JP3719906B2

JP3719906B2 - Charged particle deflection electromagnet

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Publication number: JP3719906B2
Application number: JP2000148733A
Authority: JP
Inventors: 文構池田; 和雄久野; 皆平許; 恒明湊
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: JP2001332400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子偏向電磁石に関し、特に超電導コイルを用いた荷電粒子偏向電磁石に関するものである。
【０００２】
図１８は、特開平３−３０２９８号公報に開示された荷電粒子偏向装置の機構を概念的に説明するための説明図であって、この荷電粒子偏向装置は、互いに対向設置された円弧形状を呈する一対の荷電粒子偏向電磁石１０を有し、入射部（図示せず）および加速部（図示せず）を経由してこの荷電粒子偏向電磁石１０の間に導入された荷電粒子は、これらの荷電粒子偏向電磁石１０により偏向されて図示するような長円形の軌道１０１上を運動する。
【０００３】
上記荷電粒子偏向電磁石１０の構造を一層詳細に説明すると、図１９は荷電粒子偏向装置の一部の断面図であって図１８のX1X −X1X 線に沿った断面図に該当し、図２０は図１９において用いられている荷電粒子偏向電磁石１０の平面図であり、図２１は図２０のXXI −XXI 線に沿った断面図であり、図２２は超電導コイルの製作過程を説明する説明図である。
【０００４】
図１９〜図２２において、１０は荷電粒子偏向電磁石、１は超電導コイル、１１は超電導線、２は超電導線１１の巻芯、３は超電導コイル１を収容するコイル収容器、１２はコイルリードである。荷電粒子偏向電磁石１０は、円弧状の巻芯２の上に超電導線１１を巻回して作成されており、またコイル収容器３内に遊びがない状態で収容されている。超電導線１１の巻回両端部、即ちコイルリード１２は、コイル収容器３の側壁を貫通して且つその側壁に固定された状態でコイル収容器３の外に引出されている。
【０００５】
図１９において、１４は連結片、１５は支持棒、１６は真空槽、１７は磁気シールド、１８はビームダクトであって、上記の荷電粒子偏向電磁石１０の二個が上下に配置されて連結片１４により機械的に連結されており、また支持棒１５により真空槽１６の内壁に支持固定されている。真空槽１６の全体は、磁気シールド１７により外部から磁気的にシールドされている。
【０００６】
以上の構成において、超電導コイル１を例えば−２６８°Ｃの極低温に冷却して超電導相に至らしめて電流を流すことにより数テスラもの高磁束密度の磁界が得られ、この磁界により荷電粒子は図１８に示す長円形の軌道１０１上を運動するように偏向される。
【０００７】
上記の超電導線１１としては、例えば銅を安定化材に用いたＮｂＴｉ線やＮｂ₃Ｓｎ線などが用いられ、この種の超電導線は僅かな歪、例えばＮｂＴｉ線では約２％以上、Ｎｂ₃Ｓｎ線では約０．３％以上の歪が生じると流し得る電流量が低下するので、大きな歪が生じないように支持する必要がある。一方で、超電導コイル１を超電導相に至らしめるために上記のような極低温に冷却する必要がある。ところで、巻芯２とコイル収容器３とが熱収縮率が異なる材料で形成されている場合、例えば冷却後や電流通電時において、常に超電導コイル１に初期面圧の一部を残存せしめる目的でコイル収容器３よりも熱収縮量が小さい巻芯２を使用する場合には、上記極低温への冷却に基づく熱収縮量の差異により両者の接触面間においてズレが生じ、このズレによりコイル収容器３に固定された超電導線１１のコイルリード１２に大きな歪が生じて流し得る電流量が低下する問題、即ち超電導コイル１の超電導特性が大きく低下する問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みて、たとえ巻芯とコイル収容器とが互いに熱収縮率が異なる材料で形成されていても、超電導線のコイルリードに大きな歪が生じない荷電粒子偏向電磁石を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による荷電粒子偏向電磁石は、（１）超電導線を巻芯に巻回してなる超電導コイル、この超電導コイルを収容すると共に上記巻芯とは熱収縮率の異なる材料にて形成されたコイル収容器、および上記超電導コイルの冷却時における熱収縮率差に基づく上記コイル収容器と上記巻芯との相対変位を防止する相対変位防止装置とを備えたものである。
（２）上記（１）において、相対変位防止装置は、巻芯および／またはコイル収容器に設けられた嵌合孔、並びに上記コイル収容器および／または上記巻芯に設けられて上記嵌合孔に嵌合される突起とから構成されたものである。
（３）上記（２）において、突起は円柱状であり、嵌合孔は円形である。
（４）上記（１）において、相対変位防止装置は、コイル収容器と巻芯とを貫通する嵌合孔、並びに上記嵌合孔に嵌合される嵌合ピンとから構成されたものである。
（５）上記（１）において、相対変位防止装置は、コイル収容器を貫通して巻芯の内部に達するように形成された嵌合孔、並びに上記嵌合孔に嵌合される嵌合ピンとから構成されたものである。
（６）上記（４）または（５）において、嵌合ピンは、その長手方向にテーパを有するテーパ片を組み合わせた構造を有するものである。
（７）上記（４）または（５）において、嵌合ピンは、円柱状であって、コイル収容器の形成材料よりも熱収縮率の小さい材料で形成されているものである。
（８）上記（４）または（５）において、嵌合ピンは、円柱状であって、高機械的強度を有する材料で形成されているものである。
（９）上記（１）において、相対変位防止装置は、巻芯および／またはコイル収容器に設けられた円形の嵌合孔、上記コイル収容器および／または上記巻芯に設けられて上記嵌合孔に嵌合される直方体状の突起、並びに上記嵌合孔と上記突起との間の隙間に挿填される挿填ピンとから構成されたものである。
（１０）上記（１）において、巻芯およびコイル収容器は、円弧形状を呈し、相対変位防止装置は、その複数が上記円弧形状に沿って点在するものである。
（１１）上記（１０）において、相対変位防止装置は、円弧形状の中心線に直交する幅方向に複数設けられたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下の各実施の形態においては、前記図１８〜図２２における各部位と同じ部位については同じ符号を付して、説明を省略することがある。
