JP7200539B2

JP7200539B2 - 超電導マグネット

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Publication number: JP7200539B2
Application number: JP2018155177A
Authority: JP
Inventors: 剛新里; 崇西村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2038-08-22
Also published as: JP2020031119A

Description

この発明は、超電導マグネットに関する。

特開平１０－３２１４３０号公報（特許文献１）および特開平６－２３７０２０号公報（特許文献２）には、冷凍機と超電導コイルとを熱的に接触させて超電導コイルを冷却する、伝導冷却型の超電導マグネットが開示される。

特許文献１では、冷凍機は、中間部に第１段冷却ステージを有し、下端部に第２段冷却ステージを有しており、内部に封入されたヘリウムガスを圧縮、断熱膨張を繰り返すことにより、第１段冷却ステージに７０Ｋ前後の低温を発生し、第２段冷却ステージに１０Ｋ以下の極低温を発生する。励磁電流供給手段は、真空容器と熱シールドとの間の常電導導体部分と、熱シールド内部の高温超電導導体部分と、超電導コイルに接続する超電導導体部分とで構成されている。第１段冷却ステージは熱シールドに接続されており、第２段冷却ステージは超電導コイルに熱的に接続されている。

特許文献２では、冷凍機の第１段冷却ステージと第１の接続冷却板との間に、第２の絶縁フランジを挟んで固定する。温度３００Ｋの常温端子と、温度８０Ｋ～７０Ｋの第１の接続冷却板との間に常電導電流リードを接続する。第１の接続冷却板の固定孔に、超電導電流リードの一方端部を挿入して半田付けにより固定する。第１段冷却ステージが電流リードのサーマルアンカーとして機能する。

特開平１０－３２１４３０号公報特開平６－２３７０２０号公報

本発明の一態様の目的は、冷凍機の第１冷却ステージを大型化することなく、電流リードを介した超電導コイルへの熱侵入を抑制することができる超電導マグネットを提供することである。

本発明の一態様に係る超電導マグネットは、第１の電極および第２の電極を有する超電導コイルと、超電導コイルを収容する容器と、第１の電流リードと、第２の電流リードと、超電導コイルを冷却する冷凍機とを備える。第１の電流リードは、容器外部の電源の第１の端子と超電導コイルの第１の電極との間に電気的に接続される。第２の電流リードは、電源の第２の端子と超電導コイルの第２の電極との間に電気的に接続される。冷凍機は、容器を冷却するための柱状形状の第１冷却ステージと、超電導コイルを冷却するための第２冷却ステージとを含む。第１の電流リードは、容器外部に配置され、一方端子が第１の端子に電気的に接続される第１のリード要素と、容器内部に配置され、一方端子が第１の電極に接続される第２のリード要素とを有する。第２の電流リードは、容器外部に配置され、一方端子が第２の端子に電気的に接続される第３のリード要素と、容器内部に配置され、一方端子が第２の電極に接続される第４のリード要素とを有する。超電導マグネットは、導電性の第１の伝熱部材と、導電性の第２の伝熱部材とをさらに備える。第１の伝熱部材は、第１冷却ステージの側面に熱的に接触して配置され、第１のリード要素の他方端子と第２のリード要素の他方端子とを電気的に接続する。第２の伝熱部材は、第１の伝熱部材と電気的に絶縁されるとともに、第１冷却ステージの側面に熱的に接触して配置され、第３のリード要素の他方端子と第４のリード要素の他方端子とを電気的に接続する。

上記によれば、冷凍機の第１冷却ステージを大型化することなく、電流リードを介して超電導コイルへの熱侵入を抑制することができる超電導マグネットを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る超電導マグネットの全体構成を示す断面図である。図１に示した超電導マグネットにおける電流リードの構成を説明するための部分拡大図である。実施の形態１に係る超電導マグネットにおける伝熱部材の構成を示す外観図である。図２の線ＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。伝熱部材を第１冷却ステージに取り付ける過程を説明するための図である。伝熱部材の変更例を説明するための断面図である。実施の形態２に係る超電導マグネットにおける伝熱部材の構成を示す外観図である。図７の線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩに沿う断面図である。被測定対象の磁化特性の測定時における、超電導コイルの通電電流および発生磁場、コイル温度、ならびに冷凍機およびコンプレッサの作動／停止の時間変化を示す図である。比較例に係る超電導マグネットの電流リードの構成を説明するための部分拡大図である。図１０の線ＸＩ－ＸＩに沿う断面図である。

[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。

（１）本発明の一態様に係る超電導マグネット１００（図１参照）は、第１の電極１ａおよび第２の電極１ｂを有する超電導コイル１と、超電導コイル１を収容する容器（熱シールド４）と、容器外部の電源１５の第１の端子１５ａと超電導コイル１の第１の電極１ａとの間に電気的に接続される第１の電流リード３０ａと、電源１５の第２の端子１５ｂと超電導コイル１の第２の電極１ｂとの間に電気的に接続される第２の電流リード３０ｂと、超電導コイル１を冷却する冷凍機２０とを備える。冷凍機２０は、容器４を冷却するための柱状形状の第１冷却ステージ２１と、超電導コイル１を冷却するための第２冷却ステージ２２とを含む。第１の電流リード３０ａ（図２参照）は、容器４の外部に配置され、一方端子が第１の端子１５ａに電気的に接続される第１のリード要素３１ａと、容器４の内部に配置され、一方端子が第１の電極１ａに接続される第２のリード要素３２ａとを有する。第２の電流リード３０ｂ（図２参照）は、容器４の外部に配置され、一方端子が第２の端子１５ｂに電気的に接続される第３のリード要素３１ｂと、容器４の内部に配置され、一方端子が第２の電極１ｂに接続される第４のリード要素３２ｂとを有する。超電導マグネット１００（図３および図４参照）は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触して配置され、第１のリード要素３１ａの他方端子と第２のリード要素３２ａの他方端子とを電気的に接続する、導電性の第１の伝熱部材２５Ａと、第１の伝熱部材２５Ａと電気的に絶縁されるとともに、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触して配置され、第３のリード要素３１ｂの他方端子と第４のリード要素３２ｂの他方端子とを電気的に接続する、導電性の第２の伝熱部材２５Ｂとをさらに備える。

