JPH04130605A - 超電導電磁石装置の電流リード - 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、低温容器内の超電導電磁石へ外部電源より
電力を供給する超電導電磁石装置の電流リードの導体構
成に関する。

〔従来の技術〕

一般に超を導電磁石は液体ヘリウム等の極低温冷媒によ
って冷却されるため、液体窒素シールドや真空等によっ
て断熱された真空断熱容器の内部に収納されている。電
流リードは、極低部に保持されたＨ１！導コイルに常淵
部から電力を供給するもので、一般にリード導体に発生
するジュール熱と外部の常湛部から伝導する熱が内部の
極低淵部へ侵入するのを防ぐために、液体ヘリウムが蒸
発した低部のヘリウムガスを用いて冷却する方法がとら
れている。したがって、ジュール熱や常淵部から伝導す
る侵入熱による極低淵部への熱の侵入が大きすぎると高
価な液体ヘリウムの消費量が多大となるばかシでなく、
超電導電磁石の特性に悪影響を及ばずおそれもある。

第６図に超電導電磁石装置の一般的な構成を示す。真空
断熱容器１内のヘリウム容器１Ｂ内には液体ヘリウム１
Ｈが封入され、その中に超電導コイル２が浸種されてい
る。電流リード３Ｆｉヘリウム容器１Ｂと真空容器１Ａ
との間に配設されるサービスボー）ＩＤ上蓋１Ｅを貫通
して取付けられ、ヘリウム容器１Ｂ内部にある下端部は
接続リード４會介して超電導コイル２に接続されている
。ヘリウム容器１Ｂの外側には、外部からの侵入熱を遮
断するために液体窒素シールド１Ｃが配設されている。

また電流リード３の上端部には図示しない外部電源に接
続するための端子板３Ａが設けられている。

第３図の構成においては、ヘリウム容器１Ｂ内で蒸発し
たヘリウムガス１０′ｆｔ：ＩＩｒ、流リード３の内部
隙間に導き電流リード３の内部において熱交換させ、極
低淵部への侵入熱を減少させている。

第４図は第３図における電流リード３の横断面を示すも
ので、中空管乙の中に複数本のリード導体５を稠密に挿
入して形成された隙間８をヘリウムガスの冷却通路とし
て利用している。また中空管乙の外周は、リード本体を
Ｐ３！１するために絶縁層７で取り巻かれている。本構
成によれば、電流を通ずる導体を複数本に分割すること
によシ導体の冷却表面積を増大させ、冷却効率を向上さ
せ得る特徴がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のこの種の超電導電磁石の電流リードにおける問題
点は次のとおりである。すなわち、この電流リードを大
電流用に使用する場合はジュール発熱が非常に大きくな
る。また、リード導体の本数が多数となって、それがた
め中空管へ挿入する作業性からリード導体の径を細ぐす
ることには自ら限界があシ、電流リードの径を大きくせ
ずにリード導体５０表面積を十分大きくできず、かつ電
流リード３の断面積を増せば侵入熱が増加するので、結
果として液体ヘリウムの気化損失が多く、経済的不利益
を招くという欠点がある。

一方、このような欠点を回避するために、リード導体に
液体窒素温度Ｃ７７Ｋ）以下で超電導状態を示す酸化物
超電導体全使用した電流リードが提案されている。しか
しながら、酸化物超電導体は機械的にもろい性質がある
ために１励磁電流をオン・オフする際電流リードに作用
する電磁機械力によって酸化物超電導体からなるリード
導体が破損してしまうという問題がある。また、酸化物
超電導体が励ｆｆ１ｔ流のオン・オフ等によって生ずる
磁気的擾乱や熱的擾乱によって常電導に転移しやすい性
質を有するために、電流リードの通流性能が不安定にな
り易いとｈう問題がある。

