極低温永久磁石アンジュレータ(クライオアンジュレータ)は、内部の磁気部品を冷却する真空構造とほぼ完全に閉じたギャップ(g≒0)を可能とする機械構造を持っているので、本発明による磁場発生方法および磁場発生装置を適用するのに最も適している。 In particular, the conventionally known cryogenic permanent magnet undulator (cryo undulator) has a mechanical structure that allows a vacuum structure for cooling the internal magnetic components and a substantially completely closed gap (g≈0). It is most suitable for applying the magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus according to the present invention.
ここで、従来より公知の極低温永久磁石アンジュレータに本発明による磁場発生方法および磁場発生装置を用いた場合に達成される機能について、以下に予測してみる。
Here, the functions achieved when the magnetic field generation method and the magnetic field generation apparatus according to the present invention are used in a conventionally known cryogenic permanent magnet undulator will be predicted below.
なお、従来より公知の極低温永久磁石アンジュレータに本発明による磁場発生方法および磁場発生装置を用いる際には、永久磁石に超伝導体閉ループを構成するための超伝導体リングなど挿入するために、当該永久磁石をわずかだけ除去する必要がある場合があり、この永久磁石の部分除去は当該永久磁石により発生する磁場が幾分か下がることを意味する。従って、永久磁石に挿入する超伝導体リングなどの体積を最適化することが好ましい。 In addition, when using the magnetic field generation method and the magnetic field generator according to the present invention in a conventionally known cryogenic permanent magnet undulator, in order to insert a superconductor ring or the like for constituting a superconductor closed loop in the permanent magnet, It may be necessary to remove only a small amount of the permanent magnet, and this partial removal of the permanent magnet means that the magnetic field generated by the permanent magnet is somewhat reduced. Therefore, it is preferable to optimize the volume of the superconductor ring inserted into the permanent magnet.
従来より公知の極低温永久磁石アンジュレータに本発明による磁場発生方法および磁場発生装置を用いた場合の磁気構造モデルの一例として、図4に示す磁気構造モデルについて説明する。なお、図5は、図4の磁気構造モデルの磁気性能の一例を示すグラフである。 The magnetic structure model shown in FIG. 4 will be described as an example of a magnetic structure model when the magnetic field generation method and the magnetic field generation apparatus according to the present invention are used in a conventionally known cryogenic permanent magnet undulator. FIG. 5 is a graph showing an example of the magnetic performance of the magnetic structure model of FIG.
図4に示すモデルは、従来より公知の極低温永久磁石アンジュレータにおけるギャップに、単にバルク型高温超伝導体により形成された超伝導体リング44を配設したものである。
In the model shown in FIG. 4, a
より詳細には、図4は、永久磁石40と高透磁率高飽和磁束密度特性を有する磁性体よりなる磁極材により形成された磁極片42と超伝導体リング44とを有して構成された、周期長λuが14mmの周期的な磁場構造を備えた極低温永久磁石アンジュレータを示している。なお、図4における白抜き矢印は、着磁方向を示している。
More specifically, FIG. 4 includes a
このモデルの磁気構造をさらに詳細に説明すると、永久磁石40の材料としては、例えば、NEOMAX社製のNEOMAX−53CRを使用することができ、磁極片42の材料としては、例えば、ネオマックス社製のパーメンジュールを使用することができる。
The magnetic structure of this model will be described in more detail. As a material of the
なお、NEOMAX−53CRは、プラセオジム−鉄−ホウ素でできており、残留磁束密度が温度77Kで1.5Tであり、パーメンジュールの飽和磁束密度が2.35Tである。なお、永久磁石40の温度を下げると、残留磁束が高くなると予想される。
Note that NEOMAX-53CR is made of praseodymium-iron-boron, has a residual magnetic flux density of 1.5 T at a temperature of 77 K, and a permendur saturation magnetic flux density of 2.35 T. If the temperature of the
ここで、図4に示すモデルの周期磁場の計算においては、超伝導体を電流ループ(同形で同寸法)と交換するということを想定して計算する。即ち、超伝導体が発生する磁場を、同形・同寸法の電流ループが発生する磁場と等価であるものとして計算する。 Here, in the calculation of the periodic magnetic field of the model shown in FIG. 4, the calculation is performed on the assumption that the superconductor is replaced with a current loop (same shape and same size). That is, the magnetic field generated by the superconductor is calculated as being equivalent to the magnetic field generated by a current loop of the same shape and size.
なお、この計算においては、超伝導体を流れる永久電流(Ip)を予測することが重要であり、このモデルにおける磁場強化のために必要である。 In this calculation, it is important to predict the permanent current (I p ) flowing through the superconductor, which is necessary for magnetic field enhancement in this model.
Ipは、ファラデーの誘電の法則から決定することができ、超伝導体リング44が取り囲む磁束は、完全に閉じた閉ギャップ、即ち、g=0でIp=0という初期条件をもったいかなるギャップにおいても保たれる。この想定により、磁場をRADIA(3次元静磁場コンピュータコード)で計算する(なお、RADIAについては、「O.Chubar, P.Elleaume & J.Chavanne, “A three−dimensional magnetostatics computer code for insertion devices”, J.Synchrotron Radiat. 5, 481−484(1998).」を参照する。)。
I p can be determined from Faraday's Dielectric Law, and the magnetic flux surrounded by the
ここで、図4に示すモデルにおいては、操作するパラメータが2つある。極長(Lp)と超伝導体リング44の厚さ(Ts)である。この2つのパラメータを最適化して、臨界電流密度(Jc:超伝導体を流れることができる最大電流密度)を考慮しながら磁場の性能を向上させることになる。
Here, the model shown in FIG. 4 has two parameters to be operated. The pole length (L p ) and the thickness (T s ) of the
従って、LpとTsの最適化された寸法で計算した周期磁場の達成可能ピーク値をJcの関数としてプロットする必要がある。 Therefore, it is necessary to plot the achievable peak value of the periodic magnetic field calculated with the optimized dimensions of L p and T s as a function of J c .
