JP6926728B2 - Superconducting magnets, superconducting magnet operation methods and inspection equipment - Google Patents

Superconducting magnets, superconducting magnet operation methods and inspection equipment Download PDF

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この発明は、超電導マグネット、超電導マグネットの運転方法および検査装置に関する。 The present invention relates to a superconducting magnet, a method of operating the superconducting magnet, and an inspection device.

国際公開２０１２／１５７７４５号（特許文献１）は、超電導巻線と、該超電導巻線に生じる遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向の交流磁場を印加する磁場印加手段とを備える超電導磁石を開示している。 International Publication No. 2012/157745 (Patent Document 1) discloses a superconducting magnet including a superconducting winding and a magnetic field applying means for applying an AC magnetic field in a direction perpendicular to the magnetization direction due to a shielding current generated in the superconducting winding. doing.

特開２０１６−１４３７３３号公報（特許文献２）は、超電導コイルを該超電導コイルが超電導状態となる第１の温度にするステップと、第１の温度にした後に、等価的な抵抗成分を発生する磁束フローまたは磁束クリープ状態が生じる電流まで通電して超電導コイルの発生磁場を安定させるステップと、超電導コイルの発生磁場を安定させた後に該超電導コイルを第１の温度よりも低い第２の温度に冷却するステップとを含む、超電導コイルの運転方法を開示する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-143733 (Patent Document 2) generates an equivalent resistance component after the step of bringing the superconducting coil to the first temperature at which the superconducting coil is in the superconducting state and the first temperature. A step of energizing to a current that causes a magnetic flux flow or a magnetic flux creep state to stabilize the generated magnetic field of the superconducting coil, and after stabilizing the generated magnetic field of the superconducting coil, the superconducting coil is brought to a second temperature lower than the first temperature. A method of operating a superconducting coil including a cooling step is disclosed.

国際公開２０１２／１５７７４５号International Publication 2012/157745 特開２０１６−１４３７３３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-143733

本発明の一態様の目的は、短時間で、超電導コイルが発生する磁場の安定性を確保することができる超電導マグネットの運転方法を提供することである。本発明の一態様の目的は、短時間で、超電導コイルが発生する磁場の安定性を確保することができる超電導マグネットおよび検査装置を提供することである。 An object of one aspect of the present invention is to provide a method of operating a superconducting magnet capable of ensuring the stability of the magnetic field generated by the superconducting coil in a short time. An object of one aspect of the present invention is to provide a superconducting magnet and an inspection device capable of ensuring the stability of the magnetic field generated by the superconducting coil in a short time.

本発明の一態様に係る超電導マグネットの運転方法は、超電導線材を巻回すことによって形成された超電導コイルの温度を予め定められた目標温度に調整する工程と、超電導コイルの温度が目標温度に到達した後に、超電導コイルの励減磁を繰り返し実行する工程と、超電導コイルの励減磁の実行中に、超電導コイルを超電導状態に維持する工程とを備える。目標温度は、超電導状態に冷却された超電導コイルの励減磁の実行中において超電導コイルが熱平衡状態となる温度に設定される。 The method of operating the superconducting magnet according to one aspect of the present invention includes a step of adjusting the temperature of the superconducting coil formed by winding the superconducting wire to a predetermined target temperature and the temperature of the superconducting coil reaching the target temperature. After that, a step of repeatedly executing the excitation / demagnetization of the superconducting coil and a step of maintaining the superconducting coil in the superconducting state during the execution of the excitation / demagnetization of the superconducting coil are provided. The target temperature is set to a temperature at which the superconducting coil is in a thermal equilibrium state during the excitation / demagnetization of the superconducting coil cooled to the superconducting state.

本発明の一態様に係る超電導マグネットは、巻回された超電導線材を有する超電導コイルと、超電導コイルを冷却するための冷却装置と、超電導コイルに電流を供給する電源と、超電導コイルの温度を検出する温度センサと、温度センサの検出値に基づいて、冷却装置および電源を制御する制御装置とを含む。制御装置は、冷却装置を用いて、超電導コイルの温度を予め定められた目標温度に調整し、超電導コイルの温度が目標温度に到達した後に、電源から超電導コイルへの通電電流を制御することにより、超電導コイルの励減磁を繰り返し実行する。制御装置は、さらに、超電導コイルの励減磁の実行中に、冷却装置を用いて超電導コイルを超電導状態に維持するように構成される。目標温度は、超電導状態に冷却された超電導コイルの励減磁の実行中において超電導コイルが熱平衡状態となる温度に設定される。 The superconducting magnet according to one aspect of the present invention detects a superconducting coil having a wound superconducting wire, a cooling device for cooling the superconducting coil, a power source for supplying an electric current to the superconducting coil, and the temperature of the superconducting coil. The coil includes a temperature sensor and a control device that controls a cooling device and a power source based on the detected value of the temperature sensor. The control device uses a cooling device to adjust the temperature of the superconducting coil to a predetermined target temperature, and after the temperature of the superconducting coil reaches the target temperature, controls the energizing current from the power supply to the superconducting coil. , The superconducting coil is repeatedly excited and demagnetized. The control device is further configured to use a cooling device to maintain the superconducting coil in a superconducting state during the excitation and demagnetization of the superconducting coil. The target temperature is set to a temperature at which the superconducting coil is in a thermal equilibrium state during the excitation / demagnetization of the superconducting coil cooled to the superconducting state.

本発明の一態様に係る検査装置は、本発明の一態様に係る超電導マグネットを備える。検査装置は、超電導状態に冷却された超電導コイルを励磁磁することにより、超電導コイルが発生する磁束が通過する部分に配置された被検査対象の磁化特性を測定するように構成される。 The inspection device according to one aspect of the present invention includes a superconducting magnet according to one aspect of the present invention. The inspection device is configured to magnetize the superconducting coil cooled to the superconducting state to measure the magnetization characteristics of the object to be inspected arranged in the portion through which the magnetic flux generated by the superconducting coil passes.

上記によれば、短時間で、超電導コイルが発生する磁場の安定性を確保することができる。 According to the above, the stability of the magnetic field generated by the superconducting coil can be ensured in a short time.

実施の形態１に係る超電導マグネットを概略的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed schematicly about the superconducting magnet which concerns on Embodiment 1. FIG. 試料の磁化特性の測定時における、超電導コイルの発生磁場およびコイル温度の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the generated magnetic field and the coil temperature of a superconducting coil at the time of measuring the magnetization characteristic of a sample. 実施の形態１に係る超電導マグネットの制御構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the control structure of the superconducting magnet which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係る超電導マグネットの運転方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operation method of the superconducting magnet which concerns on Embodiment 1. FIG. 図４に示したコイル温度を目標温度に調整する工程（Ｓ３０）の一態様を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating one aspect of the step (S30) of adjusting a coil temperature shown in FIG. 4 to a target temperature. 図５に示した期間Ｔ１〜Ｔ３における冷却装置の冷却条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cooling condition of the cooling apparatus in the period T1 to T3 shown in FIG. 図４に示したコイル温度を目標温度に調整する工程（Ｓ２０）の一態様を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating one aspect of the step (S20) of adjusting a coil temperature shown in FIG. 4 to a target temperature. 実施の形態１の変形例に係る超電導マグネットの制御構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure of the superconducting magnet which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 図５に示した期間Ｔ１〜Ｔ３におけるヒータの制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control of the heater in the period T1 to T3 shown in FIG. 図４に示したコイル温度を目標温度に調整する工程（Ｓ２０）の別の態様を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating another aspect of the step (S20) of adjusting a coil temperature shown in FIG. 4 to a target temperature. 実施の形態２に係る超電導マグネットの運転方法における、コイル温度を目標温度に調整する工程を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process of adjusting a coil temperature to a target temperature in the operation method of the superconducting magnet which concerns on Embodiment 2. FIG.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。 [Explanation of Embodiments of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

（１）本発明の一態様に係る超電導マグネットの運転方法は、超電導線材を巻回すことによって形成された超電導コイル９１の温度を予め定められた目標温度Ｔ＊に調整する工程（図４：Ｓ２０）と、超電導コイル９１の温度が目標温度Ｔ＊に到達した後に、超電導コイル９１の励減磁を繰り返し実行する工程（図４：Ｓ３０）と、超電導コイル９１の励減磁の実行中に、超電導コイル９１を超電導状態に維持する工程（図４：Ｓ４０）とを備える。目標温度Ｔ＊は、超電導状態に冷却された超電導コイル９１の励減磁の実行中において超電導コイル９１が熱平衡状態となる温度（安定温度）に設定される。 (1) The method of operating the superconducting magnet according to one aspect of the present invention is a step of adjusting the temperature of the superconducting coil 91 formed by winding the superconducting wire to a predetermined target temperature T * (FIG. 4: S20). ), The step of repeatedly executing the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 after the temperature of the superconducting coil 91 reaches the target temperature T * (FIG. 4: S30), and during the execution of the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91. A step of maintaining the superconducting coil 91 in the superconducting state (FIG. 4: S40) is provided. The target temperature T * is set to a temperature (stable temperature) at which the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state during the execution of excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 cooled to the superconducting state.

上記（１）に係る超電導マグネットの運転方法によれば、超電導コイル９１の励減磁を繰り返したときに超電導コイル９１の発生磁場が安定するときの温度（超電導コイル９１の温度が安定するときの温度）を目標温度Ｔ＊に設定し、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整した後に、超電導コイル９１の励減磁を開始する。このようにすると、冷却装置１２１における超電導コイル９１の冷却能力を制御することで、超電導コイル９１を繰り返し励減磁して超電導コイル９１の温度が安定するのに要する時間よりも短時間で、超電導コイル９１が発生する磁場の安定性を確保することができる。 According to the operation method of the superconducting magnet according to the above (1), the temperature at which the generated magnetic field of the superconducting coil 91 stabilizes when the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is repeated (when the temperature of the superconducting coil 91 stabilizes). Temperature) is set to the target temperature T *, the superconducting coil 91 is adjusted to the target temperature T *, and then the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is started. In this way, by controlling the cooling capacity of the superconducting coil 91 in the cooling device 121, the superconducting coil 91 is repeatedly demagnetized and superconducting in a shorter time than the time required for the temperature of the superconducting coil 91 to stabilize. The stability of the magnetic field generated by the coil 91 can be ensured.

