JP4279581B2

JP4279581B2 - Refrigerator cooled superconducting magnet device

Info

Publication number: JP4279581B2
Application number: JP2003083051A
Authority: JP
Inventors: 武尚鶴留
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP2004296495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍機冷却型超電導マグネット装置に係り、特に冷凍機により冷却されることにより内包する超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材を有した冷凍機冷却型超電導マグネット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１に示されるようなギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）を用いた冷凍機冷却型超電導マグネット装置（以下、超電導マグネット装置という）は、液体ヘリウムを使用することなく，磁界発生が可能である。そのため、超電導マグネット装置は、様々な研究・産業用途（単結晶引き上げ装置等）に使用されている。
【０００３】
また、近年、産業用途に使用される超電導マグネット装置は大型する傾向があり、これに伴い冷却する必要がある超電導コイルも大型化している。このため、この超電導コイルを冷却するのに必要なＧＭ冷凍機も１台では十分な冷却が行なえず、よって複数のＧＭ冷凍機を搭載した超電導マグネット装置が提供されている。
【０００４】
図１は、この種の従来の超電導マグネット装置１００を示している。この超電導磁石装置１００は、例えばシリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際に用いられるものである。
【０００５】
図１に示されるように、超電導磁石装置１００は、大略すると真空容器１１１，ＧＭ冷凍機１１２〜１１４，熱シールド部材１１６，超電導コイル１１８等により構成されている。熱シールド部材１１６は真空容器１１１に内設されており、この真空容器１１１には複数（図に示す例では３台）のＧＭ冷凍機１１２〜１１４が配設されている。
【０００６】
各ＧＭ冷凍機１１２〜１１４は、１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａ及び２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂを有した構成とされている。１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａは、熱シールド部材１１６に熱的に接続された構成とされている。また、２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂは、超電導コイル１１８が設けられた冷却ステージ１１５Ａ，１１５Ｂに熱的に接続された構成とされている。
【０００７】
この各ＧＭ冷凍機１１２〜１１４の冷却能力は、例えば１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａでは３１Ｗで４０Ｋを出す能力を持つよう、また２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂでは１．０Ｗで４．２Ｋを出す能力を持つよう設定されている。
【０００８】
上記構成により、１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａは熱シールド部材１１６を冷却するため、超電導コイル１８へ輻射熱が印加されるのを抑制することができる。また、２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂは冷却ステージ１１５Ａ，１１５Ｂを介して超電導コイル１１８に接続され、超電導コイル１１８を臨界温度以下に冷却する。これにより、超電導コイル１１８は超電導状態を実現する。
【０００９】
一方、真空容器１１１は、その中央に環状の空間を形成しており、この超電導コイル１１８はこの環状空間を囲繞するように配設されている。よって、超電導コイル１１８が励磁すると、真空容器１２１に形成された環状空間には磁場が発生し、よってこの環状空間は常温磁場空間１２３として機能する。
【００１０】
上記構成とされた超電導マグネット装置１００において、ＧＭ冷凍機の配設数を設定する際、従来では熱シールド部材１１６を所定の温度（以下、シールド板冷却温度という）まで冷却できると共に、超電導コイル１１８も所定の温度（以下、コイル冷却温度という）に冷却できる配設数としていた。
【００１１】
尚、このシールド板冷却温度及びコイル冷却温度は、超電導コイル１１８の臨界温度、超電導コイル１１８や熱シールド部材１１６に進入する熱進入量、熱シールド部材１１６及び超電導コイル１１８の重量等に基づき設定されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超電導マグネット装置１００では、複数配設される全てのＧＭ冷凍機１１２〜１１４が同一構成（１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａと２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂとを共に有する構成）とされていたため、超電導コイル１１８を冷却する２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂ部分の熱設計と、超電導コイル１１８を冷却する１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａ部分の熱設計を、いずれも良好となるよう適正に設計することができないという問題点があった。
【００１３】
具体的には、例えば超電導コイル１１８をコイル冷却温度まで３台のＧＭ冷凍機で冷却できる場合であっても、３台のＧＭ冷凍機では熱シールド部材１１６をシールド板冷却温度まで冷却できない場合には、ＧＭ冷凍機を４台配設することが行なわれていた。即ち、２段目冷却シリンダ部分では過剰な冷却能力であるにも拘わらず、１段目冷却シリンダ部分は冷却能力不足であるため、２段式のＧＭ冷凍機を追加することが行なわれていた。
【００１４】
よって、ＧＭ冷凍機の数が増大するため、超電導マグネット装置１００の製造コストが上昇してしまうという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ランニングコスト及び製造コストの低減を図った冷凍機冷却型超電導マグネット装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１記載の発明は、
超電導コイルと、
真空容器に配設されており、該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、冷却ステージを冷却することにより前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有するギフォード・マクマホンサイクル式の２段式冷凍機とを具備する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記真空容器の天板と前記熱シールド部材との間に配設された第１のスリーブと、前記熱シールド部材と前記冷却ステージとの間に配設された第２のスリーブ内に前記２段式冷凍機を配設し、