上記超電導マグネット１００によれば、電流リード３０ａ，３０ｂのサーマルアンカーとなる伝熱部材２５Ａ，２５Ｂは冷凍機２０の第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触して配置されるため、側面２１Ａを利用して、第１冷却ステージ２１と伝熱部材２５Ａ，２５Ｂとの接触面積を稼ぐことができる。これによると、第１冷却ステージ２１を大型化することなく、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの放熱性能を高めて電流リード３０ａ，３０ｂを介した熱侵入を低減することができる。また、第１冷却ステージ２１を収容するクライオスタット５の大型化も回避することができるため、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の消費電力の増加が抑えられる。この結果、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の運転効率を向上させることができる。

（２）上記（１）に係る超電導マグネット１００（図４参照）は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａと第１の伝熱部材２５Ａおよび第２の伝熱部材２５Ｂの各々との間に配置された絶縁部材１９をさらに備える。

これによると、絶縁部材１９によって第１冷却ステージ２１と伝熱部材２５Ａ，２５Ｂとを電気的に絶縁することで、第１の伝熱部材２５Ａと第２の伝熱部材２５Ｂとの電気的絶縁を保つことができる。絶縁部材１９は、好ましくは薄膜の絶縁シートであり、例えばカプトンシートが好適に用いられる。

（３）上記（２）に係る超電導マグネット１００（図４参照）は、絶縁部材１９と第１の伝熱部材２５Ａおよび第２の伝熱部材２５Ｂの各々との間に配置された熱伝導性を有するシム部材２４ａ，２４ｂをさらに備える。

これによると、シム部材２４ａ，２４ｂによって、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂと絶縁部材１９との面同士の接合において、接合面に対して高い密着性を得ることができる。

シム部材２４ａ，２４ｂは好ましくは、熱伝導性が高く、極低温環境でも展性および延性を有する材料により構成され、例えばインジウムシートが好適に用いられる。これによると、シム部材２４ａ，２４ｂは、低加圧でも変形するため、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂと絶縁部材１９との面同士の接合において、接合面に対して高い密着性を得ることができる。また、第１の伝熱部材２５Ａおよび第２の伝熱部材２５Ｂをねじ２６Ａで締結するときに、ねじ２６Ａの締め付け力を受けてシム部材２４ａ，２４ｂが変形することで、締め付け力の偏りを緩和することができ、結果的に接触面圧を均一にすることができる。さらに、シム部材２４ａ，２４ｂは電流リード３０ａ，３０ｂから伝熱部材２５Ａ，２５Ｂが受けた熱を第１冷却ステージ２１に伝えることができ、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂのサーマルアンカーとしての機能をサポートすることができる。

（４）上記（１）から（３）に係る超電導マグネット１００（図４参照）において、第１冷却ステージ２１は円柱形状を有している。第１の伝熱部材２５Ａおよび第２の伝熱部材２５Ｂの各々は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触する凹面２５０を有する板状部材を含む。凹面２５０の曲率半径Ｒ２は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａの曲率半径Ｒ１よりも大きい。

この構成によれば、絶縁部材１９およびシム部材２４ａ，２４ｂを介在させて伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを側面２１Ａに固定するときに、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａを変形させることなく、凹面２５０と側面２１Ａとを接触させることができる。

（５）上記（１）から（３）に係る超電導マグネット１００（図７および図８参照）において、第１冷却ステージ２１は円柱形状を有している。第１の伝熱部材２５Ａおよび第２の伝熱部材２５Ｂの各々は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触する凹面２５０を有するブロック部材を含む。凹面２５０の曲率半径Ｒ２は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａの曲率半径Ｒ１よりも大きい。

これによると、絶縁部材１９およびシム部材２４ａ，２４ｂを介在させて伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを側面２１Ａに固定するときに、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａを変形させることなく、凹面２５０と側面２１Ａとを接触させることができる。また、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々をブロック部材で構成することで、伝熱部材の熱容量が大きくなるため、伝熱部材が吸収できる熱量を増やすことができる。これにより、電流リード３０ａ，３０ｂからの熱侵入をより効果的に抑制することができる。

（６）上記（１）から（５）に係る超電導マグネット１００（図４参照）において、第１の伝熱部材２５Ａと第２の伝熱部材２５Ｂとは、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａを介して対向して配置される。超電導マグネット１００は、第１の伝熱部材２５Ａと第２の伝熱部材２５Ｂとを接続することにより、第１の伝熱部材２５Ａおよび第２の伝熱部材２５Ｂを第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに固定するように構成された絶縁性の接続部材２６Ａをさらに備える。

これによると、第１の伝熱部材２５Ａおよび第２の伝熱部材２５Ｂを、互いに電気的に絶縁した状態で、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触させることができる。

（７）上記（６）に係る超電導マグネット１００（図６参照）において、接続部材は、第１の伝熱部材２５Ａと第２の伝熱部材２５Ｂとを締結する絶縁性の締結部材（ねじ２６Ａ）と、第１の伝熱部材２５Ａと第２の伝熱部材２５Ｂとの締結部分に配置された絶縁性のスペーサ２８とを含む。

この構成によれば、締結部材（ねじ２６Ａ）を締め付けることで、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに接触させることができる。ただし、ねじ２６Ａの締め付け力を大きくすると、側面２１Ａが変形してしまうおそれがあるため、締め付け力の管理が必要となる。第１の伝熱部材２５Ａと第２の伝熱部材２５Ｂとの締結部分に絶縁性のスペーサ２８を配置することで、締め付け力が許容値を超えないように制限されるため、締め付け力の厳密な管理を省略することができる。

（８）上記（１）から（７）に係る超電導マグネット１００（図１参照）は、超電導コイル１に電流を供給する電源１５と、冷凍機２０に冷媒を供給するコンプレッサ４０と、超電導コイル１の通電電流を制御するとともに、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の起動および停止を制御する制御装置５０とをさらに備える。制御装置５０（図９参照）は、冷凍機２０およびコンプレッサ４０を停止させた状態において超電導コイル１の通電電流を変化させる一方で、超電導コイル１の通電電流を一定値に保った状態において冷凍機２０およびコンプレッサ４０を起動させる。