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明における荷電粒子偏向電磁石の実施の形態１を説明するものである。図１は荷電粒子偏向電磁石の平面図であり、図２は図１のII−II線に沿った断面図であり、図３は図２から超電導コイルのみを取出したこの超電導コイルの断面図であり、図４は図２からコイル収容器のみを取出したこのコイル収容器の断面図である。
【００１２】
図１〜図４において、１０は荷電粒子偏向電磁石装置、１は超電導コイル、１２はコイルリード、２は超電導コイル１の巻芯、３は超電導コイル１を収容するコイル収容器、４は相対変位防止装置である。超電導コイル１は、巻芯２の上に超電導線を巻回して作成されており、コイル収容器３内に遊びがない状態で収容されている。上記超電導線の巻回両端のコイルリード１２は、コイル収容器３の側壁を貫通し、その貫通箇所は側壁に固定されてコイル収容器３の外に導出されている。超電導コイル１、巻芯２、およびコイル収容器３は、円弧形状を有し、しかして荷電粒子偏向電磁石１０も図１に示す通り同じく円弧形状を有する。
【００１３】
相対変位防止装置４は、前記した通り超電導コイル１の冷却時における熱収縮率差に基づくコイル収容器３と上記巻芯２との相対変位を防止する作用をなすものであり、その５個が荷電粒子偏向電磁石１０の円弧形状に沿って点在状態で設けられている。この相対変位防止装置４は、コイル収容器３の上下両壁を貫通して設けられた嵌合孔４２（図４参照）と巻芯２の両面に設けられて嵌合孔４２と遊びなく嵌合する突起４１（図３参照）とから構成されている。
【００１４】
突起４１は、円柱形状を有し、巻芯２の図３における幅方向（図１のII−II線の方向に同じ）の略中央の両面に各一つ巻芯２に一体的に形成されており、且つ巻芯２の長手方向、換言すると荷電粒子偏向電磁石１０の円弧を描く方向に、且つ巻芯２の両面に計５組、計１０個設けられている。それら５組の突起４１は、互いに略等間隔に配置されている。一方、コイル収容器３は有底のコイル収容部３２と蓋部３１とからなり、コイル収容部３２と蓋部３１とに上記突起４１が遊びなく嵌合する嵌合孔４２をそれぞれ５個ずつ有し、各嵌合孔４２のそれぞれに突起４１が挿入嵌合されている。
【００１５】
荷電粒子偏向電磁石１０の製造に際しては、先ずコイル収容部３２内に超電導コイル１をそのコイルリード１２がコイル収容部３２の側壁を貫通して外部に導出する状態で収納し、各突起４１を対応する各嵌合孔４２のそれぞれに挿入嵌合せしめ、コイル収容部３２に蓋部３１を溶接する。かくして図２の断面構造を有する荷電粒子偏向電磁石１０が製造される。
【００１６】
以上の構造を有する荷電粒子偏向電磁石１０は、その巻芯２とコイル収容器３とが互いに異なる材料で形成されている場合、例えば−２６８°Ｃの極低温に冷却されると熱収縮率の相違により巻芯２とコイル収容器３とは互いに異なる大きさで熱収縮しようとするが、五組の相対変位防止装置４の存在により両者間の相対変位は防止され、したがって超電導コイル１のコイルリード１２の変形も防止される。なお巻芯２とコイル収容器３とは、熱収縮率の相違と相対変位防止装置４による相対変位の防止機能とにより極低温冷却の直後では共に内部応力が急増大するが、それらの内部応力は各構成材料の応力緩和現象によって経時的に漸次減少する。
【００１７】
実施の形態２．
図５〜図７は、本発明における荷電粒子偏向電磁石の実施の形態２を説明するものである。図５は、荷電粒子偏向電磁石１０の断面図であり、図６は図５から超電導コイルのみを取出したこの超電導コイルの断面図であり、図７は図５からコイル収容器のみを取出したこのコイル収容器の断面図である。実施の形態２は、実施の形態１とは逆に、コイル収容器３の有底のコイル収容部３２と蓋部３１のそれぞれに円柱状の突起４１が形成され、巻芯２を貫通して嵌合孔４２が形成されている。嵌合孔４２と突起４１とは、しかして相対変位防止装置４は、図１と同様に、荷電粒子偏向電磁石１０の円弧を描く方向にその５個が略等間隔で設けられている。
【００１８】
実施の形態３．
図８〜図１０は、本発明における荷電粒子偏向電磁石の実施の形態３を説明するものである。図８（ｂ）は、荷電粒子偏向電磁石１０の断面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）において用いられている嵌合ピンの斜視図であり、図９は図８（ｂ）から超電導コイルのみを取出したこの超電導コイルの断面図であり、図１０は図８（ｂ）からコイル収容器のみを取出したこのコイル収容器の断面図である。実施の形態３においては、嵌合孔４２はコイル収容器３と巻芯２とを貫通するものであり、相対変位防止装置４は、この嵌合孔４２に円柱状の嵌合ピン４３が遊びなく嵌合した構造を有する。この相対変位防止装置４は、図１と同様に、荷電粒子偏向電磁石１０の円弧を描く方向にその５個が略等間隔で設けられている。実施の形態３では、相対変位防止装置４は、貫通孔たる各嵌合孔４２に嵌合ピン４３を嵌合するのみで形成されるので荷電粒子偏向電磁石１０の組み立てが容易であり、また巻芯２は貫通孔を有するので形成材料量が少なくて済む。
【００１９】
実施の形態４．
図１１〜図１３は、本発明における荷電粒子偏向電磁石の実施の形態４を説明するものである。図１１（ｂ）は、荷電粒子偏向電磁石１０の断面図であり、図１１（ａ）は図１１（ｂ）において用いられている嵌合ピンの斜視図、図１２は図１１（ｂ）から超電導コイルのみを取出したこの超電導コイルの断面図、図１３は図１１（ｂ）からコイル収容器のみを取出したこのコイル収容器の断面図である。実施の形態４においては、嵌合孔４２はコイル収容器を貫通して巻芯２の内部に達するように、図上で巻芯２の上下両側に形成されており、相対変位防止装置４は、これらの嵌合孔４２のそれぞれに円柱状の嵌合ピン４３が遊びなく嵌合した構造を有する。相対変位防止装置４は、図１と同様に、荷電粒子偏向電磁石１０の円弧を描く方向にその５個が略等間隔で設けられている。実施の形態４で用いられる嵌合ピン４３は、前記実施の形態３で用いられるそれよりも短尺物であり、嵌合孔４２も有底孔であってピン挿入長さも短いので嵌合ピン４３の嵌合が容易となる。
【００２０】
実施の形態５．
図１４〜図１５は、本発明における荷電粒子偏向電磁石の実施の形態５を説明するものである。図１４は超電導コイル１の一部斜視図であり、図１５（ｂ）は荷電粒子偏向電磁石１０の一部斜視図であり、図１５（ａ）は図１５（ｂ）において用いられている挿填ピンの斜視図である。実施の形態５においては突起４１として、実施の形態１、２で採用された円柱状のそれらに代えて直方体状のものが採用されており、嵌合孔４２としては実施の形態１、２と同様の円形のものがコイル収容器３に形成されている。円形の嵌合孔４２に直方体状の突起４１を嵌合すると、直方体の四面と嵌合孔４２の内側壁との間に隙間が四箇所生じるので、それらのうちの二箇所に図１５（ａ）に示す通りの円弧の両端を直線で結んだ断面形状を有する柱体からなる二個の挿填ピン４１１が挿填されている。この二個の挿填ピン４１１の挿填により、円形の嵌合孔４２と突起４１の間に遊びがなくなる。
