JPH0411705A - 超電導マグネット付のクライオスタット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、クライオスタットの超電導マグネットに関
する。

［従来の技術］ 現在、定常磁場を得るための最も経済的な手法は、ニオ
ブ合金系の超電導体を用いてマグネットを作ることであ
る。現在の技術で比較的容易に到達できる磁場は、Ｎｂ
ｓ　Ｓｎ導体を用いたマグネットで得られる１５テスラ
程度のものである。

これ以上大きな磁場を得るには、第２図および第３図に
示すように、超電導マグネットを形成するコイルを特性
の異なる材料を用いて、多層化することが行われ、これ
はハイブリッドマグネットと呼ばれている。

即ち、第２図に示すハイブリッド型超電導マグネットは
、液体ヘリウムデユワ−２の中心にクライオスタット１
を設置し、この周りに二重に内側および外側超電導コイ
ル３．４を設置して強磁場を生じさせて行うものである
。この場合、外側の超電導コイル４は液体ヘリウムを含
浸した超電導マグネットであり、内側の超電導コイル３
は外側の超電導マグネット４の強磁場下に置かれるので
、超電導コイル４の超電導線材とは別のタイプの磁場に
強い超電導コイルを使用する場合である。この場合に得
られる磁場は１８テスラ程度である。

さらに磁場を強くするため、第３図に示すように、内側
の超電導コイル３ａを水冷できるように水冷バイブロか
らの冷却水を循環させる液槽５中に置き、外側の超電導
コイル４ａを液体ヘリウム注入口８を有する液体ヘリウ
ムデユワ−７中に浸漬して行う水冷常電導マグネットと
超電導マグネットのハイブリット方式のものである。こ
の場合、磁場は２０〜３０テスラ程度になる。

この種のシステムの設計思想は、装置を最小にするか、
電源の皮相電力を最小にする等の基準のもとに、各超電
導コイルの運転負荷を決定しているが、コイルの一部を
使い捨てを前提とした設計にはなされていない。

［発明が解決しようとする課題］ このような超電導マグネット付のクライオスタットを酸
化物超電導体を用いたマグネットコイルを作る場合、 ■電流密度が従来の超電導線材に比べると小さいので、
酸化物線材のみでは１０テスラ以上の磁場を得ることが
できない。

■現在得られる線材は、水分に弱く、経年劣化という問
題を抱えている。

■液体窒素温度では超電導特性が落ちる。

等の問題点がある。

また、内側コイルを超電導化する場合には、■内側コイ
ルが強磁場空間で使用されるので、内側コイルの超電導
特性によって得られる最大磁場が決定される。現在の技
術では、１８テスラの磁場が限界であり、装置がかなり
高価で大規模なものとなってしまう。

等の問題点がある。

さらに、内側コイルを水冷超電導マグネットとする場合
、 ■外側の超電導コイルの内径が非常に大きくなる。

■内側のコイルは非常に大きな電力を消費する。このた
め、特殊な電源装置も必要となる。

等の問題点がある。

これらの点から、現在の技術では１５テラス以上の磁場
を得るためには、極端に費用のかさむ上述した内側コイ
ルを超電導マグネット化する場合かあるいは内側コイル
を水冷超電導マグネットにする方法のハイブリッド型で
行う以外に方法がなかった。

この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、従
来技術で問題となる経済的コスト、装置サイズ、電力損
失を低くおさえることが可能な定常強磁場発生装置用ク
ライオスタットの改良された装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ この発明では、液体ヘリウム冷却型超電導マグネットを
外側に使用するクライオスタットにおいて、この超電導
マグネットにより発生した１２テスラ以上の強磁場下で
使用される内側の超電導マグネットを酸化物超電導体を
用いたマグネットで形成し、交換自在に構成したことを
特徴とする超電導マグネット付のクライオスタットであ
る。

［実　施　例］ 以下、図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。第１
図は、一実施例を示す交換自在のクライオスタットの構
成を示す横断面図である。このクライオスタット１０は
第２図に示すハイブリッド型超電導マグネット方式のも
のと同様に図示しない液体ヘリウムデユワ−の中の外側
超電導マグネットを形成する超電導コイル内に挿入され
、クライオスタット装置が構成されるようになっている
。即ち、試料ホルダー１２の周りに配置される内側超電
導マグネットを構成する超電導コイル１６も、試料ホル
ダー１２とともに液体ヘリウム中に浸漬される関係およ
び図示しない外側の超電導マグネットの定常磁場中で使
用される関係から、内側の超電導コイル１６は小型であ
ることが望ましい、そのため、この内側の超電導コイル
１６を形成する材料としては、銅を含む酸化物超電導体
を使用する。この酸化物超電導線材は、１５テスラ〜２
０テスラの強磁場内においても安定化材を含めた有効電
流密度が１０Ａ／ｍｍ”以上確保できる必要がある。