この発明の目的は、機械的、熱的、磁気的に安定で亀液
体ヘリウムの気化損失も少い電流リードを得ることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、真空断
熱容器内のヘリウム容器に収納された超電導コイルに、
外部電源からの励磁電流を通流するものにおいて、良電
導性金属被覆された酸化物超電導体を前記励磁電流の通
流方向に沿って形成された凹溝内に結合支持した熱安定
化材と、この熱安定化材との間にヘリウムガスによる冷
却通路を保持するよう並列配置された低熱伝導性金属か
らなる補強材とからなるユニット導体部と、このユニッ
ト導体部を収納する低熱伝導材からなる外筒とを備えて
なるもの、またはユニット導体部複数組を一つの外筒内
Ｋｎｉｔ層配置してなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、良電導性金属被覆された酸化
物超電導体を、さらに熱安定化材としての鋼材の凹溝内
に結合支持し、かつ補強材としての低熱伝導性金属材と
の間にヘリウムガスによる冷却通路を保持してユニット
導体部とし、これを外筒内に収めるよう構成したことに
よシ、定常状態では励磁電流が酸化物超電導体を流れて
ジュール発熱が零になるので、低淵部への熱侵入量を低
減でき、液体ヘリウムの気化損失を低減できる。

また、電磁機械力に対しては低熱伝導性金属材料として
のステンレス鋼やチタンを用いた補強材が骨材として機
能するので、酸化物超電導体の機械的破損を防止できる
。さらに、磁気的擾乱に対しては良電導性金属被覆が磁
気シールド材として機能し、磁界の侵透を阻止すること
によって防止できる。また、酸化物超電導体が常電導転
移した場合、ヘリウムガスで冷却される食型導性金属被
覆および熱的安定化材としての銅、アルミニウムに励磁
電流が一時的に側路して通流を保持する。

さらに、複数組のユニット導体を積層して−りの外筒に
収納すれば、励磁電流に対応した通電性能を有するコン
パクト化した電流リードが得られる。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になる超電導電磁石装置の電
流リードを示す横断面図である。図において、超電導導
体１１はＢｉ　−Ｓｒ　−Ｃａ　−Ｃｕ　−〇系、また
はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系等のテープ状の酸化物系超電導
体１ｉＡｔ−、食型導性金属としての銀または銅からな
る金属被覆１１Ｂで覆ったものからなシ、銅、アルミニ
ウム等からなる熱安定化材１２に形成された凹溝１２Ａ
中に収納され、はんだなどＫよシ結合されて電導性、熱
伝導性が保持される。また、１３はニッケル・クロム系
のステンレス鋼やチタン合金などからなる８強材であり
、補強材１３と熱安定化材１２との間には、図の場合熱
安定化材に形成された凹溝によりヘリウムガス１Ｇの通
路１４が保持され、ユニット導体部１０が構成される。

ユニット導体部１０は、例えばステンレス鋼などの低熱
伝導性、低電導性金属材料からなる外筒１５内に収納さ
れ、その外周側が絶縁被覆１６で覆われることによシ、
電流リード２０が形成される。

このように構成された電流リード２０を第３図に示した
と同様に電磁石装置に装着し、外部電源からの励磁電流
を超電導コイル２に供給する場合、ヘリウムガス通路１
４を通る低部のヘリウムガス１Ｇによって電流リードが
冷却され、超電導導体１１の温度が７７に以下に保たれ
ることにより、酸化物超電導体１１ＡＦｉ超電導状態を
保持するので、そのジ具−ル発生熱は零となシ、低流側
への侵入熱量が食型導金属被覆１１Ｂ、熱安定化材１２
の伝導による侵入熱のみとなる（補強材１３および外筒
１５の熱伝導は僅かである）。また、この時熱安定化材
１２に電流はほとんど流れないので、従来技術における
リード導体５に比べてその断面積は遥かに小さくてよく
、シたがって電流リードの外径を小さくできると同時に
、侵入熱も少〈なり、液体ヘリウムの気化損失の少ない
電流リードが得られる。

一方、励磁電流のオン・オフなどによって生ずる機械的
擾乱は補強材１３と外筒１５の機械的剛性によって酸化
物超電導体への影響が阻止され酸化物超電導体１１Ａが
機械的に損傷することを防止できるとともに、電流の急
変によって生ずる熱的擾乱や磁気的擾乱は、食型導材か
らなる熱安定化材１２の熱容量や金属被覆１１ＢＫうず
電流が流れることによって酸化物超電導体１１Ａへの影
響が阻止されるので、外乱に対する安定性に優れた電流
リードを得ることができる。

さらに１酸化物超電導体１１Ａに一時的に常電導転移が
生じても、励磁電流が熱安定化材１２側に転流して酸化
物超電導体１１Ａの過熱を防止するので、酸化物超電導
体１１Ａが焼損することを防止でき、したがって信頼性
の高い電流リードが得られる。