【００２１】
前記実施の形態１〜２においては、円柱状の突起４１を円形の嵌合孔４２に遊びなく嵌合するために両者は高精度で加工され、このために突起４１を嵌合孔４２に嵌合する作業が容易でないことがある。これに対して直方体状の突起４１は円形の嵌合孔４２への嵌合は容易であり、また両者間に生じる隙間への挿填ピン４１１の挿填も容易であるので、荷電粒子偏向電磁石１０の製造能率が向上する効果がある。なお突起４１と挿填ピン４１１とが接触する面をテーパ状に加工しておくと、挿填ピン４１１の挿填が一層容易となり、しかも挿填ピン４１１の挿填度を深めて遊びを高度に低減することができる。
【００２２】
実施の形態６．
図１６は、本発明における荷電粒子偏向電磁石の実施の形態６において用いられる嵌合ピン４３の斜視図であって、前記実施の形態３〜実施の形態４において用いられた各嵌合ピン４３に代えて用いられる。図１６の嵌合ピン４３は、その長手方向にテーパを有するテーパ片４３１とテーパ片４３２とを組み合わせると円柱を呈する構造を有する。前記実施の形態３〜実施の形態４において用いられた円柱状の各嵌合ピン４３に円形の嵌合孔４２に遊びなく嵌合するために両者は高精度で加工され、このために嵌合ピン４３を嵌合孔４２に嵌合する作業が容易でないことがある。これに対して図１６の嵌合ピン４３を用いる場合には、円形の嵌合孔４２（図８、図１１など参照）に先ずテーパ片４３１を装着し、ついで残るテーパ片４３２を互いのテーパ面が滑り合うように装着すると、すこぶる容易に嵌合孔４２に嵌合することができる。しかもテーパ片４３２の装着度を深めて遊びを高度に低減することができる。
【００２３】
上記実施の形態１〜実施の形態６においては、相対変位防止装置は、図１に示すように荷電粒子偏向電磁石１０の円弧を描く方向に且つ荷電粒子偏向電磁石１０の両面にその５組（実施の形態１、２、４、５の場合）あるいは５個（実施の形態３の場合、以下において相対変位防止装置４の数を表す上記の「組」と「個」を纏めて「個」と称す）が略等間隔で設けられる例が開示されているが、本発明において用いられる相対変位防止装置は、上記円弧の長手方向の略中央に少なくとも一個設けることにより巻芯とコイル収容器との相対変位量を高度に低減する作用がある。なお相対変位防止装置を上記長手方向に沿って多数設ける程、相対変位の防止効果は大きくなるが、荷電粒子偏向電磁石の製造コストの増加に繋がるので、上記円弧長が例えば、０．５〜５ｍ程度である場合、相対変位防止装置を２〜１０個程度、特に３〜７個程度を均等間隔をおいて設けることが好ましい。その際、上記円弧の中央に１個設け、その両側の対象位置に複数個設けることが特に好ましい。図１は、中央に１個設け、その両側の対象位置に２個ずつ設た例である。
【００２４】
実施の形態７．
図１７は、本発明における荷電粒子偏向電磁石の実施の形態７の荷電粒子偏向電磁石１０の平面図である。実施の形態７は、前記の実施の形態１〜実施の形態６とは、荷電粒子偏向電磁石１０の円弧形状の中心線に直交する幅方向（図１のII−II線の方向に同じ）に各二つずつ相対変位防止装置４が設けられている点において異なる。実施の形態１〜実施の形態６では、上記幅方向には相対変位防止装置は円弧形状の中心線上に一つ設けられただけであるが、その場合には超電導コイルに電流が流れると、図３において矢印Ａで示す拡張電磁力が生じてコイル収容器３を横方向に押し広げようとする。この力により嵌合孔４２に引張応力が集中する。この現象に対して、実施の形態７では上記幅方向に２個の相対変位防止装置４が設けられているので、引張応力の集中が回避され、上記幅方向の相対変位を防止する作用が大きくなる。
【００２５】
前記実施の形態５を除く他の実施の形態における相対変位防止装置は、いずれも円形の嵌合孔に円柱状の突起または嵌合ピンを嵌合せしめた構造であったが、本発明においては相対変位防止装置は、円筒体、直方体、あるいはその他の種々の断面形状を有する突起または嵌合ピンをそれら突起または嵌合ピンの断面形状と同じ、あるいは他の形状ではあっても巻芯とコイル収容器との相対変位を実質的に防止し得る形状の嵌合孔との嵌合構造体であってもよい。しかし嵌合ピンがコイル収容器の形成材料よりも熱収縮率の小さい材料で形成された円柱状のものであって、これを円形の嵌合孔に嵌合せしめる場合には、荷電粒子偏向電磁石の製造時（室温）に嵌合ピンと嵌合孔との間に多少の遊びがあっても、超電導コイルを極低温に冷却したときには上記嵌合孔の孔径が大きく収縮するので製造時にあった遊びが小さくなり、良好な相対変位防止の効果を発揮する。また荷電粒子偏向電磁石の製造時に遊びがあるので、嵌合孔への嵌合ピンの嵌合が容易であって荷電粒子偏向電磁石の製造能率が向上する効果もある。
【００２６】
一方、超電導コイルを極低温に冷却したときに嵌合ピンには大きな外力が加わるが、嵌合ピンを抗張力、耐剪断応力などの点で優れた高機械的強度を有する材料で形成すると、一層小径の嵌合ピンを使用することが可能であって、嵌合孔の孔径を小さくでき、嵌合孔を設けることによるコイル収容器の強度低下を軽減できる効果がある。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の前記（１）の発明における荷電粒子偏向電磁石は、以上説明した通り、超電導線を巻芯に巻回してなる超電導コイル、この超電導コイルを収容すると共に上記巻芯とは熱収縮率の異なる材料にて形成されたコイル収容器、および上記超電導コイルの冷却時における熱収縮率差に基づく上記コイル収容器と上記巻芯との相対変位を防止する相対変位防止装置とを備えたものであるので、上記巻芯と上記コイル収容器とを互いに熱収縮率の異なる材料にて形成すること、例えば超電導コイルの冷却後や電流通電時において、常に超電導コイルに初期面圧の一部を残存せしめる目的でコイル収容器よりも熱収縮が小さい巻芯を使用することが可能になり、また超電導コイルを例えば−２６８°Ｃの極低温に冷却した際に巻芯とコイル収容器とが相対的に変位しようとしても、かかる相対変位は上記相対変位防止装置により防止され、したがって超電導コイルのコイルリードの変形も防止されてコイルリードの許容通電量を高度に維持できる。したがって本発明の荷電粒子偏向電磁石は、前記図２０〜図２１に示す従来の荷電粒子偏向電磁石に代えて、例えば図１８〜図１９に示す荷電粒子偏向装置に好適に使用することができる。
【００２８】
また（２）相対変位防止装置は、巻芯および／またはコイル収容器に設けられた嵌合孔、並びに上記コイル収容器および／または上記巻芯に設けられて上記嵌合孔に嵌合される突起とから構成されると、巻芯とコイル収容器との相対変位は上記嵌合孔への上記突起の嵌合により防止される。
【００２９】
また（３）突起は円柱状であり、嵌合孔は円形であると、いずれも工業的形成が容易であり、寸法のバラツキも小さい。
【００３０】
