JP2017162646A - 超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超伝導電流リードの通電可能電流が低減することを抑制することができる超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石装置を提供する。【解決手段】超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石装置では、超伝導電流リード３５は、当該超伝導電流リード３５を構成する板状部材の厚み方向Ｄ４と、超伝導コイルによって生成される外部磁場とが交差するように配置され、且つ、当該超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲している。このため、単に外部磁場のみに着目するのではなく、外部磁場と、超伝導電流リード３５に電流が流れることによって生成される自己磁場との合成磁場に着目して、この合成磁場の向きに板状部材の面が沿うように湾曲させて超伝導電流リード３５を設けることが可能となる。従って、板状部材に対して交差する磁場の強さを低減することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石装置に関する。

従来、超伝導電磁石装置が用いられた超伝導サイクロトロンとして、中空のヨークと、ヨークの外部に設けられた電源と、ヨークの内部に設けられた超伝導コイルと、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１）。このような超伝導サイクロトロンにおいて、電源から超伝導コイルに電力を導入する電力導入部が設けられる場合がある。電力導入部は、一対の電極間を接続するテープ状の超伝導電流リードを有している。

特開２０１４−００７１５０号公報

ところで、超伝導サイクロトロンでは、超伝導コイルは、電源から電力を供給されて周囲に磁場を生成する。このため、超伝導電流リードの周囲にも磁場が存在することとなる。一方、テープ状の超伝導電流リードでは、その面に対して交差する磁場が存在する場合には、流すことのできる電流（通電可能電流）の大きさが制限される性質が知られている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされてものであり、超伝導電流リードの通電可能電流が低減することを抑制することができる超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石装置を提供することを目的とする。

本発明の超伝導サイクロトロンは、中空のヨークと、ヨークの外部に設けられた電源と、ヨークの内部に設けられ、電源から電力を供給されて磁場を生成する環状の超伝導コイルと、電源と超伝導コイルとの間に設けられ、電源から超伝導コイルに電力を導入する電力導入部と、を備え、電力導入部は、電源側に設けられた第１電極と、超伝導コイル側に設けられた第２電極と、第１電極と第２電極とを電気的に接続する長尺状の超伝導接続部と、を有し、超伝導接続部は、超伝導材料を含む板状部材からなり、板状部材の厚み方向と、超伝導接続部が設けられた位置において超伝導コイルによって生成される磁場の向きと、が交差するように配置され、当該超伝導接続部の長手方向に対する垂直断面において湾曲している。

