JP7448289B2 - 粒子線治療装置、医療用超電導装置、および、超電導磁石装置 - Google Patents

Description

本発明は、超電導コイルを用いたコンパクトな磁石装置に関する。

陽子や炭素等の重粒子を加速器で加速して粒子ビームを形成し、患者の腫瘍等に照射する粒子線治療装置が知られている。粒子線治療装置では、患者に対して３６０度任意の角度から粒子ビームを照射するために、回転ガントリに照射ノズルを搭載して患者の周囲で回転させる。このため、加速器から照射ノズルまで粒子ビームを輸送するビーム輸送系が必要である。

ビーム輸送系は、加速器から出射された粒子ビームを、必要個所において偏向させながら回転ガントリの外周部まで輸送した後、９０度偏向して半径方向に輸送し、先端の照射ノズルから回転ガントリの内側の空間に配置されている患者に向かって照射する。ビーム輸送系の粒子ビームの偏向個所には偏向磁石が配置され、粒子線ビームに対して、ビームの進行方向に直交する磁場を印加することにより偏向させる。

例えば特許文献１には、扁平な形状に巻回された複数の超電導コイルがそれぞれ、その長軸方向がビームの進行方向に平行になるように配置された偏向磁石が開示されている。

特許第６５８８８４９号公報

粒子線治療装置のビーム輸送系の偏向磁石に、超電導コイルを採用した場合、常電導コイルや永久磁石に比べてより高い磁場を発生することができるため、粒子ビームを小さな曲率半径で偏向させることができる。その一方で、超電導コイルは、低温超電導材料により構成されているため、数Ｋ程度の低温状態に維持する必要がある。低温に維持された超電導コイルに、なんらかの擾乱（エネルギー）が加わった場合には、超電導コイルは、超電導状態から常電導状態に急激に転移するクエンチがおこり、流れている超電導電流が超電導コイルにおいて大きな熱に変換される。

従来、ＭＲＩ装置等の医療装置に用いられる超電導コイルは、真空断熱された容器内に配置され、容器内に満たされた液体ヘリウム冷媒に浸漬されることにより冷却されているのが一般的である。クエンチが発生した時に超電導磁石において発生する熱は、液体ヘリウムの潜熱および顕熱によって回収される。

しかしながら、冷媒で冷却する超電導コイルを粒子線治療装置のビーム輸送系の偏向磁石として用いるのは容易ではない。液体ヘリウムと超電導コイルが収容された容器を回転ガントリに搭載して回転させた場合、回転に伴って液体ヘリウムの液面が大きく揺さぶられる。これが擾乱（エネルギー）となって、超電導コイルにクエンチを生じさせる可能性がある。

一方、近年、ＧＭ（ギフォード・マクマホン型）冷凍機のような小型冷凍機を用いて、伝導冷却（冷凍機冷却）により超電導コイルを冷却する超電導磁石が開発されている。伝導冷却型の超電導磁石は、超電導コイルには、クエンチ時に使用する磁石保護回路が接続され、クエンチが発生した場合には、磁石保護回路により超電導コイルに流れる超電導電流のエネルギーを速やかに回収（消費）することにより、超電導コイルにおいて熱が発生するのを抑制する。

磁石保護回路は、例えば、超電導コイルとその励磁電源を切り離すためのスイッチ（電流ブレーカー）や超電導電流のエネルギーを熱に変換して消費するための保護抵抗などから構成される。クエンチが発生した場合には、励磁電源が超電導コイルから切り離されるとともに、保護抵抗が超電導コイルの両端に接続され、超電導コイルを流れる電流を素早く保護抵抗で消費して熱に変換する。これにより、超電導コイルの温度上昇を防ぐ。

しかしながら、超電導コイルを流れる電流を素早く保護抵抗で熱に変換するためには、抵抗値の大きな保護抵抗が必要であり、クエンチ時の保護抵抗の電圧（超電導磁石両端の電位差）は、高電圧になる。そのため、超電導磁石の対地絶縁を強化し、超電導コイルから励磁電源を切り離すスイッチ（電流ブレーカー）の耐電圧を大きくする必要がある。そのため、伝導冷却の超電導磁石には耐電圧の大きな絶縁構造が必要となり、粒子線照射装置のビーム輸送系の偏向磁石に採用すると、大掛かりな装置になる。回転ガントリに大掛かりな絶縁構造を搭載するのは現実的ではない。

本発明の目的は、粒子線のビーム輸送系等の医療用超電導装置に好適な、クエンチが生じた場合の超電導コイルの温度上昇が抑制されたコンパクトな伝導冷却超電導磁石とそのための磁石保護回路を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の粒子線治療装置は、粒子線を輸送するダクトと、ダクト内を輸送される粒子線に対して、それぞれが形成する磁場を重ね合わせて所定の強度分布の磁場を形成して印加する複数の超電導コイルと、複数の超電導コイルが内部空間に配置された断熱容器と、断熱容器に搭載され、超電導コイルを伝導冷却により冷却する１以上の冷凍機と、一端が超電導コイルの端部にそれぞれ接続され、他端が断熱容器の内部から外部に引き出された複数対のリードと、断熱容器外に配置され、リードによって断熱容器の外部に引き出された、超電導コイルを流れる電流を消費するための複数の保護要素と、超電導コイルのクエンチ時に、複数の超電導コイルにそれぞれ保護要素を直列に接続するように、複数対のリードと複数の保護要素とを接続する接続回路とを有する。