また（４）相対変位防止装置は、コイル収容器と巻芯とを貫通する嵌合孔、並びに上記嵌合孔に嵌合される嵌合ピンとから構成されていると、相対変位防止装置は、貫通孔たる各嵌合孔に嵌合ピンを嵌合するのみで形成されるので荷電粒子偏向電磁石の組み立てが容易であり、また巻芯は貫通孔を有するので形成材料量が少なくて済む利点もある。
【００３１】
また（５）相対変位防止装置は、コイル収容器を貫通して巻芯の内部に達するように形成された嵌合孔、並びに上記嵌合孔に嵌合される嵌合ピンとから構成されていると、上記嵌合ピンは短尺物であり、また嵌合孔も有底孔であってピン挿入長さも短いので、嵌合ピンの嵌合が容易となる。
【００３２】
また（６）嵌合ピンは、その長手方向にテーパを有するテーパ片を組み合わせた構造を有すると、嵌合孔に先ずテーパ片を装着し、ついで残るテーパ片を互いのテーパ面が滑り合うように嵌合すると、すこぶる容易に嵌合孔に嵌合することができる。しかも後から嵌合するテーパ片の嵌合深さを深めることにより遊びを高度に低減することができる。
【００３３】
また（７）嵌合ピンは、円柱状であって、コイル収容器の形成材料よりも熱収縮率の小さい材料で形成されていると、荷電粒子偏向電磁石を室温下で製造する時は嵌合ピンと嵌合孔との間に多少の遊びがあっても、超電導コイルを極低温に冷却したときには上記嵌合孔の孔径が大きく収縮するので製造時にあった遊びが小さくなり、良好な相対変位防止の効果を発揮する。また荷電粒子偏向電磁石の製造時に遊びがあるので、嵌合孔への嵌合ピンの嵌合が容易であって荷電粒子偏向電磁石の製造能率が向上する。
【００３４】
また（８）嵌合ピンは、円柱状であって、高機械的強度を有する材料で形成されていると、超電導コイルを極低温に冷却したときに嵌合ピンにかかる大きな外力に対しても一層小径の嵌合ピンを使用することが可能であって、嵌合孔の孔径を小さくでき、嵌合孔を設けることによるコイル収容器の強度低下を軽減することができる。
【００３５】
また（９）相対変位防止装置は、巻芯および／またはコイル収容器に設けられた円形の嵌合孔、上記コイル収容器および／または上記巻芯に設けられて上記嵌合孔に嵌合される直方体状の突起、並びに上記嵌合孔と上記突起との間の隙間に挿填される挿填ピンとから構成されていると、上記直方体状の突起は円形の嵌合孔への嵌合は容易であり、また両者間に生じる隙間への挿填ピンの挿填も容易であるので、荷電粒子偏向電磁石の製造能率が向上する。
【００３６】
また（１０）巻芯およびコイル収容器は、円弧形状を呈し、相対変位防止装置は、その複数が上記円弧形状に沿って点在すると、上記相対変位防止装置による相対変位防止の効果が大きくなる。
【００３７】
またさらに（１１）相対変位防止装置は、円弧形状の中心線に直交する幅方向に複数設けられると、一般的に超電導コイルに電流が流れると拡張電磁力が生じてコイル収容器を横方向に押し広げようとする力が生じるが、円弧形状の中心線に直交する幅方向に相対変位防止装置を複数設けることにより上記力を分散してコイル収容器の変形あるいは破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における荷電粒子偏向電磁石の平面図。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図。
【図３】図２に示す超電導コイルの断面図。
【図４】図２に示すコイル収容器の断面図。
【図５】本発明の実施の形態２における荷電粒子偏向電磁石の断面図。
【図６】図５に示す超電導コイルの断面図。
【図７】図５に示すコイル収容器の断面図。
【図８】（ａ）は本発明の実施の形態３における嵌合ピンの斜視図であり、（ｂ）は荷電粒子偏向電磁石の断面図。
【図９】図８（ｂ）に示す超電導コイルの断面図。
【図１０】図８（ｂ）に示すコイル収容器の断面図。
【図１１】（ａ）は本発明の実施の形態４における嵌合ピンの斜視図であり、（ｂ）は荷電粒子偏向電磁石の断面図。
【図１２】図１１（ｂ）に示す超電導コイルの断面図。
【図１３】図１１（ｂ）に示すコイル収容器の断面図。
【図１４】本発明の実施の形態５における超電導コイルの一部斜視図。
【図１５】（ａ）は本発明の実施の形態５における挿填ピンの斜視図であり、（ｂ）は荷電粒子偏向電磁石の断面図。
【図１６】本発明の実施の形態６における嵌合ピン４３の斜視図。
【図１７】本発明の実施の形態７における荷電粒子偏向電磁石の平面図。
【図１８】従来例に開示された荷電粒子偏向装置の概念的な平面図。
【図１９】図１８のX1X −X1X 線に沿った断面図。
【図２０】図１９における荷電粒子偏向電磁石の平面図。
【図２１】図２０のXXI −XXI 線に沿った断面図。
【図２２】従来における超電導コイルの製作過程を説明する説明図。
【符号の説明】
１超電導コイル、１１超電導線、１２コイルリード、２巻芯、
３コイル収容器、４相対変位防止装置、４１突起、４２嵌合孔、
４３嵌合ピン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle deflection electromagnet, and more particularly to a charged particle deflection electromagnet using a superconducting coil.
[0002]
FIG. 18 is an explanatory diagram for conceptually explaining the mechanism of the charged particle deflecting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-30298. The charged particle deflecting device has an arcuate shape installed opposite to each other. A charged particle deflecting magnet 10 having a pair of charged particle deflecting electromagnets 10 to be presented, and charged particles introduced between the charged particle deflecting electromagnets 10 via an incident part (not shown) and an accelerating part (not shown) are charged with these charges. It is deflected by the particle deflecting electromagnet 10 and moves on an elliptical trajectory 101 as shown.
