JP2014056872A

JP2014056872A - 超電導マグネット

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Publication number: JP2014056872A
Application number: JP2012199563A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hase; 隆司長谷
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27

Abstract

【課題】シールドコイルが外側容器内に設けられていても小型化を図ることが可能な超電導マグネットを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、超電導マグネット１０であって、磁場を形成する磁場形成用コイル１２と、磁場形成用コイル１２と液体ヘリウムとをその内部に収容する内側容器２２と、内側容器２２をその内部に収容し、当該内側容器２２を外部の熱から断熱する外側容器２６と、内側容器２２内の液体ヘリウムをその温度が沸点未満になるように冷却する冷凍機３０と、磁場形成用コイル１２が形成した磁場の漏洩を防止するためのシールドコイル１４と、を備え、シールドコイル１４は、酸化物超電導線材によって構成されると共に、内側容器２２の外側で且つ外側容器２６の内側において磁場形成用コイル１２を取り囲むと共に当該コイル１４がその転移温度以下となる位置に配置されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導マグネットに関する。

従来から、特許文献１に開示のシールドコイルを備えた超電導マグネットが知られている。この超電導マグネットは、図７及び図８に示されるように、磁場形成用コイル１０２と、シールドコイル１０４と、内側容器１０６と、中間容器１０８と、外側容器１１０と、冷凍機１１２と、を備える。

磁場形成用コイル１０２は、超電導線材が巻回されることによって構成された超電導コイルであり、磁場を形成する。シールドコイル１０４は、超電導線材が巻回されることによって構成された超電導コイルであり、磁場形成用コイル１０２と同軸となるように磁場形成用コイル１０２を取り囲む。このシールドコイル１０４は、磁場形成用コイル１０２と逆向きの磁場を形成し、磁場形成用コイル１０２によって形成される磁場の超電導マグネット１００の外側への漏洩を防止する。これら磁場形成用コイル１０２とシールドコイル１０４とを構成する超電導線材は、いずれもＮｂＴｉ（ニオブチタン）及び銅からなる金属系超電導導体によって形成された線材である。内側容器１０６は、磁場形成用コイル１０２及びシールドコイル１０４と共に、これら各コイル１０２、１０４を冷却するための液体ヘリウム１０７をその内部に収容する。外側容器１１０は、外部の熱から内側容器１０６を断熱している。中間容器１０８は、内側容器１０６をその内部に収容した状態で外側容器１１０内に配置されている。冷凍機１１２は、内側容器１０６内の液体ヘリウム１０７をその温度が沸点（４．２２Ｋ）未満となるように冷却する第１冷却部１１４と、中間容器１１６を内側容器１０６内の液体ヘリウム１０７より高い所定の温度に冷却する第２冷却部１１６とを有する。この第２冷却部１１６によって中間容器１１６が冷却されることにより、外側容器１１０の外部の熱が内側容器１０６に伝わるのをより確実に防ぐことができる。

この超電導マグネット１００では、内側容器１０６内が最も低温であり、内側容器１０６と中間容器１０８との間の空間、中間容器１０８と外側容器１１０との間の空間の順に温度が高くなっている。そして、超電導マグネット１００では、磁場形成用コイル１０２とシールドコイル１０４とがいずれも内側容器１０６内において液体ヘリウム１０７によって転移温度以下まで冷却され、これら磁場形成用コイル１０２とシールドコイル１０４との超電導状態が保たれることにより、所望の磁場が形成される。

特開２０１０−２７２６３３号公報

上記のようなシールドコイル１０４を備えた超電導マグネット１００では、シールドコイル１０４を転移温度以下に冷却した状態で配置するスペースをその内部に確保する必要がある。近年、このようなシールドコイル１０４を備えた超電導マグネット１００においても小型化が求められている。