第１図において、図示しない液体ヘリウムデユワ−内に
挿入されるクライオスタット１１は、上部に円板状の蓋
体２０．下部に円板状の支持板２１が設けられ、この支
持板２１の上部に電流リード線の接続端子１４が取付け
られている。そして、上記支持板２１の底部には同じ大
きさの円板２２が固定ねじ２３により取外し自在に設け
られている。この円板２２の中央の穴を通して試料ホル
ダー１２が上記支持板２１から下に垂直に取付けられて
いる。

上記円板２２の底部には、試料ホルダー１２を取り囲む
ように内径Φｄ８のコイル巻付用バイブ１８が下に垂直
に延び出すように取付けられており、このコイル巻付用
バイブ１８の周りに酸化物超電導線材を用いた積層パン
ケーキコイルからなる酸化物超電導コイル１６を形成す
る。このとき、コイル巻してから熱処理を行う（Ｗ＆Ｒ
法）巻線方法によってコイル１６を形成する。コイル巻
付用バイブ１８の直径Φｄ３は内側の超電導コイル１６
を容易に取付け、取外しが可能となるように試料ホルダ
ー１２の外径よりも大きく形成されている。そして、超
電導コイル１６の外周をコイル補強層１７によって外径
がΦｄ、になるように被覆して図示しない外側超電導コ
イルの内側に挿入されるように形成されている。したが
って、円板２２には中央に試料ホルダー１２を挿入する
穴を有し酸化物超電導コイル１６が一体に設けられてお
り、クライオスタット１１の下部の支持部材２１とは複
数の固定ねじ２３により取外し自在に固定することがで
き、クライオスタット部とマグネット部が独立に構成さ
れているので、超電導コイル１６が劣化した場合に簡単
に固定ねじ２３により交換することができる。

上記超電導コイル１６には、接続端子１４から支持部材
２１の穴を通して電流リード線１９が接続し、一方、こ
の接続端子１４はマグネット励磁用電源２４に電流リー
ド線１３が接続して内側の酸化物超電導コイル１６に電
流を供給して内側超電導マグネットとなる。なお、２５
は試料ホルダー１２にリード線１５を介して接続する測
定用計測器である。

内側の酸化物超電導マグネットの交換は、マグネットを
形成する酸化物超電導コイル１６の両端に取付けられた
電圧端子の電圧を測定することにより容易に判定するこ
とができる。

このクライオスタット装置では、外側に設けた金属系超
電導マグネットによって発生した１２テスラ〜１８テス
ラの強磁場と、内側の酸化物超電導マグネットによって
発生する磁場との和が最終的に試料ホルダー１２の試料
に加えられる磁場となる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の超電導マグネット付の
クライオスタット装置は、内側の超電導コイルを交換自
在に構成したので、水分による超電導導体の劣化した超
電導コイルを容易に交換して基本性能の磁場を確保する
ようにしている。

また、従来の１５テスラ級以上の超電導マグネットが、
線材の所用電流密度の制約を受けるので、装置が極端に
大型化していたのを、内側の超電導コイルを酸化物超電
導体コイルとすることで、強磁場での特性が優れており
、装置全体の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の酸化物超電導マグネット付
クライオスタットの構成を示す横断面図、 第２図は、従来の超電導ハイブリッドマグネットのクラ
イオスタットを示す横断面図、第３図は、従来の内側コ
イルに常電導マグネットを用いた超電導ハイブリッドマ
グネットのクライオスタットを示す横断面図である。 、１１・・・クライオスタット ２・・・試料ホルダー ４・・・電流リード線端子 ６・・・酸化物超電導コイル ７・・・コイル補強層 ８・・・コイル巻付用バイブ ト・・支持板 ２・・・円板 ３・・・固定用ねじ 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体ヘリウム冷却型超電導マグネットを外側に使用する
   クライオスタットにおいて、この超電導マグネットによ
   り発生した１２テスラ以上の強磁場下で使用される内側
   の超電導マグネットを酸化物超電導体を用いたマグネッ
   トで形成し、交換自在に構成したことを特徴とする超電
   導マグネット付のクライオスタット。