JP5980651B2 - Superconducting magnet - Google Patents

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本発明は、冷却手段に接続された超電導磁石に関する。   The present invention relates to a superconducting magnet connected to a cooling means.

従来、このような分野の技術として、たとえば特許文献1が知られている。特許文献1に記載された超電導磁石は、円筒状の真空容器を備えており、真空容器の中央部には、上下方向に貫通する空間が形成されている。真空容器内には、その空間に高磁場を発生させるための超電導コイルが配置されている。超電導コイルが巻かれる巻枠は、円筒状の内枠と、内枠の両端に形成された一対のフランジとから構成されている。超電導コイルの上方には、GM(ギフォード・マクマホン)冷凍機と一体化された冷却手段が設けられている。この冷却手段のコールドヘッドが、冷却ステージを介して上部のフランジに接続されている。冷却手段によって超電導コイルが冷却されることで、高磁場を発生させることができる。   Conventionally, for example, Patent Document 1 is known as a technique in such a field. The superconducting magnet described in Patent Document 1 includes a cylindrical vacuum vessel, and a space penetrating in the vertical direction is formed at the center of the vacuum vessel. A superconducting coil for generating a high magnetic field in the space is disposed in the vacuum vessel. A winding frame around which the superconducting coil is wound is composed of a cylindrical inner frame and a pair of flanges formed at both ends of the inner frame. Above the superconducting coil, cooling means integrated with a GM (Gifford McMahon) refrigerator is provided. The cold head of the cooling means is connected to the upper flange through a cooling stage. A high magnetic field can be generated by cooling the superconducting coil by the cooling means.

特許文献1に記載の超電導磁石は、シリコン単結晶引き上げ装置に適用され、いわゆるMCZ(磁場印加チョクラルスキー)法における高磁場源として用いられる。MCZ法によるシリコン単結晶引き上げ装置として、たとえば特許文献2に記載の装置が知られている。この装置は、単結晶シリコン原料を収容するるつぼを備えており、るつぼの側方に、高磁場源としての磁石が設けられている。特許文献2に記載された磁石は、内枠を有しない空芯コイルからなる。   The superconducting magnet described in Patent Document 1 is applied to a silicon single crystal pulling apparatus, and is used as a high magnetic field source in a so-called MCZ (magnetic field application Czochralski) method. As a silicon single crystal pulling apparatus using the MCZ method, for example, an apparatus described in Patent Document 2 is known. This apparatus includes a crucible for containing a single crystal silicon raw material, and a magnet as a high magnetic field source is provided on the side of the crucible. The magnet described in Patent Document 2 includes an air-core coil that does not have an inner frame.

特開2004−319777号公報JP 2004-319777 A 特開昭63−297292号公報JP-A 63-297292

ところで、超電導磁石を用いる場合、何らかの理由によって超電導状態が急に破壊するおそれがある。この超電導状態の破壊は、クエンチと呼ばれる。クエンチは、超電導コイルの中でも内枠の付近で生じる傾向にある。そこで、内枠を無くして空芯コイルを採用することにより、クエンチの要因を低減することができる。   By the way, when a superconducting magnet is used, the superconducting state may be suddenly destroyed for some reason. This destruction of the superconducting state is called quenching. Quenching tends to occur in the vicinity of the inner frame in the superconducting coil. Therefore, the cause of quenching can be reduced by eliminating the inner frame and employing an air-core coil.

ところが、本発明者らは、内枠が無くなることによって超電導コイルの冷却温度が不安定になるという問題を見出している。すなわち、内枠は超電導コイルへの冷却経路としての機能を有するため、空芯コイルを採用することによって、冷却経路をも消失してしまうこととなる。このように、内枠が無くなることにより、超電導コイルの冷却効率が低下してしまうという問題がある。   However, the present inventors have found a problem that the cooling temperature of the superconducting coil becomes unstable due to the absence of the inner frame. That is, since the inner frame has a function as a cooling path to the superconducting coil, the cooling path is also lost by adopting the air-core coil. Thus, there is a problem that the cooling efficiency of the superconducting coil is reduced due to the absence of the inner frame.

本発明は、内枠が無い場合であっても、超電導コイルの冷却効率の低下を防止することができる超電導磁石を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a superconducting magnet that can prevent a decrease in cooling efficiency of a superconducting coil even when there is no inner frame.

本発明の超電導磁石は、冷却手段に接続された超電導磁石であって、空芯コイルである超電導コイルと、超電導コイルの中心軸線方向における一端および他端に配置されて、少なくとも一方が冷却手段に接続される第1の枠体および第2の枠体と、熱伝導性材料が混合されて、超電導コイルの内周を覆う接着剤と、を備え、熱伝導性材料の熱伝導率は接着剤の熱伝導率よりも高く、熱伝導性材料が混合された接着剤は、第1の枠体および第2の枠体に接触しているThe superconducting magnet of the present invention is a superconducting magnet connected to a cooling means, and is disposed at one end and the other end in the central axis direction of the superconducting coil as an air-core coil, and at least one of them is a cooling means. A first frame body and a second frame body to be connected; and an adhesive mixed with a heat conductive material to cover the inner periphery of the superconducting coil . The heat conductivity of the heat conductive material is an adhesive. The adhesive in which the heat conductivity is higher and the heat conductive material is mixed is in contact with the first frame and the second frame .