図5は、アンジュレータ中に電子ビームを通すギャップ幅gを5mmと3mmとした場合についてのそれぞれの計算結果を示す。より詳細には、異なる2つのギャップ幅gであるg=5mm(実線曲線)とg=3mm(鎖線曲線)とについて、超伝導体の臨界電流密度(Jc)の関数として計算された、到達可能ピーク磁場が示されている。超伝導体のJc値が1.1kA/mm2より高いと、図4に示すモデルで達成されるピーク磁場は1.3T(これはACCELインスツルメンツ社が最近開発した超伝導アンジュレータ(SCU:液体ヘリウム温度付近で作用する超伝導(SC)コイルを備えた超伝導アンジュレータ)において、5mmのギャップ幅で達成したピーク磁場である。なお、ACCELインスツルメンツ社が最近開発した超伝導アンジュレータについては、「R.Rossmanith, H.Moser, A.Geisler, A.Hobl, D.Krischel & M.Schillo, “Superconductive 14 mm period undulators for single pass accelerators (FELs) and storage rings”, Proceedings of the EPAC 2002, Paris, France, (EPS−IGA/CERN, Geneva, 2002), 2628−2630.」を参照する。)を超える。 FIG. 5 shows the respective calculation results when the gap width g for passing the electron beam through the undulator is 5 mm and 3 mm. More specifically, for two different gap widths g, g = 5 mm (solid line curve) and g = 3 mm (chain line curve), the reached values calculated as a function of the superconductor critical current density (J c ) Possible peak magnetic fields are shown. When the J c value of the superconductor is higher than 1.1 kA / mm 2, the peak magnetic field achieved in the model shown in FIG. 4 is 1.3 T (this is a superconducting undulator (SCU: liquid that was recently developed by ACCEL Instruments). This is the peak magnetic field achieved with a gap width of 5 mm in a superconducting undulator with a superconducting (SC) coil operating near the helium temperature. For the superconducting undulator recently developed by ACCEL Instruments, Rossmanith, H. Moser, A. Geisler, A. Hobl, D. Krischel & M. Schillo, “Superductive 14 mm periodic forsuffering elements” torage rings ", Proceedings of the EPAC 2002, Paris, France, more than (EPS-IGA / CERN, Geneva, 2002), referring to the 2628-2630.".).
即ち、Jcの増加に伴い、達成可能ピーク磁場が著しく強化されるのがわかる。なお、図5に示すグラフにおいて、破線で示した1.3Tの値は、ACCELインスツルメンツ社が最近開発したSCUのギャップ幅が5mmでのピーク磁場を表している。 That is, it can be seen that the achievable peak magnetic field is remarkably enhanced as J c increases. In the graph shown in FIG. 5, the value of 1.3T indicated by the broken line represents the peak magnetic field when the gap width of the SCU recently developed by ACCEL Instruments is 5 mm.
従って、もし超伝導体のJc値が1.1kA/mm2より高いと、図4に示すモデルにおけるピーク磁場は同ギャップ幅においてSCUを超えると予想される。なお、SCUの動作温度(液体ヘリウム温度付近)では利用可能な小型冷凍機の冷却能力は高々2W程度である。一方、図4に示すモデルにおいては、動作温度(40〜80K)がはるかに高いので100W〜200W級の高い冷却能力を持つ高性能小型冷凍機が利用可能となる。一般にギャップ幅を狭くすると熱負荷が増大するが、動作温度の高い図4のモデルにおいては高性能小型冷凍機で十分対応できる。従って、最小ギャップをSCUよりも狭くでき、それによって図4に示すモデルの性能がさらに向上する。 Thus, J c values of the superconductor If higher than 1.1kA / mm 2, the peak magnetic field in the model shown in FIG. 4 is expected to exceed SCU in the gap width. Note that the cooling capacity of a small refrigerator that can be used at the operating temperature of the SCU (near the liquid helium temperature) is about 2 W at most. On the other hand, in the model shown in FIG. 4, since the operating temperature (40 to 80K) is much higher, a high-performance small refrigerator having a high cooling capacity of 100 W to 200 W can be used. In general, when the gap width is narrowed, the heat load increases, but in the model of FIG. 4 having a high operating temperature, a high-performance small refrigerator can sufficiently cope with it. Therefore, the minimum gap can be narrower than the SCU, thereby further improving the performance of the model shown in FIG.
本発明による磁場発生方法および磁場発生装置の原理をさらに検証するために、市販されているGd−Ba−Cu−Oからできた超伝導体リングを使った磁気回路を作成して実験を行った。
In order to further verify the principle of the magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus according to the present invention, a magnetic circuit using a superconductor ring made of a commercially available Gd-Ba-Cu-O was created and experimented. .