この超伝導サイクロトロンでは、超伝導接続部（超伝導電流リード）は、当該超伝導接続部を構成する板状部材の厚み方向と、超伝導コイルによって生成される磁場の向きとが交差するように配置され、且つ、当該超伝導接続部の長手方向に対する垂直断面において湾曲している。このため、単に超伝導コイルによって生成される外部磁場のみに着目するのではなく、超伝導コイルによって生成される外部磁場と、超伝導接続部に電流が流れることによって生成される自己磁場との合成磁場に着目して、この合成磁場の向きに板状部材の面が沿うように湾曲させて超伝導接続部を設けることが可能となる。従って、この超伝導サイクロトロンによれば、板状部材に対して交差する磁場の強さを低減することができるため、超伝導接続部（超伝導電流リード）の通電可能電流が低減することを抑制することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、超伝導接続部は、垂直断面において湾曲する位置に並べて配置された複数の板状部材からなっていてもよい。この場合、超伝導コイルによって生成される外部磁場と、超伝導接続部に電流が流れることによって生成される自己磁場との合成磁場の向きに板状部材の面が精度良く沿うように超伝導接続部を設けることができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、第１電極及び第２電極のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面を含み、外面のそれぞれは、垂直断面において少なくとも一部が湾曲していてもよい。このように構成された超伝導サイクロトロンによれば、本発明の作用効果を好適に奏することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、外面のそれぞれは、垂直断面において全体が湾曲していてもよい。この場合、電極を容易に製造することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、板状部材は、外面のそれぞれに対向する面が当該外面に沿って湾曲していてもよい。この場合、第１電極及び第２電極の外面に対して、板状部材を強固に取り付けることができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、板状部材は、外面のそれぞれに対向する面が平面状をなしていてもよい。この場合、板状部材を湾曲させる等の処理を行うことなく、第１電極及び第２電極の外面に対して板状部材を容易に取り付けることができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、第１電極及び第２電極のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面を含み、外面のそれぞれは、垂直断面において互いに屈曲して接続された複数の直線からなっていてもよい。この場合、電極を容易に製造することができると共に、板状部材を湾曲させる等の処理を行うことなく、第１電極及び第２電極の外面に対して板状部材を容易に取り付けることができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、第１電極及び第２電極のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面を含み、外面のそれぞれは、垂直断面において直線からなり、超伝導接続部は、第１電極及び第２電極に対応する位置では、垂直断面において湾曲しておらず、第１電極及び第２電極の間の位置では、垂直断面において湾曲していてもよい。この場合、電極を容易に製造することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、垂直断面における超伝導接続部の曲率は、超伝導接続部の長手方向の位置に応じて異なってもよい。この場合、超伝導接続部の長手方向の位置に応じて合成磁場の向きが異なるときであっても、合成磁場の向きに板状部材の面が精度良く沿うように超伝導接続部を設けることができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、超伝導接続部は、当該超伝導接続部が設けられた位置において超伝導コイルによって生成される磁場の向きに対して垂直な平面に関し、面対称をなしていてもよい。このように構成された超伝導サイクロトロンによれば、本発明の作用効果を好適に奏することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、超伝導コイルは、中心軸線を囲う環状の巻き線部分を有し、電力導入部は、巻き線部分から中心軸線に沿った方向の位置に設けられ、第１電極、第２電極及び超伝導接続部は、中心軸線に沿った方向に設けられ、超伝導接続部は、板状部材の厚み方向と、超伝導コイルの周方向において当該板状部材が設けられた位置における超伝導コイルの径方向と、が交差するように配置されていてもよい。このように構成された超伝導サイクロトロンによれば、本発明の作用効果を好適に奏することができる。

本発明の超伝導電磁石装置は、電力を供給する電源と、電源から電力を供給されて磁場を生成する環状の超伝導コイルと、電源と超伝導コイルとの間に設けられ、電源から超伝導コイルに電力を導入する電力導入部と、を備え、電力導入部は、電源側に設けられた第１電極と、超伝導コイル側に設けられた第２電極と、第１電極と第２電極とを電気的に接続する長尺状の超伝導接続部と、を有し、超伝導接続部は、超伝導材料を含む板状部材からなり、板状部材の厚み方向と、当該超伝導接続部が設けられた位置において超伝導コイルによって生成される磁場の向きと、が交差するように配置され、当該超伝導接続部の長手方向に対する垂直断面において湾曲している。

この超伝導電磁石装置では、超伝導接続部（超伝導電流リード）は、当該超伝導接続部を構成する板状部材の厚み方向と、超伝導コイルによって生成される磁場の向きとが交差するように配置され、且つ、当該超伝導接続部の長手方向に対する垂直断面において湾曲している。このため、単に超伝導コイルによって生成される外部磁場のみに着目するのではなく、超伝導コイルによって生成される外部磁場と、超伝導接続部に電流が流れることによって生成される自己磁場との合成磁場に着目して、この合成磁場の向きに板状部材の面が沿うように湾曲させて超伝導接続部を設けることが可能となる。従って、この超伝導電磁石装置によれば、板状部材に対して交差する磁場の強さを低減することができるため、超伝導接続部（超伝導電流リード）の通電可能電流が低減することを抑制することができる。

