JPS61199613A - 超電導マグネツト - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超電導磁界を発生する超電導マグネット、
特に極低温容器内の超電導コイルの一部が冷媒から露出
しても超電導破壊を生じない超電導マグネットに関する
ものである。

〔従来の技術〕

第６図は例えば特開昭３３−ｌコア、００３号公報に示
された従来の超電導マグネットを示す側断面図である。

図において、（１）は極低温容器、（２）は超電導コイ
ル、（Ｊ）は冷媒例えば液体ヘリウム、（りは励磁電源
、（３）はリード線である。極低温容器（１）は、真空
槽とヘリウム槽あるいは真空槽とチッソシールド僧とヘ
リウム槽から成り、容器外部から容器内部への熱の侵入
を極力抑制すること忙より容器内部において極低温状態
を接続しやすい構造となっている。超電導コイル（２）
は、極低温容器（／１内に満された液体ヘリウム（３）
に浸漬されている。

超電導コイル（２）には一対のリードａ（３）が接続さ
れており、これらリード線（！）に極低温容器（１）の
外部に設置した励磁電源（４ｔ）が接続されているので
、この励磁電源（４’ｌを稼動させることにより、リー
ド線（ｊ）を介して超電導コイル（２）ｋ電流が流れ、
超電導コイル（２）は出界を発生する。

第７図は、第６図に示した従来の超電導マグネットの問
題点を証明する実験装置の側断面図である。（Ｊａ）は
超電導線であり、この超電導線ｒＪａ）を巻回して超電
導コイル（２）を製作する。リード線（３）は、超電導
線（２ａ）がハンダ付けされた銅板（ｊａ　）、パワー
リード（３ｂ）およびケーブル（５Ｃ）の３者から構成
される。（６）は液体ヘリウム（３）の液面烏さを測定
するために用いる液面計である。（り）はリード線支え
棒であり、超電導コイル（λ）をはさみ込むよう忙設置
してリード線（＆）を固定するために用いる。なお、第
７図には鉛直下向きの座標軸Ｚも示した。また、超電導
＠（コａ）は断面が／、３Ｎ×コ、６關で銅比コのＮｂ
Ｔ　ｉ多芯線である。そして超電導コイル（−）は長さ
２００ｔａのレーストラック型コイルである。

次に動作を、まず第６図から説明する。極低温容器（１
）内に／気圧での沸点が＜４，２にである液体ヘリウム
（Ｊｌを満し、超電導コイル（２１を液体ヘリウム（，
７）中にその液面下まで浸漬させて超電導コイル（，２
）が超電導状態になるため忙必要な臨界温度以下のコイ
ル温度とする。この状態で励磁電源（１）から超電導コ
イル（２）へリード線（ｊｌを介して電流を流すことＫ
より超電導コイル（Ｊ）Ｖｃ６１１界を発生させる。こ
のような超電導状態を維持し続けるためには超電導コイ
ル（２）を常に臨界温度以下に保っておかなければなら
ない。臨界温度は、　ＮｂＴｉ超電導超電導へ）の場合
約ｆＫ以下である。極低温容器（１）外部からの輻射熱
侵入、リードｍ（３）を介しての伝導による熱侵入、極
低温容器（１）内部のヘリウムガスの対流による熱侵入
により、超電導コイル（２）は加温されようとするが、
コイル周囲忙液体ヘリウム（ｊ）が十分溝されている場
合忙は、この液体ヘリウム（３）が熱シールドの効果を
果して液体ヘリウム（３）が蒸発するだけであり、コイ
ル温度は上昇しない口従って超電導状態を接続できる。

次に、上述の侵入熱により液体ヘリウム（３）が蒸発し
て、液面の高さが超電導コイルＣ−）の上端面以下とな
った場合について説明する。この場合、リード線（５）
は超電導コイル上部に接続されているので液体ヘリウム
（３）Ｋ浸漬されることなく超電導コイル（２）に直接
接続されること忙なり、リード線（ｊｌＫ沿って極低温
容器（／１内外からの伝導熱が超電導コイル（２）に直
接伝わってしまい、超電導コイル（２）の温度が上昇す
る。このように、液体ヘリウム（３）の液面が低下した
場合にでも、超（導コイル（２）の一部が液体ヘリウム
（３１に浸ｔ−されている場合には、超電導線（コａ）
の安定化基材である銅やアルミニウムを伝わって超電る
ことになる。液体ヘリウム（３）の液面が更に低下して
超電導コイル（２）がガスヘリウム中に現われる平衡温
度は更に窩くなる傾向にある。超電導コイル（２）の一
部分の温度が臨界温度を越えると、その部分は超電導状
態を維持できなくなり、超電導が常電導に転移する起電
導破壊を起こし、超電導コイル（２）のＳ界が急場に低
下する事故が発生する。