はじめに、超伝導体リング自体の性能を調査したが、図6には実験に用いられた超伝導体リング60の概略構成斜視図が示されている。この超伝導体リング60は、中央部に孔60aが穿設された矩形状の板状体である。超伝導体リング60の寸法は、図6に示した通りである。
First, the performance of the superconductor ring itself was investigated. FIG. 6 shows a schematic perspective view of the
まず、別の磁場発生装置を使って外部磁場をかけたときにおける、超伝導体リング60の磁気性能として、超伝導体リング60の孔60aの中央の磁場、即ち、超伝導体リング60中央における磁場を、ホールプローブ62により測定した。
First, as the magnetic performance of the
図7に示すグラフにはその測定結果が示されており、横軸は外部磁場の強度を示し、縦軸はホールプローブ62で測定した超伝導体リング60中央における磁場を示している。測定の際の温度条件は、液体窒素の温度(77K)で測定した。その測定結果は、超伝導体リング60の反磁性がもたらす典型的なヒステリシス曲線を示すものである。つまり、図7は、温度77Kにおける超伝導体リング60についての磁場測定の結果を示すものであり、超伝導体の反磁性による典型的なヒステリシスループが観察された。ヒステリシスループの幅より、Jc値が200A/mm2であると定められた。
The measurement result is shown in the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis indicates the intensity of the external magnetic field, and the vertical axis indicates the magnetic field at the center of the
より詳細には、この実験結果から、Jcは、超伝導体リング60と同じ形状、寸法をもった電流ループによる磁場の計算と比較して、およそ200A/mm2までと予測された。これは、77Kでの銅酸化超伝導体材料の典型的値である。
More specifically, from this experimental result, J c was predicted to be approximately 200 A / mm 2 as compared with the calculation of the magnetic field by a current loop having the same shape and dimensions as the
その後に、図8に示すように、永久磁石と超伝導体からなる本発明による磁場発生装置を構成して実験を行った。なお、図8(a)は磁場発生装置80の側面図であり、図8(b)は図8(a)のA矢視図、即ち、磁場発生装置80の平面図である。
After that, as shown in FIG. 8, an experiment was performed with a magnetic field generator according to the present invention composed of a permanent magnet and a superconductor. 8A is a side view of the magnetic
この磁場発生装置80について説明すると、NdFeBからなる永久磁石82a〜82cと永久磁石82d〜82fとがハルバック構造によりギャップのギャップ幅gを可変可能に対向して配置され、図6に示した超伝導体リング60が水平方向に磁化された永久磁石82a、82bのギャップに面した面上に配置され、図6に示したGd−Ba−Cu−Oからなる超伝導体リング60が水平方向に磁化された永久磁石82d、82eのギャップに面した面上に配置されている。なお、図8における白抜き矢印は着磁方向を示しており、それぞれの寸法は図8に示す通りである。
The
より詳細には、永久磁石の一方のブロックにおいては、着磁方向が垂直方向下向きである永久磁石82cを挟むようにして、着磁方向が互いに永久磁石82cへ向かう水平方向である永久磁石82a、82bが配置されている。ここで、永久磁石82cは、永久磁石82a、82bよりも2mm下方、即ち、2mmだけギャップ側へ突出するように配置されている。そして、超伝導体リング60が、孔60a内に上記した永久磁石82cの下方への突出部位を配置するようにして、永久磁石82a、82bのギャップに面した面上に配置されている。
More specifically, in one block of the permanent magnets,
また、永久磁石の他方のブロックにおいては、着磁方向が垂直方向下向きである永久磁石82fを挟むようにして、着磁方向が互いに永久磁石82fから離隔する方向へ向かう水平方向である永久磁石82d、82eが配置されている。ここで、永久磁石82fは、永久磁石82d、82eよりも2mm上方、即ち、2mmだけギャップ側へ突出するように配置されている。そして、超伝導体リング60が、孔60a内に上記した永久磁石82fの上方への突出部位を配置するようにして、永久磁石82d、82eのギャップに面した面上に配置されている。
Further, in the other block of the permanent magnets, the
なお、永久磁石82a〜82cと永久磁石82d〜82fとは、永久磁石82aと永久磁石82dとが対向し、永久磁石82bと永久磁石82eとが対向し、永久磁石82cと永久磁石82fとが対向している。また、永久磁石82a、82bのギャップに面した面上に配置された超伝導体リング60と永久磁石82d、82eのギャップに面した面上に配置された超伝導体リング60とが対向している。
The
この実験における永久磁石82a〜82fの材料としては、NEOMAX社製のNEOMAX 50BXを用いた。
As a material of the
この実験においては、ギャップ幅gの機能として、ギャップ中央の磁場を測定した。測定前に、温度300K(超伝導体リング60は超伝導状態にはなく、超伝導体リング60で構成される超伝導体閉ループが不活性である。)でギャップを完全に閉じ、磁場発生装置80の温度が77K(超伝導体リング60は超伝導状態にあり、超伝導体リング60で構成される超伝導体閉ループが活性である。)に下がるまで液体窒素を注いで冷却し、ギャップのギャップ幅gを2mmに開いた。その後、ホールプローブを挿入してギャップ中央で保持し、磁場のギャップ依存性を測定した。
In this experiment, the magnetic field at the center of the gap was measured as a function of the gap width g. Before the measurement, the gap is completely closed at a temperature of 300 K (the
図9における破線(a)は、超伝導体リング60は超伝導状態にはなく、超伝導体リング60で構成される超伝導体閉ループが不活性である場合におけるピーク磁場の測定結果を示し、図9における実線(b)は、超伝導体リング60は超伝導状態にあり、超伝導体リング60で構成される超伝導体閉ループが活性である場合におけるピーク磁場の測定結果を示している。この図9に示すグラフからは、超伝導体リング60により構成される超伝導体閉ループによる磁場強化がはっきりと現れている。
The broken line (a) in FIG. 9 shows the measurement result of the peak magnetic field when the
なお、超伝導体リング60における電流密度は、磁場強化により図9における一点鎖線(c)のように予測される。この図9における一点鎖線(c)に示す超伝導体リング60の電流密度は、ギャップのギャップ幅gを拡げると増加するが、200A/mm2(超伝導体リング60の予想されたJc値)には届かないものと推定された。
Note that the current density in the
即ち、ギャップを開けていくと、電流密度が前の実験で決定されたJc値である200A/mm2に近づいくが、ギャップのギャップ幅gが8mmを超えると電流密度は下がり、Jcが実験を通して下がっていったことを表している。この超伝導体リング60の性能劣化は、実験中における構造破損、即ちクラックの増加によるものである。
That is, as the gap is opened, the current density approaches 200 A / mm 2 which is the J c value determined in the previous experiment. However, when the gap width g of the gap exceeds 8 mm, the current density decreases, and J c Indicates that it went down throughout the experiment. The performance degradation of the
なお、上記した実験における超伝導体の200A/mm2というJc値は、図5からわかるように本発明による磁場発生装置の原理を積極的に採用するには十分ではないかも知れないので、より高いJc値の超伝導体を用いることが好ましい。
Note that the J c value of 200 A / mm 2 of the superconductor in the above experiment may not be sufficient to positively adopt the principle of the magnetic field generator according to the present invention, as can be seen from FIG. It is preferable to use a superconductor having a higher Jc value.