そこで、本発明は、シールドコイルが外側容器内に設けられていても小型化を図ることが可能な超電導マグネットを提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、磁場を形成するための超電導コイルである磁場形成用コイルと、前記磁場形成用コイルと共にこの磁場形成用コイルを冷却するための液体ヘリウムをその内部に収容する内側容器と、前記内側容器をその内部に収容し、当該内側容器を外部の熱から断熱する外側容器と、前記内側容器内の前記液体ヘリウムをその温度が沸点未満になるように冷却する冷凍機と、前記磁場形成用コイルにより形成される磁場の漏洩を防止するために前記磁場形成用コイルが形成した磁場と逆向きの磁場を形成する超電導コイルであるシールドコイルと、を備え、前記シールドコイルは、酸化物超電導線材によって構成されると共に、前記内側容器の外側で且つ前記外側容器の内側において前記内側容器を取り囲むように配置される。

かかる構成によれば、転移温度が液体ヘリウムの沸点より高い酸化物超電導線材によってシールドコイルが構成されることで、シールドコイルを外側容器内における液体ヘリウムの沸点より温度が高い位置（内側容器の外側）に配置してもシールドコイルの超電導状態を保つことが可能となる。このため、シールドコイルを内側容器の外側（磁場形成用コイルから離れた位置）に配置してその径方向の厚さ寸法を内側容器内（磁場形成用コイルに近い位置）に配置する場合に比べて小さく（巻き数を少なく）することにより、外側容器内におけるシールドコイルの設置スペースを抑えて（小さくして）超電導マグネットの小型化を図ることができる。即ち、シールドコイルを磁場形成用コイルから離れた位置（内側容器の外側）に配置することで、当該コイルが発生させる磁場（磁場形成用コイルが発生させる磁場を打ち消すための磁場）の強度を小さくしても超電導マグネットにおける漏れ磁場を抑えることができるため、当該シールドコイルの径方向の厚さを小さく（巻き数を少なく）して外側容器内における当該コイルの設置スペースを抑えることができる。

本発明に係る超伝導マグネットでは、前記内側容器をその内部に収容した状態で前記外側容器内に配置された中間容器を備え、前記冷凍機は、前記液体ヘリウムを冷却する第２冷却部と、この第２冷却部によって冷却された液体ヘリウムの温度より高く且つ前記酸化物超電導線材の転移温度より低い所定の温度に前記中間容器を冷却する第１冷却部とを有し、前記シールドコイルは前記中間容器に支持されることが好ましい。

かかる構成のように外側容器内に配置される中間容器を利用してシールドコイルを支持することによって、シールドコイルを外側容器内の所定位置に支持する構成の簡素化を図って外側容器（超電導マグネット）の小型化をより図ることができる。

この場合、前記シールドコイルは、前記酸化物超電導線材が前記中間容器の周囲に巻回されることによって構成されることがより好ましい。

かかる構成によれば、シールドコイル用の巻枠を別途に設ける場合に比べ、構成の簡素化及び小型化を図ることができる。

前記シールドコイルは、前記中間容器又は前記第１冷却部に対して熱伝導可能に配置されていてもよい。

かかる構成によれば、低温側の冷却部（第２冷却部）と高温側の冷却部（第１冷却部）とを有するいわゆる多段式の冷凍機において、低温側の冷却部（第２冷却部）に比べて出力の大きな高温側の冷却部（第１冷却部）を利用してシールドコイルを冷却するため、当該シールドコイルを転移温度以下に安定させ易い。即ち、出力の大きな第２冷却部によってシールドコイルを冷却し、又は出力の大きな第１冷却部によって中間容器を介してシールドコイルを冷却することにより、シールドコイルを転移温度以下に安定して維持することができる。

前記シールドコイルは、当該シールドコイルを構成する前記酸化物超電導線材の端部同士が接続された閉回路を構成することが好ましい。

かかる構成によれば、磁場形成用コイルが形成する磁場によってシールドコイルに電流（マイスナー電流）が流れて当該シールドコイルが磁場（前記磁場形成用コイルが形成した磁場と逆向きの磁場）を形成するため、シールドコイルに電流を流すための電源や回路を設けなくても磁場形成用コイルが形成した磁場の外部への漏洩を防止することができる。これにより、超電導マグネットの大型化を防ぐことができる。