このよ５に、液体ヘリウム（３）の液面が低下するにつ
れて、コイル湿度は上昇しついては超電導コイル（２）
に超電導破壊が生じる。

上述の説明を裏付ける実験結果を、第７図の実験装置に
基づいて説明する。なお、この実験はリード線（６１の
位置が超電導破壊に対して重要となることを示唆するた
めのものであるが、同時にこの発明の内容も一部含んで
いることをあらかじめ付言しておく。第７図において、
励磁電源（りと超電導コイル（２）とはリード線（３）
によって接続され、リード線（３１は３つの部分から構
成されている。すなわち、これら３つの部分は、（Ｉｌ
超電導コイル（２）から口出されたばかりの超電導線（
２ａ）の線材のふらつきによる超電導破壊を生じさせな
いために、超電導線（２ａ）を銅板ｒｊａ）Ｋハンダ付
けして強固に固定した部分、（■）温度の低い極低温容
器内から常温の外部にリード線（３）を引き出す際、常
温部付近でのリード線（ｊ）の発熱を抑制するために、
極低温容器（１）内の低温ガスヘリウムによりリード線
（３）を冷却できる構造としたパワーリードｒｔｂ）の
部分、そして（至）極低温容器（１）の外部にあって電
流容量が大きな太いケーブル（ＳＣ）の部分である。

リード線（３）は超電導コイル（２）からλ本山ており
。

そのうち１本はｚ：１００ｍ　　において、かつ、超電
導コイル最内周部からコイル下部忙向けて口出しされ、
コイル巻線ＫＧって引き下げられたあと、−コ［巻−線
−に−沿つｉ：、−引−創下−−−−、　　上部に引き
上げられて極低温容器（１）外に引き出されたものであ
る。残る１本のリード線（３）は、　Ｚ　’；；　１０
０ｍにおいて、かつ、コイル最外周部からコイル上部に
向け【口出しされ、そのまま上部に向って配線されたあ
と、極低温容器（１）外に引き出されたものである。コ
イル最外周部からコイル上部に向けて口出しをれたリー
ド線（ｊｌが液体ヘリウム（３）から完全に露出するＺ
”；１００ｍｍの位置まで液体ヘリウム（３）の液面が
低下した際に、超電導破壊を生じる可能性が高いと予想
できる。液体ヘリウム（３）の液面高さは、液面計（６
）により連続的に記録される。まず、超電導コイル（２
）の上端部まで十分に液体ヘリウム（，７）を満し、次
に励磁電源（４）　Ｋより、一定の電流上昇率でｔｏｏ
ｈまで電流を加えたあと、このに設置されたヒータ、ｌ
ｉ　（Ａ　ａ　）が液面計（６）を動作さ　。

せるのに必要とするわずかな電流をヒータ＠（Ａａ）Ｋ
通電することによる発熱との両者により、液体ヘリウム
（３）を徐々に蒸発させ、その液面を低下させていく。

超電導破壊が発生する場所を把握するためた、電圧測定
用の細いリードＩ！ｌ（図示しない）を超電導線（コａ
）の各所に接続しておく。このリード線は非常に細いの
で、云導忙よる熱侵入を全く無視できる・以上のような
実験を行った結果、次のことが明らかとなった。

上記の実験結果より、ｌ対のリード線（ｊｌのいずれか
１本が液体ヘリウム（、？）Ｋ全く触れなくなった時忙
超電導破壊が生じている。すなわち、リード線（６１か
らの熱侵入によって超電導破壊が生じたといえる。

＠６図に示した従来の超電導マグネットでは、ｌ対のリ
ード線（３）が超電導コイル（２）の上端面に接続され
ているので、液体ヘリウム（３）の液面が超電導コイル
上端部まで低下すると、超電導破壊が生じるといえる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の超１狸導マグネットは以上のよ’）に構成されて
いるので、極低温容器内に液体ヘリウムが多を忙残って
いるにもかかわらず超電導破壊が生じてしまう問題点が
あった。

この発明は上述したような問題点を解決するためになさ
れたもので、液体ヘリウムの液面高さが超電導コイル上
端面より低い場合にも超電導破壊を生じない超電導マグ
ネットを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る超電導マグネットは、極低温容器内のリ
ード線の一部を、超電導コイルの上端面より低い位置に
配線しかつ冷媒で冷却するよつにしたものである。

〔作　用〕

液体ヘリウムの液面が超電導コイルの上端面よりも低下
した場合でも、リード線の一部が液体ヘリウム中にある
ため、リード線の温度は液体ヘリウムの沸点温度を保ち
、従ってリード線と超電導コイルとの接続部の温度は上
昇しない。

