JPH04165680A - 超電導装置の電流リード - 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、断熱真空容器内の超電導電磁石コイルへ外
部電源からの励磁電流を通流するために設けられる電流
リードの導体構成に関する。

〔従来の技術〕

一般に超電導電磁石装置の超電導コイルは、液体ヘリウ
ム等の極低温冷媒により冷却されて超電導状態となるも
のであるから、液体窒素シールド等の輻射シールドや真
空等で断熱された断熱真空容器内に収納される。電流リ
ードは、極低温に保持された超電導コイルに常温部から
電力を供給するもので、−ａにリード導体に発生するジ
ュール熱と、外部から伝導する熱が極低温部に侵入する
のを防ぐため、液体ヘリウムが気化した低温のヘリウム
ガスを電流リード内に形成された冷却通路に流して冷却
する方式がとられている。

第３図は超電導電磁石装置の一般的な構成を示す概略断
面図であり、断熱真空容器１内の液体ヘリウム容器ＩＢ
中には液体ヘリウムＩ　Ｈと、その中に浸漬して極低温
が保持される超電導コイル２とが収納される。電流リー
ド３は液体ヘリウム容１５１Ｂと真空容器ＪＡとの間に
配されたサービスポートＩＤの上蓋ＩＥを肩通して取り
つけられ、そのＦ端部が接続リード４を介して超電導：
１イル２に接続される。また、液体ヘリウム容器ＩＢの
外側には輻射熱を遮断するための液体窒素シールドＩＣ
が設けられ、電流リード３の」二端部の端子板３Ａは入
電′ｔｉ導体を介して図示しない外部電源に接続され、
超電導コイル２に励磁電流が供給される。

第４図は従来の電流リードを示す横断面図であり、外周
が絶縁層７で被覆された外筒６内には、複数本のリード
導体５が稠密に挿入され、その隙間を冷却道ｊ１３Ｂに
利用し、液体ヘリウム容器で気化した低温のへ「Ｊウム
ガスＩＧが冷却通路８を通って外部に放出される過程で
、常電導金属からなるリード導体で発生し、たジュール
熱および常温側からの侵入熱の熱交換（冷却）が行われ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電流リードは、リード導体５に銅や銀などの良電
導性金属線材を用い、その隙間を冷却通路に利用して低
温のヘリウムガスとの熱交換を行うものであるから、極
カリ−１・゛導体を細くして冷却表面積を増大し、冷却
効果を高める必要がある。

しかしながら、リード導体の本数が多くなるととともに
、これらを外筒６に稠密に挿入する作業の困難性が増す
ので、リード導体を細くすることには限界があり、これ
が原因で冷却表面積をｔ公人きくできない、また、リー
ド導体が常電導体であるためにジュール熱が大きく、か
つ伝導に基づく侵入熱も大きいので、Ｌ記冷却表面積の
制約は極低温側への侵入熱量の増大を招く、その結果高
価な液体ヘリウムの気化損失が大きくなり、超電導電磁
石装置のランユングニ１ストに悪影響を及ぼすという問
題が発生する。

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（７７Ｋ）以下で起電導状態となる酸化物
超電導導体を使用して低損失化した電流リードが橙案さ
れている。しかしながら、酸化物超電導導体は機械的に
詭い性質があるために、励磁電流をオン・オフイる際電
流り−１、′に作用する電磁機械力によって酸化物超電
導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、酸化物超電導導体が励磁電流のオン・オ
フによりて生ずる磁気的擾乱や熱的擾乱によって常電導
に転移し易い性質があるために、電流リードの通流性能
が不安定になり易いという問題があり、改善が求められ
ている。