しかしながら、この値は液体窒素の温度、即ち、77Kでのものであることに注意すべきである。超伝導体材料のJcが温度(T)に強く依存していることは周知であり、通常、JcとTとの関係は、およそ次のとおり表される。
ここで、Jcは0Kでの臨界電流密度、Tcは超伝導転移温度、そして指数mはタイプIIの超伝導体のピンニング機構を示す1.0〜3.0の範囲にあるパラメータである。一例として、Tc=90K m=2で温度が77Kと40Kの場合のJcを計算すると、Jc(40K)/Jc (77K)〜9となる。これを実験で使った超伝導体に適用すると、40KにおいてJcが約1.8kA/mm2であると予想できる。この場合、ギャップ5mmで本発明による磁場発生装置を備えたアンジュレータのピーク磁場を1.45Tと予想でき、これは従来のSCUで達成されているピーク磁場よりも高いものである。 Where J c is the critical current density at 0 K, T c is the superconducting transition temperature, and the index m is a parameter in the range of 1.0 to 3.0 indicating the pinning mechanism of the type II superconductor. . As an example, when J c is calculated when T c = 90K m = 2 and the temperatures are 77K and 40K, J c (40K) / J c (77K) to 9 is obtained. When applied to an superconductors using in experiments, it can be expected to J c of about 1.8kA / mm 2 at 40K. In this case, the peak magnetic field of the undulator with the gap generator of 5 mm and the magnetic field generator according to the present invention can be expected to be 1.45 T, which is higher than the peak magnetic field achieved in the conventional SCU.
即ち、本発明による磁場発生装置は、対向させた磁石あるいは磁極材などにより構成される磁極と、当該磁極の間隙を可変するための磁極間隙可変手段と、対向する磁極をそれぞれ取り囲むように設置された超伝導体閉ループとを有して構成され、対向した磁極の間隙が大きい場合でも、磁極が発生する起磁力に加えて超伝導体が起磁力を発生し、磁極のみで構成される磁気回路における磁場(磁束密度)よりも高い磁場を発生することができるようになる。
That is, the magnetic field generator according to the present invention is installed so as to surround the magnetic poles composed of opposed magnets or magnetic pole materials, magnetic pole gap changing means for changing the gap between the magnetic poles, and the opposed magnetic poles. The magnetic circuit is composed of only the magnetic poles in which the superconductor generates magnetomotive force in addition to the magnetomotive force generated by the magnetic poles even when the gap between the opposing magnetic poles is large. A magnetic field higher than the magnetic field (magnetic flux density) can be generated.
換言すると、本発明による磁場発生装置は、ギャップ(磁極間距離、磁極間隙)が可変である電磁石磁気回路あるいは永久磁石磁気回路において、上記磁気回路に鎖交する少なくとも一つの超伝導体の閉ループ(超伝導体閉ループ)を形成したものである。 In other words, the magnetic field generator according to the present invention is a closed loop (at least one superconductor linked to the magnetic circuit) in an electromagnet magnetic circuit or a permanent magnet magnetic circuit in which the gap (distance between magnetic poles, magnetic pole gap) is variable. Superconductor closed loop) is formed.
当然ながら超伝導転移温度Tc以上の温度では超伝導体の効果はないので、超伝導体閉ループは不活性であって、上記磁気回路の総磁束およびギャップに得られる磁場(磁束密度)はギャップ幅が大(磁気抵抗が大)になるに従って急激に減少する。 Of course, since the superconductor is not effective at a temperature higher than the superconducting transition temperature Tc , the superconductor closed loop is inactive, and the total magnetic flux of the magnetic circuit and the magnetic field (magnetic flux density) obtained in the gap is the gap. It decreases rapidly as the width increases (the magnetic resistance increases).
一方、ギャップ幅が小(ゼロが好ましい。)に設定し、超伝導転移温度Tc以下となるよう超伝導体を冷却する。この状態でギャップ幅を拡げていくと、電磁誘導効果により上記磁気回路の総磁束が一定に保たれるように超伝導体閉ループに永久電流が流れる(超伝導体の基本的な性質)。つまり、磁気回路固有の起磁力に超伝導体で発生した起磁力が加算されることになり、この超伝導体閉ループの起磁力は、ギャップ幅が大になるほど大きくなる。従って、ギャップ幅が大なる状態でも、高い磁場が保たれることになる。 On the other hand, the gap is set to be small (preferably zero), and the superconductor is cooled so that the superconducting transition temperature Tc or lower. When the gap width is increased in this state, a permanent current flows in the superconductor closed loop so that the total magnetic flux of the magnetic circuit is kept constant by the electromagnetic induction effect (basic property of the superconductor). That is, the magnetomotive force generated in the superconductor is added to the magnetomotive force unique to the magnetic circuit, and the magnetomotive force of the superconductor closed loop increases as the gap width increases. Therefore, a high magnetic field is maintained even when the gap width is large.
