JPH0918062A - Superconducting magnet device - Google Patents

Superconducting magnet device

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JPH0918062A
JPH0918062A JP7162073A JP16207395A JPH0918062A JP H0918062 A JPH0918062 A JP H0918062A JP 7162073 A JP7162073 A JP 7162073A JP 16207395 A JP16207395 A JP 16207395A JP H0918062 A JPH0918062 A JP H0918062A
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JP
Japan
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superconducting
cooling
superconducting coil
coil
current switch
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Application number
JP7162073A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Kuriyama
透 栗山
Yasumi Otani
安見 大谷
Chiyandora Teiraka Roohana
ローハナ・チャンドラ・ティラカ
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE: To prevent heat, which is generated with the operation of a permanent current switch, from intruding in the arrangement place of a superconducting coil as a thermal load. CONSTITUTION: A superconducting coil 2 is cooled at a first temperature level by a second-step cooling stage 6 of an air cooling refrigerator 4. The side of each one end of current lead elements 23a and 23b, which are formed of a superconductor of a superconducting transition temperature higher than that of the coil 2 and respectively constitute one part of a current lead 21, is connected with both ends of the coil 2. A permanent current switch element 32, which is formed of the same conductor as that forming the elements 23a and 23b, is connected between the sides of the other ends of the elements 23a and 23b and the element 32 and the sides of the other ends of the elements 23a and 23b are cooled at a second temperature level, which is higher than the first temperature level and is lower than the superconducting transition temperature of the elements, by a first-step cooling stage 5 of the refrigerator 4. An electric heatger 33 for making the element 32 transfer selectively to normal conductivity is arranged near the element 32.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、永久電流スイッチを備
えた超電導磁石装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet device having a permanent current switch.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、現在実用化されている超
電導磁石装置の多くは、断熱容器内に超電導コイルと液
体ヘリウムで代表される極低温冷媒とを一緒に収容する
浸漬冷却方式を採用するとともに断熱容器の断熱層中に
設けられたサーマルシールドを極低温冷凍機で冷却する
方式を採用している。また、最近では極低温下での比熱
特性に優れた蓄冷材の出現に伴って断熱容器内に収容さ
れている超電導コイルを蓄冷式冷凍機で直接的に冷却す
る冷凍機直冷式の超電導磁石装置も実用化されつつあ
る。
2. Description of the Related Art As is well known, most of the superconducting magnet devices currently in practical use employ an immersion cooling method in which a superconducting coil and a cryogenic refrigerant represented by liquid helium are housed together in a heat insulating container. In addition, the system uses a cryogenic refrigerator to cool the thermal shield provided in the heat insulating layer of the heat insulating container. Further, recently, with the advent of regenerator materials with excellent specific heat characteristics at cryogenic temperatures, a refrigerator direct cooling type superconducting magnet that directly cools the superconducting coil housed in a heat insulating container with a regenerator type refrigerator. The device is being put to practical use.

【0003】図4には超電導コイルを蓄冷式冷凍機で直
接的に冷却するようにした従来の冷凍機直冷式の超電導
磁石装置が示されている。この超電導磁石装置では、断
熱容器として真空容器1が用いられている。真空容器1
内には超電導転移温度が15K程度であるNb・Ti等
の合金系超電導体あるいはNb3 Sn等の化合物系超電
導体で形成された超電導コイル2が配置され、さらに超
電導コイル2を包囲するように非磁性金属材で形成され
たサーマルシールド3が配置されている。
FIG. 4 shows a conventional refrigerator direct cooling type superconducting magnet device in which a superconducting coil is directly cooled by a regenerator type refrigerator. In this superconducting magnet device, the vacuum container 1 is used as a heat insulating container. Vacuum container 1
A superconducting coil 2 formed of an alloy superconductor such as Nb / Ti or a compound superconductor such as Nb 3 Sn having a superconducting transition temperature of about 15 K is disposed inside the superconducting coil 2 so as to surround the superconducting coil 2. A thermal shield 3 made of a non-magnetic metal material is arranged.

【0004】そして、一部が真空容器1内に位置し、残
りが真空容器1外に位置するように蓄冷式冷凍機、たと
えばギフォード・マクマホン冷凍機(以後、GM冷凍機
と略称する。)4を設け、このGM冷凍機4の第1段冷
却ステージ5をサーマルシールド3に熱的に接続し、こ
のサーマルシールド3を50K程度に冷却している。ま
たGM冷凍機4の第2段冷却ステージ(最終段冷却ステ
ージ)6を銅材などで形成された熱伝導部材7,8を介
して超電導コイル2に熱的に接続し、この超電導コイル
2を4K程度に冷却している。なお、この図では超電導
コイル2やサーマルシールド3の位置保持手段が省略さ
れている。
A regenerator, for example, a Gifford-McMahon refrigerator (hereinafter abbreviated as GM refrigerator) 4 is arranged so that a part thereof is located inside the vacuum container 1 and the rest is located outside the vacuum container 1. Is provided, the first cooling stage 5 of the GM refrigerator 4 is thermally connected to the thermal shield 3, and the thermal shield 3 is cooled to about 50K. Further, the second cooling stage (final cooling stage) 6 of the GM refrigerator 4 is thermally connected to the superconducting coil 2 via the heat conducting members 7 and 8 formed of a copper material, etc. It is cooled to about 4K. In this figure, the means for holding the position of the superconducting coil 2 and the thermal shield 3 is omitted.

【0005】ここで、GM冷凍機4の構成および冷凍動
作を簡単に説明すると、以下の通りである。この図に示
されているGM冷凍機4は、2段膨張式に構成されてお
り、第1段冷凍部10と第2段冷凍部11とを備えてい
る。第1段冷凍部10内および第2段冷凍部11内には
それぞれ蓄冷器を保持したディスプレーサ12,13が
収容されており、これらディスプレーサ12,13はモ
ータ14の回転に同期して一体に図中上下方向に往復駆
動される。そして、第1段冷凍部10に設けられた第1
段冷却ステージ5がサーマルシールド3に熱的に接続さ
れており、また第2段冷凍部11に設けられた第2段冷
却ステージ6が熱伝導部材7に熱的に接続されている。
なお、ディスプレーサ12が保持している蓄冷器の蓄冷
材としては銅材のメッシュなどが用いられており、ディ
スプレーサ13が保持している蓄冷器の蓄冷材としては
Er3 Ni等からなる磁気相転移に伴う異常磁気比熱等
を利用した磁性蓄冷材などが用いられている。
The structure and the refrigerating operation of the GM refrigerator 4 will be briefly described as follows. The GM refrigerator 4 shown in this figure is configured in a two-stage expansion type, and includes a first-stage refrigeration unit 10 and a second-stage refrigeration unit 11. Displacers 12 and 13 holding a regenerator are housed in the first-stage freezing unit 10 and the second-stage freezing unit 11, respectively, and these displacers 12 and 13 are integrally illustrated in synchronization with the rotation of the motor 14. It is driven to reciprocate up and down. Then, the first unit provided in the first-stage freezing unit 10
The stage cooling stage 5 is thermally connected to the thermal shield 3, and the second stage cooling stage 6 provided in the second stage freezing unit 11 is thermally connected to the heat conducting member 7.
A copper mesh or the like is used as the regenerator material of the regenerator held by the displacer 12, and a magnetic phase transition made of Er 3 Ni or the like is used as the regenerator material of the regenerator held by the displacer 13. Magnetic regenerator materials, etc. that utilize the abnormal magnetic specific heat and the like are used.

