JPH0878737A - Superconductive magnet - Google Patents
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、超電導マグネットに
関し、特に蓄冷型冷凍機を有するものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet, and more particularly to a superconducting magnet having a regenerator.
【0002】[0002]
【従来の技術】図22は、特開平6―132567号公
報に記載された従来の超電導マグネットの一例を示す断
面図である。図において、1は超電導コイル、2は超電
導コイル1を巻く巻き枠、3aは超電導コイル1に電流
を供給する低温側電流リード、3bは超電導コイル1に
電流を供給する高温側電流リード、4は超電導コイル1
を包囲する輻射シールド、5は輻射シールド4を包囲す
る真空槽、6は超電導コイル1及び輻射シールド4を冷
却する蓄冷型冷凍機の一種である2段ギフォード・マク
マホンサイクル冷凍機(以下、2段GM冷凍機と記
す)、7は2段GM冷凍機6に作動ガスを供給するコン
プレッサー、8は2段GM冷凍機6の低温側ステージ、
9は2段GM冷凍機6の高温側ステージ、10は超電導
コイル1の電源、31は電流リード3の中間温度部であ
り、輻射シールド4と熱的に接触するように構成してい
る。22 is a sectional view showing an example of a conventional superconducting magnet disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-132567. In the figure, 1 is a superconducting coil, 2 is a reel for winding the superconducting coil 1, 3a is a low temperature side current lead for supplying a current to the superconducting coil 1, 3b is a high temperature side current lead for supplying a current to the superconducting coil 1, 4 is a Superconducting coil 1
2 is a vacuum chamber that surrounds the radiation shield 4, 6 is a two-stage Gifford-McMahon cycle refrigerator (hereinafter, two-stage refrigerator), which is a kind of regenerator that cools the superconducting coil 1 and the radiation shield 4. GM refrigerator), 7 is a compressor for supplying working gas to the two-stage GM refrigerator 6, 8 is a low temperature side stage of the two-stage GM refrigerator 6,
Reference numeral 9 is a high temperature side stage of the two-stage GM refrigerator 6, 10 is a power source of the superconducting coil 1, 31 is an intermediate temperature portion of the current lead 3, and is configured to be in thermal contact with the radiation shield 4.
【0003】次に、従来の超電導マグネットの動作につ
いて説明する。超電導コイル1は、2段GM冷凍機6の
低温側ステージ8と熱接触しており、2段GM冷凍機6
により極低温(例えば4.2K)に冷却され、電気抵抗
ゼロ、いわゆる超電導状態になる。そこで電流リード3
a,3bを介して外部の超電導コイル用電源10から超
電導コイル1に励磁用電流を供給し、所用の磁場を発生
させている。超電導コイル1は電気抵抗がゼロであるた
め、電流を流してもそれ自身がジュール熱で発熱するこ
とがない。しかし外部から対流・輻射・伝導による超電
導コイル1への熱侵入があり、この熱侵入をできるだけ
低減することが望ましい。Next, the operation of the conventional superconducting magnet will be described. The superconducting coil 1 is in thermal contact with the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 and is in the two-stage GM refrigerator 6.
Causes the material to be cooled to an extremely low temperature (for example, 4.2K) and has a zero electric resistance, that is, a so-called superconducting state. So the current lead 3
An exciting current is supplied to the superconducting coil 1 from an external superconducting coil power source 10 via a and 3b to generate a desired magnetic field. Since the superconducting coil 1 has zero electric resistance, it does not generate Joule heat by itself even when a current is passed. However, heat enters the superconducting coil 1 from the outside due to convection, radiation, and conduction, and it is desirable to reduce this heat penetration as much as possible.
【0004】超電導コイル1への熱侵入を低減するた
め、超電導コイル1を真空槽5内に収納し、対流による
熱侵入を遮断している。また真空槽5から超電導コイル
1へ直接輻射熱が侵入しないように輻射シールド4を設
け、超電導コイル1を包囲している。この輻射シールド
4は、2段GM冷凍機6の高温側ステージ9と熱的に接
続しており、極低温(例えば50K)に冷却されてい
る。さらに、電流リード3a,3bから超電導コイル1
への熱侵入を低減するため、電流リードの中間温度部3
1を輻射シールド4と熱的に接触させて、2段GM冷凍
機6の高温側ステージ9で冷却することにより、室温か
ら直接伝導により熱が超電導コイル1へ侵入するのを防
止している。また、中間温度部31より低温側の電流リ
ード3aを、熱伝導率が小さく、ジュール熱を生じない
高温超電導体で構成した。In order to reduce heat invasion into the superconducting coil 1, the superconducting coil 1 is housed in a vacuum chamber 5 to block heat intrusion due to convection. Further, a radiation shield 4 is provided to surround the superconducting coil 1 so that the radiant heat does not directly enter the superconducting coil 1 from the vacuum chamber 5. The radiation shield 4 is thermally connected to the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6 and cooled to an extremely low temperature (for example, 50K). Furthermore, the superconducting coil 1 is connected to the current leads 3a and 3b.
The intermediate temperature part 3 of the current lead in order to reduce heat penetration into the
1 is brought into thermal contact with the radiation shield 4 and cooled by the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6, whereby heat is prevented from entering the superconducting coil 1 by direct conduction from room temperature. The current lead 3a on the lower temperature side than the intermediate temperature part 31 is composed of a high temperature superconductor having a small thermal conductivity and not generating Joule heat.
【0005】しかし、超電導コイル1への熱侵入をゼロ
にすることは不可能であるので、2段GM冷凍機6でこ
の熱侵入分は取り除かなければならない。もし、2段G
M冷凍機6に何らかのトラブルが生じて冷凍能力が劣化
すると、超電導コイル1への熱侵入が増加し、超電導コ
イル1の温度が上昇する。さらに、超電導状態から常電
導状態へ転移する。超電導マグネットを性能よく、かつ
長期にわたって安定に動作させるには、2段GM冷凍機
6の性能の向上と長期信頼性の向上が不可欠である。However, since it is impossible to make the heat intrusion into the superconducting coil 1 zero, this heat intrusion must be removed by the two-stage GM refrigerator 6. If two-stage G
When some trouble occurs in the M refrigerator 6 and the refrigerating capacity is deteriorated, heat intrusion into the superconducting coil 1 increases, and the temperature of the superconducting coil 1 rises. Further, the superconducting state is changed to the normal conducting state. In order to operate the superconducting magnet with good performance and stably for a long period of time, it is essential to improve the performance and long-term reliability of the two-stage GM refrigerator 6.
【0006】図23は、従来の超電導マグネットに用い
られる2段GM冷凍機6を示す構成図である。図におい
て、51は直径を順次縮小した2段のパイプを同軸上に
連結一体化したシリンダ、52はシリンダ51の1段目
に摺動可能に配設した1段目デスプレーサー、53はシ
リンダ51の2段目に1段目デスプレーサー52と同様
に摺動可能に配設した2段目デスプレーサー、1段目及
び2段目デスプレーサー52,53はそれぞれ自在継手
(図示せず)で連結一体化構成にしている。54,55
は1段目,2段目デスプレーサー52,53とシリンダ
51の各段との間にヘリウムガスが漏れることを防止す
るために配設した1段目,2段目シール、56,57は
シリンダ51の各段の端面と1段目,2段目デスプレー
サー52,53との間に形成する空間である1段目膨脹
空間,2段目膨脹空間、58は1段目デスプレーサー5
2内に蓄冷材として銅金網及び鉛玉を用いた1段目蓄冷
器、59は2段目デスプレーサー53内に蓄冷材として
磁性蓄冷材の一種であるHo−Er−Ruの組成を有する材料
を用いた2段目蓄冷器である。また、7は矢印の方向に
ヘリウムガスを圧縮するコンプレッサー、8,9はそれ
ぞれシリンダ51の各段低温端の外周面に配設した低温
側ステージ,高温側ステージである。さらに、60は吸
気バルブで、コンプレッサー7から2段GM冷凍機6に
高圧のガスを供給するタイミングを制御する。61は排
気バルブで、2段GM冷凍機6からコンプレッサー7に
低圧のガスを排出するタイミングを制御する。62は駆
動モータで、シリンダ51内でデスプレーサー52,5
3を往復運動させると共に、この往復運動に連動してバ
ルブ60,61の開閉を行う。FIG. 23 is a block diagram showing a two-stage GM refrigerator 6 used in a conventional superconducting magnet. In the figure, 51 is a cylinder in which two stages of pipes whose diameters are successively reduced are coaxially connected and integrated, 52 is a first stage displacer slidably arranged in the first stage of the cylinder 51, and 53 is a cylinder 51. The second stage displacer, which is slidably disposed in the second stage of the first stage displacer 52, is connected to the first stage and the second stage displacer 52, 53 by universal joints (not shown). It has an integrated configuration. 54, 55
Are the first and second stage seals arranged to prevent the helium gas from leaking between the first and second stage displacers 52 and 53 and the respective stages of the cylinder 51, and 56 and 57 are cylinders. A first-stage expansion space, a second-stage expansion space, which is a space formed between the end surface of each stage of 51 and the first-stage and second-stage displacers 52, 53, and 58 is the first-stage displacer 5.
2 is a first-stage regenerator using copper wire mesh and lead balls as a regenerator material, 59 is a material having a composition of Ho-Er-Ru which is a kind of magnetic regenerator material as a regenerator material in the second-stage displacer 53 It is a second-stage regenerator using. Further, 7 is a compressor for compressing helium gas in the direction of the arrow, and 8 and 9 are a low temperature side stage and a high temperature side stage which are respectively arranged on the outer peripheral surface of the low temperature end of each stage of the cylinder 51. Further, 60 is an intake valve, which controls the timing of supplying high-pressure gas from the compressor 7 to the two-stage GM refrigerator 6. An exhaust valve 61 controls the timing of discharging low-pressure gas from the two-stage GM refrigerator 6 to the compressor 7. Reference numeral 62 is a drive motor, and in the cylinder 51, the displacer 52, 5
3 is reciprocated, and the valves 60 and 61 are opened and closed in conjunction with this reciprocation.
【0007】このように構成した2段GM冷凍機6は次
のように動作する。まず、1段目,2段目デスプレーサ
ー52,53が最下端にあり、吸気バルブ60が開き、
排気バルブ61が閉じている状態で、1段目,2段目膨
張空間56,57内にコンプレッサー7で圧縮した高圧
のヘリウムガスを供給する。この結果、1段目及び2段
目膨張空間56,57は高圧状態になる。The two-stage GM refrigerator 6 configured as described above operates as follows. First, the first-stage and second-stage displacers 52, 53 are at the bottom end, and the intake valve 60 is opened.
With the exhaust valve 61 closed, high-pressure helium gas compressed by the compressor 7 is supplied into the first-stage and second-stage expansion spaces 56, 57. As a result, the first-stage and second-stage expansion spaces 56, 57 are in a high pressure state.
【0008】次に、1段目,2段目デスプレーサー5
2,53が上方に動き、それに伴い高圧のヘリウムガス
を1段目,2段目膨脹空間56,57に次々と供給す
る。この間、吸気バルブ60は開いたままで、排気バル
ブ61は閉じたままである。高圧のヘリウムガスは、1
段目,2段目蓄冷器58,59を通過する際に、蓄冷材
により所定の温度まで冷却される。1段目,2段目デス
プレーサー52,53が最上端になった時に、吸気バル
ブ60を閉じて、少し遅れて排気バルブ61を開く。こ
の時、高圧のヘリウムガスは断熱的に膨脹して冷凍を発
生する。さらに1段目,2段目膨脹空間56,57内に
存在するヘリウムガスはそれぞれの温度レベルで低温・
低圧になる。Next, the first and second stage displacer 5
2, 53 move upward, and accordingly high-pressure helium gas is sequentially supplied to the first-stage and second-stage expansion spaces 56, 57. During this time, the intake valve 60 remains open and the exhaust valve 61 remains closed. 1 for high pressure helium gas
When passing through the second-stage and second-stage regenerators 58 and 59, they are cooled to a predetermined temperature by the regenerator material. When the first-stage and second-stage displacers 52, 53 are at the uppermost ends, the intake valve 60 is closed and the exhaust valve 61 is opened after a short delay. At this time, the high-pressure helium gas adiabatically expands to generate freezing. Further, the helium gas existing in the expansion spaces 56 and 57 in the first and second stages has low temperatures at the respective temperature levels.
Low pressure.
【0009】ついで、1段目,2段目デスプレーサー5
2,53が下方に移動することにより、低温・低圧のヘ
リウムガスが、2段目,1段目蓄冷器59,58を通過
し、排気バルブ61から排気される。この時、低温・低
圧のヘリウムガスは、2段目及び1段目蓄冷器59,5
8の蓄冷材を冷却した後、コンプレッサー7に戻る。デ
スプレーサー52,53が最下端に移動し、1段目及び
2段目膨脹空間56,57の体積が最小となった状態
で、排気バルブ61を閉じ、吸気バルブ60を開く。こ
れにより、コンプレッサー7で圧縮した高圧のヘリウム
ガスが膨脹空間56,57に供給され、膨張空間56,
57の圧力は低圧から高圧になる。上記の過程を1サイ
クルとして動作する。このサイクルを繰り返すことによ
り、高温側ステージ9及び低温側ステージ8の温度をそ
れぞれ50K及び4.2Kに冷却している。Next, the first and second stage displacer 5
When 2, 53 move downward, low-temperature and low-pressure helium gas passes through the second-stage and first-stage regenerators 59, 58 and is exhausted from the exhaust valve 61. At this time, the low-temperature and low-pressure helium gas is stored in the second-stage and first-stage regenerators 59, 5
After cooling the regenerator material of No. 8, it returns to the compressor 7. The exhaust valve 61 is closed and the intake valve 60 is opened in a state where the displacers 52, 53 are moved to the lowermost ends and the volumes of the first-stage and second-stage expansion spaces 56, 57 are minimized. As a result, the high-pressure helium gas compressed by the compressor 7 is supplied to the expansion spaces 56, 57,
The pressure of 57 changes from low pressure to high pressure. The above process operates as one cycle. By repeating this cycle, the temperatures of the high temperature side stage 9 and the low temperature side stage 8 are cooled to 50K and 4.2K, respectively.
【0010】また、従来の超電導マグネットにおける超
電導コイル1の固定方法について説明する。図24は超
電導コイル1の固定部を示す断面図である。図におい
て、41は真空槽5を介して超電導コイル1の位置を調
整する調整ネジである。超電導コイル1は支持部材23
によりある程度真空槽5に固定されている。このよう
に、調整ネジ41の先端を超電導コイル1に直接接触す
るように配設し、調整ネジ41の頭部は真空槽5を突き
破り、真空槽5の外側に位置していた。超電導コイル1
位置を調整するときは、真空槽5の外側の調整ネジ41
の頭部を回して超電導コイル1の周囲の調整ネジ41を
移動し、超電導コイル1の位置を移動する。A method of fixing the superconducting coil 1 in the conventional superconducting magnet will be described. FIG. 24 is a sectional view showing the fixed portion of the superconducting coil 1. In the figure, reference numeral 41 is an adjusting screw for adjusting the position of the superconducting coil 1 via the vacuum chamber 5. The superconducting coil 1 is a support member 23.
Is fixed to the vacuum chamber 5 to some extent. In this way, the tip of the adjusting screw 41 was arranged so as to be in direct contact with the superconducting coil 1, and the head of the adjusting screw 41 penetrated the vacuum chamber 5 and was located outside the vacuum chamber 5. Superconducting coil 1
When adjusting the position, adjust screw 41 on the outside of vacuum chamber 5
The head is rotated to move the adjusting screw 41 around the superconducting coil 1 to move the position of the superconducting coil 1.
【0011】このような構成では、調整ネジ41が真空
槽5を貫通しているので、真空槽5内の真空を維持する
ためには、ガスケット等を設ける必要があった。In such a structure, since the adjusting screw 41 penetrates the vacuum chamber 5, it is necessary to provide a gasket or the like in order to maintain the vacuum in the vacuum chamber 5.