この場合、例えば、前記酸化物超電導線材の端部同士がニホウ化マグネシウムを介して接続されることで、冷却された状態でシールドコイルにおける接続部位（酸化物超電導線材の端部同士を接続した部位）の抵抗を抑えることができる。

また、シールドコイルが閉回路を構成する場合、前記第１冷却部と前記シールドコイルとが、熱伝導可能なサーマルアンカによって接続され、前記酸化物超電導線材の端部同士が接続された接続部は、前記シールドコイルにおける前記サーマルアンカとの接続部又はこの接続部と隣接する位置に設けられることが好ましい。

このように、シールドコイルにおける冷凍機（第１冷却部）によって冷却される部位、又はこの部位に隣接する位置に接続部を設けることにより、接続部を転移温度以下に保ち易くなる。

以上より、本発明によれば、シールドコイルが外側容器内に設けられていても小型化を図ることが可能な超電導マグネットを提供することができる。

本実施形態に係る超電導マグネットの中央横断面図である。前記超電導マグネットの中央縦断面図である。前記超電導マグネットにおける４０Ｋシールド槽の外周面とシールドコイルの外周面との位置関係を説明するための模式図である。他実施形態に係る４０Ｋシールド槽の外周面とシールドコイルの外周面との位置関係を説明するための模式図である。実施例の従来の超電導マグネットにおける各構成要素の内径及び外径を求めた位置を示す図である。実施例の４０Ｋシールド槽にシールドコイルを巻き付けた構成の超電導マグネットにおける各構成要素の内径及び外径を求めた位置を示す図である。超電導マグネットの中心軸を通る断面の１／４領域を示す図である。従来の超電導マグネットの中央横断面図である。従来の超電導マグネットの中央縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る超電導マグネットの中央横断面図を示し、図２は、本実施形態に係る超電導マグネットの中央縦断面図を示す。図３は、４０Ｋシールド槽の外周面とシールドコイルの外周面との位置関係を説明するための模式図である。

本実施形態に係る超電導マグネット１０は、例えば、ＭＲＩ装置やＮＭＲ装置等に用いられるものであり、低温容器２０と、磁場形成用コイル１２と、シールドコイル１４と、を備える。

低温容器２０は、４Ｋシールド槽（内側容器）２２と、４Ｋシールド槽２２をその内部に収容する４０Ｋシールド槽（中間容器）２４と、４０Ｋシールド槽２４をその内部に収容する真空槽（外側容器）２６と、冷凍機３０と、を有し、磁場形成用コイル１２とシールドコイル１４とを収容する。これら各容器（４Ｋシールド槽２２、４０Ｋシールド槽２４、及び、真空槽２６）は、例えば、ステンレス鋼やその合金等の非磁性体によって形成されている。

これら磁場形成用コイル１２、シールドコイル１４、４Ｋシールド槽２２、４０Ｋシールド槽２４、及び真空槽２６は、中央に前記ＭＲＩ装置等の撮影対象である人等が配置される貫通穴２８を残してこれを取り巻く筒状又はドーナツ状に形成されている。本実施形態の低温容器２０は、貫通穴２８が水平方向（図２において左右方向）に貫通するような姿勢で設置される。

４Ｋシールド槽２２は、中心軸が水平方向（図２において左右方向）に延びる筒状であり、磁場形成用コイル１２を液体ヘリウム２３と共にその内部に収容する。具体的には、４Ｋシールド槽２２の中心軸と磁場形成用コイル１２の中心軸とが一致するように、４Ｋシールド槽２２がその内部に磁場形成用コイル１２を収容している。この収容された磁場形成用コイル１２は、４Ｋシールド槽２２内に貯留されている液体ヘリウム２３に浸漬されている。４Ｋシールド槽２２は、冷凍機３０によって冷却される。