【0006】モータ14を回転開始させると、ディスプ
レーサ12,13が往復動作を開始する。これに同期し
て高圧弁15,低圧弁16が開閉動作して冷凍機として
の運転が開始される。すなわち、ディスプレーサ12,
13が上死点(図中最下点)に達した時点で高圧弁15
が開き、コンプレッサ17から送り出された高圧ヘリウ
ムガスが第1段冷凍部10および第2段冷凍部11内に
流入する。ディスプレーサ12,13が下死点(図中最
上点)へと移動すると、流入している高圧ヘリウムガス
がディスプレーサ12,13に保持されている蓄冷器の
蓄冷材に接触して冷却される。ディスプレーサ12,1
3が下死点に達すると、高圧弁15が閉じ、低圧弁16
が開く。低圧弁16が開くと、第1段膨張室18内およ
び第2段膨張室19内の高圧ヘリウムガスが断熱膨張し
て寒冷を発生する。この寒冷によって第1段冷却ステー
ジ5が外部から吸熱し、また第2段冷却ステージ6も外
部から吸熱する。そして、ディスプレーサ12,13が
再び上死点へと移動すると、これに伴って第1段膨張室
18内および第2段膨張室19内の低温のヘリウムガス
が各蓄冷器に保持されている蓄冷材に接触してこれらを
冷却する。温度の上昇したヘリウムガスは、低圧弁16
を介してコンプレッサ17へと排出される。上述したサ
イクルが繰り返されてサーマルシールド3が50K程度
に、また超電導コイル2が4K程度に冷却される。
When the motor 14 starts rotating, the displacers 12 and 13 start reciprocating motion. In synchronization with this, the high pressure valve 15 and the low pressure valve 16 are opened and closed to start the operation as a refrigerator. That is, the displacer 12,
When 13 reaches the top dead center (the lowest point in the figure), the high pressure valve 15
Opens, and the high-pressure helium gas sent from the compressor 17 flows into the first-stage freezing unit 10 and the second-stage freezing unit 11. When the displacers 12 and 13 move to the bottom dead center (uppermost point in the figure), the inflowing high-pressure helium gas comes into contact with the regenerator material of the regenerator held by the displacers 12 and 13 to be cooled. Displacer 12, 1
When 3 reaches the bottom dead center, the high pressure valve 15 closes and the low pressure valve 16
Opens. When the low-pressure valve 16 opens, the high-pressure helium gas in the first-stage expansion chamber 18 and the second-stage expansion chamber 19 adiabatically expands to generate cold. Due to this cold, the first cooling stage 5 absorbs heat from the outside, and the second cooling stage 6 also absorbs heat from the outside. Then, when the displacers 12 and 13 move to the top dead center again, the low temperature helium gas in the first-stage expansion chamber 18 and the second-stage expansion chamber 19 is stored in each regenerator. Contact the materials to cool them. The low temperature valve 16
It is discharged to the compressor 17 via. The above-described cycle is repeated to cool the thermal shield 3 to about 50K and the superconducting coil 2 to about 4K.

【0007】一方、超電導コイル2には、この超電導コ
イル2に真空容器1外から電流を供給するための電流リ
ード21が接続されている。この電流リード21は、温
度レベル範囲に対応させて使用材料が異なっている。す
なわち、室温から50Kレベルまでの範囲ではリン脱酸
銅等の銅製の電流リード要素22a,22bが用いられ
ており、50K以下の温度範囲では超電導転移温度がサ
ーマルシールド3の温度より高い、たとえばビスマス系
の酸化物超電導体(超電導転移温度が約130K)製の
電流リード要素23a,23bが用いられている。そし
て、電流リード要素22a,22bにおけるサーマルシ
ールド3を貫通する部分および真空容器1の壁を貫通す
る部分はブッシング構成に形成されている。また、電流
リード要素22a,22bにおける電流リード要素23
a,23bに近い部分は、表面が窒化アルミニウムのよ
うに熱伝導性および電気絶縁性に優れた部材で覆われた
サーマルアンカ24a,24bを介してサーマルシール
ド3に熱的に接続されている。この構成によって、電流
リード要素23a,23bは、全体が超電導転移温度以
下、つまり図中上端部が50K程度に、また図中下端部
が4K程度に保持される。
On the other hand, a current lead 21 for supplying a current to the superconducting coil 2 from outside the vacuum container 1 is connected to the superconducting coil 2. The current lead 21 is made of different materials depending on the temperature level range. That is, the current lead elements 22a, 22b made of copper such as phosphorous deoxidized copper are used in the range from room temperature to 50K level, and the superconducting transition temperature is higher than the temperature of the thermal shield 3 in the temperature range of 50K or less, for example, bismuth. Current lead elements 23a and 23b made of a system oxide superconductor (having a superconducting transition temperature of about 130K) are used. The portions of the current lead elements 22a and 22b that penetrate the thermal shield 3 and the portions that penetrate the wall of the vacuum container 1 are formed in a bushing configuration. In addition, the current lead element 23 in the current lead elements 22a and 22b
The portions near a and 23b are thermally connected to the thermal shield 3 through thermal anchors 24a and 24b whose surfaces are covered with a member having excellent thermal conductivity and electrical insulation such as aluminum nitride. With this configuration, the current lead elements 23a and 23b are entirely held below the superconducting transition temperature, that is, the upper end portion in the figure is about 50K and the lower end portion in the figure is about 4K.

【0008】また、超電導コイル2の両端間には永久電
流スイッチ25が接続されている。この永久電流スイッ
チ25は、超電導コイル2を形成している超電導体と同
じ超電導体で形成されて超電導コイル2の両端間に接続
された永久電流スイッチ要素26と、この永久電流スイ
ッチ要素26に選択的に熱を加えて常電導転移状態(オ
フ状態)にさせる電気ヒータ27とで構成されている。
なお、電気ヒータ27の両端は図示しないリード線を介
して真空容器1の外部に導かれている。
A permanent current switch 25 is connected between both ends of the superconducting coil 2. The permanent current switch 25 is selected for the permanent current switch element 26, which is formed of the same superconductor as the superconductor forming the superconducting coil 2 and is connected between both ends of the superconducting coil 2, and the permanent current switch element 26. And an electric heater 27 that heats the material to bring it into a normal conduction transition state (off state).
Both ends of the electric heater 27 are guided to the outside of the vacuum container 1 via lead wires (not shown).

【0009】電気ヒータ27が付勢されていないときに
は、永久電流スイッチ要素26は第2段冷却ステージ6
によって4K程度に冷却され、超電導転移状態(オン状
態)に保持される。したがって、電気ヒータ27の付勢
および付勢停止によって永久電流スイッチ25をオン、
オフさせることができる。すなわち、電流リード21を
介して超電導コイル2を励磁したり、消磁したりすると
きには電気ヒータ27を付勢することによって永久電流
スイッチ25をオフさせればよい。また、励磁状態にお
いて電気ヒータ27の付勢を停止し、永久電流スイッチ
25をオンさせることによって超電導コイル2を永久電
流モードに移行させることができる。
When the electric heater 27 is not energized, the permanent current switch element 26 is in the second cooling stage 6.
It is cooled down to about 4 K by and is kept in the superconducting transition state (ON state). Therefore, by turning on and off the electric heater 27, the permanent current switch 25 is turned on,
Can be turned off. That is, when exciting or demagnetizing the superconducting coil 2 via the current lead 21, the electric heater 27 may be energized to turn off the persistent current switch 25. In addition, by stopping the energization of the electric heater 27 in the excited state and turning on the permanent current switch 25, the superconducting coil 2 can be shifted to the persistent current mode.

