JP3609312B2 - 水平磁界発生用超電導磁石装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導磁石装置に関するものであって、特に、水平磁界を発生させる超電導磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の鉄心入り常電導コイルでは２Ｔ（テラス）以上の強磁場を得ることは不可能であるが、超電導コイルであれば可能であるため、強磁場を利用して物性測定、シリコン単結晶引き上げ装置等の磁場による流動制御、磁気配向、着磁など多くの分野への適用が図られている。そして、適用にあたって水平方向の磁場を必要とする場合がある。
【０００３】
その場合、図４、図５に示すようにクライオスタット（極低温容器）１の天板１ａおよび底板１ｂの略中央部に垂直方向に中空円筒２を貫通し、該中空円筒２の両端縁を真空容器の天板１ａおよび底板１ｂに気密に溶接、Ｏリングシール等して、前記中空円筒内を常温の強磁場利用空間Ｓに形成し、ドーナツ状に形成されたクライオスタット１内に、磁場利用空間Ｓを挟んで２つのソレノイド型超電導コイルＣおよびＣ’を設置するのが一般的である。
なお、図示していないが前記の超電導コイルＣおよびＣ’はクライオスタット１内で液体ヘリウムに浸漬することにより、或いは小型のＧＭ冷凍機により公知の手段で超電導状態に冷却されている。
【０００４】
しかしながら、この方式はコイル形状が単純で製作が容易であるという点で有利であるが、必要な空間への磁場の発生効率が悪く、強磁場を得るためには超電導コイルが大型にならざるを得ず、コイルを収納するクライオスタットの容積も大型化し設備コストが増大するという問題点がある。
そこで、かかる問題点を解決するために、図６、図７に示すように、コイルを鞍型形状のコイルＤ、Ｄ’とすることにより必要な空間への磁場発生効率を良くするとともに、超電導コイルを収納するクライオスタットを小型化することも可能となった。
【０００５】
ところが、超電導コイルの安定性の良い鞍型超電導コイルを製作することは極めて困難である。それというのは、強磁場発生に伴い超電導コイルを形成する超電導線材には大きな電磁力が作用する。この電磁力の作用で超電導線材がもしも数ミクロン動かされると、摩擦熱によってコイルの温度が上昇し、超電導状態が損なわれ（クエンチし）常電導状態に転移する事態が起こる。
鞍型超電導コイルは直線部と鞍部の合成形状であるため、大きな電磁力に対抗して超電導線材を動かないように固定することが困難であるためコイルの安定性に難点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は必要な空間への水平磁場発生効率が良く、クライオスタットを小型化できるとともに、安定性にすぐれた超電導コイルを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
クライオスタット（極低温容器）１の天板１aおよび底板１bの略中央部に垂直方向に中空円筒２を挿通し、該中空円筒２の両端縁を真空容器の天板１aおよび 底板１bに気密に溶接またはＯリングシール等して、前記中空円筒内を常温の強 磁場利用空間Ｓに形成し、前記クライオスタット１内に、磁場利用空間Ｓを挟んで小型のＧＭ冷凍機により超電導状態に冷却される複数個のソレノイド型超電導コイルＣ1、Ｃ2、・・およびＣ1'、Ｃ2'、・・を略同一水平面上に互いに相対向して設置し、前記磁場利用空間（Ｓ）内に同一方向の磁力線を形成させることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明が適用される水平磁界発生用超電導磁石装置の概要を示す説明図である。本発明は、ソレノイド型超電導コイルの個数以外は前述の図４、図５に示す従来装置と同一構造であるため同一部品には同一符号を付して説明する。
【０００９】
クライオスタット（極低温真空容器）１の天板１ａおよび底板１ｂの略中央部に垂直方向に中空円筒２を挿通し、該中空円筒２の両端縁を真空容器の天板１ａお よび底板１ｂに気密に溶接し、前記中空円筒内を常温の強磁場利用空間Ｓに形成 する。前記磁場利用空間Ｓは鉛直方向に貫通して形成されていてもよく、或いは中空円筒２のいずれか一方の端縁が天板１ａないしは底板１ｂに閉塞されて盲穴状に形成されていても良い。