この超電導磁石によれば、第1の枠体および第2の枠体の少なくとも一方に冷却手段が接続される。超電導コイルは空芯コイルであるため、超電導コイルの内周側に内枠は存在しない。ここで、超電導コイルの内周に塗布された接着剤には、熱伝導性材料が混合されている。よって、接着剤に含まれる熱伝導性材料が熱媒体となって、冷却手段によって超電導コイルを冷却可能になる。すなわち、接着剤に含まれる熱伝導性材料によって、冷却経路が形成される。従って、内枠が無い場合であっても、超電導コイルの冷却効率の低下を防止することができる。   According to this superconducting magnet, the cooling means is connected to at least one of the first frame and the second frame. Since the superconducting coil is an air-core coil, there is no inner frame on the inner peripheral side of the superconducting coil. Here, a heat conductive material is mixed in the adhesive applied to the inner periphery of the superconducting coil. Therefore, the heat conductive material contained in the adhesive becomes a heat medium, and the superconducting coil can be cooled by the cooling means. That is, a cooling path is formed by the heat conductive material contained in the adhesive. Therefore, even if there is no inner frame, it is possible to prevent a decrease in the cooling efficiency of the superconducting coil.

また、上記の超電導磁石において、熱伝導性材料は非磁性材料である。この構成によれば、熱伝導性材料は超電導コイルによる影響を受けにくく、熱伝導性材料の熱伝導性が効果的に発揮される。   In the superconducting magnet, the thermally conductive material is a nonmagnetic material. According to this configuration, the thermally conductive material is hardly affected by the superconducting coil, and the thermal conductivity of the thermally conductive material is effectively exhibited.

また、上記の超電導磁石は、超電導コイルの内周側に配置されて、第1の枠体と第2の枠体とを繋ぐバンドを備える。この構成によれば、バンドによって第1の枠体と第2の枠体とが繋がれるため、バンドが伝熱に寄与する。すなわち、バンドによって冷却経路が形成される。よって、熱伝導性材料が混合された接着剤とバンドとの協働により、冷却効率の低下を一層抑えることができる。   Moreover, said superconducting magnet is provided in the inner peripheral side of a superconducting coil, and is provided with the band which connects a 1st frame and a 2nd frame. According to this configuration, since the first frame and the second frame are connected by the band, the band contributes to heat transfer. That is, a cooling path is formed by the band. Therefore, a decrease in cooling efficiency can be further suppressed by the cooperation between the adhesive mixed with the heat conductive material and the band.

また、上記の超電導磁石において、バンドと接着剤とは接触している。この構成によれば、接着剤はバンドおよび超電導コイルの双方に接触するため、接着剤を介して、バンドと超電導コイルとの間で熱交換を行うことができる。よって、冷却効率を高めることができる。   In the superconducting magnet, the band and the adhesive are in contact with each other. According to this configuration, since the adhesive contacts both the band and the superconducting coil, heat exchange can be performed between the band and the superconducting coil via the adhesive. Therefore, the cooling efficiency can be increased.

本発明によれば、内枠が無い場合であっても、超電導コイルの冷却効率の低下を防止することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the cooling efficiency of the superconducting coil from being lowered even when there is no inner frame.

本発明に係る超電導磁石の一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the superconducting magnet which concerns on this invention. 図1の超電導磁石を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the superconducting magnet of FIG. (a)は、図2のIIIA−IIIA線に沿う断面図であり、(b)は、図2のIIIB−IIIB線に沿う断面図である。(A) is sectional drawing which follows the IIIA-IIIA line | wire of FIG. 2, (b) is sectional drawing which follows the IIIB-IIIB line | wire of FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、本発明に係る超電導磁石がサイクロトロンに適用される場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where the superconducting magnet according to the present invention is applied to a cyclotron will be described.

図1に示されるように、サイクロトロンAは、イオン源(図示せず)から供給される荷電粒子を加速して荷電粒子線(荷電粒子ビーム)を出力する円形加速器である。荷電粒子としては、たとえば陽子、重粒子(重イオン)などが挙げられる。サイクロトロンAは、超電導磁石1を有している。   As shown in FIG. 1, the cyclotron A is a circular accelerator that accelerates charged particles supplied from an ion source (not shown) and outputs a charged particle beam (charged particle beam). Examples of the charged particles include protons and heavy particles (heavy ions). The cyclotron A has a superconducting magnet 1.

サイクロトロンAは、円環状の真空容器3と、真空容器3内に配置されて2個の超電導コイル8,9を有する超電導コイル体2と、超電導コイル8,9の空芯部8a,9aにそれぞれ配置された上ポール(上磁極)4および下ポール(下磁極)5と、超電導コイル8,9を冷却するための冷凍機(冷却手段)6と、ヨーク7と、を備えている。ヨーク7は、中空の円盤型ブロックであり、その内部に真空容器3、上ポール4、および下ポール5が配置されている。   The cyclotron A includes an annular vacuum vessel 3, a superconducting coil body 2 having two superconducting coils 8 and 9 disposed in the vacuum vessel 3, and air core portions 8 a and 9 a of the superconducting coils 8 and 9, respectively. An upper pole (upper magnetic pole) 4 and a lower pole (lower magnetic pole) 5, a refrigerator (cooling means) 6 for cooling the superconducting coils 8 and 9, and a yoke 7 are provided. The yoke 7 is a hollow disk-shaped block, and the vacuum vessel 3, the upper pole 4 and the lower pole 5 are disposed therein.