本発明によれば、クエンチ時に超電導コイルの電流を消費する保護要素の発生する電圧が小さいため、絶縁構造を簡素化できコンパクトな装置を提供することができる。

実施形態の粒子線治療装置の全体構成示すブロック図である。 図１の粒子線治療装置の偏向磁石２０３の側面図と回路構成を示すブロック図である。 図２のＡ－Ａ’断面図と回路構成を示すブロック図である。 実施形態の超電導コイルの斜視図である。 実施形態（第３の実施形態）の偏向磁石の回路図である。 （ａ）および（ｂ）実施形態の偏向磁石において超電導コイルと保護要素で生じる電位と電気的中間点と絶縁に必要な耐電圧を示すグラフ、（ｃ）比較例の超電導コイルを分割していない場合の電位と絶縁に必要な耐電圧を示すグラフである。 実施形態の超電導コイルの基本構成を示す回路図である。 第1の実施形態の超電導コイルと励磁回路（電源ユニット）１８０およびエネルギー回収ユニット１４０の回路図である。 第２の実施形態の超電導コイルと励磁回路（電源ユニット）およびエネルギー回収ユニット１４０の回路図である。 第４の実施形態の超電導コイルと励磁回路（電源ユニット）およびエネルギー回収ユニット１４０の回路図である。 第５の実施形態の超電導コイルと励磁回路（電源ユニット）およびエネルギー回収ユニット１４０の回路図である。 第６の実施形態の超電導コイルと励磁回路（電源ユニット）およびエネルギー回収ユニット１４０の回路図である。 第７の実施形態の超電導コイルと励磁回路（電源ユニット）およびエネルギー回収ユニット１４０の回路図である。 第８の実施形態の超電導コイルと励磁回路（電源ユニット）およびエネルギー回収ユニット１４０の回路図である。

本発明の一実施形態について説明する。

ここでは、一実施形態として、粒子線治療装置について説明する。

本実施形態の粒子線治療装置の全体構成を図１に示す。図１のように、粒子線治療装置は、粒子線を形成する加速器５００と、粒子線を輸送するビーム輸送系２００と、患者３０１に粒子線を照射する照射装置３００と、患者３０１を搭載するベッド３０２とを備えて構成される。

加速器５００は、図１の例では、前段加速器であるライナック５０１と、ライナック５０１が形成した粒子線をさらに加速するシンクロトロン５０２とを備えた構成であるが、この構成に限らず、サイクロトロン等を用いることももちろん可能である。

ビーム輸送系２００は、加速器５００で形成された粒子線を輸送するダクト２０４と、ダクト２０４内の粒子線に偏向磁場を印加する偏向磁石２０１，２０２，２０３と、粒子線を収束させる磁場を印加する四極磁石２１１と、軌道補正磁石２１２とを備えている。ダクト２０４には、回転連結部２１４が設けられ、回転連結部２１４よりも加速器５００寄りの固定部に対して、回転連結部２１４よりも先端側は、回転連結部２１４の機構によって回転可能である。回転連結部２１４よりも先端側のビーム輸送系２００は、不図示の回転リングに搭載され、駆動部によって回転リングが回転するのに伴って、回転軸３１３を中心に回動する。これにより、ビーム輸送系２００は、回転リングおよび駆動部とともに、回転ガントリ４００を構成している。

偏向磁石２０１，２０２は、粒子線を６０度偏向させ、回転リングの外周まで到達させる。偏向磁石２０３は、粒子線を回転リングの外周から径方向に９０度偏向させる。

以下、図２、図３等を用いて、偏向磁石２０３の構成について説明する。偏向磁石２０１，２０２は、構成する超電導コイルの個数が偏向磁石２０３とは異なるが、基本的な構成は同様である。

偏向磁石２０３は、複数の超電導コイル１０１～１０４と、断熱容器１１０と、冷凍機１２０と、複数対のリード３０ａ，３０ｂ，３１ａ、３１ｂと、保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂと、接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ、９、１０を備えている。保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂと、接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂは、クエンチ時に超電導コイル１０１～１０４のエネルギーを回収（消費）するユニット１４０を構成している。また、複数の超電導コイル１０１～１０４に励磁電流を供給する電源８ａ、８ｂをさらに備えている。電源８ａ、８ｂと、接続回路９，１０は、電源ユニット１８０を構成している。

エネルギー回収ユニット１４０は、クエンチ時に保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂが高電圧になるため、絶縁構造を備えている。

超電導コイル１０１～１０４は、それぞれが形成する磁場を重ね合わせて、ダクト２０４内を輸送される粒子線に対して所定の強度分布の磁場２１３を形成して印加する。具体的には、粒子線の進行方向２１４に対して直交する磁場２１３を印加する。これにより、磁場方向２１３および粒子線の進行方向２１４に対して直交する方向２１５へ粒子線を偏向させる。

なお、ここでは一例として、図４に示すように、超電導コイル１０１～１０４は、主平面内に長径と短径を有する扁平な形状に巻回され、長径がダクト２０４の軸方向に沿うように配置されている。長径方向は、ダクト２０４の湾曲に沿うように湾曲している。超電導コイル１０１～１０４は、主平面が、粒子線を偏向させる面内に平行になるように、ダクト２０４の周囲の４方向に配置され。超電導コイル１０１と１０２、超電導コイル１０３と１０４は、それぞれダクト２０４を挟んで対向している。超電導コイル１０１と１０２は、図３のように直列に接続され、超電導コイル２０を構成している。超電導コイル１０３と１０４は、直列に接続され超電導コイル２１を構成している。

断熱容器１１０は、複数の超電導コイル１０１～１０４が内部空間に配置されている。図３の例では、断熱容器１１０は、真空容器１１１とその内側に配置された輻射シールド１１２とを備えている。

冷凍機１２０は、断熱容器１１０に搭載されている。例えば、冷凍機１２０は、１段目（例えば40k)が輻射シールドに熱的に接続されており、輻射シールド１１２を１段目の温度まで冷却する。２段目（例えば４ｋ）は、銅のメッシュ等（不図示）により超電導コイル１０１～１０４に熱的に接続されており、伝導冷却により超電導コイル１０１～１０４を冷却する。

複数対（ここでは２対）のリード（以下、パワーリードとも呼ぶ）３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは、一端が超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）の端部にそれぞれ接続され、他端が断熱容器１１０の内部から外部に引き出されている。