そして、本発明のうち請求項1に記載の発明は、磁極を対向して配置することにより、対向して配置した磁極の間の間隙に磁場を発生する磁場発生方法において、対向して配置した磁極により構成される磁気回路と鎖交する少なくとも1つの超伝導体ループを形成し、上記超伝導体ループを超伝導転移温度より低い温度に冷却して、上記超伝導体ループを超伝導状態にした後に、上記対向して配置した磁極のギャップ幅を拡げるようにしたものである。
According to the first aspect of the present invention, in the magnetic field generating method for generating a magnetic field in the gap between the magnetic poles arranged to face each other, the magnetic poles are arranged to face each other. Forming at least one superconductor loop interlinking with a magnetic circuit constituted by magnetic poles, cooling the superconductor loop to a temperature lower than the superconducting transition temperature, and bringing the superconductor loop into a superconducting state After that, the gap width of the magnetic poles arranged to face each other is increased.
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、本発明のうち請求項1に記載の発明において、上記超伝導体ループは、上記対向して配置した磁極のギャップ幅が最小あるいはゼロの状態において、超伝導転移温度より低い温度で冷却されるようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the superconductor loop has a minimum or zero gap width between the opposed magnetic poles. In the state, it is cooled at a temperature lower than the superconducting transition temperature.
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、磁極を対向して配置することにより、対向して配置した磁極の間の間隙に磁場を発生する磁場発生装置において、対向して配置した磁極と、上記対向して配置した磁極のギャップ幅を可変するギャップ幅可変手段と、上記対向して配置した磁極により構成される磁気回路と鎖交する少なくとも1つの超伝導体ループとを有するようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, the magnetic field generator that generates the magnetic field in the gap between the magnetic poles arranged to face each other by arranging the magnetic poles to face each other is arranged to face each other. A magnetic pole, a gap width varying means for varying the gap width of the opposed magnetic poles, and at least one superconductor loop interlinking with the magnetic circuit constituted by the opposed magnetic poles. It is a thing.
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項3に記載の発明において、上記超伝導体ループは、高温超伝導体リングを上記対向して配置した磁極のそれぞれに対して配置して構成するようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect of the present invention, the superconductor loop is a magnetic pole in which the high-temperature superconductor ring is disposed to face each other. Are arranged and configured.
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、本発明のうち請求項3または請求項4のいずれか1項に記載の発明において、上記磁極は、永久磁石、電磁石または高透磁率高飽和磁束密度特性を有する磁性体よりなるようにしたものである。
Further, the invention according to
本発明は、以上説明したように構成されているので、磁極間隔を大きくしても高い磁場を発生することのできる磁場発生装置を提供することができるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, there is an excellent effect that it is possible to provide a magnetic field generator capable of generating a high magnetic field even when the magnetic pole interval is increased.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による磁場発生方法および磁場発生装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a magnetic field generation method and a magnetic field generation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図10には、本発明の実施の形態の一例による磁場発生装置の概念構成斜視説明図が示されている。
FIG. 10 is a perspective view of a conceptual configuration of a magnetic field generator according to an example of the embodiment of the present invention.
この磁場発生装置100は、ギャップ幅を可変することのできる電磁石磁気回路を示すものであり、互いに間隔を開けて対向して配置された高透磁率かつ高飽和磁束密度の一対の磁性体102、104と、磁性体102の磁性体104と対向する面に並んで配設された磁極としてN極を形成するコイル106およびS極を形成するコイル108と、コイル106、108の磁性体104と対向する面にそれぞれ配設された超伝導体リング110、112と、磁性体104の磁性体102と対向する面に並んで配設された磁極としてS極を形成するコイル114およびN極を形成するコイル116と、コイル114、116の磁性体102と対向する面にそれぞれ配設された超伝導体リング118、120と、コイル106、108および超伝導体リング110、112を配設された磁性体102を磁性体104に対して接近あるいは離隔する方向(図10における矢印B方向)にギャップ幅可変駆動機構122とを備えている。
This
上記した構成の磁場発生装置100は、ギャップ幅gの間隔を開けて、磁性体102側のN極と磁性体104側のS極とが対向し、磁性体102側のS極と磁性体104側のN極とが対向するようになされている。また、ギャップ幅可変駆動機構122を作動することにより、ギャップ幅gを最小(ゼロが望ましい。)とすることができる。
In the magnetic
ここで、この磁場発生装置100においては、磁場発生装置100により形成される電磁石磁気回路を鎖交する4つの超伝導体リング110、112、118、120によりそれぞれ構成される4つの超伝導体閉ループが存在する(図11を参照する。なお、図11は、磁気回路を鎖交する1つの超伝導閉ループを示している。)。さらに、この磁場発生装置100は、フリンジ効果あるいは磁束漏れが無視できる理想的なものと仮定する。
Here, in this magnetic
以上の構成において、磁場発生装置100により形成される電磁石磁気回路を概念的に示した図12ならびに図13を参照しながら、上記した磁場発生装置100の動作を詳細に説明する。
With the above configuration, the operation of the
まず、超伝導転移温度Tc以上の温度(室温)では超伝導体リング110、112、118、120は超伝導状態にはないので、上記において説明したような超伝導体閉ループにより得られる効果は発生しない。従って、電磁石磁気回路の総磁束およびギャップに得られる磁場(磁束密度)は、ギャップ幅gが大(磁気抵抗大)になるにしたがって急激に減少する(図12の(1)、図13の(1)を参照する。)。 First, since the superconductor rings 110, 112, 118, and 120 are not in a superconducting state at a temperature (room temperature) equal to or higher than the superconducting transition temperature Tc, the effect obtained by the superconductor closed loop as described above is as follows. Does not occur. Accordingly, the total magnetic flux of the electromagnet magnetic circuit and the magnetic field (magnetic flux density) obtained in the gap decrease rapidly as the gap width g becomes larger (large magnetoresistance) ((1) in FIG. 12, ( See 1)).