超電導磁石1は、超電導コイル体2と、上ポール4および下ポール5と、を備えている。超電導磁石1は、冷凍機6により冷却され超電導状態とされた超電導コイル8,9に電流を流すことにより、強力な磁場を発生させるものである。超電導コイル体2は、中心軸線Cを中心として配置された円環状の超電導コイル8,9と、中心軸線C方向における超電導コイル8の上端に配置された円環板状の上フランジ10aと、超電導コイル8と超電導コイル9との間に介在する円環状の中間枠体10bと、中心軸線C方向における超電導コイル9の下端に配置された円環板状の下フランジ10cとを備えている。図2に示されるように、中間枠体10bは、その上端に位置するフランジ部10dと、その下端に位置するフランジ部10fと、フランジ部10dとフランジ部10fとを連結する円筒部10eとを有している。上フランジ10a、中間枠体10b、および下フランジ10cは、金属製であり、たとえば鉄製、ステンレス製、または銅製とすることができる。   The superconducting magnet 1 includes a superconducting coil body 2, an upper pole 4 and a lower pole 5. The superconducting magnet 1 generates a strong magnetic field by causing a current to flow through the superconducting coils 8 and 9 which are cooled by the refrigerator 6 and brought into a superconducting state. The superconducting coil body 2 includes annular superconducting coils 8 and 9 disposed around the central axis C, an annular plate-shaped upper flange 10a disposed at the upper end of the superconducting coil 8 in the direction of the central axis C, and superconducting. An annular intermediate frame 10b interposed between the coil 8 and the superconducting coil 9 and an annular plate-like lower flange 10c disposed at the lower end of the superconducting coil 9 in the central axis C direction are provided. As shown in FIG. 2, the intermediate frame 10b includes a flange portion 10d located at the upper end thereof, a flange portion 10f located at the lower end thereof, and a cylindrical portion 10e connecting the flange portion 10d and the flange portion 10f. Have. The upper flange 10a, the intermediate frame 10b, and the lower flange 10c are made of metal, and can be made of, for example, iron, stainless steel, or copper.

図1および図2に示されるように、超電導コイル8および超電導コイル9は、空芯コイルであり、内枠(または内巻枠)を有しない。超電導コイル8および超電導コイル9は、中心軸線C方向に並んで配置されている。超電導コイル8および超電導コイル9は、線材を巻回する際に内枠を挿入し、線材をエポキシ樹脂などの接着剤によって固着し、その後内枠を抜き取ることにより形成される。超電導コイル8は、上フランジ10aおよび中間枠体10bのフランジ部10dに対して固定されている。超電導コイル9は、中間枠体10bのフランジ部10fおよび下フランジ10cに対して固定されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, superconducting coil 8 and superconducting coil 9 are air-core coils and do not have an inner frame (or inner winding frame). Superconducting coil 8 and superconducting coil 9 are arranged side by side in the central axis C direction. The superconducting coil 8 and the superconducting coil 9 are formed by inserting an inner frame when winding a wire, fixing the wire with an adhesive such as an epoxy resin, and then removing the inner frame. Superconducting coil 8 is fixed to upper flange 10a and flange 10d of intermediate frame 10b. Superconducting coil 9 is fixed to flange portion 10f and lower flange 10c of intermediate frame 10b.

上フランジ10aは、超電導コイル8の第1の枠体に相当し、フランジ部10dは、超電導コイル8の第2の枠体に相当する。フランジ部10fは、超電導コイル9の第1の枠体に相当し、下フランジ10cは、超電導コイル9の第2の枠体に相当する。上フランジ10a、中間枠体10b、および下フランジ10cは、超電導コイル8,9を支持する支持部材である。   The upper flange 10 a corresponds to the first frame of the superconducting coil 8, and the flange portion 10 d corresponds to the second frame of the superconducting coil 8. The flange portion 10 f corresponds to the first frame body of the superconducting coil 9, and the lower flange 10 c corresponds to the second frame body of the superconducting coil 9. The upper flange 10a, the intermediate frame 10b, and the lower flange 10c are support members that support the superconducting coils 8 and 9.

下フランジ10cには冷凍機6の一部が接続されており(接続部分は不図示)、超電導コイル8,9が約4.2Kの極低温に冷却される。冷凍機6としては、例えば小型のGM冷凍機を採用することができる。冷却手段としての冷凍機6は、上フランジ10aに接続されてもよく、上フランジ10aおよび下フランジ10cの両方に接続されてもよい。冷凍機6は、上フランジ10a、中間枠体10b、下フランジ10cの少なくとも1つに接続されてもよい。   A part of the refrigerator 6 is connected to the lower flange 10c (the connection part is not shown), and the superconducting coils 8 and 9 are cooled to an extremely low temperature of about 4.2K. As the refrigerator 6, for example, a small GM refrigerator can be adopted. The refrigerator 6 as a cooling means may be connected to the upper flange 10a, or may be connected to both the upper flange 10a and the lower flange 10c. The refrigerator 6 may be connected to at least one of the upper flange 10a, the intermediate frame 10b, and the lower flange 10c.

