JP6580501B2 - Superconducting cyclotron and superconducting electromagnet - Google Patents
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Description
本発明は、超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石に関する。 The present invention relates to a superconducting cyclotron and a superconducting electromagnet.
従来、一対の磁極と、一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた一対の超伝導コイルを有するコイル部と、コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備える超伝導電磁石を用いた超伝導サイクロトロンが知られている(例えば特許文献1)。 Conventionally, a superconducting electromagnet including a pair of magnetic poles, a coil unit having a pair of superconducting coils provided so as to surround each of the pair of magnetic poles, and a power supply unit that supplies power to the coil unit is used. A superconducting cyclotron is known (for example, Patent Document 1).
このような超伝導サイクロトロンでは、各超伝導コイルとサイクロトロンを構成する鉄製部材等との間に強い磁気力が働く場合がある。そこで、このような強い力が各超伝導コイルに働くことにより超伝導コイルがダメージを受けることを抑制するため、超伝導コイル同士を互いに連結して、各超伝導コイルに働く力を相殺することが行われている。 In such a superconducting cyclotron, a strong magnetic force may act between each superconducting coil and an iron member constituting the cyclotron. Therefore, in order to prevent the superconducting coil from being damaged by such a strong force acting on each superconducting coil, the superconducting coils are connected to each other to cancel the forces acting on each superconducting coil. Has been done.
ここで、コイル部においてクエンチが発生すると、各超伝導コイルに働く力のバランスが崩れて力が相殺されなくなり、各超伝導コイルに働く強い力によって超伝導コイルがダメージを受ける虞がある。このため、クエンチが発生した場合には、各超伝導コイルに働く磁気力を速やかに低減させることが望まれる。そこで、電力供給部に、各超伝導コイルを流れる電流を速やかに減衰させるための抵抗を備えた保護回路を設けることが知られている。 Here, when quenching occurs in the coil portion, the balance of the forces acting on each superconducting coil is lost and the forces are not canceled out, and the superconducting coils may be damaged by the strong force acting on each superconducting coil. For this reason, when quenching occurs, it is desirable to quickly reduce the magnetic force acting on each superconducting coil. Therefore, it is known to provide a protection circuit provided with a resistor for quickly attenuating the current flowing through each superconducting coil in the power supply unit.
ところで、このような超伝導サイクロトロンでは、一対の磁極の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整するため、各超伝導コイルに流される電流の大きさは超伝導コイル毎に個別に制御される。このため、コイル部においてクエンチが発生した場合であっても、各超伝導コイルを流れる電流を一律に減衰させることができない。このような理由から、保護回路は各超伝導コイルに対して個別に設けられているため、クエンチが発生すると各超伝導コイルに流れる電流の大きさに差が生じる。従って、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間にも超伝導コイル毎に差が生じることとなり、各超伝導コイルに働く力を十分に抑制することができない虞がある。 By the way, in such a superconducting cyclotron, in order to accurately adjust the strength and direction of the magnetic field formed between the pair of magnetic poles, the magnitude of the current flowing through each superconducting coil is individually determined for each superconducting coil. To be controlled. For this reason, even if quenching occurs in the coil section, the current flowing through each superconducting coil cannot be uniformly attenuated. For this reason, since the protection circuit is provided individually for each superconducting coil, a difference occurs in the magnitude of the current flowing through each superconducting coil when a quench occurs. Therefore, a difference occurs for each superconducting coil in the time until the current sufficiently attenuates due to the resistance of the protection circuit, and there is a possibility that the force acting on each superconducting coil cannot be sufficiently suppressed.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a superconducting cyclotron and a superconducting electromagnet that can suppress the force acting on the superconducting coil when quenching occurs. To do.
