JPS621208A - シエル形多極超電導マグネツト - 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、粒子加速器に用いられるシェル形多ｗＡ超
電導マグネットに関Ｊる。

（従来の技術） シェル形２極超電導マグネットを用いた粒子加速器を第
２図に断面図で示す。第２図において、１０は真空容器
で、その中に２［ヘリウム流路１２、流体窒素流路１６
等の冷ｌＪＩ系統Ｊ３よび２極マグネット２０が収容さ
れている。２極マグネツト２０は鉄心２２、ＳＵＳカラ
ー２４、シェル形２極コイル２６等で構成され、２極コ
イル２６で囲まれた中心部にビームパイプ３０が配置さ
れている。鉄心２２とＳＵＳカラー２４の間３２、コイ
ル２６．２８とじ一゛ムパイブ３０の間３４には、それ
ぞれ液体ヘリウムが通されている。

２極マグネツト２０の機能は、マグネットの中心部分す
なわらビームパイプ３０（高エネルギ粒子の通過部分）
での磁力線を一様平行にするととである。常電動マグネ
ットでは、磁力線が必ず鉄心を通過するため、鉄心の面
を平行に向かい合わせれば、鉄心の間の空間では磁力線
は平行になる。

一方、超電導マグネットでは、鉄心が存在しないので、
コイル位置を正確に決めて平行磁場を形成する。また、
その平行１１ｍが完全に一様に平行である°とり゛れば
、中心磁場のフーリエ解析（高調波磁場解析）は、基本
波成分を除き、他の高調波はすべて零となる。普通の２
極マグネツトでは、このような理想的なことはありえず
、必ず高調波成分を含んでいる。ただし、コンピュータ
による計篩では、マグネットが１／４対称の構成になる
ことが保証されているので、偶数次高調波は現われない
。したがって、３次、５次、７次、・・・などの奇数次
高調波をコイル配置により打消す必要がある。

従来にお１ノるシェル形２極超電導マグネットの断面図
を第３図に示す。シェル形マグネットと１４巻線をブロ
ックごとにあるいは数ターンからなる：１イルブロック
を同心円状（完全な同心円状ではない。）に配ｆｉｌる
方式をいう。

この超電導マグネット２０は、コイル（第２図のコイル
２６）として、外径コイル３６（３６Δ。

３６Ｂ、３６Ｇ＞、３８　（３８Ａ、３８８．３８Ｃ）
と、内径コイル４０　（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）、４
２　（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ）が設けられている。こ
のコイル配置では、外径コイル３６゜３８、内径コイル
４０．４２を構成する個々のブロックのコイル（例えば
３６Δ、３６８．３６Ｇを１つのブロックという。）は
同一の円周上に位置している。

個々のブロックのコイルは、同一の巻線でシリーズに巻
かれており、巻線の傾きを調整するために周方向にスペ
ーサ４１が挿入されている。

第３図のマグネット２０の１／４部分（第１象限）の磁
力線図を第４図に示す。この磁力線図は、−見すると中
心部分で平行な磁力線のように見えるがフーリエ解析す
ると、第３次、第５次高調波磁場の基本波磁場に対する
割合が大きくなり、高エネルギ粒子加速器用２極マグネ
ツトとして使用する場合は、それらのＩ４調波を打消す
ための補正コイル（あるいは補正マグネット）が必要で
あった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は前記従来の技術における問題点を解決して１
．シェル形多極超電導マグネットにおいて補正コイルや
補正マグネットを用いずに高調波磁場を打消すことがで
きるコイル配置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、ブロック内でコイルの半径方向位置をずら
して配置したものである。

〔作　用〕

この発明の前記解決手段によれば、ずれ囲を最適値に選
択することにより、高調波磁場を有効に打も消すことが
できる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、内径コイル４０はコイル４０Ａ、４０
Ｂ、４０Ｇ、４０Ｄ、４０Ｅで構成され、内径＝１イル
４２はコイル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｇ。

４２Ｄ、４２Ｅで構成されている。また、外径コイル３
６は、コイル３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃで構成され、外径
コイル３８は、コイル３８Ａ。

３８Ｂ、３８Ｇで構成されている。

各ブロックのコイルは、同一の巻線でシリーズに巻かれ
ており、巻線の傾きを調整するために周方向にスペーサ
４１が挿入されている。また、半径方向の位置を調整す
るために、スペーサ４３が挿入されている。