本発明の一態様に係る超電導マグネット１００においては、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触させる構成を採用するため、第１冷却ステージ２１を大型化することなく、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの熱容量を増やすことが可能である（図７および図８参照）。伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの熱容量が増えると、伝熱部材が吸収できる熱量が増えるため、冷凍機２０およびコンプレッサ４０を一時的に停止させた状態で、電流リード３０ａ，３０ｂを介した熱侵入を抑制することができる。

これによると、超電導マグネット１００を被測定対象の電磁気的特性評価を行なう測定装置に適用する場面において、超電導コイル１が変動磁場を発生している測定期間に冷凍機２０およびコンプレッサ４０を停止させ、磁場を一定値に固定している非測定期間に冷凍機２０およびコンプレッサ４０を作動させるという制御を行なうことができる。これによると、超電導コイル１の冷却性能を低下させることなく、振動の無い状態で変動磁場を用いて被測定対象の磁化特性を測定することができるため、被測定対象の電磁気的特性評価を高精度に行なうことが可能となる。

[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、その説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る超電導マグネットの全体構成を示す断面図である。図１に示されるように、超電導マグネット１００は、超電導コイル１を冷凍機２０で冷却する冷凍機冷却型の超電導機器である。超電導マグネット１００は、超電導コイル１と、クライオスタット５と、熱シールド４と、冷凍機２０と、ホース４１と、コンプレッサ４０と、電源１５と、外部配線３３ａ，３３ｂと、接続端子３４ａ，３４ｂと、電流リード３０ａ，３０ｂと、制御装置５０とを備える。

超電導コイル１は、超電導線材が巻回されることによって形成されており、合計４個のコイル２Ａ～２Ｄの積層体を含む。超電導線材は、例えば、ビスマス（Ｂｉ）系酸化物超電導体のような酸化物超電導体と、この酸化物超電導体を被覆するシースとを含んでもよい。シースは、例えば、銀または銀合金により形成されてもよい。

コイル２Ａ～２Ｄの各々は、２つのパンケーキコイルを互いに積層したダブルパンケーキコイルである。超電導コイル１の軸方向Ａｘは、各コイルの巻軸の方向に対応するとともに、コイル２Ａ～２Ｄの積層方向に対応する。

最上層のコイル２Ｄには電極１ａが接続される。最下層のコイル２Ａには電極１ｂが接続される。電極１ａ，１ｂは積層体の同じ側（図１では紙面の左側）から引き出される。電極１ａは「第１の電極」の一実施例に対応し、電極１ｂは「第２の電極」の一実施例に対応する。

超電導コイル１は、熱シールド４に収容される。熱シールド４は、クライオスタット５内に収容される。熱シールド４およびクライオスタット５は、ステンレスまたはアルミニウムからなる金属またはＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）で形成される。熱シールド４およびクライオスタット５の内部は、真空になるように図示しない減圧装置により減圧される。熱シールド４は超電導コイル１を収容する「容器」の一実施例に対応する。クライオスタット５および熱シールド４内には、磁場が印加される試料（図示せず）を収めるための磁場印加領域ＳＣが設けられる。

冷凍機２０は、クライオスタット５に取り付けられ、固定される。図１の例では、冷凍機２０はクライオスタット５の上面に形成された開口部５Ａに取り付けられる。冷凍機２０は、２段式冷凍機であり、第１冷却ステージ２１と、第２冷却ステージ２２と、冷却ヘッド２３とを有する。冷凍機２０は、例えばＧＭ（Gifford McMahon）冷凍機である。

冷凍機２０は、ホース４１を通じて、冷媒を圧縮するコンプレッサ４０に接続される。コンプレッサ４０で高圧に圧縮された冷媒（例えばヘリウムガス）は冷凍機２０に供給される。この冷媒は冷凍機２０内部のモータにより駆動されるディスプレーサによって膨張されることにより、冷凍機２０に内設された蓄冷材が冷却される。膨張することにより低圧となった冷媒はコンプレッサ４０に戻されて再び高圧化される。

冷凍機２０の第１冷却ステージ２１、第２冷却ステージ２２および冷却ヘッド２３は、クライオスタット５に収容される。第１冷却ステージ２１および第２冷却ステージ２２は、冷凍機２０の長手方向に沿って直列に接続される。第１冷却ステージ２１および第２冷却ステージ２２は柱状の形状（例えば円柱形状）を有しており、内部にディスプレーサ（図示せず）を収めている。冷凍機２０およびコンプレッサ４０の作動中、冷媒を断熱膨張および断熱圧縮するために、ディスプレーサが一定周期で往復運動している。

第１冷却ステージ２１によって熱シールド４が冷却される。熱シールド４は、クライオスタット５から超電導コイル１への輻射熱の侵入を遮断する。熱シールド４は、第１冷却ステージ２１によって、例えば液体窒素温度７７Ｋまで冷却可能である。

第２冷却ステージ２２には、冷却ヘッド２３が取り付けられる。冷却ヘッド２３は、超電導コイル１を冷却するためのものである。超電導コイル１は、第２冷却ステージ２２によって運転温度（例えば２０Ｋ）まで冷却される。

熱シールド４内には支持台６が固定されており、支持台６の一方側の上面には冷却ヘッド２３の端部が配置される。冷却ヘッド２３の端部と支持台６の上面との間には、５枚の伝熱板１０（１０Ａ～１０Ｅ）の一方端部が重ねて配置される。冷却ヘッド２３の端部と５枚の伝熱板１０とはボルト７で一体的に締結される。

伝熱板１０は、コイル２Ａ～２Ｄの積層体と冷却ヘッド２３とを互いに繋いでいる。伝熱板１０のコイル２に取り付された部分では、伝熱板１０は、隣り合うコイル２の間に配置される。これにより、コイル２と伝熱板１０とが交互に積層された構成となっている。伝熱板１０の材料は、熱伝導率および可撓性が大きい材料が好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）である。Ａｌ（またはＣｕ）の純度は９９．９％以上が好ましい。伝熱板１０は絶縁体を有していてもよく、絶縁体を有していなくてもよい。