本発明の超伝導サイクロトロンは、一対の磁極と、一対の磁極の間に配置され、荷電粒子を加速させるための電場を発生させる加速電極と、一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルを有するコイル部と、コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルは直列に接続され、電力供給部は、正側がコイル部の一端側に接続されていると共に負側がコイル部の他端側に接続されている第1電源と、正側が第2超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第2超伝導コイルの他端側に接続されている第2電源と、第1電源の正側とコイル部の一端側との間に設けられた第1分岐点から、第1電源の負側とコイル部の他端側との間に設けられた第2分岐点までを接続するように、第1電源に対してコイル部と並列に接続された抵抗と、第1電源の正側と第1分岐点との間、又は、第1電源の負側と第2分岐点との間に配置され、第1電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有する。 The superconducting cyclotron of the present invention is provided between a pair of magnetic poles, an acceleration electrode that is disposed between the pair of magnetic poles, generates an electric field for accelerating charged particles, and surrounds each of the pair of magnetic poles. A coil unit having one superconducting coil and a second superconducting coil, and a power supply unit for supplying power to the coil unit, wherein the first superconducting coil and the second superconducting coil are connected in series to supply power The first part is connected to one end side of the coil part and the negative side is connected to the other end side of the coil part, and the positive side is connected to one end side of the second superconducting coil. From the second power source whose negative side is connected to the other end side of the second superconducting coil and the first branch point provided between the positive side of the first power source and one end side of the coil section, the first power source Second branch provided between the negative side and the other end side of the coil portion So that the first power supply is connected in parallel with the coil unit and between the positive side of the first power supply and the first branch point, or the negative side of the first power supply and the second power supply. And a circuit breaker disposed between the branch point and capable of interrupting a current flowing through the first power source.
この超伝導サイクロトロンでは、第1電源によって第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルに電力が供給されると共に、第2電源によって第2超伝導コイルに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部においてクエンチが発生した場合には、遮断器を動作させることによって、抵抗、第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部の各超伝導コイルを流れていた電流は、抵抗を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。 In this superconducting cyclotron, power is supplied to the first superconducting coil and the second superconducting coil by the first power source, and power is supplied to the second superconducting coil by the second power source. Therefore, it is possible to individually control the magnitude of the current flowing through each superconducting coil, and to accurately adjust the strength and direction of the magnetic field formed between the pair of magnetic poles. it can. Moreover, when quenching occurs in the coil section, a closed circuit is formed in which the resistor, the first superconducting coil, and the second superconducting coil are connected in series by operating the circuit breaker. Therefore, since the current flowing through each superconducting coil of the coil portion flows through a closed circuit via a resistor, the current flowing through each superconducting coil is uniformly attenuated. As described above, in each superconducting coil, there is no difference in the time until the current is sufficiently attenuated due to the resistance of the protection circuit. Therefore, when a quench occurs, the force acting on the superconducting coil can be suppressed.
本発明の超伝導サイクロトロンでは、コイル部は、コイル部においてクエンチが発生したことを検知するクエンチ検出部を備え、電力供給部は、クエンチ検出部がコイル部においてクエンチが発生したことを検知した場合に、第1電源を流れる電流を遮断するように遮断器を動作させる制御部を備えてもよい。この場合、コイル部においてクエンチが発生した場合に、速やかに第1電源を流れる電流を遮断することができる。従って、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を速やかに抑制することができる。 In the superconducting cyclotron according to the present invention, the coil unit includes a quench detection unit that detects that quenching has occurred in the coil unit, and the power supply unit detects that quenching has occurred in the coil unit. In addition, a control unit that operates the circuit breaker so as to interrupt the current flowing through the first power source may be provided. In this case, when quenching occurs in the coil section, the current flowing through the first power supply can be quickly cut off. Therefore, when quenching occurs, the force acting on the superconducting coil can be quickly suppressed.
本発明の超伝導サイクロトロンでは、コイル部は、一対の磁極をそれぞれ囲むように設けられた第3超伝導コイル及び第4超伝導コイルを更に有し、第1超伝導コイル、第2超伝導コイル、第3超伝導コイル及び第4超伝導コイルは直列に接続され、電力供給部は、正側が第3超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第3超伝導コイルの他端側に接続されている第3電源と、正側が第4超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第4超伝導コイルの他端側に接続されている第4電源と、を有してもよい。この場合、一対の磁極の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。 In the superconducting cyclotron of the present invention, the coil portion further includes a third superconducting coil and a fourth superconducting coil provided so as to surround the pair of magnetic poles, respectively, and the first superconducting coil and the second superconducting coil. The third superconducting coil and the fourth superconducting coil are connected in series, and the power supply unit has a positive side connected to one end of the third superconducting coil and a negative side connected to the other end of the third superconducting coil. And a fourth power source having a positive side connected to one end side of the fourth superconducting coil and a negative side connected to the other end side of the fourth superconducting coil. May be. In this case, the strength and direction of the magnetic field generated between the pair of magnetic poles can be adjusted with high accuracy.