保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂは、断熱容器１１０の外に配置され、超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）を流れる電流を、クエンチ時にリード３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂを介して受け取って消費する。

具体的には、保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂは、抵抗素子および半導体素子の少なくとも一方を含み、クエンチ時に、超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）を流れる超電導電流を受け取って熱に変換する。抵抗素子は通常の抵抗の他、通電電流に対し抵抗値が非線形に変化する非線形抵抗素子を用いることもできる。また、半導体素子としては、例えば、通常のトランジスタや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）を用いることができる。

接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂは、超電導コイルのクエンチ時には複数の超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）にそれぞれ保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂを直列に接続するように、超電導コイルが正常運転されている時には保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂがバイパスされるように、複数対のリード３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂと複数の保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂとを接続する。

これにより、例えば図５のような保護回路を構成し、接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂのスイッチをオフとし、接続回路９と１０のスイッチをオンとすることによって、保護要素４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂにより、超電導コイル１０１、１０２（２０）と超電導コイル１０３、１０４（２１）に蓄積された磁気エネルギーを消費することができる。

また、接続回路１０により、保護回路４０ｂと４１ａを接続し、接続回路９により、保護回路４０ａと４１ｂを接続することにより、図５のように、複数の超電導コイル２０、２１が保護要素４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂと交互に直列に接続され、閉ループを構成することができる。閉ループは、電気的中間点が接地されていることが望ましい。ここでいう電気的中間点とは、図６（ａ）の図示したよう、閉ループの超電導コイル２０、２１および保護要素４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂの各位置における電位を求めた場合、その最大電位と最小電位の中間電位となる点を言いう。この電気的中間点を接地することが望ましい。また、図６（ｂ）に示したように、超電導コイル２０、２１のインダクタンスおよび保護要素４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂの抵抗値の値によっては、電位はこれらの要素において電位の大小方向に非対称な変化を示す場合もあるが、その場合も、当該閉ループにおける最大電位と最小電位の中間の電位となる点を電気的中間点という。図６（ｂ）の場合、超電導コイル２０のインダクタンスと超電導コイル２１のインダクタンスの大小関係は、インダクタンス（超電導コイル２０）＞インダクタンス（超電導コイル２１）となっており、保護要素（例えば抵抗）４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂの大小関係は、４０ａ＝４０ｂ＞４１ａ＝４１ｂとなるように構成される。この場合、４０ａと４１ｂの間、もしくは、４０ｂと４１ａの間が電気的中間点となり、この地点で接地を取ることによって対地最大電位を小さく抑えることができる。

このように、超電導コイルを複数のコイル（ここでは超電導コイル２０と２１）にあえて分割しているため、クエンチ時に、保護要素４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂを分割した超電導コイル２０，２１に超電導コイルと保護要素が交互に並ぶように直列に接続することができる。よって、図６（ｃ）のように、接地１１から見た回路における最大電位（対地電圧）を、超電導コイルを分割していない場合よりも大幅に低減することができる。

すなわち、本実施形態では、保護要素（抵抗）４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂで生じる電圧の向きが超電導コイル２０，２１のインダクタンスによって生じる電圧の向きの逆向きになることを利用し、超電導コイルを複数（超電導コイル２０と２１）に分割し、保護要素４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂと交互に直列に接続したことにより、図６（ａ）、（ｂ）のように、保護要素４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂで観測される最大対地電圧を、図６（ｃ）のように超電導コイルを分割しない場合の約半分にすることができる。

これにより、超電導磁石の対地絶縁に必要な絶縁構造を大幅に簡素化することができ、コンパクトな偏向磁石２０３の構造にすることができる。

以下、本実施形態の偏向磁石２０３についてさらに説明する。

伝導冷却の超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）において、クエンチ後の再冷却時間を短縮するためには、クエンチした時に超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）に蓄えられたエネルギーを速やかに断熱容器１１０の外部に引き出して保護要素で消費し、エネルギーが超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）の巻線の温度上昇に転化されないようにすることが重要である。超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）のエネルギーを断熱容器１１０の外部に高速に引き抜く（保護要素で一気に消費する）ためには、保護要素で大きな電圧降下が発生するように大きな抵抗等を用いるか、励磁電源などによって超電導コイルに逆向き電圧を印加する必要がある。そのため、超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）の蓄積エネルギーが大きいほど（インダクタンスが大きいほど）、高電圧を発生する保護要素が必要となり、高電圧によって絶縁破壊を生じないような絶縁構造を設ける必要が生じる。

そこで、本実施形態では、超電導コイルをあえて複数の超電導コイル２０と２１に分割して、それぞれにパワーリード３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂを接続し、保護要素（抵抗）４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂが超電導コイル２０、２１と交互に直列接続となるように閉回路を構成して磁石のエネルギーを抵抗で回収する（熱に変える）。磁石のエネルギーを断熱容器１１０から外部に引き出された保護要素４０ａ，４０ｂ、４１ａ、４１ｂで消費することによって、断熱容器１１０の内部、すなわち超電導コイル２０，２１の温度上昇を抑制する。保護要素と超電導コイルが交互に並ぶように保護回路を形成すると、対地電圧を半分に抑えることができることから、超電導コイルの対地絶縁が同一の場合には抵抗要素で発生する電圧を２倍まで許容することができる。これにより、単一の超電導コイルとして扱ってパワーリードを１対のみ配置した場合よりも、パワーリードを追加することによって断熱容器１１０内に侵入する熱量は増加するが、エネルギーを断熱容器１１０の外部に引き出して保護要素で２倍の速度で消費することができるため、クエンチ時の超電導コイルの温度上昇を抑制できる。