支持台６の他方側の上面には、コイル２Ａ～２Ｄの積層体が搭載される。コイル２の軸方向における一方端部には支持台６が配置され、他方端部にはフランジ３が配置される。フランジ３および支持台６は、固定部材８により、コイル２Ａ～２Ｄの積層体の上端面および下端面を挟んだ状態で固定される。

図１の例では、固定部材８は、連結用ボルトおよびナットを含む。フランジ３および支持台６の各々にはコイル２Ａ～２Ｄの積層体の外周に沿って複数の貫通孔が形成されている。フランジ３の貫通孔と支持台６の貫通孔とに連結用ボルトが挿入された状態で、連結用ボルトの先端部にはナットが接続固定されている。

電流リード３０ａは、クライオスタット５外部の電源１５の端子１５ａ（例えば正極端子）と超電導コイル１の電極１ａとの間に電気的に接続される。電流リード３０ｂは、電源１５の端子１５ｂ（例えば負極端子）と超電導コイル１の電極１ｂとの間に電気的に接続される。

具体的には、クライオスタット５の壁部には、外部電源接続用の接続端子３４ａ，３４ｂが設けられている。接続端子３４ａは、クライオスタット５とは電気的に絶縁されている。接続端子３４ａと電源１５の端子１５ａとの間には外部配線３３ａが配設される。接続端子３４ｂと電源１５の端子１５ｂとの間には外部配線３３ｂが配設される。電流リード３０ａは、クライオスタット５の内部に配置され、接続端子３４ａを介して外部配線３３ａと電気的に直列に接続される。電流リード３０ｂは、クライオスタット５の内部に配置され、接続端子３４ｂを介して外部配線３３ｂと電気的に直列に接続される。

電流リード３０ａは、リード要素３１ａ，３２ａを有する。電流リード３０ｂは、リード要素３１ｂ，３２ｂを有する。リード要素３１ａ，３１ｂは、熱シールド４の外部に配置される。リード要素３１ａの一方端子は、接続端子３４ａおよび外部配線３３ａを介して電源１５の端子１５ａに電気的に接続される。リード要素３１ｂの一方端子は、接続端子３４ｂおよび外部配線３３ｂを介して電源１５の端子１５ｂに電気的に接続される。リード要素３１ａ，３１ｂは、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの低抵抗のワイヤからなる常電導電流リードである。

リード要素３２ａ，３２ｂは、熱シールド４の内部に配置される。リード要素３２ａの一方端子は、超電導コイル１の電極１ａに接続される。リード要素３２ｂの一方端子は、超電導コイル１の電極１ｂに接続される。リード要素３２ａ，３２ｂは、酸化物超電導線材からなる高温超電導電流リードである。

図２は、図１に示した超電導マグネット１００における電流リード３０ａ，３０ｂの構成を説明するための部分拡大図である。

図２に示すように、リード要素３１ａの他方端子とリード要素３２ａの他方端子とは、伝熱部材２５により電気的に接続される。これにより、リード要素３１ａおよびリード要素３２ａは、電源１５の端子１５ａと超電導コイル１の電極１ａとの間に電気的に直列接続され、電流リード３０ａを構成する。電流リード３０ａは「第１の電流リード」の一実施例に対応し、リード要素３１ａは「第１のリード要素」に対応し、リード要素３２ａは「第２のリード要素」に対応する。

リード要素３１ｂの他方端子とリード要素３２ａの他方端子とは、伝熱部材２５により電気的に接続される。リード要素３１ａおよびリード要素３２ａは、電源１５の端子１５ｂと超電導コイル１の電極１ｂとの間に電気的に直列接続され、電流リード３０ｂを構成する。電流リード３０ｂは「第２の電流リード」の一実施例に対応し、リード要素３１ｂは「第３のリード要素」に対応し、リード要素３２ｂは「第４のリード要素」に対応する。

伝熱部材２５は、冷凍機２０の第１冷却ステージ２１に取り付けられている。伝熱部材２５は、常電導電流リードであるリード要素３１ａ，３１ｂと高温超電導電流リードであるリード要素３２ａ，３２ｂとをそれぞれ電気的に接続するための接続部として機能するとともに、常電導電流リードからの熱侵入を抑制するためのサーマルアンカーとして機能する。常電導電流リードで発生したジュール熱が伝熱部材２５を経由して第１冷却ステージ２１に伝導することで、常電導電流リードからの熱侵入が抑制される。

図１に戻って、超電導マグネット１００において、電源１５の端子１５ａから出力された電流（正方向の電流）は、外部配線３３ａ、接続端子３４ａおよび電流リード３０ａ（リード要素３１ａ，３２ａ）を通って超電導コイル１の電極１ａに導かれ、超電導コイル１の電極１ｂから電流リード３０ｂ（リード要素３１ｂ，３２ｂ）、接続端子３４ｂおよび外部配線３３ｂを通って電源１５の端子１５ｂに戻る。また、電源１５の端子１５ｂから出力された電流（負方向の電流）は、これと逆向きの経路を流れる。これにより、超電導コイル１が励磁される。

制御装置５０は、超電導コイル１に通電する電流を制御するとともに、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の起動および運転を制御する。一例として、制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）および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。

次に、図３および図４を用いて、伝熱部材２５の詳細な構成について説明する。
図３は、伝熱部材２５の構成を示す外観図である。図４は、図２の線ＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。

図３に示すように、伝熱部材２５は、２つの伝熱部材２５Ａ，２５Ｂにより構成される。第１冷却ステージ２１は円柱状の形状を有している。伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに沿って延びるとともに、側面２１Ａに熱的に接触して配置される。第１冷却ステージ２１の側面２１Ａとは、円柱の２つの平行な円の円周方向に延びる面である。

伝熱部材２５Ａは、リード要素３１ａの他方端子とリード要素３２ａの他方端子とを電気的に接続する。伝熱部材２５Ｂは、リード要素３１ｂの他方端子とリード要素３２ｂの他方端子とを電気的に接続する。伝熱部材２５Ａは「第１の伝熱部材」の一実施例に対応し、伝熱部材２５Ｂは「第２の伝熱部材」の一実施例に対応する。