次に、超伝導転移温度Tc以上の温度(室温)でギャップ幅gを最小(ゼロが望ましい。)に設定した後に(図12の(2)、図13の(2)を参照する。)、超伝導転移温度Tc以下の温度(極低温)となるように超伝導体リングを冷却する(図12の(3)、図13の(3)を参照する。)。 Next, after setting the gap width g to the minimum (preferably zero) at a temperature (room temperature) equal to or higher than the superconducting transition temperature Tc (see (2) in FIG. 12 and (2) in FIG. 13). Then, the superconductor ring is cooled so as to have a temperature lower than the superconducting transition temperature Tc (very low temperature) (see (3) in FIG. 12 and (3) in FIG. 13).
この状態でギャップ幅gを拡げていくと、電磁誘導効果により電磁石磁気回路の総磁束が一定に保たれるように、超伝導体リングにより構成される超伝導体閉ループに永久電流が流れる(超伝導体の基本的な性質)。即ち、電磁石磁気回路固有の起磁力に超伝導体閉ループで発生した起磁力が加算されることになり、この超伝導体閉ループの起磁力はギャップ幅gが大きくなるほど大きくなる。従って、ギャップ幅gが大なる状態でも、高い磁場が保たれることになる(図12の(4)、図13の(4)を参照する。)。ただし、実際の磁場発生装置においては、ギャップ幅が大なるほどフリンジ効果あるいは磁束漏れが顕著になる。この場合、実際に得られる磁場は図13の(4)よりも若干低くなる。 When the gap width g is increased in this state, a permanent current flows through the superconductor closed loop formed by the superconductor ring so that the total magnetic flux of the electromagnet magnetic circuit is kept constant by the electromagnetic induction effect (super Basic properties of conductors). That is, the magnetomotive force generated in the superconductor closed loop is added to the magnetomotive force unique to the electromagnet magnetic circuit, and the magnetomotive force of the superconductor closed loop increases as the gap width g increases. Therefore, a high magnetic field is maintained even when the gap width g is large (see (4) in FIG. 12 and (4) in FIG. 13). However, in an actual magnetic field generator, the fringe effect or magnetic flux leakage becomes more pronounced as the gap width increases. In this case, the magnetic field actually obtained is slightly lower than (4) in FIG.
次に、図14ならびに図15を参照して、磁極対が1組の電磁石を用いた電磁石磁気回路を備えた本発明による磁場発生装置について説明する。
Next, with reference to FIG. 14 and FIG. 15, the magnetic field generator according to the present invention provided with an electromagnet magnetic circuit using a pair of electromagnets as a magnetic pole pair will be described.
なお、上記した図10に示す磁場発生装置100と同一または相当する構成については、図10において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成および佐用の説明は省略する。
In addition, about the structure which is the same as that of the
ここで、図14は磁場発生装置の概念構成斜視説明図を示し、図15は図14のC−C線による概略断面構成説明図を示している。 Here, FIG. 14 shows a conceptual configuration perspective view of the magnetic field generator, and FIG. 15 shows a schematic cross-sectional configuration view taken along the line CC of FIG.
この図14ならびに図15に示される磁場発生装置140は、対向する磁極対が1組のみ設けられているとともに、磁性体102の矢印B方向へ移動をガイドするガイド部材142を備えている点において、磁場発生装置100と異なる。
The
従って、この磁場発生装置140によれば、ガイド部材142により磁性体102がガイドされて矢印B方向へ移動されるため、磁性体102の矢印B方向への移動を正確かつ滑らかに行うことが可能となる。
Therefore, according to the
次に、図16ならびに図17を参照して、磁極対が2組の電磁石を用いた電磁石磁気回路を備えた本発明による磁場発生装置について説明する。
Next, with reference to FIG. 16 and FIG. 17, a magnetic field generator according to the present invention provided with an electromagnet magnetic circuit using two pairs of electromagnets as magnetic pole pairs will be described.
なお、上記した図10に示す磁場発生装置100と同一または相当する構成については、図10において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成および佐用の説明は省略する。
In addition, about the structure which is the same as that of the
ここで、図16は磁場発生装置の概念構成斜視説明図を示し、図17は図16のD−D線による概略断面構成説明図を示している。 Here, FIG. 16 shows a perspective view of the conceptual configuration of the magnetic field generator, and FIG. 17 shows a schematic cross-sectional configuration view taken along the line DD of FIG.
この図16ならびに図17に示される磁場発生装置160は、コイル114、116および超伝導体リング118、120を配設された磁性体104を磁性体102に対して接近あるいは離隔する方向(図16および図17における矢印E方向)にギャップ幅可変駆動機構162を備えている点において、磁場発生装置100と異なる。
The
従って、この磁場発生装置160によれば、ギャップ幅可変駆動機構122によりコイル106、108および超伝導体リング110、112を配設された磁性体102を矢印B方向に移動することに加えて、ギャップ幅可変駆動機構162によりコイル114、116および超伝導体リング118、120を配設された磁性体104を矢印E方向に移動できるため、ギャップ幅gを可変する際の可変時間を短縮することが可能になる。
Therefore, according to this
次に、図18および図19を参照して、本発明による電磁石磁気回路を備えた磁場発生装置を放射光発生用アンジュレータへ適用した場合について説明する。
Next, with reference to FIG. 18 and FIG. 19, the case where the magnetic field generator provided with the electromagnet magnetic circuit by this invention is applied to the undulator for radiation light generation is demonstrated.