また、本実施形態では、超電導コイルを複数に分割しているため、単一の超電導コイルとして扱う構造よりも、複数の超電導コイル２０、２１の磁場を重ね合わせて、所望の磁場分布を高精度に生成することができるというメリットもある。本実施形態のように、加速器５００で形成した粒子ビームを輸送する磁石２０１，２０２，２０３等では、高精度な磁場分布が必要である。高精度な磁場を形成するためには個々の超電導コイル巻線の寸法精度が高いこと、また、それらが高精度で組立てられていることが前提である。しかし、その上でも磁場精度が不足する場合があり一般的には磁場調整のための機構が備えつけられている。磁場調整のためには起磁力に自由度を与えることが必要であるが、本実施形態のように、超電導コイルを複数に分離することによって、分離された磁石に流れる電流の量を励磁回路（電源ユニット１８０）によって微調整することが可能となる。励磁電源方式によって等価的には図５、図８、図９、図１０のような構成になるが、２つの磁石に対して通電電流の量を調整できるように構成されていればよく、ここの図示した形態には限定されない。

また、粒子線治療装置用のビーム輸送用の磁石２０１，２０２，２０３等においては、通過させるビームのエネルギーに応じて発生磁場強度を変化させる必要がある。単位時間あたりのビームの利用を考えると磁場の変更時間は短ければ短いほうが望ましい。そのためには磁石に発生する誘導電圧に打ち勝って、励磁回路（電源ユニット１８０）によって高い電圧で電流を変化させる必要がある。

このとき超電導コイル１０１～１０４（２０，２１）の通電電流の制御は、電源に内蔵された半導体素子を用いて行なわれているため、この半導体素子の耐電圧によって励磁回路（電源ユニット１８０）の励磁速度は制約を受けることになる。本実施形態では超電導コイルを超電導コイル２０，２１に分割し、それぞれに励磁回路（電源ユニット１８０）から電流を供給する構成であるため（図５、図１０）、分割された個別の超電導コイル２０，２１のインダクタンスは小さくなり、電源に内蔵される半導体素子の耐電圧の制限を回避することができる。

超電導コイル２０，２１の発生する磁場はそれぞれ、重ねあわされた時に、所定の磁場空間にあらかじめ決められた所定の磁場分布を発生するように設計されている。それぞれの超電導コイル２０，２１に励磁回路（電源ユニット１８０）から通電する電流の比は定められており、その比は通常は１である。すなわち、通常の設計ではそれぞれのコイルには同じ電流値が流れるように設計されている。しかし、必ずしも通電電流が同じ値となるように設計する必要はなく、超電導コイルのグレーディング（経験磁場の大きさによってコイル電流密度に差をつけること）を行う場合には、ちがう大きさの電流で運転してもよい。運転状態におけるそれらの超電導コイルに流れる電流の比については、所定の磁場を発生するように予め定められ、保存されている。

それぞれの超電導コイル２０，２１に電流リード３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂから同じ大きさの電流を通電することにより、実質的には、２つの超電導コイルが直列接続され、ひとつの電源を用いて超電導コイル２０，２１を励磁したときと同じ磁場を形成することとなる。また、それぞれの超電導コイル２０，２１に通電する電流の比を一定に保ったまま電流の大きさを変化させると、磁場発生空間に形成された磁場分布の形状を維持したまま、その強度を変化させることができる。

それぞれの超電導コイル２０，２１への通電電流の大きさがほぼ等しくなるように磁場分布の設計を行った場合、クエンチ後のエネルギー回収過程で保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂと超電導コイル２０，２１が直列接続された閉回路を構成することができる。それぞれの保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂが超電導コイル２０，２１に直列接続となるように回路を構成すると、クエンチ時のエネルギー回収過程で超電導コイル２０，２１に流れる電流は同じに維持することができるため、超電導コイル２０，２１が形成する磁場の重ね合わせによって形成される磁場分布は維持されたままで磁場強度が減少する。

このように、クエンチ時の超電導コイル２０，２１のエネルギー回収過程で、超電導コイル２０，２１の磁場形状が変化しないということは、アンバランスな電磁力が発生せず、また、漏洩磁場が大きくならないという利点がある。

ただし、本実施形態は、超電導コイル２０，２１への通電電流の大きさが等しくなるように設計した構成に限定されるものではなく、アンバランスな電磁力が発生しても問題がない、もしくは、漏洩磁場の対策ができるのであれば、超電導コイル２０，２１への通電電流の大きさが異なる構成にすることも可能である。

クエンチ時に２つの超電導コイル２０，２１から同じ減衰時定数で電流を減衰させてエネルギーを消費するためには、２つの超電導コイル２０，２１と保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂとが直列接続された閉回路を構成する。そのために、開閉器９や１０または電源内部の半導体素子（図示せず）のフライホイールダイオードや追加の開閉器（図示せず）を使用する。

エネルギー回収用の抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）を超電導コイル２０，２１に直列に挿入するには、予め開閉器（接続回路５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ）や半導体素子でバイパスされた保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂを設置しておくことで実現できる。通常の励消磁運転の際には、保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂは、開閉器（接続回路５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ）でバイパスされているため運転に影響を及ぼすことがなく、クエンチ時には開閉器（スイッチ５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ）を開くことによって、超電導コイル２０，２１の電流は、抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）を流れるようになる。

開閉器（接続回路５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ）などでバイパスされた抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）は、超電導コイル２０，２１のパワーリード３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂに接続される。抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）の大きさ、設置位置、数などは、エネルギー回収過程において抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）でそれぞれ発生する電圧（対地電圧）が、保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂの絶縁構造の絶縁設計電圧を越えないように決定する。

抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）によるエネルギー回収速度を上げるためには、絶縁設計電圧で許容される範囲で、抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）を最大限配置する。抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）の配置の仕方としては、超電導コイル２０，２１のインダクタンスと交互に並ぶように直列回路を形成することが望ましい。超電導コイル２０，２１の電流の減衰過程においてインダクタンスである超電導コイル２０，２１に生じる誘導性電圧と、抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）に生じる抵抗性電圧の極性が異なるため、まとめて一箇所に抵抗を配置するよりも、図６（ａ），（ｂ）に示したように対地電圧（絶縁に必要な耐電圧）を低く抑えることが可能となる。