【0010】しかしながら、上記のように構成された従
来の超電導磁石装置にあっては、次のような問題があっ
た。すなわち、永久電流スイッチ25をオフさせるため
に電気ヒータ27を付勢すると、この電気ヒータ27で
発生した余剰熱は、結果的に第2段冷却ステージ6の熱
負荷を増加させることになる。第2段冷却ステージ6の
冷凍能力は、第1段冷却ステージ5のそれより大幅に小
さい。このため、電気ヒータ27の発生熱量が小さい場
合であっても、第2段冷却ステージ6の温度を上昇させ
てしまい、これが原因して超電導コイル2を常電導転移
(クエンチ)させてしまうことが往々にしてあった。
However, the conventional superconducting magnet device constructed as described above has the following problems. That is, when the electric heater 27 is energized to turn off the permanent current switch 25, the surplus heat generated by the electric heater 27 consequently increases the heat load on the second cooling stage 6. The refrigeration capacity of the second cooling stage 6 is significantly smaller than that of the first cooling stage 5. Therefore, even if the amount of heat generated by the electric heater 27 is small, the temperature of the second cooling stage 6 is raised, and this may cause the superconducting coil 2 to undergo normal conduction transition (quenching). It was often there.

【0011】この現象は、コイルを使って永久電流スイ
ッチ要素に臨界磁界以上の磁場を印加したり、磁場の印
加を停止したりすることによってオフ、オンするタイプ
の永久電流スイッチを組み込んだ超電導磁石装置につい
ても同じである。すなわち、磁場を印加するためにコイ
ルに電流を流すとコイルが発熱するので、この発熱が第
2段冷却ステージの熱負荷を増加させることになる。ま
た、液体ヘリウムで代表される極低温液中に超電導コイ
ルを浸漬して冷却する浸漬冷却方式を採用した超電導磁
石装置にあっても同様のことがいえる。この場合には、
超電導コイルが極低温液によって囲まれているので、永
久電流スイッチをオフさせる際に発生した熱で超電導コ
イルがクエンチするようなことはほとんどないが、永久
電流スイッチのオフ時に発生した熱で極低温液の蒸発量
増加を招くことになる。
This phenomenon is caused by applying a magnetic field higher than the critical magnetic field to the permanent current switch element using a coil, or stopping the application of the magnetic field to turn off and on the superconducting magnet incorporating a superconducting magnet. The same applies to the device. That is, when a current is applied to the coil to apply a magnetic field, the coil generates heat, and this heat generation increases the heat load on the second cooling stage. The same applies to a superconducting magnet device adopting an immersion cooling method in which a superconducting coil is immersed in an extremely low temperature liquid represented by liquid helium and cooled. In this case,
Since the superconducting coil is surrounded by the cryogenic liquid, the heat generated when the permanent current switch is turned off hardly quenches the superconducting coil, but the heat generated when the persistent current switch is turned off causes the cryogenic temperature to decrease. This leads to an increase in the amount of liquid evaporation.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、永久電流
スイッチを備えた従来の超電導磁石装置にあっては、永
久電流スイッチをオフさせるときに発生した熱が超電導
コイルの配置場における熱負荷を増加させるように作用
し、これが原因して超電導コイルをクエンチさせたり、
超電導コイルを冷却する極低温液の蒸発量を増加させた
りするなどの問題があった。
As described above, in the conventional superconducting magnet device having the permanent current switch, the heat generated when the permanent current switch is turned off causes the heat load in the placement field of the superconducting coil. Acts to increase, which causes quenching of the superconducting coil,
There are problems such as increasing the evaporation amount of the cryogenic liquid that cools the superconducting coil.

【0013】そこで本発明は、永久電流スイッチを動作
させたときに発生する熱が超電導コイルの配置場に熱負
荷として侵入するのを防止でき、もって装置としての経
済性および信頼性を向上できる超電導磁石装置を提供す
ることを目的としている。
Therefore, the present invention can prevent the heat generated when the permanent current switch is operated from invading the placement field of the superconducting coil as a heat load, thereby improving the economical efficiency and reliability of the device. It is intended to provide a magnet device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る超電導磁石装置は、超電導コイルと、
この超電導コイルを超電導転移温度以下の第1の温度レ
ベルに冷却する第1の冷却手段と、それぞれが前記超電
導コイルの超電導転移温度より高い超電導転移温度の超
電導体で形成され、それぞれの一端側が前記超電導コイ
ルに接続されて上記超電導コイルへ電流を供給する電流
リードの一部を構成する一対の電流リード要素と、前記
超電導コイルの超電導転移温度より高い超電導転移温度
の超電導体で形成され、前記一対の電流リード要素の他
端側間に接続された永久電流スイッチ要素と、この永久
電流スイッチ要素および前記一対の電流リード要素の他
端側を前記第1の温度レベルより高く、かつ上記一対の
電流リード要素および上記永久電流スイッチ要素の超電
導転移温度より低い第2の温度レベルに冷却する第2の
冷却手段と、前記永久電流スイッチ要素を選択的に常電
導転移させる手段とを備えている。
In order to achieve the above object, a superconducting magnet device according to the present invention comprises a superconducting coil,
A first cooling means for cooling the superconducting coil to a first temperature level equal to or lower than a superconducting transition temperature; and a superconductor having a superconducting transition temperature higher than the superconducting transition temperature of the superconducting coil. A pair of current lead elements connected to a superconducting coil to form a part of a current lead for supplying a current to the superconducting coil, and a superconductor having a superconducting transition temperature higher than the superconducting transition temperature of the superconducting coil, A permanent current switch element connected between the other end sides of the current lead elements and the other end sides of the permanent current switch element and the pair of current lead elements are higher than the first temperature level, and the pair of currents. Second cooling means for cooling to a second temperature level below the superconducting transition temperature of the lead element and the persistent current switch element; And means for selectively normal conducting transition of Hisashi current switching element.

【0015】なお、前記超電導コイルが合金系超電導体
または化合物系超電導体、つまり超電導転移させるのに
液体ヘリウム温度近くまで冷却しなければならない超電
導体で形成されている場合には、液体窒素温度の冷却で
超電導転移させることのできる酸化物超電導体で前記一
対の電流リード要素および前記永久電流スイッチ要素を
形成することが好ましい。
When the superconducting coil is formed of an alloy superconductor or a compound superconductor, that is, a superconductor that must be cooled to a temperature close to liquid helium temperature for the superconducting transition, the liquid nitrogen temperature It is preferable that the pair of current lead elements and the permanent current switch element are formed of an oxide superconductor that can be transformed into a superconducting state by cooling.

【0016】また、前記第1の冷却手段は、前記第1の
温度レベルの液体あるいはガスの冷媒を有し、該液体あ
るいはガスの冷媒で前記超電導コイルを直接的または間
接的に冷却する冷却系統で構成されていてもよい。同様
に、前記第2の冷却手段は、前記第2の温度レベルの液
体あるいはガスの冷媒を有し、該液体あるいはガスの冷
媒で前記永久電流スイッチ要素および前記一対の電流リ
ード要素の他端側を直接的または間接的に冷却する冷却
系統で構成されていてもよい。
Further, the first cooling means has a liquid or gas refrigerant having the first temperature level, and a cooling system for directly or indirectly cooling the superconducting coil with the liquid or gas refrigerant. It may be composed of. Similarly, the second cooling means has a liquid or gas refrigerant of the second temperature level, and the liquid or gas refrigerant is used for the other end side of the permanent current switch element and the pair of current lead elements. May be configured by a cooling system that directly or indirectly cools.