ここで、図18は本発明による電磁石磁気回路を備えた磁場発生装置を組み込んだ放射光発生用アンジュレータの概念構成斜視説明図を示し、図19は図18のF−F線による概略断面構成説明図を示している。 Here, FIG. 18 shows a conceptual perspective view of the undulator for radiated light generation incorporating the magnetic field generator equipped with the electromagnet magnetic circuit according to the present invention, and FIG. 19 is a schematic cross-sectional configuration explanation by the FF line of FIG. The figure is shown.
この図18および図19に示すアンジュレータにおいては、アンジュレータの構成を大幅に変更することなく、図16ならびに図17に示される磁場発生装置の構成がそのまま利用されている。 In the undulator shown in FIGS. 18 and 19, the configuration of the magnetic field generator shown in FIGS. 16 and 17 is used as it is without significantly changing the configuration of the undulator.
従って、本発明による磁場発生装置を用いれば、現在各施設で利用されているアンジュレータをそのまま利用しながら、ギャップ幅gを大きくしても高い磁場を発生することができるようになる。 Therefore, if the magnetic field generator according to the present invention is used, a high magnetic field can be generated even if the gap width g is increased while using the undulator currently used in each facility as it is.
ここで、図20は本発明による永久磁石磁気回路を備えた磁場発生装置を組み込んだ放射光発生用アンジュレータの概念構成斜視説明図を示し、図21は図20のG−G線による要部概略断面構成説明図を示している。なお、図20ならびに図21における白抜き矢印は、着磁方向を示している。 Here, FIG. 20 is a conceptual perspective view of a radiated light generating undulator incorporating a magnetic field generator equipped with a permanent magnet magnetic circuit according to the present invention, and FIG. 21 is a schematic diagram of a main part taken along line GG of FIG. The cross-sectional structure explanatory drawing is shown. In addition, the white arrow in FIG.20 and FIG.21 has shown the magnetization direction.
この図20および図21に示すアンジュレータにおいては、アンジュレータの構成を大幅に変更することなく、図8に示される磁場発生装置の構成がそのまま利用されている。 In the undulator shown in FIGS. 20 and 21, the configuration of the magnetic field generator shown in FIG. 8 is used as it is without significantly changing the configuration of the undulator.
従って、本発明による磁場発生装置を用いれば、現在各施設で利用されているアンジュレータをそのまま利用しながら、ギャップ幅gを大きくしても高い磁場を発生することができるようになる。 Therefore, if the magnetic field generator according to the present invention is used, a high magnetic field can be generated even if the gap width g is increased while using the undulator currently used in each facility as it is.
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(4)に示すように変形することができるものである。
The embodiment described above can be modified as shown in the following (1) to (4).
(1)上記した実施の形態においては、磁気回路と鎖交する超伝導体閉ループを複数備えた場合を中心に説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、磁気回路と鎖交する超伝導体閉ループは少なくとも一つあればよい。 (1) In the above-described embodiment, the description has focused on the case where a plurality of superconductor closed loops interlinking with the magnetic circuit are provided. However, the present invention is not limited to this, and the magnetic circuit and the chain are not limited to this. It is sufficient that at least one superconductor closed loop intersects.
(2)上記した実施の形態においては、本発明による磁場発生装置をアンジュレータに適用した場合を中心に説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、本発明による磁場発生装置をウィグラに適用するようにしてもよいし、あるいは、その他の磁場を使用する装置に適用するようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the case where the magnetic field generator according to the present invention is applied to an undulator has been mainly described. However, the present invention is not limited to this, and the magnetic field generator according to the present invention is not limited to this. You may make it apply to a wiggler, or you may make it apply to the apparatus which uses another magnetic field.
(3)上記した実施の形態においては、ギャップを挟んで対向する電磁石あるいは永久磁石のそれぞれの対向する面に超伝導体リングを配置して超伝導体閉ループを形成することにより、磁気回路と鎖交する超伝導体閉ループを構成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ギャップを挟んで対向する電磁石あるいは永久磁石により形成された磁気回路内の任意の箇所に超伝導体リングを配置して、磁気回路内の任意の箇所で超伝導体閉ループが鎖交するようにしてもよい。 (3) In the above-described embodiment, a superconductor ring is disposed on each facing surface of an electromagnet or a permanent magnet facing each other across a gap to form a superconductor closed loop, whereby a magnetic circuit and a chain are formed. However, the present invention is not limited to this, and the superconductor is closed to any place in the magnetic circuit formed by the opposing electromagnets or permanent magnets across the gap. A conductor ring may be arranged so that the superconductor closed loop is linked at an arbitrary position in the magnetic circuit.
(4)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(3)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (4) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (3).
本発明は、放射光発生のための挿入光源として用いることのできるアンジュレータやウィグラーといったシンクロトロン放射光源などに利用することができるものである。 The present invention can be used for a synchrotron radiation light source such as an undulator or wiggler that can be used as an insertion light source for generation of radiation.
10 超伝導体リング
12、14 ギャップ
16、18 ヨーク(継鉄)
20 コイル
22 電磁石
40 永久磁石
42 磁極片
44 超伝導体リング
60 超伝導体リング
60a 孔
62 ホールプローブ
80、100、140、160 磁場発生装置
82a、82b、82c、82d、82e、82f 永久磁石
102、104 磁性体
106、108、114、116 コイル
110、112、118、120 超伝導体リング
122、162 ギャップ幅可変駆動機構
142 ガイド部材
g ギャップ幅
10
20
Claims (5)
対向して配置した磁極により構成される磁気回路と鎖交する少なくとも1つの超伝導体ループを形成し、
前記超伝導体ループを超伝導転移温度より低い温度に冷却して、前記超伝導体ループを超伝導状態にした後に、
前記対向して配置した磁極のギャップ幅を拡げる
ことを特徴とする磁場発生方法。 In the magnetic field generation method for generating a magnetic field in the gap between the magnetic poles arranged opposite to each other by arranging the magnetic poles opposite to each other,
Forming at least one superconductor loop interlinking with a magnetic circuit composed of magnetic poles arranged opposite to each other;
After cooling the superconductor loop to a temperature below the superconducting transition temperature to bring the superconductor loop into a superconducting state,
A magnetic field generating method, wherein the gap width of the magnetic poles arranged to face each other is increased.