【0012】また、一般に輻射シールド4の熱容量よ
り、超電導コイル1の熱容量の方が大きく、また2段G
M冷凍機6の冷凍能力は高温側ステージ9の方が低温側
ステージ8より大きい。このため、初期冷却の様子は図
25に示すように変化する。図25は横軸に時間、縦軸
に温度を示したグラフである。輻射シールド4は50K
程度に冷却され、超電導コイル1は4.2K程度に冷却
するので、超電導コイル1の初期冷却時間はt2、輻射
シールド4の初期冷却時間はt1となる。このように、
t2はt1の2倍以上になり、初期冷却時間は輻射シー
ルド4より、超電導コイル1の方が長時間かかりすぎ
る。In general, the heat capacity of the superconducting coil 1 is larger than that of the radiation shield 4, and the two-stage G
Regarding the refrigerating capacity of the M refrigerator 6, the high temperature side stage 9 is larger than the low temperature side stage 8. Therefore, the state of the initial cooling changes as shown in FIG. FIG. 25 is a graph showing time on the horizontal axis and temperature on the vertical axis. Radiation shield 4 is 50K
Since the superconducting coil 1 is cooled to about 4.2K, the initial cooling time of the superconducting coil 1 is t2, and the initial cooling time of the radiation shield 4 is t1. in this way,
t2 becomes twice or more than t1, and the initial cooling time of the superconducting coil 1 is longer than that of the radiation shield 4.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】従来の超電導マグネッ
トは以上のように蓄冷型冷凍機6を超電導コイル1の近
傍に配設しているため、蓄冷型冷凍機6を超電導コイル
1の磁場中に配設していることになる。このため、磁場
の影響をうけやすい蓄冷型冷凍機6の駆動モータ62は
正常な動作が不可能となり脱調して動作してしまう。従
って、正常な熱サイクルを実現できなくなり、蓄冷型冷
凍機6の冷凍能力が劣化する。また脱調状態で運転を続
けると駆動モータ62、1段目,2段目シール54,5
5等に過度な力が生じ、摩擦・摩耗の進行を早め長期的
に安定して蓄冷型冷凍機6を動作させることができない
という課題があった。In the conventional superconducting magnet, since the regenerator 6 is arranged near the superconducting coil 1 as described above, the regenerator 6 is placed in the magnetic field of the superconducting coil 1. It is arranged. For this reason, the drive motor 62 of the cold storage type refrigerator 6 which is easily affected by the magnetic field cannot operate normally, and the step-out operation is performed. Therefore, a normal heat cycle cannot be realized, and the refrigerating capacity of the regenerative refrigerator 6 deteriorates. Further, if the operation is continued in the step-out state, the drive motor 62, the first and second stage seals 54, 5
There is a problem that excessive force is generated in 5 and the like, and the progress of friction and wear is accelerated so that the cold-storage refrigerator 6 cannot be stably operated for a long period of time.
【0014】また、2段目蓄冷器59は磁性蓄冷材で構
成されているので、磁場の影響をうけて電磁力や発熱を
生じる。即ち、2段目蓄冷器59の蓄冷材として磁性蓄
冷材の一種であるHo−Er−Ruを使用しているので、磁場
勾配があると電磁力をうける。2段目蓄冷器59の蓄冷
材に過度の電磁力がかかると、駆動モータ62に過度の
トルクがかかり、正常に回転しなくなり、正常な熱サイ
クルが実現できなくなり、所用の冷凍能力が得られなく
なる。また、磁性蓄冷材が磁場中で磁気ヒステリシスを
示すことにより発熱が生じる。発熱が生じれば明らかに
冷凍能力が劣化する。電磁力が生じると駆動モータ62
や1段目,2段目シール54,55等に過度な力が生
じ、摩擦・摩耗の進行を早め長期的に安定して蓄冷型冷
凍機6を動作させることができないという課題もあっ
た。Further, since the second-stage regenerator 59 is made of a magnetic regenerator material, electromagnetic force and heat are generated under the influence of the magnetic field. That is, since Ho-Er-Ru, which is a kind of magnetic regenerator material, is used as the regenerator material of the second-stage regenerator 59, it receives an electromagnetic force when there is a magnetic field gradient. When an excessive electromagnetic force is applied to the regenerator material of the second-stage regenerator 59, an excessive torque is applied to the drive motor 62, the drive motor 62 does not rotate normally, a normal heat cycle cannot be realized, and a desired refrigerating capacity is obtained. Disappear. Further, the magnetic regenerator material exhibits a magnetic hysteresis in a magnetic field to generate heat. When heat is generated, the freezing capacity obviously deteriorates. When an electromagnetic force is generated, the drive motor 62
There is also a problem that excessive force is generated in the first-stage and second-stage seals 54, 55 and the like, and the progress of friction and wear is accelerated so that the cold storage refrigerator 6 cannot be operated stably in the long term.
【0015】また、蓄冷型冷凍機6に故障が生じて蓄冷
型冷凍機6を交換する時、蓄冷型冷凍機6の低温側ステ
ージ8を直接超電導コイルに配設しているため、超電導
マグネット全体を分解しなければならず、メンテナンス
が困難であるという課題もあった。Further, when the cold storage type refrigerator 6 is replaced and the cold storage type refrigerator 6 is replaced, the low temperature side stage 8 of the cold storage type refrigerator 6 is disposed directly on the superconducting coil. Had to be disassembled, and there was a problem that maintenance was difficult.
【0016】また、電流リード3a,3bを超電導コイ
ル1の近傍に配設しているため、磁場の影響をうけて、
電流密度が低下するという課題もあった。Further, since the current leads 3a and 3b are arranged in the vicinity of the superconducting coil 1, they are affected by the magnetic field,
There is also a problem that the current density is reduced.
【0017】また、初期冷却時、構造物の材質の熱膨張
率の違いから蓄冷型冷凍機6に熱応力がかり、蓄冷型冷
凍機6の摩擦・摩耗により冷凍能力が劣化し、長期的に
安定して蓄冷型冷凍機6を動作させることができないと
いう課題もあった。During the initial cooling, thermal stress is applied to the regenerator 6 due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the material of the structure, and the refrigerating capacity is deteriorated due to friction and wear of the regenerator 6 and stable for a long period of time. There is also a problem that the regenerator 6 cannot be operated.
【0018】また、初期冷却時、構造物の材質の熱膨張
率の違いから超電導コイル1に熱応力がかり、超電導コ
イル1の性能が低下するいう課題もあった。Further, during the initial cooling, there is a problem that the superconducting coil 1 is subjected to thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the material of the structure, and the performance of the superconducting coil 1 is deteriorated.
【0019】また、超電導コイル1と蓄冷型冷凍機6が
熱的に接続されている箇所が一カ所であったので、超電
導コイル1に温度分布が生じ、超電導コイルの安定性が
低下するという課題もあった。Further, since the superconducting coil 1 and the regenerator 6 are thermally connected to each other in only one place, a temperature distribution is generated in the superconducting coil 1 and the stability of the superconducting coil is deteriorated. There was also.
【0020】また、超電導コイル1による磁界分布を調
整するため、磁気シールドに対するその相対的位置を調
整する際、真空を保持しながら調整するのが困難である
という課題もあった。Further, since the magnetic field distribution by the superconducting coil 1 is adjusted, it is difficult to adjust the relative position with respect to the magnetic shield while holding the vacuum.
【0021】また、一般に輻射シールド4の熱容量よ
り、超電導コイル1の熱容量の方が大きく、また蓄冷型
冷凍機6の冷凍能力は高温側ステージ9の方が低温側ス
テージ8より大きい。このため、初期冷却時間は輻射シ
ールド4より超電導コイル1の方が長時間かかりすぎる
という課題もあった。In general, the heat capacity of the superconducting coil 1 is larger than that of the radiation shield 4, and the refrigerating capacity of the regenerator 6 is higher in the high temperature side stage 9 than in the low temperature side stage 8. Therefore, there is also a problem that the initial cooling time of the superconducting coil 1 is longer than that of the radiation shield 4.
【0022】この発明は、上記のような従来の課題を解
決するためになされたもので、蓄冷型冷凍機を備えた超
電導コイルの性能及び信頼性を向上することを目的とす
るものである。さらに、メンテナンスを容易にできる構
造の超電導マグネットを得ることを目的とするものであ
る。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to improve the performance and reliability of a superconducting coil provided with a cold storage type refrigerator. Furthermore, another object is to obtain a superconducting magnet having a structure that can be easily maintained.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る超
電導マグネットは、超電導コイル、超電導コイルを包囲
する輻射シールド、輻射シールドを包囲する真空槽、及
び磁性蓄冷材を有する蓄冷型冷凍機を備える超電導マグ
ネットにおいて、超電導コイルが発生する磁場を遮蔽す
る磁気シールドを備え、蓄冷型冷凍機を磁気シールドに
対して超電導コイルと反対側に配設したものである。A superconducting magnet according to the invention of claim 1 is a regenerator having a superconducting coil, a radiation shield enclosing the superconducting coil, a vacuum chamber enclosing the radiation shield, and a magnetic regenerator. In a provided superconducting magnet, a magnetic shield for shielding a magnetic field generated by the superconducting coil is provided, and the cold storage refrigerator is arranged on the opposite side of the magnetic shield from the superconducting coil.
【0024】また、請求項2の発明に係る超電導マグネ
ットは、請求項1の発明に加え、蓄冷型冷凍機は、低温
側ステージと高温側ステージを有し、超電導コイルを低
温側ステージ,輻射シールドを高温側ステージで冷却す
るものであり、超電導コイルと低温側ステージを熱的に
接続する伝導部材を備えたものである。The superconducting magnet according to a second aspect of the present invention is, in addition to the first aspect of the present invention, the regenerator has a low temperature side stage and a high temperature side stage, and the superconducting coil has a low temperature side stage and a radiation shield. Is cooled by a high temperature side stage, and is provided with a conductive member for thermally connecting the superconducting coil and the low temperature side stage.
【0025】また、請求項3の発明に係る超電導マグネ
ットは、超電導コイル、超電導コイルを包囲する第1輻
射シールド、及び第1輻射シールドを包囲する第1真空
槽で構成する超電導コイルユニット、第2輻射シール
ド、超電導コイルを低温側ステージ,輻射シールドを高
温側ステージで冷却する蓄冷型冷凍機、及び第2輻射シ
ールドを包囲する第2真空槽で構成する冷凍機ユニッ
ト、並びに超電導コイルと低温側ステージを熱的に接続
する伝導部材を備え、超電導コイルユニットと冷凍機ユ
ニットを分離可能とし、第1及び第2輻射シールドを熱
的に接続し、第1真空槽及び第2真空槽を気密に接続し
たものである。A superconducting magnet according to a third aspect of the present invention is a superconducting coil unit comprising a superconducting coil, a first radiation shield surrounding the superconducting coil, and a first vacuum chamber surrounding the first radiation shield, and a second superconducting coil unit. A radiation shield, a cold storage stage for cooling the superconducting coil at a low temperature side, a regenerator for cooling the radiation shield at a high temperature side, and a refrigerator unit composed of a second vacuum tank surrounding the second radiation shield, and a superconducting coil and a low temperature stage. Is provided, the superconducting coil unit and the refrigerator unit can be separated, the first and second radiation shields are thermally connected, and the first vacuum tank and the second vacuum tank are airtightly connected. It was done.
【0026】また、請求項4の発明に係る超電導マグネ
ットは、請求項3の発明に加え、超電導コイルに電流を
供給する電流リードを高温側,低温側,及び接続部で構
成し、高温側と低温側電流リードを冷凍機ユニットに配
設し、その中温部を第2輻射シールドと熱的に接続した
ものである。Further, in the superconducting magnet according to the invention of claim 4, in addition to the invention of claim 3, the current lead for supplying a current to the superconducting coil is composed of a high temperature side, a low temperature side and a connecting portion, and The low temperature side current lead is arranged in the refrigerator unit, and the middle temperature portion thereof is thermally connected to the second radiation shield.
【0027】また、請求項5の発明に係る超電導マグネ
ットは、請求項3または請求項4の発明に加え、第1真
空槽と第2真空槽の接続部を互いにフランジ構造にして
気密に接続したものである。Further, in the superconducting magnet according to the invention of claim 5, in addition to the invention of claim 3 or 4, the connecting portions of the first vacuum chamber and the second vacuum chamber are flanged to each other and hermetically connected. It is a thing.
【0028】また、請求項6の発明に係る超電導マグネ
ットは、請求項2ないし請求項5のいずれかの発明に加
え、超電導コイルを初期冷却する熱交換器を伝導部材に
設けたものである。The superconducting magnet according to the invention of claim 6 is the one according to any one of claims 2 to 5, in which a heat exchanger for initially cooling the superconducting coil is provided in the conductive member.
【0029】また、請求項7の発明に係る超電導マグネ
ットは、超電導コイル、超電導コイルを包囲する輻射シ
ールド、輻射シールドを包囲する真空槽、超電導コイル
を低温側ステージ,輻射シールドを高温側ステージで冷
却する蓄冷型冷凍機、及び少なくとも一部が可撓体で構
成され、超電導コイルと低温側ステージを熱的に接続す
る伝導部材を備えたものである。In the superconducting magnet according to the invention of claim 7, the superconducting coil, the radiation shield surrounding the superconducting coil, the vacuum chamber surrounding the radiation shield, the superconducting coil at the low temperature side stage, and the radiation shield at the high temperature side stage are cooled. And a conductive member that is at least partially formed of a flexible body and thermally connects the superconducting coil and the low temperature side stage.
【0030】また、請求項8の発明に係る超電導マグネ
ットは、請求項7の発明に加え、伝導部材の超電導コイ
ル側接続部を複数の可撓体で構成したものである。The superconducting magnet according to an eighth aspect of the present invention is the superconducting magnet according to the seventh aspect, wherein the connecting portion of the conductive member on the superconducting coil side is composed of a plurality of flexible members.
【0031】また、請求項9の発明に係る超電導マグネ
ットは、超電導コイル、超電導コイルが固定され、超電
導コイルを包囲する真空槽、真空槽を包囲する磁気シー
ルド、及び磁気シールドと真空槽との相対位置を調整す
ることにより、磁気シールドと超電導コイルとの相対位
置を調整しうる調整機構を備えたものである。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a superconducting magnet, a superconducting coil, a superconducting coil fixed thereto, a vacuum chamber surrounding the superconducting coil, a magnetic shield surrounding the vacuum chamber, and a relative relation between the magnetic shield and the vacuum chamber. It is provided with an adjusting mechanism capable of adjusting the relative position between the magnetic shield and the superconducting coil by adjusting the position.
【0032】また、請求項10の発明に係る超電導マグ
ネットは、超電導コイル、超電導コイルを包囲する輻射
シールド、超電導コイルが輻射シールドを介して固定さ
れ、輻射シールドを包囲する真空槽、真空槽を包囲する
磁気シールド、及び磁気シールドと真空槽との相対位置
を調整することにより、磁気シールドと超電導コイルと
の相対位置を調整しうる調整機構を備えたものである。A superconducting magnet according to a tenth aspect of the present invention includes a superconducting coil, a radiation shield surrounding the superconducting coil, a superconducting coil fixed via the radiation shield, and a vacuum chamber surrounding the radiation shield. And a magnetic shield and an adjusting mechanism capable of adjusting the relative position between the magnetic shield and the superconducting coil by adjusting the relative position between the magnetic shield and the vacuum chamber.
【0033】また、請求項11の発明に係る超電導マグ
ネットは、超電導コイル、超電導コイルを包囲する輻射
シールド、輻射シールドを包囲する真空槽、超電導コイ
ルを低温側ステージ,輻射シールドを高温側ステージで
冷却する蓄冷型冷凍機、高温側ステージと低温側ステー
ジ間で熱輸送を行う熱輸送パイプ、熱輸送パイプに極低
温冷媒を充填する充填手段、及び熱輸送パイプの極低温
冷媒を減圧する減圧手段を備えたものである。The superconducting magnet according to the invention of claim 11 is a superconducting coil, a radiation shield surrounding the superconducting coil, a vacuum chamber surrounding the radiation shield, the superconducting coil at a low temperature side stage, and the radiation shield at a high temperature side stage. A regenerative refrigerator, a heat transport pipe for transporting heat between the high temperature side stage and the low temperature side stage, a filling means for filling the heat transport pipe with a cryogenic refrigerant, and a decompression means for decompressing the cryogenic refrigerant of the heat transport pipe. Be prepared.
