JP2011138892A - 超伝導マグネット装置及びそのクエンチ保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超伝導コイルをクエンチによる損傷及び劣化から確実に保護できること。
【解決手段】磁場を発生させる超伝導コイル１１ａ〜１１ｅと、この超伝導コイルを収容して超伝導状態に保つクライオスタット１２と、超伝導コイルへ遮断器１４を介して給電してこの超伝導コイルを励磁する励磁電源１３と、を有する超伝導マグネット装置１０において、互いに直列に接続されたヒータコイル１５ａ〜１５ｅ及びダイオード１６が超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに並列に接続されると共に、ヒータコイルが、クライオスタット１２内で超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを加熱可能に配置され、超伝導コイルにクエンチが検出されて遮断器１４が開動作され、励磁電源１３から超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへの給電が遮断されたときに、この遮断と同時に、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを流れる電流がダイオード１６によりヒータコイル１５ａ〜１５ｅへ転流可能に構成されたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超伝導マグネット装置及びそのクエンチ保護方法に関する。

粒子加速器ビームライン等に用いられる超伝導マグネット装置においては、超伝導コイル内に局所的な常伝導状態が発生すると、その部分が発熱し、近傍の超伝導状態が破壊されて、超伝導状態が急激に破壊するクエンチを生ずる場合がある。超伝導コイルには大きな磁気エネルギが蓄積されているため、この超伝導コイルを流れる電流の減衰に時間がかかり、クエンチ発生時に超伝導コイルに蓄積された磁気エネルギをいち早く消費しないと、ジュール発熱により超伝導コイルが損傷（特に焼損）または劣化する恐れがある。

このため、超伝導マグネット装置には、クエンチ発生時に超伝導コイルを保護するクエンチ保護装置が設けられている。このクエンチ保護装置としては、遮断器とエネルギ吸収（消費）用の保護抵抗とクエンチ検出器とが用いられ、従来、特許文献１及び２に開示され、図８に示すように構成される。

図８において、複数の超伝導コイル１ａ〜１ｅは、クライオスタット２内に収容されて超伝導状態に保たれ、これらの超伝導コイル１ａ〜１ｅへ励磁電源３から遮断器４を経て給電されて、各超伝導コイル１ａ〜１ｅが励磁し磁場を発生する。これらの超伝導コイル１ａ〜１ｅには保護抵抗５が並列に接続され、また、超伝導コイル１ａ〜１ｅに発生するクエンチがクエンチ検出器６により検出される。

通常運転時には遮断器４が閉動作され、励磁電源３から超伝導コイル１ａ〜１ｅへ遮断器４を経て直流電流が給電されて、超伝導コイル１ａ〜１ｅが磁場を発生している。

超伝導コイル１ａ〜１ｅのいずれかにおいてクエンチが発生した場合、クエンチ検出器６からのクエンチ検出信号を受けて、遮断器４が開動作される。この結果、励磁電源３から遮断器４を経て超伝導コイル１ａ〜１ｅに流れていた電流は、超伝導コイル１ａ〜１ｅから保護抵抗５に転流し、超伝導コイル１ａ〜１ｅに蓄積されていた磁気エネルギの大部分は、クライオスタット２の外部に設置された保護抵抗５、及び超伝導コイル１ａ〜１ｅがクエンチすることにより生じた抵抗によって消費され、超伝導コイル１ａ〜１ｅに流れる電流が減衰する。このようにして、超伝導コイル１ａ〜１ｅがクエンチした場合でも、この超伝導コイル１ａ〜１ｅにおける蓄積エネルギは、超伝導コイル１ａ〜１ｅの内部にて熱化することなくクエンチ保護が行われる。

一方、図８に示す超伝導マグネット装置では、複数の超伝導コイル１ａ〜１のうちの一つにクエンチが生じた場合、他の超伝導コイルにクエンチが伝わらないため、超伝導コイルの全体を流れる電流を急速に低下させることができず、クエンチした超伝導コイルが異常発熱する恐れがある。

一の超伝導コイル７のクエンチを防ぐために他の超伝導コイル全体をクエンチする方法として、図９に示すように、外部ヒータ７ａ〜７ｅ及びヒータ電源８を設け、外部ヒータ７ａ〜７ｅにて、クエンチしていない超伝導コイルを加熱し強制クエンチさせる方法（クエンチバック方式）が知られており、特許文献３及び４に開示されている。この図９に示す超伝導マグネット装置において、図８に示す超伝導マグネット装置と同様な部分については、同一の符号を付している。