本発明の超伝導サイクロトロンでは、コイル部は、第3超伝導コイル及び第4超伝導コイルからなる対を複数有してもよい。この場合、一対の磁極の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。 In the superconducting cyclotron of the present invention, the coil unit may have a plurality of pairs of third superconducting coils and fourth superconducting coils. In this case, the strength and direction of the magnetic field generated between the pair of magnetic poles can be adjusted with high accuracy.
本発明の超伝導電磁石は、一対の磁極と、一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルを有するコイル部と、コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルは直列に接続され、電力供給部は、正側がコイル部の一端側に接続されていると共に負側がコイル部の他端側に接続されている第1電源と、正側が第2超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第2超伝導コイルの他端側に接続されている第2電源と、第1電源の正側とコイル部の一端側との間に設けられた第1分岐点から、第1電源の負側とコイル部の他端側との間に設けられた第2分岐点までを接続するように、第1電源に対してコイル部と並列に接続された抵抗と、第1電源の正側と第1分岐点との間、又は、第1電源の負側と第2分岐点との間に配置され、第1電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有してもよい。 The superconducting electromagnet of the present invention includes a pair of magnetic poles, a coil part having a first superconducting coil and a second superconducting coil provided so as to surround each of the pair of magnetic poles, and electric power for supplying electric power to the coil part. And a first superconducting coil and a second superconducting coil are connected in series, and the power supply unit has a positive side connected to one end side of the coil unit and a negative side connected to the other end side of the coil unit. A first power source connected to the second superconducting coil, a positive power source connected to one end of the second superconducting coil, and a negative power source connected to the other end of the second superconducting coil; From the first branch point provided between the positive side of the coil and one end side of the coil part to the second branch point provided between the negative side of the first power source and the other end side of the coil part The resistance connected in parallel with the coil portion with respect to the first power supply, and the positive side of the first power supply Between the first branching point, or disposed between the negative and the second branch point of the first power source, a circuit breaker capable of interrupting the current flowing through the first power supply may have.
この超伝導電磁石では、第1電源によって第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルに電力が供給されると共に、第2電源によって第2超伝導コイルに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部においてクエンチが発生した場合に、遮断器を動作させることによって、抵抗、第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部の各超伝導コイルを流れていた電流は、抵抗を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。 In this superconducting electromagnet, power is supplied to the first superconducting coil and the second superconducting coil by the first power source, and power is supplied to the second superconducting coil by the second power source. Therefore, it is possible to individually control the magnitude of the current flowing through each superconducting coil, and to accurately adjust the strength and direction of the magnetic field formed between the pair of magnetic poles. it can. Moreover, when quenching occurs in the coil section, a closed circuit in which the resistor, the first superconducting coil, and the second superconducting coil are connected in series is formed by operating the circuit breaker. Therefore, since the current flowing through each superconducting coil of the coil portion flows through a closed circuit via a resistor, the current flowing through each superconducting coil is uniformly attenuated. As described above, in each superconducting coil, there is no difference in the time until the current is sufficiently attenuated due to the resistance of the protection circuit. Therefore, when a quench occurs, the force acting on the superconducting coil can be suppressed.