【0034】また、請求項12の発明に係る超電導マグ
ネットは、請求項11の発明に加え、断面形状がドーナ
ツ状の熱輸送パイプを、蓄冷型冷凍機の高温側ステージ
と低温側ステージ間のシリンダを包囲するように配設
し、高温側ステージと低温側ステージ間で熱輸送を行う
ものである。The superconducting magnet according to a twelfth aspect of the present invention is the superconducting magnet according to the eleventh aspect of the present invention, in which a heat transport pipe having a toroidal cross section is provided between the high temperature side stage and the low temperature side stage of the regenerator. Is arranged so as to surround the heat exchanger and heat is transferred between the high temperature side stage and the low temperature side stage.
【0035】[0035]
【作用】この発明の請求項1に係る超電導マグネットで
は、蓄冷型冷凍機を磁気シールドに対して超電導コイル
と反対側に配設したので、超電導コイルが強磁場を発生
しても、蓄冷型冷凍機は磁場の外側にあり磁場はかから
ない。このため、磁場の影響をうけやすい蓄冷型冷凍機
の駆動モータは正常な動作をする。また、磁性蓄冷材で
構成された蓄冷器も磁場がかからないので、蓄冷器に電
磁力や発熱が生じることはない。In the superconducting magnet according to the first aspect of the present invention, the regenerator is arranged on the side opposite to the superconducting coil with respect to the magnetic shield. Therefore, even if the superconducting coil generates a strong magnetic field, the regenerator is a regenerator. The machine is outside the magnetic field and no magnetic field is applied. Therefore, the drive motor of the cold storage refrigerator, which is easily affected by the magnetic field, operates normally. Further, since the magnetic field is not applied to the regenerator made of the magnetic regenerator, electromagnetic force or heat is not generated in the regenerator.
【0036】また、この発明の請求項2に係る超電導マ
グネットでは、蓄冷型冷凍機を磁気シールドに対して超
電導コイルと反対側に配設し、伝導部材によって超電導
コイルと蓄冷型冷凍機の低温側ステージを熱的に接続し
ている。このため、超電導コイルが強磁場を発生して
も、蓄冷型冷凍機に磁場はかからない。Further, in the superconducting magnet according to claim 2 of the present invention, the regenerator type refrigerator is arranged on the side opposite to the superconducting coil with respect to the magnetic shield, and the superconducting coil and the regenerator type refrigerator are placed on the low temperature side. The stages are thermally connected. Therefore, even if the superconducting coil generates a strong magnetic field, no magnetic field is applied to the cold storage refrigerator.
【0037】また、この発明の請求項3に係る超電導マ
グネットでは、超電導コイルユニットと冷凍機ユニット
を分離可能に構成したので、蓄冷型冷凍機に故障が生じ
た場合、冷凍機ユニットと超電導コイルユニットを分離
し、冷凍機ユニットのみを分解して蓄冷型冷凍機を交換
したり、あるいは別の冷凍機ユニットと交換することに
より故障時の処置をはかることができる。さらに、蓄冷
型冷凍機の低温側ステージと超電導コイルに熱的に接続
した伝導部材を配設し、蓄冷型冷凍機を超電導コイルか
ら離して配設する。In the superconducting magnet according to claim 3 of the present invention, the superconducting coil unit and the refrigerator unit are separable from each other. Therefore, when a failure occurs in the regenerator, the refrigerator unit and the superconducting coil unit. Can be disassembled and only the refrigerator unit is disassembled to replace the cold storage refrigerator, or another refrigerator unit can be replaced to take measures against a failure. Furthermore, a conductive member thermally connected to the low temperature side stage of the cold storage refrigerator and the superconducting coil is provided, and the cold storage refrigerator is provided separately from the superconducting coil.
【0038】また、この発明の請求項4に係る超電導マ
グネットでは、電流リードを冷凍機ユニットに配設し、
電流リードは超電導コイルの磁場の影響をあまり受けな
い。このため、電流リードの電流密度が低下するのを防
止できる。In the superconducting magnet according to claim 4 of the present invention, the current lead is arranged in the refrigerator unit,
The current leads are less affected by the magnetic field of the superconducting coil. Therefore, it is possible to prevent the current density of the current lead from decreasing.
【0039】また、この発明の請求項5に係る超電導マ
グネットでは、超電導コイルユニットの第1真空槽と冷
凍機ユニットの第2真空槽が互いにフランジ構造をして
いるので、第1真空槽と第2真空槽を簡単に分離するこ
とができる。蓄冷型冷凍機のメンテナンスが必要なとき
は蓄冷型冷凍機を配設している第2真空槽を第1真空槽
から切り放し、冷凍機ユニットを分離してメンテナンス
をはかる。In the superconducting magnet according to claim 5 of the present invention, the first vacuum chamber of the superconducting coil unit and the second vacuum chamber of the refrigerator unit have a flange structure with each other, so that the first vacuum chamber and the first vacuum chamber The two vacuum chambers can be easily separated. When maintenance of the regenerator is necessary, the second vacuum tank in which the regenerator is installed is cut off from the first vacuum tank, and the refrigerator unit is separated for maintenance.
【0040】また、この発明の請求項6に係る超電導マ
グネットでは、伝導部材に熱交換器を熱的に接続し、熱
交換器によって伝導部材を冷却し、伝導部材から超電導
コイルを初期冷却することができる。従って、超電導コ
イルの冷却は蓄冷型冷凍機によるものと、熱交換器によ
るものとが期待できる。この熱交換器は伝導部材に設け
ており、超電導コイルの構成が複雑になるものではな
い。In the superconducting magnet according to claim 6 of the present invention, a heat exchanger is thermally connected to the conductive member, the conductive member is cooled by the heat exchanger, and the superconducting coil is initially cooled from the conductive member. You can Therefore, it can be expected that the superconducting coil is cooled by the regenerator or the heat exchanger. Since this heat exchanger is provided on the conductive member, the structure of the superconducting coil does not become complicated.
【0041】また、この発明の請求項7に係る超電導マ
グネットでは、伝導部材の少なくとも一部を可撓体で構
成しているので、初期冷却時、構造物の熱膨張率の違い
を可撓体で吸収し、蓄冷型冷凍機に熱応力がかかること
はない。同様に、超電導コイルにも熱応力がかかること
はなく熱応力により超電導コイルの性能が低下すること
もない。Further, in the superconducting magnet according to claim 7 of the present invention, since at least a part of the conductive member is made of a flexible body, the difference in the coefficient of thermal expansion of the structure during the initial cooling may be varied. Therefore, the regenerative refrigerator does not receive thermal stress. Similarly, the superconducting coil is not subjected to thermal stress, and the thermal stress does not deteriorate the performance of the superconducting coil.
【0042】また、この発明の請求項8に係る超電導マ
グネットでは、伝導部材と1個以上の超電導コイルの接
続部において、複数の可撓体で熱的に接続したため、1
個または複数個の超電導コイルで温度勾配が大きくつく
ことはなく、温度勾配による超電導コイルの性能低下を
防止できる。また、初期冷却時、構造物の熱膨張率の違
いを可撓体で吸収し、蓄冷型冷凍機や超電導コイルに熱
応力がかかることはない。Further, in the superconducting magnet according to claim 8 of the present invention, since the plurality of flexible bodies are thermally connected at the connecting portion between the conducting member and the one or more superconducting coils,
The temperature gradient does not become large with one or a plurality of superconducting coils, and the deterioration of the performance of the superconducting coil due to the temperature gradient can be prevented. Further, at the time of initial cooling, the difference in the coefficient of thermal expansion of the structure is absorbed by the flexible body, and thermal stress is not applied to the regenerator or superconducting coil.
【0043】また、この発明の請求項9に係る超電導マ
グネットでは、超電導コイルを真空槽に固定し、磁気シ
ールドと超電導コイルの相対位置を調整する際、調整機
構によって磁気シールドと真空槽の相対位置を調整す
る。このため、真空を維持するのに特別な構造が必要で
ない。Further, in the superconducting magnet according to claim 9 of the present invention, when the superconducting coil is fixed to the vacuum chamber and the relative position of the magnetic shield and the superconducting coil is adjusted, the relative position of the magnetic shield and the vacuum chamber is adjusted by the adjusting mechanism. Adjust. Therefore, no special structure is required to maintain the vacuum.
【0044】また、この発明の請求項10に係る超電導
マグネットでは、超電導コイルを輻射シールドに固定
し、これを包囲するように真空層を設けている。磁気シ
ールドと超電導コイルの相対位置を調整する際、調整機
構によって磁気シールドと真空槽の相対位置を調整す
る。このため、真空を維持するのに特別な構造が必要で
ない。In the superconducting magnet according to the tenth aspect of the present invention, the superconducting coil is fixed to the radiation shield, and the vacuum layer is provided so as to surround the radiation shield. When adjusting the relative position of the magnetic shield and the superconducting coil, the relative position of the magnetic shield and the vacuum chamber is adjusted by the adjusting mechanism. Therefore, no special structure is required to maintain the vacuum.
【0045】また、この発明の請求項11に係る超電導
マグネットでは、蓄冷型冷凍機の高温側ステージと低温
側ステージ間で熱輸送を行う熱輸送パイプを設け、充填
手段によって熱輸送パイプに極低温冷媒を充填する。初
期冷却時、高温側ステージの温度が低温側ステージの温
度より低いとき、熱輸送パイプ内の高温側ステージ近傍
の極低温冷媒の温度は低温側ステージ近傍の極低温冷媒
の温度より低くなり密度が大きくなる。従って、熱輸送
パイプで蓄冷型冷凍機の高温側ステージの冷凍能力を低
温側ステージに輸送することができる。高温側ステージ
の冷凍能力を低温側ステージに一部振り分けたことにな
るので超電導コイルの初期冷却時間を短縮することがで
きる。逆に高温側ステージの温度が低温側ステージの温
度より高くなると、減圧手段によって熱輸送パイプ内の
極低温冷媒を減圧して高温側ステージと低温側ステージ
の熱的な接続を弱くし、高温側ステージから低温側ステ
ージへの熱輸送をなくす。Further, in the superconducting magnet according to claim 11 of the present invention, a heat transport pipe for transporting heat between the high temperature side stage and the low temperature side stage of the regenerator is provided, and the heat transport pipe is cryogenically cooled by the filling means. Fill with refrigerant. During initial cooling, when the temperature of the high temperature side stage is lower than the temperature of the low temperature side stage, the temperature of the cryogenic refrigerant near the high temperature side stage in the heat transport pipe becomes lower than the temperature of the cryogenic refrigerant near the low temperature side stage and the density growing. Therefore, the refrigerating capacity of the high temperature side stage of the cold storage type refrigerator can be transported to the low temperature side stage by the heat transport pipe. Since the refrigerating capacity of the high temperature side stage is partially distributed to the low temperature side stage, the initial cooling time of the superconducting coil can be shortened. Conversely, when the temperature of the high temperature side becomes higher than the temperature of the low temperature side, the pressure reducing means reduces the pressure of the cryogenic refrigerant in the heat transport pipe to weaken the thermal connection between the high temperature side and the low temperature side, Eliminates heat transfer from the stage to the cold side.
【0046】また、この発明の請求項12に係る超電導
マグネットでは、断面形状がドーナツ状の熱輸送パイプ
を、蓄冷型冷凍機のシリンダを包囲するように配設した
ので熱対流パイプと超電導コイルの伝熱面積が増加し、
超電導コイルの温度を均一にして冷却することができ
る。Further, in the superconducting magnet according to the twelfth aspect of the present invention, since the heat transport pipe having a donut-shaped cross section is arranged so as to surround the cylinder of the regenerator, the heat convection pipe and the superconducting coil are formed. The heat transfer area increases,
The temperature of the superconducting coil can be made uniform and cooled.
【0047】[0047]
実施例1.以下、この発明の実施例1による超電導マグ
ネットとして、例えばシンクロトロン放射光装置用の超
電導マグネットについて説明する。図1は実施例1に係
る超電導マグネットを示す断面図である。図中、図22
及び図23に示した従来の超電導マグネットと同一又は
相当の部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図において、13は超電導コイル1に電流を供給する電
流リード、14は輻射シールド4を包囲するように配設
した高温側輻射シールド、15は超電導コイル1に流れ
る永久電流のモードを実現する永久電流スイッチ、22
はシールド冷却用2段GM冷凍機で、高温側ステージ9
で高温側輻射シールド14を、低温側ステージで輻射シ
ールド4を冷却し、それぞれ80K、20Kの温度に保
持している。20は液体ヘリウムを保持するとともに超
電導コイル1を収納するヘリウム槽、21は超電導コイ
ル1を超電導状態に保持する極低温冷媒である液体ヘリ
ウム、23は輻射シールド4及び高温側輻射シールド1
4を介してヘリウム槽20を真空槽5に保持する支持部
材、24はビームチャンバ、25はビームチャンバ24
を包囲するように配設されたビームチャンバの高温側輻
射シールド、26はビームチャンバの高温側輻射シール
ド25を包囲するように配設されたビームチャンバ輻射
シールドである。図示していないがビームチャンバの高
温側輻射シールド25は高温側輻射シールド14に熱的
に接続され、ビームチャンバ輻射シールド26は輻射シ
ールド4に熱的に接続している。27は蓄冷型冷凍機
で、例えばヘリウム液化用GM冷凍機であり、その構成
は図23に示した2段GM冷凍機6と同じであるので説
明を省略する。ヘリウム液化用GM冷凍機27は、液体
ヘリウム21の蒸発ヘリウムを再び液化する。30は磁
気シールドであり、例えば鉄で構成する。また、輻射シ
ールド4,14,25,26は、例えば銅で構成してい
る。Example 1. Hereinafter, as the superconducting magnet according to the first embodiment of the present invention, for example, a superconducting magnet for a synchrotron radiation device will be described. FIG. 1 is a sectional view showing a superconducting magnet according to the first embodiment. In the figure, FIG.
Also, the same or corresponding parts as those of the conventional superconducting magnet shown in FIG. 23 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In the figure, 13 is a current lead for supplying a current to the superconducting coil 1, 14 is a high temperature side radiation shield arranged so as to surround the radiation shield 4, and 15 is a persistent current for realizing a mode of a persistent current flowing in the superconducting coil 1. Switch, 22
Is a two-stage GM refrigerator for cooling the shield.
Then, the high temperature side radiation shield 14 is cooled, and the low temperature side stage cools the radiation shield 4 to maintain the temperatures at 80K and 20K, respectively. 20 is a helium tank which holds liquid helium and which houses the superconducting coil 1, 21 is liquid helium which is a cryogenic refrigerant which holds the superconducting coil 1 in a superconducting state, 23 is the radiation shield 4 and the high temperature side radiation shield 1
A support member for holding the helium tank 20 in the vacuum tank 5 via 4, a beam chamber 24, and a beam chamber 24.
Is a high temperature side radiation shield of the beam chamber, and 26 is a beam chamber radiation shield arranged so as to surround the high temperature side radiation shield 25 of the beam chamber. Although not shown, the high temperature side radiation shield 25 of the beam chamber is thermally connected to the high temperature side radiation shield 14, and the beam chamber radiation shield 26 is thermally connected to the radiation shield 4. Reference numeral 27 is a regenerator, for example, a helium liquefying GM refrigerator, and its configuration is the same as that of the two-stage GM refrigerator 6 shown in FIG. The helium liquefying GM refrigerator 27 liquefies the evaporated helium of the liquid helium 21 again. A magnetic shield 30 is made of, for example, iron. The radiation shields 4, 14, 25, 26 are made of copper, for example.
【0048】このように構成された実施例1による超電
導マグネットにおいては、超電導コイル1はヘリウム槽
20内の液体ヘリウム21により極低温(例えば4.2
K)に冷却され、超電導状態になる。この状態で外部の
超電導コイル用電源(図示せず)から励磁電流を電流リ
ード13を介して超電導コイル1に供給し、所定の磁場
を発生させる。そして定常状態になると永久電流スイッ
チ15を介して上記超電導コイル1に電流が流れるよう
にし、外部の超電導コイル用電源との電気的接触を断
つ。そこで、超電導コイル1は永久電流モードになり、
外部の超電導コイル用電源を切り離した状態で所定の磁
場を発生させることができる。一方、ビームチャンバ2
4内を高真空に排気して、この中を高エネルギに加速し
た電子を導く。電子の運動の軌道は、ビームチャンバ2
4を挟むように配設した一対の超電導コイル1の発生す
る磁場により、規制されている。In the superconducting magnet according to the first embodiment constructed as described above, the superconducting coil 1 is brought to an extremely low temperature (for example, 4.2 by the liquid helium 21 in the helium tank 20).