伝熱部材２５Ａ，２５Ｂは、導電性を有するとともに、熱伝導率が大きい材料から構成される。伝熱部材２５Ａ，２５Ｂは、例えば銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）などから構成される。

伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々は、板状部材により構成される。板状部材の厚みは例えば５～１０ｍｍである。図４に示すように、板状部材は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触する凹面２５０を有している。板状部材は、さらに、凹面２５０から両側に延在した延在部２５１を有している。この延在部２５１には貫通孔２７ａ，２７ｂ，２６Ｂが形成されている。

伝熱部材２５Ａの一方の延在部２５１の貫通孔２７ａにはリード要素３１ａの端子が挿入されて固定される。この延在部２５１の貫通孔２７ｂにはリード要素３２ａの端子が挿入されて固定される。

なお、図３では示されていないが、伝熱部材２５Ｂの一方の延在部２５１の貫通孔２７ａにはリード要素３１ｂの端子が挿入されて固定される。この延在部２５１の貫通孔２７ｂにはリード要素３２ｂの端子が挿入されて固定される。各リード要素の端子は、例えば半田付けによって対応する貫通孔に固定される。

図４に示すように、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂは、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａを介して対向して配置されている。伝熱部材２５Ａと伝熱部材２５Ｂとは、延在部２５１の貫通孔２６Ｂに挿通されたねじ２６Ａが締め付けられることによって接続される。したがって、ねじ２６Ａの締め付け力によって、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々の凹面２５０と第１冷却ステージ２１の側面２１Ａと間の接触面圧を高めることができる。ねじ２６Ａは、絶縁性材料から構成される。一例として、ねじ２６Ａは、ＧＦＲＰ（Grass Fiber Reinforced Plastics）により構成される。ねじ２６Ａは「締結部材」の一実施例に対応し、「接続部材」を実現する。

ただし、伝熱部材２５Ａと伝熱部材２５Ｂとを電気的に絶縁するために、伝熱部材２５Ａの延在部２５１と伝熱部材２５Ｂの延在部２５１との間にはクリアランスが設けられている。

第１冷却ステージ２１の側面２１Ａと伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々の凹面２５０との間には絶縁部材１９が配置されている。絶縁部材１９は、例えばカプトンシートである。カプトンシートの厚みは例えば７５μｍ程度である。薄膜の絶縁部材１９によって第１冷却ステージ２１と伝熱部材２５Ａ，２５Ｂとを電気的に絶縁することで、伝熱部材２５Ａと伝熱部材２５Ｂとの電気的絶縁を保っている。

絶縁部材１９と伝熱部材２５Ａの凹面２５０との間にはシム部材２４ａが配置される。絶縁部材１９と伝熱部材２５Ｂの凹面２５０との間にはシム部材２４ｂが配置される。シム部材２４ａ，２４ｂは、熱伝導性が高く、極低温環境でも展性および延性を有する材料により構成される。シム部材２４ａ，２４ｂは例えばインジウムシートである。インジウムシートの厚みは例えば５０～２００μｍ程度である。シム部材２４ａ，２４ｂは、低い加圧でも変形するため、伝熱部材２５の凹面２５０と絶縁部材１９との面同士の接合において、接合面に対して高い密着性を得ることができる。

また、ねじ２６Ａの締め付け力を受けてシム部材２４ａ，２４ｂが変形することで、締め付け力の偏りを緩和することができる。第１冷却ステージ２１は内部にディスプレーサ１８を収めているため、締め付け力が部分的に大きくなって側面２１Ａが変形すると、ディスプレーサ１８の往復運動を阻害する可能性がある。したがって、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの凹面２５０と側面２１Ａとの接触面圧が側面２１Ａの周方向に沿って均一であることが求められる。シム部材２４ａ，２４ｂが締め付け力の偏りを緩和することで、接触面圧を均一にすることができる。

さらに、シム部材２４ａ，２４ｂは熱伝導性が高いことから、リード要素３１ａ，３１ｂから伝熱部材２５Ａ，２５Ｂが受けた熱を第１冷却ステージ２１に伝えることができ、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂのサーマルアンカーとしての機能をサポートすることができる。

なお、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの凹面２５０の曲率半径（図中のＲ２）は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａの曲率半径（図中のＲ１）よりも大きい。例えばＲ１＝４０～５０ｍｍ、Ｒ２＝３８～４８ｍｍである。このようにすると、絶縁部材１９およびシム部材２４ａ，２４ｂを介在させて伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを側面２１Ａに固定するときに、側面２１Ａを変形させることなく、凹面２５０と側面２１Ａとを接触させることができる。

次に、図５を用いて、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを第１冷却ステージ２１に取り付ける過程について説明する。

図５（Ａ）に示すように、最初に、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａの外周に絶縁部材１９を巻き付ける。例えば厚み７５μｍ程度のカプトンシートを側面２１Ａに巻き付ける。

次に、図５（Ｂ）に示すように、絶縁部材１９の表面にシム部材２４ａ，２４ｂを貼り付ける。例えば厚み５０μｍ程度のインジウムシートを絶縁部材１９の表面に貼り付ける。図５（Ｂ）では、シム部材２４ａのみが示されているが、側面２１Ａを挟んでシム部材２４ａと対向するように、シム部材２４ｂが貼り付けられる。

なお、図５（Ｂ）では、絶縁部材１９にシム部材２４ａ，２４ｂを貼り付ける構成を示したが、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの凹面２５０にシム部材２４ａ，２４ｂをそれぞれ貼り付ける構成としてもよい。

次に、図５（Ｃ）に示すように、シム部材２４ａ，２４ｂを覆うように、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂが取り付けられる。延在部２５１の貫通孔２６Ｂに挿入されたねじ２６Ａを締め付けることによって伝熱部材２５Ａ，２５Ｂが接続され、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに伝熱部材２５Ａ，２５Ｂが固定される。

ねじ２６Ａの締め付け力を大きくすると、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの凹面２５０と側面２１Ａとの接触をすることができる一方で、側面２１Ａが変形してしまうおそれがある。したがって、ねじ２６Ａの締め付け力を厳密に管理する必要がある。