４０Ｋシールド槽２４は、冷凍機３０によって冷却され、低温容器２０（真空槽２６）の外部からの熱が４Ｋシールド槽２２に到達するのを防ぐ。４０Ｋシールド槽２４は、内部に収容された４Ｋシールド槽２２と同心の筒状であり、その周囲にシールドコイル１４が設けられている。具体的には、４０Ｋシールド槽２４の外周面の両端部（中心軸方向の両端部）に、巻き溝２５がそれぞれ設けられている。この巻き溝２５は、径方向内側に向かって凹み、周方向全体に亘って延びている。また、巻き溝２５の大きさ（溝の深さ及び幅）や位置は、磁場形成用コイル１２の磁場が低温容器２０の外部に漏洩しないようなシールドコイル１４の大きさ及び配置位置等に基づいて適宜設定される。この巻き溝２５内には、超電導線材が巻回されることによりシールドコイル１４が形成されている。このように、４０Ｋシールド槽２４に設けられた溝（巻き溝）２５内に超電導線材を巻回してシールドコイル１４を形成することにより、シールドコイル用の巻枠を別途設ける場合に比べ、前記巻枠の配置スペースや前記巻枠を固定するための構成等が不要となるため、超電導マグネット１０の構成の簡素化及び小型化を図ることができる。

真空槽２６は、内部に収容された４Ｋシールド槽２２及び４０Ｋシールド槽２４と同心の筒状であり、低温容器２０の最外殻を構成する。真空槽２６と４０Ｋシールド槽２４との間（空間）が真空若しくは略真空状態に保たれ、これにより、低温容器２０の外部の熱が４０Ｋシールド槽２４や４Ｋシールド槽２２に到達し難くなっている。即ち、真空槽２６は、その内部に４０Ｋシールド槽２４及び４Ｋシールド槽２２を収容し、これら各シールド槽２２、２４を外部の熱から断熱している。

冷凍機３０は、磁場形成用コイル１２とシールドコイル１４とを冷却し、これら磁場形成用コイル１２とシールドコイル１４とを転移温度以下に保つ。この冷凍機３０は、例えば、ＧＭ（Gifford-McMahon）冷凍機やパルス管冷凍機等のいわゆる多段式冷凍機であり、第２冷却部３２と、第１冷却部３４とを有する。冷凍機３０は、真空槽２６の上端部の中心軸方向中央位置からその中心軸（図２では下方）に向かって真空槽２６及び４０Ｋシールド槽２４を貫通し、その先端部（第２冷却部）３２が４Ｋシールド槽２２に接続されるように低温容器２０に配置されている。

第２冷却部３２は、４Ｋシールド槽２２と熱伝導可能に接続され、４Ｋシールド槽２２を通じてその内部に貯留（収容）されている液体ヘリウム２３を冷却する。この第２冷却部３２は、液体ヘリウム２３がその沸点（４．２２Ｋ）未満となるように４Ｋシールド槽２２を冷却する。尚、第２冷却部３２は、４Ｋシールド槽２２を介して液体ヘリウム２３を冷却する構成に限定されず、４Ｋシールド槽２２内に貯留された液体ヘリウム２３を直接冷却するように構成されてもよい。本実施形態の第２冷却部３２は、例えば、出力が１．０Ｗであり、４Ｋシールド槽２２が４Ｋ程度（３．８〜５．２Ｋ）となるように４Ｋシールド槽２２を冷却する。

第１冷却部３４は、４０Ｋシールド槽２４と熱伝導可能に接続され、４０Ｋシールド槽２４を冷却する。この第１冷却部は、例えば、出力が２０Ｗであり、４０Ｋシールド槽が４０Ｋ程度（３５〜４５Ｋ）となるように４０Ｋシールド槽２４を冷却する。この第１冷却部３４は、サーマルアンカ３５を介してシールドコイル１４と熱伝導可能に接続され、当該コイル１４（コイル１４を構成する超電導線材）を転移温度以下に冷却する。本実施形態の第１冷却部３４は、シールドコイル１４を、例えば、３５〜４５Ｋに冷却する。

磁場形成用コイル１２は、４Ｋシールド槽２２内に配置された巻枠１３に設けられている。具体的に、磁場形成用コイル１２は、巻枠１３に超電導線材がソレノイド状に巻回されることによって形成されている。