It is cooled to K) and becomes superconducting. In this state, an exciting current is supplied from an external power source (not shown) for the superconducting coil to the superconducting coil 1 via the current lead 13 to generate a predetermined magnetic field. Then, in the steady state, a current is made to flow through the superconducting coil 1 through the permanent current switch 15 to cut off the electrical contact with the external superconducting coil power source. Therefore, the superconducting coil 1 is in the permanent current mode,
A predetermined magnetic field can be generated with the external power supply for the superconducting coil disconnected. On the other hand, the beam chamber 2
The inside of 4 is evacuated to a high vacuum, and the electrons accelerated to high energy are guided in this. The trajectory of the electron motion is in the beam chamber 2
It is regulated by a magnetic field generated by a pair of superconducting coils 1 arranged so as to sandwich 4 between them.
【0049】ヘリウム液化用GM冷凍機27は、例え
ば、1段目蓄冷器58の蓄冷材として銅メッシュと鉛
玉、2段目蓄冷器59の蓄冷材としてHo−Er−Ruの組成
の材料を用いる。超電導コイル1への熱侵入により蒸発
した液体ヘリウム21を低温側ステージ8で再び液化す
る。ヘリウム液化用GM冷凍機27の2段目蓄冷器59
の蓄冷材として、磁性蓄冷材を使用しており、磁場勾配
があると電磁力をうける。2段目蓄冷器59の蓄冷材に
過度の電磁力がかかると、駆動モータ62に過度のトル
クがかかる。この過度のトルクのため、駆動モータ62
が正常に回転しなくなると、正常な熱サイクルが実現で
きなくなり、所用の冷凍能力が得られなくなる。また、
駆動モータ62自体も強い磁場中では正常に回転しなく
なり、やはり所用の冷凍能力が得られなくなる。In the helium liquefying GM refrigerator 27, for example, a material having a composition of Ho-Er-Ru is used as a regenerator material for the first-stage regenerator 58 such as a copper mesh and lead balls and a regenerator material for the second-stage regenerator 59. To use. The liquid helium 21 vaporized by the heat entering the superconducting coil 1 is liquefied again on the low temperature side stage 8. Second stage regenerator 59 of GM refrigerator 27 for liquefying helium
A magnetic regenerator is used as the regenerator, and it receives electromagnetic force when there is a magnetic field gradient. When an excessive electromagnetic force is applied to the regenerator material of the second stage regenerator 59, an excessive torque is applied to the drive motor 62. Due to this excessive torque, the drive motor 62
If does not rotate normally, the normal heat cycle cannot be realized and the required refrigerating capacity cannot be obtained. Also,
The drive motor 62 itself also does not rotate normally in a strong magnetic field, and the desired refrigerating capacity cannot be obtained.
【0050】これに対し、実施例1では磁気シールド3
0を設け、超電導コイル1で発生した磁場を遮蔽してそ
の外側に漏らさないようしている。ヘリウム液化用GM
冷凍機27は、磁気シールド30に対して、超電導コイ
ル1と反対側、即ち、磁気シールド30の外側に配設さ
れている。従って、超電導コイル1が強磁場を発生して
も、ヘリウム液化用GM冷凍機27は磁場の外側にあり
磁場はかからない。このため、磁場の影響をうけやすい
ヘリウム液化用GM冷凍機27の駆動モータ62は正常
に動作する。また、磁性蓄冷材で構成された蓄冷器にも
磁場がかからないので、蓄冷器に電磁力や発熱が生じる
ことも防止できる。On the other hand, in the first embodiment, the magnetic shield 3
0 is provided to shield the magnetic field generated in the superconducting coil 1 from leaking to the outside. GM for helium liquefaction
The refrigerator 27 is arranged on the side opposite to the superconducting coil 1 with respect to the magnetic shield 30, that is, outside the magnetic shield 30. Therefore, even if the superconducting coil 1 generates a strong magnetic field, the helium liquefying GM refrigerator 27 is outside the magnetic field and no magnetic field is applied. Therefore, the drive motor 62 of the helium liquefying GM refrigerator 27 that is easily affected by the magnetic field operates normally. Further, since the magnetic field is not applied to the regenerator composed of the magnetic regenerator, it is possible to prevent the regenerator from generating electromagnetic force or heat.
【0051】実施例2.以下、この発明の実施例2によ
る超電導マグネットとして、例えば浮上式鉄道用の超電
導マグネットについて説明する。図2は実施例2に係る
超電導マグネットを示す断面図である。図において、2
8はシールド冷却用単段GM冷凍機、29はシールド冷
却用単段GM冷凍機28の冷却ステージ、32は超電導
コイル1に液体ヘリウム21を供給する供給配管、33
は液体ヘリウム21の蒸発ガスを回収するためヘリウム
槽20内上部の気相部に開口するように設けられた回収
配管、34は電流リード13を冷却する冷却配管であ
る。Example 2. Hereinafter, as a superconducting magnet according to a second embodiment of the present invention, for example, a superconducting magnet for a levitation railway will be described. FIG. 2 is a sectional view showing a superconducting magnet according to the second embodiment. In the figure, 2
8 is a single-stage GM refrigerator for shield cooling, 29 is a cooling stage of the single-stage GM refrigerator for shield cooling 28, 32 is a supply pipe for supplying the liquid helium 21 to the superconducting coil 1, 33
Is a recovery pipe provided to open the gas phase portion in the upper part of the helium tank 20 for recovering the vaporized gas of the liquid helium 21, and 34 is a cooling pipe for cooling the current lead 13.
【0052】このように構成された実施例2による超電
導マグネットにおいては、輻射シールド4はシールド冷
却用単段GM冷凍機28の冷却ステージ29と熱的に接
触しており、約70Kに冷却している。ヘリウム槽20
内の液体ヘリウム21は熱侵入により気化して蒸発ガス
となり、ヘリウム液化用GM冷凍機27によって冷却さ
れて、再び液化する。In the superconducting magnet according to the second embodiment configured as described above, the radiation shield 4 is in thermal contact with the cooling stage 29 of the single-stage GM refrigerator 28 for shield cooling and is cooled to about 70K. There is. Helium tank 20
The liquid helium 21 therein is vaporized by heat entry and becomes an evaporated gas, cooled by the helium liquefying GM refrigerator 27, and liquefied again.
【0053】この実施例2では実施例1と同様、磁気シ
ールド30を設け、超電導コイル1で発生した磁場を遮
蔽してその外側に漏らさないようしている。ヘリウム液
化用GM冷凍機27は、磁気シールド30に対して、超
電導コイル1と反対側、即ち、磁気シールド30の外側
に配設されている。従って、超電導コイル1が強磁場を
発生しても、ヘリウム液化用GM冷凍機27は磁場の外
側にあり磁場はかからない。このため、磁場の影響をう
けやすいヘリウム液化用GM冷凍機27の駆動モータ6
2は正常に動作する。また、磁性蓄冷材で構成された蓄
冷器にも磁場がかからないので、蓄冷器に電磁力や発熱
が生じることも防止できる。In the second embodiment, as in the first embodiment, the magnetic shield 30 is provided to shield the magnetic field generated in the superconducting coil 1 from leaking to the outside. The helium liquefying GM refrigerator 27 is arranged on the side opposite to the superconducting coil 1 with respect to the magnetic shield 30, that is, outside the magnetic shield 30. Therefore, even if the superconducting coil 1 generates a strong magnetic field, the helium liquefying GM refrigerator 27 is outside the magnetic field and no magnetic field is applied. For this reason, the drive motor 6 of the helium liquefying GM refrigerator 27 that is easily affected by the magnetic field
2 works normally. Further, since the magnetic field is not applied to the regenerator composed of the magnetic regenerator, it is possible to prevent the regenerator from generating electromagnetic force or heat.
【0054】実施例3.図3は、この発明の実施例3に
係る超電導マグネットを示す断面図である。実施例3は
実施例2における磁気シールドの配設位置の異なる例を
示したものである。この実施例3のものは、磁気シール
ド30を真空槽5の中に配設したことで、実施例2と同
様の効果を期待できる。この実施例でも、ヘリウム液化
用GM冷凍機27は、磁気シールド30に対して、超電
導コイル1と反対側、即ち、磁気シールド30の外側に
配設している。従って、超電導コイル1が強磁場を発生
しても、ヘリウム液化用GM冷凍機27は磁場の外側に
あり磁場はかからない。このため、磁場の影響をうけや
すいヘリウム液化用GM冷凍機27の駆動モータ62は
正常に動作する。また、磁性蓄冷材で構成された蓄冷器
にも磁場がかからないので、蓄冷器に電磁力や発熱が生
じることも防止できる。さらに、磁気シールド30を真
空槽5の内側に配設しているので、スペースの節約がで
きる。Example 3. Third Embodiment FIG. 3 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment shows an example in which the magnetic shield is disposed at a different position from the second embodiment. In the third embodiment, the magnetic shield 30 is arranged in the vacuum chamber 5, so that the same effect as that of the second embodiment can be expected. Also in this embodiment, the helium liquefying GM refrigerator 27 is arranged on the side opposite to the superconducting coil 1 with respect to the magnetic shield 30, that is, outside the magnetic shield 30. Therefore, even if the superconducting coil 1 generates a strong magnetic field, the helium liquefying GM refrigerator 27 is outside the magnetic field and no magnetic field is applied. Therefore, the drive motor 62 of the helium liquefying GM refrigerator 27 that is easily affected by the magnetic field operates normally. Further, since the magnetic field is not applied to the regenerator composed of the magnetic regenerator, it is possible to prevent the regenerator from generating electromagnetic force or heat. Further, since the magnetic shield 30 is arranged inside the vacuum chamber 5, space can be saved.
【0055】実施例4.図4は、この発明の実施例4に
係る超電導マグネットを示す断面図である。図におい
て、35は2段GM冷凍機6の低温側ステージ8と超電
導コイル1を熱的に接続する伝導部材、36は伝導部材
35の一部を構成する可撓体で、超電導コイル1との接
続部を可撓的に接続する。ここで、伝導部材35は例え
ば銅,アルミニウムなどの良熱伝導性材料から構成され
ている。また、可撓体36は例えば銅などの良熱伝導性
材料であり、編組線やバネなどの構造をしている。ま
た、2段GM冷凍機6の高温側ステージ9は、輻射シー
ルド4と熱的に接続され、輻射シールド4を冷却する。
超電導コイル1は支持部材23によって、輻射シールド
4に固定されている。または、超電導コイル1は支持部
材23を用いて真空槽5に固定されていても良い。支持
部材23は、例えば、ガラスエポキシ(GFRP)等の
熱絶縁体で構成されている。Embodiment 4 FIG. 4 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, 35 is a conductive member that thermally connects the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 and the superconducting coil 1, and 36 is a flexible body that constitutes a part of the conductive member 35. The connecting portion is flexibly connected. Here, the conductive member 35 is made of a good heat conductive material such as copper or aluminum. The flexible body 36 is made of a material having good thermal conductivity such as copper and has a structure such as a braided wire or a spring. The high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6 is thermally connected to the radiation shield 4 and cools the radiation shield 4.
The superconducting coil 1 is fixed to the radiation shield 4 by the support member 23. Alternatively, the superconducting coil 1 may be fixed to the vacuum chamber 5 by using the supporting member 23. The support member 23 is made of, for example, a heat insulator such as glass epoxy (GFRP).
【0056】従来のように、伝導部材35を直接超電導
コイル1や2段GM冷凍機6に接続して構成された超電
導マグネットにおいて、超電導コイル1及び輻射シール
ド4を冷却すると、2段GM冷凍機6,支持部材23,
輻射シールド4,超電導コイル1,伝導部材35等の熱
膨張率の差によって、熱応力が生じる。この熱応力は、
それぞれ超電導コイル1,輻射シールド4,2段GM冷
凍機6,支持部材23,及び伝導部材35等の機械的負
荷となる。この機械的負荷は、2段GM冷凍機6の冷凍
能力の劣化、超電導コイル1の性能劣化、及び構成材料
の疲労や諸特性の劣化を引き起こす。そこで、この実施
例では図4に示すように、超電導コイル1と2段GM冷
凍機6の低温側ステージ8を接続する伝導部材35の一
部を可撓体36で構成している。このため、特に初期冷
却時、構造物の熱膨張率の違いを可撓体で吸収し、超電
導コイル1と伝導部材35と2段GM冷凍機6の低温側
ステージなどの間に加わる機械的負荷を緩和することが
できる。In the conventional superconducting magnet constituted by directly connecting the conductive member 35 to the superconducting coil 1 and the two-stage GM refrigerator 6, when the superconducting coil 1 and the radiation shield 4 are cooled, the two-stage GM refrigerator. 6, support member 23,
Thermal stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the radiation shield 4, the superconducting coil 1, the conductive member 35, and the like. This thermal stress is
The superconducting coil 1, the radiation shield 4, the two-stage GM refrigerator 6, the support member 23, and the conductive member 35 are mechanical loads, respectively. This mechanical load causes deterioration of the refrigerating capacity of the two-stage GM refrigerator 6, deterioration of the performance of the superconducting coil 1, fatigue of constituent materials and deterioration of various characteristics. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a part of the conductive member 35 that connects the superconducting coil 1 and the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 is configured by a flexible body 36. Therefore, especially during initial cooling, the mechanical load applied between the superconducting coil 1, the conductive member 35, and the low temperature side stage of the two-stage GM refrigerator 6 by absorbing the difference in the coefficient of thermal expansion of the structure with the flexible body. Can be relaxed.
【0057】実施例5.図5は、この発明の実施例5に
係る超電導マグネットを示す断面図である。図におい
て、4aは超電導コイル1を包囲する第1輻射シールド
であり、第1輻射シールド4aの一部を磁気シールド3
0が包囲している。磁気シールド30には開口部が設け
られている。磁気シールド30の開口部から、第1輻射
シールド4aを引き出し、第1輻射シールド4aを第2
輻射シールド4bに熱的に接続している。この第2輻射
シールド4bは2段GM冷凍機6の高温側ステージ9と
熱的に接続している。また、5aは第1真空槽で、第1
輻射シールド4a及び磁気シールド30を包囲し、5b
は第2真空槽で第2輻射シールド4bを包囲する。第1
真空槽5aと第2真空槽5bをガスケット(図示せず)
で気密に接続する。超電導コイル1,第1輻射シールド
4a,及び第1真空槽5aで超電導コイルユニット10
1を構成し、2段GM冷凍機6,第2輻射シールド4
b,及び第2真空槽5bで冷凍機ユニット102を構成
する。Example 5. 5 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 5 of the present invention. In the figure, 4a is a first radiation shield that surrounds the superconducting coil 1. A part of the first radiation shield 4a is a magnetic shield 3a.
0 surrounds. The magnetic shield 30 is provided with an opening. The first radiation shield 4a is pulled out from the opening of the magnetic shield 30, and the first radiation shield 4a is moved to the second radiation shield 4a.
It is thermally connected to the radiation shield 4b. The second radiation shield 4b is thermally connected to the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6. Also, 5a is a first vacuum chamber,
Surrounding the radiation shield 4a and the magnetic shield 30, 5b
Encloses the second radiation shield 4b with a second vacuum chamber. First
A gasket (not shown) for the vacuum chamber 5a and the second vacuum chamber 5b
Connect airtightly with. The superconducting coil unit 10, the first radiation shield 4a, and the first vacuum chamber 5a
1, two-stage GM refrigerator 6, second radiation shield 4
The refrigerator unit 102 is configured by b and the second vacuum tank 5b.
【0058】また、伝導部材35の超電導コイル1との
接続部は可撓体36で構成されており、超電導コイル1
と熱的に接続する。さらにこの伝導部材35は、磁気シ
ールド30の開口部から引き出した第1輻射シールド4
aの内側を通って、磁気シールド30の外側に引き出さ
れている。磁気シールド30の開口部から引きだした伝
導部材35は2段GM冷凍機6の低温側ステージ8と熱
的に接続する。The connecting portion of the conductive member 35 with the superconducting coil 1 is made of a flexible body 36, and the superconducting coil 1
Thermal connection with. Further, the conductive member 35 is provided in the first radiation shield 4 drawn from the opening of the magnetic shield 30.
It is drawn to the outside of the magnetic shield 30 through the inside of a. The conductive member 35 drawn out from the opening of the magnetic shield 30 is thermally connected to the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6.