この発明の目的は、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ない超電導装置の電流リード
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、断熱真
空容器内の液体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ｊｌｉｌＩ磁電流を通流するものに
おいて、低熱伝導性金属からなる補強材と、この補強材
の外周を密着して覆う酸化物超電導導体と、この酸化物
超電導導体の外周を密着して覆う良電導性金属からなる
熱安定化材との３層構造からなるユニット導体を、低熱
伝導性金属からなる外筒中にヘリウムガスによる冷却通
路を保持して収納してなるものとする。

また、複数条のユニット導体を一つの外筒中に互いに並
行して収納し、前記ユニット導体間の隙間にヘリウムガ
スによる冷却通路を形成してなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、低熱伝導性金属からなる補強
材を、酸化物超電導導体、および良電導性金属からなる
熱安定化材で２重に覆ってユニット導体とし、これを外
筒中に冷却通路を保持して収納するよう構成したことに
より、定常状態では励磁電流が酸化物超電導導体を流れ
てジュール発熱が零になるので、極低温部への熱侵入量
を減らして高価な液体ヘリウムの気化損失を低減できる
とともに、導体断面積を縮小して電流リードを小型化で
きる。また、電ｌ１１１ａ械カに対し７ては、低熱伝導
性金属であるステンレス鋼やチタンからなる補強材が心
材として機能し、酸化物超電導導体の機械的損傷や機械
的歪みによる超電導性能の低下を防止できる。さらに、
酸化物超電導導体が常電導に転移した場合、良電導性金
属からなる熱安定化材側に電流が側路するとともに、熱
安定化材および補強材の熱容量によって低温が保持され
るので、酸化物超電導導体の損傷を阻止して通流性能を
維持できる。さらに、熱安定化材が磁気シールド材とし
てＳ能して酸化物超電導導体への磁界の浸透を阻止する
ので、励磁電流のオン・オフに際して生ずる磁気的擾乱
が酸化物起電導導体に影響することを回避できる。

また、複数条のユニット導体を一つの外筒に収納し、そ
の隙間を冷却通路とすれば、冷却表面積が増加して高い
冷却性能が得られるので、電流リードの径を縮小するこ
とが可能になる。

〔実施例〕

以ド、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装置の電流リー
ドを示す横断面図である。図において、ユニット導体１
１は、ステンレス鋼、チタン等で構成され低熱伝導性で
剛性の高い円筒状の補強材１２と、その外周を密着して
覆う酸化物超電導導体１３と、銅等の良電導性金属導体
からなる熱安定化材１４とからなる３層構造となってお
り、絶縁層７で外周側が絶縁被覆された外筒６内にほぼ
同軸状に挿入され、ユニット導体１１と外筒６との隙間
１８．および補強材１２の中空部１９はヘリウムガス１
Ｇによる冷却通路２０として利用される。

このように構成された電流リードにおいて、冷却通路２
０を通る低温のヘリウムガスＩＧによりユニット導体１
１が液体窒素温度以下に冷却されると、例えばＢ、−３
，−Ｃ，−Ｃ，−０系、あるいはＹ−Ｂ、−Ｃ，−０系
等の酸化物超電導導体１３が超電導状態になってジュー
ル発熱が零になり、極低温側へ侵入する熱がほぼ安定化
材１４の伝導熱のみに低減されるので、Ｋ価な液体ヘリ
ウムの気化損失を大幅に低減することができる。

また、熱安定化材１４石よび補強材１２の熱容量が熱的
擾乱を吸収するよう機能して酸化物超電導導体の常電導
転移を抑制するとともに、万一常電導転移を生しても電
流が熱安定化材１４側に一時的に側路し、酸化物超電導
導体の超電導回復を促すよう機能するので、電流リード
の通流性能を安定して維持することが可能になる。

さらに、機械的擾乱は補強材１２の剛性によって酸化物
超電ｓｌ１体への影響が阻止され、磁気的擾乱は安定化
材に渦電流が流れて酸化物超電導導体への磁束の侵入を
阻止することにより回避され、かつ酸化物超電導導体の
電流密度の上昇によって電流リードの径を縮小できるの
で、低熱損失かつ小型で大電流の通流性能に優れ、熱的
、＊械的。