したがって、抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）および超電導コイル２０，２１はなるべく小さく分割して交互に配置することが望ましい。エネルギー回収用に設置する開閉器（接続回路５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ）などでバイパスされた抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ，４１ａ，４１ｂ）は、少なくとも２つ以上超電導コイル２０，２１に接続するように配置する。

本実施形態では、超電導コイル２０，２１に分割し、それぞれに複数の電源から励磁電流を供給するため、磁場調整のための電流設定の自由度が改善されるとともに、電源体格も小さくなり、電源構成を小型化することができる。

本実施形態では、超電導コイル２０，２１のそれぞれの励磁量を調整できる構成であるため、超電導コイル２０，２１の磁場調整が可能である。超電導磁石のアライメント調整などにより磁場調整が終了し、調整後の磁場で運転すればよい場合には、調整用の電源は不要となり１電源で運転することも可能である。

本実施の形態では、ビームを輸送する偏向磁石について説明してきたが、ＭＲＩやＮＭＲ装置用の静磁場発生磁石や加速器の磁石などに、本実施形態の超電導コイルと保護要素の構成を適用することも可能である。

＜超電導コイルの回路構成の各種の実施形態＞
上記実施形態では、図３および図５の回路構成を示したが、超電導コイル２０，２１の回路構成は、図３および図５の構成に限られない。以下、回路構成の各種実施形態について、図３および図５の構成も含めて、詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。

（基本構成）
図７に本発明の超電導コイルの基本構成を示す。超電導コイル１０１と１０２が電気的に接続されて第一の超電導コイル２０を構成し、超電導コイル１０３と１０４が電気的に接続されて第二の超電導コイル２１を構成している。第一の超電導コイル２０の両端には電流リード３０ａ、３０ｂが接続され、第一の超電導コイル２０の両端には電流リード３１ａ、３１ｂが接続されている。

第一と第二の超電導コイル２０、２１は、断熱容器１１０内で伝導冷却により冷却されて超電導状態に保持されている。励磁回路（電源ユニット１８０）は、断熱容器１１０の外の室温中に設置されている。電流リード３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは、第一と第二の超電導コイル２０、２１と励磁回路（電源ユニット１８０）とを電気的に接続するために断熱容器１１０を突き抜けるように配置されている。

超電導コイル１０１、１０２、１０３、１０４は、図３および図４に示したように、それぞれ平板状に巻き回され、湾曲している。超電導コイル１０１、１０２は、電気的に接続されて第一の超電導コイル２０を構成している。超電導コイル１０３、１０４は、電気的に接続されて第二の超電導コイル２１を構成している。

４つの超電導コイル１０１、１０２、１０３、１０４に囲まれた領域に所望の強度分布の磁場空間が形成され、この磁場空間内にビームを輸送するダクト２０４が配置されている。定格運転状態において磁場空間を中心における磁場強度は３．３テスラであり、エネルギー４３０ＭｅＶ／ｕの重粒子線を半径２ｍで曲げるように構成されている。

第一および第二の超電導コイル２０および２１は、磁場空間に対してそれぞれ上向きの磁場を発生するように構成されており、それぞれの磁場の重ね合わせによって磁場空間にビームを輸送するための２極磁場２１３が形成される。２極磁場２１３以外の多極成分磁場については、ビーム経路に沿ったそれぞれの展開磁場の積分値が、２極磁場２１３の積分値（ＢＬ積）に対して１×１０^－４以下となるように超電導コイル２０および２１は設計されている。また、この超電導コイル２０および２１では超電導コイル２０および２１の中心（ダクト２０４）から３ｍ離れた地点での漏洩磁場強度は１．５ガウス以下になるように設計されている。

それぞれの超電導コイル２０および２１が発生する磁場は、定格磁場強度３．３Ｔに対して、４極磁場は、ほぼゼロ、６極磁場は－２．４６％、２．４５％、８極磁場は－０．０９％、０．１０％となっており、主たる磁場成分は２極磁場である。

ビームに対する影響が大きく、超電導コイル２０および２１を製作する上で最も大きな強度が発生する６極磁場を調整することを考えると、第一および第二の超電導コイル２０および２１の電流を定格電流の約１０％を変化させることによって０．５％（５×１０^－３）の６極磁場を変化させることができる。これは磁場強度を６極磁場の積分量を主磁場に対して１×１０^－３～１×１０^－４にするビーム輸送磁石に対して十分な磁場補正量である。

（（第１の実施形態の回路構成））
図８に、第１実施形態の超電導コイルの励磁回路（電源ユニット）１８０およびエネルギー回収ユニット１４０の回路構成を示す。

２つの超電導コイル２０，２１には電流リード（３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ）が取り付けられ、バイパススイッチ（接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ）が並列接続された保護抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ）がそれぞれの超電導コイルの電流リード（３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ）に接続されている。

２つの超電導コイル２０，２１は、主電流を供給する電源７から見ると直列接続されるように構成されている。磁場調整用小電源６ａ、６ｂは、それぞれの超電導コイル２０，２１に並列になるように接続される。電源７と電源６ａから供給される電流の重ねあわせによって、超電導コイル２０は運転される。電源７と電源６ｂから供給される電流の重ねあわせによって超電導コイル２１は運転される。

使用する電源の種類や構造についての制約はないので自由に電源を選んでよいが、それぞれの電源６ａ、６ｂ、７は、電気的に絶縁されていれば簡単に励磁電源回路を構成できて好ましい。

３つの電源６ａ、６ｂ、７は、共通電位を有するような構成であってもよく、たとえば、プリレギュレータから電圧を供給し、半導体素子を用いたフルブリッジのスイッチング電源で実質的にこの回路を実現することができる。