【0059】この実施例では、伝導部材35の一部を可
撓体36で構成しており、実施例4と同様、2段GM冷
凍機6の低温側ステージ8,伝導部材35,及び超電導
コイル1などの間に熱応力によって生じる機械的負荷を
可撓体36が緩和している。このため、2段GM冷凍機
6や超電導コイル1において熱応力による性能低下を防
止できる。また、この実施例では伝導部材35により超
電導コイル1と2段GM冷凍機6の低温側ステージ8を
熱的に接続している。そして、2段GM冷凍機6を磁気
シールド30に対して超電導コイル1と反対側に配設し
ている。このため、超電導コイル1の発生する磁場が2
段GM冷凍機6に影響を及ぼすことがなく、冷凍能力の
低下を防止できる。また、真空槽5aと真空槽5bはガ
スケットで気密に接続されているので、超電導コイルユ
ニット101と冷凍機ユニット102は分離可能であ
る。超電導コイル1は可動部が無いので長期にわたって
励磁電流を流し続けることができるが、2段GM冷凍機
6は可動部が存在するため定期的にメンテナンスをする
ことが必要である。この際、冷凍機ユニット102を超
電導コイルユニット101から分離し、既にメンテナン
ス済みの2段GM冷凍機6を有する別の冷凍機ユニット
102を超電導コイルユニット101に接続すれば、メ
ンテナンス時間が短縮し、メンテナンス自体も簡単化す
ることができる。In this embodiment, a part of the conductive member 35 is constituted by the flexible member 36, and like the fourth embodiment, the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6, the conductive member 35, and the superconducting coil. The flexible body 36 relieves the mechanical load caused by thermal stress between the first and the like. Therefore, in the two-stage GM refrigerator 6 and the superconducting coil 1, performance deterioration due to thermal stress can be prevented. Further, in this embodiment, the superconducting coil 1 and the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 are thermally connected by the conductive member 35. The two-stage GM refrigerator 6 is arranged on the side opposite to the superconducting coil 1 with respect to the magnetic shield 30. Therefore, the magnetic field generated by the superconducting coil 1 is 2
It is possible to prevent deterioration of the refrigerating capacity without affecting the stage GM refrigerator 6. Further, since the vacuum chamber 5a and the vacuum chamber 5b are airtightly connected by a gasket, the superconducting coil unit 101 and the refrigerator unit 102 can be separated. Since the superconducting coil 1 has no moving part, it can continue to flow the exciting current for a long period of time, but the two-stage GM refrigerator 6 has a moving part and therefore requires periodic maintenance. At this time, if the refrigerator unit 102 is separated from the superconducting coil unit 101 and another refrigerator unit 102 having the already-maintained two-stage GM refrigerator 6 is connected to the superconducting coil unit 101, the maintenance time is shortened, Maintenance itself can also be simplified.
【0060】実施例6.図6は、この発明の実施例6に
係る超電導マグネットを示す断面図である。図におい
て、超電導コイル1は伝導部材35を介して2段GM冷
凍機6の低温側ステージ8によって伝導冷却される。こ
の時、伝導部材35の超電導コイル側接続部を、複数の
可撓体36、この実施例では2個の可撓体36で構成
し、超電導コイル1の複数箇所を可撓体36を用いて冷
却する。超電導コイル1の1箇所を可撓体36で熱的に
接続して冷却すると、その1箇所の熱接続をとった部分
から冷却していく。このため、可撓体36で熱接続をと
った点から離れた部位にある点の温度は、可撓体36で
熱接続をとった点の温度より高くなる。これに対し、こ
の実施例では、超電導コイル1の複数箇所を可撓体36
と熱接続して冷却すると、超電導コイル1の温度勾配が
小さくなる。超電導コイル1の温度勾配が小さくなるの
で、超電導マグネットの安定性を向上することができ
る。また、初期冷却時、構造物の熱膨張率の違いを可撓
体36で吸収し、2段GM冷凍機6や超電導コイル1に
熱応力がかかることはない。Example 6. 6 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, the superconducting coil 1 is conductively cooled by the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 via the conductive member 35. At this time, the superconducting coil side connection portion of the conductive member 35 is composed of a plurality of flexible bodies 36, in this embodiment two flexible bodies 36, and the flexible body 36 is used at a plurality of locations of the superconducting coil 1. Cooling. When one portion of the superconducting coil 1 is thermally connected by the flexible body 36 and cooled, the superconducting coil 1 is cooled from the portion at which the one portion is thermally connected. For this reason, the temperature at the point apart from the point where the flexible body 36 is thermally connected is higher than the temperature at the point where the flexible body 36 is thermally connected. On the other hand, in this embodiment, the flexible body 36 is provided at a plurality of locations on the superconducting coil 1.
When it is thermally connected to and cooled, the temperature gradient of the superconducting coil 1 becomes small. Since the temperature gradient of the superconducting coil 1 becomes small, the stability of the superconducting magnet can be improved. Further, at the time of initial cooling, the difference in the coefficient of thermal expansion of the structure is absorbed by the flexible body 36, and thermal stress is not applied to the two-stage GM refrigerator 6 and the superconducting coil 1.
【0061】なお、可撓体36と超電導コイル1との接
続部は2箇所に限るものではなく、2カ所以上の複数箇
所で構成すれば、その効果はさらに大きいものとなる。The connecting portion between the flexible member 36 and the superconducting coil 1 is not limited to two places, and if it is formed at a plurality of two or more places, the effect is further enhanced.
【0062】実施例7.図7は、この発明の実施例7に
係る超電導マグネットを示す断面図である。図に示すよ
うに、この実施例では2個の超電導コイル1を設け、そ
のそれぞれを可撓体36と接続するように構成してい
る。2個の超電導コイル1は伝導部材35を介して2段
GM冷凍機6の低温側ステージ8によって伝導冷却され
る。2個の超電導コイル1にそれぞれ可撓体36を接続
して冷却すると、2個の超電導コイル1が同時に冷却さ
れるので、2個の超電導コイル1の温度差は小さくな
る。超電導コイル1の温度勾配が小さくなるので、超電
導マグネットの安定性を向上することができる。Example 7. 7 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 7 of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, two superconducting coils 1 are provided, and each of them is configured to be connected to the flexible body 36. The two superconducting coils 1 are conductively cooled by the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 via the conductive member 35. When the flexible body 36 is connected to each of the two superconducting coils 1 to cool them, the two superconducting coils 1 are simultaneously cooled, so that the temperature difference between the two superconducting coils 1 becomes small. Since the temperature gradient of the superconducting coil 1 becomes small, the stability of the superconducting magnet can be improved.
【0063】なお、可撓体36と超電導コイル1はそれ
ぞれ2箇所に限るものではなく、実施例6に示したよう
にそれぞれの超電導コイル1に複数の可撓体36が接続
するように構成してもよい。2カ所以上の複数箇所で構
成すれば、その効果はさらに大きいものとなる。また、
超電導コイル1の個数も2個に限るものではない。The flexible body 36 and the superconducting coil 1 are not limited to two locations, respectively. As shown in the sixth embodiment, a plurality of flexible bodies 36 are connected to each superconducting coil 1. May be. The effect will be even greater if it is composed of two or more locations. Also,
The number of superconducting coils 1 is not limited to two.
【0064】実施例8.図8は、この発明の実施例8に
係る超電導マグネットを示す断面図である。図におい
て、37は2段GM冷凍機6の低温側ステージ8と伝導
部材35を熱的に接続する冷凍機側可撓体、38は真空
槽5aと真空槽5bとを気密に接続するフランジ、3
a,3b,3cは電流リードであり、3aは例えば Y−
Ba−Cu−O ,Bi−Sr−Ca−Cu−O ,Tl−Ba−Ca−Cu−O
,La−Ba−Cu−O 等の高温超電導体で構成された低温
側の電流リード、3bは例えば銅パイプで構成された高
温側の電流リード、3cは比較的磁場に強い金属系の超
電導線で例えばNbTi,Nb3Sn 等から構成された接続部の
電流リードで、超電導コイル1に接続している。31は
サファイア,ダイヤモンド,マイラーフィルム,カプト
ンフィルム等で構成された中間温度部で、高温側の電流
リード3bと第2輻射シールド4bと熱的に接続すると
共に電気絶縁をする。この中間温度部31は高温側の電
流リード3bから超電導コイル1への熱侵入を低減する
ために設けたものである。冷凍機側可撓体37は例えば
銅などの良熱伝導性材料であり、編組線やバネなどの構
造をしている。Example 8. 8 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 8 of the present invention. In the figure, 37 is a refrigerator side flexible body that thermally connects the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 and the conductive member 35, 38 is a flange that airtightly connects the vacuum tank 5a and the vacuum tank 5b, Three
a, 3b, 3c are current leads, and 3a is, for example, Y-
Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O
, La-Ba-Cu-O, etc., a low-temperature side current lead composed of a high-temperature superconductor, 3b is a high-temperature side current lead composed of, for example, a copper pipe, 3c is a metal-based superconducting wire relatively resistant to a magnetic field. Then, it is connected to the superconducting coil 1 by a current lead of a connecting portion made of, for example, NbTi, Nb 3 Sn or the like. Reference numeral 31 is an intermediate temperature part composed of sapphire, diamond, mylar film, Kapton film, etc., which is electrically connected to the current lead 3b on the high temperature side and the second radiation shield 4b and electrically insulated. The intermediate temperature section 31 is provided to reduce heat intrusion from the high temperature side current lead 3b into the superconducting coil 1. The refrigerator-side flexible body 37 is made of a material having a good thermal conductivity such as copper, and has a structure such as a braided wire or a spring.
【0065】このように構成された超電導マグネットに
おいて、2段GM冷凍機6の低温側ステージ8と伝導部
材35とは可撓体37で接続されているので、初期冷却
時、超電導コイル1,2段GM冷凍機6,支持部材2
3,及び伝導部材35の熱膨張率の違いから生じる熱応
力を緩和することができる。また、2段GM冷凍機6の
冷凍能力を伝導部材35によって熱伝導で超電導コイル
1に伝えることにより、2段GM冷凍機6を超電導コイ
ル1の磁場の影響が少ない場所に配設することができ
る。このため、2段GM冷凍機6の駆動モータ62が磁
場の影響をうけるのを防止できると共に、2段GM冷凍
機6の2段目蓄冷器59に過度な電磁力がかかるのを防
止でき、冷凍能力が劣化したり信頼性が低下するという
事態を避けることできる。In the superconducting magnet configured as described above, since the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6 and the conductive member 35 are connected by the flexible body 37, the superconducting coils 1 and 2 are initially cooled. Stage GM refrigerator 6, support member 2
It is possible to relieve the thermal stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion of the conductive member 35. Further, by transmitting the refrigerating capacity of the two-stage GM refrigerator 6 to the superconducting coil 1 by heat conduction by the conductive member 35, the two-stage GM refrigerator 6 can be arranged in a place where the magnetic field of the superconducting coil 1 is less affected. it can. Therefore, it is possible to prevent the drive motor 62 of the two-stage GM refrigerator 6 from being affected by the magnetic field, and prevent an excessive electromagnetic force from being applied to the second-stage regenerator 59 of the two-stage GM refrigerator 6. It is possible to avoid a situation where the refrigerating capacity is deteriorated or the reliability is lowered.
【0066】また、この実施例では低温側の電流リード
3aに高温超電導体を使用しており、高温超電導体は磁
場の影響が小さい方がより電流が流れるという特性があ
る。このため、冷凍機ユニット102に配置し、これを
電流リード3b,3cを介して超電導コイル1と電気的
に接続している。このように構成すれば、低温側の電流
リード3aを超電導コイル1から離れたところに配設し
ておくことができ、性能が向上する。また、真空槽5a
と真空槽5bはフランジ38で気密に接続されているの
で、超電導コイルユニット101と冷凍機ユニット10
2は容易に分離可能である。このため、メンテナンス時
間を短縮でき、メンテナンス自体も簡単化することがで
きる。Further, in this embodiment, the high temperature superconductor is used for the current lead 3a on the low temperature side, and the high temperature superconductor has a characteristic that the smaller the influence of the magnetic field, the more the current flows. For this reason, it is arranged in the refrigerator unit 102 and is electrically connected to the superconducting coil 1 via the current leads 3b and 3c. According to this structure, the current lead 3a on the low temperature side can be arranged at a position apart from the superconducting coil 1, and the performance is improved. Also, the vacuum chamber 5a
Since the vacuum chamber 5b and the vacuum chamber 5b are hermetically connected by the flange 38, the superconducting coil unit 101 and the refrigerator unit 10 are
2 can be easily separated. Therefore, the maintenance time can be shortened and the maintenance itself can be simplified.
【0067】実施例9.図9は、この発明の実施例9に
係るクライストロン用超電導マグネットを示す断面図で
ある。図において、30は第1真空槽5aを包囲するよ
うに配設した磁気シールドである。2段GM冷凍機6は
磁気シールド30に対して超電導コイル1と反対側に配
設されているため、超電導コイル1の磁場は2段型GM
冷凍機6にほとんど影響を与えない。従って超電導コイ
ル1で強磁場を発生しても2段GM冷凍機6の冷凍能
力、信頼性に影響を及ぼすことはない。また、低温側の
電流リード3aに高温超電導体を使用しており、高温超
電導体は磁場の影響が小さい方がより電流が流れるとい
う特性がある。このためこの実施例では、低温側の電流
リード3aを磁気シールド30に対して超電導コイル1
と反対側に配設し、電流リードの中温部と第2輻射シー
ルド4bと熱的に接続している。このように構成するこ
とにより、性能が向上する。この実施例における超電導
マグネットにおいて、真空槽4aの中空の部分を電子が
運動する。この中空の部分には超電導コイル1が発生し
た磁場が存在するため電子の運動が規制される。Example 9. FIG. 9 is a sectional view showing a klystron superconducting magnet according to Embodiment 9 of the present invention. In the figure, 30 is a magnetic shield arranged so as to surround the first vacuum chamber 5a. Since the two-stage GM refrigerator 6 is arranged on the side opposite to the superconducting coil 1 with respect to the magnetic shield 30, the magnetic field of the superconducting coil 1 is a two-stage GM.
It hardly affects the refrigerator 6. Therefore, even if the superconducting coil 1 generates a strong magnetic field, the refrigerating capacity and reliability of the two-stage GM refrigerator 6 are not affected. Further, a high temperature superconductor is used for the current lead 3a on the low temperature side, and the high temperature superconductor has a characteristic that a current flows more when the influence of the magnetic field is smaller. Therefore, in this embodiment, the low temperature side current lead 3a is connected to the magnetic shield 30 by the superconducting coil 1.
It is disposed on the opposite side to and is thermally connected to the middle temperature portion of the current lead and the second radiation shield 4b. With this configuration, the performance is improved. In the superconducting magnet of this embodiment, electrons move in the hollow portion of the vacuum chamber 4a. Since the magnetic field generated by the superconducting coil 1 exists in this hollow portion, the movement of electrons is restricted.
【0068】実施例10.図10は、この発明の実施例
10に係る超電導マグネットを示す断面図である。この
実施例は、実施例9と同様の構成であるが、異なるとこ
ろは超電導コイル1の設置方向を磁場の向きが水平方向
になるようにしている点である。伝導部材35を超電導
コイル1の端面に接続し、第1輻射シールド4aと真空
槽5aを端面からのばし、第2輻射シールド4bと第2
真空槽5bとそれぞれ接続するように構成した。Example 10. 10 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 10 of the present invention. This embodiment has the same configuration as that of the ninth embodiment, except that the installation direction of the superconducting coil 1 is such that the direction of the magnetic field is horizontal. The conductive member 35 is connected to the end surface of the superconducting coil 1, the first radiation shield 4a and the vacuum chamber 5a are extended from the end surface, and the second radiation shield 4b and the second radiation shield 4b.
It was configured to be connected to each of the vacuum chambers 5b.
【0069】このような構成により、水平方向に磁場を
発生できる超電導マグネットが得られ、実施例9と同
様、性能、信頼性にすぐれ、メンテナンスを簡単にでき
る効果がある。With such a structure, a superconducting magnet capable of generating a magnetic field in the horizontal direction can be obtained, and as in the ninth embodiment, it has excellent effects in terms of performance and reliability and simplifies maintenance.