本発明によれば、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress the force acting on the superconducting coil when quenching occurs.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same part or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1に示されるように、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン1は、イオン源(不図示)から荷電粒子を加速空間G内に供給し、加速空間G内の荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する横置きの円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子(重イオン)などが挙げられる。超伝導サイクロトロン1は、例えば荷電粒子線治療用の加速器として用いられる。
As shown in FIG. 1, the
この超伝導サイクロトロン1では、加速空間G内で円軌道を描く荷電粒子ビームを継続的に加速するため、等時性(円軌道の半径の大きさに関係なく一周にかかる時間が等しいこと)を確保するように磁場の強さ及び向きを制御する必要がある。
In this
超伝導サイクロトロン1は、イオン源の他に、超伝導電磁石5、ディ電極(加速電極)2及び上下方向荷重支持体11,12を備えている。超伝導電磁石5は、一対の磁極3,4と、ヨーク6と、コイル部7と、コイル支持枠9と、真空容器10と、電力供給部20と、を有する。コイル部7は、第1超伝導コイル7A、第2超伝導コイル7B、及びクエンチ検出部8を有する(図2参照)。
The
磁極3,4は、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bの中心軸線C方向に離間して配置されている。なお、超伝導サイクロトロン1では、中心軸線C方向は、上下方向に沿って配置されている。磁極3は、加速空間Gより上方に配置された上磁極であり、磁極4は、加速空間Gより下方に配置された下磁極である。また、磁極3,4の間には、ディ電極2が配置されている。ディ電極2は、高周波を付与されることで、荷電粒子を加速させるための電場を発生させる。
The
ヨーク6は、中空の円盤型のブロックであり、その内部に磁極3,4及び真空容器10が配置されている。ヨーク6は、円筒部6aと、円筒部6aの一方の開口を閉じるように形成された天部6bと、円筒部6aの他方の開口を閉じるように形成された底部6cと、を備える。ヨーク6は、第1超伝導コイル7A、第2超伝導コイル7B、及び磁極3,4で生成した磁場が外部に漏れないようにするためのものである。
The
第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bは、一対の磁極3,4のそれぞれを囲むように設けられている。第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bは、中心軸線C方向に並んで配置されている。第1超伝導コイル7Aは、磁極3の外周を覆うように巻かれ、第2超伝導コイル7Bは、磁極4の外周を覆うように巻かれている。第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bは、例えば、内周側に内枠(または内巻枠)が設けられておらず、コイル(線材及び線材を固着する接着材)の内周面が他の部材によって接着・固定されていない空芯コイルである。
The
第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bは、冷凍機(不図示)によって冷却されて超伝導状態とされると共に、後述する電力供給部20によって電力を供給される。第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bは、直列に接続されている。
The
図2に示されるクエンチ検出部8は、コイル部7において超伝導コイルにクエンチが発生したことを検知する。クエンチ検出部8は、第1超伝導コイル7Aにおけるクエンチの発生を検知する第1クエンチ検出器8Aと、第2超伝導コイル7Bにおけるクエンチの発生を検知する第2クエンチ検出器8Bと、第1クエンチ検出器8A及び第2クエンチ検出器8Bの動作を制御するクエンチ検出器制御装置8Mと、を含む。第1クエンチ検出器8A及び第2クエンチ検出器8Bは同様の構成を備えるため、以下では第1クエンチ検出器8Aの構成について説明する。
The quench
第1クエンチ検出器8Aは、第1超伝導コイル7Aを一端側と他端側との二つの領域に分割し、各領域の電圧を測定する。第1クエンチ検出器8Aは、クエンチが発生していない状態での各領域の電圧が略同等となる位置にて第1超伝導コイル7Aを分割し、各領域の電圧差の変化を監視する。第1超伝導コイル7Aにおいてクエンチが発生すると、クエンチが発生した部位における抵抗値が増大する。このため、第1クエンチ検出器8Aは、監視している電圧差に所定値以上の変化が生じた場合に、第1超伝導コイル7Aにおいてクエンチが発生したことを検知する。
The
クエンチ検出器制御装置8Mは、第1クエンチ検出器8A又は第2クエンチ検出器8Bがクエンチの発生を検知した場合には、コイル部7においてクエンチが発生したことを電力供給部20の制御部25に対して通知する。制御部25について、詳しくは後述する。
When the first quench
図1に戻り、コイル支持枠9は、第1超伝導コイル7Aの外周面を覆う側板部9aと、第1超伝導コイル7Aの上面を覆う上リング部材9bと、第2超伝導コイル7Bの外周面を覆う側板部9cと、第2超伝導コイル7Bの下面を覆う下リング部材9dと、上下の側板部9a,9cを連結する中間部9eと、を備える。コイル支持枠9は、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bの周方向において全周に亘って形成されている。