図６に示すように、伝熱部材２５Ａと伝熱部材２５Ｂとの締結部分に絶縁性のスペーサ２８を配置してもよい。スペーサ２８は、例えばＧＦＲＰまたはテフロン（登録商標）により構成される。

スペーサ２８は、伝熱部材２５Ａの延在部２５１と伝熱部材２５Ｂの延在部２５１との間に配置される。スペーサ２８には貫通孔２６Ｂと連通する貫通孔が形成されており、ねじ２６Ａを締め付けることによって、２つの延在部２５１に挟まれて固定される。スペーサ２８は、ねじ２６Ａの締め付け力が許容値を超えないように制限する機能を有する。したがって、上述したねじ２６Ａの締め付け力の厳密な管理を省略することができる。

次に、実施の形態１に係る超電導マグネット１００の作用効果について説明する。
ここで、比較例として、従来の超電導マグネットにおける電流リードの構成について説明する。図１０は、比較例に係る超電導マグネットの電流リードの構成を説明するための部分拡大図である。図１１は、図１０の線ＸＩ－ＸＩに沿う断面図である。

なお、比較例に係る超電導マグネットの全体構成は、伝熱部材の構成を除いて、図１に示した実施の形態１に係る超電導マグネット１００の全体構成と基本的に同じであるため、説明は繰返さない。

図１０に示すように、比較例に係る超電導マグネットにおいて、伝熱部材２５０は、２つの伝熱部材３００Ａ，３００Ｂにより構成される。伝熱部材３００Ａは、リード要素３１ａの他方端子とリード要素３２ａの他方端子とを電気的に接続する。伝熱部材３００Ｂは、リード要素３１ｂの他方端子とリード要素３２ｂの他方端子とを電気的に接続する。伝熱部材３００Ａ，３００Ｂは、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）など、導電性を有するとともに、熱伝導率が大きい材料から構成される。

図１１に示すように、伝熱部材３００Ａ，３００Ｂの各々は、扇形の形状を有する板状部材により構成される。伝熱部材３００Ａ，３００Ｂの各々は第１冷却ステージ２１のフランジ部分２１Ｂと熱的に接触する。伝熱部材３００Ａ，３００Ｂの各々とフランジ部分２１Ｂとの間には絶縁部材２１０が配置される。絶縁部材２１０によって第１冷却ステージ２１と伝熱部材３００Ａ，３００Ｂとを電気的に絶縁することにより、伝熱部材３００Ａと伝熱部材３００Ｂとを電気的に絶縁することができる。

伝熱部材３００Ａ，３００Ｂは、実施の形態１で示した伝熱部材２５Ａ，２５Ｂと同様に、常電導電流リードであるリード要素３１ａ，３１ｂと高温超電導電流リードであるリード要素３２ａ，３２ｂとをそれぞれ電気的に接続するための接続部として機能するとともに、常電導電流リードからの熱侵入を抑制するためのサーマルアンカーとして機能する。常電導電流リードで発生したジュール熱が伝熱部材３００Ａ，３００Ｂを経由して第１冷却ステージ２１に放熱されることで、常電導電流リードからの熱侵入が抑制される。

比較例では、伝熱部材３００Ａ，３００Ｂを第１冷却ステージ２１のフランジ部分２１Ｂと熱的に接触させているため、伝熱部材３００Ａ，３００Ｂとフランジ部分２１Ｂとの接触面積を稼ぐことで伝熱部材３００Ａ，３００Ｂの放熱性能を向上させることができる。伝熱部材３００Ａ，３００Ｂとフランジ部分２１Ｂとの接触面積を稼ぐためには、フランジ部分２１Ｂの外径を大きくするとともに、伝熱部材３００Ａ，３００Ｂの外径を大きくすればよい。

しかしながら、フランジ部分２１Ｂおよび伝熱部材３００Ａ，３００Ｂの外径を大きくすると、クライオスタット５に第１冷却ステージ２１を出し入れするために、クライオスタット５の開口部５Ａの内径も大きくする必要が生じる。開口部５Ａをフランジ部分２１Ｂを出し入れできる十分な大きさにすることで、クライオスタット５が大型化することが懸念される。クライオスタット５が大型化すると、クライオスタット５から超電導コイル１への輻射熱の侵入量が増えるため、熱シールド４を冷却するために多くの電力が必要となる。これにより、冷凍機２０およびコンプレッサ４０は、消費電力が増大するため、運転効率が低下することが懸念される。

これに対して、図２および図３に示したように、実施の形態１では、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを第１冷却ステージ２１の側面２１Ａと熱的に接触させているため、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを側面２１Ａに沿って延ばすことによって、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂと側面２１Ａとの接触面積を稼ぐことができる。これによると、比較例のようにフランジ部分２１Ｂを大きくする必要がないため、クライオスタット５の開口部５Ａも大きくする必要がない。したがって、クライオスタット５を大型化することなく、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの放熱性能を高めることができる。

また、クライオスタット５の大型化が回避されることで、クライオスタット５からの輻射熱の侵入量の増加が抑えられるため、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の消費電力の増加を抑えることができる。よって、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の効率的な運転を実現することができる。

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によれば、冷凍機２０の第１冷却ステージ２１を大型化することなく、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの放熱性能を高めることができるため、電流リードを介した熱侵入を低減することができる。

また、第１冷却ステージ２１を収容するクライオスタット５の大型化も回避することができるため、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の消費電力の増加が抑えられ、結果的に冷凍機２０およびコンプレッサ４０の運転効率を向上させることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、図７および図８を用いて、伝熱部材２５の他の構成例について説明する。

図７は、実施の形態２に係る超電導マグネットにおける伝熱部材２５の構成を示す外観図である。図８は、図７の線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩに沿う断面図である。

図７に示すように、伝熱部材２５は、２つの伝熱部材２５Ａ，２５Ｂにより構成される。実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂは、常電導電流リードであるリード要素３１ａ，３１ｂと高温超電導電流リードであるリード要素３２ａ，３２ｂとをそれぞれ電気的に接続するための接続部として機能するとともに、常電導電流リードからの熱侵入を抑制するためのサーマルアンカーとして機能する。ただし、実施の形態２は、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの形状が実施の形態１とは異なる。