前記熱シールド部材と前記１段目冷却部との間に第１の熱伝導部材を配設すると共に、前記２段目冷却部と前記冷却ステージとを熱的に接続されない構成としたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記発明によれば、熱シールド部材と１段目冷却部との間に第１の熱伝導部材を着脱可能な構成としたことにより、この第１の熱伝導部材を装着することにより熱シールド部材は冷却される状態となり、逆に第１の熱伝導部材を装着してな場合には熱シールド部材は冷却されない状態となる。よって、第１の熱伝導部材を装着するか否かにより、熱シールド部材の冷却を調整することが可能となる。
【００２５】
また、請求項２記載の発明は、
超電導コイルと、
真空容器に配設されており、該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、冷却ステージを冷却することにより前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有するギフォード・マクマホンサイクル式の２段式冷凍機とを具備する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記真空容器の天板と前記熱シールド部材との間に配設された第１のスリーブと、前記熱シールド部材と前記冷却ステージとの間に配設された第２のスリーブ内に前記２段式冷凍機を配設し、
前記冷却ステージと前記２段目冷却部との間に第２の熱伝導部材を配設すると共に、前記１段目冷却部と前記熱シールド部材とを熱的に接続されない構成としたことを特徴とするものである。
【００２６】
上記発明によれば、超電導コイルと２段目冷却部との間に第２の熱伝導部材を着脱可能な構成としたことにより、この第２の熱伝導部材を装着することにより超電導コイルは冷却される状態となり、逆に第２の熱伝導部材を装着してな場合には超電導コイルは冷却されない状態となる。よって、第２の熱伝導部材を装着するか否かにより、超電導コイルの冷却を調整することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２８】
図２は、本発明の第１実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置１０Ａ（以下、超電導マグネット装置という）を示している。この超電導マグネット装置１０Ａは、例えばシリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際に用いられるものである。
【００２９】
超電導マグネット装置１０Ａは、大略すると真空容器１１，熱シールド部材１６，複数（本実施例では３台）のギフォード・マクマホン式冷凍機１２〜１４（以下、ＧＭ冷凍機という），及び超電導コイル１８等により構成されている。
【００３０】
熱シールド部材１６は真空容器１１に内設されており、この真空容器には３台のＧＭ冷凍機１２〜１４が配設されている。このＧＭ冷凍機１２〜１４は、後に詳述するように、熱シールド部材１６または／及び超電導コイル１８を冷却する。これにより、超電導コイル１８は超電導状態とされる。
【００３１】
真空容器１１は、その中央に環状の空間を形成している。そして超電導コイル１８は、この環状空間を囲繞するように配設されている。具体的には、超電導コイル１８は冷却ステージ１５Ａ，１５Ｂに固定されており、この冷却ステージ１５Ａ，１５Ｂは熱シールド部材１６と共に、荷重支持体２５，２６により真空容器１１に支持された構成とされている。よって、超電導コイル１８は、真空容器１１に支持された構成となっている。
【００３２】
また、超電導コイル１８は、冷却ステージ１５Ａと熱シールド部材１６との間に配設された超電導電流リード２１、及び熱シールド部材１６と真空容器１１との間に配設された銅電流リード２４を介して励磁用電源装置（図示せず）に接続されている。この励磁用電源装置は、常温磁場空間２３に発生する磁界が所定の強さとなるよう超電導コイル１８に供給する電流を制御する。
【００３３】
よって、超電導コイル１８が励磁すると、真空容器２１に形成された環状空間には磁場が発生し、よってこの環状空間は常温磁場空間２３として機能する。ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製造する装置は、この常温磁場空間２３内に配設され、超電導コイル１８が発生する磁場内でシリコン単結晶のインゴッドが製造される。
【００３４】
続いて、ＧＭ冷凍機１２〜１４について説明する。本実施例では、前記のように冷凍機１２〜１４としてギフォード・マクマホン式冷凍機を用いている。このギフォード・マクマホン式冷凍機は、冷媒の使用量が少なく構成が簡単であるため、ランニングコストを低減できると共に装置の小型化を図ることができる。
【００３５】
このＧＭ冷凍機１２〜１４は、冷凍機コンプレッサ（図示せず）に接続されている。この冷凍機コンプレッサは冷媒を圧縮する機能を奏するものであり、高圧に圧縮された冷媒（例えば、ヘリウムガス）はＧＭ冷凍機１２〜１４に向け供給される。
【００３６】
各ＧＭ冷凍機１２〜１４は、モータ１２Ｃ〜１４Ｃにより内設されたディスプレーサをシリンダ内で往復動させることにより、冷凍機コンプレッサから供給された高圧冷媒を膨張させる。これにより、ＧＭ冷凍機１２〜１４内に寒冷が発生し、熱シールド部材１６または／及び超電導コイル１８は冷却される。尚、膨張することにより低圧となった冷媒は、冷媒配管４３を介して冷凍機コンプレッサ４１に戻されて再び高圧化される。
【００３７】
ここで、各ＧＭ冷凍機１２〜１４の構成に注目する。前記のように本実施例では３台のＧＭ冷凍機１２〜１４が用いられているが、この内２台のＧＭ冷凍機１３，１４は、図３（Ｂ）に示すように１段目冷却シリンダ１３Ａ，１４Ａと２段目冷却シリンダ１３Ｂ，１４Ｂを有する２段式のＧＭ冷凍機（以下、２段式冷凍機という）である。これに対してＧＭ冷凍機１２は、図３（Ａ）に示すように、１段目冷却シリンダ１２Ａのみを有する１段式のＧＭ冷凍機（以下、１段式冷凍機という）とされている。
【００３８】
各ＧＭ冷凍機１２〜１４に設けられている１段目冷却シリンダ１２Ａ〜１４Ａは、熱シールド板１６に熱的に接続されている。よって、熱シールド部材１６は、この１段目冷却シリンダ１２Ａ〜１４Ａにより冷却される。これに対し、２段式ＧＭ冷凍機１３，１４に設けられている２段目冷却シリンダ１３Ｂ，１４Ｂは、冷却ステージ１５Ａ，１５Ｂを介して超電導コイル１８に熱的に接続されている。超電導コイル１８は、この２段目冷却シリンダ１３Ｂ，１４Ｂにより臨界温度以下に冷却され、これにより超電導状態を実現する。
【００３９】
上記のように、本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ａは、冷却処理を行なうのに１段式冷凍機１２と、２段式冷凍機１３，１４との２種類の冷凍機を設けた構成としている。このように、超電導マグネット装置１０Ａに熱シールド部材１６のみを冷却処理する１段式ＧＭ冷凍機１２と、熱シールド部材１６及び超電導コイル１８を共に冷却する２段式冷凍機１３，１４との２種類を設けることにより、熱シールド部材１６に対する冷却と、超電導コイル１８に対する冷却を分離して設計することが可能となる。
【００４０】
これにより、熱シールド部材１６に対する冷却及び超電導コイル１８に対する冷却を共に最適な状態で行なうことができる。以下、具体例を挙げて説明する。
【００４１】
いま、仮に１段式ＧＭ冷凍機及び２段式ＧＭ冷凍機の冷却能力が下記のようであったとする。