Returning to FIG. 1, the
上リング部材9bは、側板部9aの上端部から径方向内側に張り出すように形成されている。上リング部材9bは、円環板状を呈し、上リング部材9bの板厚方向は、中心軸線C方向に沿うように配置されている。
The
下リング部材9dは、側板部9cの下端部から径方向内側に張り出すように形成されている。下リング部材9dは、円環板状を呈し、下リング部材9dの板厚方向は、中心軸線C方向に沿うように配置されている。
The
中間部9eの径方向の幅は、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bの径方向の幅に対応している。中間部9eの断面は、例えば矩形を呈している。中間部9eの上面は、第1超伝導コイル7Aの下面に当接し、中間部9eの下面は、第2超伝導コイル7Bの上面に当接している。また、中間部9eの上面は、側板部9aに接合され、中間部9eの下面は、側板部9cに接合されている。中間部9eと側板部9aとの接合は、ボルト接合でもよく、溶接などその他の接合方法でもよい。同様に、中間部9eと側板部9cとの接合は、ボルト接合でもよく、溶接などその他の接合方法でもよい。
The radial width of the
このような構成により、中間部9eは、第1超伝導コイルと第2超伝導コイルとを互いに連結する。これにより、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bのそれぞれと、例えば鉄製のヨーク6等との間に働く強力な磁気力が相殺される。
With such a configuration, the
真空容器10は、第1超伝導コイル7A、第2超伝導コイル7B、及びコイル支持枠9を収容している。真空容器10には、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bを冷却するための冷凍機が接続されている。冷凍機は、例えば、GM冷凍機(Gifford-McMahon cooler)であり、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bを例えば4Kに冷却することができる。なお、冷凍機は、GM冷凍機に限定されず、例えばスターリング冷凍機を始めその他の冷凍機でもよい。
The
上下方向荷重支持体11,12は、コイル支持枠9を支持すると共にコイル支持枠9の中心軸線C方向の位置を調整する。上下方向荷重支持体11、12は、ヨーク6に対して相対的に固定され、中心軸線C方向からコイル支持枠9を支持するものである。上下方向荷重支持体11,12は、上下一対としてコイル支持枠9を挟むように配置され、互いに反対方向にコイル支持枠9を引っ張ることでコイル支持枠9を支持している。上下方向荷重支持体11,12は、コイル支持枠9の周方向において、複数配置されている。複数の上下方向荷重支持体11,12は、コイル支持枠9の周方向において、等間隔で配置されている。
The vertical load supports 11 and 12 support the
図2に示されるように、電力供給部20は、コイル部7に電力を供給する。電力供給部20は、第1電源21Aと、第2電源21Bと、保護抵抗(抵抗)23と、遮断器24と、制御部25と、を含む。
As shown in FIG. 2, the
第1電源21Aは、コイル部7の全体に対して電力を供給するための電源である。第1電源21Aは、正側P1がコイル部7の一端側S1に接続されていると共に負側N1がコイル部7の他端側S2に接続されている。コイル部7の一端側S1及び他端側S2とは、直列に接続された複数の超伝導コイル(ここでは第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bの2つの超伝導コイル)を含むコイル部7の両端側である。
The first power source 21 </ b> A is a power source for supplying power to the
第2電源21Bは、コイル部7の内の第2超伝導コイル7Bに対して電力を供給するための電源である。第2電源21Bは、正側P2が第2超伝導コイル7Bの一端側S3に接続されていると共に負側N2が第2超伝導コイル7Bの他端側S4に接続されている。第2超伝導コイル7Bの一端側S3及び他端側S4とは、第2超伝導コイル7Bの両端側である。
The second power source 21 </ b> B is a power source for supplying power to the second
保護抵抗23は、コイル部7を流れる電流を減衰させるための抵抗である。保護抵抗23は、第1電源21Aに対してコイル部7と並列に接続されている。具体的に、第1電源21Aの正側P1とコイル部7の一端側S1とを接続する回路上には、当該回路から別の回路を分岐させる第1分岐点22Aが設けられている。また、第1電源21Aの負側N1とコイル部7の他端側S2とを接続する回路上には、当該回路から別の回路を分岐させる第2分岐点22Bが設けられている。第1分岐点22Aから分岐する回路と、第2分岐点22Bから分岐する回路とは、保護抵抗23を介して接続されている。すなわち、保護抵抗23は、第1分岐点22Aから第2分岐点22Bまでを接続するように、第1電源21Aに対してコイル部7と並列に接続されている。
The
遮断器24は、第1電源21Aを流れる電流を遮断するための遮断器である。遮断器24は、後述する制御部25からの指令により遮断/接続の動作を実行する。遮断器24は、第1電源21Aの正側P1と第1分岐点22Aとの間に配置されている。このような位置に遮断器24が配置されることにより、遮断器24が第1電源21Aを流れる電流を遮断すると、保護抵抗23、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bが互いに直列に接続された閉回路が形成される。なお、遮断器24は、第1電源21Aの負側N1と第2分岐点22Bとの間に配置されていてもよい。