〔実施例〕

以下、この発明をその実施例について説明する。

第１実施例 第１図はこの発明に係る超電導マグネットの第１実施例
を示し、第６図の従来例と違って一対のリードＭ　（り
が超電導コイル（２）の下端部から口出しされ、液体ヘ
リウム（ｉｌ中を引上げられ、極低縁容器（１）の外に
引出され、そして励磁電源（り）へ電気的に接続されて
いる。

リード＋１！ｉ！（ｊｌをこのように間服すれば、液体
ヘリウム（３）の液面が超電導コイルＣ−１の下端部に
低下するまでリード線（，１）の一部は液体ヘリウム（
３）中にあるので、リード線（３１を介しての熱伝導に
よる超電導コイル（２）への熱侵入は、リード、ｉｌ　
（ｊｌが液体ヘリウム（３）に浸漬されている部分にお
いて完全に除去される。

また、超電導コイル（２）が液体ヘリウム（３）中から
完全に露出するまで、リードｇ　＜ｓ）の一部は液体ヘ
リウム（，７１中にあるので、リード％（３１から超電
導コイル（２）への熱侵入により臨界温度以上のコイル
温度となることに起因した超電導破壊は、第７実施例で
は、超電導コイル（２）に液体ヘリウム（３）中から完
全に露出するまで発生しないといえる。

第二図は、この発明の効果を実証するための実験装置で
ある。リード線（Ａ）は超電導コイル（２）の最外周部
の下端部Ｚ；２００．から口出しされるものが１本と、
Ｚ”：１１００ｖ＋で、かつ、超電導コイル層内周部か
らコイル下部に向けて口出しされ。

コイル巻＆　Ｋ　？Ｅｊつて引き下げられたあと、上部
に引き上げられ、極低温容器（１）外に引出されたもの
である。超？Ｉｔ４コイル（２）の組材仕様１巻線構造
は第７図の場合と全く同一である。

第７図の場合の実験と同様に、まず液体ヘリウム（ｊ）
を超電導コイル（２）の上端部を越える高さまで十分満
し、超電導コイル（２）に通電してｔｏ（７Ａ又は２０
０にの一定電流としておく。次に液体ヘリウム（Ｊ）の
蒸発により液面を徐々に低下させてゆき、超電導破壊が
発生するまで液面を、低下させる。この実験の結果、次
のことがわかった。

上記の実験結果を第７−の実験装置での実験結果と比較
してみる。まず、超電導コイル（２）への通電々流を、
２０ＯＡとした柩１回目の実験においては、液体−・リ
ウム（３）の液面高さがＺ＝１）Ｊｔｍになるまで超電
導破壊は生じなかった。すなわち、超電導コイル（２）
の長さ、２ＯＯ電のうち、実忙９コ、ｊ％が液体ヘリウ
ム（３）中から露出しても超電導破壊しないという驚異
的な結果である。超電導破壊が発生し始めた場所はコイ
ル各部の電圧計側の結果、コイル最内周部のリード線日
出部であることが明らかとなった。液体ヘリウム（３）
の液面高さ２＝１１！ｒｗは、超電導コイル最内周部か
ら口出しされたリード線（３）が液体ヘリウム（，７）
中から完全に露出する高さとほぼ一致する。つまり、リ
ード線（３）の１本が液体ヘリウム（３）によって冷却
されなくなったために、リード線（３１Ｋ　Ｇって伝導
してきた熱が超電導コイル（２）に直接加わり、超電導
コイル（２）の一部を臨界温度以上に加温した結果、超
電導破壊が生じたことが明らかである。

次Ｋ、超電導コイルＣ−）の通電々流をざＯＯＡとして
実験した。このとき、７．＝／ＡＯｔｍにまで液面が低
下したところで超電導破壊が生じた。この液面は、超電
導コイル（２）の長さ一００隠のうちの１０％が液体ヘ
リウム（３）中から露出し【いるもの回 であり、コｏｏＡを通電したｆａｌｙ！Ａ目の実験と同
様に非常に低い液面まで超電導状態が維持できているこ
とは明らかである。ただし、ｚ＝／＆０ｒＩＩＩとなる
液面高さは、／部のリード線（３）のいずれか１本が液
体ヘリウム（３）中から完全ｋｌ！出する位置よりも高
い。