但し、上記の記載において、「５４W＠４０Ｋ」の意味は、「５４Ｗ（ワット）で４０Ｋ（ケルビン）に冷却できる能力を有する」との意味である。
【００４２】
ここで、超電導マグネット装置において必要とする冷却能力量（以下、必要冷却能力量という）が、超電導コイル（２段目）においては４．０Ｋ−３．０Ｗで、熱シールド板（１段面）においては４０Ｋ−１４０Ｗであったとする。先ず、従来のように２段式ＧＭ冷凍機のみで超電導マグネット装置において必要冷却能力量を実現しようとした場合、何台の超電導マグネット装置が必要かを求める。
【００４３】
これは演算より求めることができ、２段目において４．０Ｋ−３．０Ｗを実現するには、３台の２段式ＧＭ冷凍機が必要となる。２段式ＧＭ冷凍機を３台用いた場合の冷却能力は下記の通りである。
・２段式ＧＭ冷凍機×３：
１段目冷却シリンダの全冷却能力：４０Ｋ−１２４Ｗ
２段目冷却シリンダの全冷却能力：４Ｋ−３．０Ｗ
これより、２段目冷却シリンダの全冷却能力は、上記した必要冷却能力量を満足しているが、１段目冷却シリンダの全冷却能力が必要冷却能力量を満足していないことが判る。よってこのような場合、従来では１段目冷却シリンダの全冷却能力が必要冷却能力量を満足するまで、２段式ＧＭ冷凍機の数を増やすことが行なわれていた（即ち、５台以上となる）。しかしながら、１段目冷却シリンダの全冷却能力が必要冷却能力量を満足した段階で、２段目冷却シリンダの全冷却能力は必要冷却能力を超過してしまうことは前述した通りである。
【００４４】
これに対して本実施例のように、１段式ＧＭ冷凍機と２段式冷凍機との２種類を設け、熱シールド部材１６に対する冷却と超電導コイル１８に対する冷却を分離して設計することを可能とすることにより、２段式冷凍機を３台設けると共に１段式ＧＭ冷凍機を１台設ける組み合わせが可能となる。この場合の冷却能力は、下記の通りである。
・２段式ＧＭ冷凍機×３＋１段式ＧＭ冷凍機×１：
１段目冷却シリンダの全冷却能力：４０Ｋ−１４７Ｗ
２段目冷却シリンダの全冷却能力：４Ｋ−３．０Ｗ
このように、本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ａによれば、熱シールド部材１６に対する冷却及び超電導コイル１８に対する冷却を共に無駄の無い最適な状態で行なうことができる。また、必要冷却能力量を実現するために要するＧＭ冷凍機の数を少なくすることができる。これにより、超電導マグネット装置１０Ａのランニングコスト及び製造コストを低減することができる。
【００４５】
続いて、本発明の第２実施例について説明する。
図４及び図５は、第２実施例である超電導マグネット装置１０Ｂを説明するための図である。尚、図４及び図５、また後述する第３実施例の説明で用いる図６及び図７において、第１実施例の説明に用いた図２に示した構成と同一構成については同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【００４６】
前記した第１実施例で用いた１段式ＧＭ冷凍機１２は、２段目冷却シリンダを全て取り除いた構成のものを使用した。これに対して本実施例で用いている１段式ＧＭ冷凍機３０は、２段目冷却シリンダの一部を取り除くことにより１段式ＧＭ冷凍機としたことを特徴としている。
【００４７】
図５は、本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｂに用いられている１段式ＧＭ冷凍機３０を示している。このＧＭ冷凍機３０は、外見は通常の２段式ＧＭ冷凍機１３，１４と同一の構成とされている。即ち、１段目冷却シリンダ３０Ａと共に２段目冷却シリンダ３０Ｂを有した構成とされている。
【００４８】
しかしながら、本実施例で用いているＧＭ冷凍機３０は、１段目冷却シリンダ３０Ａには１段目ディスプレーサ３１が設けられているが、２段目冷却シリンダ３０Ｂからは２段目ディスプレーサ３２（図中、仮想線で示す）が取り除かれた構成とされている。
【００４９】
この２段目ディスプレーサ３２は、２段式ＧＭ冷凍機として用いる場合には、連結部３３において１段目ディスプレーサ３１と接続される。本実施例では、この連結部３３による連結を解除することにより２段目ディスプレーサ３２を２段目冷却シリンダ３０Ｂから取り出し、かつ２段目冷却シリンダ３０Ｂを蓋部３４で閉蓋した構成としたものである。
【００５０】
本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｂによれば、別個に１段式冷凍機を設計し製造する場合に比べ、１段式ＧＭ冷凍機３０の製造コストを低減でき、よって超電導マグネット装置１０Ｂの装置コストの低減も図ることができる。また、部品の共通化を図ることも可能となり、これによっても装置コストの低減を図ることができる。
【００５１】
続いて、本発明の第３実施例について説明する。
図６及び図７は、第３実施例である超電導マグネット装置１０Ｃを説明するための図である。前記した第１及び第２実施例に係る超電導マグネット装置１０Ａ，１０Ｂでは、１段式ＧＭ冷凍機１２，３０は２段式ＧＭ冷凍機と異なる構成とされていた。これに対して本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｃは、１段式ＧＭ冷凍機として用いるＧＭ冷凍機４０自体は、２段式ＧＭ冷凍機をそのまま用いていることを特徴としている。
【００５２】
本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｃは、ＧＭ冷凍機４０の配設位置に第１のスリーブ３５及び第２のスリーブ３６を設けた構成とされている。第１のスリーブ３５は円筒形状を有した部材であり、天板１９と熱シールド部材１６との間に配設されている。また、第２のスリーブ３６も円筒形状を有した部材であり、熱シールド部材１６と冷却ステージ１５Ａとの間に配設されている。更に、第１のスリーブ３５と第２のスリーブ３６は連通した構成とされている。
【００５３】
図６に示されるように、ＧＭ冷凍機４０が超電導マグネット装置１０Ｃに装着された状態において、ＧＭ冷凍機４０の１段目冷却シリンダ４０Ａは第１のスリーブ３５内に位置し、２段目冷却シリンダ４０Ｂは第２のスリーブ３６内に位置するよう構成されている。また、第１のスリーブ３５の内部は真空容器１１内の真空環境に対して隔離されており、同様に第２のスリーブ３６の内部は熱シールド部材１６内の環境に対して隔離されている。
【００５４】
この構成とすることにより、真空容器１１内及び熱シールド部材１６内を真空環境にしたままで、ＧＭ冷凍機４０を超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱することが可能となる。よって、熱シールド部材１６内及び超電導コイル１８を冷却した状態を維持しつつ、ＧＭ冷凍機４０の交換を行なうことができる。（このようなＧＭ冷凍機のメンテナンスタイプを低温メンテナンスタイプという）。
【００５５】
上記構成された低温メンテナンスタイプの超電導マグネット装置１０Ｃでは、ＧＭ冷凍機４０を２段式ＧＭ冷凍機として用いる場合には、図７（Ａ）に示すように、第１のインジウムシート４５と第２のインジウムシート４６とを共に配設する。第１のインジウムシート４５は、１段目冷却シリンダ４０Ａの下端と熱シールド部材１６との間に介装される。
【００５６】
第１のインジウムシート４５は高い熱伝導性を有するため、この第１のインジウムシート４５は１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６とを熱的に接続する第１の熱伝導部材として機能する。この第１のインジウムシート４５は、超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱可能なものである。
【００５７】
また、第２のインジウムシート４６は、２段目冷却シリンダ４０Ｂの下端と冷却ステージ１５Ａとの間に介装される。第２のインジウムシート４６も第１のインジウムシート４５と同様に高い熱伝導性を有するため、第２のインジウムシート４６は２段目冷却シリンダ４０Ｂと冷却ステージ１５Ａとを熱的に接続する第２の熱伝導部材として機能する。この第２のインジウムシート４６も、超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱可能なものである。
【００５８】
本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｃは、図７（Ｂ）に拡大して示すように、第１のインジウムシート４５のみを配設し、第２のインジウムシート４６を配設しない構成したことを特徴とするものである。この構成とすることにより、１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６は第１のインジウムシート４５により熱的に接続されるため、熱シールド部材１６はＧＭ冷凍機４０により冷却される。