この場合、メインの電流を供給する電源７に相当するフルブリッジのアームには、電流容量の大きなＩＧＢＴなどの半導体素子を用い、超電導コイル２０，２１の接続点に電流が供給できるように電流容量の小さな（調整用電流を流すためだけの）アームを設ける。回路図上では、電源が３台表現されるが実質的にはひとつの電源でこれを実現できる。

（（第１の実施形態の超電導磁石の運転方法））
ここで、第１の実施形態の図８の超電導磁石の運転方法について説明する。

通常の磁場発生オペレーションとクエンチ後のエネルギー回収オペレーションの二通りがある。

（通常の運転）
通常の磁場発生オペレーションでは、各保護抵抗（保護要素４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、以下保護要素を保護抵抗と呼ぶ）に並列に接続されているバイパススイッチ（接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ）は閉状態であり、各保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂは短絡されて回路上では見えなくなっている。電源７に並列接続された短絡スイッチ９は、開状態である。この構成により超電導コイル２０，２１に対して電源６ａ、６ｂ、７は、直結した状態となり超電導コイルを運転することができる。

（クエンチ時）
一方、クエンチ後のエネルギー回収過程では、まず電源７に接続されている短絡スイッチ９を閉にする。単純にこのスイッチを閉にすると電源７が短絡されて大電流が流れることになるから、このスイッチを閉にする前には電源７の内部にて元電源からの電流の供給をカットするような処置を行なう。この処置は電源の内部構成に依存するためここでは割愛する。

電源７に接続された短絡スイッチ９が閉になると超電導コイル２０，２１は、エネルギー回収用の短絡回路が形成される。この後、バイパススイッチ（接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ）を開とすることにより、各保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂに超電導コイル２０，２１の電流が流れ、エネルギーを熱に変換して回収（消費）する。

（対地電圧抑制の原理）
このようにして形成されたエネルギー回収回路では、超電導コイル２０，２１のインダクタンスと保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂが交互にならんで直列接続され、閉回路を構成していることが特徴である。閉回路を一周回ったときの電位差の和はキルヒホッフの法則よりゼロであるから、超電導コイル２０，２１のインダクタンスの部分で発生する電圧と抵抗のところで発生している電圧の総和はゼロになっている。

超電導コイル２０，２１のインダクタンスによる誘導性電圧と保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂによる抵抗性電圧の極性は、逆となっているから、超電導コイル２０，２１のインダクタンスと保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂを細かく分割して交互にならべると対地電圧を抑制することができる。

（対地電位）
図８における励磁回路では、接地１１が、回路の丁度中間点に配置されている。この場合、クエンチ後のエネルギー回収過程において誘導性電圧、抵抗性電圧の最大電位は、図６（ａ）と同様に、接地電位ゼロに対して対称であり、もっとも好ましい。

（（第２の実施形態の回路構成））
第２の実施形態の励磁回路を図９に示す。

図９の励磁回路は、第１の実施形態の図８の構成と同様の構成であるが、バイパススイッチ５０ｂ、５１ｂと保護抵抗４０ｂ、４１ｂを省略して簡略化した構成である。

図９の回路構成においてもエネルギー回収過程では、超電導コイル２０，２１インダクタンスと保護抵抗４０ｂ、４１ｂが交互に並んだ閉回路が構成されているから、誘導性電圧と抵抗性電圧が交互に発生し、対地電圧を抑制するのに効果がある。

接地１１の位置は、保護抵抗４１ａの中点（電気的中間点）に配置されている。対地電圧を小さくする適切な接地位置については、電源６ａ，６ｂ，９の内部構成や電位の配分の思想によるためケースバイケースとなる。重要なことは上述したように、インダクタンスと抵抗を交互にならべるようにエネルギー回収回路を構成することである。

（（第３の実施形態の回路構成））
第３の実施形態として、図５に示した超電導コイルの励磁回路について詳しく説明する。

図５の構成は、２つの超電導コイル２０、２１に、電流リード３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂが取り付けられ、バイパススイッチ（接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ）が並列接続された保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂが接続されている。２つの超電導コイルは、電源８ａ、８ｂによって駆動される。

電源８ａ、８ｂと超電導コイル２０，２１がつくる閉回路を眺めると、ちょうど電源８ａ、８ｂと超電導コイル２０，２１が交互並んで直列接続されているように見える。電源８ａ、８ｂが電気的に絶縁されていれば、回路図では電源８ａ、８ｂが直列接続されているため電流は連続になる。その場合には、個々の超電導コイル２０，２１の励磁量の調整ができない。しかし、電源８ａ、８ｂが共通電位を有するような構成で、たとえば、プリレギュレータから電圧を供給し半導体素子を用いたフルブリッジのスイッチング電源とすると、並列な２つの電圧源で２つの超電導コイルをドライブすることと等価となり、それぞれの超電導コイルの励磁量を調整することが可能となる。

この回路では、等価な電源８ａ、８ｂで超電導コイル２０，２１を並列に運転することと等価であるから、電源電圧によって制約されていた超電導コイル２０，２１の励磁速度を改善することができる。電源８ａ、８ｂの挿入数を増やすことによって励磁速度の限界は電源を挿入した数の分だけ増加させることができる。

（運転方法）
ここでこの回路での磁石の運転方法について説明する。通常の磁場発生オペレーションとクエンチ後のエネルギー回収オペレーションの二通りがある。

（通常の運転）
通常の磁場発生オペレーションでは、各保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂに並列に接続されているバイパススイッチ（接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ）は閉状態、すなわち各保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂは短絡されて回路上では見えなくなっている。電源８ａに並列接続された短絡スイッチ１０、および、電源８ｂに接続された短絡および中点接地をするための短絡スイッチ９は、閉状態である。この構成により超電導コイル２０，２１に対して電源８ａ、８ｂは、インダクタンスと電源が交互に直列接続された状態となり、超電導コイル２０，２１を運転することができる。