図９の超伝導マグネット装置において、通常運転時には、遮断器４が閉動作され、励磁電源３から超伝導コイル１ａ〜１ｅに直流電流が給電されている。

例えば、超伝導コイル１ａにおいてクエンチが発生した場合、クエンチ検出器６からのクエンチ検出信号を受けて、遮断器４が開動作される。この結果、励磁電源３から遮断器４を経て超伝導コイル１ａ〜１ｅに流れていた電流は、超伝導コイル１ａ〜１ｅから保護抵抗５に転流し、超伝導コイル１ａ〜１ｅに蓄積されていた磁気エネルギの大部分は保護抵抗５にて消費され、超伝導コイル１ａ〜１ｅに流れる電流が減衰する。

これに引き続き、ヒータ電源８が作動し外部ヒータ７ａ〜７ｅに給電されることで、この外部ヒータ７ａ〜７ｅが発熱し、クエンチしていない超伝導コイル１ｂ〜１ｅが加熱されて強制クエンチされる。これにより、超伝導コイル１ａ〜１ｅ全体のコイル内抵抗が増大され、超伝導コイル１ａ〜１ｅを流れる電流の減衰が速められて、超伝導コイル１ａの損傷を回避するクエンチ保護が行われる。

特開平３−４５１６３号公報 特開２００６−３１９１３９号公報 特開平７−２３５４１２号公報 特開平１１−１０２８０８号公報

従来の超伝導マグネット装置のクエンチ保護は、前述のようにして行われていた。しかしながら、図８に示すような保護抵抗５のみを用いるクエンチ保護では、保護抵抗５の抵抗値を大きくすると電圧降下が過大になって、結果として保護抵抗５の抵抗値が低下してしまうので、超伝導コイル１ａ〜１ｅを流れる電流の減衰に時間がかかり、超伝導コイル１ａ〜１ｅの損傷を回避できない場合がある。

また、図９に示すように、外部ヒータ７ａ〜７ｅ及びヒータ電源８を設け、外部ヒータ７ａ〜７ｅによってクエンチしていない超伝導コイル１ａ〜１ｅを加熱し強制クエンチさせる方法では、励磁電源３とは別にヒータ電源８を必要とするため、超伝導マグネット装置が複雑になる。従って、万一、ヒータ駆動装置（不図示）やヒータ電源８が故障した場合には、クエンチ保護動作を実施できず、または早期に実施できず、超伝導コイル１ａ〜１ｅが損傷してしまう恐れがある。

更に、クエンチ保護効果を得ために配置される外部ヒータ７ａ〜７ｅを適切な形状として配置することは困難である。例えば、図１０に示すように、外部ヒータ７ａ〜７ｅのそれぞれを超伝導コイル１ａ〜１ｅのそれぞれの外周に所定間隔で配置させた場合には、この外部ヒータ７ａ〜７ｅの形状や配置位置によっては、外部ヒータ７ａ〜７ｅのそれぞれの加熱によって超伝導コイル１ａ〜１ｅのそれぞれの温度上昇が不均一になってしまう。このため、超伝導コイル１ａ〜１ｅの強制的クエンチを迅速に実施できない恐れがある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、超伝導コイルをクエンチによる損傷及び劣化から確実に保護できる超伝導マグネット装置及びそのクエンチ保護方法を提供することにある。