具体的には、実施の形態２において、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々は、ブロック部材により構成される。ブロック部材は、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａに熱的に接触する凹面２５０を有している。ブロック部材には凹面２５０の周囲に貫通孔２７ａ，２７ｂ，２６Ｂが形成されている。貫通孔２７ａはブロック部材の上面に形成され、貫通孔２７ｂ（図示せず）はブロック部材の下面に形成される。貫通孔２６Ｂは、ブロック部材を第１冷却ステージ２１の径方向に貫通するように形成される。

伝熱部材２５Ａの貫通孔２７ａにはリード要素３１ａの端子が挿入されて固定され、貫通孔２７ｂにはリード要素３２ａの端子が挿入されて固定される。

伝熱部材２５Ｂの貫通孔２７ａにはリード要素３１ｂの端子が挿入されて固定され、貫通孔２７ｂにはリード要素３２ｂの端子が挿入されて固定される。各リード要素の端子は、例えば半田付けによって対応する貫通孔に固定される。

図７に示すように、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂは、第１冷却ステージ２１の側面２１Ａを介して対向して配置されている。伝熱部材２５Ａと伝熱部材２５Ｂとは、貫通孔２６Ｂに挿通されたねじ２６Ａが締め付けられることによって接続される。したがって、ねじ２６Ａの締め付け力によって、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々の凹面２５０と第１冷却ステージ２１の側面２１Ａと間の接触面圧を高めることができる。ただし、伝熱部材２５Ａと伝熱部材２５Ｂとを電気的に絶縁するために、伝熱部材２５Ａの延在部２５１と伝熱部材２５Ｂの延在部２５１との間にはクリアランスが設けられている。

なお、伝熱部材２５Ａと伝熱部材２５Ｂとの締結部分には、図６に示した絶縁性のスペーサ２８を配置してもよい。ねじ２６Ａの締め付け力の厳密な管理を不要とすることができる。

第１冷却ステージ２１の側面２１Ａと伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの各々の凹面２５０との間には絶縁部材１９が配置されている。絶縁部材１９は、例えばカプトンシートである。カプトンシートの厚みは例えば７５μｍ程度である。

絶縁部材１９と伝熱部材２５Ａの凹面２５０との間にはシム部材２４ａが配置される。絶縁部材１９と伝熱部材２５Ｂの凹面２５０との間にはシム部材２４ｂが配置される。シム部材２４ａ，２４ｂは、例えばインジウムシートである。

実施の形態２では、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂをブロック部材で構成したことにより、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを板状部材で構成した場合に比べて、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの熱容量を大きくすることができる。熱容量が大きくなることで、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂは吸収できる熱量が増えるため、常電導電流リード（リード要素３１ａ，３１ｂ）からの熱侵入をより効果的に抑制することができる。

これによると、実施の形態２に係る超電導マグネット１００を、被測定対象の電磁気的特性評価を行なう測定装置に適用する場合において、高い精度の評価を実現することができる。以下の説明では、実施の形態２に係る超電導マグネット１００を、振動試料型磁力計（ＶＳＭ：Vibrating Sample Magnetometer）に適用する場合を想定する。

振動試料型磁力計では、超電導コイル１に磁場を発生させて、磁場印加領域ＳＣ（図１）に設置した被測定対象を一定振幅、一定周波数にて振動させる。このときの被測定対象の磁化の程度を検出コイルに誘起する磁気誘導電圧として取り込み測定する。

制御装置５０（図１）は、被測定対象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１に磁場を発生させるために、超電導コイル１に通電する電流を制御する。

しかしながら、測定時において、冷凍機２０およびコンプレッサ４０が作動中であるときには、ディスプレーサおよびコンプレッサ４０が発生する機械的な振動が超電導コイル１や被測定対象に伝わり、信号ノイズを発生させるおそれがあある。この信号ノイズは、評価の高精度化および高感度化を阻害する要因となり得る。

そこで、制御装置５０（図１）は、通電電流の制御に並行して、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の起動および停止を制御する。具体的には、制御装置５０は、超電導コイル１が発生する磁場を変化させている状態において、冷凍機２０およびコンプレッサ４０を停止させる一方で、磁場を一定値に固定している状態において、冷凍機２０およびコンプレッサ４０を作動させる。

これによると、冷凍機２０およびコンプレッサ４０を停止させた状態において超電導コイル１に変動磁場を発生させることにより、振動の無い状態で被測定対象の磁化特性を測定することができる。しかしながら、一方で、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の停止中は第１冷却ステージ２１の冷却能力が低下するため、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂを冷却することができない。その結果、常電導電流リードの熱を受けて伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの温度が上昇し、超電導コイル１への熱侵入量が増えることが懸念される。

実施の形態２では、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの熱容量が大きいため、常電導電流リードが発生した熱を伝熱部材２５Ａ，２５Ｂが吸収することができる。これにより、冷凍機２０およびコンプレッサ４０の停止中であっても、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの温度上昇が抑えられるため、常電導電流リードからの熱侵入を抑制することができる。

図９は、被測定対象の磁化特性の測定時における、超電導コイル１の通電電流および発生磁場、超電導コイル１の温度（コイル温度とも称する）、ならびに冷凍機２０およびコンプレッサ４０の作動／停止の時間変化を示す図である。

図９を参照して、磁化特性の測定時には、制御装置５０は、超電導コイル１の通電電流を制御することにより、所定の磁場発生パターンに従って超電導コイル１に磁場を発生させる。図９の例では、磁場発生パターンの一例として、α［Ｔ］→－α［Ｔ］→α［Ｔ］の順で強度が変化する磁場を１サイクルとする。

１サイクルには、磁場を変化させない、すなわち超電導コイル１の通電電流を一定値に保つためのインターバルが設けられている。具体的には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に通電電流を変化させることによって磁場をα［Ｔ］から０［Ｔ］に変化させた後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間をインターバルとして、通電電流を一定値（電流値＝０）に保つことによって磁場を一定値（０［Ｔ］）に固定させる。