本発明によれば、超伝導電流リードの通電可能電流が低減することを抑制することが可能となる。

実施形態に係る超伝導サイクロトロンを示す断面図である。 図１の電力導入部の概略構成を示す図である。 図１の電力導入部の構成を示す図である。 従来の電力導入部における電場の向きを説明するための図である。 変形例に係る電力導入部の構成を示す図である。 変形例に係る電力導入部の構成を示す図である。 変形例に係る電力導入部の構成を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示される超伝導サイクロトロン１は、超伝導電磁石装置５０が適用されるサイクロトロンであり、平面視において鉛直な中心軸線Ｃを中心とする円形を呈する。図１において、中心軸線Ｃよりも左側は、中心軸線Ｃと荷重支持体１２とを含む鉛直平面に沿った断面を示し、中心軸線Ｃよりも右側は、中心軸線Ｃと電力導入部２０とを含む鉛直平面に沿った断面を示す。

図１に示されるように、超伝導サイクロトロン１は、イオン源（不図示）から荷電粒子を加速空間Ｇ内に供給し、加速空間Ｇ内の荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する横置きの円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子（重イオン）などが挙げられる。超伝導サイクロトロン１は、例えば荷電粒子線治療用の荷電粒子線を生成する加速器、ターゲットへ照射して放射性同位元素を製造するための荷電粒子線を生成する加速器等として用いられる。

超伝導サイクロトロン１は、イオン源の他に、超伝導電磁石５及び電源２を備えている。超伝導電磁石５は、ポール３，４と、ヨーク６と、超伝導コイル７，８と、コイル支持枠９と、真空容器１０と、電力導入部２０と、を有する。電源２は、ヨーク６の外部に設けられており、超伝導コイル７，８に電力を供給する。なお、超伝導サイクロトロン１において、超伝導電磁石装置５０は、電源２、超伝導コイル７，８、電力導入部２０を含んで構成される。超伝導電磁石装置５０は、上記構成の他に、例えばコイル支持枠９、真空容器１０等を含んでもよい。

ポール３，４は、超伝導コイル７，８の中心軸線Ｃに沿った方向に離間して配置されている。なお、超伝導サイクロトロン１は、中心軸線Ｃが鉛直になるように配置され使用される。ポール３は、加速空間Ｇより上方に配置された上ポールであり、ポール４は、加速空間Ｇより下方に配置された下ポールである。また、ポール３，４間には、加速電極（ディ電極、不図示）が設けられている。この加速電極に高周波を付与することで、電場が形成される。

ヨーク６は、中空の円盤型のブロックであり、その内部にポール３，４、真空容器１０及び電力導入部２０が配置されている。ヨーク６は、超伝導コイル７，８及びポール３，４で生成した磁場が外部に漏れないようにするためのものである。

超伝導コイル７，８は、ヨーク６の内部に設けられ、電源２から電力を供給されて磁場を生成する。上側の超伝導コイル７は、中心軸線Ｃを中心としてポール３の外周を覆うように環状に巻かれ、下側の超伝導コイル８は、ポール４の外周を覆うように環状に巻かれている。超伝導コイル７および超伝導コイル８は、中心軸線Ｃに沿った方向に並んで配置されコイル支持枠９に収容されている。

超伝導コイル７，８は、中心軸線Ｃを囲う環状のコイル本体（巻き線部分）７ａ，８ａをそれぞれ有している。コイル本体７ａ，８ａは、超伝導線材を巻回して構成されている。超伝導線材としては、例えば、酸化物超伝導体（例えばＢｉ２２２３、Ｂｉ２２１２、Ｙ１２３）、ＭｇＢ_２等の高温超伝導線材が用いられる。なお、超伝導線材として低温超伝導線材を用いてもよい。

超伝導コイル７，８は、例えば、内周側に内枠（または内巻枠）が設けられておらず、コイル（線材及び線材を固着する接着材）の内周面が他の部材によって接着・固定されていない空芯コイルである。コイル支持枠９は荷重支持体１２を介してヨーク６に固定され支持されている。荷重支持体１２は、中心軸線Ｃを中心として周方向Ｄ２の例えば４箇所に配置されている。