（２）上記（１）に係る超電導マグネットの運転方法において、超電導コイル９１を超電導状態に維持する工程（図４：Ｓ４０）では、超電導コイル９１の冷却条件を、目標温度Ｔ＊に調整する工程（図４：Ｓ２０）における超電導コイルの冷却条件から変更する。 (2) In the step of maintaining the superconducting coil 91 in the superconducting state (FIG. 4: S40) in the method of operating the superconducting magnet according to the above (1), the step of adjusting the cooling condition of the superconducting coil 91 to the target temperature T *. The cooling conditions of the superconducting coil in (FIG. 4: S20) are changed.

このようにすると、超電導コイル９１の励減磁の実行中は、超電導コイル９１の温度を、超電導コイル９１が熱平衡状態となる温度に保つことができるため、超電導コイル９１の発生磁場を安定させることができる。 In this way, while the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is being executed, the temperature of the superconducting coil 91 can be maintained at a temperature at which the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state, so that the generated magnetic field of the superconducting coil 91 is stabilized. Can be done.

（３）上記（１）に係る超電導マグネットの運転方法において、目標温度Ｔ＊に調整する工程（図４：Ｓ２０）は、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊よりも低い閾値温度Ｔｔｈに冷却する工程（図７：Ｓ２１）と、超電導コイル９１の温度が閾値温度Ｔｔｈに達した後に、超電導コイル９１の温度を目標温度Ｔ＊に昇温する工程（図７：Ｓ２２）とを含む。 (3) In the operation method of the superconducting magnet according to (1) above, the step of adjusting to the target temperature T * (FIG. 4: S20) is a step of cooling the superconducting coil 91 to a threshold temperature Tth lower than the target temperature T *. (FIG. 7: S21) and a step of raising the temperature of the superconducting coil 91 to the target temperature T * after the temperature of the superconducting coil 91 reaches the threshold temperature Tth (FIG. 7: S22).

このようにすると、超電導コイル９１全体を、超電導コイル９１の発生磁場が安定する温度に調整することができる。 In this way, the entire superconducting coil 91 can be adjusted to a temperature at which the generated magnetic field of the superconducting coil 91 is stable.

（４）上記（３）に係る超電導マグネットの運転方法において、目標温度Ｔ＊に昇温する工程（図７：Ｓ２２）では、閾値温度Ｔｔｈに冷却する工程（図７：Ｓ２１）に比べて、超電導コイル９１の冷却能力を低下させる。このようにすると、冷却装置１２１の制御のみによって、短時間で、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整することができる。 (4) In the method of operating the superconducting magnet according to (3) above, in the step of raising the temperature to the target temperature T * (FIG. 7: S22), compared with the step of cooling to the threshold temperature Tth (FIG. 7: S21), The cooling capacity of the superconducting coil 91 is reduced. In this way, the superconducting coil 91 can be adjusted to the target temperature T * in a short time only by controlling the cooling device 121.

（５）上記（３）に係る超電導マグネットの運転方法において、目標温度Ｔ＊に昇温する工程（図７：Ｓ２２）では、閾値温度Ｔｔｈに冷却する工程（図７：Ｓ２１）に比べて、超電導コイル９１を冷却する冷却装置１２１の運転周波数を低くする。超電導コイル９１を超電導状態に冷却する工程（図４：Ｓ４０）では、目標温度Ｔ＊に昇温する工程（図７：Ｓ２２）に比べて、冷却装置１２１の運転周波数を高くする。 (5) In the method of operating the superconducting magnet according to (3) above, in the step of raising the temperature to the target temperature T * (FIG. 7: S22), compared with the step of cooling to the threshold temperature Tth (FIG. 7: S21), The operating frequency of the cooling device 121 that cools the superconducting coil 91 is lowered. In the step of cooling the superconducting coil 91 to the superconducting state (FIG. 4: S40), the operating frequency of the cooling device 121 is increased as compared with the step of raising the temperature to the target temperature T * (FIG. 7: S22).

このようにすると、冷却装置１２１の運転周波数の制御のみによって、短時間で、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整することができる。また、超電導コイル９１の励減磁の実行中は、超電導コイル９１の温度を、超電導コイルが熱平衡状態となる温度に保つことができるため、超電導コイル９１の発生磁場を安定させることができる。 In this way, the superconducting coil 91 can be adjusted to the target temperature T * in a short time only by controlling the operating frequency of the cooling device 121. Further, during the execution of excitation / demagnetization of the superconducting coil 91, the temperature of the superconducting coil 91 can be maintained at a temperature at which the superconducting coil is in a thermal equilibrium state, so that the generated magnetic field of the superconducting coil 91 can be stabilized.

（６）上記（３）に係る超電導マグネットの運転方法において、閾値温度Ｔｔｈに冷却する工程（図７：Ｓ２１）では、超電導コイル９１を冷却する冷却装置１２１の連続運転を実行する。目標温度Ｔ＊に昇温する工程（図７：Ｓ２２）では、冷却装置１２１の間欠運転を実行する。超電導コイル９１を超電導状態に冷却する工程（図４：Ｓ４０）では、冷却装置１２１の連続運転を実行する。 (6) In the operation method of the superconducting magnet according to (3) above, in the step of cooling to the threshold temperature Tth (FIG. 7: S21), the cooling device 121 for cooling the superconducting coil 91 is continuously operated. In the step of raising the temperature to the target temperature T * (FIG. 7: S22), the intermittent operation of the cooling device 121 is executed. In the step of cooling the superconducting coil 91 to the superconducting state (FIG. 4: S40), the cooling device 121 is continuously operated.

このようにすると、冷却装置１２１のオンオフ制御のみによって、短時間で、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整することができる。また、超電導コイル９１の励減磁の実行中は、超電導コイル９１の温度を、超電導コイルが熱平衡状態となる温度に保つことができるため、超電導コイル９１の発生磁場を安定させることができる。 In this way, the superconducting coil 91 can be adjusted to the target temperature T * in a short time only by the on / off control of the cooling device 121. Further, during the execution of excitation / demagnetization of the superconducting coil 91, the temperature of the superconducting coil 91 can be maintained at a temperature at which the superconducting coil is in a thermal equilibrium state, so that the generated magnetic field of the superconducting coil 91 can be stabilized.

（７）上記（３）に係る超電導マグネットの運転方法において、目標温度Ｔ＊に昇温する工程（図７：Ｓ２２）では、加熱装置１４を用いて超電導コイル９１を加熱する。超電導コイル９１を超電導状態に維持する工程（図４：Ｓ４０）では、加熱装置１４を停止させる。 (7) In the step of raising the temperature to the target temperature T * (FIG. 7: S22) in the method of operating the superconducting magnet according to the above (3), the superconducting coil 91 is heated by using the heating device 14. In the step of maintaining the superconducting coil 91 in the superconducting state (FIG. 4: S40), the heating device 14 is stopped.

このようにすると、加熱装置１４のオンオフ制御によって、短時間で、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整することができる。また、超電導コイル９１の励減磁の実行中は、加熱装置１４を停止させることで、超電導コイル９１の温度が、超電導コイルが熱平衡状態となる温度に保たれるため、超電導コイル９１の発生磁場を安定させることができる。 In this way, the superconducting coil 91 can be adjusted to the target temperature T * in a short time by the on / off control of the heating device 14. Further, during the execution of the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91, the temperature of the superconducting coil 91 is maintained at the temperature at which the superconducting coil is in the thermal equilibrium state by stopping the heating device 14, so that the generated magnetic field of the superconducting coil 91 is maintained. Can be stabilized.

（８）上記（１）または（２）に係る超電導マグネットの運転方法において（図１１参照）、目標温度Ｔ＊に調整する工程（図４：Ｓ２０）は、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に冷却する工程（図１１：Ｓ２３）と、超電導コイル９１が目標温度Ｔ＊に到達した後に、一定時間、超電導コイル９１の温度を保持する工程（図１１：Ｓ２４）とを含む。超電導コイル９１の励減磁を繰り返し実行する工程（図４：Ｓ３０）では、超電導コイル９１が目標温度Ｔ＊に到達してから一定時間が経過した後に、超電導コイル９１の励減磁を開始する。 (8) In the operation method of the superconducting magnet according to (1) or (2) above (see FIG. 11), in the step of adjusting to the target temperature T * (FIG. 4: S20), the superconducting coil 91 is set to the target temperature T *. The step of cooling (FIG. 11: S23) and the step of maintaining the temperature of the superconducting coil 91 for a certain period of time after the superconducting coil 91 reaches the target temperature T * (FIG. 11: S24) are included. In the step of repeatedly executing the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 (FIG. 4: S30), the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is started after a certain period of time has elapsed after the superconducting coil 91 reaches the target temperature T *. ..

このようにすると、超電導コイル９１全体を、超電導コイル９１の発生磁場が安定する温度に調整することができる。 In this way, the entire superconducting coil 91 can be adjusted to a temperature at which the generated magnetic field of the superconducting coil 91 is stable.

（９）本発明の一態様に係る超電導マグネット１００（図１および図３参照）は、巻回された超電導線材を有する超電導コイル９１と、超電導コイル９１を冷却するための冷却装置１２１と、超電導コイル９１に電流を供給する電源１３２と、超電導コイル９１の温度を検出する温度センサ１２と、温度センサ１２の検出値に基づいて、冷却装置１２１および電源１３２を制御する制御装置１４０とを含む。制御装置１４０は、冷却装置１２１を用いて、超電導コイル９１の温度を予め定められた目標温度Ｔ＊に調整し、超電導コイル９１の温度が目標温度Ｔ＊に到達した後に、電源１３２から超電導コイル９１への通電電流を制御することにより、超電導コイル９１の励減磁を繰り返し実行する。制御装置１４０は、さらに、超電導コイル９１の励減磁の実行中に、冷却装置１２１を用いて超電導コイル９１を超電導状態に維持するように構成される。目標温度Ｔ＊は、超電導状態に冷却された超電導コイル９１の励減磁の実行中において超電導コイル９１が熱平衡状態となる温度に設定される。 (9) The superconducting magnet 100 (see FIGS. 1 and 3) according to one aspect of the present invention includes a superconducting coil 91 having a wound superconducting wire, a cooling device 121 for cooling the superconducting coil 91, and superconducting. It includes a power supply 132 that supplies a current to the coil 91, a temperature sensor 12 that detects the temperature of the superconducting coil 91, and a control device 140 that controls the cooling device 121 and the power supply 132 based on the detected values of the temperature sensor 12. The control device 140 adjusts the temperature of the superconducting coil 91 to a predetermined target temperature T * by using the cooling device 121, and after the temperature of the superconducting coil 91 reaches the target temperature T *, the superconducting coil is supplied from the power supply 132. By controlling the energizing current to the 91, the excitation and demagnetization of the superconducting coil 91 is repeatedly executed. The control device 140 is further configured to use the cooling device 121 to maintain the superconducting coil 91 in the superconducting state during the excitation and demagnetization of the superconducting coil 91. The target temperature T * is set to a temperature at which the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state during the execution of excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 cooled to the superconducting state.