【0070】実施例11.図11は、この発明の実施例
11に係る超電導マグネットを示す断面図である。実施
例10と異なるところは、超電導コイル1の設置方向を
磁場の向きが別の水平方向になるようにしたことであ
る。即ち、超電導コイル1,第1輻射シールド4a,真
空槽5aは、それぞれ円筒形状で構成しており、伝導部
材35を超電導コイル1の円筒部に接続し、第1輻射シ
ールド4aと真空槽5aは、円周の一部からのばし、第
2輻射シールド4bと第2真空槽5bとそれぞれ接続す
るように構成した。Example 11. 11 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 11 of the present invention. The difference from Example 10 is that the installation direction of the superconducting coil 1 is such that the direction of the magnetic field is another horizontal direction. That is, the superconducting coil 1, the first radiation shield 4a, and the vacuum chamber 5a are each formed in a cylindrical shape. The conductive member 35 is connected to the cylindrical portion of the superconducting coil 1, and the first radiation shield 4a and the vacuum chamber 5a are connected to each other. The second radiation shield 4b and the second vacuum chamber 5b are connected to each other by extending from a part of the circumference.
【0071】このように超電導コイル1を設置すること
により、実施例10と同様、水平方向に磁場を発生でき
る超電導マグネットが得られ、性能、信頼性にすぐれ、
メンテナンスを簡単にできる効果がある。さらに、磁気
シールド30の端面に障害物がなくなり超電導マグネッ
トを利用しやすくなる。By installing the superconducting coil 1 in this way, a superconducting magnet capable of generating a magnetic field in the horizontal direction can be obtained, which is excellent in performance and reliability, as in the tenth embodiment.
This has the effect of simplifying maintenance. Furthermore, there is no obstacle on the end surface of the magnetic shield 30, and it becomes easy to use the superconducting magnet.
【0072】実施例12.図12は、この発明の実施例
12に係る超電導マグネットを示す断面図である。40
は熱交換器で、例えば、ステンレスのパイプでできた初
期冷却管であり、冷凍機ユニット102の真空槽5bか
ら導入され、伝導部材35に熱的に接触するように配設
され、その先端はU字状に形成されている。図13は伝
導部材35と初期冷却管40を拡大して示すもので、図
13(a)は上面図、図13(b)は側面図である。初
期冷却管40と伝導部材35との接続は、例えば半田付
け,ロー付け,接着剤による接着等によって熱的に接続
される。Example 12 12 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 12 of the present invention. 40
Is a heat exchanger, for example, an initial cooling pipe made of a stainless steel pipe, which is introduced from the vacuum chamber 5b of the refrigerator unit 102 and arranged so as to be in thermal contact with the conductive member 35, and its tip is It is formed in a U shape. 13 is an enlarged view of the conductive member 35 and the initial cooling pipe 40. FIG. 13 (a) is a top view and FIG. 13 (b) is a side view. The initial cooling pipe 40 and the conductive member 35 are thermally connected to each other by, for example, soldering, brazing, or bonding with an adhesive.
【0073】このように構成された超電導マグネットに
おいて、真空槽5bの外から初期冷却管40内に極低温
冷媒として例えば液体窒素を導入する。導入した液体窒
素により、初期冷却管40と熱的に接続した伝導部材3
5を冷却する。伝導部材35を冷却した液体窒素は伝導
部材35の超電導コイル1側の先端で折り返し、真空槽
5bの外部に排気される。液体窒素で冷却した伝導部材
35を超電導コイル1と可撓体36を介して熱的に接続
しているので、伝導部材35の寒冷が超電導コイル1に
伝導し、超電導コイル1が冷却される。In the superconducting magnet thus constructed, for example, liquid nitrogen is introduced as a cryogenic refrigerant into the initial cooling pipe 40 from outside the vacuum chamber 5b. The conductive member 3 thermally connected to the initial cooling pipe 40 by the introduced liquid nitrogen.
Cool 5 The liquid nitrogen that has cooled the conductive member 35 is folded back at the tip of the conductive member 35 on the side of the superconducting coil 1 and exhausted to the outside of the vacuum chamber 5b. Since the conductive member 35 cooled with liquid nitrogen is thermally connected to the superconducting coil 1 via the flexible body 36, the cold of the conductive member 35 is conducted to the superconducting coil 1 and the superconducting coil 1 is cooled.
【0074】初期冷却時、2段GM冷凍機6のみによる
超電導コイル1の冷却は超電導コイル1の熱容量の大き
さから時間がかかりすぎる。これに対し、この実施例で
は超電導コイル1を初期冷却管40で冷却するので、2
段GM冷凍機6のみで超電導コイル1を冷却するより、
初期冷却時間は格段に短縮される。なお、極低温冷媒と
して液体窒素を使用したが他の極低温冷媒、例えば液体
ヘリウムでも適用可能である。At the time of initial cooling, cooling the superconducting coil 1 only by the two-stage GM refrigerator 6 takes too much time because of the large heat capacity of the superconducting coil 1. On the other hand, in this embodiment, since the superconducting coil 1 is cooled by the initial cooling pipe 40, 2
Rather than cooling the superconducting coil 1 only with the stage GM refrigerator 6,
The initial cooling time is significantly reduced. Although liquid nitrogen was used as the cryogenic refrigerant, other cryogenic refrigerants such as liquid helium are also applicable.
【0075】実施例13.図14は、この発明の実施例
13に係る超電導コイルの近傍を示す断面図である。図
において、41は真空槽5を介して超電導コイル1と磁
気シールド30の相対位置を調整しうる調整機構で、例
えば超電導コイル1の周囲に8個設けた調節ネジであ
る。超電導コイル1は支持部材23により真空槽5に固
定されている。Example 13 14 is a sectional view showing the vicinity of a superconducting coil according to Embodiment 13 of the present invention. In the figure, reference numeral 41 denotes an adjusting mechanism capable of adjusting the relative positions of the superconducting coil 1 and the magnetic shield 30 via the vacuum chamber 5, for example, eight adjusting screws provided around the superconducting coil 1. The superconducting coil 1 is fixed to the vacuum chamber 5 by a supporting member 23.
【0076】このように構成された超電導マグネットに
おいては、磁気シールド30と超電導コイル1の相対位
置を調整するとき、周囲の調整ネジ41を緩めたり締め
付けたりする。真空槽5はそれに伴って移動する。真空
槽5を移動させれば、真空槽5に固定された超電導コイ
ル1も移動する。真空槽5と磁気シールド30の距離を
測定する治具(図示せず)を配設しておけば、調整ネジ
41を回したときの磁気シールド30と真空槽5の相対
距離がわかり、それから磁気シールド30と超電導コイ
ル1の相対位置が調整できる。In the superconducting magnet configured as described above, when adjusting the relative positions of the magnetic shield 30 and the superconducting coil 1, the adjusting screw 41 around the screw is loosened or tightened. The vacuum chamber 5 moves accordingly. When the vacuum chamber 5 is moved, the superconducting coil 1 fixed in the vacuum chamber 5 also moves. If a jig (not shown) for measuring the distance between the vacuum chamber 5 and the magnetic shield 30 is provided, the relative distance between the magnetic shield 30 and the vacuum chamber 5 when the adjusting screw 41 is turned can be known, and then the magnetic field can be obtained. The relative position between the shield 30 and the superconducting coil 1 can be adjusted.
【0077】このように、真空槽5の真空を破ることな
く超電導コイル1と磁気シールド30の相対位置を調整
できるので、磁界分布の調整が容易になった。As described above, since the relative positions of the superconducting coil 1 and the magnetic shield 30 can be adjusted without breaking the vacuum of the vacuum chamber 5, the magnetic field distribution can be easily adjusted.
【0078】実施例14.図15は、この発明の実施例
14に係る超電導コイルの近傍を示す断面図である。調
整ネジ41は、真空槽5と輻射シールド4を介して超電
導コイル1と磁気シールド30の相対位置を調整しうる
調整機構で、実施例13と同様、超電導コイル1の周囲
に8個設けている。Example 14. FIG. 15 is a sectional view showing the vicinity of the superconducting coil according to Embodiment 14 of the present invention. The adjusting screws 41 are adjusting mechanisms capable of adjusting the relative positions of the superconducting coil 1 and the magnetic shield 30 via the vacuum chamber 5 and the radiation shield 4, and, like the thirteenth embodiment, eight adjusting screws 41 are provided around the superconducting coil 1. .
【0079】このように構成された超電導マグネットに
おいて、磁気シールド30と超電導コイル1の相対位置
を調整するとき、調整ネジ41を緩めたり締め付けたり
する。真空槽5はそれに伴って移動する。真空槽5が移
動すれば真空槽5に固定された輻射シールド4はそれに
伴って移動し、輻射シールド4が移動すれば輻射シール
ド4に固定された超電導コイル1も移動する。真空槽5
と磁気シールド30の距離を測定する治具(図示せず)
を配設しておけば、調整ネジ41を回したとき、磁気シ
ールド30と真空槽5の相対距離がわかり、それから磁
気シールド30と超電導コイル1の相対位置を調整する
ことができる。In the superconducting magnet configured as described above, when adjusting the relative position between the magnetic shield 30 and the superconducting coil 1, the adjusting screw 41 is loosened or tightened. The vacuum chamber 5 moves accordingly. When the vacuum chamber 5 moves, the radiation shield 4 fixed to the vacuum chamber 5 moves accordingly, and when the radiation shield 4 moves, the superconducting coil 1 fixed to the radiation shield 4 also moves. Vacuum tank 5
A jig (not shown) for measuring the distance between the magnetic shield 30 and the magnetic shield 30.
If the adjusting screw 41 is turned, the relative distance between the magnetic shield 30 and the vacuum chamber 5 can be known, and then the relative position between the magnetic shield 30 and the superconducting coil 1 can be adjusted.
【0080】以上のように、真空槽5の真空を破ること
なく超電導コイル1と磁気シールド30の相対位置を調
整できるので、磁界分布の調整が容易になった。また、
輻射シールド4を固定する支持部材を、超電導コイル1
を固定する支持部材23で兼ねることができ、全体とし
て支持部材の個数を減らすことができ、実施例13に比
べ、構成が簡単にできる。As described above, since the relative positions of the superconducting coil 1 and the magnetic shield 30 can be adjusted without breaking the vacuum of the vacuum chamber 5, the magnetic field distribution can be easily adjusted. Also,
The support member for fixing the radiation shield 4 is used as the superconducting coil 1
The supporting member 23 for fixing can also serve as the fixing member, the number of supporting members can be reduced as a whole, and the structure can be simplified as compared with the thirteenth embodiment.
【0081】なお、実施例13,14では調整機構とし
て調整ネジを用いているが、これに限るものではない。
例えば、圧力調整機構を用い、加圧,減圧することによ
り磁気シールド30と超電導コイル1との距離を調整す
るものでもよい。Although the adjusting screw is used as the adjusting mechanism in the thirteenth and fourteenth embodiments, the present invention is not limited to this.
For example, a pressure adjusting mechanism may be used to adjust the distance between the magnetic shield 30 and the superconducting coil 1 by pressurizing and depressurizing.
【0082】実施例15.図16は、この発明の実施例
15に係る超電導マグネットを示す断面図である。図に
おいて、42は2段GM冷凍機6の低温側ステージと高
温側ステージ間で熱輸送を行う熱輸送パイプで、例えば
熱対流を利用した熱対流パイプである。図17(a)及
び(b)は熱対流パイプ42を示す断面図及び上面図で
ある。図において、61は熱対流パイプ42のフランジ
で、熱伝導率の大きい材料、例えば銅で構成し、一方の
端面は伝熱面積を増加するために溝加工を施している。
62は熱伝導率の小さい材料、例えばステンレスで加工
されたパイプである。また、図16で、44は極低温冷
媒充填用のバルブ、45は極低温冷媒として例えばヘリ
ウムガスを保存するヘリウムボンベ、46は真空引き用
のバルブ、47は真空ポンプである。バルブ44とボン
ベ45とで極低温冷媒を熱対流パイプ42に充填する充
填手段を構成し、バルブ46と真空ポンプ47とで熱対
流パイプ42の極低温冷媒を減圧する減圧手段を構成し
ている。Example 15 16 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 15 of the present invention. In the figure, 42 is a heat transport pipe for transporting heat between the low temperature side stage and the high temperature side stage of the two-stage GM refrigerator 6, for example, a heat convection pipe using heat convection. 17A and 17B are a cross-sectional view and a top view showing the heat convection pipe 42. In the figure, reference numeral 61 denotes a flange of the heat convection pipe 42, which is made of a material having a high thermal conductivity, for example, copper, and one end face is grooved to increase the heat transfer area.
Reference numeral 62 is a pipe made of a material having a low thermal conductivity, for example, stainless steel. Further, in FIG. 16, reference numeral 44 is a valve for charging a cryogenic refrigerant, 45 is a helium cylinder for storing, for example, helium gas as a cryogenic refrigerant, 46 is a valve for vacuuming, and 47 is a vacuum pump. The valve 44 and the cylinder 45 constitute a filling means for filling the heat convection pipe 42 with the cryogenic refrigerant, and the valve 46 and the vacuum pump 47 constitute a pressure reducing means for reducing the pressure of the cryogenic refrigerant in the heat convection pipe 42. .
【0083】この実施例では、熱対流パイプ42の上下
のフランジ61を2段GM冷凍機6の高温側ステージ9
と低温側ステージ8に熱的に接続する。初期冷却時には
ヘリウム充填用のバルブ44を開き、キャピラリー管4
3を介して熱対流パイプ42にヘリウムガスを充填す
る。2段GM冷凍機6の高温側ステージ9の温度が低温
側ステージ8の温度より低い場合、高温側ステージ9の
近傍に存在するヘリウムガスの密度は低温側ステージ8
の近傍に存在するヘリウムガスの密度より大きくなる。
従って、熱対流パイプ42内のヘリウムガスに対流が生
じる。対流による熱輸送は熱伝導による熱輸送より大き
く、高温側ステージ9の寒冷が低温側ステージ8に輸送
されることになる。In this embodiment, the upper and lower flanges 61 of the heat convection pipe 42 are connected to the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6.
And the low temperature side stage 8 are thermally connected. At the time of initial cooling, the valve 44 for filling helium is opened, and the capillary tube 4 is
The thermal convection pipe 42 is filled with helium gas via the No. 3. When the temperature of the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6 is lower than the temperature of the low temperature side stage 8, the density of the helium gas existing near the high temperature side stage 9 is low.
It becomes larger than the density of helium gas existing in the vicinity of.
Therefore, convection occurs in the helium gas in the heat convection pipe 42. The heat transport by convection is larger than the heat transport by heat conduction, and the cold of the high temperature side stage 9 is transported to the low temperature side stage 8.
【0084】熱対流パイプ42内の対流は2段GM冷凍
機6の高温側ステージ9の温度が低温側ステージ8の温
度より低い間続き、温度が逆転すると対流は生じにくく
なる。低温側ステージ8の温度が高温側ステージ9の温
度より低くなった時点で、真空引き用のバルブ46を開
き、真空ポンプ47で熱対流パイプ42内のヘリウムガ
スを真空引きする。熱対流パイプ42内にヘリウムガス
がなくなると、もはや対流は生じない。この際、熱対流
パイプ62の熱伝導率は小さいので、高温側ステージ9
から低温側ステージ8への熱伝導は無視でき、低温側ス
テージ8及び超電導コイル1の到達温度は熱対流パイプ
42を配設していないときとほとんど変わらない。The convection in the heat convection pipe 42 continues while the temperature of the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6 is lower than the temperature of the low temperature side stage 8, and when the temperature is reversed, the convection hardly occurs. When the temperature of the low temperature side stage 8 becomes lower than the temperature of the high temperature side stage 9, the vacuum evacuation valve 46 is opened and the helium gas in the heat convection pipe 42 is evacuated by the vacuum pump 47. When there is no helium gas in the heat convection pipe 42, convection no longer occurs. At this time, since the thermal conductivity of the heat convection pipe 62 is small, the high temperature side stage 9
To the low temperature side stage 8 can be ignored, and the temperatures reached by the low temperature side stage 8 and the superconducting coil 1 are almost the same as when the heat convection pipe 42 is not provided.