真空容器１０は、中心軸線Ｃを中心として円環状に延びるコイル収容部１０ａと、コイル収容部１０ａに連通して上下に延びる円筒状の支持体収容部１０ｂと、コイル収容部１０ａに連通して上方に延びる円筒状の電極収容部１０ｃと、を有する。コイル収容部１０ａには、コイル支持枠９に装着された状態の超伝導コイル７，８が収容されている。支持体収容部１０ｂには、上記の荷重支持体１２が収容されている。電極収容部１０ｃには、電力導入部２０が収容されている。電極収容部１０ｃの上面には、電力を導入するための入力端子１５が、真空容器１０の外部に露出するように設けられている。

また、真空容器１０には、超伝導コイル７，８を冷却するための冷凍機１３が接続されている。冷凍機１３は、例えば、ＧＭ冷凍機であり、超伝導コイル７，８を例えば４Ｋに冷却することができる。冷凍機は、ＧＭ冷凍機（Gifford-McMahon cooler）に限定されず、例えばスターリング冷凍機を始めその他の冷凍機でもよい。

電力導入部２０は、電源２から超伝導コイル７，８に電力を導入する。電力導入部２０は、電源２と超伝導コイル７，８との間に設けられている。電力導入部２０は、コイル本体７ａ，８ａから中心軸線Ｃに沿った方向の位置に設けられている。電力導入部２０は、銅板２３を介して入力端子１５と接続されている。電源２から入力端子１５を通じて入力される電流は、銅板２３及び電力導入部２０を介して超伝導コイル７，８に送られる。電力導入部２０の一部は、熱シールド筒２７の内側に収納されている。なお、超伝導サイクロトロン１は、正負一対の電力導入部２０を備えるが、図１の断面上にはそのうちの１つの電力導入部２０のみが現れている。一対の電力導入部２０は、互いに同様の構成を備えているので、以下では、１つの電力導入部２０の構成のみを各図に示して説明し、重複する説明を省略する。

熱シールド筒２７は、電極収容部１０ｃ内に収容されており、電極収容部１０ｃの途中の高さの位置まで延びる円筒形状をなしている。熱シールド筒２７は、冷凍機１３の低温ヘッド（不図示）に接続されており、熱シールド筒２７は約５０Ｋに冷却されている。熱シールド筒２７は、例えば銅からなる。

続いて、図２及び図３を参照しながら電力導入部２０の構成について詳細に説明する。図２は、電力導入部２０の概略構成を示す図であって、超伝導電流リード３５については簡略化されている。図３は、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１視における電力導入部２０を示している。電力導入部２０は、電流経路上の電源２側に設けられた第１電極ブロック（第１電極）３１と、電流経路上の超伝導コイル７，８側に設けられた第２電極ブロック（第２電極）３２と、長尺状の超伝導電流リード（超伝導接続部）３５と、を有している。

第１電極ブロック３１の上端部は、前述の銅板２３の下端部に接続されている。第２電極ブロック３２の下端部は、他の電極類を介して超伝導コイル７，８に接続されている。第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２は銅製である。超伝導電流リード３５は、第１電極ブロック３１と第２電極ブロック３２との間に架け渡され、第１電極ブロック３１と第２電極ブロック３２とを電気的に接続している。

第１電極ブロック３１、第２電極ブロック３２及び超伝導電流リード３５は、中心軸線Ｃに沿った方向に設けられている。超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１は、中心軸線Ｃに沿った方向に対して略平行である。

第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２は、一面が湾曲した略直方体形状を呈している。第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２は、互いに同じ方向に形成された外面３１ａ，３２ａをそれぞれ含み、外面３１ａ，３２ａは湾曲している。外面３１ａ，３２ａは、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２の各面の内、超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃの向きに沿った面である。具体的に、外面３１ａ，３２ａは、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において、その一端から他端までの全体に亘って湾曲している。図中では、外面３１ａ，３２ａは凸となるように湾曲しているが、後述するように、例えば超伝導電流リード３５を流れる電流の向き、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２における外面３１ａ，３２ａの方向、超伝導電流リード３５の周囲に存在する磁場の向き等によっては、凹となるように湾曲してもよい。以下では、外面３１ａ，３２ａは凸となるように湾曲している場合について説明する。