上記（９）に係る超電導マグネット１００によれば、超電導コイル９１の発生磁場が安定する温度（超電導コイルが熱平衡状態となる温度）を目標温度Ｔ＊に設定し、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整した後に、超電導コイル９１の励減磁を開始する。このようにすると、冷却装置１２１における冷却能力を制御することで、超電導コイル９１の発生磁場が安定するのに要する時間よりも短時間で、超電導コイル９１が発生する磁場の安定性を確保することができる。 According to the superconducting magnet 100 according to (9) above, the temperature at which the generated magnetic field of the superconducting coil 91 stabilizes (the temperature at which the superconducting coil is in a thermal equilibrium state) is set as the target temperature T *, and the superconducting coil 91 is set to the target temperature T *. After adjusting to, the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is started. In this way, by controlling the cooling capacity of the cooling device 121, the stability of the magnetic field generated by the superconducting coil 91 can be ensured in a shorter time than the time required for the magnetic field generated by the superconducting coil 91 to stabilize. Can be done.

（１０）上記（９）に係る超電導マグネット１００において、制御装置１４０は、冷却装置１２１を用いて、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊よりも低い閾値温度Ｔｔｈに冷却し、超電導コイル９１の温度が閾値温度Ｔｔｈに達した後に、冷却装置１２１の冷却能力を低下させることにより、超電導コイル９１の温度を目標温度Ｔ＊に昇温する。 (10) In the superconducting magnet 100 according to (9) above, the control device 140 cools the superconducting coil 91 to a threshold temperature Tth lower than the target temperature T * by using the cooling device 121, and the temperature of the superconducting coil 91 is raised. After reaching the threshold temperature Tth, the temperature of the superconducting coil 91 is raised to the target temperature T * by lowering the cooling capacity of the cooling device 121.

このようにすると、超電導コイル９１全体を、超電導コイル９１の発生磁場が安定する温度に調整することができる。 In this way, the entire superconducting coil 91 can be adjusted to a temperature at which the generated magnetic field of the superconducting coil 91 is stable.

（１１）上記（９）に係る超電導マグネット１００は、超電導コイル９１を加熱するための加熱装置１４をさらに備える。制御装置１４０は、冷却装置１２１および加熱装置１４を用いて、超電導コイル９１の温度を目標温度Ｔ＊に調整する。 (11) The superconducting magnet 100 according to (9) above further includes a heating device 14 for heating the superconducting coil 91. The control device 140 adjusts the temperature of the superconducting coil 91 to the target temperature T * by using the cooling device 121 and the heating device 14.

このようにすると、冷却装置１２１および加熱装置１４の制御によって、短時間で、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整することができる。 In this way, the superconducting coil 91 can be adjusted to the target temperature T * in a short time by controlling the cooling device 121 and the heating device 14.

（１２）上記（１１）に係る超電導マグネット１００において、制御装置１４０は、冷却装置１２１を用いて、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊よりも低い閾値温度Ｔｔｈに冷却する。制御装置１４０は、さらに、超電導コイル９１の温度が閾値温度Ｔｔｈに達した後に、加熱装置１４を用いて、超電導コイル９１の温度を目標温度Ｔ＊に昇温する。 (12) In the superconducting magnet 100 according to (11) above, the control device 140 cools the superconducting coil 91 to a threshold temperature Tth lower than the target temperature T * by using the cooling device 121. The control device 140 further raises the temperature of the superconducting coil 91 to the target temperature T * by using the heating device 14 after the temperature of the superconducting coil 91 reaches the threshold temperature Tth.

このようにすると、冷却装置１２１および加熱装置１４の制御によって、短時間で、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整することができる。 In this way, the superconducting coil 91 can be adjusted to the target temperature T * in a short time by controlling the cooling device 121 and the heating device 14.

（１３）上記（９）に係る超電導マグネット１００において、制御装置１４０は、冷却装置１２１を用いて、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に冷却し、超電導コイル９１が目標温度Ｔ＊に到達した後に、一定時間、超電導コイル９１の温度を保持する。制御装置１４０は、さらに、超電導コイル９１が目標温度Ｔ＊に到達してから一定時間が経過した後に、超電導コイル９１の励減磁を実行する。 (13) In the superconducting magnet 100 according to (9) above, the control device 140 cools the superconducting coil 91 to the target temperature T * by using the cooling device 121, and after the superconducting coil 91 reaches the target temperature T *. , The temperature of the superconducting coil 91 is maintained for a certain period of time. The control device 140 further excites and demagnetizes the superconducting coil 91 after a certain period of time has elapsed after the superconducting coil 91 reaches the target temperature T *.

このようにすると、超電導コイル９１全体を、超電導コイル９１の発生磁場が安定する温度に調整することができる。 In this way, the entire superconducting coil 91 can be adjusted to a temperature at which the generated magnetic field of the superconducting coil 91 is stable.

（１４）本発明の一態様に係る検査装置は、上記（９）から（１３）に係る超電導マグネット１００を備える。検査装置は、超電導状態に冷却された超電導コイル９１を励磁磁することにより、超電導コイル９１が発生する磁束が通過する部分に配置された被検査対象２００の磁化特性を測定するように構成される。 (14) The inspection device according to one aspect of the present invention includes the superconducting magnet 100 according to the above (9) to (13). The inspection device is configured to magnetize the superconducting coil 91 cooled to the superconducting state to measure the magnetization characteristics of the object to be inspected 200 arranged in the portion through which the magnetic flux generated by the superconducting coil 91 passes. ..

上記（１４）に係る検査装置によれば、被検査対象２００の磁化特性を測定を開始する時点において超電導コイル９１の発生磁場を安定させることができるため、高い測定精度で被検査対象２００の磁化特性を測定することができる。 According to the inspection apparatus according to (14) above, the magnetic field generated by the superconducting coil 91 can be stabilized at the time when the measurement of the magnetization characteristics of the object to be inspected 200 is started, so that the magnetization of the object to be inspected 200 is magnetized with high measurement accuracy. The characteristics can be measured.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。 [Details of Embodiments of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る超電導マグネットを概略的に示した断面図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る超電導マグネット１００は、超電導コイル９１と、断熱容器１１１と、冷却装置１２１と、ホース１２２と、コンプレッサ１２３と、ケーブル１３１と、電源１３２と、制御装置１４０とを備える。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a superconducting magnet according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the superconducting magnet 100 according to the first embodiment includes a superconducting coil 91, a heat insulating container 111, a cooling device 121, a hose 122, a compressor 123, a cable 131, a power supply 132, and the like. It includes a control device 140.

断熱容器１１１は、非磁性体（たとえばＳＵＳ３０４）によって形成され、超電導コイル９１を収容する。断熱容器１１１は、超電導コイル９１の巻軸Ａｗが通る磁束通過部１１５を有する。磁束通過部１１５は、超電導コイル９１によって発生した磁束を通すことができる。たとえば図１に示されるように、断熱容器１１１の壁に、磁束を断熱容器１１１の内部から外部へ通すための貫通孔が形成される。この貫通孔を磁束通過部１１５として利用することができる。 The heat insulating container 111 is formed of a non-magnetic material (for example, SUS304) and houses the superconducting coil 91. The heat insulating container 111 has a magnetic flux passing portion 115 through which the winding shaft Aw of the superconducting coil 91 passes. The magnetic flux passing portion 115 can pass the magnetic flux generated by the superconducting coil 91. For example, as shown in FIG. 1, a through hole for passing magnetic flux from the inside to the outside of the heat insulating container 111 is formed in the wall of the heat insulating container 111. This through hole can be used as the magnetic flux passing portion 115.

超電導コイル９１は、テープ状の形状を有する酸化物超電導線材を巻き回して形成されたコイル部１０を有する。酸化物超電導線材は、たとえば、延在方向に延びるビスマス（Ｂｉ）系超伝導体と、この超伝導体を被覆するシースとを有する。シースは、たとえば銀または銀合金により形成されている。酸化物超電導線材は、テープ状面に垂直な磁場が印加されるほど交流損失が増大するような特性を有する。 The superconducting coil 91 has a coil portion 10 formed by winding an oxide superconducting wire having a tape-like shape. The oxide superconducting wire has, for example, a bismuth (Bi) -based superconductor extending in the extending direction and a sheath covering the superconductor. The sheath is made of, for example, silver or a silver alloy. The oxide superconducting wire has a property that the AC loss increases as a magnetic field perpendicular to the tape-shaped surface is applied.

超電導コイル９１は、冷却装置１２１によって冷却される。冷却装置１２１は、超電導コイル９１に熱的に接続された冷却ヘッド２０を有する。冷却装置１２１は、たとえばギフォード・マクマホン式冷凍機、パルス管冷凍機またはスターリング式冷凍機である。冷却装置１２１は、ホース１２２を介してコンプレッサ１２３につながっている。冷却装置１２１は、超電導コイルを構成する酸化物超電導材料の臨界温度以下の極低温を冷却ヘッド２０に発生させる。冷却ヘッド２０で得られた極低温は、伝熱板を介して超電導コイルに伝達される。 The superconducting coil 91 is cooled by the cooling device 121. The cooling device 121 has a cooling head 20 thermally connected to the superconducting coil 91. The cooling device 121 is, for example, a Gifford-McMahon refrigerator, a pulse tube refrigerator or a Sterling refrigerator. The cooling device 121 is connected to the compressor 123 via a hose 122. The cooling device 121 causes the cooling head 20 to generate an extremely low temperature equal to or lower than the critical temperature of the oxide superconducting material constituting the superconducting coil. The cryogenic temperature obtained by the cooling head 20 is transmitted to the superconducting coil via the heat transfer plate.