The
制御部25は、電力供給部20の動作を制御する。特に、クエンチ検出器制御装置8Mが第1クエンチ検出器8A又は第2クエンチ検出器8Bがクエンチの発生を検知した場合に、クエンチが発生したことをクエンチ検出器制御装置8Mから通知されたときには、制御部25は、第1電源21Aを流れる電流を遮断するように遮断器24を動作させる。
The
次に、超伝導サイクロトロン1の動作について説明する。
Next, the operation of the
超伝導サイクロトロン1において、まず、第1電源21Aが第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bに対して電力を供給する。また、第2電源21Bが第2超伝導コイル7Bに対して電力を供給する。これにより、第1超伝導コイル7Aと第2超伝導コイル7Bとに対して互いに異なる大きさの電流を流すことができるため、一対の磁極3,4の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。
In
第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bに電流が流れて磁場が形成されると、各超伝導コイルとヨーク6等の鉄製部材等との間に強い磁気力が働く。このとき、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bはコイル支持枠9の中間部9eを介して互いに接続されており、且つ、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bのそれぞれに対してバランス良く(すなわち、中心軸線Cに垂直な平面に対して略面対称に)磁気力が働くため、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bのそれぞれに対して働く磁気力は相殺する。
When a current flows through the
ここで、コイル部7においてクエンチが発生すると、クエンチが発生した超伝導コイルの抵抗値が大きくなるため、クエンチが発生すると各超伝導コイルに流れる電流の大きさに差が生じる。このため、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bのそれぞれに対して働く磁気力が相殺しなくなる。
Here, when a quench occurs in the
超伝導サイクロトロン1では、コイル部7においてクエンチが発生した場合には、クエンチが発生したことをクエンチ検出部8が検知する。そして、制御部25が、遮断器24に対して、電流を遮断する動作を実行するように指令を出す。
In the
遮断器24が動作して第1電源21Aを流れる電流が遮断されることによって、保護抵抗23、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部7の各超伝導コイルを流れていた電流は、抵抗を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。
By operating the
以上説明したように、超伝導サイクロトロン1では、第1電源21Aによって第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bに電力が供給されると共に、第2電源21Bによって第2超伝導コイル7Bに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極3,4の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部7においてクエンチが発生した場合には、遮断器24を動作させることによって、保護抵抗23、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部7の各超伝導コイルを流れていた電流は、保護抵抗23を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。
As described above, in the
超伝導サイクロトロン1では、コイル部7は、コイル部7においてクエンチが発生したことを検知するクエンチ検出部8を備え、電力供給部20は、クエンチ検出部8がコイル部7においてクエンチが発生したことを検知した場合に、第1電源21Aを流れる電流を遮断するように遮断器24を動作させる制御部25を備える。このため、コイル部7においてクエンチが発生した場合に、速やかに第1電源21Aを流れる電流を遮断することができる。従って、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を速やかに抑制することができる。
In the
また、超伝導電磁石5では、第1電源21Aによって第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bに電力が供給されると共に、第2電源21Bによって第2超伝導コイル7Bに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極3,4の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部7においてクエンチが発生した場合に、遮断器24を動作させることによって、保護抵抗23、第1超伝導コイル7A及び第2超伝導コイル7Bが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部7の各超伝導コイルを流れていた電流は、保護抵抗23を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。
In the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment.
