JP2013065659A - Conduction cooling type superconductive magnet device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conduction cooling type superconductive magnet device including a structure which independently protects an oxide superconductive current lead even if failure occurs in a power source, a refrigerating machine, and the like.SOLUTION: A conduction cooling type superconductive magnet device 1 includes: a superconductive magnet 19; a radiation shield 4 for housing the superconductive magnet 19; a vacuum vessel 5 for housing the radiation shield 4; a refrigerating machine 3 attached to the vacuum vessel 5; and an oxide current lead 7 disposed in an area which is in the radiation shield 4 and between a first cooling end part 12a (a first cooling stage) and a second cooling end part 12b (a second cooling stage). A diode 13, which is used for protecting the oxide current lead 7 from burning, is parallely connected with the oxide current lead 7.

Description

本発明は、二段式冷凍機を具備してなる伝導冷却型超電導マグネット装置に関する。   The present invention relates to a conduction cooling superconducting magnet apparatus including a two-stage refrigerator.

液体ヘリウムを用いずに冷凍機で超電導マグネットを冷却し運転できる伝導冷却型超電導マグネット装置が実用化されている。この伝導冷却型超電導マグネット装置は、例えば特許文献1に記載されている。   A conduction-cooled superconducting magnet device that can cool and operate a superconducting magnet with a refrigerator without using liquid helium has been put into practical use. This conduction cooling type superconducting magnet device is described in, for example, Patent Document 1.

特許文献1に記載されているように、伝導冷却型超電導マグネット装置では、超電導マグネットへの電流供給経路に酸化物超電導電流リードを挿むことによって、外部からの熱侵入を遮断し、通電に伴う自己発熱も避けることが可能となっている。   As described in Patent Document 1, in a conduction-cooled superconducting magnet device, an oxide superconducting current lead is inserted into a current supply path to the superconducting magnet to block heat intrusion from the outside and accompany energization. It is possible to avoid self-heating.

特開2009−277951号公報JP 2009-277951 A

伝導冷却型超電導マグネット装置において、冷却運転中の冷凍機が停止すると、装置内の各部の温度上昇が始まり、酸化物超電導電流リードはやがて超電導状態でなくなり高抵抗状態に遷移する。高抵抗状態に遷移した酸化物超電導電流リードに電源から電流が供給され続けると、酸化物超電導電流リードは発熱して焼損してしまう。   In the conduction-cooling superconducting magnet device, when the refrigerator during the cooling operation stops, the temperature of each part in the device starts to rise, and the oxide superconducting current lead eventually ceases to be in the superconducting state and transitions to the high resistance state. If current continues to be supplied from the power source to the oxide superconducting current lead that has transitioned to the high resistance state, the oxide superconducting current lead generates heat and burns out.

また、超電導マグネット(本体コイル)がクエンチしたにもかかわらず電源遮断が遅れ、酸化物超電導電流リードに電源から電流が供給され続けると、酸化物超電導電流リードが高抵抗状態に遷移して発熱・焼損してしまう。   In addition, even if the superconducting magnet (main body coil) is quenched, if the power supply is delayed, and the current continues to be supplied from the power source to the oxide superconducting current lead, the oxide superconducting current lead changes to a high resistance state and generates heat. It will burn out.

また、システムシーケンスの不備で電源の遮断ミスが発生すると、酸化物超電導電流リードは確実に焼損してしまう。   In addition, if a power supply interruption error occurs due to an incomplete system sequence, the oxide superconducting current lead is surely burned out.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電源、冷凍機などに不良が発生したとしても、酸化物超電導電流リードを自立的に保護できる構造を備えた伝導冷却型超電導マグネット装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is conductive cooling provided with a structure capable of autonomously protecting an oxide superconducting current lead even if a failure occurs in a power supply, a refrigerator, or the like. Type superconducting magnet device.

本発明は、超電導マグネットと、前記超電導マグネットを収容する冷却容器と、前記冷却容器を収容する真空容器と、前記真空容器に取り付けられた二段式冷凍機と、前記冷却容器の内部であって、前記二段式冷凍機の第1冷却ステージと当該第1冷却ステージよりも温度が低くなる前記二段式冷凍機の第2冷却ステージとの間に配置された、前記超電導マグネットに電流を導入するための酸化物超電導電流リードと、を備える伝導冷却型超電導マグネット装置において、前記酸化物超電導電流リードを保護するためのダイオードが当該酸化物超電導電流リードに並列に接続されていることを特徴とする。   The present invention includes a superconducting magnet, a cooling container containing the superconducting magnet, a vacuum container containing the cooling container, a two-stage refrigerator attached to the vacuum container, and the inside of the cooling container. Introducing an electric current into the superconducting magnet disposed between the first cooling stage of the two-stage refrigerator and the second cooling stage of the two-stage refrigerator whose temperature is lower than that of the first cooling stage. A conductive cooling type superconducting magnet device comprising: an oxide superconducting current lead; and a diode for protecting the oxide superconducting current lead connected in parallel to the oxide superconducting current lead. To do.