超電導コイル９１は、ケーブル１３１を介して電源１３２に電気的に接続される。電源１３２から電流が与えられることにより、超電導コイル９１は磁場（磁束）を発生させる。 The superconducting coil 91 is electrically connected to the power supply 132 via the cable 131. When a current is applied from the power supply 132, the superconducting coil 91 generates a magnetic field (magnetic flux).

試料２００（被検査対象）は、ステージ２１０上において磁束通過部１１５の直下に配置される。試料２００には、超電導コイル９１から発生した磁場が印加される。試料２００の位置における磁場の強度が所望の強度となるように超電導コイル９１に電流が印加される。 The sample 200 (object to be inspected) is arranged on the stage 210 directly below the magnetic flux passing portion 115. A magnetic field generated from the superconducting coil 91 is applied to the sample 200. A current is applied to the superconducting coil 91 so that the strength of the magnetic field at the position of the sample 200 becomes a desired strength.

本実施の形態１に係る超電導マグネット１００は、試料２００の磁化特性を測定するための検査装置に適用することが可能である。このような検査装置の一態様として、超電導コイル９１により変動磁場を発生させて、試料２００の磁化曲線（外部磁場と試料２００の磁化との関係を示す曲線）を測定する。 The superconducting magnet 100 according to the first embodiment can be applied to an inspection device for measuring the magnetization characteristics of the sample 200. As one aspect of such an inspection device, a fluctuating magnetic field is generated by the superconducting coil 91, and the magnetization curve of the sample 200 (a curve showing the relationship between the external magnetic field and the magnetization of the sample 200) is measured.

図１の例では、超電導マグネット１００およびステージ２１０は本発明における「検査装置」を構成する。検査装置は、ステージ２１０上に配置された複数の試料２００に対して、超電導コイル９１から発生した磁場を順番に印加することにより、各試料２００の磁化特性を測定する。ステージ２１０は、複数の試料２００を順番に磁束通過部１１５の直下に導入するための位置決め機構を構成する。 In the example of FIG. 1, the superconducting magnet 100 and the stage 210 constitute the "inspection device" in the present invention. The inspection device measures the magnetization characteristics of each sample 200 by sequentially applying a magnetic field generated from the superconducting coil 91 to a plurality of samples 200 arranged on the stage 210. The stage 210 constitutes a positioning mechanism for sequentially introducing a plurality of samples 200 directly under the magnetic flux passing portion 115.

制御装置１４０は、試料２００の磁化特性の測定時において、予め設定された磁場発生パターンに従って超電導コイル９１に磁場を発生させるために、超電導コイル９１の通電電流を制御する。一例として、制御装置１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。 The control device 140 controls the energizing current of the superconducting coil 91 in order to generate a magnetic field in the superconducting coil 91 according to a preset magnetic field generation pattern when measuring the magnetization characteristics of the sample 200. As an example, the control device 140 is mainly composed of a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory).

超電導コイル９１の通電電流の制御に加えて、制御装置１４０は、冷却装置１２１を制御する。一般に、超電導コイルの冷却に用いられる冷却装置には、冷却装置を作動（オン）および停止（オフ）を制御するオンオフ制御方式と、コンプレッサ１２３の運転周波数をインバータで制御する方式とがある。 In addition to controlling the energizing current of the superconducting coil 91, the control device 140 controls the cooling device 121. Generally, the cooling device used for cooling the superconducting coil includes an on-off control method for controlling operation (on) and stop (off) of the cooling device, and a method for controlling the operating frequency of the compressor 123 with an inverter.

冷却装置１２１がオンオフ制御方式である場合、制御装置１４０は、コンプレッサ１２３の動作を停止することにより、冷却装置１２１を停止（オフ）させる。また、制御装置１４０は、コンプレッサ１２３を駆動することにより、停止している冷却装置１２１を作動（オン）させる。冷却装置１２１の作動中、冷却装置１２１の冷却能力は一定（たとえば、定格能力）となっている。 When the cooling device 121 is an on / off control system, the control device 140 stops (turns off) the cooling device 121 by stopping the operation of the compressor 123. Further, the control device 140 operates (turns on) the stopped cooling device 121 by driving the compressor 123. During the operation of the cooling device 121, the cooling capacity of the cooling device 121 is constant (for example, the rated capacity).

これに対して、冷却装置１２１がインバータ制御方式である場合、制御装置１４０は、インバータによってコンプレッサ１２３の運転周波数を制御することにより、冷却装置１２１の冷却能力を制御するように構成される。具体的には、制御装置１４０は、コンプレッサ１２３の運転周波数を上げることにより、冷却装置１２１の冷却能力を上昇させることができる。また、制御装置１４０は、コンプレッサ１２３の運転周波数を下げることにより、冷却装置１２１の冷却能力を低下させることができる。 On the other hand, when the cooling device 121 is an inverter control system, the control device 140 is configured to control the cooling capacity of the cooling device 121 by controlling the operating frequency of the compressor 123 by the inverter. Specifically, the control device 140 can increase the cooling capacity of the cooling device 121 by increasing the operating frequency of the compressor 123. Further, the control device 140 can reduce the cooling capacity of the cooling device 121 by lowering the operating frequency of the compressor 123.

図２は、試料２００の磁化特性の測定時における、超電導コイル９１の発生磁場およびコイル部１０の温度（以下、コイル温度とも称する）の時間変化を示す図である。図２の縦軸は発生磁場の強度およびコイル温度を示し、横軸は超電導コイル９１の励減磁を開始してからの経過時間を示している。 FIG. 2 is a diagram showing time changes in the generated magnetic field of the superconducting coil 91 and the temperature of the coil unit 10 (hereinafter, also referred to as coil temperature) when measuring the magnetization characteristics of the sample 200. The vertical axis of FIG. 2 shows the strength of the generated magnetic field and the coil temperature, and the horizontal axis shows the elapsed time from the start of excitation / demagnetization of the superconducting coil 91.

図２に示されるように、磁化特性の測定時には、所定の磁場発生パターンに従って超電導コイル９１に磁場を発生させる。図２では、磁場発生パターンの一例として、０［Ｔ］→７［Ｔ］→−７［Ｔ］→０［Ｔ］の順で強度が変化する磁場を１サイクルとする。制御装置１４０は、この１サイクルの周期で超電導コイル９１に変動磁場が発生するように、超電導コイル９１の通電電流を変化させる。 As shown in FIG. 2, when measuring the magnetization characteristics, a magnetic field is generated in the superconducting coil 91 according to a predetermined magnetic field generation pattern. In FIG. 2, as an example of the magnetic field generation pattern, a magnetic field whose intensity changes in the order of 0 [T] → 7 [T] → -7 [T] → 0 [T] is defined as one cycle. The control device 140 changes the energizing current of the superconducting coil 91 so that a fluctuating magnetic field is generated in the superconducting coil 91 in this one cycle cycle.

この１サイクルの周期で試料２００の磁化特性を測定すると、ステージ２１０は、試料２００を磁束通過部１１５の直下から搬出するとともに、次の試料２００を磁束通過部１１５の直下に搬入する。制御装置１４０は、次の１サイクルの周期で超電導コイル９１に変動磁場を発生させて、次の試料２００の磁化特性を測定する。このようにして、検査装置は、１サイクルの周期で超電導コイル９１に変動磁場を発生させて、複数の試料２００の磁化特性を順番に測定する。 When the magnetization characteristics of the sample 200 are measured in this one cycle cycle, the stage 210 carries the sample 200 directly under the magnetic flux passing portion 115 and the next sample 200 directly under the magnetic flux passing portion 115. The control device 140 generates a fluctuating magnetic field in the superconducting coil 91 in the cycle of the next one cycle, and measures the magnetization characteristics of the next sample 200. In this way, the inspection device generates a fluctuating magnetic field in the superconducting coil 91 in a cycle of one cycle, and sequentially measures the magnetization characteristics of the plurality of samples 200.

超電導コイル９１が変動磁場を発生している間、制御装置１４０は、冷却装置１２１を作動（オン）させる。図２の例では、制御装置１４０は、冷却装置１２１の冷却能力を定格能力としている。 While the superconducting coil 91 is generating a fluctuating magnetic field, the control device 140 operates (turns on) the cooling device 121. In the example of FIG. 2, the control device 140 uses the cooling capacity of the cooling device 121 as the rated capacity.

超電導コイル９１を励減磁すると、超電導コイル９１には交流損失が発生する。そのため、超電導コイル９１を繰り返し励減磁すると、コイル温度は徐々に上昇する。図２の例では、コイル温度は、励減磁開始時の１６Ｋから徐々に上昇し、２５Ｋ付近で安定している。コイル温度が安定しているとは、超電導コイル９１の発熱量と冷却装置１２１の冷却能力とが釣り合うことで、超電導コイル９１が熱平衡状態になっていることを表している。以下の説明では、励減磁の実行中に超電導コイル９１が熱平衡状態となるときのコイル温度を「安定温度」とも称する。 When the superconducting coil 91 is excited and demagnetized, an AC loss occurs in the superconducting coil 91. Therefore, when the superconducting coil 91 is repeatedly excited and demagnetized, the coil temperature gradually rises. In the example of FIG. 2, the coil temperature gradually rises from 16K at the start of excitation and demagnetization and stabilizes at around 25K. The fact that the coil temperature is stable means that the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state by balancing the calorific value of the superconducting coil 91 with the cooling capacity of the cooling device 121. In the following description, the coil temperature when the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state during the execution of excitation and demagnetization is also referred to as “stable temperature”.

検査装置においては、高い測定精度を実現するために、時間的に安定した磁場を生成することが求められる。しかしながら、励磁中に超電導線材の超電導層に誘導される遮蔽電流により、超電導コイル９１には付加的な磁場（遮蔽電流磁場）が発生する。遮蔽電流磁場は、通電電流により発生する磁場と磁場分布が異なる。コイル温度が高いほど遮蔽電流は小さくなり、よって、遮蔽電流磁場も小さくなる。この遮蔽電流磁場の影響により、磁場が時間的に変動するという問題がある。 In the inspection device, it is required to generate a time-stable magnetic field in order to realize high measurement accuracy. However, an additional magnetic field (shielding current magnetic field) is generated in the superconducting coil 91 due to the shielding current induced in the superconducting layer of the superconducting wire during excitation. The shielded current magnetic field has a different magnetic field distribution from the magnetic field generated by the energizing current. The higher the coil temperature, the smaller the shielding current, and therefore the shielding current magnetic field. There is a problem that the magnetic field fluctuates with time due to the influence of this shielding current magnetic field.