例えば、図3に示されるように、超伝導サイクロトロン1は、複数対の超伝導コイルを備えていてもよい。具体的に、超伝導サイクロトロン1では、コイル部7は、一対の磁極3,4をそれぞれ囲むように設けられた第3超伝導コイル7C及び第4超伝導コイル7Dを更に有し、第1超伝導コイル7A、第2超伝導コイル7B、第3超伝導コイル7C及び第4超伝導コイル7Dは直列に接続されていてもよい。このとき、電力供給部20は、正側P3が第3超伝導コイル7Cの一端側S5に接続されていると共に負側N3が第3超伝導コイル7Cの他端側S6に接続されている第3電源21Cと、正側P4が第4超伝導コイル7Dの一端側S7に接続されていると共に負側N4が第4超伝導コイル7Dの他端側S8に接続されている第4電源21Dと、を有してもよい。この場合、一対の磁極3,4の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。
For example, as shown in FIG. 3, the
また、超伝導サイクロトロン1では、コイル部7は、第3超伝導コイル7C及び第4超伝導コイル7Dからなる対を複数有してもよい。すなわち、コイル部7は、2つ以上の第3超伝導コイル7Cと、2つ以上であって第3超伝導コイル7Cと同数の第4超伝導コイル7Dを有していてもよい。この場合、一対の磁極3,4の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。
Moreover, in the
また、上記実施形態では、超伝導電磁石5は超伝導サイクロトロン1に用いられるものとして説明したが、これに限定されず、超伝導電磁石5はMRI、MCZ法によるシリコン単結晶引き上げ装置等に用いられてもよい。
In the above embodiment, the
3,4…磁極、2…ディ電極(加速電極)、7…コイル部、7A…第1超伝導コイル、7B…第2超伝導コイル、20…電力供給部、21A…第1電源、21B…第2電源、22A…第1分岐点、22B…第2分岐点、23…保護抵抗(抵抗)、24…遮断器。 3, 4 ... Magnetic pole, 2 ... Di electrode (acceleration electrode), 7 ... Coil part, 7A ... 1st superconducting coil, 7B ... 2nd superconducting coil, 20 ... Power supply part, 21A ... 1st power supply, 21B ... 2nd power supply, 22A ... 1st branch point, 22B ... 2nd branch point, 23 ... Protection resistance (resistance), 24 ... Circuit breaker.
Claims (5)
前記一対の磁極の間に配置され、荷電粒子を加速させるための電場を発生させる加速電極と、
前記一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルを有するコイル部と、
前記コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記第1超伝導コイル及び前記第2超伝導コイルは直列に接続され、
前記電力供給部は、
正側が前記コイル部の一端側に接続されていると共に負側が前記コイル部の他端側に接続されている第1電源と、
正側が前記第2超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第2超伝導コイルの他端側に接続されている第2電源と、
前記第1電源の前記正側と前記コイル部の前記一端側との間に設けられた第1分岐点から、前記第1電源の前記負側と前記コイル部の前記他端側との間に設けられた第2分岐点までを接続し、且つ、前記第1分岐点及び前記第2分岐点でのみ接続されるように、前記第1電源に対して前記コイル部と並列に接続された抵抗と、
前記第1電源の前記正側と前記第1分岐点との間、又は、前記第1電源の前記負側と前記第2分岐点との間に配置され、前記第1電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有する、超伝導サイクロトロン。 A pair of magnetic poles;
An accelerating electrode disposed between the pair of magnetic poles for generating an electric field for accelerating charged particles;
A coil portion having a first superconducting coil and a second superconducting coil provided so as to surround each of the pair of magnetic poles;
A power supply unit for supplying power to the coil unit,
The first superconducting coil and the second superconducting coil are connected in series;
The power supply unit
A first power source having a positive side connected to one end side of the coil portion and a negative side connected to the other end side of the coil portion;
A second power source having a positive side connected to one end of the second superconducting coil and a negative side connected to the other end of the second superconducting coil;
From a first branch point provided between the positive side of the first power source and the one end side of the coil portion, between the negative side of the first power source and the other end side of the coil portion. A resistor connected in parallel to the coil unit with respect to the first power supply so as to connect to the second branch point provided and to be connected only at the first branch point and the second branch point. When,
Disposed between the positive side of the first power source and the first branch point, or between the negative side of the first power source and the second branch point, and interrupts the current flowing through the first power source A superconducting cyclotron having a possible circuit breaker.