【0085】通常、超電導コイル1の方が輻射シールド
4より熱容量が大きく、また2段GM冷凍機6において
は低温側ステージ8より高温側ステージ9の方が冷凍能
力が大きい。この実施例では、熱対流パイプ42のフラ
ンジ61を2段GM冷凍機の高温側ステージ9と低温側
ステージ8に熱的に接続して、2段GM冷凍機6の高温
側ステージ9の冷凍能力を超電導コイル1の初期冷却に
利用しているので、超電導コイル1の初期冷却時間を短
縮できる。なお、この実施例では極低温冷媒としてヘリ
ウムガスを使用したが、他の極低温冷媒、例えば窒素,
アルゴン,ネオン,水素,空気,酸素等でも適用でき
る。Usually, the superconducting coil 1 has a larger heat capacity than the radiation shield 4, and in the two-stage GM refrigerator 6, the high temperature side stage 9 has a higher refrigerating capacity than the low temperature side stage 8. In this embodiment, the flange 61 of the heat convection pipe 42 is thermally connected to the high temperature side stage 9 and the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator so that the refrigerating capacity of the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6 is high. Is used for the initial cooling of the superconducting coil 1, the initial cooling time of the superconducting coil 1 can be shortened. Although helium gas was used as the cryogenic refrigerant in this example, other cryogenic refrigerants such as nitrogen,
Applicable to argon, neon, hydrogen, air, oxygen, etc.
【0086】実施例16.図18は、この発明の実施例
16に係る超電導マグネットを示す断面図である。図に
おいて、48は熱輸送パイプで、例えば断面形状がドー
ナツ状の熱対流パイプである。熱対流パイプ48のさら
に詳しい構成を図19に示す。図19(a)及び(b)
は熱対流パイプ48を示す断面図及び上面図である。図
において、63は熱対流パイプのフランジで断面形状が
ドーナツ状であり、熱伝導率の大きい材料、例えば銅で
構成し、一方の端面は伝熱面積を増加するために溝加工
を施している。64は熱伝導率の小さい材料、例えばス
テンレスで加工されたパイプで、2本のパイプを同心円
上に配設している。Example 16 18 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 16 of the present invention. In the figure, 48 is a heat transport pipe, for example, a heat convection pipe having a donut-shaped cross section. A more detailed structure of the heat convection pipe 48 is shown in FIG. 19 (a) and (b)
FIG. 4A is a cross-sectional view and a top view showing the heat convection pipe 48. In the figure, 63 is a flange of a heat convection pipe, which has a doughnut-shaped cross section, and is made of a material having a large thermal conductivity, for example, copper, and one end face is grooved to increase the heat transfer area. . Reference numeral 64 denotes a pipe made of a material having a small thermal conductivity, for example, stainless steel, and two pipes are arranged concentrically.
【0087】この実施例によれば、2段GM冷凍機6の
高温側ステージ9と低温側ステージ8間のシリンダを包
囲するように熱対流パイプ48を配設している。このた
め、実施例15と同様、高温側ステージ9と低温側ステ
ージ8間で熱輸送することにより、初期冷却時間を短縮
することができる。また、シリンダを包囲しているので
2段GM冷凍機6の高温側ステージ9と熱対流パイプ4
8、及び低温側ステージ8と熱対流パイプ48の伝熱面
積を大きくとれる。従って、初期冷却時に超電導コイル
1に温度勾配がつきにくいので、熱応力による超電導コ
イル1の性能低下を防ぐことができる。また、この実施
例では、熱対流パイプ48は支持部材としての効果も期
待でき、支持部材の本数を減らすこともできる。According to this embodiment, the heat convection pipe 48 is arranged so as to surround the cylinder between the high temperature side stage 9 and the low temperature side stage 8 of the two-stage GM refrigerator 6. Therefore, similarly to the fifteenth embodiment, the initial cooling time can be shortened by transferring heat between the high temperature side stage 9 and the low temperature side stage 8. Further, since the cylinder is surrounded, the high temperature side stage 9 of the two-stage GM refrigerator 6 and the heat convection pipe 4
8 and the heat transfer area of the low temperature side stage 8 and the heat convection pipe 48 can be made large. Therefore, since a temperature gradient is unlikely to be applied to the superconducting coil 1 during the initial cooling, it is possible to prevent the performance of the superconducting coil 1 from being degraded due to thermal stress. Further, in this embodiment, the heat convection pipe 48 can be expected to have an effect as a supporting member, and the number of supporting members can be reduced.
【0088】実施例17.図20は、この発明の実施例
17に係る超電導マグネットを示す断面図である。この
実施例では実施例15の構成に加え、熱対流パイプ42
を複数個、例えば2本設け、超電導コイル1に対して対
称位置に配設している。これにより、2段GM冷凍機6
の高温側ステージ9から低温側ステージ8への熱輸送は
2倍になり、超電導コイル1の低温側ステージ8による
初期冷却時間を更に短縮することができる。また、熱対
流パイプ42を超電導コイル1に対して対称位置に設置
したことにより、初期冷却時の超電導コイル1の温度勾
配を緩和することができ、熱応力による超電導コイル1
の性能低下を防ぐことができる。なお、この実施例では
熱対流パイプ42の本数を2本としたが、これに限るも
のではなく、2本以上でも同様に適用できる。Example 17 20 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 17 of the present invention. In this embodiment, in addition to the structure of the fifteenth embodiment, the heat convection pipe 42
A plurality of, for example, two, are provided and are arranged at symmetrical positions with respect to the superconducting coil 1. As a result, the two-stage GM refrigerator 6
The heat transport from the high temperature side stage 9 to the low temperature side stage 8 is doubled, and the initial cooling time of the superconducting coil 1 by the low temperature side stage 8 can be further shortened. Further, by disposing the heat convection pipe 42 in a symmetrical position with respect to the superconducting coil 1, the temperature gradient of the superconducting coil 1 at the time of initial cooling can be relaxed, and the superconducting coil 1 due to thermal stress can be relaxed.
It is possible to prevent the performance degradation of. Although the number of the heat convection pipes 42 is two in this embodiment, the number is not limited to this, and two or more heat convection pipes can be similarly applied.
【0089】また、実施例15〜17では、熱輸送パイ
プとして、低温側ステージ8と高温側ステージ9間で対
流による熱輸送を行うものについて述べたが、他の方
法、例えば潜熱を利用したものを用いても実現できる。Further, in the fifteenth to seventeenth embodiments, as the heat transport pipe, the heat transport by the convection between the low temperature side stage 8 and the high temperature side stage 9 is described, but another method, for example, the one utilizing latent heat. Can also be realized by using.
【0090】実施例18.図21は、この発明の実施例
18に係る超電導マグネットを示す断面図である。この
実施例は実施例9の構成に加え、磁気シールド30の開
口部を対称位置に設けている。これにより、実施例9の
効果に加え、磁気シールド30の存在によって超電導コ
イル1に生じる電磁力が対称になり、支持部材23の負
荷を減らすことができ、また精度の高い磁場分布が得ら
れる。Example 18. 21 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 18 of the present invention. In this embodiment, in addition to the structure of the ninth embodiment, the openings of the magnetic shield 30 are provided at symmetrical positions. As a result, in addition to the effect of the ninth embodiment, the electromagnetic force generated in the superconducting coil 1 becomes symmetrical due to the presence of the magnetic shield 30, the load on the support member 23 can be reduced, and a highly accurate magnetic field distribution can be obtained.
【0091】なお、上記実施例において、蓄冷型冷凍機
として2段GM冷凍機を用いたが、単段GM冷凍機や3
段GM冷凍機でも適用できる。また、蓄冷型冷凍機とし
てギフォード・マクマホンサイクル(GM)冷凍機を用
いるものとしているが、ここでいうギフォード・マクマ
ホンサイクル冷凍機とはギフォードマクマホンサイクル
で動作する蓄冷型冷凍機に加えて、ギフォード・マクマ
ホン冷凍機と類似の改良ソルベイサイクルで動作する蓄
冷型冷凍機も含むものである。さらに、蓄冷型冷凍機と
してギフォード・マクマホンサイクル冷凍機に限定され
るものではなく、例えばスターリング冷凍機、パルスチ
ューブ冷凍機、ビルマイヤー冷凍機でも適用できる。ま
た、蓄冷型冷凍機の磁性蓄冷材として、Ho−Er−Ruの組
成を有する材料を使用したが、他の磁性蓄冷材、例えば
Er−Ni,Gd−Rh,Gd−Er−Rh,Er−Ni−Co,Ey−Yb−Ni
等の組成を有する磁性蓄冷材でも適用できる。Although the two-stage GM refrigerator is used as the regenerator in the above embodiment, a single-stage GM refrigerator or a three-stage GM refrigerator is used.
It can also be applied to a multi-stage GM refrigerator. Also, the Gifford McMahon Cycle (GM) refrigerator is used as the cold storage refrigerator, but the Gifford McMahon cycle refrigerator here means a Gifford McMahon cycle It also includes a cold storage refrigerator that operates in an improved Solvay cycle similar to the McMahon refrigerator. Furthermore, the cold storage refrigerator is not limited to the Gifford-McMahon cycle refrigerator, and can be applied to, for example, a Stirling refrigerator, a pulse tube refrigerator, and a Billmeier refrigerator. Further, as the magnetic cold storage material of the cold storage type refrigerator, a material having a composition of Ho-Er-Ru was used, but another magnetic cold storage material, for example,
Er-Ni, Gd-Rh, Gd-Er-Rh, Er-Ni-Co, Ey-Yb-Ni
A magnetic regenerator material having a composition such as is also applicable.
【0092】[0092]
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、超電導コイル、超電導コイルを包囲する輻射シール
ド、輻射シールドを包囲する真空槽、及び磁性蓄冷材を
有する蓄冷型冷凍機を備える超電導マグネットにおい
て、超電導コイルが発生する磁場を遮蔽する磁気シール
ドを備え、蓄冷型冷凍機を磁気シールドに対して超電導
コイルと反対側に配設したことにより、超電導コイルが
強磁場を発生しても、蓄冷型冷凍機が磁場の影響をうけ
ることなく、冷凍能力の劣化を防止でき、長期的に安定
して蓄冷型冷凍機を作動することができる超電導マグネ
ットが得られる効果がある。As described above, according to the invention of claim 1, the superconducting coil, the radiation shield surrounding the superconducting coil, the vacuum chamber surrounding the radiation shield, and the regenerator having a magnetic regenerator are provided. In the superconducting magnet, a magnetic shield that shields the magnetic field generated by the superconducting coil is provided, and the cold storage refrigerator is arranged on the opposite side of the magnetic shield from the superconducting coil, so that even if the superconducting coil generates a strong magnetic field. There is an effect that a superconducting magnet can be obtained that can prevent deterioration of the refrigerating capacity and can operate the cold storage type refrigerator stably in the long term without being affected by the magnetic field of the cold storage type refrigerator.
【0093】また、請求項2の発明によれば、請求項1
の発明に加え、蓄冷型冷凍機は、低温側ステージと高温
側ステージを有し、超電導コイルを低温側ステージ,輻
射シールドを高温側ステージで冷却するものであり、超
電導コイルと低温側ステージを熱的に接続する伝導部材
を備えたことにより、超電導コイルが強磁場を発生して
も、蓄冷型冷凍機が磁場の影響をうけることなく、冷凍
能力が劣化を防止でき、長期的に安定して蓄冷型冷凍機
を作動することができる超電導マグネットが得られる効
果がある。According to the invention of claim 2, claim 1
In addition to the invention, the regenerator has a low temperature side stage and a high temperature side stage, and cools the superconducting coil at the low temperature side stage and the radiation shield at the high temperature side stage. Even if the superconducting coil generates a strong magnetic field, the cold storage refrigerator is not affected by the magnetic field, and the refrigerating capacity can be prevented from deteriorating and stable over the long term. There is an effect that a superconducting magnet capable of operating the cold storage refrigerator is obtained.
【0094】また、請求項3の発明によれば、超電導コ
イル、超電導コイルを包囲する第1輻射シールド、及び
第1輻射シールドを包囲する第1真空槽で構成する超電
導コイルユニット、第2輻射シールド、超電導コイルを
低温側ステージ,輻射シールドを高温側ステージで冷却
する蓄冷型冷凍機、及び第2輻射シールドを包囲する第
2真空槽で構成する冷凍機ユニット、並びに超電導コイ
ルと低温側ステージを熱的に接続する伝導部材を備え、
超電導コイルユニットと冷凍機ユニットを分離可能と
し、第1及び第2輻射シールドを熱的に接続し、第1真
空槽及び第2真空槽を気密に接続したことにより、メン
テンスを容易にでき、超電導コイルの磁場が蓄冷型冷凍
機に及ぼす影響を低減することができ、長期的に安定し
て蓄冷型冷凍機を作動することができる超電導マグネッ
トが得られる効果がある。According to the third aspect of the present invention, the superconducting coil unit, the second radiation shield, which comprises the superconducting coil, the first radiation shield surrounding the superconducting coil, and the first vacuum chamber surrounding the first radiation shield. , A superconducting coil having a low-temperature side stage, a regenerative refrigerator that cools a radiation shield with a high-temperature side stage, and a refrigerator unit composed of a second vacuum tank surrounding a second radiation shield, and a superconducting coil and a low-temperature stage with heat. Equipped with a conductive member for electrically connecting,
The superconducting coil unit and the refrigerator unit can be separated, the first and second radiation shields are thermally connected, and the first vacuum tank and the second vacuum tank are airtightly connected, so that maintenance can be facilitated and superconductivity can be improved. It is possible to reduce the influence of the magnetic field of the coil on the regenerator and to obtain a superconducting magnet that can stably operate the regenerator in the long term.
【0095】また、請求項4の発明によれば、請求項3
の発明に加え、超電導コイルに電流を供給する電流リー
ドを高温側,低温側,及び接続部で構成し、高温側と低
温側電流リードを冷凍機ユニットに配設し、その中温部
を第2輻射シールドと熱的に接続したことにより、電流
リードを超電導コイルから離して配設することが可能と
なり、超電導コイルが磁場を発生しても、電流リードの
電流密度の低下を防止でき、安定した性能の超電導マグ
ネットが得られる効果がある。According to the invention of claim 4, claim 3
In addition to the above invention, a current lead for supplying a current to the superconducting coil is composed of a high temperature side, a low temperature side, and a connection part, and the high temperature side and the low temperature side current lead are arranged in a refrigerator unit, and the middle temperature part thereof is By thermally connecting to the radiation shield, the current lead can be placed away from the superconducting coil, and even if the superconducting coil generates a magnetic field, the current density of the current lead can be prevented from lowering and stable. There is an effect that a high-performance superconducting magnet can be obtained.
【0096】また、請求項5の発明によれば、請求項3
または請求項4の発明に加え、第1真空槽と第2真空槽
の接続部を互いにフランジ構造にして気密に接続したこ
とにより、第一真空槽と第2真空槽を簡単に分離でき、
メンテナンスを簡単できる超電導マグネットが得られる
効果がある。According to the invention of claim 5, claim 3
Alternatively, in addition to the invention of claim 4, the first vacuum tank and the second vacuum tank can be easily separated from each other by connecting the first vacuum tank and the second vacuum tank to each other in a flange structure and airtightly connecting to each other.
This has the effect of obtaining a superconducting magnet that can be easily maintained.
【0097】また、請求項6の発明によれば、請求項2
ないし請求項5のいずれかの発明に加え、超電導コイル
を初期冷却する熱交換器を伝導部材に設けたことによ
り、初期冷却時間を短くできる超電導マグネットが得ら
れる効果がある。According to the invention of claim 6, claim 2
Further, in addition to the invention of any one of claims 5 to 5, by providing a heat exchanger for initially cooling the superconducting coil in the conductive member, there is an effect that a superconducting magnet capable of shortening the initial cooling time can be obtained.
【0098】また、請求項7の発明によれば、超電導コ
イル、超電導コイルを包囲する輻射シールド、輻射シー
ルドを包囲する真空槽、超電導コイルを低温側ステー
ジ,輻射シールドを高温側ステージで冷却する蓄冷型冷
凍機、及び少なくとも一部が可撓体で構成され、超電導
コイルと低温側ステージを熱的に接続する伝導部材を備
えたことにより、構造物の熱膨張率の違いから蓄冷型冷
凍機や超電導コイルに熱応力がかかるのを防止でき、長
期的に安定して蓄冷型冷凍機や超電導コイルを作動でき
る超電導マグネットが得られる効果がある。Further, according to the invention of claim 7, a superconducting coil, a radiation shield surrounding the superconducting coil, a vacuum chamber surrounding the radiation shield, a cold storage for cooling the superconducting coil at a low temperature side stage, and a radiation shield for a high temperature side stage. -Type refrigerator and at least a part of which is made of a flexible body, and which is provided with a conductive member that thermally connects the superconducting coil and the low temperature side stage. The superconducting coil can be prevented from being subjected to thermal stress, and a superconducting magnet capable of stably operating the regenerator or the superconducting coil for a long term can be obtained.