ここで、超電導線材の超電導層に誘導される遮蔽電流は、コイル温度が高くなるほど小さくなる傾向がある。したがって、励減磁の開始時とコイル温度の安定時とでは、安定時の方が遮蔽電流が小さくなるため、遮蔽電流磁場の影響が低減されることとなる。よって、コイル温度の安定時には、時間的に安定した磁場を得ることができる。 Here, the shielding current induced in the superconducting layer of the superconducting wire tends to decrease as the coil temperature increases. Therefore, at the start of excitation and demagnetization and when the coil temperature is stable, the shielding current is smaller when the coil temperature is stable, so that the influence of the shielding current magnetic field is reduced. Therefore, when the coil temperature is stable, a time-stable magnetic field can be obtained.

これによれば、検査装置においては、コイル温度が安定するのを待って試料２００の磁化特性の測定を開始することが望ましいといえる。しかしながら、図２に示されるように、超電導コイル９１の励減磁を開始してからコイル温度が安定するまでには長時間（１８０分程度）かかってしまうという課題が存在する。 According to this, in the inspection apparatus, it is desirable to wait for the coil temperature to stabilize before starting the measurement of the magnetization characteristics of the sample 200. However, as shown in FIG. 2, there is a problem that it takes a long time (about 180 minutes) from the start of excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 until the coil temperature stabilizes.

そこで、本実施の形態１に係る超電導マグネット１００では、超電導コイル９１の安定温度を目標温度Ｔ＊に設定し、超電導コイル９１の励減磁を開始する前に、すなわち、超電導マグネット１００の運転を停止している状態で、超電導コイル９１の温度を目標温度Ｔ＊になるように調整する。 Therefore, in the superconducting magnet 100 according to the first embodiment, the stable temperature of the superconducting coil 91 is set to the target temperature T *, and before the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is started, that is, the operation of the superconducting magnet 100 is performed. While stopped, the temperature of the superconducting coil 91 is adjusted to reach the target temperature T *.

図３は、実施の形態１に係る超電導マグネット１００の制御構成を説明するためのブロック図である。図３に示されるように、超電導コイル９１には、超電導コイル９１の温度（コイル温度）を検出するための温度センサ１２が設置されている。温度センサ１２は、コイル温度を検出し、検出したコイル温度を示す信号を制御装置１４０へ出力する。図３の例では、温度センサ１２は、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部に設置されている。 FIG. 3 is a block diagram for explaining a control configuration of the superconducting magnet 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the superconducting coil 91 is provided with a temperature sensor 12 for detecting the temperature (coil temperature) of the superconducting coil 91. The temperature sensor 12 detects the coil temperature and outputs a signal indicating the detected coil temperature to the control device 140. In the example of FIG. 3, the temperature sensor 12 is installed at the end of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction.

超電導コイル９１は、励磁中において、巻軸Ａｗ方向の中央部に比べて端部の方が温度が高くなりやすい。これは、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部は、中央部に比べて垂直磁場の強度が大きいため、交流損失がより大きくなることによる。そこで、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部に温度センサ１２を設置し、コイル温度として端部の温度を管理することで、超電導コイル９１の端部が常電導化してクエンチが生じることを防止することができる。ただし、超電導コイル９１の温度分布を測定するためには、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部および中央部の各々に温度センサを設置することが望ましい。 During excitation, the temperature of the superconducting coil 91 tends to be higher at the end than at the center in the winding axis Aw direction. This is because the end portion of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction has a larger vertical magnetic field strength than the central portion, so that the AC loss becomes larger. Therefore, by installing a temperature sensor 12 at the end of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction and controlling the temperature of the end as the coil temperature, the end of the superconducting coil 91 becomes normal conduction and quenching occurs. Can be prevented. However, in order to measure the temperature distribution of the superconducting coil 91, it is desirable to install temperature sensors at each of the end portion and the central portion of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction.

制御装置１４０は、温度センサ１２の検出値に基づいて冷却装置１２１を制御することにより、コイル温度を目標温度Ｔ＊である安定温度に調整する。そして、コイル温度が目標温度Ｔ＊に到達した後、制御装置１４０は、電源１３２から超電導コイル９１への通電を開始することにより、図２に示した磁場発生パターンに従って超電導コイル９１に磁場を発生させる。 The control device 140 adjusts the coil temperature to a stable temperature which is the target temperature T * by controlling the cooling device 121 based on the detection value of the temperature sensor 12. Then, after the coil temperature reaches the target temperature T *, the control device 140 starts energizing the superconducting coil 91 from the power supply 132 to generate a magnetic field in the superconducting coil 91 according to the magnetic field generation pattern shown in FIG. Let me.

このようにすると、試料２００の磁化特性の測定を開始する時点において、超電導コイル９１は安定温度になっているため、遮蔽電流磁場の影響が低減されて、時間的に安定した磁場を発生させることができる。したがって、時間的に安定した磁場を用いて試料２００の磁化特性を測定できるため、高い測定精度を実現することができる。 In this way, since the superconducting coil 91 has a stable temperature at the time when the measurement of the magnetization characteristics of the sample 200 is started, the influence of the shielding current magnetic field is reduced and a time-stable magnetic field is generated. Can be done. Therefore, since the magnetization characteristics of the sample 200 can be measured using a time-stable magnetic field, high measurement accuracy can be realized.

また、冷却装置１２１における冷却能力の制御によってコイル温度を目標温度Ｔ＊に調整するため、図２に示したような、超電導コイル９１で発生する交流損失によってコイル温度を安定させる構成に比べて、より短時間でコイル温度を安定させることができる。すなわち、短時間で、安定した磁場を生成することができる。 Further, since the coil temperature is adjusted to the target temperature T * by controlling the cooling capacity of the cooling device 121, the coil temperature is stabilized by the AC loss generated in the superconducting coil 91 as shown in FIG. The coil temperature can be stabilized in a shorter time. That is, a stable magnetic field can be generated in a short time.

（超電導マグネット１００の運転方法）
次に、本実施の形態１に係る超電導マグネット１００の運転方法について説明する。 (How to operate the superconducting magnet 100)
Next, the operation method of the superconducting magnet 100 according to the first embodiment will be described.

図４は、実施の形態１に係る超電導マグネット１００の運転方法を説明するフローチャートである。なお、図４に示すフローチャートは、制御装置１４０において予め格納されたプログラムを実行することで実現できる。 FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation method of the superconducting magnet 100 according to the first embodiment. The flowchart shown in FIG. 4 can be realized by executing a program stored in advance in the control device 140.

図４に示されるように、超電導マグネット１００の運転方法は、目標温度Ｔ＊を設定する工程（Ｓ１０）と、コイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ２０）と、超電導コイル９１を励減磁する工程（Ｓ３０）と、超電導コイル９１を冷却する工程（Ｓ４０）とを備える。 As shown in FIG. 4, the operation method of the superconducting magnet 100 includes a step of setting the target temperature T * (S10), a step of adjusting the coil temperature to the target temperature T * (S20), and exciting the superconducting coil 91. A step of demagnetizing (S30) and a step of cooling the superconducting coil 91 (S40) are provided.

最初に、目標温度Ｔ１＊を設定する工程（Ｓ１０）が実施される。目標温度Ｔ１＊の設定には、超電導コイル９１の安定温度を取得する必要がある。超電導コイル９１の安定温度は、たとえば、冷却装置１２１の冷却能力を一定（定格能力）に保った状態で超電導コイル９１を繰り返し励減磁し、超電導コイル９１が熱平衡状態となったときの温度を温度センサ１２で測定することで取得することができる。本実施の形態では、図２に示される励減磁中におけるコイル温度の時間変化に基づいて、超電導コイル９１の安定温度である２５Ｋを目標温度Ｔ＊に設定することができる。 First, the step (S10) of setting the target temperature T1 * is carried out. To set the target temperature T1 *, it is necessary to acquire the stable temperature of the superconducting coil 91. The stable temperature of the superconducting coil 91 is, for example, the temperature at which the superconducting coil 91 is repeatedly excited and demagnetized while the cooling capacity of the cooling device 121 is kept constant (rated capacity), and the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state. It can be obtained by measuring with the temperature sensor 12. In the present embodiment, the stable temperature of the superconducting coil 91, 25K, can be set as the target temperature T * based on the time change of the coil temperature during excitation and demagnetization shown in FIG.

あるいは、励減磁中に超電導コイル９１が発生する熱量（交流損失）および冷却装置１２１の冷却能力を用いたシミュレーションを実行することによっても、安定温度を取得することができる。 Alternatively, a stable temperature can be obtained by executing a simulation using the amount of heat (AC loss) generated by the superconducting coil 91 during excitation and demagnetization and the cooling capacity of the cooling device 121.

なお、超電導コイル９１の安定温度は、超電導コイル９１の磁場発生パターン、冷却装置１２１の冷却条件、および超電導コイル９１の熱容量などに依存する。したがって、安定温度の取得にあたっては、実験およびシミュレーションの各々において、実際に試料２００の磁化特性を測定するときの超電導マグネット１００の運転条件（超電導コイル９１の磁場発生パターンおよび冷却装置１２１の冷却条件など）を再現させることが好ましい。 The stable temperature of the superconducting coil 91 depends on the magnetic field generation pattern of the superconducting coil 91, the cooling conditions of the cooling device 121, the heat capacity of the superconducting coil 91, and the like. Therefore, in obtaining the stable temperature, the operating conditions of the superconducting magnet 100 (the magnetic field generation pattern of the superconducting coil 91 and the cooling conditions of the cooling device 121, etc.) when actually measuring the magnetization characteristics of the sample 200 in each of the experiments and the simulations, etc. ) Is preferably reproduced.

次に、コイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ２０）が実施される。具体的には、冷却装置１２１によって超電導コイル９１を冷却することにより、コイル温度を目標温度Ｔ＊（２５Ｋ）に調整する。 Next, a step (S20) of adjusting the coil temperature to the target temperature T * is carried out. Specifically, the coil temperature is adjusted to the target temperature T * (25K) by cooling the superconducting coil 91 with the cooling device 121.