[0003]
The structure of the charged particle deflecting electromagnet 10 will be described in more detail. FIG. 19 is a sectional view of a part of the charged particle deflecting device, corresponding to the sectional view taken along line X1X-X1X in FIG. 19 is a plan view of the charged particle deflection electromagnet 10 used in FIG. 19, FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line XXI-XXI in FIG. 20, and FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the process of manufacturing a superconducting coil. is there.
[0004]
19 to 22, 10 is a charged particle deflection electromagnet, 1 is a superconducting coil, 11 is a superconducting wire, 2 is a core of the superconducting wire 11, 3 is a coil container that accommodates the superconducting coil 1, and 12 is a coil lead. is there. The charged particle deflection electromagnet 10 is formed by winding a superconducting wire 11 on an arcuate core 2 and is accommodated in the coil container 3 without play. Both ends of the winding of the superconducting wire 11, that is, the coil lead 12, penetrates the side wall of the coil container 3 and is drawn out of the coil container 3 while being fixed to the side wall.
[0005]
In FIG. 19, 14 is a connecting piece, 15 is a support rod, 16 is a vacuum chamber, 17 is a magnetic shield, 18 is a beam duct, and two of the charged particle deflection electromagnets 10 are arranged above and below to form a connecting piece. 14, and mechanically connected to the inner wall of the vacuum chamber 16 by a support bar 15. The entire vacuum chamber 16 is magnetically shielded from the outside by a magnetic shield 17.
[0006]
In the above configuration, a magnetic field having a high magnetic flux density of several Tesla is obtained by cooling the superconducting coil 1 to, for example, a cryogenic temperature of −268 ° C., reaching the superconducting phase, and flowing a current. It is deflected so as to move on an elliptical track 101 shown in FIG.
[0007]
As the superconducting wire 11, for example, an NbTi wire or Nb ₃ Sn wire using copper as a stabilizing material is used, and this type of superconducting wire has a slight strain, for example, about 2% or more for NbTi wire, Nb ₃ In the Sn line, if a strain of about 0.3% or more occurs, the amount of current that can flow is reduced. On the other hand, it is necessary to cool the superconducting coil 1 to the cryogenic temperature as described above in order to reach the superconducting phase. By the way, when the core 2 and the coil container 3 are formed of materials having different heat shrinkage rates, for example, in order to always leave a part of the initial surface pressure in the superconducting coil 1 after cooling or during current application. When the core 2 having a smaller heat shrinkage than the coil container 3 is used, a deviation occurs between the contact surfaces due to the difference in the heat shrinkage based on the cooling to the cryogenic temperature, and this deviation causes the coil accommodation. There is a problem that large strain is generated in the coil lead 12 of the superconducting wire 11 fixed to the vessel 3 and the amount of current that can flow is reduced, that is, the superconducting characteristic of the superconducting coil 1 is greatly reduced.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, the present invention provides a charged particle deflecting electromagnet that does not cause large distortion in the coil lead of the superconducting wire even if the core and the coil container are made of materials having different thermal shrinkage rates. The task is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The charged particle deflecting electromagnet according to the present invention includes (1) a superconducting coil formed by winding a superconducting wire around a winding core, and a coil containing the superconducting coil and made of a material having a thermal contraction rate different from that of the winding core. And a relative displacement prevention device for preventing relative displacement between the coil container and the winding core based on a difference in thermal contraction rate during cooling of the superconducting coil.
(2) In the above (1), the relative displacement prevention device includes a fitting hole provided in the winding core and / or the coil container, and a fitting hole provided in the coil container and / or the winding core. It is comprised from the protrusion fitted by.
(3) In the above (2), the protrusion is cylindrical, and the fitting hole is circular.
(4) In the above (1), the relative displacement prevention device is composed of a fitting hole penetrating the coil container and the core, and a fitting pin fitted in the fitting hole.
(5) In the above (1), the relative displacement prevention device includes a fitting hole formed so as to penetrate the coil container and reach the inside of the core, and a fitting pin fitted to the fitting hole; It is composed of.
(6) In said (4) or (5), a fitting pin has a structure which combined the taper piece which has a taper in the longitudinal direction.
(7) In the above (4) or (5), the fitting pin has a cylindrical shape and is formed of a material having a thermal contraction rate smaller than that of the coil container forming material.
(8) In the above (4) or (5), the fitting pin has a cylindrical shape and is formed of a material having high mechanical strength.
(9) In the above (1), the relative displacement prevention device is provided in the circular fitting hole provided in the winding core and / or the coil container, the fitting provided in the coil container and / or the winding core. A rectangular parallelepiped protrusion fitted into the hole and an insertion pin inserted into a gap between the fitting hole and the protrusion.
(10) In the above (1), the core and the coil container have an arc shape, and a plurality of the relative displacement prevention devices are scattered along the arc shape.
(11) In the above (10), a plurality of relative displacement prevention devices are provided in the width direction orthogonal to the arc-shaped center line.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following embodiments, the same parts as those in FIGS. 18 to 22 are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
[0011]
Embodiment 1 FIG.
1 to 4 illustrate a first embodiment of a charged particle deflection electromagnet according to the present invention. FIG. 1 is a plan view of a charged particle deflecting electromagnet, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of this superconducting coil in which only the superconducting coil is taken out from FIG. FIG. 4 is a sectional view of this coil container in which only the coil container is taken out from FIG.
[0012]
1-4, 10 is a charged particle deflection electromagnet device, 1 is a superconducting coil, 12 is a coil lead, 2 is a core of the superconducting coil 1, 3 is a coil container for accommodating the superconducting coil 1, and 4 is a relative displacement. Prevention device. The superconducting coil 1 is formed by winding a superconducting wire on a winding core 2 and is accommodated in the coil container 3 without play. The coil leads 12 at both ends of the winding of the superconducting wire pass through the side wall of the coil container 3, and the penetration portion is fixed to the side wall and led out of the coil container 3. The superconducting coil 1, the winding core 2, and the coil container 3 have an arc shape, and the charged particle deflection electromagnet 10 also has an arc shape as shown in FIG.
[0013]
As described above, the relative displacement prevention device 4 serves to prevent relative displacement between the coil container 3 and the winding core 2 based on the difference in thermal contraction rate when the superconducting coil 1 is cooled. The charged particle deflecting electromagnets 10 are provided in a dotted state along the arc shape. This relative displacement prevention device 4 is provided on both surfaces of the fitting hole 42 (see FIG. 4) provided through the upper and lower walls of the coil container 3 and the winding core 2 and fits in the fitting hole 42 without play. It is comprised from the protrusion 41 (refer FIG. 3) to match.