この原因は、ｚ；　ｔ　Ａ　ｏ龍の位置に最下端がある
リード線支え俸（７）が完全に液体ヘリウム（３）から
露出したために温度が上昇し、リード線支え棒（り）ｋ
密着しているリード線（３）への熱侵入量がわずかに増
大したためではないかと推定できる。通電々流が増すに
従い、臨界温度は低下してゆくことが超電導の特性から
既に明らかｋされているが、このように超電導コイル（
２）の温度と臨界温度との差が小さくなっている状態に
おいて、わずかな熱侵入量の増大があった場合には、超
電導コイル（コ１は直ちに臨界温度以上となって超電導
破壊を起すのである。

第コ実施例 なお、第１実施例では、超電導コイル（コ］の下端部か
らリード線（ｊ）を引出したが、第３図に示すよう釦、
超電導コイル（２）の上端部からリード線（３）を口出
ししたあとコイル下部に向けて引き下げ、その後引き上
げて極低温容器（１）の外に引出してもよい。超電導コ
イル（２）の下部に向けて引き下げたリード線（３）は
、コイル上端面よりも低い位置にある液体ヘリウム（，
７１に触れることができるので、液体ヘリウム（ｊ）　
Ｋ触れている部分よりも励磁電源（４’ｌの側にあるリ
ード線部分からの伝導による熱侵入での温度上昇分は、
液体ヘリウム（，７）　Ｋよって全て冷却される０その
結果、超電導コイル（２）は温度上昇したい＠コイル下
部に向けて引き下げたリード線（，１）がコイル下端部
以下の位置まで引き下げられた場合には、超電導コイル
（２）が液体ヘリウム（３）から完全に露出して超電導
破壊が生じる可能性が高まった状態になるまでリード線
（りは液体ヘリウム（３）中にあるので、リード線（ｊ
）からの伝導熱によらない超電導破壊が生じるといえる
。すなわち、リード線（よ）からの熱侵入による超電導
破壊は生じないのである。

第３実施例 また、第ｑ図に示すように、超電導コイル（２）の上端
部と下端部の間の側面からリード線（５１を口出しした
場合にも、液体ヘリウム（３）の液面がリード線（３）
の日出部以上の高さにある範囲において、上述の実施例
と同様の効果を奏する。

第９実施例 超電導コイル（２）の主軸が横向きの場合には、第３図
に示すように、リード線（３）が第１図の実施列と同様
に口出しされる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、超電導コイルの上端
面より低い位置忙リード線の一部を配線しかつ冷媒で冷
却したので、液体ヘリウムの液面が低下して超電導コイ
ルの一部が液面上Ｖｃｇ出した場合にも超電導状態を維
持でき、液体ヘリウムが少量であっても超電導破壊が生
じにくい超電導マグネットが実現でき、また、超電導マ
グネットの運転忙利用できる液体ヘリウムの貯蔵量を相
対的に多くすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の第１実施例による超電導マグネット
を示す側断面図、第２図はこの発明を裏づける実験装置
の側断面図、第３図ないし＠Ｓ図はこの発明の第コない
し第９の実施例を示す４ＪＭＵ断面図、第６図は従来の
超電導マグネットの側断面図、第７図は従来の超電導マ
グネットの問題点を証明する実験装置の側断面図である
。 （１）は極低温容器、（２）は超電導コイル、（３）は
液体ヘリウム、（４’ｌは励磁電源、（５）はリード線
である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 ５−−−−ソート・蒜− ％２［ＸＩ Ｚ（ｍｍ） 死３図 ％４図 篤５図 ％６図 罠７図 Ｚ［ｍｍ） 手続補正書（自発）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）極低温容器と、この極低温容器内に収納された超
   電導コイルと、この超電導コイルを臨界温度以下に保持
   するために上記極低温容器内に満された冷媒と、上記超
   電導コイルを励磁する励磁電源と、この励磁電源と上記
   超電導コイルとを電気的に接続するリード線とを例えた
   超電導マグネットにおいて、 上記極低温容器内の上記リード線の一部を、上記超電導
   コイルの上端面より低い位置に配線しかつ上記冷媒で冷
   却するようにしたことを特徴とする超電導マグネット。
2. （２）冷媒が液体ヘリウムである特許請求の範囲第１項
   記載の超電導マグネット。
3. （３）超電導コイルの下端部にリード線を接続する配線
   とした特許請求の範囲第１項または第２項記載の超電導
   マグネット。
4. （４）超電導コイルの主軸を横向きにした特許請求の範
   囲第３項記載の超電導マグネット。
5. （５）超電導コイルの上端部に接続されたリード線を、
   上記超電導コイルの下部に向けて引き下げたあと引き上
   げる配線とした特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の超電導マグネット。
6. （６）超電導コイルの下端部以下の位置までリード線を
   引き下げた配線とした特許請求の範囲第５項記載の超電
   導マグネット。
7. （７）超電導コイルの、上端部と下端部の間の側面にリ
   ード線を接続する配線とした特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の超電導マグネット。