なお、本実施形態では、中心軸線Cが上下方向に延在する姿勢(横置きの姿勢)でサイクロトロンAが配置された場合について説明するが、サイクロトロンAは、たとえば中心軸線Cが水平方向に延在する姿勢(縦置きの姿勢)で配置することも可能である。すなわち、説明中における「上下左右」は、部材の配置方向などを限定するものではなく、「上下」と「左右」を置き換えることも可能である。たとえば、上ポール4および下ポール5は、縦置き姿勢のサイクロトロンの場合、左ポールや右ポールとして表現することができる。   In the present embodiment, the case where the cyclotron A is arranged in a posture (horizontal posture) in which the central axis C extends in the vertical direction will be described. However, the cyclotron A has, for example, the central axis C extending in the horizontal direction. It is also possible to arrange in an existing posture (vertical posture). That is, “up / down / left / right” in the description does not limit the arrangement direction of members, and “up / down” and “left / right” can be replaced. For example, the upper pole 4 and the lower pole 5 can be expressed as a left pole or a right pole in the case of a cyclotron in a vertical position.

このサイクロトロンAでは、真空容器3の内部を真空状態にした上で、冷凍機6により冷却されて超電導状態とされた超電導コイル8,9に電流を流すことにより、強力な磁場を形成する。上ポール4および下ポール5の間の空間Gには、図示しない一対のディー電極(加速電極)が配置されており、イオン源から供給された荷電粒子は、上ポール4、下ポール5、およびディー電極の働きにより加速され、荷電粒子線として出力される。   In the cyclotron A, the inside of the vacuum vessel 3 is evacuated and then a current is passed through the superconducting coils 8 and 9 which are cooled by the refrigerator 6 and brought into a superconducting state, thereby forming a strong magnetic field. In a space G between the upper pole 4 and the lower pole 5, a pair of dee electrodes (acceleration electrodes) (not shown) are arranged, and charged particles supplied from the ion source are the upper pole 4, the lower pole 5, and It is accelerated by the action of the Dee electrode and output as a charged particle beam.

超電導コイル体2は、引張型の支持部材11,12によって支持されている。支持部材11は、真空容器3の内面と上フランジ10aとの間に設けられている。支持部材12は、真空容器3の内面と下フランジ10cとの間に設けられている。支持部材11および支持部材12は、上下一対として超電導コイル体2を挟むように配置されており、互いに反対方向へ超電導コイル体2を引っ張ることで超電導コイル体2の位置を保持している。なお、支持部材11および支持部材12の数、配置、構造等は特に限定されず、サイクロトロンAの大きさその他の設計事項に応じて適切に選択される。   The superconducting coil body 2 is supported by tensile support members 11 and 12. The support member 11 is provided between the inner surface of the vacuum vessel 3 and the upper flange 10a. The support member 12 is provided between the inner surface of the vacuum vessel 3 and the lower flange 10c. The support member 11 and the support member 12 are arranged as a pair of upper and lower sides so as to sandwich the superconducting coil body 2 and hold the position of the superconducting coil body 2 by pulling the superconducting coil body 2 in opposite directions. The number, arrangement, structure, and the like of the support member 11 and the support member 12 are not particularly limited, and are appropriately selected according to the size of the cyclotron A and other design items.

なお、真空容器3のうち、支持部材11,12が固定される面の裏側(すなわち中心軸線C方向における外面側)には、ヨーク7の一部を構成するブロック体7aが配置されている。ブロック体7aは、真空容器3の外側を抑えるように配置されており、真空容器3のうち支持部材11,12が固定される部分を補強している。   A block body 7a constituting a part of the yoke 7 is disposed on the back side of the surface to which the support members 11 and 12 are fixed in the vacuum vessel 3 (that is, the outer surface side in the direction of the central axis C). The block body 7 a is disposed so as to suppress the outside of the vacuum vessel 3 and reinforces the portion of the vacuum vessel 3 to which the support members 11 and 12 are fixed.