本発明に係る超伝導マグネット装置は、磁場を発生させる超伝導コイルと、この超伝導コイルを収容して超伝導状態に保つクライオスタットと、前記超伝導コイルへ遮断機を介して給電してこの超伝導コイルを励磁する励磁電源と、を有して構成された超伝導マグネット装置において、互いに直列に接続されたヒータ及び通電制御手段が前記超伝導コイルに並列に接続されると共に、前記ヒータが、前記クライオスタット内で前記超伝導コイルを加熱可能に配置され、前記超伝導コイルにクエンチが検出されて前記遮断器が開動作され、前記励磁電源から前記超伝導コイルへの給電が遮断されたときに、この遮断と同時に、前記超伝導コイルを流れる電流が前記通電制御手段により前記ヒータへ転流可能に構成されたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る超伝導マグネット装置のクエンチ保護方法は、磁場を発生させる超伝導コイルと、この超伝導コイルを収容して超伝導状態に保つクライオスタットと、前記超伝導コイルへ遮断機を介して給電してこの超伝導コイルを励磁する励磁電源と、を有して構成された超伝導マグネット装置のクエンチ保護方法において、前記超伝導コイルにクエンチが検出されて前記遮断器が開動作され、前記励磁電源から前記超伝導コイルへの給電が遮断されたときに、この遮断と同時に、前記超伝導コイルに流れる電流をヒータへ転流し、このヒータにより前記超伝導コイルを加熱することを特徴とする方法である。

本発明に係る超伝導マグネット装置及びそのクエンチ保護方法によれば、超伝導コイルにクエンチが検出されてこの超伝導コイルへの給電が遮断されたときに、この遮断と同時に、超伝導コイルを流れる電流をヒータへ転流し、このヒータにより超伝導コイルを加熱するので、クエンチしていない超伝導コイルまたは超伝導コイルのクエンチしていない部分を速やかに強制的にクエンチさせることができ、超伝導コイルの全体を流れる電流を減衰させることができる。この結果、超伝導コイルをクエンチによる損傷（焼損等）及び劣化から確実に保護できる。

本発明は、超伝導マグネット装置の第１の実施の形態を示す構成図。 図１における単一の超伝導コイルを示す斜視図。 図２の超伝導コイルを、中心を通る平面図で切断しその下半部分を示す半断面図。 図３の一部を拡大して示す部分断面図。 図３におけるヒータコイルの無誘導巻きを説明する説明図。 図１の超伝導コイルにクエンチが発生した場合に、超伝導コイル全体を流れる電流の変化を示すグラフ。 本発明に係る超伝導マグネット装置における第２の実施の形態の超伝導コイルを、図３に対応する断面状態で示す半断面図。 従来の超伝導マグネット装置の一例を示す構成図。 従来の超伝導マグネット装置の他の一例を示す構成図。 図９における単一の超伝導コイルを、ヒータと共に示す斜視図。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。

［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図６）
図１は、本発明に係る超伝導マグネット装置の第１の実施の形態を示す構成図である。この図１に示す超伝導マグネット装置１０は、超伝導状態に保たれた複数の超伝導コイル１１ａ〜１１ｅにより一様な磁場を発生させるものであり、前記超伝導コイル１１ａ〜１１ｅ、クライオスタット１２、励磁電源１３、遮断器１４、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅ、ダイオード１６、クエンチ検出器１７及び制御回路１８を有して構成される。

ヒータコイル１５ａ〜１５ｅがヒータとして機能し、ダイオード１６が通電制御手段として機能する。また、遮断器１４、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅ、ダイオード１６、クエンチ検出器１７及び制御回路１８が、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのクエンチ保護装置２０として構成される。このクエンチ保護装置２０では、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅへ給電するための専用のヒータ電源が別途必要とされない。

前記超伝導コイル１１ａ〜１１ｅは、互いに直列に接続され、励磁電源１３からの給電によりそれぞれが磁場を発生する。これらの各超伝導コイル１１ａ〜１１ｅは、図２及び図３に示すように、半断面コ字形状の巻き枠２１にコイル導体２２が、図示しない巻き線機を用いて多層に巻き回されて構成される。各超伝導コイル１１ａ〜１１ｅにて発生する磁場を、図２において矢印Ｂで示す。また、図２及び図３中の符号Ｏは、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれの中心を示す。

前記クライオスタット１２は、図１に示すように、複数の超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを収容して極低温（例えば４Ｋ程度）とし、これらの超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを超伝導状態に保つ。また、前記励磁電源１３は、遮断器１４を介して複数の超伝導コイル１１ａ〜１１ｅと直列に接続され、これらの超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへ給電して、これらの超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを励磁させる。

前記クエンチ検出器１７は、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのいずれかまたは全てに、超伝導状態から常伝導状態に遷移するクエンチが発生したことを検出するものであり、このクエンチ検出信号が前記制御回路１８へ送信される。この制御回路１８は、クエンチ検出信号を実施したときに前記遮断器１４を開動作させる。この遮断器１４は、超伝導マグネット装置１０の通常運転時には閉操作されて、励磁電源１３から超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへの給電を許容するが、制御回路１８により開動作されたときには、励磁電源１３から超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへの給電を遮断する。