【0017】さらに、前記第1の冷却手段は蓄冷器を備
えた複数段膨張式の蓄冷式冷凍機における最終段冷却ス
テージを吸熱源として前記超電導コイルを冷却する第1
の吸熱系によって構成され、前記第2の冷却手段は上記
蓄冷式冷凍機の前記最終段以外の冷却ステージを吸熱源
とする第2の吸熱系によって構成されていてもよい。
Further, the first cooling means cools the superconducting coil by using a final stage cooling stage of a multi-stage expansion regenerator having a regenerator as a heat absorption source.
The second cooling means may be constituted by a second heat absorption system having a cooling stage other than the final stage of the regenerator as a heat absorption source.

【0018】ここで、上記第1の吸熱系は、上記最終段
冷却ステージと上記超電導コイルとを熱的に接続する熱
伝導部材を備え、超電導コイルを直接冷却する構成でも
よい。また、前記第2の冷却手段は、前記超電導コイル
の配置場への熱侵入を阻止するサーマルシールドの冷却
も兼ねている構成でもよい。
Here, the first endothermic system may be provided with a heat conducting member for thermally connecting the final stage cooling stage and the superconducting coil to directly cool the superconducting coil. Further, the second cooling means may also be configured to also cool the thermal shield that blocks heat from entering the placement field of the superconducting coil.

【0019】[0019]

【作用】超電導コイルは第1の冷却手段によって超電導
転移温度以下の第1の温度レベルに冷却される。一方、
一対の電流リード要素と永久電流スイッチ要素とは超電
導コイルの超電導転移温度より高い超電導転移温度の超
電導体で形成されている。そして、これら一対の電流リ
ード要素の他端側と永久電流スイッチ要素とは第2の冷
却手段によって前記第1の温度レベルより高く、かつ上
記一対の電流リード要素および上記永久電流スイッチ要
素の超電導転移温度より低い第2の温度レベルに冷却さ
れる。
The superconducting coil is cooled to the first temperature level below the superconducting transition temperature by the first cooling means. on the other hand,
The pair of current lead elements and the permanent current switch element are formed of a superconductor having a superconducting transition temperature higher than the superconducting transition temperature of the superconducting coil. The other end side of the pair of current lead elements and the permanent current switch element are higher than the first temperature level by the second cooling means, and the superconducting transition of the pair of current lead elements and the permanent current switch element. Cooled to a second temperature level below the temperature.

【0020】今、第1の温度レベルを4Kとし、第2の
温度レベルを50Kとすると、超電導コイルは第1の冷
却手段によって4Kに冷却され、永久電流スイッチ要素
は第2の冷却手段によって50Kに冷却されることにな
る。一般に、冷却手段による冷凍能力は、温度によって
左右され、温度が高い程大きい。上記の温度関係の場合
には、第1の冷却手段の冷凍能力に比べて第2の冷却手
段の冷凍能力の方がはるかに大きい。このため、超電導
スイッチ要素を選択的に常電導転移させる手段を動作さ
せたときに発熱が生じても、この発熱は冷凍能力の大き
い第2の冷却手段によって速やかに吸収され、第1の冷
却手段の熱負荷となることは少ない。したがって、永久
電流スイッチを動作させたときに発生する熱が超電導コ
イルの配置場に熱負荷として侵入するのを防止すること
が可能となる。
Now, assuming that the first temperature level is 4K and the second temperature level is 50K, the superconducting coil is cooled to 4K by the first cooling means, and the permanent current switch element is 50K by the second cooling means. Will be cooled to. Generally, the refrigerating capacity of the cooling means depends on the temperature, and the higher the temperature, the greater the refrigerating capacity. In the case of the above temperature relationship, the refrigerating capacity of the second cooling means is much larger than the refrigerating capacity of the first cooling means. Therefore, even if heat is generated when the means for selectively changing the superconducting switch element to the normal conduction is operated, this heat is quickly absorbed by the second cooling means having a large refrigerating capacity, and the first cooling means. Is less likely to be a heat load. Therefore, it is possible to prevent heat generated when the permanent current switch is operated from entering the placement field of the superconducting coil as a heat load.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1には本発明の一実施例に係る超電導磁石装置、
ここには冷凍機直冷式の超電導磁石装置に本発明を適用
した例が示されている。なお、この図では図4と同一機
能部分が同一符号で示されている。したがって、重複す
る部分の詳しい説明は省略する。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a superconducting magnet device according to an embodiment of the present invention.
Here, an example in which the present invention is applied to a refrigerator direct cooling type superconducting magnet device is shown. In this figure, the same functional parts as those in FIG. 4 are indicated by the same reference numerals. Therefore, detailed description of the overlapping portions will be omitted.

【0022】真空容器1内に配置されている超電導コイ
ル2は、超電導転移温度が8〜15K程度であるNb・
Ti等の合金系超電導体あるいはNb3 Sn等の化合物
系超電導体で形成されている。そして、GM冷凍機4の
第1段冷却ステージ5を吸熱源としてサーマルシールド
3が50K程度(第2の温度レベル)に冷却され、また
GM冷凍機4の第2段冷却ステージ(最終段冷却ステー
ジ)6を吸熱源として超電導コイル2が4K程度(第1
の温度レベル)に冷却される。
The superconducting coil 2 arranged in the vacuum container 1 has a superconducting transition temperature of about 8 to 15 K Nb.
It is formed of an alloy superconductor such as Ti or a compound superconductor such as Nb 3 Sn. The thermal shield 3 is cooled to about 50 K (second temperature level) using the first cooling stage 5 of the GM refrigerator 4 as an endothermic source, and the second cooling stage of the GM refrigerator 4 (final cooling stage). ) 6 as a heat-absorbing source, the superconducting coil 2 is about 4K (first
Temperature level).

【0023】一方、超電導コイル2には、この超電導コ
イル2に真空容器1外から電流を供給するための電流リ
ード21が接続されている。この電流リード21は、温
度レベル範囲に対応させて使用材料が異なっている。す
なわち、室温から50Kレベルまでの範囲ではリン脱酸
銅等の銅製の電流リード要素22a,22bが用いられ
ており、50K以下の温度範囲では超電導転移温度がサ
ーマルシールド3の温度より高い、たとえばビスマス系
の酸化物超電導体(超電導転移温度が約130K)製の
電流リード要素23a,23bが用いられている。電流
リード要素22a,22bにおけるサーマルシールド3
を貫通する部分および真空容器1の壁を貫通する部分は
ブッシング構成に形成されている。電流リード要素22
a,22bにおける電流リード要素23a,23bに近
い部分は、表面が窒化アルミニウムのように熱伝導性お
よび電気絶縁性に優れた部材で覆われたサーマルアンカ
24a,24bを介してサーマルシールド3に熱的に接
続されている。この構成によって、電流リード要素23
a,23bは、全体が超電導転移温度以下、つまり図中
上端部が50K程度(第2の温度レベル)に、また図中
下端部が4K程度(第1の温度レベル)に保持される。
On the other hand, to the superconducting coil 2, a current lead 21 for supplying a current to the superconducting coil 2 from outside the vacuum container 1 is connected. The current lead 21 is made of different materials depending on the temperature level range. That is, the current lead elements 22a, 22b made of copper such as phosphorous deoxidized copper are used in the range from room temperature to 50K level, and the superconducting transition temperature is higher than the temperature of the thermal shield 3 in the temperature range of 50K or less, for example, bismuth. Current lead elements 23a and 23b made of a system oxide superconductor (having a superconducting transition temperature of about 130K) are used. Thermal shield 3 in the current lead elements 22a, 22b
The portion penetrating through and the portion penetrating the wall of the vacuum container 1 are formed in a bushing configuration. Current lead element 22
The portions of a and 22b close to the current lead elements 23a and 23b are heated to the thermal shield 3 via thermal anchors 24a and 24b whose surfaces are covered with a member having excellent thermal conductivity and electrical insulation such as aluminum nitride. Connected to each other. With this configuration, the current lead element 23
All of a and 23b are maintained at or below the superconducting transition temperature, that is, the upper end in the figure is maintained at about 50K (second temperature level) and the lower end in the figure is maintained at about 4K (first temperature level).