【００５９】
これに対し、第２のインジウムシート４６は配設されないため、２段目冷却シリンダ４０Ｂと冷却ステージ１５Ａは熱的に接続されない状態となる。よって、冷却ステージ１５Ａ及びこれに熱的に接続した超電導コイル１８は、ＧＭ冷凍機４０により冷却されない状態となる。よって、ＧＭ冷凍機４０は、実質的に１段式ＧＭ冷凍機と等価の機能を奏する冷凍機となる。
【００６０】
一方、上記したように第１及び第２のインジウムシート４５，４６は、超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱可能であるため、図７（Ｃ）に示すように、第２のインジウムシート４６のみを配設し、第１のインジウムシート４５を配設しない構成とすることも可能である。この構成の場合、１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６との間には、熱抵抗の高い材質よりなるスペーサ４７が配設されている。
【００６１】
この構成とすることにより、２段目冷却シリンダ４０Ｂと冷却ステージ１５Ａ（超電導コイル１８）は第２のインジウムシート４６により熱的に接続されるため、超電導コイル１８はＧＭ冷凍機４０により冷却される。これに対し、第１のインジウムシート４５は配設されないため１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６は熱的に接続されず、よって熱シールド部材１６は冷却されないない状態となる。
【００６２】
上記したように、第１及び第２のインジウムシート４５，４６を第１及び第２のスリーブ３５，３６内に装着するか否かにより、超電導コイル１８の冷却状態を調整することが可能となる。この際、第１及び第２のインジウムシート４５，４６の着脱は自在であるため、超電導マグネット装置１０Ｃの製造完成後においても、超電導コイル１８の冷却状態を調整することが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００６７】
請求項１及び請求項２記載の発明によれば、第１または第２の熱伝導部材を装着するか否かにより、熱シールド部材の冷却を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置に設けられるＧＭ冷凍機を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第２実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図５】本発明の第２実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置に設けられるＧＭ冷凍機を拡大して示す図である。
【図６】本発明の第３実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図７】本発明の第３実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置に設けられるＧＭ冷凍機を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｃ超電導マグネット装置
１１真空容器
１２，３０，４０１段式ＧＭ冷凍機
１３，１４２段式ＧＭ冷凍機
１２Ａ〜１４Ａ，３０Ａ，４０Ａ１段目冷却シリンダ
１３Ｂ，１４Ｂ，３０Ｂ，４０Ｂ２段目冷却シリンダ
１２Ｃ〜１４Ｃ，３０Ｃ，４０Ｃモータ
１５Ａ，１５Ｂ冷却ステージ
１６熱シールド部材
１８超電導コイル
２１超電導電流リード
２２中空円筒
３３常温強磁場空間
３１１段目ディスプレーサ
３２２段目ディスプレーサ
３３連結部
３４蓋部
３５第１のスリーブ
３６第２のスリーブ
４５第１のインジウムシート
４６第２のインジウムシート
４７スペーサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a refrigerator-cooled superconducting magnet device, and more particularly to a refrigerator-cooled superconducting magnet device having a heat shield member that heat-shields a superconducting coil contained by being cooled by a refrigerator.
[0002]
[Prior art]
For example, a refrigerator-cooled superconducting magnet device (hereinafter referred to as a superconducting magnet device) using a Gifford-McMahon refrigerator (hereinafter referred to as a GM refrigerator) as disclosed in Patent Document 1 uses liquid helium. It is possible to generate a magnetic field. Therefore, superconducting magnet devices are used for various research and industrial applications (single crystal pulling devices, etc.).
[0003]
In recent years, superconducting magnet devices used for industrial applications tend to be large, and accordingly superconducting coils that need to be cooled are also becoming large. For this reason, one GM refrigerator necessary for cooling the superconducting coil cannot be sufficiently cooled, and a superconducting magnet device equipped with a plurality of GM refrigerators is provided.
[0004]
FIG. 1 shows a conventional superconducting magnet device 100 of this type. The superconducting magnet device 100 is used, for example, when a silicon single crystal is grown using a magnetic field application type Czochralski method (MCZ method).
[0005]
As shown in FIG. 1, the superconducting magnet device 100 is roughly composed of a vacuum vessel 111 , a GM refrigerator 112 to 114, a heat shield member 116, a superconducting coil 118, and the like. The heat shield member 116 is installed in the vacuum vessel 111, and a plurality of (three in the example shown in the figure) GM refrigerators 112 to 114 are arranged in the vacuum vessel 111.
[0006]
Each of the GM refrigerators 112 to 114 has a first-stage cooling cylinder 112A to 114A and a second-stage cooling cylinder 112B to 114B. The first-stage cooling cylinders 112 A to 114 A are configured to be thermally connected to the heat shield member 116. The second-stage cooling cylinders 112B to 114B are configured to be thermally connected to the