図５は、図４に示したコイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ３０）の一態様を説明するためのタイムチャートである。図５は、コイル温度の時間変化を示している。 FIG. 5 is a time chart for explaining one aspect of the step (S30) of adjusting the coil temperature shown in FIG. 4 to the target temperature T *. FIG. 5 shows the time change of the coil temperature.

図５に示されるように、コイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ３０）では、最初に、目標温度Ｔ＊よりも低い閾値温度Ｔｔｈになるように超電導コイル９１を冷却する。本実施の形態では、閾値温度Ｔｔｈは、たとえば、２５Ｋよりも低い１６Ｋに設定される。 As shown in FIG. 5, in the step (S30) of adjusting the coil temperature to the target temperature T *, the superconducting coil 91 is first cooled so that the threshold temperature Tth is lower than the target temperature T *. In this embodiment, the threshold temperature Tth is set to 16K, which is lower than 25K, for example.

時刻ｔ１にて、温度センサ１２により検出されたコイル温度が閾値温度Ｔｔｈに到達すると、続いて、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に昇温する。超電導コイル９１を昇温するため、制御装置１４０は、時刻ｔ１以前での冷却装置１２１の冷却能力に比べて冷却装置１２１の冷却能力が低下するように、冷却装置１２１の冷却条件を変更する。 When the coil temperature detected by the temperature sensor 12 reaches the threshold temperature Tth at time t1, the superconducting coil 91 is subsequently raised to the target temperature T *. In order to raise the temperature of the superconducting coil 91, the control device 140 changes the cooling conditions of the cooling device 121 so that the cooling capacity of the cooling device 121 is lower than the cooling capacity of the cooling device 121 before the time t1.

冷却装置１２１の冷却能力を低下させたことにより、時刻ｔ１以降、コイル温度が上昇する。時刻ｔ２においてコイル温度が目標温度Ｔ＊に達すると、制御装置１４０は、超電導コイル９１の励減磁を開始する。励減磁の実行中は、図２に示したように、超電導コイル９１が熱平衡状態となるため、コイル温度は目標温度Ｔ＊に保持される。 By reducing the cooling capacity of the cooling device 121, the coil temperature rises after time t1. When the coil temperature reaches the target temperature T * at time t2, the control device 140 starts the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91. During the execution of excitation and demagnetization, as shown in FIG. 2, the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state, so that the coil temperature is maintained at the target temperature T *.

図５に示したコイル温度の時間変化を実現するために、制御装置１４０は、温度センサ１２の検出値に基づいて、冷却装置１２１の冷却能力を制御する。具体的には、制御装置１４０は、超電導コイル９１の冷却を開始してから（時刻ｔ０）コイル温度が閾値温度Ｔｔｈになるまで（時刻ｔ１）の期間Ｔ１、コイル温度が閾値温度Ｔｈから（時刻ｔ１）目標温度Ｔ＊になるまで（時刻ｔ２）の期間Ｔ２、および、超電導コイル９１の励減磁を開始した後（時刻ｔ２）の期間Ｔ３において、冷却装置１２１の冷却条件を変更する。 In order to realize the time change of the coil temperature shown in FIG. 5, the control device 140 controls the cooling capacity of the cooling device 121 based on the detected value of the temperature sensor 12. Specifically, the control device 140 has a period T1 from the start of cooling the superconducting coil 91 (time t0) until the coil temperature reaches the threshold temperature Tth (time t1), and the coil temperature is from the threshold temperature Th (time). t1) The cooling conditions of the cooling device 121 are changed in the period T2 until the target temperature T * is reached (time t2) and in the period T3 after the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is started (time t2).

図６は、図５に示した期間Ｔ１〜Ｔ３における冷却装置１２１の冷却条件を説明するための図である。図６に示されるように、冷却装置１２１がオンオフ制御方式である場合、制御装置１４０は、期間Ｔ１および期間Ｔ３では、冷却装置１２１を連続的に作動（オン）する連続運転を実行する。一方、期間Ｔ２では、冷却装置１２１の作動（オン）および停止（オフ）を繰り返す間欠運転を実行する。冷却装置１２１の間欠運転では、冷却装置１２１の１制御周期に対するオン時間の比率に応じて冷却能力が変化する。具体的には、比率を大きくすると（すなわち、オン時間を長くする）冷却能力が高くなる一方で、比率を小さくすると（すなわち、オフ時間を長くする）冷却能力が低下する。期間Ｔ２では、比率を小さくすることで、冷却装置１２１の冷却能力を低下させることにより、超電導コイル９１を昇温する。 FIG. 6 is a diagram for explaining the cooling conditions of the cooling device 121 during the periods T1 to T3 shown in FIG. As shown in FIG. 6, when the cooling device 121 is an on / off control system, the control device 140 executes continuous operation in which the cooling device 121 is continuously operated (on) during the period T1 and the period T3. On the other hand, in the period T2, the intermittent operation in which the cooling device 121 is repeatedly operated (on) and stopped (off) is executed. In the intermittent operation of the cooling device 121, the cooling capacity changes according to the ratio of the on-time to one control cycle of the cooling device 121. Specifically, increasing the ratio (that is, increasing the on-time) increases the cooling capacity, while decreasing the ratio (that is, increasing the off-time) decreases the cooling capacity. In the period T2, the superconducting coil 91 is heated by lowering the cooling capacity of the cooling device 121 by reducing the ratio.

また、冷却装置１２１がインバータ制御方式である場合には、制御装置１４０は、期間Ｔ２におけるコンプレッサ１２３の運転周波数が、期間Ｔ１および期間Ｔ３におけるコンプレッサ１２３の運転周波数よりも低くなるように、インバータを制御する。 When the cooling device 121 is of the inverter control method, the control device 140 sets the inverter so that the operating frequency of the compressor 123 in the period T2 is lower than the operating frequency of the compressor 123 in the period T1 and the period T3. Control.

このように、期間Ｔ２では、期間Ｔ１に比べて冷却装置１２１の冷却能力を低下させることによって、コイル温度が上昇に転じる。そして、温度センサ１２により検出されたコイル温度が目標温度Ｔ１＊に到達すると、超電導コイル９１を励減磁する工程（Ｓ３０）が実施される。具体的には、制御装置１４０は、電源１３２から超電導コイル９１への通電を開始することにより、図２に示した磁場発生パターンに従って超電導コイル９１に磁場を発生させる。制御装置１４０は、１サイクルの周期で試料２００の磁化特性を測定すると、ステージ２１０を駆動させて、試料２００を磁束通過部１１５の直下から搬出するとともに、次の試料２００を磁束通過部１１５の直下に搬入する。制御装置１４０は、次の１サイクルの周期で超電導コイル９１に変動磁場を発生させて、次の試料２００の磁化特性を測定する。このようにして、制御装置１４０は、１サイクルの周期で超電導コイル９１に変動磁場を発生させて、複数の試料２００の磁化特性を順番に測定する。 As described above, in the period T2, the coil temperature starts to rise by lowering the cooling capacity of the cooling device 121 as compared with the period T1. Then, when the coil temperature detected by the temperature sensor 12 reaches the target temperature T1 *, the step (S30) of exciting and demagnetizing the superconducting coil 91 is performed. Specifically, the control device 140 starts energizing the superconducting coil 91 from the power supply 132 to generate a magnetic field in the superconducting coil 91 according to the magnetic field generation pattern shown in FIG. When the control device 140 measures the magnetization characteristics of the sample 200 in a cycle of one cycle, the stage 210 is driven to carry out the sample 200 from directly under the magnetic flux passing portion 115, and the next sample 200 is carried out from the magnetic flux passing portion 115. Bring it in directly below. The control device 140 generates a fluctuating magnetic field in the superconducting coil 91 in the cycle of the next one cycle, and measures the magnetization characteristics of the next sample 200. In this way, the control device 140 generates a fluctuating magnetic field in the superconducting coil 91 in a cycle of one cycle, and sequentially measures the magnetization characteristics of the plurality of samples 200.

超電導コイル９１の励減磁が開始されると、超電導コイル９１を冷却する工程（Ｓ４０）が実施される。図６で説明したように、超電導コイル９１を冷却する工程（Ｓ４０）では、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ２０）に対して、冷却装置１２１の冷却条件を変更する。これにより、コイル温度は安定温度（目標温度Ｔ＊）に保持される。 When the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is started, the step (S40) of cooling the superconducting coil 91 is carried out. As described with reference to FIG. 6, in the step of cooling the superconducting coil 91 (S40), the cooling conditions of the cooling device 121 are changed with respect to the step of adjusting the superconducting coil 91 to the target temperature T * (S20). As a result, the coil temperature is maintained at a stable temperature (target temperature T *).

図７は、図４に示したコイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ２０）の一態様を説明するためのフローチャートである。図７に示されるように、最初に、超電導コイル９１を閾値温度Ｔｔｈに冷却する工程（Ｓ２１）が実施される。次に、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に昇温する工程（Ｓ２２）が実施される。 FIG. 7 is a flowchart for explaining one aspect of the step (S20) of adjusting the coil temperature shown in FIG. 4 to the target temperature T *. As shown in FIG. 7, first, a step (S21) of cooling the superconducting coil 91 to the threshold temperature Tth is performed. Next, a step (S22) of raising the temperature of the superconducting coil 91 to the target temperature T * is performed.

本実施の形態では、温度センサ１２は、交流損失が大きい、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部の温度を検出するように構成されている。一方、冷却装置１２１は、高温となりやすい端部を積極的に冷却する構造を採っており、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の中央部はこの端部を通して冷却されることとなる。そのため、超電導コイル９１が熱平衡状態であるときに温度センサ１２の検出値が２５Ｋであっても、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の中央部は２５Ｋよりも高い温度となっている可能性がある。すなわち、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の中央部における安定温度は、端部における安定温度とは異なる可能性がある。 In the present embodiment, the temperature sensor 12 is configured to detect the temperature at the end of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction, which has a large AC loss. On the other hand, the cooling device 121 has a structure that positively cools the end portion that tends to become hot, and the central portion of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction is cooled through this end portion. Therefore, even if the detected value of the temperature sensor 12 is 25K when the superconducting coil 91 is in the thermal equilibrium state, the central portion of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction may have a temperature higher than 25K. .. That is, the stable temperature at the central portion of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction may be different from the stable temperature at the end portion.