前記電力供給部は、前記クエンチ検出部が前記コイル部においてクエンチが発生したことを検知した場合に、前記第1電源を流れる電流を遮断するように前記遮断器を動作させる制御部を備える、請求項1記載の超伝導サイクロトロン。 The coil unit includes a quench detection unit that detects that quenching has occurred in the coil unit,
The power supply unit includes a control unit that operates the circuit breaker so as to cut off a current flowing through the first power source when the quench detection unit detects that a quench has occurred in the coil unit. Item 2. The superconducting cyclotron according to Item 1.
前記第1超伝導コイル、前記第2超伝導コイル、前記第3超伝導コイル及び前記第4超伝導コイルは直列に接続され、
前記電力供給部は、
正側が前記第3超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第3超伝導コイルの他端側に接続されている第3電源と、
正側が前記第4超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第4超伝導コイルの他端側に接続されている第4電源と、を有する、請求項1又は2記載の超伝導サイクロトロン。 The coil portion further includes a third superconducting coil and a fourth superconducting coil provided so as to surround the pair of magnetic poles, respectively.
The first superconducting coil, the second superconducting coil, the third superconducting coil, and the fourth superconducting coil are connected in series,
The power supply unit
A third power source having a positive side connected to one end of the third superconducting coil and a negative side connected to the other end of the third superconducting coil;
The super power source according to claim 1, further comprising: a fourth power source having a positive side connected to one end side of the fourth superconducting coil and a negative side connected to the other end side of the fourth superconducting coil. Conductive cyclotron.
前記一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第1超伝導コイル及び第2超伝導コイルを有するコイル部と、
前記コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記第1超伝導コイル及び前記第2超伝導コイルは直列に接続され、
前記電力供給部は、
正側が前記コイル部の一端側に接続されていると共に負側が前記コイル部の他端側に接続されている第1電源と、
正側が前記第2超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第2超伝導コイルの他端側に接続されている第2電源と、
前記第1電源の前記正側と前記コイル部の前記一端側との間に設けられた第1分岐点から、前記第1電源の前記負側と前記コイル部の前記他端側との間に設けられた第2分岐点までを接続し、且つ、前記第1分岐点及び前記第2分岐点でのみ接続されるように、前記第1電源に対して前記コイル部と並列に接続された抵抗と、
前記第1電源の前記正側と前記第1分岐点との間、又は、前記第1電源の前記負側と前記第2分岐点との間に配置され、前記第1電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有する、超伝導電磁石。 A pair of magnetic poles;
A coil portion having a first superconducting coil and a second superconducting coil provided so as to surround each of the pair of magnetic poles;
A power supply unit for supplying power to the coil unit,
The first superconducting coil and the second superconducting coil are connected in series;
The power supply unit
A first power source having a positive side connected to one end side of the coil portion and a negative side connected to the other end side of the coil portion;
A second power source having a positive side connected to one end of the second superconducting coil and a negative side connected to the other end of the second superconducting coil;
From a first branch point provided between the positive side of the first power source and the one end side of the coil portion, between the negative side of the first power source and the other end side of the coil portion. A resistor connected in parallel to the coil unit with respect to the first power supply so as to connect to the second branch point provided and to be connected only at the first branch point and the second branch point. When,
Disposed between the positive side of the first power source and the first branch point, or between the negative side of the first power source and the second branch point, and interrupts the current flowing through the first power source And a possible circuit breaker.
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