次に、超電導磁石1における超電導コイル体2の構成についてより詳細に説明する。図1〜図3に示されるように、超電導コイル8の内周8bには、その略全面にわたって接着剤20が塗布されている。超電導コイル9の内周9bには、その略全面にわたって接着剤21が塗布されている。接着剤20,21は、超電導コイル8,9が膨張または収縮した場合であっても、超電導コイル8,9に対する密着性を保つ。接着剤20,21は、たとえば極低温用のエポキシ樹脂系接着剤である。接着剤20,21は、エポキシ樹脂系接着剤に限られず、他の接着剤であってもよい。たとえば、接着剤20,21は、フェノール樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤などであってもよい。接着剤20,21の材料は、限定されない。接着剤20,21は、超電導コイル8,9の線材を固着させる接着剤と同じであってもよく、線材を固着させる接着剤と異なっていてもよい。   Next, the configuration of the superconducting coil body 2 in the superconducting magnet 1 will be described in more detail. As shown in FIGS. 1 to 3, an adhesive 20 is applied to the inner circumference 8 b of the superconducting coil 8 over substantially the entire surface. An adhesive 21 is applied to the inner circumference 9b of the superconducting coil 9 over substantially the entire surface thereof. The adhesives 20 and 21 maintain adhesion to the superconducting coils 8 and 9 even when the superconducting coils 8 and 9 are expanded or contracted. The adhesives 20 and 21 are, for example, cryogenic epoxy resin adhesives. The adhesives 20 and 21 are not limited to epoxy resin adhesives, and may be other adhesives. For example, the adhesives 20 and 21 may be phenol resin adhesives, acrylic resin adhesives, urethane resin adhesives, and the like. The material of the adhesives 20 and 21 is not limited. The adhesives 20 and 21 may be the same as the adhesive that fixes the wires of the superconducting coils 8 and 9, or may be different from the adhesive that fixes the wires.

さらに、接着剤20,21には、熱伝導性材料としての高熱伝導粉末が混合されている。言い換えれば、接着剤20,21により形成された接着層Lは、高熱伝導粉末を含んでいる。熱伝導性材料とは、接着剤の熱伝導率よりも熱伝導率が高い物である。高熱伝導粉末は、冷凍機6と超電導コイル8,9との間における熱交換の媒体として機能する。接着剤20,21は、熱媒体としての高熱伝導粉末を保持する機能を有する。高熱伝導粉末としては、たとえば、窒化アルミニウム粉末を用いることができる。高熱伝導粉末は、非磁性材料である。高熱伝導粉末としては、接着剤20,21に対して高い親和性を有するものが適している。また、高熱伝導粉末としては、電気絶縁性材料が適している。   Furthermore, the adhesives 20 and 21 are mixed with high thermal conductive powder as a thermal conductive material. In other words, the adhesive layer L formed by the adhesives 20 and 21 contains high thermal conductive powder. A heat conductive material is a thing whose heat conductivity is higher than the heat conductivity of an adhesive agent. The high heat conductive powder functions as a heat exchange medium between the refrigerator 6 and the superconducting coils 8 and 9. The adhesives 20 and 21 have a function of holding high heat conductive powder as a heat medium. As the high thermal conductive powder, for example, aluminum nitride powder can be used. The high thermal conductive powder is a nonmagnetic material. As the high thermal conductive powder, those having high affinity for the adhesives 20 and 21 are suitable. Moreover, an electrically insulating material is suitable as the high thermal conductive powder.

高熱伝導粉末の熱伝導率は、特に限定されないが、たとえば10W・m−1・K−1以上である。高熱伝導粉末の熱伝導率は、200W・m−1・K−1以上であることが望ましい。高熱伝導粉末の熱伝導率は、鉄、ステンレス、または銅などの金属と同等またはそれ以上であることが好ましい。高熱伝導粉末の平均粒径は、特に限定されないが、たとえば0.1〜10μmである。高熱伝導粉末として窒化アルミニウム粉末を用いる場合、その平均粒径は、たとえば1〜3μmである。 The thermal conductivity of the high thermal conductive powder is not particularly limited, but is, for example, 10 W · m −1 · K −1 or more. The thermal conductivity of the high thermal conductive powder is desirably 200 W · m −1 · K −1 or more. The heat conductivity of the high heat conductive powder is preferably equal to or higher than that of a metal such as iron, stainless steel, or copper. The average particle size of the high thermal conductive powder is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 10 μm. When aluminum nitride powder is used as the high thermal conductive powder, the average particle diameter is, for example, 1 to 3 μm.

接着剤20,21と高熱伝導粉末との配合比は、たとえば、重量比で接着剤:高熱伝導粉末=50〜20:50〜80である。言い換えれば、接着層Lにおける高熱伝導粉末の重量比率は50〜80%である。高熱伝導粉末の配合比が高ければ高い熱伝導率を得ることができるものの、接着剤が少量過ぎると、十分な接着強度が得られなくなってしまう。この観点から、高熱伝導粉末の適切な配合比を求めている。上記の比率内であれば、接着を好適にしつつ熱伝導性を良くすることができる。   The compounding ratio of the adhesives 20 and 21 and the high thermal conductive powder is, for example, adhesive: high thermal conductive powder = 50 to 20:50 to 80 by weight ratio. In other words, the weight ratio of the high thermal conductive powder in the adhesive layer L is 50 to 80%. If the blending ratio of the high thermal conductive powder is high, high thermal conductivity can be obtained, but if the amount of the adhesive is too small, sufficient adhesive strength cannot be obtained. From this viewpoint, an appropriate blending ratio of the high thermal conductive powder is being sought. If it is in said ratio, thermal conductivity can be improved, making adhesion | attachment suitable.