cooling stages

115A and 115B provided with the superconducting coil 118.
[0007]
The cooling capacity of each of the GM refrigerators 112 to 114 is, for example, such that the first stage cooling cylinders 112A to 114A have an ability to output 40K at 31W, and the second stage cooling cylinders 112B to 114B are 4.2K at 1.0W. It is set to have the ability to issue.
[0008]
With the above configuration, the first-stage cooling cylinders 112 A to 114 A cool the heat shield member 116, so that it is possible to suppress radiant heat from being applied to the superconducting coil 18. The second-stage cooling cylinders 112B to 114B are connected to the superconducting coil 118 via the

cooling stages

115A and 115B, and cool the superconducting coil 118 below the critical temperature. Thereby, the superconducting coil 118 realizes a superconducting state.
[0009]
On the other hand, the vacuum vessel 111 forms an annular space in the center thereof, and the superconducting coil 118 is disposed so as to surround the annular space. Therefore, when the superconducting coil 118 is excited, a magnetic field is generated in the annular space formed in the vacuum vessel 121, and thus the annular space functions as a room temperature magnetic field space 123.
[0010]
In the superconducting magnet device 100 configured as described above, when setting the number of GM refrigerators to be installed, the heat shield member 116 can be conventionally cooled to a predetermined temperature (hereinafter referred to as a shield plate cooling temperature), and the superconducting coil 118 is used. Also, the number of arrangements that can be cooled to a predetermined temperature (hereinafter referred to as coil cooling temperature).
[0011]
The shield plate cooling temperature and coil cooling temperature are set based on the critical temperature of the superconducting coil 118, the amount of heat entering the superconducting coil 118 and the heat shield member 116, the weight of the heat shield member 116 and the superconducting coil 118, and the like. It was.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional superconducting magnet device 100, all of the GM refrigerators 112 to 114 arranged in a plurality have the same configuration (configuration including both the first-stage cooling cylinders 112A to 114A and the second-stage cooling cylinders 112B to 114B). Therefore, the thermal design of the second-stage cooling cylinders 112B to 114B for cooling the superconducting coil 118 and the thermal design of the first-stage cooling cylinders 112A to 114A for cooling the superconducting coil 118 are all good. There was a problem that it was not possible to design properly.
[0013]
Specifically, for example, even when the superconducting coil 118 can be cooled to the coil cooling temperature with three GM refrigerators, the heat shield member 116 cannot be cooled to the shield plate cooling temperature with three GM refrigerators. Has been provided with four GM refrigerators. That is, although the cooling capacity of the second stage cooling cylinder is excessive, the cooling capacity of the first stage cooling cylinder is insufficient, so that a two-stage GM refrigerator has been added. .
[0014]
Therefore, since the number of GM refrigerators increases, there existed a problem that the manufacturing cost of the superconducting magnet apparatus 100 would rise.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a refrigerator-cooled superconducting magnet device that reduces running costs and manufacturing costs.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.
[0023]
The invention described in claim 1
A superconducting coil;
A heat shield member disposed in a vacuum vessel, enclosing the superconducting coil, and heat-shielding the superconducting coil to the outside;
A Gifford-McMahon cycle type two-stage refrigerator having a first-stage cooling section for cooling the heat shield member and a second-stage cooling section for cooling the superconducting coil by cooling the cooling stage. In refrigerator-cooled superconducting magnet device,
A first sleeve disposed between the top plate of the vacuum vessel and the heat shield member, and the second stage disposed in a second sleeve disposed between the heat shield member and the cooling stage. Type refrigerator,
The first heat conducting member is disposed between the heat shield member and the first stage cooling unit, and the second stage cooling unit and the cooling stage are not thermally connected. It is what.
[0024]
According to the above invention, since the first heat conducting member is detachable between the heat shield member and the first stage cooling section, the heat shield member can be mounted by mounting the first heat conducting member. Is in a cooled state. Conversely, if the first heat conducting member is not attached, the heat shield member is not cooled. Therefore, it is possible to adjust the cooling of the heat shield member depending on whether or not the first heat conducting member is attached.
[0025]
The invention according to claim 2
A superconducting coil;
A heat shield member disposed in a vacuum vessel, enclosing the superconducting coil, and heat-shielding the superconducting coil to the outside;
A Gifford-McMahon cycle type two-stage refrigerator having a first-stage cooling section for cooling the heat shield member and a second-stage cooling section for cooling the superconducting coil by cooling the cooling stage. In refrigerator-cooled superconducting magnet device,
A first sleeve disposed between the top plate of the vacuum vessel and the heat shield member, and the second stage disposed in a second sleeve disposed between the heat shield member and the cooling stage. Type refrigerator,
The second heat conducting member is disposed between the cooling stage and the second stage cooling unit, and the first stage cooling unit and the heat shield member are not thermally connected. It is what.
[0026]
According to the above invention, since the second heat conducting member is detachable between the superconducting coil and the second-stage cooling unit, the superconducting coil is cooled by mounting the second heat conducting member. On the contrary, when the second heat conducting member is not mounted, the superconducting coil is not cooled. Therefore, it is possible to adjust the cooling of the superconducting coil depending on whether or not the second heat conducting member is attached.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 2 shows a refrigerator-cooled superconducting magnet device 10A (hereinafter referred to as a superconducting magnet device) that is a first embodiment of the present invention. The superconducting magnet device 10A is used, for example, when a silicon single crystal is grown using a magnetic field application type Czochralski method (MCZ method).
[0029]
The superconducting magnet device 10A is roughly composed of a vacuum vessel 11, a heat shield member 16, a plurality (three in this embodiment) of Gifford-McMahon refrigerators 12 to 14 (hereinafter referred to as GM refrigerators), a superconducting coil 18, and the like. It is comprised by.
[0030]
The heat shield member 16 is installed in the vacuum container 11, and three GM refrigerators 12 to 14 are disposed in the vacuum container. The GM refrigerators 12 to 14 cool the heat shield member 16 and / or the superconducting coil 18 as will be described in detail later. Thereby, the superconducting coil 18 is brought into a superconducting state.
[0031]
The vacuum vessel 11 forms an annular space at the center thereof. The superconducting coil 18 is disposed so as to surround this annular space. Specifically, the superconducting coil 18 is fixed to the cooling stages 15A and 15B, and the cooling stages 15A and 15B are supported by the vacuum vessel 11 by load supports 25 and 26 together with the heat shield member 16. ing. Therefore, the superconducting coil 18 is supported by the vacuum vessel 11.
[0032]
Further, the superconducting coil 18 includes a superconducting current lead 21 disposed between the cooling stage 15A and the heat shield member 16, and a copper current lead 24 disposed between the heat shield member 16 and the vacuum vessel 11. Via an excitation power supply (not shown). This excitation power supply device controls the current supplied to the superconducting coil 18 so that the magnetic field generated in the room temperature magnetic field space 23 has a predetermined strength.
[0033]
Therefore, when the superconducting coil 18 is excited, a magnetic field is generated in the annular space formed in the vacuum vessel 21, and thus the annular space functions as a room temperature magnetic field space 23. An apparatus for manufacturing a silicon single crystal by the MCZ method is disposed in the room temperature magnetic field space 23, and an ingot of the silicon single crystal is manufactured in a magnetic field generated by the superconducting coil 18.
[0034]
Subsequently, the GM refrigerators 12 to 14 will be described. In this embodiment, the Gifford McMahon refrigerator is used as the refrigerators 12 to 14 as described above. Since this Gifford-McMahon type refrigerator uses a small amount of refrigerant and has a simple configuration, the running cost can be reduced and the apparatus can be downsized.
[0035]
The GM refrigerators 12 to 14 are connected to a refrigerator compressor (not shown). This refrigerator compressor has a function of compressing a refrigerant, and a refrigerant (for example, helium gas) compressed to a high pressure is supplied to the GM refrigerators 12 to 14.
[0036]
Each GM refrigerator 12-14 expands the high-pressure refrigerant | coolant supplied from the refrigerator compressor by reciprocatingly moving the displacer provided in the motor 12C-14C within a cylinder. As a result, cold is generated in the GM refrigerators 12 to 14, and the heat shield member 16 and / or the superconducting coil 18 are cooled. In addition, the refrigerant | coolant which became low pressure by expanding is returned to the refrigerator compressor 41 via the refrigerant | coolant piping 43, and is high-pressure again.
[0037]
Here, attention is paid to the configuration of each of the GM refrigerators 12 to 14. As described above, in this embodiment, three GM refrigerators 12 to 14 are used, but two of these