なお、第１図において、３０はビームパイプ、２２はカ
ラーである。

第１図のコイル配置の第１象限を第５図に示す。

第５図に示すように、内径コイル４０は、コイル４０Ｂ
、４０Ｇ、４０Ｄが半径Ｒ１の位置に配置され、コイル
４０Ａ、４０Ｅがこれよりも半径方向外側にずれた半径
ｒ１の位置に配置されている。

また、外径コイル３６は、コイル３６Ｂが半径Ｒ２の位
置に配置され、コイル３６Ａ、３０Ｃがこれよりも半径
方向外側にずれた半径ｒ２の位置に配置されている。前
記内径コイル４２、外径コイル３８についても同様に外
側のコイルが半径方向外側にずれて配置されている。

これらのコイルの半径方向のずれによって、高調波磁場
が変化する。また、これらのコイルの周方向位置をずら
すことによっても高調波磁場が変化す゛る。

いま、第５図において、コイル３６８．４０８゜４０Ｇ
の位置を固定し、コイル４０△の半径方向の位置ｒ１と
コイル３６Δの角度θ（コイル３６Ａの周方向位置によ
り変化する。）を変化させるものとする。このときの、
第３次、第５次高調波の基本波に対する割合を調べてみ
ると、第６図に示す傾向がある。

第６図は縦軸を基本波に対づる高調波の割合、横軸を半
径ｒ　としたもので、θをθ　、θ２゜θ３の３点に変
化させ、θ一定の点を直線で結んでいる。第６図で明ら
かなように、第３次高調波と第５次高調波の割合は、前
者が右上り、後者が右下がりの逆の傾向を右する。した
がって、０＝θ　、θ　、θ３に対し、３次と５次の直
線はＡ。

Ｅ３．Ｃの３点で交わる。つまり、Ａ、［３，Ｃの３点
は、３次及び５次の両方の高調波成分に対し、絶対１ぬ
最小の値を与えるものである。実際の最適位置としてｒ
　　＝ｒ　　、θ＝０１として磁場を］ンピｌ−夕によ
り求め、フーリエ解析により高調波成分を求めてみると
、それらの割合は、電流値の広い使用範囲にわたって十
分率さいものであり、水力式を適用した２１４ｉ超電導
マグネッ１−が補正マグネットなしで、加速器用マグネ
ットとして使用できる特性を有することが判明した。

なお、第１図のコイル配置にＪ３ける磁力線図を第７図
に示す。

〔変更例〕

前記実施例では、マグネットの極数が２極の場合につい
て説明したが、４極、６極等より多くの極数のマグネッ
トにもこの発明を適用することができる。また、前記実
施例では、内径コイルと外径コイルの２届にした場合つ
いて説明したが、３層以上の場合にもこの発明を適用す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、次のような効
果がある。

■　鉄心の磁場飽和などの要因で発生した高調波磁場を
、−コイルの位置を半径方向にずらせることにより打消
すことが出来る。

■　定格の磁場強度で高調波磁場を打ち消すことが出来
れば、磁場強度を変化させても高調波磁場の打ら消しの
効果はほとんど変わらず、一様な磁場分布が達成される
。

■　高調波の割合を、コイルの位置の変化に対してグラ
フ化すれば、その交点から自動的に最適位置が求められ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明をシェル形２極超電導マグネットに
適用した一実施例を示す断面図である。 第２図は、シェル形２極超電導マグネットを用いた粒子
加速器を示づ断面図である。 第３図は、従来のシェル形２極超電導マグネットを示づ
断面図である。 第４図は、第３図のコイル配置による磁力線図である。 第５図は、第１図の実施例におＧｊる第１象限のコイル
配置を示す図である。 第６図は、第５図の配置による高調波の変化を示す特性
図である。 第７図は、第１図のコイル配置による磁力線図である。 ３６．３８・・・外径コイル、４０．４２・・・内径コ
イル、４１・・・周方向スペーサ、４３・・・半径方向
スペーサ。 （番よ／Ｊｌ　１名ン 駈÷ １’１１’１ ÷ 二一 第５゛図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分割されたコイルの半径方向位置をずらして配置したこ
   とを特徴とするシェル形多極超電導マグネット。