接着剤20,21を塗布する際には、高熱伝導粉末が予め混合される。高熱伝導粉末が混合された高接着剤20,21は、線材が接着剤により固着されて、超電導コイル8,9が形成された後に、内周8b,9bに塗布される。接着剤20,21の塗布厚(接着層Lの層厚)は、特に限定されないが、たとえば0.3〜0.5mmである。   When the adhesives 20 and 21 are applied, the high thermal conductive powder is mixed in advance. The high adhesives 20 and 21 mixed with the high thermal conductive powder are applied to the inner peripheries 8b and 9b after the wires are fixed by the adhesive and the superconducting coils 8 and 9 are formed. The application thickness of the adhesives 20 and 21 (layer thickness of the adhesive layer L) is not particularly limited, but is, for example, 0.3 to 0.5 mm.

図3(a)に示されるように、接着剤20は、超電導コイル8の内周8bの全面に塗布される。接着剤20は、上フランジ10aとフランジ部10dとに接触している。接着剤20には、高熱伝導粉末が均一に混合されている。すなわち、接着層Lには、高熱伝導粉末が均等に分散している。接着剤20は、接着剤20により形成される接着層Lの表面は、上フランジ10aの内周面16およびフランジ部10dの内周面17と略面一である。   As shown in FIG. 3A, the adhesive 20 is applied to the entire inner circumference 8 b of the superconducting coil 8. The adhesive 20 is in contact with the upper flange 10a and the flange portion 10d. The adhesive 20 is mixed with high thermal conductive powder uniformly. That is, the high heat conductive powder is uniformly dispersed in the adhesive layer L. In the adhesive 20, the surface of the adhesive layer L formed by the adhesive 20 is substantially flush with the inner peripheral surface 16 of the upper flange 10a and the inner peripheral surface 17 of the flange portion 10d.

なお、接着層Lは、内周面16,17から中心軸線C側(図示右側)に多少突出していてもよいし、内周面16,17よりも径方向外側(図示左側)に窪んでいてもよい。超電導コイル8の内周8bは、内周面16,17に略面一とされてもよいし、内周面16,17よりも径方向外側に窪んでいてもよい。超電導コイル9に対して設けられる接着剤21の構成は、上述した超電導コイル8の構成と同じである。   The adhesive layer L may slightly protrude from the inner peripheral surfaces 16 and 17 to the central axis C side (the right side in the drawing), or is recessed radially outward (the left side in the drawing) from the inner peripheral surfaces 16 and 17. Also good. The inner periphery 8 b of the superconducting coil 8 may be substantially flush with the inner peripheral surfaces 16 and 17, or may be recessed more radially outward than the inner peripheral surfaces 16 and 17. The configuration of the adhesive 21 provided for the superconducting coil 9 is the same as the configuration of the superconducting coil 8 described above.

接着剤20,21(接着層L)は、冷凍機6と超電導コイル8,9との間における冷却経路を形成している。   The adhesives 20 and 21 (adhesive layer L) form a cooling path between the refrigerator 6 and the superconducting coils 8 and 9.

図2および図3(b)に示されるように、超電導コイル体2には、上フランジ10aとフランジ部10dとを繋ぐ複数本の金属製のバンド22が設けられている。超電導コイル体2には、フランジ部10fと下フランジ10cとを繋ぐ複数本の金属製のバンド23が設けられている。バンド22およびバンド23は、中心軸線C方向に延びる細長の薄板状をなす。バンド22およびバンド23は、周方向において等間隔に配置されている。バンド22は、接着剤20(接着層L)の表面に接触している。バンド23は、接着剤21(接着層L)の表面に接触している。なお、バンド22,23は、接着剤20,21に面状に接触する場合に限られず、部分的に(たとえば線状または点状に)接触していてもよい。バンド22,23は、接着剤20,21から離間していてもよい。   2 and 3B, the superconducting coil body 2 is provided with a plurality of metal bands 22 that connect the upper flange 10a and the flange portion 10d. The superconducting coil body 2 is provided with a plurality of metal bands 23 that connect the flange portion 10f and the lower flange 10c. The band 22 and the band 23 have an elongated thin plate shape extending in the central axis C direction. The band 22 and the band 23 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. The band 22 is in contact with the surface of the adhesive 20 (adhesive layer L). The band 23 is in contact with the surface of the adhesive 21 (adhesive layer L). The bands 22 and 23 are not limited to the case where the adhesives 20 and 21 are contacted in a planar shape, and may be partially contacted (for example, linearly or dottedly). The bands 22 and 23 may be separated from the adhesives 20 and 21.

バンド22の上端部22aは、上フランジ10aの内周側に固定されている。バンド22の下端部22bは、フランジ部10dの内周側に固定されている。バンド23の上端部23aは、フランジ部10fの内周側に固定されている。バンド23の下端部23bは、下フランジ10cの内周側に固定されている。   The upper end 22a of the band 22 is fixed to the inner peripheral side of the upper flange 10a. The lower end portion 22b of the band 22 is fixed to the inner peripheral side of the flange portion 10d. The upper end portion 23a of the band 23 is fixed to the inner peripheral side of the flange portion 10f. The lower end 23b of the band 23 is fixed to the inner peripheral side of the lower flange 10c.