巻枠１３は、４Ｋシールド槽２２と同心となるように当該シールド槽２２内に配置された円筒状の胴部１３Ａと、胴部１３Ａの中心軸方向両端から径方向にそれぞれ広がるフランジ部１３Ｂ、１３Ｂとを有する。前記超電導線材は、一対のフランジ部１３Ｂ、１３Ｂの間の領域においてソレノイド状に巻き重ねられることにより、磁場形成用コイル１２を構成する。この磁場形成用コイル１２を構成する超電導線材は、金属系の超電導導体によって形成され、その表面がシース材によって覆われた線材である。本実施形態の超電導線材は、例えば、ＮｂＴｉ（ニオブチタン）によって形成され、その転移温度は、例えば、１０Ｋである。

尚、磁場形成用コイル１２は、低温容器２０の貫通穴２８内に均一な磁場を形成するために、中心軸方向に並ぶ複数の巻線領域（分割コイル）に分かれていてもよい。この場合、各分割コイルは、その中心軸が共通の直線上に位置するようにそれぞれ４Ｋシールド槽２２内に収容される。

シールドコイル１４は、４０Ｋシールド槽２４によって支持された状態で真空槽２６内に配置されている。具体的に、シールドコイル１４は、４０Ｋシールド槽２４の周囲（詳しくは、４０Ｋシールド槽２４の外周面に設けられた巻き溝２５内）に巻回された超電導線材によって構成される。シールドコイル１４を構成する超電導線材（シールドコイル用線材）は、酸化物超電導導体によって形成された線材である。このシールドコイル用線材は、Ｂｉ（ビスマス）系やＹ（イットリウム）系の酸化物超電導導体によって形成され、その表面がシース材（本実施形態では、例えば、Ａｇ（銀）又はＣｕ（銅）からなるシース材）によって覆われている。このシールドコイル用線材の転移温度は、例えば、９０〜１１５Ｋである。本実施形態では、図３に示されるように、シールドコイル１４の外径が、４０Ｋシールド槽２４の外径（巻き溝２５が設けられていない部位の外径）と同じである。即ち、本実施形態では、シールドコイル１４の外周面が４０Ｋシールド槽２４の外周面と面一になっている。

このシールドコイル１４は、当該コイル１４を構成するシールドコイル用線材の端部同士が接続されて閉回路を構成する。このシールドコイル用線材の端部同士は、転移温度以下に冷却された状態のシールドコイル１４に電流が流れたときの抵抗を抑えるために、ＭｇＢ_２（ニホウ化マグネシウム）を介して接続されている。このシールドコイル用線材の端部同士の接続は、以下のように行われる。

一次融液にシールドコイル用線材の両端部をそれぞれ浸積して、シールドコイル用線材の端部のシース材（Ａｇ又はＣｕからなるシース材）を溶融して酸化物超電導層又は酸化物超電導フィラメント群から分離する。この一次融液は、Ａｇ又はＣｕとの合金であり且つ融点が５００℃以下のＰｂ（鉛）以外の金属若しくは合金を加熱した融液、又は、Ａｇ又はＣｕとの合金であり且つ融点が５００℃以下であってＰｂ含有量が２０％未満のＰｂ合金を加熱した融液である。

次いで、一次融液に浸漬したシールドコイル用線材の両端部を二次融液に浸漬した後、これら両端部を重ね合わせた状態で二次融液にホウ素を加えてＭｇＢ_２を結晶化させ冷却する。この二次融液は、Ａｒ（アルゴン）雰囲気中で６５０℃以上に加熱したＭｇ（マグネシウム）である。

以上のようにシールドコイル用線材の端部同士がＭｇＢ_２を介して接続され、これにより、閉回路が構成される。

このようにシールドコイル１４を閉回路にすることにより、磁場形成用コイル１２が形成する磁場によってシールドコイル１４に電流（マイスナー電流）が流れて当該シールドコイル１４が磁場（前記磁場形成用コイル１２が形成した磁場と逆向きの磁場）を形成する。このため、超電導マグネット１０においてシールドコイル１４に電流を流すための電源や回路を設けなくても磁場形成用コイル１２が形成した磁場の外部への漏洩を防止することができる。