磁気的擾乱に対して安定な超電導装置の電流リードが得
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を示
す横断面図であり、丸線からなる補強材２２と、酸化物
起電導導体２３と、熱安定化材２４の３層構造で構成さ
れる細いユニ、ト導体２１複数条を、外筒６内に互いに
並行して収納し、ユニット導体相互間および外筒との間
の隙間を冷却道Ｗｓ３３として、低温のヘリウムガスＩ
Ｇで冷却するよう構成した点が、前述の実施例と異なっ
ており、ユニット導体２１の本数を増して冷却表面積を
大きくすることにより、冷却性能が向上して高価な液体
ヘリウムの気化損失が減り、装置のランニングコストを
より一層低減できるとともに、電流リードの断面積を低
減して電流リードを一層小型化できる利点が得られる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、低熱伝導性金属からなる補強
材の外周を酸化物超電導導体および熱安定化材で密着し
て覆って３層構造のユニット導体とし、これを外筒中に
収納して低温のヘリ・シムガスで冷却するよう構成した
。その結果、酸化物超電導導体が超電導状態となってジ
ュール熱が零になり、かつ電流密度の増大により導体断
面積を縮小できるので侵入熱が洩り、高価な液体ヘリウ
ムの気化損失が少なくランニングコストの低い超電導装
置の電流リードを促供することができる。

また、熱的擾乱を補強材、熱安定化材が吸収してクエン
チの発生を阻止するとともに、常電導転移が発生した場
合には電流が熱的、電気的良導体である熱安定化材側に
側路して酸化物超電導導体の熱的損傷を防止するので、
熱的安定性と大電流の通流性能に優れた超電導装置の電
流リードを折供することができる。

さらに、電流のオン・オフにより発生する電磁機械力等
の機械的擾乱は、補強材の持つ剛性により酸化物超電導
導体の歪みを阻止できるので、機械的歪みによる超電導
性能の低下が少なく、機械的安定性に優れた超電導装置
の電流リードを提供することができる。また、磁気的擾
乱も熱安定化材の磁気シールド作用によって回避できる
。

一方、複数条のユニット導体を一つの外筒に収納して相
互の隙間を冷却通路に利用するよう構成すれば、冷却表
面積を増大して冷却性能および大電流の通流性能を一層
向上できるとともに、電流リードの断面積をさらに縮小
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装置の電流リー
ドを示す横断面図、第２図はこの発明の異なる実施例を
示す横断面図、第３図は超Ｔｉ導電磁石装置の一般的な
構成を示す概略断面図、第４図は従来の電流リードを示
す横断面図である。 １・・断熱真空容器、２・・超電導コイル、３゜３０．
４０　・　・電流リード、５・　・リード導体、６・・
外筒、７・・絶縁層、８．２０．３３・・冷却通路、１
１．２１・・ユニット導体、１２゜２２・・補強材、１
３．２３・・酸化物超電導導体、１４．２４・・熱安定
化材、Ｌ　Ｈ・・液体ヘリウム、ＩＧ・・ヘリウムガス
。 篤１割 ｖＪｚ習 第３図 １ｇ４固

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）断熱真空容器内の液体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、低熱伝導性金属からなる補強材と、この補強
   材の外周を密着して覆う酸化物超電導導体と、この酸化
   物超電導導体の外周を密着して覆う良電導性金属からな
   る熱安定化材との３層構造からなるユニット導体を、低
   熱伝導性金属からなる外筒中にヘリウムガスによる冷却
   通路を保持して収納してなることを特徴とする超電導装
   置の電流リード。 ２）複数条のユニット導体が一つの外筒中に互いに並行
   して収納され、前記ユニット導体間の隙間にヘリウムガ
   スによる冷却通路を形成してなることを特徴とする請求
   項１記載の超電導装置の電流リード。