【００１０】
ドーナツ状に形成されたクライオスタット１内に、磁場利用空間Ｓを挟んで複数（図示の例では３個）のソレノイド型超電導コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ１’、Ｃ２’、Ｃ３’がそれぞれ対向して設置されている。ソレノイド型超電導コイルの個数は磁場利用空間Ｓを挟んで２個ないし５個ずつ左右に対向して設置される。また、図示の例では各コイルは電源と直列接続されているが、並列接続でもよい。
【００１１】
ソレノイド型超電導コイルの形状は図３の（ａ）図に示す円形状、（ｂ）図に示す楕円状、（ｃ）図に示すレーストラック状、そして、（ｄ）図に示す角状がよい。上記形状のソレノイドコイルは、それぞれの形状に適合したコイル巻枠にエポキシ等の樹脂を塗布しながら、あるいは該樹脂を予め含浸させた超電導線材を所定の張力をかけて巻回し樹脂で固めて製作されているので電磁力に対抗する張力を巻線内に保持しており、超電導線材に大きな電磁力がかかっても超電導線材がずれ動くことがなく超電導コイルの安定性を確保できるものである。
【００１２】
水平磁場の利用目的に応じて、ソレノイド型超電導コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３およ びＣ１’、Ｃ２’、Ｃ３’の全部を円形状のものを利用するとか、Ｃ２、Ｃ２’をレ ーストラック状のコイルを採用し、残りのコイルは円形状コイルを利用するとか種々の組合せが採用される。
【００１３】
【発明の効果】
本発明では製作の容易なソレノイド型超電導コイルを複数個ずつクライオスタット１内に磁場利用空間Ｓを挟んで対向して設置することにより鞍型コイルＤ、Ｄ’の如き良好な磁場発生効率とクライオスタットを小型化でき、しかも、クエンチを起こす恐れのない安定性の良い強力な水平磁界を発生させることが可能な超電導磁石装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる水平磁界発生用超電導磁石装置の概要を示す斜視図。
【図２】本発明にかかる水平磁界発生用超電導磁石装置の概要を示す平面図。
【図３】本発明に使用するソレノイド型超電導コイルの形状の説明図。
【図４】従来から公知の水平磁界発生用超電導磁石装置の概要を示す斜視図。
【図５】図４の平面図。
【図６】従来から公知の水平磁界発生用超電導磁石装置の他の例の概要を示す斜視図。
【図７】図６で使用する鞍型コイルの斜視図。
【符号の説明】
１ クライオスタット
１ａ クライオスタット天板
１ｂ クライオスタット底板
２ 中空円筒
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・ ソレノイド型超電導コイル
Ｃ１’、Ｃ２’、Ｃ３’・・ ソレノイド型超電導コイル
Ｄ、Ｄ’ 鞍型超電導コイル
Ｓ 磁場利用空間
Claims (2)
- クライオスタット（極低温容器）（１）の天板（１a）および底板（１b）の略中央部に垂直方向に中空円筒（２）を挿通し、該中空円筒（２）の両端縁を真空容器の天板（１a）および底板（１b）に気密に溶接またはＯリングシール等して、前記中空円筒内を常温の強磁場利用空間（Ｓ）に形成し、前記クライオスタット（１）内に、磁場利用空間（Ｓ）を挟んで小型のＧＭ冷凍機により超電導状態に冷却される複数個のソレノイド型超電導コイル（Ｃ1）、（Ｃ2）、・・および（Ｃ1'）、（Ｃ2'）、・・を略同一水平面上に互いに相対向して設置し、前記磁場利用空間（Ｓ）内に同一方向の磁力線を形成させることを特徴とする水平磁界発生用超電導磁石装置。
- 磁場利用空間（Ｓ）を挟んで相対向して複数個ずつ設置されるソレノイド型超電導コイル（Ｃ1）、（Ｃ2）、・・および（Ｃ1'）、（Ｃ2'）、・・は、円形状、楕円形状、レーストラック状、角形状のうちの１種または、それらの２種以上の組合せからなっていることを特徴とするする請求項１記載の水平磁界発生用超電導磁石装置。
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