超伝導電流リード３５は、相対的に高温の電源２側から超伝導状態とされる低温の超伝導コイル７，８側への熱の移動を抑制しつつ、電源２側と超伝導コイル７，８側とを電気的に接続する。超伝導電流リード３５を介して伝達する熱を低減するために、超伝導電流リード３５は、断面積の小さい線材によって構成される。また、超伝導電流リード３５を流すことのできる電流値（通電可能電流）を増大するために、超伝導電流リード３５は超電導材料を含む線材からなる。

超伝導材料としては、例えばＢｉ系線材、ＲＥ系線材等が用いられる。これらの超伝導材料は２次元材料であるため、超伝導電流リード３５は長尺状且つ板状（すなわち、テープ状）の線材（板状部材３５ａ）とされる。これらの超伝導材料を含む板状部材３５ａからなる超伝導電流リード３５では、その平面に対して交差する磁場が強くなると、それに伴って通電可能電流が減少する。

超伝導電流リード３５は、板状部材３５ａの厚み方向Ｄ４と、超伝導電流リード３５が設けられた位置において超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃの向きと、が交差するように配置されている。具体的には、超伝導電流リード３５は、板状部材３５ａの厚み方向Ｄ４と、超伝導コイル７，８の周方向Ｄ２において当該板状部材３５ａが設けられた位置における超伝導コイル７，８の径方向Ｄ３と、が交差するように配置されている。ここで、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１、超伝導コイル７，８の周方向Ｄ２及び超伝導コイル７，８の径方向Ｄ３は互いに直交する。また、本実施形態では、板状部材３５ａは、その厚み方向Ｄ４が超伝導コイル７，８の周方向Ｄ２と一致するように配置されている。なお、板状部材３５ａの厚み方向Ｄ４と、超伝導コイル７，８の周方向Ｄ２とは一致しなくてもよい（図１参照）。

超伝導電流リード３５は、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲する位置に並べて配置された複数の板状部材３５ａからなる。すなわち、超伝導電流リード３５は、複数の板状部材３５ａを全体として見ると、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲している。ここで、湾曲とは、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に沿って当該超伝導電流リード３５を見たときに、当該超伝導電流リードが全体としてカーブしていることである。つまり、各板状部材３５ａ自体は平板状であっても曲がった板状であってもよく、各板状部材３５ａが配置される相対的な位置が全体としてカーブしていれば、これらの板状部材３５ａを有する超伝導電流リード３５は湾曲していることとなる。

また、各板状部材３５ａは、外面３１ａ，３２ａのそれぞれに対向する面が、当該外面３１ａ，３２ａに沿って湾曲している。このため、各板状部材３５ａと外面３１ａ，３２ａとは、密着した状態で互いに固定されている。

超伝導電流リード３５は、当該超伝導電流リード３５が設けられた位置において超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃの向きに対して垂直な平面に関し、面対称をなすように配置されている。

次に、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０の作用効果について説明する。まず、図４を参照しながら、従来の超伝導サイクロトロンに用いられる電力導入部１２０の構成を説明する。

図４の（ａ）に示されるように、従来の超伝導サイクロトロンに用いられる電力導入部１２０では、第１電極ブロック１３１及び第２電極ブロック１３２において、外面１３１ａ及び１３２ａは湾曲していない。すなわち、外面１３１ａ，１３２ａのそれぞれは、超伝導電流リード１３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において直線からなる。

電力導入部１２０において、板状の超伝導電流リード１３５では、その面に対して交差する磁場が存在する場合には通電可能電流の大きさが制限される。このため、外面１３１ａ，１３２ａのそれぞれは、超伝導電流リード１３５の面が超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃの向きに沿うように設けられている。これにより、超伝導電流リード１３５の面に対して交差する磁場の強さを抑制することが図られている。