（クエンチ時）
一方、クエンチ後のエネルギー回収過程では、まず電源８ａ、８ｂに接続されている短絡スイッチ９、１０を閉にする。単純にこのスイッチを閉にすると電源８ａ、８ｂが短絡されて大電流が流れることになるから、このスイッチを閉にする前には電源８ａ、８ｂの内部にて元電源からの電流の供給をカットするような処置を行う。この処置は、電源の内部構成に依存するためここでは割愛する。

電源８ａ、８ｂに接続された短絡スイッチ９、１０が閉になると、超電導コイル２０，２１のエネルギー回収用の短絡回路が形成される。この後バイパススイッチ（接続回路５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ）を開とすることにより、保護抵抗４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂに超電導コイル２０，２１の電流が流れ、エネルギー回収（消費）が行われる。

（（第４の実施形態の回路構成））
図１０に、第4の実施形態として、図５のバイパススイッチ５０ｂ、５１ｂおよび保護抵抗４０ｂ、４１ｂを省略して簡略化した回路を示す。この回路においてもクエンチ後のエネルギー回収過程において、インダクタンスと抵抗が交互にならんだエネルギー回収回路が構成できる。接地（１１）は保護抵抗（４１ａ）の中点に設置したが、これも前述したとおり適切な位置に設置することができる。

（（第５～第８の実施形態の回路構成））
上述してきたように、本実施形態の超電導磁石では、励磁回路系統を２つ持つように超電導コイル２０，２１を構成することによって、追加の磁場補正手段（トリムコイルなど）を設置することなしに磁場調整機能を持たせている。

しかしながら、超電導コイル２０，２１の組立後に励磁試験を実施して磁場計測を行い、超電導コイルのアライメント調整などを実施することにより所定磁場分布が確立されている場合には、複数電源によって運転する必要はなく１台の電源で運転を行えばよい。１電源で構成される励磁回路の例を第５～第８の実施形態として図１１乃至図１４に示す。

図１１乃至図１４の構成においても、電源に接続されるはずだった電流リード３０ｂ、３１ａは無駄にならず、クエンチ時のエネルギー回収のために利用される。これにより、大きな抵抗値でエネルギーを回収することができ、伝導冷却磁石のクエンチ後の再冷却時間を短くすることができる。

本発明の超電導コイルは、高精度の磁場分布を実現し、伝導冷却で運転され、かつ、クエンチ後の再冷却時間の低減が実現できるものであり、医療装置向けの超電導磁石装置として特に有用である。

６ａ，６ｂ：励磁電源
７：励磁電源
８ａ，８ｂ：励磁電源
９：短絡スイッチ
１０：短絡スイッチ
１１：接地
２０： 超電導コイル
２１： 超電導コイル
３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ：リード
４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ：保護要素（エネルギー回収素子、保護抵抗）
５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ：接続回路（切替器、バイパススイッチ）
１０１，１０２，１０３，１０４：超電導コイル
１１０：断熱容器
１１１：真空容器
１１２：輻射シールド
１２０：冷凍機
１４０：エネルギー回収ユニット
１８０：電源ユニット
２００：ビーム輸送系
２０１、２０２、２０３：偏向磁石
２０４：ダクト
２１１：四極磁石
２１２：軌道補正磁石
２１３：磁場方向（二極磁場）
２１４：粒子線の進行方向
２１５：粒子線の進行方向２１４に対して直交する方向２１５
３００：照射装置
３０１：患者
３０２：ベッド
３１３：回転軸
５００：加速器
５０１：ライナック

Claims (7)