本発明の伝導冷却型超電導マグネット装置によれば、電源、冷凍機などに不良が発生したとしても、当該装置を構成する酸化物超電導電流リードは自立的に保護される。   According to the conduction cooling type superconducting magnet apparatus of the present invention, even if a failure occurs in a power supply, a refrigerator, etc., the oxide superconducting current lead constituting the apparatus is independently protected.

本発明の一実施形態に係る伝導冷却型超電導マグネット装置を示す一部断面図である。1 is a partial cross-sectional view showing a conduction cooling superconducting magnet device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る伝導冷却型超電導マグネット装置の電気回路図である。It is an electric circuit diagram of a conduction cooling type superconducting magnet device according to an embodiment of the present invention. 図1に示した伝導冷却型超電導マグネット装置の変形例を示す一部断面図である。It is a partial cross section figure which shows the modification of the conduction cooling superconducting magnet apparatus shown in FIG.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(超電導マグネット装置の構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る伝導冷却型超電導マグネット装置1(以下、「超電導マグネット装置1」と呼ぶ)を示す一部断面図である。図1に示すように、超電導マグネット装置1は、超電導マグネット19と、超電導マグネット19を収容する輻射シールド4(冷却容器)と、超電導マグネット19が収容された輻射シールド4を収容する真空容器5と、真空容器5の上部に取り付けられた冷凍機3とを備えている。
(Configuration of superconducting magnet device)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a conduction-cooling superconducting magnet device 1 (hereinafter referred to as “superconducting magnet device 1”) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the superconducting magnet device 1 includes a superconducting magnet 19, a radiation shield 4 (cooling container) that houses the superconducting magnet 19, and a vacuum container 5 that houses the radiation shield 4 in which the superconducting magnet 19 is housed. And the refrigerator 3 attached to the upper part of the vacuum vessel 5.

(超電導マグネット)
超電導マグネット19は、巻枠9と、巻枠9に超電導線材が螺旋状に巻回されてなる超電導コイル2とを有している。巻枠9は非磁性材であるアルミニウム材、ステンレス材などからなる。超電導コイル2を構成する超電導線材は、ニオブ・スズ(NbSn)超電導線材、ニオブ・チタン(NbTi)超電導線材などである。
(Superconducting magnet)
The superconducting magnet 19 has a winding frame 9 and a superconducting coil 2 in which a superconducting wire is spirally wound around the winding frame 9. The reel 9 is made of a nonmagnetic material such as aluminum or stainless steel. Superconducting wires constituting the superconducting coil 2 are niobium tin (Nb 3 Sn) superconducting wires, niobium titanium (NbTi) superconducting wires, and the like.

(真空容器)
真空容器5は、その内部を高真空に保持され、超電導マグネット19や輻射シールド4への熱侵入を抑制する容器である。真空容器5は、その上部を密閉するエンドプレート5aを有している。真空容器5の材質としては、アルミニウム材、ステンレス材が挙げられる。また、真空容器5の外面は常温(300K程度)にさらされる。
(Vacuum container)
The vacuum vessel 5 is a vessel whose inside is kept at a high vacuum and suppresses heat intrusion into the superconducting magnet 19 and the radiation shield 4. The vacuum vessel 5 has an end plate 5a that seals the upper part thereof. Examples of the material of the vacuum vessel 5 include an aluminum material and a stainless material. Moreover, the outer surface of the vacuum vessel 5 is exposed to normal temperature (about 300K).

真空容器5のエンドプレート5aには銅材で形成された電極ピン8(電極)が取り付けられている。電極ピン8は、陽極ピンと陰極ピンとからなり、これら電極ピン8には、超電導コイル2を励磁するための励磁電源50(図2参照)が接続される。電極ピン8の一部は、外部に突出し、大気(外気)にさらされている。   Electrode pins 8 (electrodes) made of a copper material are attached to the end plate 5a of the vacuum vessel 5. The electrode pin 8 includes an anode pin and a cathode pin, and an excitation power source 50 (see FIG. 2) for exciting the superconducting coil 2 is connected to the electrode pin 8. A part of the electrode pin 8 protrudes outside and is exposed to the atmosphere (outside air).

(輻射シールド)
輻射シールド4は、シールド本体4aと、シールド本体4aの上部開口に取り付けられたプレート4bとを有している。輻射シールド4(プレート4b)の材質としては、アルミニウム材、銅材が挙げられる。
(Radiation shield)
The radiation shield 4 has a shield body 4a and a plate 4b attached to the upper opening of the shield body 4a. Examples of the material of the radiation shield 4 (plate 4b) include an aluminum material and a copper material.

(冷凍機)
冷凍機3は、二段蓄冷式冷凍機(二段式冷凍機)であり、駆動部12と、駆動部12の下に配置されたシリンダ11を有している。シリンダ11は、上部の第1シリンダ11aと、下部の第2シリンダ11bとを有している。第1シリンダ11aの下端部には第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)が設けられ、第2シリンダ11bの下端部には第1冷却端部12aよりも温度が低くなる第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)が設けられている。第1冷却端部12aおよび第2冷却端部12bは、いずれもフランジ状の形態とされている。第1冷却端部12aは、輻射シールド4のプレート4bに対してボルトなどの固定手段により取り付けられ、第2冷却端部12bは、伝熱部材16(伝熱プレート)に対してボルトなどの固定手段により取り付けられている。この伝熱部材16は、超電導マグネット19の外周に熱的に接続されている。駆動部12にはヘリウムガスが供給され、供給されたヘリウムガスは、第1シリンダ11aの下部および第2シリンダ11bの下部に噴出する。冷凍機3は、第1冷却端部12aおよび第2冷却端部12bを介して、輻射シールド4および超電導マグネット19をそれぞれ約40Kおよび約4Kに冷却するものである。なお、熱的に接続されるとは、熱は伝導するが電気は絶縁状態(電気は流れない状態)で接続されることをいう。
(refrigerator)
The refrigerator 3 is a two-stage regenerative refrigerator (two-stage refrigerator), and includes a drive unit 12 and a cylinder 11 disposed below the drive unit 12. The cylinder 11 has an upper first cylinder 11a and a lower second cylinder 11b. A first cooling end 12a (first cooling stage) is provided at the lower end of the first cylinder 11a, and a second cooling end at which the temperature is lower than the first cooling end 12a at the lower end of the second cylinder 11b. A portion 12b (second cooling stage) is provided. The first cooling end portion 12a and the second cooling end portion 12b are both in the form of a flange. The first cooling end 12a is attached to the plate 4b of the radiation shield 4 by fixing means such as bolts, and the second cooling end 12b is fixed to the heat transfer member 16 (heat transfer plate) such as bolts. It is attached by means. The heat transfer member 16 is thermally connected to the outer periphery of the superconducting magnet 19. Helium gas is supplied to the drive unit 12, and the supplied helium gas is ejected to the lower part of the first cylinder 11a and the lower part of the second cylinder 11b. The refrigerator 3 cools the radiation shield 4 and the superconducting magnet 19 to about 40K and about 4K through the first cooling end 12a and the second cooling end 12b, respectively. Note that “thermally connected” means that heat is conducted but electricity is connected in an insulated state (a state where electricity does not flow).

(電流リード)
電極ピン8と超電導コイル2とは、筒状または平板状の酸化物超電導電流リード7(以下、「酸化物電流リード7」と呼ぶ)を介して導線10、14、15、6で結線されている。導線10、14、15は、電極ピン8と酸化物電流リード7とを接続する高温側の電流リード線であって、輻射シールド4の外部に導線10が配置され、輻射シールド4の内部に導線14、15が配置されている。導線6は、酸化物電流リード7と超電導コイル2とを接続する低温側の電流リード線であって、通常、超電導コイル2を構成している超電導線の延長である。また、導線10、15は、銅線であり、導線14は、高温超電導材料(酸化物超電導材料)からなるHTS線である。導線14(HTS線)の金属部分の断面積と導線15の金属部分の断面積との和は、導線10の金属部分の断面積よりも小さい。
(Current lead)
The electrode pin 8 and the superconducting coil 2 are connected by conducting wires 10, 14, 15, 6 through a cylindrical or flat oxide superconducting current lead 7 (hereinafter referred to as “oxide current lead 7”). Yes. Conductive wires 10, 14, and 15 are high-temperature current lead wires that connect the electrode pins 8 and the oxide current leads 7. The conductive wires 10 are disposed outside the radiation shield 4, and the conductive wires are disposed inside the radiation shield 4. 14 and 15 are arranged. The conducting wire 6 is a low-temperature current lead wire connecting the oxide current lead 7 and the superconducting coil 2, and is usually an extension of the superconducting wire constituting the superconducting coil 2. Conductive wires 10 and 15 are copper wires, and conductive wire 14 is an HTS wire made of a high-temperature superconducting material (oxide superconducting material). The sum of the cross-sectional area of the metal portion of the lead wire 14 (HTS wire) and the cross-sectional area of the metal portion of the lead wire 15 is smaller than the cross-sectional area of the metal portion of the lead wire 10.

酸化物電流リード7は、超電導マグネット19への熱侵入を抑制しつつ超電導マグネット19に電流を導入するための電流リード体であって、Bi系(ビスマス系)、Y系(イットリウム系)といった高温超電導材料(酸化物超電導材料)からなる。励磁電源50から一方の酸化物電流リード7を介して超電導マグネット19へ電流が流れ、超電導マグネット19から他方の酸化物電流リード7を介して励磁電源50へ電流が戻る。酸化物電流リード7は、輻射シールド4の内部であって、冷凍機3の第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)と第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)との間に配置されている。   The oxide current lead 7 is a current lead body for introducing a current into the superconducting magnet 19 while suppressing heat intrusion into the superconducting magnet 19, and is a high temperature such as Bi (bismuth) or Y (yttrium). It consists of a superconducting material (oxide superconducting material). A current flows from the exciting power source 50 to the superconducting magnet 19 via one oxide current lead 7, and the current returns from the superconducting magnet 19 to the exciting power source 50 via the other oxide current lead 7. The oxide current lead 7 is disposed inside the radiation shield 4 and between the first cooling end 12a (first cooling stage) and the second cooling end 12b (second cooling stage) of the refrigerator 3. Has been.

高温側の電流リード線である導線10、14、15は、プレート4bを介して第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)に熱的に接続されている。電極ピン8とプレート4bとの間は導線10のみとされ、プレート4bと酸化物電流リード7との間は、導線14、15の2本とされている。また、導線14(HTS線)は、導線15(銅線)に沿わされている。また、低温側の電流リード線である導線6(超電導コイル2を構成している超電導線の延長)は、伝熱部材16を介して第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に熱的に接続されている。   The conducting wires 10, 14, and 15, which are high-temperature side current leads, are thermally connected to the first cooling end 12a (first cooling stage) via the plate 4b. Only the lead wire 10 is provided between the electrode pin 8 and the plate 4b, and two lead wires 14 and 15 are provided between the plate 4b and the oxide current lead 7. Moreover, the conducting wire 14 (HTS wire) is along the conducting wire 15 (copper wire). Further, the lead wire 6 (extension of the superconducting wire constituting the superconducting coil 2), which is a current lead wire on the low temperature side, is thermally applied to the second cooling end portion 12b (second cooling stage) via the heat transfer member 16. It is connected to the.

ここで、酸化物電流リード7に接続する高温側の導線10、14、15のうち、導線10の端部分は、その部分自体が渦巻き状に巻かれた(まるめられた)状態で、プレート4bの上に電気絶縁状態で載置されている。すなわち、導線10の一部は、巻かれた状態でプレート4bを介して冷凍機3の第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)に熱的に接続されている。なお、必ずしも、導線10の一部が巻かれた状態で第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)に熱的に接続されている必要はなく、電極ピン8とプレート4bとの間を導線10で単に接続してもよい。なお、導線10とプレート4bとは電気絶縁状態で接続される。   Here, of the high-temperature side conductors 10, 14, and 15 connected to the oxide current lead 7, the end portion of the conductor 10 is spirally wound (rounded), and the plate 4 b Is placed in an electrically insulated state. That is, a part of the conducting wire 10 is thermally connected to the first cooling end 12a (first cooling stage) of the refrigerator 3 through the plate 4b in a wound state. Note that it is not always necessary to thermally connect the first cooling end portion 12a (first cooling stage) in a state where a part of the conductive wire 10 is wound, and a conductive wire is provided between the electrode pin 8 and the plate 4b. 10 may simply be connected. In addition, the conducting wire 10 and the plate 4b are connected in an electrically insulated state.

変形例として、輻射シールド4内に配置されている導線14、15の端部分(酸化物電流リード7とは反対側)を渦巻き状に巻いて(まるめて)プレート4bの仮面に固定してもよい。なお、導線14、15とプレート4bとは電気絶縁状態で固定される。   As a modification, the end portions (on the side opposite to the oxide current lead 7) of the conductors 14 and 15 disposed in the radiation shield 4 are spirally wound (rounded) and fixed to the mask surface of the plate 4b. Good. The conducting wires 14 and 15 and the plate 4b are fixed in an electrically insulated state.

また、酸化物電流リード7には、当該酸化物電流リード7を焼損などから保護するためのダイオード13が酸化物電流リード7に並列に接続されている。ダイオード13は、その通電電圧が0.2V以下の低電圧に設定されているものが好ましい。なお、通電電圧の下限は、例えば、0.02V(20mV)程度である。   Further, a diode 13 for protecting the oxide current lead 7 from burning or the like is connected to the oxide current lead 7 in parallel with the oxide current lead 7. It is preferable that the diode 13 has a conduction voltage set to a low voltage of 0.2 V or less. Note that the lower limit of the energization voltage is, for example, about 0.02 V (20 mV).

また、酸化物電流リード7およびダイオード13は、冷凍機3の第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に熱的に近い位置に配置されている。具体的には、ダイオード13が並列に接続された酸化物電流リード7の低温側端部が、伝熱部材16に接触させられることで、酸化物電流リード7およびダイオード13は、伝熱部材16を介して第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に熱的に接続されている。酸化物電流リード7の高温側端部と輻射シールド4のプレート4bとの間は、一定距離、離間させられている。   Further, the oxide current lead 7 and the diode 13 are disposed at a position that is thermally closer to the second cooling end 12b (second cooling stage) than the first cooling end 12a (first cooling stage) of the refrigerator 3. Has been. Specifically, the oxide current lead 7 and the diode 13 are connected to the heat transfer member 16 by contacting the low temperature side end portion of the oxide current lead 7 to which the diode 13 is connected in parallel with the heat transfer member 16. Is thermally connected to the second cooling end 12b (second cooling stage). The high-temperature side end of the oxide current lead 7 and the plate 4b of the radiation shield 4 are spaced apart by a certain distance.

本実施形態では、酸化物電流リード7の高温側端部および低温側端部にダイオード13の両端部を接続することで、酸化物電流リード7にダイオード13を並列に接続しているが、ダイオード13の一方の端部を導線14、15に直接接続するとともに、他方の端部を導線6に直接接続することで、酸化物電流リード7にダイオード13を並列に接続してもよい。このように接続すれば、ダイオード13のみを、冷凍機3の第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に熱的に近い位置に配置することができる。このようにして、冷凍機3の第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に熱的に近い位置にダイオード13のみを配置し、それ自体で熱侵入防止機能を有する酸化物電流リード7を、例えば、第1冷却端部12aと第2冷却端部12bとの間の中間位置などに配置してもよい。   In this embodiment, the diode 13 is connected in parallel to the oxide current lead 7 by connecting both ends of the diode 13 to the high temperature side end and the low temperature side end of the oxide current lead 7. The diode 13 may be connected in parallel to the oxide current lead 7 by directly connecting one end of 13 to the conductors 14 and 15 and directly connecting the other end to the conductor 6. With this connection, only the diode 13 is disposed at a position that is closer to the second cooling end portion 12b (second cooling stage) than the first cooling end portion 12a (first cooling stage) of the refrigerator 3. can do. In this way, only the diode 13 is disposed at a position thermally closer to the second cooling end 12b (second cooling stage) than the first cooling end 12a (first cooling stage) of the refrigerator 3, The oxide current lead 7 that itself has a heat intrusion preventing function may be disposed, for example, at an intermediate position between the first cooling end 12a and the second cooling end 12b.

なお、第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に「熱的に近い」位置に配置されるとは、第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)からの熱伝達効率よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)からの熱伝達効率のほうが高い状態に配置されることをいう。例えば、ダイオード13が、第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に「熱的に近い」位置に配置されるとは、第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)からの熱伝達効率よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)からの熱伝達効率のほうが高い状態にダイオード13が配置されることをいう。   It should be noted that the arrangement of the first cooling end 12a (first cooling stage) at a position "thermally closer" to the second cooling end 12b (second cooling stage) than the first cooling end 12a (first cooling stage). This means that the heat transfer efficiency from the second cooling end portion 12b (second cooling stage) is higher than the heat transfer efficiency from the first cooling stage. For example, the diode 13 is disposed at a position “thermally closer” to the second cooling end 12b (second cooling stage) than the first cooling end 12a (first cooling stage). This means that the diode 13 is arranged in a state in which the heat transfer efficiency from the second cooling end portion 12b (second cooling stage) is higher than the heat transfer efficiency from the end portion 12a (first cooling stage).

本実施形態では、ダイオード13は、酸化物電流リード7の低温側端部・伝熱部材16を介して第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に熱的に接続されているとともに、ダイオード13と第2冷却ステージとの間の距離が、ダイオード13と第1冷却ステージとの間の距離よりも短くされている。ダイオード13が、第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に「熱的に近い」位置に配置されるとは、ダイオード13が、第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に距離が近いことだけをもって決まるものではない。   In the present embodiment, the diode 13 is thermally connected to the second cooling end portion 12b (second cooling stage) via the low temperature side end portion / heat transfer member 16 of the oxide current lead 7, and the diode 13 The distance between 13 and the second cooling stage is shorter than the distance between the diode 13 and the first cooling stage. The diode 13 is disposed at a position "thermally closer" to the second cooling end 12b (second cooling stage) than the first cooling end 12a (first cooling stage). It is not determined only by the fact that the distance is closer to the second cooling end 12b (second cooling stage) than the first cooling end 12a (first cooling stage).

図2に、酸化物電流リード7まわりの電気回路図を示している。図2では、3つの超電導コイル2a〜2cとしているが、3つの超電導コイル2a〜2cとする必要は必ずしもない。超電導コイル2a〜2cに対して、それぞれ、ダイオード17が並列に接続されているとともに、酸化物電流リード7にもダイオード13が並列に接続されている、という状態を図2の電気回路図で示している。   FIG. 2 shows an electrical circuit diagram around the oxide current lead 7. In FIG. 2, the three superconducting coils 2 a to 2 c are shown, but the three superconducting coils 2 a to 2 c are not necessarily required. A state in which the diode 17 is connected in parallel to the superconducting coils 2a to 2c and the diode 13 is also connected in parallel to the oxide current lead 7 is shown in the electric circuit diagram of FIG. ing.

(作用・効果)
電源(励磁電源50)、冷凍機3などに不良が発生し、超電導マグネット装置1内の各部の温度が上昇して、酸化物電流リード7の超電導状態が消失したとする。このとき、保護素子であるダイオード13が酸化物電流リード7に並列に接続されているため、温度上昇で酸化物電流リード7が高抵抗状態に遷移すると、酸化物電流リード7に流れていた電流がダイオード13にバイパスして流れることにより、酸化物電流リード7の焼損が防止される。すなわち、電源、冷凍機などに不良が発生したとしても、酸化物電流リード7は自立的に保護される。
(Action / Effect)
It is assumed that a failure occurs in the power source (excitation power source 50), the refrigerator 3, etc., the temperature of each part in the superconducting magnet device 1 rises, and the superconducting state of the oxide current lead 7 disappears. At this time, since the diode 13 as the protective element is connected in parallel to the oxide current lead 7, when the oxide current lead 7 transitions to the high resistance state due to a temperature rise, the current flowing in the oxide current lead 7 Is bypassed to the diode 13 to prevent the oxide current lead 7 from being burned out. That is, even if a failure occurs in the power source, the refrigerator, etc., the oxide current lead 7 is protected independently.

ここで、ダイオード13の通電電圧が0.2V以下の低電圧に設定されていれば、より確実に、酸化物電流リード7の焼損は防止される。   Here, if the energization voltage of the diode 13 is set to a low voltage of 0.2 V or less, the burning of the oxide current lead 7 can be more reliably prevented.

なお、保護素子であるダイオード13が、冷凍機3の第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)よりも第2冷却端部12b(第2冷却ステージ)に熱的に近い位置に配置されていることで、ダイオード13を酸化物電流リード7に並列に接続したとしても、ダイオード両端間の温度差が小さくなり、ダイオード13を介しての超電導コイル2への熱侵入を抑制することができ、超電導マグネット19の運転不調・クエンチなどを抑制できる。   In addition, the diode 13 which is a protective element is disposed at a position thermally closer to the second cooling end 12b (second cooling stage) than the first cooling end 12a (first cooling stage) of the refrigerator 3. Therefore, even if the diode 13 is connected in parallel to the oxide current lead 7, the temperature difference between both ends of the diode is reduced, and heat intrusion to the superconducting coil 2 through the diode 13 can be suppressed. It is possible to suppress malfunctions and quenching of the superconducting magnet 19.

さらに、本実施形態では、導線10の一部が、巻かれた状態でプレート4bを介して第1冷却端部12a(第1冷却ステージ)に熱的に接続されている。導線10の一部が第1冷却ステージに熱的に接続されていることで、導線10は第1冷却ステージにより冷却される。また、第1冷却ステージに熱的に接続されている部分が巻かれているので、プレート4bを介した第1冷却ステージとの熱的接触面積が大きくなり導線10はより冷却される。その結果、超電導コイル2への熱侵入をより抑制することができている。   Furthermore, in this embodiment, a part of the conducting wire 10 is thermally connected to the first cooling end 12a (first cooling stage) via the plate 4b in a wound state. Since a part of the conducting wire 10 is thermally connected to the first cooling stage, the conducting wire 10 is cooled by the first cooling stage. Moreover, since the part thermally connected to the 1st cooling stage is wound, the thermal contact area with the 1st cooling stage via the plate 4b becomes large, and the conducting wire 10 is cooled more. As a result, heat penetration into the superconducting coil 2 can be further suppressed.

(変形例)
図3は、図1に示した超電導マグネット装置1の変形例を示す一部断面図である。図1に示した超電導マグネット装置1と、図3に示す超電導マグネット装置101との相違点は、超電導マグネット装置101においては、プレート4bと酸化物電流リード7との間の導線が、1個の酸化物電流リード7に対して、1本の導線14(HTS線)とされていることである。
(Modification)
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a modification of the superconducting magnet device 1 shown in FIG. The superconducting magnet device 1 shown in FIG. 1 is different from the superconducting magnet device 101 shown in FIG. 3 in that the superconducting magnet device 101 has a single conducting wire between the plate 4b and the oxide current lead 7. That is, one conductive wire 14 (HTS wire) is provided for the oxide current lead 7.

導線14がBi系(ビスマス系)の高温超電導材料(酸化物超電導材料)で製作されている場合には、例えば、本変形例のように、1個の酸化物電流リード7に対して、1本の導線14(HTS線)で接続することが可能である。これは、Bi系の場合は銀被覆の内部に高温超電導材料を包み込む構造となっているため、銀被覆が内部の超電導状態消失時の電流バイパスとなりうるためである。一方、Y系を導線14に用いる場合には、構造上バイパス機能を備えていないため、15の銅線を添わせることが必要である(図1参照)。尚、通常は酸化物超電導体が通電電流のほぼ全てを担うため、14と15の金属部分の断面積の和は、通常の銅線だけの導線に比較して大幅に小さくすることができる。(10%以下)。従って、導線14(HTS線)と導線15経由での熱侵入を抑制することができる。すなわち、酸化物電流リード7に接続する高温側の導線のうちの少なくとも一部の導線が、酸化物超電導材料で形成されることで(HTS線とされることで)、超電導コイル2への熱侵入をさらに抑制することができる。   When the conducting wire 14 is made of a Bi-based (bismuth-based) high-temperature superconducting material (oxide superconducting material), for example, as in the present modification, one oxide current lead 7 has 1 It is possible to connect with two lead wires 14 (HTS wires). This is because, in the case of Bi, since the high temperature superconducting material is wrapped inside the silver coating, the silver coating can serve as a current bypass when the internal superconducting state disappears. On the other hand, when the Y-system is used for the conductive wire 14, since it does not have a bypass function in structure, it is necessary to attach 15 copper wires (see FIG. 1). In general, since the oxide superconductor carries almost all of the energization current, the sum of the cross-sectional areas of the metal portions 14 and 15 can be made significantly smaller than that of a normal copper wire alone. (10% or less). Therefore, heat penetration via the conductive wire 14 (HTS wire) and the conductive wire 15 can be suppressed. That is, at least a part of the high-temperature-side conductors connected to the oxide current lead 7 is made of an oxide superconducting material (by being made an HTS wire), so that heat to the superconducting coil 2 can be obtained. Intrusion can be further suppressed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. .