しかし、図３の（ｂ）に示されるように、電源２から超伝導コイル７，８に電力を供給するために超伝導電流リード１３５に電流が流されると、超伝導電流リード１３５の周りに自己磁場Ｂｓが生成する。図中に示す例では、自己磁場Ｂｓは、超伝導電流リード１３５に対して図中の上方では外部磁場Ｂｃと同じ向きに生成しており、図中の下方では外部磁場Ｂｃに対して反対向きに生成しており、図中の右方及び左方では外部磁場Ｂｃに対して直交する向きに生成している。

このため、図３の（ｃ）に示されるように、超伝導電流リード１３５の周囲において、外部磁場Ｂｃ及び自己磁場Ｂｓを合成した合成磁場Ｂｔは、外部磁場Ｂｃの向きに沿うように設けられた板状の超伝導電流リード１３５の平面には沿わないこととなる。その結果、超伝導電流リード１３５の平面に対して交差する磁場が強くなり、通電可能電流の大きさに制限が生じてしまう。

上述した従来の超伝導サイクロトロンに対して、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１では、図３に示されるように、超伝導電流リード３５は、当該超伝導電流リード３５を構成する板状部材３５ａの厚み方向Ｄ４と、超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃとが交差するように配置されている。また、超伝導電流リード３５は、当該超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲している。このため、単に超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃのみに着目するのではなく、超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃと、超伝導電流リード３５に電流が流れることによって生成される自己磁場Ｂｓとの合成磁場Ｂｔに着目して、この合成磁場Ｂｔの向きに板状部材３５ａの面が沿うように湾曲させて超伝導電流リード３５を設けることが可能となる。従って、この超伝導サイクロトロン１によれば、板状部材３５ａに対して交差する磁場の強さを低減することができるため、超伝導電流リード３５の通電可能電流が低減することを抑制することができる。

また、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１では、超伝導電流リード３５は、当該超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲する位置に並べて配置された複数の板状部材３５ａからなる。このため、超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃと、超伝導電流リード３５に電流が流れることによって生成される自己磁場Ｂｓとの合成磁場Ｂｔの向きに板状部材３５ａの面が精度良く沿うように超伝導電流リード３５を設けることができる。

また、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１では、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面３１ａ，３２ａを含み、外面３１ａ，３２ａのそれぞれは、当該超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において全体が湾曲している。このため、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２を容易に製造することができる。

また、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１では、複数の板状部材３５ａは、外面３１ａ，３２ａのそれぞれに対向する面が、当該外面３１ａ，３２ａに沿って湾曲している。このため、外面３１ａ，３２ａに対して、板状部材３５ａを強固に取り付けることができる。また、板状部材３５ａは、上記のように湾曲することによって板状部材３５ａの強度を増すことができる。

また、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１では、超伝導電流リード３５は、超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃの方向に対して垂直な平面に関し、面対称をなしている。このように構成されているため、超伝導サイクロトロン１の作用効果を好適に奏することができる。

また、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１では、超伝導コイル７，８は、中心軸線Ｃを囲う環状のコイル本体７ａ，８ａを有し、電力導入部２０は、コイル本体７ａ，８ａから中心軸線Ｃに沿った方向の位置に設けられ、第１電極ブロック３１、第２電極ブロック３２及び超伝導電流リード３５は、中心軸線Ｃに沿った方向に設けられ、超伝導電流リード３５は、板状部材３５ａの厚み方向Ｄ４と、超伝導コイル７，８の周方向Ｄ２において当該板状部材３５ａが設けられた位置における超伝導コイル７，８の径方向Ｄ３と、が交差するように配置されている。このように構成されているため、超伝導サイクロトロン１の作用効果を好適に奏することができる。