バンド22,23は、上フランジ10a、超電導コイル8、中間枠体10b、超電導コイル9、下フランジ10cを有してなる超電導コイル体2を一体的に拘束する機能を有する。すなわち、バンド22,23は、超電導コイル体2の内周側を機械的に拘束している。なお、上フランジ10a、中間枠体10b、下フランジ10cの外周縁(たとえば図3(a),(b)に示される上フランジ10aの外縁部18およびフランジ部10dの外縁部19)を互いにボルト等(図示せず)によって連結することもできる。   The bands 22 and 23 have a function of integrally restraining the superconducting coil body 2 including the upper flange 10a, the superconducting coil 8, the intermediate frame 10b, the superconducting coil 9, and the lower flange 10c. That is, the bands 22 and 23 mechanically restrain the inner peripheral side of the superconducting coil body 2. In addition, the outer periphery of the upper flange 10a, the intermediate frame 10b, and the lower flange 10c (for example, the outer edge 18 of the upper flange 10a and the outer edge 19 of the flange 10d shown in FIGS. 3A and 3B) are bolted to each other. Etc. (not shown).

バンド22,23は、上記したように機械的な拘束部材として機能すると同時に、冷凍機6と超電導コイル8,9との間における冷却経路を形成している。バンド22,23の熱伝導率は、接着剤20,21の熱伝導率よりも高い。バンド22,23は、接着剤20,21による伝熱機能を補助する。なお、バンド22,23を省略することもできる。   The bands 22 and 23 function as a mechanical restraining member as described above, and at the same time form a cooling path between the refrigerator 6 and the superconducting coils 8 and 9. The thermal conductivity of the bands 22 and 23 is higher than the thermal conductivity of the adhesives 20 and 21. The bands 22 and 23 assist the heat transfer function by the adhesives 20 and 21. The bands 22 and 23 can be omitted.

以上説明したサイクロトロンAの超電導磁石1によれば、超電導コイル体2の下フランジ10cに冷凍機6が接続される。超電導コイル8,9は空芯コイルであるため、内枠は存在しないが、超電導コイル8,9の内周8b,9bに塗布された接着剤20,21には、高熱伝導粉末が混合されている。よって、接着剤20,21に含まれる高熱伝導粉末が熱媒体となって、冷凍機6によって超電導コイル8,9を冷却可能になる。すなわち、接着剤20,21に含まれる高熱伝導粉末によって、冷却経路が形成される。従って、内枠が無い場合であっても、超電導コイル8,9の冷却効率の低下を防止することができる。   According to the superconducting magnet 1 of the cyclotron A described above, the refrigerator 6 is connected to the lower flange 10 c of the superconducting coil body 2. Since the superconducting coils 8 and 9 are air-core coils, there is no inner frame. However, the adhesives 20 and 21 applied to the inner peripheries 8b and 9b of the superconducting coils 8 and 9 are mixed with high thermal conductive powder. Yes. Therefore, the high heat conductive powder contained in the adhesives 20 and 21 becomes a heat medium, and the superconducting coils 8 and 9 can be cooled by the refrigerator 6. That is, the cooling path is formed by the high thermal conductive powder contained in the adhesives 20 and 21. Therefore, even if there is no inner frame, it is possible to prevent the cooling efficiency of the superconducting coils 8 and 9 from being lowered.

従来、内枠がない超電導磁石では、冷却経路が失われることにより、確保したい冷却温度が不安定であった。超電導磁石1によれば、安定した冷却温度を得ることができる。さらには、内枠が無いため、クエンチの発生も抑制されている。   Conventionally, in a superconducting magnet without an inner frame, the cooling temperature to be secured has been unstable due to the loss of the cooling path. According to the superconducting magnet 1, a stable cooling temperature can be obtained. Furthermore, since there is no inner frame, the occurrence of quenching is also suppressed.

高熱伝導粉末は非磁性材料であるため、高熱伝導粉末は超電導コイル8,9による影響を受けにくく、高熱伝導粉末の熱伝導性が効果的に発揮される。   Since the high thermal conductive powder is a non-magnetic material, the high thermal conductive powder is hardly affected by the superconducting coils 8 and 9, and the thermal conductivity of the high thermal conductive powder is effectively exhibited.

バンド22によって上フランジ10aとフランジ部10dとが繋がれ、バンド23によってフランジ部10fと下フランジ10cとが繋がれるため、バンド22,23が伝熱に寄与する。すなわち、バンド22,23によって冷却経路が形成される。よって、高熱伝導粉末が混合された接着剤20,21とバンド22,23との協働により、冷却効率の低下を一層抑えることができる。また、バンド22,23によって、上フランジ10a、中間枠体10b、下フランジ10cの拘束効果が奏される。   Since the upper flange 10a and the flange portion 10d are connected by the band 22, and the flange portion 10f and the lower flange 10c are connected by the band 23, the bands 22 and 23 contribute to heat transfer. That is, a cooling path is formed by the bands 22 and 23. Therefore, a reduction in cooling efficiency can be further suppressed by the cooperation of the adhesives 20 and 21 mixed with the high thermal conductive powder and the bands 22 and 23. In addition, the bands 22 and 23 provide a restraining effect for the upper flange 10a, the intermediate frame 10b, and the lower flange 10c.