次に、インターバルが終了した時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間に通電電流を再び変化させることによって、磁場を０［Ｔ］→－α［Ｔ］→０［Ｔ］の順に変化させ、その後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間をインターバルとして、通電電流を一定値（電流値＝０）に保つことによって磁場を０［Ｔ］に固定させる。最後に、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間、通電電流を変化させて磁場を０［Ｔ］からα［Ｔ］に変化させる。

制御装置５０は、上述した１サイクルにおいて、超電導コイル１が変動磁場を発生している期間に冷凍機２０およびコンプレッサ４０を停止（オフ）させ、磁場を一定値に固定している期間（インターバル）に冷凍機２０およびコンプレッサ４０を作動（オン）させる。コイル温度は１サイクルのうち、変動磁場を発生している時間に上昇し、インターバルにおいて低下する。変動磁場を発生している時間は、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂが常電導電流リードの熱を吸収することで、超電導コイル１への侵入を抑制する。変動磁場を発生させる時間、すなわち、冷凍機２０およびコンプレッサ４０を停止させる時間は、伝熱部材２５Ａ，２５Ｂの熱容量と常電導電流リードの発熱量とに応じて設定することができる。発熱量が一定である場合、伝熱部材２５Ａ，２５の熱容量が大きいものほど、変動磁場を発生させる時間を長くすることができる。

これによると、超電導コイル１の冷却性能を低下させることなく、振動の無い状態で変動磁場を用いて被測定対象の磁化特性を測定することができる。したがって、被測定対象の電磁気的特性評価を高精度に行なうことが可能となる。

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。

１超電導コイル
２積層体
２Ａ～２Ｄコイル
３フランジ
４熱シールド
５クライオスタット
５Ａ開口部
６支持台
７ねじ
１０，１０Ａ～１０Ｅ伝熱板
１５電源
１５ａ，１５ｂ電極
１８ディスプレーサ
１９絶縁部材
２０冷凍機
２１第１冷却ステージ
２１Ａ側面
２１Ｂフランジ部分
２２第２冷却ステージ
２３冷却ヘッド
２４ａ，２４ｂシム部材
２５，２５Ａ，２５Ｂ，３００，３００Ａ，３００Ｂ伝熱部材
２６Ａねじ
２７ａ，２７ｂ，２６Ｂ貫通孔
２８スペーサ
３０ａ，３０ｂ電流リード
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂリード要素
３３ａ，３３ｂ外部配線
３４ａ，３４ｂ接続端子
４０コンプレッサ
４１ホース
５０制御装置
１００超電導マグネット
２５０凹面
２５１延在部
ＳＣ磁場印加領域

Claims

第１の電極および第２の電極を有する超電導コイルと、
前記超電導コイルを収容する容器と、
前記容器外部の電源の第１の端子と前記超電導コイルの前記第１の電極との間に電気的に接続される第１の電流リードと、
前記電源の第２の端子と前記超電導コイルの前記第２の電極との間に電気的に接続される第２の電流リードと、
前記超電導コイルを冷却する冷凍機とを備え、
前記冷凍機は、
前記容器を冷却するための柱状形状の第１冷却ステージと、
前記超電導コイルを冷却するための第２冷却ステージとを含み、
前記第１の電流リードは、前記容器外部に配置され、一方端子が前記第１の端子に電気的に接続される第１のリード要素と、前記容器内部に配置され、一方端子が前記第１の電極に接続される第２のリード要素とを有し、
前記第２の電流リードは、前記容器外部に配置され、一方端子が前記第２の端子に電気的に接続される第３のリード要素と、前記容器内部に配置され、一方端子が前記第２の電極に接続される第４のリード要素とを有し、
前記第１および第３のリード要素は、常電導金属材料からなり、
前記第１冷却ステージの側面に熱的に接触して配置され、前記第１のリード要素の他方端子と前記第２のリード要素の他方端子とを電気的に接続する、導電性の第１の伝熱部材と、
前記第１の伝熱部材と電気的に絶縁されるとともに、前記第１冷却ステージの側面に熱的に接触して配置され、前記第３のリード要素の他方端子と前記第４のリード要素の他方端子とを電気的に接続する、導電性の第２の伝熱部材とをさらに備え、
前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材とは、前記第１冷却ステージの前記側面を介して対向して配置されており、
前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材とを接続することにより、前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材を前記第１冷却ステージの前記側面に固定するように構成された絶縁性の接続部材をさらに備える、超電導マグネット。
前記第１冷却ステージの前記側面と前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材の各々との間に配置された絶縁部材をさらに備える、請求項１に記載の超電導マグネット。
前記絶縁部材と前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材の各々との間に配置された熱伝導性を有するシム部材をさらに備える、請求項２に記載の超電導マグネット。
前記第１冷却ステージは円柱形状を有しており、
前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材の各々は、前記第１冷却ステージの前記側面に熱的に接触する凹面を有する板状部材を含み、
前記凹面の曲率半径は、前記第１冷却ステージの前記側面の曲率半径よりも大きい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
前記第１冷却ステージは円柱形状を有しており、
前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材の各々は、前記第１冷却ステージの前記側面に熱的に接触する凹面を有するブロック部材を含み、
前記凹面の曲率半径は、前記第１冷却ステージの前記側面の曲率半径よりも大きい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
前記接続部材は、
前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材とを締結する絶縁性の締結部材と、
前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との締結部分に配置された絶縁性のスペーサとを含む、請求項１に記載の超電導マグネット。
前記超電導コイルに電流を供給する前記電源と、
前記冷凍機に冷媒を供給するコンプレッサと、
前記超電導コイルの通電電流を制御するとともに、前記冷凍機および前記コンプレッサの起動および停止を制御する制御装置とをさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
前記制御装置は、前記冷凍機および前記コンプレッサを停止させた状態において前記超電導コイルの通電電流を変化させる一方で、前記超電導コイルの通電電流を一定値に保った状態において前記冷凍機および前記コンプレッサを起動させる、請求項７に記載の超電導マグネット。
前記第１冷却ステージは、前記容器と接続されたフランジ部分をさらに有し、
前記第１および第２の伝熱部材は、前記第１冷却ステージの柱状形状の前記側面に熱的に接触して配置される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超電導マグネット。