前記ヒータコイル１５ａ〜１５ｅは、複数が直列に接続されると共に、ダイオード１６に直列に接続される。更にこれらのヒータコイル１５ａ〜１５ｅ及びダイオード１６は、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに並列に接続されると共に、クライオスタット１２内に配置される。このうち、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれは、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれに後述の如く近接配置されて、各超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを加熱可能とする。

また、ダイオード１６は、超伝導マグネット装置１０の通常運転時には、励磁電源１３からヒータコイル１５ａ〜１５ｅへの給電を阻止するよう機能するが、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのいずれかまたは全てにクエンチが発生したときには、クエンチ発生時に超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに生ずる電圧によって、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに流れる電流をヒータコイル１５ａ〜１５ｅへ転流させる機能を果たす。

この超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに流れる電流をヒータコイル１５ａ〜１５ｅへ転流させる機能は、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのいずれかまたは全てにクエンチが発生したと同時、即ち遮断器１４により励磁電源１３から超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへの給電が遮断されたと同時になされる。尚、ダイオード１６は、１個または直列接続された複数個が存在し、このダイオード１６の数は励磁電源１３の出力電圧によって決定される。

各ヒータコイル１５ａ〜１５ｅは、図３及び図４に示すように、ヒータ線２３が例えば超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの場合と同一の巻き線機を用いて、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅと同一の向きにコイル状に巻き回されて構成されたものである。更に、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれは、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれの最内層と巻き枠２１との間で、その最内層の内側における全周に亘って、その最内層に近接して配置される。

また、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれのヒータ線２３は、その直径が超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれのコイル導体２２の直径に対して半分〜２倍の範囲に設定される。例えば、コイル導体２２の直径が１．０ｍｍの場合には、ヒータ線２３の直径は０．５〜２．０ｍｍの範囲に設定される。その理由は、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅを超伝導コイル１１ａ〜１１ｅと同一の巻き線機を用いて巻き付けることができる等の施行効率向上の観点に基づく。

更に、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれのヒータ線２３は、図５に示すように、一側端２４Ａ、２５Ａが短絡された２本のエレメント２４、２５からなる。これらのエレメント２４及び２５が１本のヒータ線２３としてコイル状に巻き回された無誘導巻きによって、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅが形成される。この無誘導巻きでは、エレメント２４と２５に互いに逆方向の電流が流れることで、これらのエレメント２４及び２５からなる１本のヒータ線２３の周辺に磁場が発生せず、この結果、各ヒータコイル１５ａ〜１５ｅに誘導電圧（自己誘導電圧）がほとんど発生しない状態となる。

また、図４に示すヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれのヒータ線２３（つまりエレメント２４及び２５）は、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのコイル導体２２と略同等の熱収縮率（線膨張率）を有する金属で、且つ極低温（例えば４Ｋ程度）における抵抗値が超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのコイル導体２２と略同等になる金属にて構成される。具体的には、ヒータ線２３は、銅やアルミニウムからなる線材を被覆ヒータ被覆線として構成される。特に、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのコイル導体２２がニオブチタンから構成される場合には、ヒータ線２３は、ニオブチタンと抵抗値の近い銅が用いられる。

次に、図１に示す超伝導マグネット装置１０の作用を説明する。

超伝導マグネット装置１０の通常運転時には遮断器１４が閉動作され、励磁電源１３から遮断器１４を経て超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへ直流電流が供給され、各超伝導コイル１１ａ〜１１ｅにて、図２の矢印Ｂに示す方向の磁場が発生する。

超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのうち、例えば超伝導コイル１１ａにクエンチが発生した場合には、クエンチ検出器１７が上記クエンチを検出し、クエンチ検出信号がクエンチ検出器１７から制御回路１８へ送信されると、この制御回路１８は遮断器１４を開動作させる。これにより、励磁電源１３から遮断器１４を経て超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへ流れていた直流電流が遮断され、この遮断と同時にダイオード１６の作用で、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを流れる直流電流がヒータコイル１５ａ〜１５ｅへ転流する。