これによれば、コイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ２０）において、超電導コイル９１を室温から冷却した場合、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部の温度が２５Ｋに達していても、中央部の温度が安定温度に達していない可能性がある。 According to this, in the step (S20) of adjusting the coil temperature to the target temperature T *, when the superconducting coil 91 is cooled from room temperature, the temperature at the end of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction reaches 25K. However, the temperature in the central part may not reach the stable temperature.

本実施の形態１では、図５および図７に示したように、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊よりも低い温度（閾値温度Ｔｔｈ）に冷却した後に、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に昇温することにより、超電導コイル９１全体を安定温度に調整することができる。 In the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 7, the superconducting coil 91 is cooled to a temperature lower than the target temperature T * (threshold temperature Tth), and then the superconducting coil 91 is raised to the target temperature T *. By warming, the entire superconducting coil 91 can be adjusted to a stable temperature.

以上説明したように、実施の形態１に係る超電導マグネット１００の運転方法によれば、冷却装置１２１における超電導コイル９１の冷却能力を制御することで、超電導コイル９１を繰り返し励減磁して超電導コイル９１の温度が安定するのに要する時間よりも短時間で、超電導コイル９１が発生する磁場の安定性を確保することができる。 As described above, according to the operation method of the superconducting magnet 100 according to the first embodiment, the superconducting coil 91 is repeatedly excited and demagnetized by controlling the cooling capacity of the superconducting coil 91 in the cooling device 121. The stability of the magnetic field generated by the superconducting coil 91 can be ensured in a shorter time than the time required for the temperature of the 91 to stabilize.

（変形例）
上述した実施の形態１では、冷却装置１２１の冷却能力を低下させることにより、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に昇温する構成について説明したが、本変形例で示すように、ヒータを用いて超電導コイル９１を加熱することによっても超電導コイル９１を昇温することができる。 (Modification example)
In the first embodiment described above, the configuration in which the superconducting coil 91 is raised to the target temperature T * by lowering the cooling capacity of the cooling device 121 has been described, but as shown in this modification, a heater is used. The temperature of the superconducting coil 91 can also be raised by heating the superconducting coil 91.

図８は、実施の形態１の変形例に係る超電導マグネット１００の制御構成を示すブロック図である。図８に示した超電導マグネット１００の制御構成は、図３に示した超電導マグネット１００の制御構成に対して、ヒータ１４を追加したものである。 FIG. 8 is a block diagram showing a control configuration of the superconducting magnet 100 according to the modified example of the first embodiment. The control configuration of the superconducting magnet 100 shown in FIG. 8 is obtained by adding a heater 14 to the control configuration of the superconducting magnet 100 shown in FIG.

ヒータ１４は、超電導コイル９１と冷却装置１２１との間に設置される。制御装置１４０は、ヒータ１４の作動（オン）および停止（オフ）を制御する。ヒータ１４は、超電導コイル９１のコイル部１０において、巻軸Ａｗ方向に積層されたパンケーキコイルの間に設置してもよい。 The heater 14 is installed between the superconducting coil 91 and the cooling device 121. The control device 140 controls the operation (on) and stop (off) of the heater 14. The heater 14 may be installed between the pancake coils stacked in the winding axis Aw direction in the coil portion 10 of the superconducting coil 91.

図９は、図５に示した期間Ｔ１〜Ｔ３におけるヒータ１４の制御を説明するための図である。図９に示されるように、期間Ｔ１および期間Ｔ３では、制御装置１４０は、ヒータ１４を停止させる一方で、期間Ｔ２ではヒータ１４を作動させる。期間Ｔ２では、超電導コイル９１はヒータ１４から与えられる熱を受けて昇温する。 FIG. 9 is a diagram for explaining the control of the heater 14 during the periods T1 to T3 shown in FIG. As shown in FIG. 9, in the period T1 and the period T3, the control device 140 stops the heater 14, while in the period T2, the heater 14 is operated. In the period T2, the superconducting coil 91 receives the heat given from the heater 14 and raises the temperature.

（実施の形態２）
実施の形態２では、図４に示したコイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ３０）の別の態様について説明する。 (Embodiment 2)
In the second embodiment, another aspect of the step (S30) of adjusting the coil temperature shown in FIG. 4 to the target temperature T * will be described.

図１０は、図４に示したコイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ３０）の別の態様を説明するためのタイムチャートである。図１０は、コイル温度の時間変化を示している。 FIG. 10 is a time chart for explaining another aspect of the step (S30) of adjusting the coil temperature shown in FIG. 4 to the target temperature T *. FIG. 10 shows the time change of the coil temperature.

図１０に示されるように、コイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程（Ｓ３０）では、最初に、目標温度Ｔ＊になるように超電導コイル９１を冷却する。時刻ｔ１にて、温度センサ１２により検出されたコイル温度が目標温度Ｔ＊に到達すると、一定時間、コイル温度を目標温度Ｔ＊に保持する。超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に保持するため、制御装置１４０は、時刻ｔ１以前での冷却装置１２１の冷却能力に比べて冷却装置１２１の冷却能力が低下するように、冷却装置１２１の冷却条件を変更する。 As shown in FIG. 10, in the step (S30) of adjusting the coil temperature to the target temperature T *, the superconducting coil 91 is first cooled so as to reach the target temperature T *. When the coil temperature detected by the temperature sensor 12 reaches the target temperature T * at time t1, the coil temperature is held at the target temperature T * for a certain period of time. In order to hold the superconducting coil 91 at the target temperature T *, the control device 140 has a cooling condition of the cooling device 121 so that the cooling capacity of the cooling device 121 is lower than the cooling capacity of the cooling device 121 before the time t1. To change.

時刻ｔ１から一定時間が経過すると（時刻ｔ２）、制御装置１４０は、超電導コイル９１の励減磁を開始する。励減磁の実行中は、図２に示したように、超電導コイル９１が熱平衡状態となるため、コイル温度は目標温度Ｔ＊に保持される。 When a certain time elapses from the time t1 (time t2), the control device 140 starts the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91. During the execution of excitation and demagnetization, as shown in FIG. 2, the superconducting coil 91 is in a thermal equilibrium state, so that the coil temperature is maintained at the target temperature T *.

図１０に示したコイル温度の時間変化を実現するために、制御装置１４０は、温度センサ１２の検出値に基づいて、冷却装置１２１の冷却能力を制御する。具体的には、制御装置１４０は、超電導コイル９１の冷却を開始してから（時刻ｔ０）コイル温度が目標温度Ｔ＊になるまで（時刻ｔ３）の期間Ｔ４、コイル温度が目標温度Ｔ＊になってから一定時間が経過するまで（時刻ｔ４）の期間Ｔ５、および、超電導コイル９１の励減磁を開始した後（時刻ｔ５）の期間Ｔ６において、冷却装置１２１の冷却条件を変更する。 In order to realize the time change of the coil temperature shown in FIG. 10, the control device 140 controls the cooling capacity of the cooling device 121 based on the detected value of the temperature sensor 12. Specifically, the control device 140 sets the coil temperature to the target temperature T * during the period T4 from the start of cooling the superconducting coil 91 (time t0) until the coil temperature reaches the target temperature T * (time t3). The cooling conditions of the cooling device 121 are changed in the period T5 until a certain time elapses (time t4) and in the period T6 after the excitation / demagnetization of the superconducting coil 91 is started (time t5).

図１１は、実施の形態２に係る超電導マグネットの運転方法における、コイル温度を目標温度Ｔ＊に調整する工程を説明するためのフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart for explaining a step of adjusting the coil temperature to the target temperature T * in the operation method of the superconducting magnet according to the second embodiment.

図１１に示されるように、最初に、超電導コイル９１を目標温度Ｔ＊に冷却する工程（Ｓ２３）が実施される。次に、超電導コイル９１を一定時間、目標温度Ｔ＊に保持する工程（Ｓ２４）が実施される。 As shown in FIG. 11, first, a step (S23) of cooling the superconducting coil 91 to the target temperature T * is performed. Next, a step (S24) of holding the superconducting coil 91 at the target temperature T * for a certain period of time is performed.

上述したように、超電導コイル９１を室温から冷却した場合、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部の温度が安定温度に達していても、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の中央部の温度が安定温度に達していない可能性がある。本実施の形態２では、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向の端部の温度が安定温度に達した後、一定時間端部を安定温度に保持することにより、超電導コイル９１の巻軸Ａｗ方向における中央部の温度も安定温度に調整する。これにより、超電導コイル９１全体を安定温度に調整することができる。 As described above, when the superconducting coil 91 is cooled from room temperature, the temperature at the center of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction is the temperature even if the temperature at the end of the superconducting coil 91 in the winding axis Aw direction reaches a stable temperature. May not reach the stable temperature. In the second embodiment, after the temperature of the end portion of the superconducting coil 91 in the winding shaft Aw direction reaches a stable temperature, the end portion is held at a stable temperature for a certain period of time in the winding shaft Aw direction of the superconducting coil 91. Adjust the temperature in the center to a stable temperature. As a result, the entire superconducting coil 91 can be adjusted to a stable temperature.