また、本実施形態に係る超伝導電磁石装置５０では、超伝導電流リード３５は、当該超伝導電流リード３５を構成する板状部材３５ａの厚み方向Ｄ４と、超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃとが交差するように配置されている。また、超伝導電流リード３５は、当該超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲している。このため、単に超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃのみに着目するのではなく、超伝導コイル７，８によって生成される外部磁場Ｂｃと、超伝導電流リード３５に電流が流れることによって生成される自己磁場Ｂｓとの合成磁場Ｂｔに着目して、この合成磁場Ｂｔの向きに板状部材３５ａの面が沿うように湾曲させて超伝導電流リード３５を設けることが可能となる。従って、この超伝導電磁石装置５０によれば、板状部材３５ａに対して交差する磁場の強さを低減することができるため、超伝導電流リード３５の通電可能電流が低減することを抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、以下に説明する変形例を構成することも可能である。各変形例の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

例えば、上述した実施形態では、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２の外面３１ａ，３２ａは凸となるように湾曲しているが、例えば超伝導電流リード３５を流れる電流の向き、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２における外面３１ａ，３２ａの方向、超伝導電流リード３５の周囲に存在する磁場の向き等によっては、外面３１ａ，３２ａは凹となるように湾曲していてもよい。

また、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０では、図５に示されるように、外面３１ａ，３２ａのそれぞれは、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において少なくとも一部が湾曲していればよい。このような構成であっても、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０は上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０では、図６に示されるように、板状部材３５ａは、外面３１ａ，３２ａのそれぞれに対向する面が平面状をなしていてもよい。この場合、板状部材３５ａを湾曲させる等の処理を行うことなく、外面３１ａ，３２ａに対して板状部材３５ａを容易に取り付けることができる。

また、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０では、図７に示されるように、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面３１ａ，３２ａを含み、外面３１ａ，３２ａのそれぞれは、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において互いに屈曲して接続された複数の直線からなっていてもよい。この場合、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２を容易に製造することができると共に、板状部材３５ａを湾曲させる等の処理を行うことなく、外面３１ａ，３２ａに対して板状部材３５ａを容易に取り付けることができる。

また、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０では、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面３１ａ，３２ａを含み、外面３１ａ，３２ａのそれぞれは、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において直線からなり、超伝導電流リード３５は、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２に対応する位置では、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲しておらず、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２の間の位置では、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において湾曲していてもよい。なお、電力導入部２０は支持部材を更に有し、超伝導電流リード３５は支持部材によって支持されることで湾曲した状態を維持してもよい。支持部材３６は、例えばセラミックス、ＦＲＰ等によって構成されていてもよい。この場合、第１電極ブロック３１及び第２電極ブロック３２を容易に製造することができる。

また、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０では、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１に対する垂直断面において、超伝導電流リード３５が湾曲する曲率は、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１の位置に応じて異なってもよい。この場合、超伝導電流リード３５の長手方向Ｄ１の位置に応じて合成磁場Ｂｔの向きが異なるときであっても、合成磁場Ｂｔの向きに板状部材３５ａの面が精度良く沿うように超伝導電流リード３５を設けることができる。

また、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石装置５０では、電力導入部２０は１つの超伝導電流リード３５のみを有していてもよい。

また、上記実施形態においては、超伝導電磁石装置５０は、超伝導サイクロトロン１に適用されるものとして説明した。しかし、超伝導電磁石装置５０は、高磁場が求められる装置であればどのような装置にでも適用可能であり、例えばＭＣＺ法によるシリコン単結晶引き上げ装置にも適用可能である。

１…超伝導サイクロトロン、２…電源、６…ヨーク、７，８…超伝導コイル、２０…電力導入部、３１…第１電極ブロック（第１電極）、３２…第２電極ブロック（第２電極）、３５…超伝導電流リード（超伝導接続部）、３５ａ…板状部材、５０…超伝導電磁石装置。

Claims (12)