前記超伝導体ループは、前記対向して配置した磁極のギャップ幅が最小あるいはゼロの状態において、超伝導転移温度より低い温度で冷却される
ことを特徴とする磁場発生方法。 The magnetic field generation method according to claim 1,
The method of generating a magnetic field, wherein the superconductor loop is cooled at a temperature lower than a superconducting transition temperature in a state where the gap width of the opposingly arranged magnetic poles is minimum or zero.
対向して配置した磁極と、
前記対向して配置した磁極のギャップ幅を可変するギャップ幅可変手段と、
前記対向して配置した磁極により構成される磁気回路と鎖交する少なくとも1つの超伝導体ループと
を有することを特徴とする磁場発生装置。 In the magnetic field generator for generating a magnetic field in the gap between the magnetic poles arranged opposite to each other by arranging the magnetic poles opposite to each other,
Magnetic poles arranged opposite to each other;
Gap width varying means for varying the gap width of the opposingly disposed magnetic poles;
A magnetic field generator comprising: a magnetic circuit configured by magnetic poles arranged to face each other; and at least one superconductor loop linked to the magnetic circuit.
前記超伝導体ループは、超伝導体リングを前記対向して配置した磁極のそれぞれに対して配置して構成する
ことを特徴とする磁場発生装置。 In the magnetic field generator of Claim 3,
The superconductor loop is configured by arranging a superconductor ring with respect to each of the opposed magnetic poles.
前記磁極は、永久磁石、電磁石または高透磁率高飽和磁束密度特性を有する磁性体よりなる
ことを特徴とする磁場発生装置。 In the magnetic field generator of any one of Claim 3 or Claim 4,
The magnetic pole is made of a permanent magnet, an electromagnet, or a magnetic material having a high magnetic permeability and a high saturation magnetic flux density.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004242563A JP4482688B2 (en) | 2004-08-23 | 2004-08-23 | Magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004242563A JP4482688B2 (en) | 2004-08-23 | 2004-08-23 | Magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006059755A true JP2006059755A (en) | 2006-03-02 |
JP4482688B2 JP4482688B2 (en) | 2010-06-16 |
Family
ID=36107035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004242563A Expired - Fee Related JP4482688B2 (en) | 2004-08-23 | 2004-08-23 | Magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4482688B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102956279A (en) * | 2012-10-25 | 2013-03-06 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Undulator and manufacture method thereof |
CN103323799A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-25 | 东方先进技术开发股份有限公司 | Spiral magnetic field generator |
CN103337332A (en) * | 2012-11-28 | 2013-10-02 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Undulator |
CN107143606A (en) * | 2017-05-16 | 2017-09-08 | 西北工业大学 | The magnetic field bidirectional modulation method of magnetic structure can be remembered for magneto-rheological vibration damper |
-
2004
- 2004-08-23 JP JP2004242563A patent/JP4482688B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103323799A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-25 | 东方先进技术开发股份有限公司 | Spiral magnetic field generator |
CN102956279A (en) * | 2012-10-25 | 2013-03-06 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Undulator and manufacture method thereof |
CN103337332A (en) * | 2012-11-28 | 2013-10-02 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Undulator |
CN107143606A (en) * | 2017-05-16 | 2017-09-08 | 西北工业大学 | The magnetic field bidirectional modulation method of magnetic structure can be remembered for magneto-rheological vibration damper |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4482688B2 (en) | 2010-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3090933B2 (en) | Magnetic field generating composition and method | |
Bahrdt et al. | Short period undulators for storage rings and free electron lasers | |
US8849364B2 (en) | High-temperature superconductor magnet system | |
Schmüser | Superconductivity in high energy particle accelerators | |
Tanaka et al. | Application of high-temperature superconducting permanent magnets to synchrotron radiation sources | |
JP4482688B2 (en) | Magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus | |
Hardy | Superconducting electron lenses | |
US8369911B2 (en) | Single-coil superconducting miniundulator | |
TWI458397B (en) | Magnet structure for particle acceleration | |
Tanaka et al. | Pure-type superconducting permanent-magnet undulator | |
JPH04105307A (en) | Superconducting magnet apparatus | |
Sonnemann | Resistive transition and protection of LHC superconducting cables and magnets | |
JP4613289B2 (en) | Magnetic field generation method and magnetic field generation apparatus | |
Zlobin et al. | Superconducting magnets for accelerators | |
Kashikhin | A novel design of iron dominated superconducting multipole magnets with circular coils | |
Gehlot et al. | Magnetic design of a 14 mm period prototype superconducting undulator | |
Abe et al. | Magnetic field design of a superconducting wiggler in the saga-ls storage ring | |
JP2000262486A (en) | Device and method for generating static magnetic field | |
Kashikhin et al. | Superconducting magnets for SCRF cryomodules at front end of linear accelerators | |
Fatehi | Compact high-temperature superconducting magnets for laser-plasma accelerator beam capture and transport | |
Hwang et al. | Feasibility study of a multipole electromagnet using a parallel iron-core structure | |
Kinjo et al. | End field termination for bulk HTSC staggered array undulator | |
JP4389023B2 (en) | Superconducting magnet that cancels electromagnetic force | |
Thuillier et al. | Advanced magnetic calculations for high magnetic field compact ion source | |
Patel | Analysis of magnetic field and electromagnetic forces in transformer and superconducting magnets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070810 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091215 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100209 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100223 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100225 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140402 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |