JP2013251182A - Cyclotron and quench back method of superconducting coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サイクロトロン及びサイクロトロンに備えた超伝導コイルのクエンチバック方法に関する。 The present invention relates to a cyclotron and a method of quenching back a superconducting coil provided in the cyclotron.
従来、サイクロトロンに関する技術文献として、例えば特許文献1が知られている。特許文献1には、中空のヨークと、ヨークの内部空間に配置された真空容器と、真空容器内に配置された二個の超伝導コイルと、これらの超伝導コイルを冷却する冷凍機と、を備えたサイクロトロンが記載されている。
Conventionally, for example,
ところで、複数の超伝導コイルを備えたサイクロトロンでは、一個の超伝導コイルがクエンチすると、磁場のアンバランスが生じてクエンチしていない残りの超伝導コイルがヨークに引き付けられ超伝導コイルに変形や破損が生じるおそれがある。この場合、超伝導コイルへの電流供給を停止しても引き付け阻止に間に合わないため、クエンチしていない残りの超伝導コイルを速やかにクエンチさせることが好ましい。 By the way, in a cyclotron equipped with a plurality of superconducting coils, when one superconducting coil is quenched, an unbalanced magnetic field occurs, and the remaining unquenched superconducting coils are attracted to the yoke, causing deformation or damage to the superconducting coils. May occur. In this case, even if the current supply to the superconducting coil is stopped, it is not enough to prevent attraction, and therefore it is preferable to quickly quench the remaining superconducting coils that have not been quenched.
しかしながら、抵抗ヒータにより超伝導コイルを温度上昇させることによるクエンチは信頼性が低く、磁場や電流を臨界点以上とすることによる超伝導コイルのクエンチは短時間で発生させることが難しいという問題がある。 However, quenching by raising the temperature of the superconducting coil with a resistance heater is unreliable, and it is difficult to quench the superconducting coil by setting the magnetic field or current above the critical point in a short time. .
そこで、本発明は、信頼性の高いクエンチバックを実現できるサイクロトロン及び超伝導コイルのクエンチバック方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a cyclotron and a superconducting coil quench-back method capable of realizing a highly reliable quench-back.
上記課題を解決するため、本発明は、真空容器内に配置された複数の超伝導コイルと複数の超伝導コイルを冷却する冷却手段とを備えたサイクロトロンであって、複数の超伝導コイルのクエンチを検出するクエンチ検出手段と、超伝導コイルをクエンチさせるためのクエンチ用ガスを供給するガス供給手段と、ガス供給手段を制御する制御手段と、クエンチ用ガスを複数の超伝導コイルの付近へ送るためのガス流路と、を備え、制御手段は、クエンチ検出手段が複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで残りの超伝導コイルをクエンチさせる、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a cyclotron comprising a plurality of superconducting coils disposed in a vacuum vessel and a cooling means for cooling the plurality of superconducting coils, wherein the plurality of superconducting coils are quenched. A quench detection means for detecting the gas, a gas supply means for supplying a quenching gas for quenching the superconducting coil, a control means for controlling the gas supply means, and sending the quenching gas to the vicinity of the plurality of superconducting coils And the control means detects the quench of at least one superconducting coil among the plurality of superconducting coils and does not detect the quench of the remaining superconducting coils. In addition, quenching the remaining superconducting coil by supplying a quenching gas to the vicinity of the remaining superconducting coil through the gas flow path and raising the temperature. And features.
本発明に係るサイクロトロンによれば、複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個からクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給することで、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせることができる。従って、このサイクロトロンによれば、クエンチ用ガスを供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させて確実にクエンチさせることができるので、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。 According to the cyclotron according to the present invention, when the quench is detected from at least one of the plurality of superconducting coils and the quench of the remaining superconducting coils is not detected, the vicinity of the remaining superconducting coils through the gas channel is detected. By supplying the quenching gas, the temperature of the superconducting coil can be raised to the superconducting transition temperature or higher to quench. Therefore, according to this cyclotron, by supplying the quenching gas, the temperature of the superconducting coil can be quickly raised and reliably quenched, so that a highly reliable quench back can be realized.
本発明に係るサイクロトロンにおいては、前記真空容器内を通り抜けると共に、一部が前記超伝導コイルの付近を通る流路を含んでいてもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチ用ガスを真空容器内に放出することなくガス流路を介した温度上昇により、対象となる超伝導コイルをクエンチさせることができるので、真空容器内に放出されたクエンチ用ガスを回収して真空に戻す手間や時間を削減することができる。また、このサイクロトロンによれば、真空容器内の真空を維持したまま超伝導コイルをクエンチさせることも可能となる。
The cyclotron according to the present invention may include a flow path that passes through the inside of the vacuum vessel and partially passes through the vicinity of the superconducting coil.
According to this cyclotron, the target superconducting coil can be quenched by the temperature rise through the gas flow path without releasing the quenching gas into the vacuum vessel, so the quench released into the vacuum vessel It is possible to reduce the labor and time for collecting the working gas and returning it to the vacuum. Also, according to this cyclotron, it is possible to quench the superconducting coil while maintaining the vacuum in the vacuum vessel.
本発明に係るサイクロトロンにおいては、ガス流路は、真空容器内において超伝導コイルより外周側に形成されていてもよい。
このサイクロトロンによれば、超伝導コイルの内周側までガス流路を形成する場合と比べて、ガス流路を短くすることができるので、サイクロトロンの構造の簡素化及び低コスト化に有利である。
In the cyclotron according to the present invention, the gas flow path may be formed on the outer peripheral side of the superconducting coil in the vacuum vessel.
According to this cyclotron, the gas flow path can be shortened as compared with the case where the gas flow path is formed up to the inner peripheral side of the superconducting coil, which is advantageous for simplification of the cyclotron structure and cost reduction. .
本発明に係るサイクロトロンにおいては、ガス流路は、複数の超伝導コイルにそれぞれ対応する複数の流路を含んでいてもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチ用ガスを供給するガス流路の選択により、対象となる超伝導コイルを適切にクエンチさせることができる。また、このサイクロトロンによれば、一つのガス流路が全ての超伝導コイルの付近を通過する場合と比べて、クエンチ用ガスが短時間で目標の超伝導コイル付近へ到達するため、速やかなクエンチバックを実現できる。
In the cyclotron according to the present invention, the gas flow path may include a plurality of flow paths respectively corresponding to the plurality of superconducting coils.
According to this cyclotron, the target superconducting coil can be appropriately quenched by selecting the gas flow path for supplying the quenching gas. Also, according to this cyclotron, the quenching gas reaches the target superconducting coil in a short time compared to the case where one gas flow path passes all the superconducting coils. Back can be realized.
本発明に係るサイクロトロンにおいては、ガス流路には真空ポンプが接続されていてもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチが生じていない通常時においてガス流路内を真空状態にすることができるので、ガス流路を通じて外部の熱が超伝導コイルに伝わることを効果的に抑制することができる。このことは、超伝導コイルの超伝導状態の維持に有利である。
In the cyclotron according to the present invention, a vacuum pump may be connected to the gas flow path.
According to this cyclotron, the inside of the gas channel can be evacuated in a normal time when no quench occurs, so that it is possible to effectively suppress the transfer of external heat to the superconducting coil through the gas channel. it can. This is advantageous for maintaining the superconducting state of the superconducting coil.
本発明は、真空容器内に配置された複数の超伝導コイルと複数の超伝導コイルを冷却する冷却手段とを備えたサイクロトロンにおける超伝導コイルのクエンチバック方法であって、複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで残りの超伝導コイルをクエンチさせることを特徴とする。 The present invention relates to a quench back method for a superconducting coil in a cyclotron comprising a plurality of superconducting coils disposed in a vacuum vessel and a cooling means for cooling the plurality of superconducting coils, When quenching of at least one superconducting coil is detected and quenching of the remaining superconducting coils is not detected, the quenching gas is supplied to the vicinity of the remaining superconducting coils through the gas flow path to raise the temperature. Thus, the remaining superconducting coil is quenched.
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法によれば、複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個からクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給することで、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせることができる。従って、このクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させて確実にクエンチさせることができるので、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。 According to the quench back method for a superconducting coil according to the present invention, when the quench is detected from at least one of the plurality of superconducting coils and the quench of the remaining superconducting coils is not detected, the remaining through the gas flow path. By supplying the quenching gas to the vicinity of the superconducting coil, the temperature of the superconducting coil can be raised to the superconducting transition temperature or more to quench. Therefore, according to this quenchback method, by supplying the quenching gas, the temperature of the superconducting coil can be quickly raised and reliably quenched, so that a highly reliable quenchback can be realized. it can.
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路は、真空容器内を通り抜けると共に、一部が超伝導コイルの付近を通る流路を含み、ガス流路を流れるクエンチ用ガスは、ガス流路を介して残りの超伝導コイルを温度上昇させることでクエンチさせてもよい。
このクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを真空容器内に放出することなくガス流路を介した温度上昇により、対象となる超伝導コイルをクエンチさせることができるので、真空容器内に放出されたクエンチ用ガスを回収して真空に戻す手間や時間を削減することができる。また、このクエンチバック方法によれば、真空容器内の真空を維持したまま超伝導コイルをクエンチさせることも可能となる。
In the quench back method of the superconducting coil according to the present invention, the gas flow path includes a flow path that passes through the vicinity of the superconductive coil while passing through the inside of the vacuum vessel, and the quenching gas flowing through the gas flow path is: The remaining superconducting coil may be quenched by raising the temperature via the gas flow path.
According to this quench-back method, the target superconducting coil can be quenched by the temperature rise through the gas flow path without releasing the quenching gas into the vacuum vessel, so that it is released into the vacuum vessel. It is possible to reduce the time and effort for recovering the quenching gas and returning it to a vacuum. Further, according to this quench back method, it is possible to quench the superconducting coil while maintaining the vacuum in the vacuum vessel.
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路は、真空容器内において超伝導コイルより外周側に形成されていてもよい。
このクエンチバック方法によれば、超伝導コイルの内周側までガス流路を形成する場合と比べて、ガス流路を短くすることができるので、サイクロトロンの構造の簡素化及び低コスト化が図られる。
In the quench back method for a superconducting coil according to the present invention, the gas flow path may be formed on the outer peripheral side of the superconducting coil in the vacuum vessel.
According to this quench-back method, the gas flow path can be shortened as compared with the case where the gas flow path is formed up to the inner peripheral side of the superconducting coil, so that the structure of the cyclotron can be simplified and the cost can be reduced. It is done.
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路は、複数の超伝導コイルにそれぞれ対応する複数の流路を含み、残りの超伝導コイルに対応する流路へクエンチ用ガスが供給されてもよい。
このクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを供給するガス流路の選択により、対象となる超伝導コイルを適切にクエンチさせることができる。また、このクエンチバック方法によれば、一つのガス流路が全ての超伝導コイルの付近を通過する場合と比べて、クエンチ用ガスが短時間で目標の超伝導コイル付近へ到達するため、速やかなクエンチバックを実現できる。
In the quench back method for a superconducting coil according to the present invention, the gas flow path includes a plurality of flow paths respectively corresponding to the plurality of superconducting coils, and the quenching gas is supplied to the flow paths corresponding to the remaining superconducting coils. May be.
According to this quench-back method, the target superconducting coil can be appropriately quenched by selecting the gas flow path for supplying the quenching gas. Also, according to this quenchback method, the quenching gas reaches the target superconducting coil in a short time compared to the case where one gas flow path passes near all the superconducting coils. Quenchback can be achieved.
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路には真空ポンプが接続されており、真空ポンプの駆動によりガス流路内が真空状態にされてもよい。
このクエンチバック方法によれば、クエンチが生じていない通常時においてガス流路内を真空状態にすることができるので、ガス流路を通じて外部の熱が超伝導コイルに伝わることを効果的に抑制することができる。このことは、超伝導コイルの超伝導状態の維持に有利である。
In the quench back method for a superconducting coil according to the present invention, a vacuum pump is connected to the gas flow path, and the inside of the gas flow path may be evacuated by driving the vacuum pump.
According to this quench-back method, the inside of the gas flow path can be evacuated in a normal time when no quench occurs, so that external heat is effectively prevented from being transmitted to the superconducting coil through the gas flow path. be able to. This is advantageous for maintaining the superconducting state of the superconducting coil.
本発明によれば、信頼性の高いクエンチバックを実現できるサイクロトロン及び超伝導コイルのクエンチバック方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the quenchback method of the cyclotron which can implement | achieve highly reliable quenchback and a superconducting coil can be provided.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[第1の実施形態]
図1に示す第1の実施形態のサイクロトロン1は、イオン源(図示せず)から供給される荷電粒子を加速して荷電粒子線(荷電粒子ビーム)を出力する円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子(重イオン)、電子などが挙げられる。
[First Embodiment]
A
サイクロトロン1は、その中心軸Cを中心として配置された超伝導コイル2,3と、超伝導コイル2,3を収容する円環状の真空容器4と、第1の超伝導コイル2の空芯部位に配置された上ポール(上磁極)5と、第2の超伝導コイル3の空芯部位に配置された下ポール(下磁極)6と、超伝導コイル2,3を冷却するための冷凍機(冷却手段)7と、ヨーク8と、を備えている。ヨーク8は、中空の円盤型ブロックであり、その内部に真空容器4、上ポール5、及び下ポール6が配置されている。
The
このサイクロトロン1では、真空容器4の内部を真空状態にした上で、冷凍機7により超伝導状態とされた超伝導コイル2,3に電流を流すことで強力な磁場を形成する。イオン源から供給された荷電粒子は、上ポール5及び下ポール6の間の空間Gにおいて磁場の影響により加速され、荷電粒子線として出力される。
In the
第1の超伝導コイル2及び第2の超伝導コイル3は、図示しないコイル保持部材によって一体的に真空容器4内で保持されている。このコイル保持部材に接触するように、又は超伝導コイル2,3に接触するように、冷凍機7が設けられており、真空状況下で冷凍機7による超伝導コイル2,3の直接冷却が行われる。冷凍機7としては、例えば小型GM冷凍機を採用することができる。
The first
図1及び図2に示されるように、サイクロトロン1は、第1の超伝導コイル2及び第2の超伝導コイル3のうち一方の超伝導コイルがクエンチした場合に、他方の超伝導コイルを強制的にクエンチさせるためのクエンチバックシステム10を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
クエンチバックシステム10では、一方の超伝導コイルがクエンチした場合に、クエンチ用ガスを他方の超伝導コイルの付近に供給することで他方の超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上まで上昇させ、強制的にクエンチさせる。
In the
クエンチ用ガスは、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上まで上昇させるために十分な温度を有するガスであり、例えば常温のガスが用いられる。クエンチ用ガスは、凝固点が低く、安定なガスであることが好ましい。具体的には、クエンチ用ガスとして、希ガスなどを用いることができ、特にヘリウムガスであることが好ましい。 The quenching gas is a gas having a temperature sufficient to raise the temperature of the superconducting coil to the superconducting transition temperature or higher, and for example, a normal temperature gas is used. The quenching gas is preferably a stable gas having a low freezing point. Specifically, a rare gas or the like can be used as the quenching gas, and helium gas is particularly preferable.
クエンチバックシステム10は、クエンチバックシステム10を制御する制御部11と、クエンチ用ガスが蓄えられたガスタンク12と、第1の超伝導コイル2又は第2の超伝導コイル3の付近へクエンチ用ガスを送るためのガス流路13と、超伝導コイル2又は超伝導コイル3に熱を与えたクエンチ用ガスを凝縮するための凝縮器14と、を備えている。
The
ガスタンク12は、常温のクエンチ用ガスが蓄えられたタンクである。ガスタンク12はガス流路13と接続されており、第1の電磁弁15又は第2の電磁弁16が開放されることでガスタンク12内のクエンチ用ガスがガス流路13へ流れ込む。
The
ガス流路13は、第1の超伝導コイル2に対応する第1のガス流路13Aと、第2の超伝導コイル3に対応する第2のガス流路13Bと、ガスタンク12にクエンチ用ガスを回収するための回収用流路13Cと、を有している。ガス流路13は、スチール製やステンレス製の配管などにより構成することができる。
The
第1のガス流路13Aは、ガスタンク12から凝縮器14へ至る流路であり、一部が真空容器4内に入り込んで第1の超伝導コイル2の付近を通過する。ガスタンク12内のクエンチ用ガスは、第1の電磁弁15を開放することにより第1のガス流路13A内へ流れ込む。
The first
第1のガス流路13Aは、真空容器4内を通り抜けるように形成され、第1のガス流路13Aと真空容器4との間には真空状態を保つためのシール部材4aが設けられている。第1のガス流路13Aは、真空容器4内において第1の超伝導コイル2より外側(ヨーク8側)に形成されている。
The first
第1のガス流路13Aの一部は、真空容器4内で第1の超伝導コイル2と接する第1の熱交換部130を形成している。第1の熱交換部130に流れ込んだ常温のクエンチ用ガスは、超伝導状態の第1の超伝導コイル2との間で熱交換を行い、第1の超伝導コイル2の温度を上昇させる。
A part of the first
第1の超伝導コイル2と熱交換したクエンチ用ガスは、凝縮器14において凝縮され、回収用流路13Cを通じてガスタンク12へ回収される。回収用流路13Cには、クエンチ用ガスをガスタンク12へ回収するための回収ポンプ17が設けられている。
The quenching gas heat-exchanged with the first
また、第1のガス流路13Aには、第1のガス流路13A内を真空状態にするための真空引き流路131が設けられている。真空引き流路131には、真空ポンプ18及び真空引き用電磁弁19が配置されている。第1のガス流路13Aでは、クエンチ用ガスが回収された後、真空引き用電磁弁19を開放した状態で真空ポンプ18を駆動させることにより第1のガス流路13A内を真空状態にする。
The
第2のガス流路13Bは、ガスタンク12から凝縮器14へ至る流路であり、一部が真空容器4内に入り込んで第2の超伝導コイル3の付近を通過する。ガスタンク12内のクエンチ用ガスは、電磁弁16を開放することにより第2のガス流路13B内へ流れ込む。
The second
第2のガス流路13Bは、真空容器4内を通り抜けるように形成され、第2のガス流路13Bと真空容器4との間には真空状態を保つためのシール部材4aが設けられている。第2のガス流路13Bは、真空容器4内において第2の超伝導コイル3より外側(ヨーク8側)に形成されている。
The
第2のガス流路13Bの一部は、真空容器4内で第2の超伝導コイル3と接する第2の熱交換部132を形成している。第2の熱交換部132に流れ込んだ常温のクエンチ用ガスは、超伝導状態の第2の超伝導コイル3との間で熱交換を行い、第2の超伝導コイル3の温度を上昇させる。第2の超伝導コイル3と熱交換したクエンチ用ガスは、凝縮器14において凝縮され、回収用流路13Cを通じてガスタンク12へ回収される。
A part of the second
また、第2のガス流路13Bにおいても、第2のガス流路13B内を真空状態にするための真空引き流路133が設けられている。真空引き流路133には、真空ポンプ20及び真空引き用電磁弁21が配置されている。なお、この真空ポンプ20は、第1のガス流路13Aの真空ポンプ18と別々に設ける必要はなく、第1のガス流路13A及び第2のガス流路13Bにおいて真空ポンプを共有する構成としてもよい。
The second
図1に示す制御部11は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットである。制御部11は、第1の電磁弁15、第2の電磁弁16、回収ポンプ17、真空引き用電磁弁19、21、及び真空ポンプ18,20を制御する。制御部11は、ガスタンク12と共に特許請求の範囲に記載のガス供給手段として機能する。また、制御部11は、特許請求の範囲に記載の制御手段としても機能する。
The
更に、制御部11は、第1の超伝導コイル2及び第2の超伝導コイル3の電圧を検知している。制御部11は、クエンチすると超伝導コイルの電圧に変化が生じることから、超伝導コイル2,3の電圧変化に基づいてクエンチの検出を行う。制御部11は、特許請求の範囲に記載のクエンチ検出手段として機能する。
Further, the
制御部11は、第1の超伝導コイル2及び第2の超伝導コイル3のうち一方の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しない場合、他方の超伝導コイルを強制的にクエンチさせるクエンチバックの制御を実行する。
When the
次に、サイクロトロン1に備えた超伝導コイル2,3のクエンチバック方法について説明する。図3は、超伝導コイル2,3のクエンチバック方法を示すフローチャートである。
Next, a quench back method for the
図3に示されるように、まず、サイクロトロン1の制御部11では、ステップS1として、超伝導コイル2,3のクエンチ検出が行われる。制御部11は、超伝導コイル2、3の電圧の変化からクエンチを検出する。
As shown in FIG. 3, first, in the
次に、ステップS2として、制御部11は、クエンチを検出した一方の超伝導コイルに対し、他方の超伝導コイルのクエンチを検出していないか検出しているかを判定する。
Next, as step S2, the
制御部11は、他方の超伝導コイルのクエンチも検出した場合(ステップS2でNOの場合)、クエンチバックを行う必要性がないため制御を終了する。
When the quench of the other superconducting coil is also detected (NO in step S2), the
一方、制御部11は、一方の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しないと判定した場合(ステップS2でYESの場合)、ステップS3に移行する。
On the other hand, when the
ステップS3において、制御部11は、第1のガス流路13A又は第2のガス流路13Bのうちクエンチしていない超伝導コイルに対応する流路に対してクエンチ用ガスを供給させる。
In step S3, the
具体的には、制御部11は、第1の電磁弁15又は第2の電磁弁16を開放することで、ガスタンク12内のクエンチ用ガスを第1のガス流路13A又は第2のガス流路13Bへ供給させる。供給されたクエンチ用ガスは、クエンチしていない超伝導コイルに熱を与え、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせることでクエンチバックを実現する。
Specifically, the
その後、ステップS4において、制御部11は、クエンチ用ガスの回収を行う。制御部11は、凝縮器14で凝縮されたクエンチ用ガスを回収ポンプ17によりガスタンク12内へ回収する。
Thereafter, in step S4, the
ガス流路13内のクエンチ用ガスを概ね回収した後、ステップS5において、制御部11は、ガス流路13内の真空状態化を行う。制御部11は、使用した第1のガス流路13A又は第2のガス流路13に対応する真空引き用電磁弁19、21を開放し、真空ポンプ18,20を駆動させることでガス流路13内を真空状態にする。これにより、ガス流路13を通じて外部の熱が超伝導コイル2,3に伝わることを抑えることができる。
After substantially recovering the quenching gas in the
以上説明した第1の実施形態に係るサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、超伝導コイル2,3のうち一方からクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路13を通じて他方の超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給することにより、超伝導コイルの温度を上昇させてクエンチさせることができる。従って、このサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させて確実にクエンチさせることができるので、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
According to the
また、このサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、ガス流路13が真空容器4内で開放されずに通り抜ける構成とすることで、クエンチ用ガスを真空容器4内に放出することなくガス流路13を介した温度上昇により、対象となる超伝導コイルをクエンチさせることができる。従って、このサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、真空容器4内の真空を維持したまま超伝導コイルをクエンチできるので、真空容器4内を真空に戻す手間や時間を削減することができる。
Further, according to the
更に、このサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、真空容器4内において、ガス流路13が超伝導コイル2,3の径方向で超伝導コイル2,3より外側に形成されているので、超伝導コイル3,4の内側までガス流路を形成する場合と比べて、ガス流路13を短くすることができる。このことは、サイクロトロン1の構造の簡素化及び低コスト化に有利である。
Further, according to the
また、このサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、第1の超伝導コイル2及び第2の超伝導コイル3にそれぞれ対応する第1のガス流路13A及び第2のガス流路13Bを備える構成とすることで、クエンチ用ガスを供給するガス流路の選択により、対象となる超伝導コイルを適切にクエンチさせることができる。しかも、このサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、一つのガス流路が全ての超伝導コイルの付近を通過する場合と比べて、クエンチ用ガスが短時間で目標の超伝導コイル付近へ到達するため、速やかなクエンチバックを実現できる。
In addition, according to the
更に、このサイクロトロン1及びクエンチバック方法によれば、クエンチバックの必要がない通常時(超伝導コイル2,3が共に超伝導時)において、ガス流路13内を真空状態とすることで、ガス流路を通じて外部の熱が超伝導コイルに伝わることを効果的に抑制することができる。このことは、超伝導コイル2,3の超伝導状態の維持に有利である。
Further, according to the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。図4は、他の実施形態に係るサイクロトロン31を示す概略断面図である。図4に示すサイクロトロン31は、上述したサイクロトロン1と比べて、クエンチ用ガスが真空容器4内に直接放出される点が大きく異なっている。なお、サイクロトロン1と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
The present invention is not limited to the embodiment described above. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a
サイクロトロン31のクエンチバックシステム32は、クエンチバックシステム32を制御する制御部33、クエンチ用ガスを蓄えるガスタンク34、及びクエンチ用ガスを超伝導コイル2,3の付近に供給するためのガス流路35を有している。
The
制御部33は、ガス流路35に設けられた電磁弁36、真空ポンプ37、及び真空引き用電磁弁38を制御する電子制御ユニットである。制御部33は、超伝導コイル2,3の電圧変化からクエンチを検出する。
The
制御部33は、第1の超伝導コイル2及び第2の超伝導コイル3のうち一方の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しない場合、電磁弁36を開放することで、クエンチ用ガスをガス流路35内に供給する。
When the
ガス流路35は、ガスタンク34と真空容器4とを接続する流路である。ガス流路35内に供給されたクエンチ用ガスは、真空容器4内に供給されることで、真空容器4内の超伝導コイル2,3の温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせる。これにより、速やかで信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
The
その後、制御部33は、ガス流路35の真空引き流路35aに設けられた真空引き用電磁弁38を開放して真空ポンプ37を駆動させることで、真空容器4及びガス流路35の内部を真空状態にする。これにより、外部の熱がガス流路35などを通じて超伝導コイル2,3に伝わることを防止できる。
After that, the
以上説明したサイクロトロン31によれば、クエンチ用ガスを真空容器4内に供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させてクエンチさせることができ、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
According to the
その他、上述したサイクロトロン1,31において、超伝導コイルの数は二個に限られず、三個以上であってもよい。また、ガス流路13,35の形状は、上述したものに限られず、様々な形状を採用することができる。具体的には、ガス流路13は、超伝導コイル2,3のそれぞれに対応したガス流路13A,13Bではなく、両方の超伝導コイル2,3の付近を通過する一本の流路から構成されていてもよい。また、超伝導コイル2,3の内周側までガス流路13が形成されていてもよい。
In addition, in the
更に、ガス流路13は、必ずしも超伝導コイル2、3に直接的に接している必要はない、コイル保持部材などを介して接していてもよい。また、ガス流路13は、真空容器4内で、超伝導コイル2、3から離れていてもよい。この場合、真空容器4内にわずかに空気などを入れて真空状態を破ることで、ガス流路13内を流れるクエンチ用ガスの熱を間接的に超伝導コイル2,3に与えることもできる。
Furthermore, the
また、ガス流路13は、必ずしも循環するように形成してクエンチ用ガスを回収可能とする必要はない。また、ガス流路13内を必ずしも真空にする必要もない。
Further, the
また、ガスタンク12は、必ずしもクエンチ用ガスを常温で蓄える必要はなく、超伝導コイルをクエンチさせるために十分な温度で蓄えていればよい。また、ガスタンク12は、クエンチ用ガスを高圧状態で蓄えていてもよい。
Moreover, the
1,31…サイクロトロン 2…第1の超伝導コイル 3…第2の超伝導コイル 4…真空容器 4a…シール部材 5…上ポール 6…下ポール 7…冷凍機 8…ヨーク 10,32…クエンチバックシステム 11,33…制御部(クエンチ検出手段、ガス供給手段、制御手段) 12,34…ガスタンク(ガス供給手段) 13,35…ガス流路 13A…第1のガス流路 13B…第2のガス流路 13C…回収用流路 130…第1の熱交換部 131,133,35a…真空引き流路 132…第2の熱交換部 14…凝縮器 15…第1の電磁弁 16…第2の電磁弁 17…回収ポンプ 18,20,37…真空ポンプ 19,21,38…真空引き用電磁弁 C…中心軸 G…空間
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の超伝導コイルのクエンチを検出するクエンチ検出手段と、
前記超伝導コイルをクエンチさせるためのクエンチ用ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段を制御する制御手段と、
前記クエンチ用ガスを前記複数の超伝導コイルの付近へ送るためのガス流路と、
を備え、
前記制御手段は、前記クエンチ検出手段が前記複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の前記超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの前記超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、前記ガス流路を通じて前記残りの超伝導コイルの付近へ前記クエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで前記残りの超伝導コイルをクエンチさせる、サイクロトロン。 A cyclotron comprising a plurality of superconducting coils disposed in a vacuum vessel and a cooling means for cooling the plurality of superconducting coils,
Quench detecting means for detecting quenching of the plurality of superconducting coils;
Gas supply means for supplying a quenching gas for quenching the superconducting coil;
Control means for controlling the gas supply means;
A gas flow path for sending the quenching gas to the vicinity of the plurality of superconducting coils;
With
The control means detects the gas flow when the quench detection means detects quenching of at least one superconducting coil of the plurality of superconducting coils and does not detect quenching of the remaining superconducting coils. A cyclotron that quenches the remaining superconducting coil by supplying the quenching gas to the vicinity of the remaining superconducting coil through a path and raising the temperature.
前記複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の前記超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの前記超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて前記残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで前記残りの超伝導コイルをクエンチさせる、超伝導コイルのクエンチバック方法。 A quenchback method for the superconducting coil in a cyclotron comprising a plurality of superconducting coils disposed in a vacuum vessel and a cooling means for cooling the plurality of superconducting coils,
When quenching of at least one superconducting coil of the plurality of superconducting coils is detected and quenching of the remaining superconducting coils is not detected, to the vicinity of the remaining superconducting coils through a gas flow path A quench back method for a superconducting coil, wherein the remaining superconducting coil is quenched by supplying a quenching gas to raise the temperature.
前記ガス流路を流れる前記クエンチ用ガスは、前記ガス流路を介して前記残りの超伝導コイルを温度上昇させることでクエンチさせる、請求項6に記載の超伝導コイルのクエンチバック方法。 The gas flow path includes a flow path that passes through the vacuum vessel and a part of the gas flow path passes near the superconducting coil.
The quench back method for a superconducting coil according to claim 6, wherein the quenching gas flowing through the gas flow path is quenched by raising the temperature of the remaining superconductive coil through the gas flow path.
前記残りの超伝導コイルに対応する流路へ前記クエンチ用ガスが供給される、請求項6〜8のうち何れか一項に記載の超伝導コイルのクエンチバック方法。 The gas flow path includes a plurality of flow paths respectively corresponding to the plurality of superconducting coils,
The quenchback method for a superconducting coil according to any one of claims 6 to 8, wherein the quenching gas is supplied to a flow path corresponding to the remaining superconducting coil.
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