この転流によって、超伝導マグネット装置１０の通常運転時に超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに蓄積されていた磁気エネルギの大部分がヒータコイル１５ａ〜１５ｅの抵抗により消費されてヒータコイル１５ａ〜１５ｅが発熱し、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを流れる電流が減衰する。そして、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅの発熱により、クエンチしていない超伝導コイル１１ｂ〜１１ｅが加熱されて強制的にクエンチされることになる。その結果、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのコイル内抵抗が増大して、これらの超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの全体を流れる電流が更に減衰する。これにより、クエンチが発生した超伝導コイル１１ａの損傷（焼損）や劣化が回避される。

ここで、図６は、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのいずれかにクエンチが発生した場合に超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの全体に流れる電流の時間変化を示すグラフである。実線βは、強制的クエンチを実施しない従来の超伝導マグネット装置（図８）の場合を示し、実線αは、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを流れる電流をヒータコイル１５ａ〜１５ｅへ転流させることで、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを強制的にクエンチさせる本実施の形態の場合を示す。本実施の形態では、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに流れる電流が、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのいずれかにクエンチが発生した時点ｔから急激に減衰していることがわかる。

以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（５）を奏する。

（１）クエンチ検出器１７により例えば超伝導コイル１１ａにクエンチが検出されて、遮断器１４の開動作により超伝導コイル１１ａ〜１１ｅへの給電が遮断されたとき、この遮断と同時にダイオード１６が、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを流れる電流をヒータコイル１５ａ〜１５ｅへ転流させ、このヒータコイル１５ａ〜１５ｅにより超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを加熱するので、クエンチしていない超伝導コイル１１ｂ〜１１ｅを速やかに強制的にクエンチさせることができ、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの全体を流れる電流を減衰させることができる。この結果、特に、クエンチの発生した超伝導コイル１１ａをクエンチによる損傷（焼損等）及び劣化から確実に保護できる。

（２）ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれが、超伝導コイル１１ａ〜１５ｅのそれぞれにおける最内層の内側において、その内周に沿って配置されたので、このヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれによって超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれを均一に加熱することができる。このため、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの強制的クエンチを迅速に実施できる。

（３）ヒータコイル１５ａ〜１５ｅは、ヒータ線２３（エレメント２４及び２５）が無誘導巻きによってコイル状に巻き回されて形成されたので、通電時に誘導電圧の発生を抑制できる。この結果、高電圧の発生によってヒータコイル１５ａ〜１５ｅへの通電を遮断してこのヒータコイル１５ａ〜１５ｅを保護する高電圧用の保護回路が不必要になる。この結果、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのクエンチ発生時には、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅを速い応答速度で発熱させることができ、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの強制的クエンチを迅速に実施できる。

（４）ヒータコイル１５ａ〜１５ｅを構成するヒータ線２３が、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを構成するコイル導体２２と略同等の熱収縮率を有する金属で構成されたので、これらの超伝導コイル１１ａ〜１１ｅ及びヒータコイル１５ａ〜１５ｅがクライオスタット１２により極低温に冷却された場合に、熱収縮率の相違によって両者（超伝導コイル１１ａ〜１１ｅとヒータコイル１５ａ〜１５ｅ）が離反してしまうことを防止できる。このため、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのクエンチ発生時に、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅにより超伝導コイル１１ａ〜１１を迅速に加熱して強制的クエンチを実施できる。また、ヒータ線２３とコイル導体２２とが略同等の熱収縮率の金属にて構成されたので、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅ及び超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに熱歪みの発生を抑制できる。

（５）ヒータコイル１５ａ〜１５ｅを構成するヒータ線２３の極低温における抵抗値が、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅを構成するコイル導体２２の極低温における抵抗値と略同程度に設けられたので、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅへの初期電流通電時の電圧を抑制できる。このため、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのクエンチ発生時に、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅを速い応答速度で発熱させることができ、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの強制的クエンチを迅速に実施できる。

［Ｂ］第２の実施の形態（図７）
図７は、本発明に係る超伝導マグネット装置における第２の実施の形態の超伝導コイルを、図３に対応する断面状態で示す半断面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施の形態の超伝導マグネット装置が前記実施の形態の超伝導マグネット装置１０と異なる点は、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに対するヒータコイル１５ａ〜１５ｅの配置位置である。つまり、本実施の形態のヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれは、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれの最外層の外側における全周に亘って、その最外層に近接して配置される。