GM refrigerators

13 and 14 are cooled in the first stage as shown in FIG. This is a two-stage GM refrigerator (hereinafter referred to as a two-stage refrigerator) having

cylinders

13A and 14A and second-

stage cooling cylinders

13B and 14B. On the other hand, as shown in FIG. 3A, the GM refrigerator 12 is a one-stage GM refrigerator (hereinafter referred to as a first-stage refrigerator) having only the first-stage cooling cylinder 12A. .
[0038]
First-stage cooling cylinders 12 A to 14 A provided in the GM refrigerators 12 to 14 are thermally connected to the heat shield plate 16. Therefore, the heat shield member 16 is cooled by the first-stage cooling cylinders 12A to 14A. In contrast, the second-

stage cooling cylinders

13B and 14B provided in the two-

stage GM refrigerators

13 and 14 are thermally connected to the superconducting coil 18 via the cooling stages 15A and 15B. The superconducting coil 18 is cooled below the critical temperature by the second

stage cooling cylinders

13B, 14B, thereby realizing a superconducting state.
[0039]
As described above, the superconducting magnet device 10A according to the present embodiment has a configuration in which two types of refrigerators, that is, the first-stage refrigerator 12 and the two-

stage refrigerators

13 and 14, are provided for the cooling process. Yes. As described above, the superconducting magnet apparatus 10A includes a one-stage GM refrigerator 12 that cools only the heat shield member 16 and two-

stage refrigerators

13 and 14 that cool the heat shield member 16 and the superconducting coil 18 together. By providing the types, the cooling for the heat shield member 16 and the cooling for the superconducting coil 18 can be designed separately.
[0040]
Thereby, both the cooling with respect to the heat shield member 16 and the cooling with respect to the superconducting coil 18 can be performed in an optimal state. Hereinafter, a specific example will be described.
[0041]
Now, suppose that the cooling capacity of the 1-stage GM refrigerator and the 2-stage GM refrigerator is as follows.