シールドコイル用線材の端部同士が接続された接続部は、シールドコイル１４におけるサーマルアンカ３５との接続部（接続位置）又はこの接続部と隣接する位置に設けられる。このように、シールドコイル１４の冷凍機（第１冷却部）によって冷却される部位、又はこの部位に隣接する位置に、前記シールドコイル用線材の端部同士を接続した接続部を設けることにより、当該接続部を転移温度以下に保ち易くなる。即ち、シールドコイル１４の周方向において、サーマルアンカ３５との接続位置から離れるに従って温度が上昇するような温度分布が生じているため、この温度分布における最も低温の位置若しくはこれに隣接する位置に前記端部同士を接続した接続部を設ける（配置する）ことにより、当該接続部の温度を転移温度以下に保ち易くなる。

以上の超電導マグネット１０によれば、転移温度が液体ヘリウム２３の沸点より高い酸化物超電導線材によってシールドコイル１４が構成されることで、シールドコイル１４を真空槽２６内における液体ヘリウム２３の沸点より温度が高い位置（４Ｋシールド槽２２の外側）に配置してもシールドコイル１４の超電導状態を保つことが可能となる。このため、シールドコイル１４を４Ｋシールド槽２２の外側（磁場形成用コイル１２から離れた位置）に配置してその径方向の厚さ寸法を４Ｋシールド槽２２内（磁場形成用コイル１２に近い位置）に配置する場合に比べて小さく（巻き数を少なく）することにより、真空槽２６内におけるシールドコイル１４の設置スペースを抑えて（小さくして）超電導マグネット１０の小型化を図ることができる。即ち、シールドコイル１４を磁場形成用コイル１２から離れた位置（４Ｋシールド槽２２の外側）に配置することで、当該コイル１４が発生させる磁場（磁場形成用コイル１２が発生させる磁場を打ち消すための磁場）の強度を小さくしても超電導マグネット１０における漏れ磁場を抑えることができるため、当該シールドコイル１４の径方向の厚さを小さく（巻き数を少なく）して真空槽２６内における当該コイル１４の設置スペースを抑えることができる。

また、本実施形態の超電導マグネット１０のように、真空槽２６内に配置される４０Ｋシールド槽２４を利用してシールドコイル１４を支持することによって、シールドコイル１４を真空槽２６内の所定位置に支持する構成の簡素化を図って真空槽２６（低温容器２０）のより小型化を図ることができる。しかも、本実施形態の超電導マグネット１０のように、４０Ｋシールド槽２４の周囲に酸化物超電導線材を巻回してシールドコイル１４を構成することによって、真空槽２６内に巻枠を設けてこの巻枠にシールドコイル１４を配置する場合に比べ、真空槽１６のより小型化を図ることができる。

本実施形態の冷凍機３０では、第２冷却部３２の出力が例えば１．０Ｗであり、第１冷却部３４の出力が例えば２０Ｗである。本実施形態の超電導マグネット１０では、このような多段式の冷凍機３０において、低温側の冷却部（第２冷却部）３２に比べて出力の大きな高温側の冷却部（第１冷却部）３４を利用してシールドコイル１４を冷却するため、当該シールドコイル１４を転移温度以下に安定させ易い。即ち、出力の大きな第１冷却部３４によってシールドコイル１４を冷却してシールドコイル１４を冷却することにより、シールドコイル１４を転移温度以下に安定して維持することができる。