[0014]
The protrusion 41 has a cylindrical shape, and is formed integrally with each one of the cores 2 on both sides of the center of the core 2 in the width direction in FIG. 3 (same as the direction of the II-II line in FIG. 1). In addition, a total of 10 sets of 10 sets are provided in the longitudinal direction of the core 2, in other words, in the direction of drawing the arc of the charged particle deflection electromagnet 10 and on both surfaces of the core 2. The five sets of protrusions 41 are arranged at substantially equal intervals. On the other hand, the coil container 3 is composed of a bottomed coil housing part 32 and a lid part 31, each having five fitting holes 42 in which the projections 41 are fitted to the coil housing part 32 and the lid part 31 without play. The protrusion 41 is inserted and fitted in each of the fitting holes 42.
[0015]
When manufacturing the charged particle deflection electromagnet 10, first, the superconducting coil 1 is accommodated in the coil accommodating portion 32 in a state where the coil lead 12 penetrates the side wall of the coil accommodating portion 32 and leads out to the outside, and each protrusion 41 corresponds. Each of the fitting holes 42 is inserted and fitted, and the lid portion 31 is welded to the coil housing portion 32. Thus, the charged particle deflection electromagnet 10 having the cross-sectional structure of FIG. 2 is manufactured.
[0016]
When the core 2 and the coil container 3 are formed of different materials, the charged particle deflection electromagnet 10 having the above structure has a thermal contraction rate when cooled to an extremely low temperature of −268 ° C., for example. Due to the difference, the core 2 and the coil container 3 try to thermally contract with different sizes, but the relative displacement between the two is prevented by the presence of the five sets of relative displacement prevention devices 4, and therefore the coil of the superconducting coil 1. The deformation of the lead 12 is also prevented. The core 2 and the coil container 3 both increase in internal stress immediately after the cryogenic cooling due to the difference in thermal shrinkage and the function of preventing relative displacement by the relative displacement prevention device 4. Gradually decreases with time due to the stress relaxation phenomenon of each constituent material.
[0017]
Embodiment 2. FIG.
5 to 7 illustrate a second embodiment of the charged particle deflection electromagnet according to the present invention. 5 is a cross-sectional view of the charged particle deflection electromagnet 10, FIG. 6 is a cross-sectional view of this superconducting coil taken out from FIG. 5, and FIG. 7 is a view showing only the coil container taken out from FIG. It is sectional drawing of a coil container. In the second embodiment, conversely to the first embodiment, a cylindrical projection 41 is formed on each of the bottomed coil housing portion 32 and the lid portion 31 of the coil container 3, and penetrates the core 2. A fitting hole 42 is formed. As shown in FIG. 1, five fitting holes 42 and protrusions 41 are provided at substantially equal intervals in the direction of drawing the arc of the charged particle deflection electromagnet 10.
[0018]
Embodiment 3 FIG.
8 to 10 illustrate a third embodiment of the charged particle deflection electromagnet according to the present invention. 8B is a cross-sectional view of the charged particle deflection electromagnet 10, FIG. 8A is a perspective view of a fitting pin used in FIG. 8B, and FIG. 10) is a cross-sectional view of the superconducting coil in which only the superconducting coil is taken out from FIG. 10, and FIG. 10 is a cross-sectional view of this coil container in which only the coil housing is taken out from FIG. In the third embodiment, the fitting hole 42 penetrates the coil container 3 and the core 2, and the relative displacement prevention device 4 has a cylindrical fitting pin 43 that is free of play in the fitting hole 42. It has a structure that fits together. As in FIG. 1, five of the relative displacement prevention devices 4 are provided at substantially equal intervals in the direction of drawing the arc of the charged particle deflection electromagnet 10. In the third embodiment, the relative displacement prevention device 4 is formed only by fitting the fitting pin 43 into each fitting hole 42 which is a through hole, so that the charged particle deflection electromagnet 10 can be easily assembled and wound. Since the core 2 has a through hole, the amount of forming material can be small.
[0019]
Embodiment 4 FIG.
11 to 13 illustrate a fourth embodiment of the charged particle deflection electromagnet according to the present invention. 11B is a cross-sectional view of the charged particle deflection electromagnet 10, FIG. 11A is a perspective view of a fitting pin used in FIG. 11B, and FIG. 12 is from FIG. FIG. 13 is a sectional view of the superconducting coil in which only the superconducting coil is taken out. FIG. 13 is a sectional view of the superconducting coil in which only the coil housing is taken out from FIG. In the fourth embodiment, the fitting holes 42 are formed on the upper and lower sides of the core 2 in the drawing so as to penetrate the coil container and reach the inside of the core 2. Each of the fitting holes 42 has a structure in which a cylindrical fitting pin 43 is fitted without play. As in FIG. 1, the five relative displacement prevention devices 4 are provided at substantially equal intervals in the direction of drawing the arc of the charged particle deflection electromagnet 10. The fitting pin 43 used in the fourth embodiment is shorter than that used in the third embodiment. Since the fitting hole 42 is also a bottomed hole and the pin insertion length is short, the fitting pin 43 is used. Can be easily fitted.
[0020]
Embodiment 5 FIG.
14 to 15 illustrate a fifth embodiment of the charged particle deflection electromagnet according to the present invention. 14 is a partial perspective view of the superconducting coil 1, FIG. 15 (b) is a partial perspective view of the charged particle deflection electromagnet 10, and FIG. 15 (a) is an insertion used in FIG. 15 (b). It is a perspective view of a filling pin. In the fifth embodiment, the projection 41 is a rectangular parallelepiped instead of the cylindrical one employed in the first and second embodiments, and the fitting hole 42 is the same as in the first and second embodiments. A similar circular shape is formed in the coil container 3. When the rectangular parallelepiped protrusion 41 is fitted into the circular fitting hole 42, four gaps are generated between the four surfaces of the rectangular parallelepiped and the inner wall of the fitting hole 42. The two insertion pins 411 made of a column having a cross-sectional shape in which both ends of the arc as shown in FIG. By inserting the two insertion pins 411, there is no play between the circular fitting hole 42 and the protrusion 41.
[0021]
In the first and second embodiments, in order to fit the cylindrical projection 41 into the circular fitting hole 42 without play, both are processed with high precision. For this reason, the projection 41 is fitted into the fitting hole 42. The work to combine may not be easy. On the other hand, the rectangular parallelepiped protrusion 41 can be easily fitted into the circular fitting hole 42, and the insertion pin 411 can be easily inserted into the gap formed between them. 10 has the effect of improving the production efficiency. If the surface where the projection 41 and the insertion pin 411 contact is processed into a taper shape, the insertion of the insertion pin 411 becomes easier, and the degree of insertion of the insertion pin 411 is deepened to increase play. Can be reduced.