1:伝導冷却型超電導マグネット装置
2:超電導コイル
3:冷凍機(二段式冷凍機)
4:輻射シールド(冷却容器)
5:真空容器
7:酸化物超電導電流リード
12a:第1冷却端部(第1冷却ステージ)
12b:第2冷却端部(第2冷却ステージ)
13:ダイオード
19:超電導マグネット

1: Conduction-cooled superconducting magnet device 2: Superconducting coil 3: Refrigerator (two-stage refrigerator)
4: Radiation shield (cooling container)
5: Vacuum container 7: Oxide superconducting current lead 12a: First cooling end (first cooling stage)
12b: second cooling end (second cooling stage)
13: Diode 19: Superconducting magnet

Claims (5)

超電導マグネットと、
前記超電導マグネットを収容する冷却容器と、
前記冷却容器を収容する真空容器と、
前記真空容器に取り付けられた二段式冷凍機と、
前記冷却容器の内部であって、前記二段式冷凍機の第1冷却ステージと当該第1冷却ステージよりも温度が低くなる前記二段式冷凍機の第2冷却ステージとの間に配置された、前記超電導マグネットに電流を導入するための酸化物超電導電流リードと、
を備える伝導冷却型超電導マグネット装置において、
前記酸化物超電導電流リードを保護するためのダイオードが当該酸化物超電導電流リードに並列に接続されていることを特徴とする、伝導冷却型超電導マグネット装置。
A superconducting magnet,
A cooling container containing the superconducting magnet;
A vacuum vessel that houses the cooling vessel;
A two-stage refrigerator attached to the vacuum vessel;
The cooling vessel is disposed between the first cooling stage of the two-stage refrigerator and the second cooling stage of the two-stage refrigerator having a temperature lower than that of the first cooling stage. An oxide superconducting current lead for introducing current into the superconducting magnet;
In a conduction cooling type superconducting magnet device comprising:
A conduction cooled superconducting magnet device, wherein a diode for protecting the oxide superconducting current lead is connected in parallel to the oxide superconducting current lead.
請求項1に記載の伝導冷却型超電導マグネット装置において、
前記ダイオードが、前記第1冷却ステージよりも前記第2冷却ステージに熱的に近い位置に配置されていることを特徴とする、伝導冷却型超電導マグネット装置。
In the conduction cooling type superconducting magnet device according to claim 1,
The conduction-cooling superconducting magnet apparatus, wherein the diode is disposed at a position that is closer to the second cooling stage than the first cooling stage.
請求項1または2に記載の伝導冷却型超電導マグネット装置において、
前記酸化物超電導電流リードに接続する高温側の導線の一部が、巻かれた状態で前記第1冷却ステージに熱的に接続されていることを特徴とする、伝導冷却型超電導マグネット装置。
In the conduction cooling type superconducting magnet apparatus according to claim 1 or 2,
A conduction cooling type superconducting magnet apparatus, wherein a part of a high temperature side conductor connected to the oxide superconducting current lead is thermally connected to the first cooling stage in a wound state.
請求項1〜3のいずれかに記載の伝導冷却型超電導マグネット装置において、
前記酸化物超電導電流リードに接続する高温側の導線のうちの少なくとも一部の導線が酸化物超電導材料で形成されていることを特徴とする、伝導冷却型超電導マグネット装置。
In the conduction cooling type superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 3,
A conduction cooled superconducting magnet device, wherein at least a part of the high-temperature-side conducting wire connected to the oxide superconducting current lead is made of an oxide superconducting material.
請求項1〜4のいずれかに記載の伝導冷却型超電導マグネット装置において、
前記ダイオードは、通電電圧が0.2V以下とされていることを特徴とする、伝導冷却型超電導マグネット装置。
In the conduction cooling type superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 4,
The diode is a conduction-cooling superconducting magnet device, wherein an energization voltage is 0.2 V or less.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11508506B2 (en) 2016-04-12 2022-11-22 Koninklijke Philips N.V. Lead and thermal disconnect for ramping of an MRI or other superconducting magnet

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06231952A (en) * 1993-02-08 1994-08-19 Fuji Electric Co Ltd Current lead of superconducting magnet device
JPH11340027A (en) * 1998-05-27 1999-12-10 Mitsubishi Electric Corp Current lead
JP2009277951A (en) * 2008-05-16 2009-11-26 Japan Superconductor Technology Inc Superconductive magnet device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06231952A (en) * 1993-02-08 1994-08-19 Fuji Electric Co Ltd Current lead of superconducting magnet device
JPH11340027A (en) * 1998-05-27 1999-12-10 Mitsubishi Electric Corp Current lead
JP2009277951A (en) * 2008-05-16 2009-11-26 Japan Superconductor Technology Inc Superconductive magnet device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6014043326; 山本 純也: 'サーマルアンカーの色々(リード線を対象として)' 低温工学 Vol.14 No.6, 19791210, P.303-304, 社団法人低温工学協会 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11508506B2 (en) 2016-04-12 2022-11-22 Koninklijke Philips N.V. Lead and thermal disconnect for ramping of an MRI or other superconducting magnet

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