1. 粒子線を輸送し、一部が湾曲しているダクトと、
   前記ダクトの湾曲している部分を輸送される前記粒子線に対して、それぞれが形成する磁場を重ね合わせて所定の強度分布の磁場を形成して印加することにより偏向させる複数の超電導コイルと、
   複数の前記超電導コイルが内部空間に配置された断熱容器と、
   前記断熱容器に搭載され、複数の前記超電導コイルを伝導冷却により冷却する１以上の冷凍機と、
   前記断熱容器の外部に配置された、複数の前記超電導コイルのクエンチ時に複数の前記超電導コイルを流れる電流を消費するための複数の保護要素、複数の前記超電導コイルを励磁する１以上の励磁電源、および、複数の前記超電導コイルと複数の前記保護要素とを接続する接続回路と、
   一端が、前記断熱容器の内部に配置され、他端が、前記断熱容器の内部から外部に引き出され、前記接続回路に接続された複数対のリードと、
   とを有し、
   前記超電導コイルは、４つであり、いずれも、主平面内に長径と短径を有する扁平な形状に巻回されたコイルであり、長径方向は、前記ダクトの湾曲している前記部分に沿うように湾曲しており、４つの前記超電導コイルはいずれも、前記主平面を前記粒子線を偏向させる面内に平行に向けて、前記ダクトの湾曲している前記部分の周囲の４方向に配置され、４つの前記超伝導コイルのうち２つの超電導コイルは、前記ダクトを挟んで主平面が向かい合うように配置され、かつ、直列に接続されて第１の超電導コイルを構成し、残りの２つの超電導コイルは前記ダクトを挟んで側面が向かい合うように配置され、かつ、直列に接続されて第２の超電導コイルを構成し、
   前記リードは２対であり、そのうち第１対のリードの前記一端は、前記第１の超電導コイルの両端に接続され、第２対のリードの前記一端は、前記第２の超電導コイルの両端に接続され、
   前記接続回路は、前記第１対および第２対のリードの他端と接続され、前記第１および第２の超電導コイルと、複数の前記保護要素と、１以上前記励磁電源とが、直列に接続された閉回路を構成し、
   前記閉回路において、前記第１の超電導コイル、複数の前記保護要素のうちの１以上の保護要素、前記第２の超電導コイル、複数の前記保護要素のうちの残りの保護要素が、この順に直列に接続されており、
   前記閉回路の複数の前記保護要素にはそれぞれ、非クエンチ時に前記保護要素をバイパスさせて電流を通過させる保護要素用開閉器が接続され、１以上の前記励磁電源には、クエンチ時に１以上の前記励磁電源をバイパスさせて電流を通過させる励磁電源用開閉器が接続され、
   前記閉回路は、クエンチ時の、前記第１および第２の超電導コイルおよび複数の前記保護要素のそれぞれの位置における電位のうち、最大電位と最小電位の中間電位となる位置が、接地されている
   ことを特徴とする粒子線治療装置。
2. 請求項１に記載の粒子線治療装置であって、
   １以上の前記励磁電源は、前記第１の超電導コイルと第２の超電導コイルに予め定めた電流の比で通電するように設計されていることを特徴とする粒子線治療装置。
3. 請求項２に記載の粒子線治療装置であって、
   前記電流の比は、１であることを特徴とする粒子線治療装置。
4. 請求項１に記載の粒子線治療装置であって、
   前記保護要素は、抵抗素子および半導体素子の少なくとも一方を含むこと
   を特徴とする粒子線治療装置。
5. 請求項１に記載の粒子線治療装置であって、
   前記ダクトで輸送された粒子線を照射対象に照射する照射装置と、前記照射装置を搭載して、前記照射対象の周囲を回転する回転ガントリとをさらに有し、
   前記ダクトの一部と前記断熱容器と前記超電導コイルと前記冷凍機は、前記回転ガントリに搭載されている、
   ことを特徴とする粒子線治療装置。
6. それぞれが発生する磁場を重ね合わせて所定の強度分布の磁場を形成する複数の超電導コイルと、
   複数の前記超電導コイルが内部空間に配置された断熱容器と、
   前記断熱容器に搭載され、複数の前記前記超電導コイルを伝導冷却により冷却する１以上の冷凍機と、
   前記断熱容器の外部に配置された、複数の前記超電導コイルのクエンチ時に複数の前記超電導コイルを流れる電流を消費するための複数の保護要素、複数の前記超電導コイルを励磁する１以上の励磁電源、および、前記保護要素および前記励磁電源を接続する接続回路と、
   一端が、前記超電導コイルに接続され、他端が、前記断熱容器の内部から外部に引き出され、前記接続回路に接続された複数対のリードと、
   とを有し、
   前記超電導コイルは、４つであり、４つの前記超伝導コイルのうち２つの超電導コイルは、直列に接続されて第１の超電導コイルを構成し、残りの２つの超電導コイルは、直列に接続されて第２の超電導コイルを構成し、
   前記リードは２対であり、そのうち第１対のリードは、前記第１の超電導コイルの両端に接続され、第２対のリードは、前記第２の超電導コイルの両端に接続され、
   前記接続回路は、前記第１対および第２対のリードを介して、前記第１および第２の超電導コイルと、前記保護要素のうちの２以上と、１以上の前記励磁電源とが、直列に接続された閉回路を構成し、
   前記閉回路において、前記第１の超電導コイル、１以上の前記保護要素、前記第２の超電導コイル、１以上の前記保護要素が、この順に直列に接続されており、
   前記閉回路の前記保護要素にはそれぞれ、非クエンチ時に前記保護要素をバイパスさせて電流を通過させる保護要素用開閉器が接続され、１以上の前記励磁電源には、クエンチ時に１以上の前記励磁電源をバイパスさせて電流を通過させる励磁電源用開閉器が接続され、
   前記閉回路は、クエンチ時の、第１および第２の超電導コイルおよび複数の前記保護要素のそれぞれの位置における電位のうち、最大電位と最小電位の中間電位となる位置が、接地されている
   ことを特徴とする医療用超電導装置。
7. それぞれが発生する磁場を重ね合わせて所定の強度分布の磁場を形成する複数の超電導コイルと、
   複数の前記超電導コイルが内部空間に配置された断熱容器と、
   前記断熱容器に搭載され、複数の前記前記超電導コイルを伝導冷却により冷却する１以上の冷凍機と、
   前記断熱容器の外部に配置された、複数の前記超電導コイルのクエンチ時に複数の前記超電導コイルを流れる電流を消費するための複数の保護要素、複数の前記超電導コイルを励磁する１以上の励磁電源、および、前記保護要素および前記励磁電源を接続する接続回路と、
   一端が、前記超電導コイルに接続され、他端が、前記断熱容器の内部から外部に引き出され、前記接続回路に接続された複数対のリードと、
   とを有し、
   前記超電導コイルは、４つであり、４つの前記超伝導コイルのうち２つの超電導コイルは、直列に接続されて第１の超電導コイルを構成し、残りの２つの超電導コイルは、直列に接続されて第２の超電導コイルを構成し、
   前記リードは２対であり、そのうち第１対のリードは、前記第１の超電導コイルの両端に接続され、第２対のリードは、前記第２の超電導コイルの両端に接続され、
   前記接続回路は、前記第１対および第２対のリードを介して、前記第１および第２の超電導コイルと、前記保護要素のうちの２以上と、１以上前記励磁電源とが、直列に接続された閉回路を構成し、
   前記閉回路において、前記第１の超電導コイル、１以上の前記保護要素、前記第２の超電導コイル、１以上の前記保護要素が、この順に直列に接続されており、
   前記閉回路の前記保護要素にはそれぞれ、非クエンチ時に前記保護要素をバイパスさせて電流を通過させる保護要素用開閉器が接続され、１以上の前記励磁電源には、クエンチ時に１以上の前記励磁電源をバイパスさせて電流を通過させる励磁電源用開閉器が接続され、
   前記閉回路は、クエンチ時の、第１および第２の超電導コイルおよび複数の前記保護要素のそれぞれの位置における電位のうち、最大電位と最小電位の中間電位となる位置が、接地されていることを特徴とする超電導磁石装置。
   

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