[0022]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 16 is a perspective view of the fitting pin 43 used in the sixth embodiment of the charged particle deflecting electromagnet according to the present invention. The fitting pin 43 used in the third to fourth embodiments is shown in FIG. Used instead. The fitting pin 43 of FIG. 16 has a structure that exhibits a cylinder when the tapered piece 431 and the tapered piece 432 having a taper in the longitudinal direction are combined. In order to fit the circular fitting holes 43 without play to the cylindrical fitting pins 43 used in the third to fourth embodiments, both are machined with high precision. The operation of fitting the pin 43 into the fitting hole 42 may not be easy. On the other hand, when the fitting pin 43 of FIG. 16 is used, the taper piece 431 is first attached to the circular fitting hole 42 (see FIGS. 8 and 11, etc.), and then the remaining taper piece 432 is tapered. When the surfaces are mounted so as to slide with each other, the fitting holes 42 can be easily fitted. In addition, the degree of mounting of the taper piece 432 can be deepened to greatly reduce play.
[0023]
In the first to sixth embodiments, the relative displacement prevention device includes five sets (implemented) in the direction of drawing the arc of the charged particle deflection electromagnet 10 and on both surfaces of the charged particle deflection electromagnet 10 as shown in FIG. In the case of Embodiments 1, 2, 4, and 5) or 5 (in the case of Embodiment 3, the “set” and “piece” that represent the number of relative displacement prevention devices 4 are collectively referred to as “pieces”. Are provided at substantially equal intervals, but the relative displacement prevention device used in the present invention has at least one relative displacement prevention device provided at the approximate center in the longitudinal direction of the arc so that the winding core and the coil container are provided. It has the effect of reducing the relative displacement amount to a high degree. As the number of the relative displacement preventing devices is increased along the longitudinal direction, the effect of preventing the relative displacement is increased, but the manufacturing cost of the charged particle deflecting electromagnet is increased. Therefore, the arc length is, for example, 0.5 to 5 m. If it is, it is preferable to provide about 2 to 10 relative displacement prevention devices, particularly about 3 to 7 at regular intervals. At that time, it is particularly preferable to provide one at the center of the arc and a plurality at the target positions on both sides. FIG. 1 is an example in which one is provided in the center and two are provided at target positions on both sides.
[0024]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 17 is a plan view of the charged particle deflection electromagnet 10 according to the seventh embodiment of the charged particle deflection electromagnet of the present invention. Embodiment 7 differs from Embodiments 1 to 6 in the width direction perpendicular to the arc-shaped center line of charged particle deflecting electromagnet 10 (same as the direction of line II-II in FIG. 1). The difference is that two relative displacement prevention devices 4 are provided. In the first to sixth embodiments, only one relative displacement prevention device is provided on the arc-shaped center line in the width direction, but in that case, when current flows through the superconducting coil, 3, an expanded electromagnetic force indicated by an arrow A is generated to push and spread the coil container 3 in the lateral direction. This force concentrates the tensile stress in the fitting hole 42. In contrast to this phenomenon, since the two relative displacement prevention devices 4 are provided in the width direction in the seventh embodiment, concentration of tensile stress is avoided and the effect of preventing the relative displacement in the width direction is large. Become.
[0025]
The relative displacement prevention devices in the other embodiments other than the fifth embodiment have a structure in which a cylindrical protrusion or a fitting pin is fitted in a circular fitting hole. The relative displacement prevention device has a cylindrical body, a rectangular parallelepiped, or other protrusions or fitting pins having various cross-sectional shapes that are the same as or different from the cross-sectional shape of the protrusions or fitting pins, and a winding core and a coil. It may be a fitting structure with a fitting hole having a shape that can substantially prevent relative displacement with the container. However, when the fitting pin is a cylindrical one made of a material having a thermal contraction rate smaller than that of the coil container forming material and is fitted in a circular fitting hole, the charged particle deflection electromagnet Even if there is some play between the fitting pin and the fitting hole at the time of manufacturing (room temperature), the hole diameter of the fitting hole is greatly shrunk when the superconducting coil is cooled to a very low temperature. Is small, and exhibits a good effect of preventing relative displacement. Further, since there is play when manufacturing the charged particle deflection electromagnet, it is easy to fit the fitting pin into the fitting hole, and the manufacturing efficiency of the charged particle deflection electromagnet is improved.
[0026]
On the other hand, when the superconducting coil is cooled to a very low temperature, a large external force is applied to the fitting pin. However, if the fitting pin is formed of a material having high mechanical strength that is excellent in terms of tensile strength, shear resistance, etc. A small-diameter fitting pin can be used, the hole diameter of the fitting hole can be reduced, and the effect of reducing the strength of the coil container due to the fitting hole can be reduced.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, the charged particle deflection electromagnet in the invention of (1) of the present invention is a superconducting coil formed by winding a superconducting wire around a winding core, and accommodates the superconducting coil and has a thermal contraction rate with the winding core. A coil container made of different materials, and a relative displacement prevention device for preventing relative displacement between the coil container and the winding core based on a difference in thermal contraction rate during cooling of the superconducting coil. Therefore, it is necessary to form the core and the coil container with materials having different heat shrinkage rates, for example, after cooling the superconducting coil or during current application, so that a part of the initial surface pressure always remains in the superconducting coil. It is possible to use a winding core whose thermal shrinkage is smaller than that of the coil container for the purpose of crimping, and when the superconducting coil is cooled to a cryogenic temperature of, for example, -268 ° C, the winding core and the coil container There is also an attempt to relatively displace, such relative displacement is prevented by the relative displacement preventing device, thus deformation of the coil leads of the superconducting coil can be prevented maintain an acceptable amount of energization coil lead highly. Therefore, the charged particle deflection electromagnet of the present invention can be suitably used for the charged particle deflection apparatus shown in FIGS. 18 to 19, for example, instead of the conventional charged particle deflection electromagnet shown in FIGS.
[0028]
Further, (2) the relative displacement prevention device is provided in the fitting hole provided in the winding core and / or the coil container, and is fitted in the fitting hole provided in the coil container and / or the winding core. If comprised from protrusion, the relative displacement of a winding core and a coil container will be prevented by fitting of the said protrusion to the said fitting hole.
[0029]
Further, (3) if the protrusion is cylindrical and the fitting hole is circular, industrial formation is easy and the variation in dimensions is small.
[0030]
Further, (4) the relative displacement prevention device comprises a fitting hole penetrating the coil container and the core, and a fitting pin fitted into the fitting hole. Since it is formed simply by fitting a fitting pin into each fitting hole, which is a through hole, the assembly of the charged particle deflection electromagnet is easy, and the winding core has a through hole, so that the amount of forming material can be reduced. is there.
[0031]
Further, (5) the relative displacement prevention device includes a fitting hole formed so as to pass through the coil container and reach the inside of the winding core, and a fitting pin fitted into the fitting hole. Since the fitting pin is a short object, and the fitting hole is a bottomed hole and the pin insertion length is short, the fitting pin can be easily fitted.