【0024】この実施例の場合、電流リード要素23
a,23bの他端側、つまり電流リード22a,22b
との境界に近い部分に永久電流スイッチ31が接続され
ている。この永久電流スイッチ31は、電流リード要素
23a,23bを形成している超電導体と同じビスマス
系の酸化物超電導体で形成されて電流リード要素23
a,23bの他端側間に接続された永久電流スイッチ要
素32と、この永久電流スイッチ要素32に選択的に熱
を加えて常電導転移状態(オフ状態)にさせる電気ヒー
タ33とで構成されている。なお、電気ヒータ33の両
端は図示しないリード線を介して真空容器1の外部に導
かれている。
In the case of this embodiment, the current lead element 23
The other end side of a, 23b, that is, the current leads 22a, 22b
The permanent current switch 31 is connected to a portion close to the boundary between and. The permanent current switch 31 is formed of the same bismuth-based oxide superconductor as the superconductor forming the current lead elements 23a and 23b.
It is composed of a permanent current switch element 32 connected between the other ends of a and 23b, and an electric heater 33 for selectively applying heat to the permanent current switch element 32 to bring it into a normal conduction transition state (off state). ing. Both ends of the electric heater 33 are guided to the outside of the vacuum container 1 via lead wires (not shown).

【0025】前述の如く、電流リード22a,22bの
電流リード23a,23bとの境界部分がサーマルアン
カ24a,24bを介してサーマルシールド3に熱的に
接続されているので、永久電流スイッチ要素32もサー
マルシールド3と同じ50Kに冷却され、電気ヒータ3
3が付勢されていないときには超電導転移状態(オン状
態)に保持される。そして、電気ヒータ33が付勢され
て超電導転移温度を越えるレベルまで温度上昇すると、
永久電流スイッチ要素32は常電導転移状態(オフ状
態)となる。
As described above, since the boundary between the current leads 22a and 22b and the current leads 23a and 23b is thermally connected to the thermal shield 3 via the thermal anchors 24a and 24b, the permanent current switch element 32 is also. The electric heater 3 is cooled to 50K, which is the same as the thermal shield 3.
When 3 is not energized, the superconducting transition state (ON state) is maintained. Then, when the electric heater 33 is energized and the temperature rises to a level exceeding the superconducting transition temperature,
The permanent current switch element 32 is in the normal conduction transition state (off state).

【0026】上記構成から判るように、蓄冷式冷凍機4
の第2段(最終段)冷却ステージ6と熱伝導部材7,8
とで、第2段冷却ステージ6を吸熱源として超電導コイ
ル2を4K(第1の温度レベル)に冷却するための第1
の冷却手段が構成されている。また、蓄冷式冷凍機4の
第1段冷却ステージ5とサーマルシールド3とサーマル
アンカ24a,24bとで、第1段冷却ステージ5を吸
熱源として永久電流スイッチ要素32および電流リード
要素23a,23bの他端側を50K(第2の温度レベ
ル)に冷却するための第2の冷却手段が構成されてい
る。
As can be seen from the above construction, the cold storage type refrigerator 4
Second stage (final stage) cooling stage 6 and heat conducting members 7 and 8
In order to cool the superconducting coil 2 to 4K (first temperature level) using the second cooling stage 6 as a heat absorption source,
Cooling means is configured. Further, with the first-stage cooling stage 5, the thermal shield 3, and the thermal anchors 24a, 24b of the regenerator 4, the permanent-current switch element 32 and the current lead elements 23a, 23b of the first-stage cooling stage 5 as a heat absorption source. A second cooling means is provided for cooling the other end side to 50K (second temperature level).

【0027】第1段冷却ステージ5の温度は第2段冷却
ステージ6のそれよりはるかに高い。したがって、第1
段冷却ステージ5の冷凍能力は、第2段冷却ステージ6
の冷凍能力に比べてはるかに大きい。この冷凍能力の大
きい第1の冷却ステージ5を吸熱源として永久電流スイ
ッチ要素32および電流リード要素23a,23bの他
端側が50K(第2の温度レベル)に冷却される。この
ため、永久電流スイッチ31をオフさせるために電気ヒ
ータ33を付勢したとき、この電気ヒータ33で発生し
た余剰発熱分はサーマルアンカ24a,24bおよびサ
ーマルシールド3を介して冷凍能力の大きい第1段冷却
ステージ5によって速やかに吸収され、第2段冷却ステ
ージ6の熱負荷となることは少ない。したがって、永久
電流スイッチ31を動作させたときに発生する熱が原因
で超電導コイル2がクエンチするのを防止することが可
能となる。
The temperature of the first cooling stage 5 is much higher than that of the second cooling stage 6. Therefore, the first
The refrigerating capacity of the stage cooling stage 5 is equal to that of the second stage cooling stage 6.
Much larger than the freezing capacity of. The other ends of the permanent current switch element 32 and the current lead elements 23a and 23b are cooled to 50K (second temperature level) by using the first cooling stage 5 having a large refrigerating capacity as a heat absorption source. Therefore, when the electric heater 33 is energized to turn off the permanent current switch 31, the surplus heat generated by the electric heater 33 passes through the thermal anchors 24a, 24b and the thermal shield 3 and has a large refrigerating capacity. It is rarely absorbed by the stage cooling stage 5 and becomes a heat load on the second stage cooling stage 6. Therefore, it becomes possible to prevent the superconducting coil 2 from being quenched due to the heat generated when the permanent current switch 31 is operated.

【0028】図2には本発明の別の実施例に係る超電導
磁石装置、ここにも冷凍機直冷式の超電導磁石装置に本
発明を適用した例が示されている。なお、この図では図
1と同一機能部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。
FIG. 2 shows a superconducting magnet device according to another embodiment of the present invention, which is also an example in which the present invention is applied to a refrigerator direct cooling type superconducting magnet device. In this figure, the same functional parts as those in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals. Therefore, detailed description of the overlapping portions will be omitted.

【0029】この実施例が図1に示した実施例と異なる
点は、永久電流スイッチ31aの構成にある。永久電流
スイッチ31aは、超電導体に臨界磁界以上の磁場を印
加することによってオフ動作を行わせる磁場印加タイプ
に構成されている。
This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the permanent current switch 31a. The permanent current switch 31a is of a magnetic field application type that is turned off by applying a magnetic field above the critical magnetic field to the superconductor.

【0030】すなわち、永久電流スイッチ31aは、電
流リード要素23a,23bを形成している超電導体と
同じビスマス系の酸化物超電導体で形成されて電流リー
ド要素23a,23bの他端側間に接続された永久電流
スイッチ要素32と、この永久電流スイッチ要素32の
回りに同心的に配置されて永久電流スイッチ要素32に
臨界磁界以上の磁場を選択的に印加して常電導転移(オ
フ状態)させるコイル34とで構成されている。なお、
コイル34は電流リード要素23a,23bを形成して
いる超電導体と同じビスマス系の酸化物超電導体で形成
されており、サーマルアンカ35を介してサーマルシー
ルド3に熱的に接続されている。また、コイル34の両
端は図示しないリード線を介して真空容器1の外部に導
かれている。
That is, the permanent current switch 31a is made of the same bismuth oxide superconductor as the superconductor forming the current lead elements 23a and 23b, and is connected between the other end sides of the current lead elements 23a and 23b. And the permanent current switch element 32 is disposed concentrically around the permanent current switch element 32 to selectively apply a magnetic field higher than the critical magnetic field to the permanent current switch element 32 to cause a normal conduction transition (off state). And the coil 34. In addition,
The coil 34 is formed of the same bismuth oxide superconductor as the superconductor forming the current lead elements 23a and 23b, and is thermally connected to the thermal shield 3 via the thermal anchor 35. Both ends of the coil 34 are guided to the outside of the vacuum container 1 via lead wires (not shown).