However, in the above description, the meaning of “54W @ 40K” means “having the ability to cool to 40K (Kelvin) at 54W (Watt)”.
[0042]
Here, the cooling capacity required for the superconducting magnet device (hereinafter referred to as the required cooling capacity) is 4.0 K-3.0 W in the superconducting coil (second stage), and the heat shield plate (first stage surface). Suppose that it was 40K-140W. First, when it is attempted to realize the required cooling capacity amount in the superconducting magnet device using only the two-stage GM refrigerator as in the prior art, how many superconducting magnet devices are required.
[0043]
This can be obtained by calculation, and three two-stage GM refrigerators are required to realize 4.0 K-3.0 W in the second stage. The cooling capacity when three two-stage GM refrigerators are used is as follows.
・ Two-stage GM refrigerator × 3:
Total cooling capacity of first stage cooling cylinder: 40K-124W
Total cooling capacity of the second stage cooling cylinder: 4K-3.0W
From this, it can be seen that the total cooling capacity of the second-stage cooling cylinder satisfies the above-described required cooling capacity amount, but the total cooling capacity of the first-stage cooling cylinder does not satisfy the required cooling capacity amount. Therefore, in such a case, conventionally, the number of two-stage GM refrigerators has been increased until the total cooling capacity of the first-stage cooling cylinder satisfies the required cooling capacity (that is, five or more). Become). However, as described above, the total cooling capacity of the second-stage cooling cylinder exceeds the required cooling capacity when the total cooling capacity of the first-stage cooling cylinder satisfies the required cooling capacity amount.
[0044]
On the other hand, as in this embodiment, two types of a single-stage GM refrigerator and a two-stage refrigerator are provided, and cooling for the heat shield member 16 and cooling for the superconducting coil 18 are designed separately. By making it possible, a combination of providing three two-stage refrigerators and one one-stage GM refrigerator is possible. The cooling capacity in this case is as follows.
・ 2-stage GM refrigerator × 3 + 1-stage GM refrigerator × 1:
Total cooling capacity of first stage cooling cylinder: 40K-147W
Total cooling capacity of the second stage cooling cylinder: 4K-3.0W
Thus, according to the superconducting magnet device 10A according to the present embodiment, both the cooling of the heat shield member 16 and the cooling of the superconducting coil 18 can be performed in an optimum state without waste. Moreover, the number of GM refrigerators required in order to implement | achieve a required cooling capacity amount can be decreased. Thereby, the running cost and manufacturing cost of the superconducting magnet device 10A can be reduced.
[0045]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
4 and 5 are diagrams for explaining a superconducting magnet device 10B according to the second embodiment. In FIGS. 4 and 5, and FIGS. 6 and 7 used in the description of the third embodiment to be described later, the same components as those shown in FIG. 2 used in the description of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description thereof will be omitted.
[0046]
The one-stage GM refrigerator 12 used in the first embodiment described above has a configuration in which all the second-stage cooling cylinders are removed. On the other hand, the first-stage GM refrigerator 30 used in the present embodiment is characterized in that a one-stage GM refrigerator is obtained by removing a part of the second-stage cooling cylinder.
[0047]
FIG. 5 shows a one-stage GM refrigerator 30 used in the superconducting magnet apparatus 10B according to the present embodiment. The GM refrigerator 30 has the same configuration as the normal two-

stage GM refrigerators

13 and 14 in appearance. That is, the first-stage cooling cylinder 30A and the second-stage cooling cylinder 30B are included.
[0048]
However, in the GM refrigerator 30 used in the present embodiment, the first stage displacer 31 is provided in the first stage cooling cylinder 30A, but the second stage displacer 32 (see FIG. (Shown by phantom lines).
[0049]
The second stage displacer 32 is connected to the first stage displacer 31 at the connecting portion 33 when used as a two-stage GM refrigerator. In this embodiment, the second stage displacer 32 is taken out from the second stage cooling cylinder 30B by releasing the connection by the coupling part 33, and the second stage cooling cylinder 30B is closed by the lid part 34. It is.
[0050]
According to the superconducting magnet apparatus 10B according to the present embodiment, it is possible to reduce the manufacturing cost of the single-stage GM refrigerator 30 as compared with the case where the single-stage refrigerator is separately designed and manufactured, and thus the apparatus of the superconducting magnet apparatus 10B. Cost can also be reduced. In addition, it is possible to share parts, which can also reduce the apparatus cost.
[0051]
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described.
6 and 7 are diagrams for explaining a superconducting magnet device 10C according to the third embodiment. In the

superconducting magnet devices

10A and 10B according to the first and second embodiments described above, the first-