尚、本発明の超電導マグネットは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

シールドコイル１４の具体的な配置位置は限定されない。例えば、上記実施形態では、シールドコイル１４は、４０Ｋシールド槽２４の周囲（詳しくは、巻き溝２５内）に設けられているが、この位置に限定されない。シールドコイル１４は、４Ｋシールド槽２２の外側で且つ真空槽２６の内側において当該コイル１４をその転移温度以下に保つことができる位置であればよい。シールドコイル１４を転移温度以下に保つことができれば、例えば、４０Ｋシールド槽２４の内部（４Ｋシールド槽２２と４０Ｋシールド槽２４との間）や４０Ｋシールド槽２４の外部（４０Ｋシールド槽２４と真空槽２６との間）に巻枠を配置し、この巻枠に酸化物超電導線材を巻回してシールドコイル１４を構成してもよい。このような位置にシールドコイル１４を配置しても、４Ｋシールド槽２２内に配置する場合に比べて磁場形成用コイル１２からの距離が大きくなるため、４Ｋシールド槽２２内に配置する場合に比べてシールドコイル１４の径方向の厚さ（巻き数）を小さくしても磁場形成用コイル１２が形成する磁場の外部への漏洩を抑えることができる。このため、真空槽２６内のシールドコイル１４の配置スペース（径方向のスペース）を抑えることができ、その結果、超電導マグネット（低温容器）の小型化を図ることができる。

上記実施形態の超電導マグネット１０では、シールドコイル１４がサーマルアンカ３５によって第１冷却部３４に熱伝導可能に接続されることにより当該第１冷却部３４によって冷却されるが、この構成に限定されない。４０Ｋシールド槽２４が非磁性材料（磁化しない若しくは磁化し難い金属）によって形成されているため、シールドコイル１４は、４０Ｋシールド槽２４を介して第１冷却部３４によって冷却される構成であってもよい。即ち、シールドコイル１４は、４０Ｋシールド槽２４と熱伝導可能に配置され、第１冷却部３４によって冷却されて低温になった４０Ｋシールド槽２４により冷却される構成でもよい。

上記実施形態の超電導マグネット１０では、シールドコイル１４の外径（巻き溝２５が設けられていない部位の外径）と４０Ｋシールド槽２４の外径とが同じであるが、この構成に限定されない。例えば、図４（Ａ）に示されるように、シールドコイル１４の外径が４０Ｋシールド槽２２の外径より小さくてもよく、図４（Ｂ）に示されるように、シールドコイル１４の外径が４０Ｋシールド槽２４の外径より大きくてもよい。シールドコイル１４の外径が４０Ｋシールド槽２４の外径よりも小さい場合には、シールドコイル１４の径方向外側を囲むように、シールドコイル１４の径方向外側への変位を抑えるためのストッパー（バインド部材）４０を設けることが好ましい。また、シールドコイル１４の外径が４０Ｋシールド槽２４の外径より大きい場合には、巻き溝２５の側面を径方向外側に延長するための鍔部４２が設けられる。

また、４０Ｋシールド槽は、図４（Ｃ）に示されるように、酸化物超電導線材を巻回するための巻き溝（凹部）が外周面２４１に設けられていない構成であってもよい。この場合、４０Ｋシールド槽２４０の外側にシールドコイル１４を配置するために、４０Ｋシールド槽２４０の外周面２４１に巻枠を設けてもよく、また、外周面２４１から径方向外側に延びる鍔部２４２を設けてもよい。

ここで、上記実施形態の超電導マグネットの効果を確認するために、４Ｋシールド槽、４０Ｋシールド槽、及び真空槽を備える低温容器の貫通穴の内径φが８２０ｍｍ、低温容器の貫通穴内での磁束密度が同一となるように、上記実施形態に係る超電導マグネット（４０Ｋシールド槽にシールドコイルを巻き付けた構成）と、従来の超電導マグネット（４Ｋシールド槽内に磁場形成用コイルとシールドコイルとの両方を収容した構成）とを作成した場合の各構成要素の径方向の大きさを求めた。その結果を図５及び図６と、以下の表１とに示す。図５は、従来の超電導マグネットにおいて各構成要素の内径及び外径を求めた位置を示す図であり、図６は、上記実施形態に係る超電導マグネットにおいて各構成要素の内径及び外径を求めた位置を示す図である。