【0031】このような構成であると、コイル34はサ
ーマルシールド3およびサーマルアンカ35を介して常
時、超電導転移温度以下に保持される。すなわち、コイ
ル34も超電導状態に保持される。そして、コイル34
に選択的に通電することによって永久電流スイッチ要素
32を常電導転移(オフ状態)させることができる。こ
の場合、コイル34に通電しても、コイル34での発熱
はないので、結局、永久電流スイッチ31aを動作させ
たときに発生した熱が原因で超電導コイル2がクエンチ
するのを防止することができる。
With such a structure, the coil 34 is always maintained at the superconducting transition temperature or lower through the thermal shield 3 and the thermal anchor 35. That is, the coil 34 is also kept in the superconducting state. And the coil 34
The permanent current switch element 32 can be brought into the normal conduction transition (off state) by selectively energizing the switch. In this case, even if the coil 34 is energized, there is no heat generation in the coil 34. Therefore, it is possible to prevent the superconducting coil 2 from being quenched due to the heat generated when the permanent current switch 31a is operated. it can.

【0032】図3には本発明のさらに別の実施例に係る
超電導磁石装置、ここには浸漬冷却方式の超電導磁石装
置に本発明を適用した例が示されている。図中、41は
断熱容器を示している。この断熱容器41は、非磁性金
属材で形成された内槽42と、非磁性材で形成された外
槽43と、内・外槽間に形成された真空断熱層44と、
真空断熱層44内に内槽42を包囲するように設けられ
た非磁性金属材製のサーマルシールド45とを備えてい
る。
FIG. 3 shows a superconducting magnet device according to still another embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a dipping cooling type superconducting magnet device. In the figure, 41 indicates a heat insulating container. The heat insulating container 41 includes an inner tank 42 made of a non-magnetic metal material, an outer tank 43 made of a non-magnetic material, and a vacuum heat insulating layer 44 formed between the inner and outer tanks.
The vacuum heat insulating layer 44 includes a thermal shield 45 made of a non-magnetic metal material provided so as to surround the inner tank 42.

【0033】内槽2内には極低温冷媒である液体ヘリウ
ム46が収容され、この液体ヘリウム46中に没するよ
うに超電導コイル47が配置されている。超電導コイル
47は、超電導転移温度が8〜15K程度であるNb・
Ti等の合金系超電導体あるいはNb3 Sn等の化合物
系超電導体で形成されている。なお、この図では内槽4
2へ液体ヘリウム46を注入するための注液管や、内槽
42内で発生したヘリウムガスを回収するための排気管
や、超電導コイル47の位置を保持する手段などが省略
されている。
Liquid helium 46 which is a cryogenic refrigerant is accommodated in the inner tank 2, and a superconducting coil 47 is arranged so as to be submerged in the liquid helium 46. The superconducting coil 47 has a superconducting transition temperature of about 8 to 15 K Nb.
It is formed of an alloy superconductor such as Ti or a compound superconductor such as Nb 3 Sn. In this figure, the inner tank 4
A liquid injection pipe for injecting liquid helium 46 into the second chamber, an exhaust pipe for collecting helium gas generated in the inner tank 42, a means for holding the position of the superconducting coil 47, etc. are omitted.

【0034】一方、輻射等によって内槽42内へ侵入し
ようとする熱を吸収して超電導コイル47の温度環境を
保持するための蓄冷式冷凍機49が設けられている。こ
の蓄冷式冷凍機49は、断熱容器41の内外に跨がる関
係に設けてあり、第1段冷凍部50と第2段冷凍部51
とを備えている。
On the other hand, there is provided a regenerator refrigerator 49 for absorbing the heat which tends to enter the inner tank 42 due to radiation or the like to maintain the temperature environment of the superconducting coil 47. The cold storage refrigerator 49 is provided in a relationship that extends inside and outside the heat insulating container 41, and has a first-stage freezing unit 50 and a second-stage freezing unit 51.
And

【0035】第1段冷凍部50は、ギフォード・マクマ
ホン冷凍サイクルを採用しており、内部に蓄冷器を保持
したディスプレーサ52を有している。このディスプレ
ーサ52はモータ53の回転に同期して図中上下方向に
往復駆動される。そして、ディスプレーサ52が上死点
(図中最下点)に達した時点で高圧弁54が開き、コン
プレッサ55から送り出された高圧ヘリウムガスが第1
段冷凍部50内に流入する。また、ディスプレーサ52
が下死点(図中最上点)に達した時点で低圧弁56が開
き、第1段冷凍部50内の高圧ヘリウムガスを断熱膨張
させて第1段冷却ステージ57に寒冷を発生させる。す
なわち、この第1段冷凍部50は、1段のGM冷凍機を
構成し、第1段冷却ステージ57でサーマルシールド4
5を50K程度に冷却している。
The first stage refrigerating section 50 adopts the Gifford-McMahon refrigerating cycle and has a displacer 52 holding a regenerator therein. The displacer 52 is reciprocally driven in the vertical direction in the figure in synchronization with the rotation of the motor 53. Then, when the displacer 52 reaches the top dead center (the lowest point in the figure), the high pressure valve 54 opens, and the high pressure helium gas sent from the compressor 55 becomes the first
It flows into the stage freezing section 50. In addition, the displacer 52
When it reaches the bottom dead center (uppermost point in the figure), the low-pressure valve 56 opens, and the high-pressure helium gas in the first-stage freezing section 50 is adiabatically expanded to generate cold in the first-stage cooling stage 57. That is, the first-stage freezing unit 50 constitutes a single-stage GM refrigerator, and the first-stage cooling stage 57 includes the thermal shield 4.
5 is cooled to about 50K.

【0036】一方、第2段冷凍部51は、ダブルインレ
ット方式のパルスチューブ冷凍サイクルを採用してい
る。すなわち、第1段冷凍部50における低温空間を配
管58、蓄冷器59、吸熱管60、パルスチューブ6
1、キャピラリーチューブ62を介して配管58に接続
するとともにパルスチューブ61の高温端空間をバッフ
ァータンク63に接続し、第2の冷却ステージ81を構
成する吸熱管60で4K程度の寒冷を発生させている。
そして、吸熱管60で内槽42を直接的に冷却してい
る。
On the other hand, the second-stage freezing section 51 employs a double-inlet type pulse tube refrigeration cycle. That is, the low temperature space in the first-stage freezing unit 50 is connected to the pipe 58, the regenerator 59, the heat absorbing pipe 60, the pulse tube 6
1. Connect the high temperature end space of the pulse tube 61 to the buffer tank 63 while connecting to the pipe 58 via the capillary tube 62, and generate cold about 4K with the heat absorption tube 60 that constitutes the second cooling stage 81. There is.
Then, the heat sink tube 60 directly cools the inner tank 42.