stage GM refrigerators

12 and 30 are configured differently from the two-stage GM refrigerator. On the other hand, the superconducting magnet apparatus 10C according to the present embodiment is characterized in that the GM refrigerator 40 itself used as the one-stage GM refrigerator uses the two-stage GM refrigerator as it is.
[0052]
The superconducting magnet device 10C according to the present embodiment is configured such that the first sleeve 35 and the second sleeve 36 are provided at the position where the GM refrigerator 40 is disposed. The first sleeve 35 is a member having a cylindrical shape, and is disposed between the top plate 19 and the heat shield member 16. The second sleeve 36 is also a member having a cylindrical shape, and is disposed between the heat shield member 16 and the cooling stage 15A. Further, the first sleeve 35 and the second sleeve 36 are configured to communicate with each other.
[0053]
As shown in FIG. 6, when the GM refrigerator 40 is mounted on the superconducting magnet device 10C, the first-stage cooling cylinder 40A of the GM refrigerator 40 is located in the first sleeve 35, and the second-stage cooling is performed. The cylinder 40B is configured to be located in the second sleeve 36. Further, the inside of the first sleeve 35 is isolated from the vacuum environment in the vacuum vessel 11, and similarly, the inside of the second sleeve 36 is isolated from the environment in the heat shield member 16.
[0054]
With this configuration, the GM refrigerator 40 can be attached to and detached from the superconducting magnet device 10C while the vacuum vessel 11 and the heat shield member 16 are kept in a vacuum environment. Therefore, the GM refrigerator 40 can be replaced while maintaining the state where the inside of the heat shield member 16 and the superconducting coil 18 are cooled. (The maintenance type of such a GM refrigerator is called a low temperature maintenance type).
[0055]
In the low-temperature maintenance type superconducting magnet apparatus 10C configured as described above, when the GM refrigerator 40 is used as a two-stage GM refrigerator, as shown in FIG. Together with the indium sheet 46. The first indium sheet 45 is interposed between the lower end of the first-stage cooling cylinder 40 A and the heat shield member 16.
[0056]
Since the first indium sheet 45 has high thermal conductivity, the first indium sheet 45 functions as a first heat conduction member that thermally connects the first-stage cooling cylinder 40A and the heat shield member 16. . The first indium sheet 45 is detachable from the superconducting magnet device 10C.
[0057]
The second indium sheet 46 is interposed between the lower end of the second-stage cooling cylinder 40B and the cooling stage 15A. Similarly to the first indium sheet 45, the second indium sheet 46 has a high thermal conductivity, and therefore the second indium sheet 46 is a second element that thermally connects the second-stage cooling cylinder 40B and the cooling stage 15A. It functions as a heat conduction member. The second indium sheet 46 is also detachable from the superconducting magnet device 10C.
[0058]
The superconducting magnet device 10C according to the present embodiment is configured such that only the first indium sheet 45 is disposed and the second indium sheet 46 is not disposed, as shown in an enlarged view in FIG. 7B. It is a feature. With this configuration, the first-stage cooling cylinder 40A and the heat shield member 16 are thermally connected by the first indium sheet 45, so that the heat shield member 16 is cooled by the GM refrigerator 40.
[0059]
On the other hand, since the second indium sheet 46 is not disposed, the second-stage cooling cylinder 40B and the cooling stage 15A are not thermally connected. Therefore, the cooling stage 15 A and the superconducting coil 18 thermally connected to the cooling stage 15 A are not cooled by the GM refrigerator 40. Therefore, the GM refrigerator 40 is a refrigerator having a function substantially equivalent to that of the one-stage GM refrigerator.
[0060]
On the other hand, as described above, since the first and

second indium sheets

45 and 46 are detachable from the superconducting magnet device 10C, only the second indium sheet 46 is provided as shown in FIG. It is also possible to provide a configuration in which the first indium sheet 45 is not provided. In the case of this configuration, a spacer 47 made of a material having high thermal resistance is disposed between the first-stage cooling cylinder 40A and the heat shield member 16.
[0061]
With this configuration, the second-stage cooling cylinder 40B and the cooling stage 15A (superconducting coil 18) are thermally connected by the second indium sheet 46, so that the superconducting coil 18 is cooled by the GM refrigerator 40. . On the other hand, since the first indium sheet 45 is not disposed, the first-stage cooling cylinder 40A and the heat shield member 16 are not thermally connected, so that the heat shield member 16 is not cooled.
[0062]
As described above, the cooling state of the superconducting coil 18 can be adjusted depending on whether or not the first and

second indium sheets

45 and 46 are mounted in the first and

second sleeves

35 and 36. . At this time, since the first and

second indium sheets

45 and 46 can be freely attached and detached, the cooling state of the superconducting coil 18 can be adjusted even after the superconducting magnet device 10C is manufactured.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, various effects described below can be realized.
[0067]
According to invention of Claim 1 and Claim 2, it becomes possible to adjust cooling of a heat shield member by whether the 1st or 2nd heat conductive member is mounted | worn.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a refrigerator-cooled superconducting magnet device as an example of the prior art.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a refrigerator cooled superconducting magnet apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view showing a GM refrigerator provided in the refrigerator-cooled superconducting magnet apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a refrigerator cooled superconducting magnet apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view showing a GM refrigerator provided in a refrigerator-cooled superconducting magnet apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a refrigerator cooled superconducting magnet apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged view showing a GM refrigerator provided in a refrigerator-cooled superconducting magnet apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10A to 10C Superconducting magnet device 11

Vacuum vessel

12, 30, 40 First

stage GM refrigerator

13,14 Second stage GM refrigerator 12A-14A, 30A, 40A First

stage cooling cylinders

13B, 14B, 30B, 40B Two stages Eye cooling cylinders 12C to 14C, 30C,

40C Motors

15A, 15B Cooling stage 16 Heat shield member 18 Superconducting coil 21 Superconducting current lead 22 Hollow cylinder 33 Room temperature strong magnetic field space 31 First stage displacer 32 Second stage displacer 33 Connecting part 34 Lid Part 35 First sleeve 36 Second sleeve 45 First indium sheet 46 Second indium sheet 47 Spacer

Claims

A superconducting coil;
A heat shield member disposed in a vacuum vessel, enclosing the superconducting coil, and heat-shielding the superconducting coil to the outside;
A Gifford-McMahon cycle type two-stage refrigerator having a first-stage cooling section for cooling the heat shield member and a second-stage cooling section for cooling the superconducting coil by cooling the cooling stage. In refrigerator-cooled superconducting magnet device,
A first sleeve disposed between the top plate of the vacuum vessel and the heat shield member, and the second stage disposed in a second sleeve disposed between the heat shield member and the cooling stage. Type refrigerator,
The first heat conducting member is disposed between the heat shield member and the first stage cooling unit, and the second stage cooling unit and the cooling stage are not thermally connected. Refrigerator cooled superconducting magnet device.

A superconducting coil;
A heat shield member disposed in a vacuum vessel, enclosing the superconducting coil, and heat-shielding the superconducting coil to the outside;
A Gifford-McMahon cycle type two-stage refrigerator having a first-stage cooling section for cooling the heat shield member and a second-stage cooling section for cooling the superconducting coil by cooling the cooling stage. In refrigerator-cooled superconducting magnet device,
A first sleeve disposed between the top plate of the vacuum vessel and the heat shield member, and the second stage disposed in a second sleeve disposed between the heat shield member and the cooling stage. Type refrigerator,
The second heat conducting member is disposed between the cooling stage and the second stage cooling unit, and the first stage cooling unit and the heat shield member are not thermally connected. Refrigerator cooled superconducting magnet device.