第２図はこの発明の異なる実施例になる電流リードの横
断面図であシ、２組のユニット導体部１０Ａ、１０Ｂが
一つの外筒２５内に積層状態で収納されている点が前述
の実施例と異なっており、ユニット導体部相互間に無駄
な空間が存在しないので、断面積が小さく、逆に電流容
量の大きい、コンパクト化された電流リードを得ること
ができ、したがって侵入熱量も少いので、液体ヘリウム
の気化損失も低減できる利点が得られる。

なお、ヘリウムガス通路１４を熱安定化材の凹溝内に形
成した場合を例に説明したが、これはスペーサによって
ヘリウムガス通路を確保してもよく、また補強材側に凹
溝を設けるよう構成してもよい。また、ユニット導体部
は多重円筒状の部材によって構成してもよく、この場合
、複数のユニット導体部を多重円筒の周方向に運べるよ
う構成してもよい。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、食型導性金属被覆された酸化
物超電導体を主導電体として、良砒導性金属からなる熱
安定化材の凹溝内に結合支持して熱的安定性を保持し、
かつ低熱伝導性で剛性の高Ｂ補強材で機械的な安定性を
保持するとともＫ。

熱安定化材との間にヘリウムガス通路を形成して酸化物
超電導体をＮ電導状態に保持するよう構成した。その結
果、食型導導体を用いた従来の電流リードに比べてジュ
ール発熱が無く、かつ侵入熱を伝導する良熱伝導体の断
面積が減少するので、液体ヘリウムの気化損失が少く小
型化された超電導電磁石のｔ流す−ド全提供することが
できる。

一方、酸化物超電導体の機械的に脆い性質は食型導金属
被覆することと、補強材の剛性とによって改善され、励
磁電流のオン・オフなどにより発生する電磁機械力で酸
化物超電導体が破損する危険性のない電流リードが得ら
れる。また、磁気的。

熱的擾乱は良道導金属被覆の磁気シールド作用および熱
安定化打釦よる電流の側路作用および熱容量によって酸
化物超電導体への悪影響が回避されるので、酸化物超電
導体を実用化する際の従来の問題点がいずれも排除され
、したがって機械的。

熱的、磁気的に安定で、液体ヘリウムの気化損失が少い
超ｔ４を磁石の電流リードを提供することができる。

また、ユニット導体複数組を積層状態で一つの外筒に収
納するよう構成すれば、ユニット導体間に無駄々空間が
無く、シたがって所望のＮ流容量で断面積が小型化され
た電流リードを提供できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる超電導電磁石の電流リ
ードを示す横断面図、第２図はこの発明の異々る実施例
を示す横断面図、第３図は超電導電磁石の一般的な構成
を示す模式図、第４図は従来の電流リードを示す横断面
図である。 １・・・真空断熱容器、ＩＢ・・・ヘリウム容器、２・
・・超電導コイル、３．２０．３０・・・電流リード、
５・・・リード導体、６・・・中空筒、８・・・冷却通
路、１０゜１０Ａ、１０Ｂ・・・ユニット導体部、１１
・・・超電導導体、１１Ａ・・・酸化物超電導体、１１
Ｂ・・・食型導性金属被覆、１２・・・熱安定化材、１
２Ａ・・・凹溝、１６・・・補強材、１４・・・ヘリウ
ムガス通路、１５゜２５・・・外筒、１６・・・絶縁被
覆。 糖 固 第２ｔ２］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空断熱容器内のヘリウム容器に収納された超電導
   コイルに、外部電源からの励磁電流を通流するものにお
   いて、良電導性金属被覆された酸化物超電導体を前記励
   磁電流の通流方向に沿って形成された凹溝内に結合支持
   した熱安定化材と、この熱安定化材との間にヘリウムガ
   スによる冷却通路を保持するよう並列配置された低熱伝
   導性金属からなる補強材とからなるユニット導体部と、
   このユニット導体部を収納する低熱伝導材からなる外筒
   とを備えてなることを特徴とする超電導電磁石装置の電
   流リード。 ２）ユニット導体部複数組を一つの外筒内に積層配置し
   てなることを特徴とする請求項１記載の超電導電磁石装
   置の電流リード。