【0037】超電導コイル47には、この超電導コイル
47に断熱容器41外から電流を供給するための電流リ
ード64が接続されている。この電流リード64は、温
度レベル範囲に対応させて使用材料が異なっている。す
なわち、室温から50Kレベルまでの範囲ではリン脱酸
銅等の銅製の電流リード要素65a,65bが用いられ
ており、50K以下の温度範囲では超電導転移温度がサ
ーマルシールド45の温度より高い、たとえビスマス系
の酸化物超電導体(超電導転移温度が約130K)製の
電流リード要素66a,66bが用いられている。そし
て、電流リード要素65a,65bにおける外槽43お
よびサーマルシールド45を貫通する部分はブッシング
構成に形成されている。同様に、超電導コイル47から
延び、内槽42の上壁を貫通する部分もブッシング構成
に形成されている。また、電流リード要素65a,65
bにおける電流リード要素66a,66bに近い部分
は、表面が窒化アルミニウムのように熱伝導性および電
気絶縁性に優れた部材で覆われたサーマルアンカ67
a,67bを介してサーマルシールド45に熱的に接続
されている。
To the superconducting coil 47, a current lead 64 for supplying a current to the superconducting coil 47 from outside the heat insulating container 41 is connected. The current lead 64 is made of different materials depending on the temperature level range. That is, the current lead elements 65a and 65b made of copper such as phosphorous deoxidized copper are used in the range from room temperature to 50K level, and the superconducting transition temperature is higher than the temperature of the thermal shield 45 in the temperature range of 50K or less. Current lead elements 66a, 66b made of a system oxide superconductor (having a superconducting transition temperature of about 130K) are used. The portions of the current lead elements 65a and 65b that penetrate the outer tank 43 and the thermal shield 45 are formed into a bushing structure. Similarly, a portion extending from the superconducting coil 47 and penetrating the upper wall of the inner tank 42 is also formed in a bushing structure. In addition, the current lead elements 65a, 65
The portion near the current lead elements 66a and 66b in b is a thermal anchor 67 whose surface is covered with a member having excellent thermal conductivity and electrical insulation such as aluminum nitride.
It is thermally connected to the thermal shield 45 via a and 67b.

【0038】この構成によって、電流リード要素66
a,66bは、全体が超電導転移温度以下、つまり図中
上端部が50K程度(第2の温度レベル)に、また図中
下端部が4K程度(第1の温度レベル)に保持される。
With this configuration, the current lead element 66
All of a and 66b are maintained at or below the superconducting transition temperature, that is, the upper end in the figure is maintained at about 50K (second temperature level) and the lower end in the figure is maintained at about 4K (first temperature level).

【0039】電流リード要素66a,66bの他端側、
つまり電流リード65a,65bとの境界に近い部分に
永久電流スイッチ70が接続されている。この永久電流
スイッチ70は、電流リード要素66a,66bを形成
している超電導体と同じビスマス系の酸化物超電導体で
形成されて電流リード要素66a,66bの他端側間に
接続された永久電流スイッチ要素71と、この永久電流
スイッチ要素71に選択的に熱を加えて常電導転移状態
(オフ状態)にさせる電気ヒータ72とで構成されてい
る。なお、電気ヒータ72の両端は図示しないリード線
を介して断熱容器41の外部に導かれている。
The other ends of the current lead elements 66a and 66b,
That is, the permanent current switch 70 is connected to a portion near the boundary between the current leads 65a and 65b. The persistent current switch 70 is made of the same bismuth oxide superconductor as the superconductor forming the current lead elements 66a and 66b, and is connected between the other ends of the current lead elements 66a and 66b. It is composed of a switch element 71 and an electric heater 72 for selectively applying heat to the permanent current switch element 71 to bring it into a normal conduction transition state (off state). Both ends of the electric heater 72 are guided to the outside of the heat insulating container 41 via lead wires (not shown).

【0040】上記構成から判るように、蓄冷式冷凍機4
9の第1段冷却ステージ57とサーマルシールド45と
サーマルアンカ67a,67bとで、第1段冷却ステー
ジ57を吸熱源として永久電流スイッチ要素71および
電流リード要素66a,66bの他端側を50K(第2
の温度レベル)に冷却するための第2の冷却手段が構成
されている。
As can be seen from the above configuration, the cold storage refrigerator 4
The first cooling stage 57, the thermal shield 45, and the thermal anchors 67a, 67b of 9 use the first cooling stage 57 as a heat-absorbing source, and the other end side of the permanent current switch element 71 and the current lead elements 66a, 66b is 50K ( Second
Second cooling means for cooling to a temperature level of 1).

【0041】第1段冷却ステージ57の温度は第2の冷
却ステージ81を構成している吸熱管60のそれよりは
るかに高い。したがって、第1段冷却ステージ57の冷
凍能力は、第2段冷却ステージ81の冷凍能力に比べて
はるかに大きい。この冷凍能力の大きい第1の冷却ステ
ージ57を吸熱源として永久電流スイッチ要素71およ
び電流リード要素66a,66bの他端側が50K(第
2の温度レベル)に冷却される。このため、永久電流ス
イッチ70をオフさせるために電気ヒータ72を付勢し
たとき、この電気ヒータ72で発生した余剰発熱分はサ
ーマルアンカ67a,67bおよびサーマルシールド4
5を介して冷凍能力の大きい第1段冷却ステージ57に
よって速やかに吸収され、液体ヘリウム46に対して熱
負荷となることは少ない。したがって、永久電流スイッ
チ70を動作させたときに発生する熱が原因で液体ヘリ
ウム46の蒸発量が増加するのを防止することができ
る。
The temperature of the first cooling stage 57 is much higher than that of the endothermic tube 60 forming the second cooling stage 81. Therefore, the refrigerating capacity of the first cooling stage 57 is much larger than the refrigerating capacity of the second cooling stage 81. The other ends of the permanent current switch element 71 and the current lead elements 66a and 66b are cooled to 50K (second temperature level) by using the first cooling stage 57 having a large refrigerating capacity as a heat absorption source. Therefore, when the electric heater 72 is energized to turn off the permanent current switch 70, the surplus heat generated by the electric heater 72 is generated by the thermal anchors 67a and 67b and the thermal shield 4.
It is unlikely that the liquid helium 46 is quickly absorbed by the first-stage cooling stage 57 having a large refrigerating capacity via 5 and becomes a heat load on the liquid helium 46. Therefore, it is possible to prevent the evaporation amount of the liquid helium 46 from increasing due to the heat generated when the permanent current switch 70 is operated.

【0042】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、超電導磁石装置の中には、
超電導コイルを液体ヘリウムで直接的あるいは間接的に
冷却し、サーマルシールドを液体窒素で直接的あるいは
間接的に冷却するものもあるが、このようなものについ
ても本発明を適用することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. That is, in the superconducting magnet device,
There is a type in which the superconducting coil is directly or indirectly cooled with liquid helium and the thermal shield is directly or indirectly cooled with liquid nitrogen, but the present invention can be applied to such a type.

【0043】さらに、冷凍機とヘリウムガスあるいは窒
素ガス等を循環させる冷媒ガス循環系とを組合せて用
い、冷凍機の第1段および第2段冷却ステージと超電導
コイルおよびサーマルシールドとを上記冷媒ガス循環系
によって熱的に連結し、冷媒ガスを循環させることで冷
却する方式の超電導磁石装置についても本発明を適用す
ることができる。
Further, by using a refrigerator and a refrigerant gas circulation system for circulating helium gas or nitrogen gas in combination, the first and second cooling stages of the refrigerator, the superconducting coil and the thermal shield are connected to the refrigerant gas. The present invention can also be applied to a superconducting magnet device of a system that is thermally connected by a circulation system and is cooled by circulating a refrigerant gas.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
永久電流スイッチを動作させたときに発生する熱が超電
導コイルの配置場に熱負荷として侵入するのを防止する
ことが可能となる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to prevent heat generated when the permanent current switch is operated from entering the placement field of the superconducting coil as a heat load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る超電導磁石装置の模式
的構成図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a superconducting magnet device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の別の実施例に係る超電導磁石装置の模
式的構成図
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a superconducting magnet device according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明のさらに別の実施例に係る超電導磁石装
置の模式的構成図
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a superconducting magnet device according to still another embodiment of the present invention.