この結果から、上記実施形態に係る超電導マグネットのシールドコイルの径方向の厚さ（１００ｍｍ）が、従来の超電導マグネットのシールドコイルの径方向の厚さ（２００ｍｍ）よりも、小さくなっていることが確認できる。これは、シールドコイルを磁場形成用コイルから離れた位置（４Ｋシールド槽の外側）に配置することで、径方向の厚さを小さく（巻き数を少なく）して当該コイルが発生させる磁場（磁場形成用コイルが発生させる磁場を打ち消すための磁場）の強度を小さくしても、当該超電導マグネットの漏れ磁場の強度を、従来の超電導マグネットにおける漏れ磁場の強度と同程度に抑えることができるからである。

シールドコイルの径方向の厚さを小さくすることができれば、真空槽内におけるシールドコイルの設置スペースが抑えられ、上記実施形態に係る超電導マグネットの真空槽の外径を小さくすることができる。具体的には、従来の超電導マグネットの真空槽の外径が２１２０ｍｍであるのに対し、上記実施形態に係る超電導マグネットの真空槽の外径は１９００ｍｍである。

このように、本実施例においては、シールドコイルを酸化物超電導線材によって構成して４Ｋシールドの外側（具体的には、４０Ｋシールド槽の巻き溝内）に配置することによって、低温容器の外径を従来の超電導マグネットと比べて約１０％小さくすることができた。

１０超電導マグネット
１２磁場形成用コイル
１４シールドコイル
２０低温容器
２２４Ｋシールド槽（内側容器）
２３液体ヘリウム
２４４０Ｋシールド槽（中間容器）
２５巻き溝
２６真空槽（外側容器）
３０冷凍機
３２第２冷却部
３４第１冷却部
３５サーマルアンカ

Claims

磁場を形成するための超電導コイルである磁場形成用コイルと、
前記磁場形成用コイルと共にこの磁場形成用コイルを冷却するための液体ヘリウムをその内部に収容する内側容器と、
前記内側容器をその内部に収容し、当該内側容器を外部の熱から断熱する外側容器と、
前記内側容器内の前記液体ヘリウムをその温度が沸点未満になるように冷却する冷凍機と、
前記磁場形成用コイルにより形成される磁場の漏洩を防止するために前記磁場形成用コイルが形成した磁場と逆向きの磁場を形成する超電導コイルであるシールドコイルと、を備え、
前記シールドコイルは、酸化物超電導線材によって構成されると共に、前記内側容器の外側で且つ前記外側容器の内側において前記内側容器を取り囲むように配置される超電導マグネット。
請求項１に記載の超電導マグネットであって、
前記内側容器をその内部に収容した状態で前記外側容器内に配置された中間容器を備え、
前記冷凍機は、前記液体ヘリウムを冷却する第２冷却部と、この第２冷却部によって冷却された液体ヘリウムの温度より高く且つ前記酸化物超電導線材の転移温度より低い所定の温度に前記中間容器を冷却する第１冷却部とを有し、
前記シールドコイルは前記中間容器に支持される超電導マグネット。
請求項２に記載の超電導マグネットであって、
前記シールドコイルは、前記酸化物超電導線材が前記中間容器の周囲に巻回されることによって構成される超電導マグネット。
請求項２又は３に記載の超電導マグネットであって、
前記シールドコイルは、前記中間容器又は前記第１冷却部に対して熱伝導可能に配置されている超電導マグネット。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導マグネットであって、
前記シールドコイルは、当該シールドコイルを構成する前記酸化物超電導線材の端部同士が接続された閉回路を構成する超電導マグネット。
請求項５に記載の超電導マグネットであって、
前記酸化物超電導線材の端部同士は、ニホウ化マグネシウムを介して接続される超電導マグネット。
請求項５又は６に記載の超電導マグネットであって、
前記第１冷却部と前記シールドコイルとは、熱伝導可能なサーマルアンカによって接続され、
前記酸化物超電導線材の端部同士が接続された接続部は、前記シールドコイルにおける前記サーマルアンカとの接続部又はこの接続部と隣接する位置に設けられる超電導マグネット。