以上説明したように、実施の形態２に係る超電導マグネットの運転方法によれば、実施の形態１に係る超電導マグネットの運転方法と同様の作用効果を得ることができる。 As described above, according to the operation method of the superconducting magnet according to the second embodiment, the same operation and effect as the operation method of the superconducting magnet according to the first embodiment can be obtained.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the above-described embodiment, and is intended to include meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

１０ コイル部
１２ 温度センサ
１４ ヒータ
２０ 冷却ヘッド
９１ 超電導コイル
１００ 超電導マグネット
１１１ 断熱容器
１１５ 磁束通過部
１２１ 冷却装置
１２２ ホース
１２３ コンプレッサ
１３１ ケーブル
１３２ 電源
１４０ 制御装置
２００ 試料
２１０ ステージ 10 Coil 12 Temperature sensor 14 Heater 20 Cooling head 91 Superconducting coil 100 Superconducting magnet 111 Insulation container 115 Magnetic flux passage 121 Cooling device 122 Hose 123 Compressor 131 Cable 132 Power supply 140 Control device 200 Sample 210 Stage

Claims (14)

超電導線材を巻回すことによって形成された超電導コイルを有する超電導マグネットの運転方法であって、
冷却装置を用いて、前記超電導コイルの温度を予め定められた目標温度に調整する工程と、
前記超電導コイルの温度が前記目標温度に到達した後に、前記超電導コイルの励減磁を繰り返し実行する工程と、
前記超電導コイルの励減磁の実行中に、前記超電導コイルを超電導状態に維持する工程とを備え、
前記目標温度は、超電導状態に冷却された前記超電導コイルの励減磁の実行中において前記超電導コイルが、前記冷却装置の冷却能力と前記超電導コイルの発熱量とが釣り合う熱平衡状態となる温度に設定される、超電導マグネットの運転方法。 It is a method of operating a superconducting magnet having a superconducting coil formed by winding a superconducting wire.
A process of adjusting the temperature of the superconducting coil to a predetermined target temperature using a cooling device, and
A step of repeatedly executing excitation and demagnetization of the superconducting coil after the temperature of the superconducting coil reaches the target temperature, and
A step of maintaining the superconducting coil in a superconducting state during execution of excitation / demagnetization of the superconducting coil is provided.
The target temperature is set to a temperature at which the superconducting coil is in a thermal equilibrium state in which the cooling capacity of the cooling device and the calorific value of the superconducting coil are balanced during the execution of excitation / demagnetization of the superconducting coil cooled to the superconducting state. How to operate the superconducting magnet. 前記超電導コイルを超電導状態に維持する工程では、前記超電導コイルの冷却条件を、前記目標温度に調整する工程における前記超電導コイルの冷却条件から変更する、請求項１に記載の超電導マグネットの運転方法。 The method for operating a superconducting magnet according to claim 1, wherein in the step of maintaining the superconducting coil in a superconducting state, the cooling condition of the superconducting coil is changed from the cooling condition of the superconducting coil in the step of adjusting to the target temperature. 前記目標温度に調整する工程は、
前記超電導コイルを前記目標温度よりも低い閾値温度に冷却する工程と、
前記超電導コイルの温度が前記閾値温度に達した後に、前記超電導コイルの温度を前記目標温度に昇温する工程とを含む、請求項１に記載の超電導マグネットの運転方法。 The step of adjusting to the target temperature is
A step of cooling the superconducting coil to a threshold temperature lower than the target temperature, and
The method for operating a superconducting magnet according to claim 1, further comprising a step of raising the temperature of the superconducting coil to the target temperature after the temperature of the superconducting coil reaches the threshold temperature. 前記目標温度に昇温する工程では、前記閾値温度に冷却する工程に比べて、前記超電導コイルの冷却能力を低下させる、請求項３に記載の超電導マグネットの運転方法。 The method for operating a superconducting magnet according to claim 3, wherein in the step of raising the temperature to the target temperature, the cooling capacity of the superconducting coil is lowered as compared with the step of cooling to the threshold temperature. 前記目標温度に昇温する工程では、前記閾値温度に冷却する工程に比べて、前記超電導コイルを冷却する冷却装置の運転周波数を低くし、
前記超電導コイルを超電導状態に冷却する工程では、前記目標温度に昇温する工程に比べて、前記冷却装置の運転周波数を高くする、請求項３に記載の超電導マグネットの運転方法。 In the step of raising the temperature to the target temperature, the operating frequency of the cooling device for cooling the superconducting coil is lowered as compared with the step of cooling to the threshold temperature.
The method for operating a superconducting magnet according to claim 3, wherein in the step of cooling the superconducting coil to a superconducting state, the operating frequency of the cooling device is increased as compared with the step of raising the temperature to the target temperature. 前記閾値温度に冷却する工程では、前記超電導コイルを冷却する冷却装置の連続運転を実行し、
前記目標温度に昇温する工程では、前記冷却装置の間欠運転を実行し、
前記超電導コイルを超電導状態に冷却する工程では、前記冷却装置の連続運転を実行する、請求項３に記載の超電導マグネットの運転方法。 In the step of cooling to the threshold temperature, continuous operation of the cooling device for cooling the superconducting coil is executed.
In the step of raising the temperature to the target temperature, the intermittent operation of the cooling device is executed.
The method for operating a superconducting magnet according to claim 3, wherein in the step of cooling the superconducting coil to a superconducting state, continuous operation of the cooling device is executed. 前記目標温度に昇温する工程では、加熱装置を用いて前記超電導コイルを加熱し、
前記超電導コイルを超電導状態に冷却する工程では、前記加熱装置を停止させる、請求項３に記載の超電導マグネットの運転方法。 In the step of raising the temperature to the target temperature, the superconducting coil is heated by using a heating device.
The method for operating a superconducting magnet according to claim 3, wherein in the step of cooling the superconducting coil to a superconducting state, the heating device is stopped. 前記目標温度に調整する工程は、
前記超電導コイルを前記目標温度に冷却する工程と、
前記超電導コイルが前記目標温度に到達した後に、一定時間、前記超電導コイルの温度を保持する工程とを含み、
前記超電導コイルの励減磁を繰り返し実行する工程では、前記超電導コイルが前記目標温度に到達してから前記一定時間が経過した後に、前記超電導コイルの励減磁を開始する、請求項１または請求項２に記載の超電導マグネットの運転方法。 The step of adjusting to the target temperature is
The step of cooling the superconducting coil to the target temperature and
A step of holding the temperature of the superconducting coil for a certain period of time after the superconducting coil reaches the target temperature is included.
The first or claim in the step of repeatedly executing the excitation / demagnetization of the superconducting coil, the excitation / demagnetization of the superconducting coil is started after the certain time has elapsed after the superconducting coil reaches the target temperature. Item 2. The method of operating the superconducting magnet according to Item 2. 巻回された超電導線材を有する超電導コイルと、
前記超電導コイルを冷却するための冷却装置と、
前記超電導コイルに電流を供給する電源と、
前記超電導コイルの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出値に基づいて、前記冷却装置および前記電源を制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、
前記冷却装置を用いて、前記超電導コイルの温度を予め定められた目標温度に調整し、
前記超電導コイルの温度が前記目標温度に到達した後に、前記電源から前記超電導コイルへの通電電流を制御することにより、前記超電導コイルの励減磁を繰り返し実行し、かつ、
前記超電導コイルの励減磁の実行中に、前記冷却装置を用いて前記超電導コイルを超電導状態に維持するように構成され、
前記目標温度は、超電導状態に冷却された前記超電導コイルの励減磁の実行中において前記超電導コイルが、前記冷却装置の冷却能力と前記超電導コイルの発熱量とが釣り合う熱平衡状態となる温度に設定される、超電導マグネット。 A superconducting coil with a wound superconducting wire and
A cooling device for cooling the superconducting coil and
A power supply that supplies current to the superconducting coil and
A temperature sensor that detects the temperature of the superconducting coil and
The cooling device and the control device for controlling the power supply based on the detection value of the temperature sensor are included.
The control device is
Using the cooling device, the temperature of the superconducting coil is adjusted to a predetermined target temperature.
After the temperature of the superconducting coil reaches the target temperature, the superconducting coil is repeatedly excited and demagnetized by controlling the energizing current from the power source to the superconducting coil, and
During the execution of excitation and demagnetization of the superconducting coil, the cooling device is configured to maintain the superconducting coil in a superconducting state.
The target temperature is set to a temperature at which the superconducting coil is in a thermal equilibrium state in which the cooling capacity of the cooling device and the calorific value of the superconducting coil are balanced during the execution of excitation / demagnetization of the superconducting coil cooled to the superconducting state. Superconducting magnet. 前記制御装置は、
前記冷却装置を用いて、前記超電導コイルを前記目標温度よりも低い閾値温度に冷却し、
前記超電導コイルの温度が前記閾値温度に達した後に、前記冷却装置の冷却能力を低下させることにより、前記超電導コイルの温度を前記目標温度に昇温する、請求項９に記載の超電導マグネット。 The control device is
Using the cooling device, the superconducting coil is cooled to a threshold temperature lower than the target temperature.
The superconducting magnet according to claim 9, wherein the temperature of the superconducting coil is raised to the target temperature by lowering the cooling capacity of the cooling device after the temperature of the superconducting coil reaches the threshold temperature. 前記超電導コイルを加熱するための加熱装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記冷却装置および前記加熱装置を用いて、前記超電導コイルの温度を前記目標温度に調整する、請求項９に記載の超電導マグネット。 Further provided with a heating device for heating the superconducting coil,
The superconducting magnet according to claim 9, wherein the control device uses the cooling device and the heating device to adjust the temperature of the superconducting coil to the target temperature. 前記制御装置は、
前記冷却装置を用いて、前記超電導コイルを前記目標温度よりも低い閾値温度に冷却し、
前記超電導コイルの温度が前記閾値温度に達した後に、前記加熱装置を用いて、前記超電導コイルの温度を前記目標温度に昇温する、請求項１１に記載の超電導マグネット。 The control device is
Using the cooling device, the superconducting coil is cooled to a threshold temperature lower than the target temperature.
The superconducting magnet according to claim 11, wherein after the temperature of the superconducting coil reaches the threshold temperature, the temperature of the superconducting coil is raised to the target temperature by using the heating device. 前記制御装置は、
前記冷却装置を用いて、前記超電導コイルを前記目標温度に冷却し、
前記超電導コイルが前記目標温度に到達した後に、一定時間、前記超電導コイルの温度を保持し、かつ、
前記超電導コイルが前記目標温度に到達してから前記一定時間が経過した後に、前記超電導コイルの励減磁を実行する、請求項９に記載の超電導マグネット。 The control device is
The superconducting coil is cooled to the target temperature by using the cooling device.
After the superconducting coil reaches the target temperature, the temperature of the superconducting coil is maintained for a certain period of time, and the temperature of the superconducting coil is maintained.
The superconducting magnet according to claim 9, wherein the superconducting coil is excited and demagnetized after a certain period of time has elapsed after the superconducting coil reaches the target temperature. 請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の超電導マグネットを備え、
超電導状態に冷却された前記超電導コイルを励磁磁することにより、前記超電導コイルが発生する磁束が通過する部分に配置された被検査対象の磁化特性を測定するように構成される、検査装置。 The superconducting magnet according to any one of claims 9 to 13 is provided.
An inspection device configured to measure the magnetization characteristics of an object to be inspected arranged in a portion through which the magnetic flux generated by the superconducting coil passes by exciting the superconducting coil cooled to the superconducting state.
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