[0032]
(6) When the fitting pin has a structure in which taper pieces having a taper in the longitudinal direction thereof are combined, the taper piece is first attached to the fitting hole, and then the remaining taper pieces are slid against each other in the tapered surface. If it fits in, it can fit in a fitting hole very easily. Moreover, the play can be reduced to a high degree by increasing the fitting depth of the taper piece to be fitted later.
[0033]
(7) The fitting pin has a cylindrical shape and is made of a material having a thermal contraction rate smaller than that of the coil container. When the charged particle deflection electromagnet is manufactured at room temperature, the fitting pin is fitted. Even if there is some play between the pin and the fitting hole, when the superconducting coil is cooled to a very low temperature, the hole diameter of the fitting hole shrinks greatly, so that the play that was produced at the time is reduced and good relative displacement prevention is achieved. Demonstrate the effect. Further, since there is play when manufacturing the charged particle deflection electromagnet, it is easy to fit the fitting pin into the fitting hole, and the manufacturing efficiency of the charged particle deflection electromagnet is improved.
[0034]
(8) When the fitting pin is cylindrical and formed of a material having high mechanical strength, it can be used against a large external force applied to the fitting pin when the superconducting coil is cooled to a cryogenic temperature. A fitting pin having a smaller diameter can be used, the hole diameter of the fitting hole can be reduced, and the strength reduction of the coil container due to the provision of the fitting hole can be reduced.
[0035]
(9) The relative displacement prevention device is provided in a circular fitting hole provided in the winding core and / or the coil container, and is provided in the coil container and / or the winding core and is fitted in the fitting hole. A rectangular parallelepiped protrusion, and an insertion pin inserted into a gap between the fitting hole and the protrusion, the rectangular parallelepiped protrusion is fitted into a circular fitting hole. Since it is easy and it is also easy to insert the insertion pin into the gap generated between them, the manufacturing efficiency of the charged particle deflection electromagnet is improved.
[0036]
Further, (10) the winding core and the coil container have an arc shape, and when the plurality of relative displacement prevention devices are scattered along the arc shape, the effect of the relative displacement prevention by the relative displacement prevention device is increased. .
[0037]
Furthermore, (11) when a plurality of relative displacement prevention devices are provided in the width direction orthogonal to the arc-shaped center line, generally, when a current flows through the superconducting coil, an extended electromagnetic force is generated, and the coil container is moved in the lateral direction. Although a force to spread is generated, by providing a plurality of relative displacement prevention devices in the width direction orthogonal to the arc-shaped center line, the force can be dispersed and deformation or breakage of the coil container can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a charged particle deflection electromagnet in Embodiment 1 of the present invention.
2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
3 is a cross-sectional view of the superconducting coil shown in FIG.
4 is a sectional view of the coil container shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a charged particle deflection electromagnet in Embodiment 2 of the present invention.
6 is a cross-sectional view of the superconducting coil shown in FIG.
7 is a cross-sectional view of the coil container shown in FIG.
8A is a perspective view of a fitting pin in Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view of a charged particle deflection electromagnet.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the superconducting coil shown in FIG. 8 (b).
FIG. 10 is a cross-sectional view of the coil container shown in FIG. 8 (b).
FIG. 11A is a perspective view of a fitting pin in Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view of a charged particle deflection electromagnet.
12 is a cross-sectional view of the superconducting coil shown in FIG. 11 (b).
13 is a cross-sectional view of the coil container shown in FIG. 11 (b).
FIG. 14 is a partial perspective view of a superconducting coil according to a fifth embodiment of the present invention.
15A is a perspective view of an insertion pin in Embodiment 5 of the present invention, and FIG. 15B is a cross-sectional view of a charged particle deflection electromagnet.
FIG. 16 is a perspective view of a fitting pin 43 in a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view of a charged particle deflection electromagnet in Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 18 is a conceptual plan view of a charged particle deflection apparatus disclosed in a conventional example.
19 is a cross-sectional view taken along line X1X-X1X in FIG.
20 is a plan view of the charged particle deflection electromagnet in FIG.
FIG. 21 is a sectional view taken along line XXI-XXI in FIG.
FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining a conventional process of manufacturing a superconducting coil.
[Explanation of symbols]
1 superconducting coil, 11 superconducting wire, 12 coil lead, 2 core,
3 Coil container, 4 Relative displacement prevention device, 41 Projection, 42 Fitting hole,
43 Fitting pin.

Claims

A superconducting coil formed by winding a superconducting wire around a winding core, a coil container that contains the superconducting coil and is made of a material having a different thermal shrinkage rate from the winding core, and heat shrinkage during cooling of the superconducting coil A charged particle deflection electromagnet comprising a relative displacement prevention device for preventing relative displacement between the coil container and the winding core based on a rate difference.

The relative displacement prevention device includes a fitting hole provided in the winding core and / or the coil container, and a protrusion provided in the coil container and / or the winding core and fitted into the fitting hole. The charged particle deflection electromagnet according to claim 1, wherein:

The charged particle deflection electromagnet according to claim 2, wherein the protrusion has a cylindrical shape, and the fitting hole has a circular shape.

2. The charged particle deflection apparatus according to claim 1, wherein the relative displacement prevention device comprises a fitting hole penetrating the coil container and the core, and a fitting pin fitted into the fitting hole. electromagnet.

The relative displacement prevention device includes a fitting hole formed so as to penetrate the coil container and reach the inside of the winding core, and a fitting pin fitted into the fitting hole. The charged particle deflection electromagnet according to claim 1.

6. The charged particle deflection electromagnet according to claim 4, wherein the fitting pin has a structure in which tapered pieces having a taper in a longitudinal direction thereof are combined.

6. The charged particle deflecting electromagnet according to claim 4, wherein the fitting pin has a cylindrical shape and is made of a material having a smaller thermal contraction rate than a material for forming the coil container.

6. The charged particle deflecting electromagnet according to claim 4, wherein the fitting pin has a cylindrical shape and is made of a material having high mechanical strength.

The relative displacement prevention device includes a circular fitting hole provided in the winding core and / or the coil container, and a rectangular parallelepiped shape provided in the coil container and / or the winding core and fitted into the fitting hole. 2. The charged particle deflecting electromagnet according to claim 1, wherein the charged particle deflecting electromagnet includes a protrusion and an insertion pin inserted into a gap between the fitting hole and the protrusion.

The charged particle deflection electromagnet according to claim 1, wherein the winding core and the coil container have an arc shape, and a plurality of the relative displacement prevention devices are scattered along the arc shape.

The charged particle deflection electromagnet according to claim 10, wherein a plurality of relative displacement prevention devices are provided in a width direction orthogonal to the arc-shaped center line.