一般に、大型の超伝導コイル１１ａ〜１１ｅでは、半径の大きな超伝導コイル１１ａ〜１１ｅに、自己が発生する一様な磁場中で電流を流すと、比較的大きな電磁力が超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの外向きに発生し、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅが外側へ引っ張られる。このとき、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれが超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれの最内層の内側に配置されていると、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれがヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれから離反して、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅによる超伝導コイル１１ａ〜１１ｅの加熱が不充分となってしまう。

これに対し、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれが超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれの最外層の外側に配置されることで、上述のように大きな電磁力が作用する場合にも、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれと超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれとの離反が防止され、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれによって超伝導コイル１１ａ〜１１のそれぞれを均一かつ良好に加熱することが可能になる。

従って、本実施の形態においても、前記実施の形態の効果（１）及び（３）〜（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。

（６）ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれが超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれの最外層の外側における外周に沿って、その最外層に近接して配置されたので、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれに発生する電磁力によっても、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれとヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれとが離反することが防止される。このため、ヒータコイル１５ａ〜１５ｅのそれぞれによって超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれを均一かつ良好に加熱できるので、この加熱により、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅのそれぞれの強制的クエンチを迅速に実施することができる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、本実施の形態では、超伝導コイル１１ａ〜１１ｅが複数存在する超伝導マグネット装置１０について述べたが、超伝導コイルが単一の場合であっても本発明を適用することができる。この場合には、単一または複数のヒータコイルによって、単一の超伝導コイルのクエンチしていない部分を強制的にクエンチさせることができる。

１０ 超伝導マグネット装置
１１ａ〜１１ｅ 超伝導コイル
１２ クライオスタット
１５ 励磁電源
１４ 遮断器
１５ａ〜１５ｅ ヒータコイル（ヒータ）
１６ ダイオード（通電制御手段）
２０ クエンチ保護装置
２２ コイル導体
２３ ヒータ線

Claims (7)

1. 磁場を発生させる超伝導コイルと、この超伝導コイルを収容して超伝導状態に保つクライオスタットと、前記超伝導コイルへ遮断機を介して給電してこの超伝導コイルを励磁する励磁電源と、を有して構成された超伝導マグネット装置において、
   互いに直列に接続されたヒータ及び通電制御手段が前記超伝導コイルに並列に接続されると共に、前記ヒータが、前記クライオスタット内で前記超伝導コイルを加熱可能に配置され、
   前記超伝導コイルにクエンチが検出されて前記遮断器が開動作され、前記励磁電源から前記超伝導コイルへの給電が遮断されたときに、この遮断と同時に、前記超伝導コイルを流れる電流が前記通電制御手段により前記ヒータへ転流可能に構成されたことを特徴とする超伝導マグネット装置。
2. 前記超伝導コイルは、複数が直列に接続されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超伝導マグネット装置。
3. 前記ヒータはコイル状に形成され、超伝導コイルの内側全周または外側全周に亘って配置されたことを特徴とする請求項１に記載の超伝導マグネット装置。
4. 前記ヒータは、無誘導巻きによりコイル状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の超伝導マグネット装置。
5. 前記ヒータを構成するヒータ線は、超伝導コイルを構成するコイル導体と略同等の熱収縮率を有して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超伝導マグネット装置。
6. 前記ヒータを構成するヒータ線は、極低温における抵抗値が、超伝導コイルを構成するコイル導体と略同程度になる金属にて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超伝導マグネット装置。
7. 磁場を発生させる超伝導コイルと、この超伝導コイルを収容して超伝導状態に保つクライオスタットと、前記超伝導コイルへ遮断機を介して給電してこの超伝導コイルを励磁する励磁電源と、を有して構成された超伝導マグネット装置のクエンチ保護方法において、
   前記超伝導コイルにクエンチが検出されて前記遮断器が開動作され、前記励磁電源から前記超伝導コイルへの給電が遮断されたときに、この遮断と同時に、前記超伝導コイルに流れる電流をヒータへ転流し、このヒータにより前記超伝導コイルを加熱することを特徴とする超伝導マグネット装置のクエンチ保護方法。

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