【図4】従来の代表的な超電導磁石装置の模式的構成図FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional typical superconducting magnet device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空容器 2、47…超電導コイル 3,45…アーマルシールド 4、49…蓄冷式冷凍機 5、57…第1段冷却ステージ 6、81…第2段冷却ステージ 7、8…熱伝導部材 21、64…電流リード 22a,22b、65a,65b…銅製の電流リード要
素 23a,23b、66a,66b…超電導体製の電流リ
ード要素 24a,24b、67a,67b…サーマルアンカ 30、31a、70…超電導スイッチ 32、71…超電導スイッチ要素 33、72…電気ヒータ 34…コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container 2, 47 ... Superconducting coil 3, 45 ... Armal shield 4, 49 ... Regenerative refrigerator 5, 57 ... 1st stage cooling stage 6, 81 ... 2nd stage cooling stage 7, 8 ... Heat conduction member 21, 64 ... Current leads 22a, 22b, 65a, 65b ... Copper current lead elements 23a, 23b, 66a, 66b ... Superconductor current lead elements 24a, 24b, 67a, 67b ... Thermal anchors 30, 31a, 70 ... Superconducting switch 32, 71 ... Superconducting switch element 33, 72 ... Electric heater 34 ... Coil

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】超電導コイルと、この超電導コイルを超電
導転移温度以下の第1の温度レベルに冷却する第1の冷
却手段と、それぞれが前記超電導コイルの超電導転移温
度より高い超電導転移温度の超電導体で形成され、それ
ぞれの一端側が前記超電導コイルに接続されて上記超電
導コイルへ電流を供給する電流リードの一部を構成する
一対の電流リード要素と、前記超電導コイルの超電導転
移温度より高い超電導転移温度の超電導体で形成され、
前記一対の電流リード要素の他端側間に接続された永久
電流スイッチ要素と、この永久電流スイッチ要素および
前記一対の電流リード要素の他端側を前記第1の温度レ
ベルより高く、かつ上記一対の電流リード要素および上
記永久電流スイッチ要素の超電導転移温度より低い第2
の温度レベルに冷却する第2の冷却手段と、前記永久電
流スイッチ要素を選択的に常電導転移させる手段とを具
備してなることを特徴とする超電導磁石装置。
1. A superconducting coil, first cooling means for cooling the superconducting coil to a first temperature level below the superconducting transition temperature, and a superconductor each having a superconducting transition temperature higher than the superconducting transition temperature of the superconducting coil. And a pair of current lead elements each of which is connected to the superconducting coil and constitutes a part of a current lead for supplying a current to the superconducting coil, and a superconducting transition temperature higher than the superconducting transition temperature of the superconducting coil. Made of superconductor of
The permanent current switch element connected between the other end sides of the pair of current lead elements, the permanent current switch element and the other end side of the pair of current lead elements are higher than the first temperature level, and Second lower than the superconducting transition temperature of the current lead element of
A superconducting magnet device comprising: second cooling means for cooling to the temperature level of 1) and means for selectively causing the persistent current switching element to transition to the normal conduction state.
【請求項2】前記超電導コイルは合金系超電導体または
化合物系超電導体で形成されており、前記一対の電流リ
ード要素および前記永久電流スイッチ要素は酸化物超電
導体で形成されていることを特徴とする請求項1に記載
の超電導磁石装置。
2. The superconducting coil is formed of an alloy superconductor or a compound superconductor, and the pair of current lead elements and the permanent current switch element are formed of an oxide superconductor. The superconducting magnet device according to claim 1.
【請求項3】前記第1の冷却手段は蓄冷器を備えた複数
段膨張式の蓄冷式冷凍機における最終段冷却ステージを
吸熱源として前記超電導コイルを冷却する第1の吸熱系
によって構成されており、前記第2の冷却手段は上記蓄
冷式冷凍機の前記最終段以外の冷却ステージを吸熱源と
する第2の吸熱系によって構成されていることを特徴と
する請求項1に記載の超電導磁石装置。
3. The first cooling means is constituted by a first endothermic system for cooling the superconducting coil by using a final stage cooling stage in a multistage expansion regenerator having a regenerator as an endothermic source. The superconducting magnet according to claim 1, wherein the second cooling means is constituted by a second endothermic system having a cooling stage other than the final stage of the regenerative refrigerator as an endothermic source. apparatus.
【請求項4】前記第1の冷却手段は前記第1の温度レベ
ルの液体あるいはガスの冷媒を有し、該液体あるいはガ
スの冷媒で前記超電導コイルを直接的または間接的に冷
却する第1の冷却系統で構成されており、前記第2の冷
却手段は前記第2の温度レベルの液体あるいはガスの冷
媒を有し、該液体あるいはガスの冷媒で前記永久電流ス
イッチ要素および前記一対の電流リード要素の他端側を
直接的または間接的に冷却する第2の冷却系統で構成さ
れていることを特徴とする請求項1に記載の超電導磁石
装置。
4. The first cooling means has a liquid or gas refrigerant of the first temperature level, and the first or second cooling means directly or indirectly cools the superconducting coil with the liquid or gas refrigerant. The second cooling means has a liquid or gas refrigerant of the second temperature level, and the permanent current switch element and the pair of current lead elements are constituted by the liquid or gas refrigerant. 2. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the superconducting magnet device is configured by a second cooling system that directly or indirectly cools the other end side of the.
【請求項5】前記第1の吸熱系は、前記最終段冷却ステ
ージと前記超電導コイルとを熱的に接続する熱伝導部材
を備えていることを特徴とする請求項3に記載の超電導
磁石装置。
5. The superconducting magnet device according to claim 3, wherein the first endothermic system includes a heat conducting member that thermally connects the final cooling stage and the superconducting coil. .
【請求項6】前記第2の冷却手段は、前記超電導コイル
の配置場への熱侵入を阻止するサーマルシールドの冷却
も兼ねていることを特徴とする請求項1,3,4のいず
れか1項に記載の超電導磁石装置。
6. The second cooling means also functions as a cooling for a thermal shield for preventing heat from entering the placement field of the superconducting coil. The superconducting magnet device as described in the paragraph.
【請求項7】前記永久電流スイッチ要素を選択的に常電
導転移させる手段は、前記永久電流スイッチ要素に熱を
加える熱発生手段から構成されていることを特徴とする
請求項1に記載の超電導磁石装置。
7. The superconducting device according to claim 1, wherein the means for selectively changing the permanent current switch element to the normal conduction state comprises heat generating means for applying heat to the permanent current switch element. Magnet device.
【請求項8】前記永久電流スイッチ要素を選択的に常電
導転移させる手段は、前記永久電流スイッチ要素に磁場
を印加する磁場発生手段から構成されていることを特徴
とする請求項1に記載の超電導磁石装置。
8. The magnetic field generating means for selectively applying a magnetic field to the permanent current switch element, wherein the means for selectively causing the permanent current switch element to undergo a normal conduction transition is constituted by a magnetic field generating means. Superconducting magnet device.
【請求項9】前記磁場発生手段は、酸化物超電導体から
成るコイルを備えていることを特徴とする請求項8に記
載の超電導磁石装置。
9. The superconducting magnet device according to claim 8, wherein the magnetic field generating means includes a coil made of an oxide superconductor.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270913A (en) * 2001-03-09 2002-09-20 Hitachi Ltd Superconductive coil unit and mri device
JP2015149421A (en) * 2014-02-07 2015-08-20 古河電気工業株式会社 Cooling structure of superconductor
WO2015136676A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 株式会社日立製作所 Persistent current switch

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Effective date: 20040309