接着剤20はバンド22および超電導コイル8の双方に接触し、接着剤21はバンド23および超電導コイル9の双方に接触するため、接着剤20,21を介して、バンド22,23と超電導コイル8,9との間で熱交換を行うことができる。よって、冷却効率を高めることができる。   Since the adhesive 20 contacts both the band 22 and the superconducting coil 8, and the adhesive 21 contacts both the band 23 and the superconducting coil 9, the bands 22, 23 and the superconducting coil 8 are interposed via the adhesives 20, 21. , 9 can perform heat exchange. Therefore, the cooling efficiency can be increased.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、高熱伝導粉末は、窒化アルミニウム粉末に限られない。高熱伝導粉末として、窒化ホウ素粉末を採用することもできる。また、高熱伝導粉末は、銅などの金属からなる粉末であってもよい。高熱伝導粉末は非磁性材料に限られず、磁性を有していてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the high thermal conductive powder is not limited to aluminum nitride powder. Boron nitride powder can also be employed as the high thermal conductive powder. Further, the high thermal conductive powder may be a powder made of a metal such as copper. The high thermal conductive powder is not limited to a non-magnetic material, and may have magnetism.

熱伝導性材料は、粉末に限られず、所定の粒径を有する粒状であってもよい。熱伝導性材料は、ペレット状であってもよい。熱伝導性材料は、球形であってもよく、繊維状であってもよい。熱伝導性材料は、非磁性の高熱伝導粉末に限られない。熱伝導性材料は、磁性を有してもよい。   The thermally conductive material is not limited to powder, and may be granular having a predetermined particle size. The thermally conductive material may be in the form of pellets. The thermally conductive material may be spherical or fibrous. The heat conductive material is not limited to non-magnetic high heat conductive powder. The thermally conductive material may have magnetism.

超電導磁石1の超電導コイル体2は、2個の超電導コイル8,9を有する場合に限られず、1個または3個以上の超電導コイルを有してもよい。   The superconducting coil body 2 of the superconducting magnet 1 is not limited to having two superconducting coils 8 and 9 and may have one or three or more superconducting coils.

また、本発明に係る超電導磁石は、サイクロトロンに限られず、MCZ法によるシリコン単結晶引き上げ装置に適用することもできる。超電導磁石は、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る。   Further, the superconducting magnet according to the present invention is not limited to the cyclotron, but can be applied to a silicon single crystal pulling apparatus by the MCZ method. The superconducting magnet can be applied to any device that requires a high magnetic field.

1…超電導磁石、2…超電導コイル体、6…冷凍機(冷却手段)、8,9…超電導コイル、8a,9a…空芯部、8b…内周、10a…上フランジ(第1の枠体)、10c…下フランジ(第2の枠体)、10f…フランジ部(第1の枠体)、10d…フランジ部(第2の枠体)、20,21…接着剤、22,23…バンド、A…サイクロトロン、C…中心軸線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Superconducting magnet, 2 ... Superconducting coil body, 6 ... Refrigerator (cooling means), 8, 9 ... Superconducting coil, 8a, 9a ... Air core part, 8b ... Inner periphery, 10a ... Upper flange (1st frame) ) 10c ... lower flange (second frame), 10f ... flange part (first frame), 10d ... flange part (second frame), 20, 21 ... adhesive, 22, 23 ... band A ... cyclotron, C ... central axis.

Claims (4)

冷却手段に接続された超電導磁石であって、
空芯コイルである超電導コイルと、
前記超電導コイルの中心軸線方向における一端および他端に配置されて、少なくとも一方が前記冷却手段に接続される第1の枠体および第2の枠体と、
熱伝導性材料が混合されて、前記超電導コイルの内周を覆う接着剤と、を備え
前記熱伝導性材料の熱伝導率は前記接着剤の熱伝導率よりも高く、
前記熱伝導性材料が混合された前記接着剤は、前記第1の枠体および前記第2の枠体に接触している、超電導磁石。
A superconducting magnet connected to the cooling means,
A superconducting coil that is an air-core coil;
A first frame and a second frame which are disposed at one end and the other end in the central axis direction of the superconducting coil and at least one of which is connected to the cooling means;
A heat conductive material is mixed, and an adhesive covering the inner periphery of the superconducting coil ,
The thermal conductivity of the thermally conductive material is higher than the thermal conductivity of the adhesive,
The superconducting magnet in which the adhesive mixed with the thermally conductive material is in contact with the first frame and the second frame .
前記熱伝導性材料は非磁性材料である、請求項1記載の超電導磁石。   The superconducting magnet according to claim 1, wherein the thermally conductive material is a nonmagnetic material. 前記超電導コイルの内周側に配置されて、前記第1の枠体と前記第2の枠体とを繋ぐバンドを備える、請求項1または2記載の超電導磁石。   The superconducting magnet according to claim 1, further comprising a band that is disposed on an inner peripheral side of the superconducting coil and connects the first frame body and the second frame body. 前記バンドと前記接着剤とは接触している、請求項3記載の超電導磁石。   The superconducting magnet according to claim 3, wherein the band and the adhesive are in contact with each other.
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