1. 中空のヨークと、
   前記ヨークの外部に設けられた電源と、
   前記ヨークの内部に設けられ、前記電源から電力を供給されて磁場を生成する環状の超伝導コイルと、
   前記電源と前記超伝導コイルとの間に設けられ、前記電源から前記超伝導コイルに電力を導入する電力導入部と、を備え、
   前記電力導入部は、
   前記電源側に設けられた第１電極と、
   前記超伝導コイル側に設けられた第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する長尺状の超伝導接続部と、を有し、
   前記超伝導接続部は、
   超伝導材料を含む板状部材からなり、
   前記板状部材の厚み方向と、当該超伝導接続部が設けられた位置において前記超伝導コイルによって生成される前記磁場の向きと、が交差するように配置され、
   当該超伝導接続部の長手方向に対する垂直断面において湾曲している、超伝導サイクロトロン。
2. 前記超伝導接続部は、前記垂直断面において湾曲する位置に並べて配置された複数の前記板状部材からなる、請求項１記載の超伝導サイクロトロン。
3. 前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面を含み、
   前記外面のそれぞれは、前記垂直断面において少なくとも一部が湾曲している、請求項１又は２記載の超伝導サイクロトロン。
4. 前記外面のそれぞれは、前記垂直断面において全体が湾曲している、請求項３記載の超伝導サイクロトロン。
5. 前記板状部材は、前記外面のそれぞれに対向する面が当該外面に沿って湾曲している、請求項３又は４記載の超伝導サイクロトロン。
6. 前記板状部材は、前記外面のそれぞれに対向する面が平面状をなしている、請求項３又は４記載の超伝導サイクロトロン。
7. 前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面を含み、
   前記外面のそれぞれは、前記垂直断面において互いに屈曲して接続された複数の直線からなる、請求項１又は２記載の超伝導サイクロトロン。
8. 前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれは、互いに同じ方向に形成された外面を含み、
   前記外面のそれぞれは、前記垂直断面において直線からなり、
   前記超伝導接続部は、
   前記第１電極及び前記第２電極に対応する位置では、前記垂直断面において湾曲しておらず、
   前記第１電極及び前記第２電極の間の位置では、前記垂直断面において湾曲している、請求項１又は２記載の超伝導サイクロトロン。
9. 前記垂直断面における前記超伝導接続部の曲率は、前記超伝導接続部の前記長手方向の位置に応じて異なる、請求項１〜８の何れか一項記載の超伝導サイクロトロン。
10. 前記超伝導接続部は、当該超伝導接続部が設けられた位置において前記超伝導コイルによって生成される前記磁場の向きに対して垂直な平面に関し、面対称をなしている、請求項１〜９の何れか一項記載の超伝導サイクロトロン。
11. 前記超伝導コイルは、中心軸線を囲う環状の巻き線部分を有し、
    前記電力導入部は、前記巻き線部分から前記中心軸線に沿った方向の位置に設けられ、
    前記第１電極、前記第２電極及び前記超伝導接続部は、前記中心軸線に沿った方向に設けられ、
    前記超伝導接続部は、前記板状部材の厚み方向と、前記超伝導コイルの周方向において当該板状部材が設けられた位置における前記超伝導コイルの径方向と、が交差するように配置されている、請求項１〜１０の何れか一項記載の超伝導サイクロトロン。
12. 電力を供給する電源と、
    前記電源から電力を供給されて磁場を生成する環状の超伝導コイルと、
    前記電源と前記超伝導コイルとの間に設けられ、前記電源から前記超伝導コイルに電力を導入する電力導入部と、を備え、
    前記電力導入部は、
    前記電源側に設けられた第１電極と、
    前記超伝導コイル側に設けられた第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する長尺状の超伝導接続部と、を有し、
    前記超伝導接続部は、
    超伝導材料を含む板状部材からなり、
    前記板状部材の厚み方向と、当該超伝導接続部が設けられた位置において前記超伝導コイルによって生成される前記磁場の向きと、が交差するように配置され、
    当該超伝導接続部の長手方向に対する垂直断面において湾曲している、超伝導電磁石装置。

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