【0099】また、請求項8の発明によれば、請求項7
の発明に加え、伝導部材の超電導コイル側接続部を複数
の可撓体で構成したことにより、超電導コイルに温度勾
配が大きくつくのを防止でき、温度勾配による超電導コ
イルの性能低下を防止できる超電導マグネットが得られ
る効果がある。According to the invention of claim 8, claim 7
In addition to the invention described above, the superconducting coil-side connection portion of the conductive member is formed of a plurality of flexible bodies, so that the superconducting coil can be prevented from having a large temperature gradient and the deterioration of the performance of the superconducting coil due to the temperature gradient can be prevented. There is an effect that a magnet is obtained.
【0100】また、請求項9の発明によれば、超電導コ
イル、超電導コイルが固定され、超電導コイルを包囲す
る真空槽、真空槽を包囲する磁気シールド、及び磁気シ
ールドと真空槽との相対位置を調整することにより、磁
気シールドと超電導コイルとの相対位置を調整しうる調
整機構を備えたことにより、真空を保持するのに特別な
構造を必要とせず、磁界分布の調整が簡単にできる超電
導マグネットが得られる効果がある。According to the invention of claim 9, the superconducting coil, the superconducting coil are fixed, the vacuum chamber surrounding the superconducting coil, the magnetic shield surrounding the vacuum chamber, and the relative position between the magnetic shield and the vacuum chamber are set. A superconducting magnet that does not require a special structure to hold the vacuum and can easily adjust the magnetic field distribution by providing an adjusting mechanism that can adjust the relative position between the magnetic shield and the superconducting coil by adjusting. There is an effect that can be obtained.
【0101】また、請求項10の発明によれば、超電導
コイル、超電導コイルを包囲する輻射シールド、超電導
コイルが輻射シールドを介して固定され、輻射シールド
を包囲する真空槽、真空槽を包囲する磁気シールド、及
び磁気シールドと真空槽との相対位置を調整することに
より、磁気シールドと超電導コイルとの相対位置を調整
しうる調整機構を備えたことにより、真空を保持するの
に特別な構造を必要とせず、磁界分布の調整が簡単にで
きる超電導マグネットが得られる効果がある。According to the invention of claim 10, a superconducting coil, a radiation shield surrounding the superconducting coil, a superconducting coil fixed via the radiation shield, a vacuum chamber surrounding the radiation shield, and a magnetic chamber surrounding the vacuum chamber. A special structure is required to hold the vacuum because the shield and the adjustment mechanism that can adjust the relative position between the magnetic shield and the superconducting coil by adjusting the relative position between the magnetic shield and the vacuum chamber. In other words, there is an effect that a superconducting magnet whose magnetic field distribution can be easily adjusted can be obtained.
【0102】また、請求項11の発明によれば、超電導
コイル、超電導コイルを包囲する輻射シールド、輻射シ
ールドを包囲する真空槽、超電導コイルを低温側ステー
ジ,輻射シールドを高温側ステージで冷却する蓄冷型冷
凍機、高温側ステージと低温側ステージ間で熱輸送を行
う熱輸送パイプ、熱輸送パイプに極低温冷媒を充填する
充填手段、及び熱輸送パイプの極低温冷媒を減圧する減
圧手段を備えたことにより、蓄冷型冷凍機の高温側ステ
ージの冷凍能力を利用して超電導コイルの初期冷却時間
を短縮できる超電導マグネットが得られる効果がある。According to the invention of claim 11, a superconducting coil, a radiation shield surrounding the superconducting coil, a vacuum chamber surrounding the radiation shield, a cool storage for cooling the superconducting coil in the low temperature side stage, and the radiation shield in the high temperature side stage. -Type refrigerator, a heat transport pipe for transporting heat between the high temperature side stage and the low temperature side stage, a filling means for filling the heat transport pipe with a cryogenic refrigerant, and a decompression means for decompressing the cryogenic refrigerant of the heat transport pipe. As a result, there is an effect that a superconducting magnet can be obtained which can shorten the initial cooling time of the superconducting coil by utilizing the refrigerating capacity of the high temperature side stage of the regenerator.
【0103】また、請求項12の発明によれば、請求項
11の発明に加え、断面形状がドーナツ状の熱輸送パイ
プを、蓄冷型冷凍機の高温側ステージと低温側ステージ
間のシリンダを包囲するように配設し、高温側ステージ
と低温側ステージ間で熱輸送を行うことにより、超電導
コイルの温度を均一に冷却でき、初期冷却時間を短縮で
きる超電導マグネットが得られる効果がある。According to the twelfth aspect of the invention, in addition to the eleventh aspect of the invention, a heat transport pipe having a toroidal cross section is surrounded by a cylinder between the high temperature side stage and the low temperature side stage of the regenerator. By performing heat transfer between the high temperature side stage and the low temperature side stage, the superconducting magnet can be cooled uniformly and the initial cooling time can be shortened.
【図1】 この発明の実施例1に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 この発明の実施例2に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 2 of the present invention.
【図3】 この発明の実施例3に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a third embodiment of the present invention.
【図4】 この発明の実施例4に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 4 of the present invention.
【図5】 この発明の実施例5に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a superconducting magnet according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】 この発明の実施例6に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 6 of the present invention.
【図7】 この発明の実施例7に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 7 of the present invention.
【図8】 この発明の実施例8に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 8 of the present invention.
【図9】 この発明の実施例9に係る超電導マグネット
を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 9 of the present invention.
【図10】 この発明の実施例10に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 10 of the present invention.
【図11】 この発明の実施例11に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 11 of the present invention.
【図12】 この発明の実施例12に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 12 of the present invention.
【図13】 実施例12に係る超電導マグネットの伝導
部材と初期冷却管回りの上面図(a),側面図(b)で
ある。FIG. 13 is a top view (a) and a side view (b) around a conductive member and an initial cooling tube of a superconducting magnet according to a twelfth embodiment.
【図14】 この発明の実施例13に係る超電導コイル
近傍を示す断面図である。FIG. 14 is a sectional view showing the vicinity of a superconducting coil according to Embodiment 13 of the present invention.
【図15】 この発明の実施例14に係る超電導コイル
近傍を示す断面図である。FIG. 15 is a sectional view showing the vicinity of a superconducting coil according to Embodiment 14 of the present invention.
【図16】 この発明の実施例15に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。FIG. 16 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 15 of the present invention.
【図17】 この発明の実施例15に係る熱輸送パイプ
を示す断面図(a),上面図(b)である。FIG. 17 is a sectional view (a) and a top view (b) showing a heat transport pipe according to Embodiment 15 of the present invention.
【図18】 この発明の実施例16に係る超電導マグネ
ットを示す断面図であるFIG. 18 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 16 of the present invention.
【図19】 この発明の実施例16に係る熱輸送パイプ
を示す断面図(a),上面図(b)である。FIG. 19 is a sectional view (a) and a top view (b) showing a heat transport pipe according to Embodiment 16 of the present invention.
【図20】 この発明の実施例17に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。FIG. 20 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 17 of the present invention.
【図21】 この発明の実施例18に係る超電導マグネ
ットを示す断面図である。FIG. 21 is a sectional view showing a superconducting magnet according to Embodiment 18 of the present invention.
【図22】 従来の超電導マグネットの一例を示す断面
図である。FIG. 22 is a sectional view showing an example of a conventional superconducting magnet.
【図23】 蓄冷型冷凍機の一例を示す断面構成図であ
る。FIG. 23 is a cross-sectional configuration diagram showing an example of a cold storage refrigerator.
【図24】 従来の超電導マグネットに係る超電導コイ
ル近傍を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing the vicinity of a superconducting coil according to a conventional superconducting magnet.
【図25】 従来の蓄冷型冷凍機の冷却による輻射シー
ルドと超電導コイルの温度変化を示すグラフである。FIG. 25 is a graph showing changes in temperature of a radiation shield and a superconducting coil due to cooling of a conventional regenerator.
1 超電導コイル、3a,3b,3c 電流リード、4
輻射シールド、5真空槽、6,27,28 蓄冷型冷
凍機、8 低温側ステージ、9 高温側ステージ、30
磁気シールド、35 伝導部材、36,37 可撓
体、38 フランジ、40 熱交換器、41 調節機
構、42,48 熱輸送パイプ、45充填手段、47
減圧手段。1 superconducting coil, 3a, 3b, 3c current lead, 4
Radiation shield, 5 vacuum tanks, 6, 27, 28 cold storage refrigerator, 8 low temperature side stage, 9 high temperature side stage, 30
Magnetic shield, 35 Conductive member, 36, 37 Flexible body, 38 Flange, 40 Heat exchanger, 41 Adjusting mechanism, 42, 48 Heat transport pipe, 45 Filling means, 47
Decompression means.
Claims (12)
する輻射シールド、上記輻射シールドを包囲する真空
槽、及び磁性蓄冷材を有する蓄冷型冷凍機を備える超電
導マグネットにおいて、上記超電導コイルが発生する磁
場を遮蔽する磁気シールドを備え、上記蓄冷型冷凍機を
上記磁気シールドに対して上記超電導コイルと反対側に
配設したことを特徴とする超電導マグネット。1. A magnetic field generated by the superconducting coil in a superconducting magnet comprising a superconducting coil, a radiation shield surrounding the superconducting coil, a vacuum chamber surrounding the radiation shield, and a regenerator having a magnetic cold storage material. A superconducting magnet, comprising a magnetic shield for shielding, wherein the regenerative refrigerator is arranged on the opposite side of the magnetic shield from the superconducting coil.
側ステージを有し、超電導コイルを上記低温側ステー
ジ,輻射シールドを上記高温側ステージで冷却するもの
であり、上記超電導コイルと上記低温側ステージを熱的
に接続する伝導部材を備えたことを特徴とする請求項1
記載の超電導マグネット。2. A regenerator has a low temperature side stage and a high temperature side stage, and cools the superconducting coil by the low temperature side stage and the radiation shield by the high temperature side stage. The conductive member for thermally connecting the side stages is provided.
The superconducting magnet described.
する第1輻射シールド、及び第1輻射シールドを包囲す
る第1真空槽で構成する超電導コイルユニット、第2輻
射シールド、上記超電導コイルを低温側ステージ,輻射
シールドを高温側ステージで冷却する蓄冷型冷凍機、及
び第2輻射シールドを包囲する第2真空槽で構成する冷
凍機ユニット、並びに上記超電導コイルと上記低温側ス
テージを熱的に接続する伝導部材を備え、上記超電導コ
イルユニットと上記冷凍機ユニットを分離可能とし、第
1及び第2輻射シールドを熱的に接続し、第1真空槽及
び第2真空槽を気密に接続したことを特徴とする超電導
マグネット。3. A superconducting coil unit comprising a superconducting coil, a first radiation shield surrounding the superconducting coil, and a first vacuum chamber surrounding the first radiation shield, a second radiation shield, and the superconducting coil on a low temperature side stage. , A regenerator that cools the radiation shield at the high-temperature side stage, a refrigerator unit that includes a second vacuum chamber that surrounds the second radiation shield, and conduction that thermally connects the superconducting coil and the low-temperature side stage A member, the superconducting coil unit and the refrigerator unit can be separated, the first and second radiation shields are thermally connected, and the first vacuum tank and the second vacuum tank are airtightly connected. A superconducting magnet.
ドを高温側,低温側,及び接続部で構成し、上記高温側
と低温側電流リードを冷凍機ユニットに配設し、その中
温部を第2輻射シールドと熱的に接続したことを特徴と
する請求項3記載の超電導マグネット。4. A current lead for supplying a current to a superconducting coil is composed of a high temperature side, a low temperature side, and a connecting portion, and the high temperature side and low temperature side current leads are arranged in a refrigerator unit, and the middle temperature portion is The superconducting magnet according to claim 3, wherein the superconducting magnet is thermally connected to two radiation shields.
にフランジ構造にして気密に接続したことを特徴とする
請求項3または請求項4記載の超電導マグネット。5. The superconducting magnet according to claim 3 or 4, wherein the connecting portions of the first vacuum chamber and the second vacuum chamber have a flange structure and are hermetically connected to each other.
伝導部材に設けたことを特徴とする請求項2ないし請求
項5のいずれかに記載の超電導マグネット。6. The superconducting magnet according to claim 2, wherein a heat exchanger for initially cooling the superconducting coil is provided on the conductive member.
する輻射シールド、上記輻射シールドを包囲する真空
槽、上記超電導コイルを低温側ステージ,上記輻射シー
ルドを高温側ステージで冷却する蓄冷型冷凍機、及び少
なくとも一部が可撓体で構成され、上記超電導コイルと
上記低温側ステージを熱的に接続する伝導部材を備えた
ことを特徴とする超電導マグネット。7. A superconducting coil, a radiation shield enclosing the superconducting coil, a vacuum chamber enclosing the radiation shield, a regenerator for cooling the superconducting coil on a low temperature side stage, and the radiation shield on a high temperature side stage, and A superconducting magnet, at least a part of which is made of a flexible body, and which is provided with a conductive member which thermally connects the superconducting coil and the low temperature side stage.
の可撓体で構成したことを特徴とする請求項7記載の超
電導マグネット。8. The superconducting magnet according to claim 7, wherein the superconducting coil side connecting portion of the conductive member is constituted by a plurality of flexible bodies.
され、上記超電導コイルを包囲する真空槽、上記真空槽
を包囲する磁気シールド、及び上記磁気シールドと上記
真空槽との相対位置を調整することにより、上記磁気シ
ールドと上記超電導コイルとの相対位置を調整しうる調
整機構を備えたことを特徴とする超電導マグネット。9. A superconducting coil, a vacuum chamber to which the superconducting coil is fixed and which surrounds the superconducting coil, a magnetic shield which surrounds the vacuum chamber, and a relative position between the magnetic shield and the vacuum chamber. A superconducting magnet, comprising an adjusting mechanism capable of adjusting a relative position between the magnetic shield and the superconducting coil.
囲する輻射シールド、上記超電導コイルが上記輻射シー
ルドを介して固定され、上記輻射シールドを包囲する真
空槽、上記真空槽を包囲する磁気シールド、及び上記磁
気シールドと上記真空槽との相対位置を調整することに
より、上記磁気シールドと上記超電導コイルとの相対位
置を調整しうる調整機構を備えたことを特徴とする超電
導マグネット。10. A superconducting coil, a radiation shield surrounding the superconducting coil, a vacuum chamber in which the superconducting coil is fixed via the radiation shield and surrounds the radiation shield, a magnetic shield surrounding the vacuum chamber, and A superconducting magnet, comprising an adjusting mechanism capable of adjusting a relative position between the magnetic shield and the superconducting coil by adjusting a relative position between the magnetic shield and the vacuum chamber.
囲する輻射シールド、上記輻射シールドを包囲する真空
槽、上記超電導コイルを低温側ステージ,上記輻射シー
ルドを高温側ステージで冷却する蓄冷型冷凍機、上記高
温側ステージと上記低温側ステージ間で熱輸送を行う熱
輸送パイプ、上記熱輸送パイプに極低温冷媒を充填する
充填手段、及び上記熱輸送パイプの極低温冷媒を減圧す
る減圧手段を備えたことを特徴とする超電導マグネッ
ト。11. A superconducting coil, a radiation shield enclosing the superconducting coil, a vacuum chamber enclosing the radiation shield, a regenerator for cooling the superconducting coil on a low temperature side stage, and the radiation shield on a high temperature side stage, A heat transport pipe for transporting heat between the high temperature side stage and the low temperature side stage; a filling means for filling the heat transport pipe with a cryogenic refrigerant; and a decompression means for depressurizing the cryogenic refrigerant of the heat transport pipe. Is a superconducting magnet.
を、蓄冷型冷凍機の高温側ステージと低温側ステージ間
のシリンダを包囲するように配設し、上記高温側ステー
ジと上記低温側ステージ間で熱輸送を行うことを特徴と
する請求項11記載の超電導マグネット。12. A doughnut-shaped heat transport pipe having a cross-sectional shape is disposed so as to surround a cylinder between a high temperature side stage and a low temperature side stage of a regenerator, and between the high temperature side stage and the low temperature side stage. The superconducting magnet according to claim 11, wherein heat transfer is performed by.
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