KR102393462B1 - 초전도 마그넷 - Google Patents

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KR102393462B1
KR102393462B1 KR1020197033415A KR20197033415A KR102393462B1 KR 102393462 B1 KR102393462 B1 KR 102393462B1 KR 1020197033415 A KR1020197033415 A KR 1020197033415A KR 20197033415 A KR20197033415 A KR 20197033415A KR 102393462 B1 KR102393462 B1 KR 102393462B1
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히데아키 마에다
요시노리 야나기사와
고타로 오키
다츠오키 나가이시
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고쿠리쓰 겐큐 가이하쓰 호징 리가가쿠 겐큐소
스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

일 실시형태에 따른 초전도 마그넷은, 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하는 초전도층과, 접합부를 갖는 코일과, 내부에 코일을 저장하는 크라이오스탯을 구비한다. 제 1 부분 및 제 2 부분은, 종단부에 위치한다. 초전도층은, 접합부에 있어서 제 1 부분과 제 2 부분이 초전도 접합되는 것에 의해, 폐루프를 구성한다. 초전도층을 구성하는 재료는, 고온 초전도체이다. 접합부에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐른다. 크라이오스탯은, 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하가 되도록 구성된다.

Description

초전도 마그넷
본 개시는, 초전도 마그넷에 관한 것이다. 본 출원은, 2017년 5월 15일에 출원한 일본 특허출원인 특원2017-096718호에 기초하는 우선권을 주장하고, 당해 일본 특허출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
종래부터, 일본 특허공표 2016-535431호 공보(특허문헌 1)에 기재된 초전도 마그넷이 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 초전도 마그넷은, 솔레노이드 코일을 갖고 있다. 솔레노이드 코일은, 고온 초전도체를 포함하는 초전도 선재를 갖고 있다. 솔레노이드 코일은, 종단부에 조인트를 갖고 있다. 조인트에 있어서는, 초전도 선재가, 땜납에 의해 접합되어 있다.
또한, 종래부터, 이토 사토시, 920MHz-NMR용 초전도 마그넷 시스템의 연구개발, 요코하마 국립대학 박사 논문, 2007년 3월(비특허문헌 1)에 기재된 초전도 마그넷이 알려져 있다. 비특허문헌 1의 초전도 마그넷은, 솔레노이드 코일을 갖고 있다. 솔레노이드 코일은, 저온 초전도체를 포함하는 초전도 선재를 갖고 있다. 솔레노이드 코일은, 종단부에 조인트를 갖고 있다. 조인트에 있어서는, 초전도 선재가, 땜납에 의해 접합되어 있다.
한편, 고온 초전도체를 포함하는 초전도 선재의 초전도 접합에 관해서, 국제공개 제2016/129469호(특허문헌 2)에 기재된 기술 및 S. B. Kim et.al, Shape Optimization of the Stacked HTS Double Pancake Coils for Compact NMR Relaxometry Operated in Persistent Current Mode, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 26, No. 4, 2016년 6월(비특허문헌 2)에 기재된 기술이 알려져 있다.
일본 특허공표 2016-535431호 공보 국제공개 제2016/129469호
이토 사토시, 920MHz-NMR용 초전도 마그넷 시스템의 연구개발, 요코하마 국립대학 박사 논문, 2007년 3월 S. B. Kim et.al, Shape Optimization of the Stacked HTS Double Pancake Coils for Compact NMR Relaxometry Operated in Persistent Current Mode, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 26, No. 4, 2016년 6월
본 개시된 일 태양에 따른 초전도 마그넷은, 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하는 초전도층과, 접합부를 갖는 코일과, 내부에 코일을 저장하는 크라이오스탯(cryostat)을 구비한다. 제 1 부분 및 제 2 부분은, 종단부에 위치한다. 초전도층은, 접합부에 있어서 제 1 부분과 제 2 부분이 초전도 접합되는 것에 의해, 폐루프를 구성한다. 초전도층을 구성하는 재료는, 고온 초전도체이다. 접합부에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐른다. 크라이오스탯은, 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하가 되도록 구성된다.
도 1은, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷의 개략 단면도이다.
도 2는, 초전도 선재(11)의 길이 방향을 따른 단면에 있어서의 단면도이다.
도 3은, 접합부(12)에 있어서의 코일(1)의 단면도이다.
도 4는, 제 1 공정(S1)에 있어서의 접합부(12)의 모식적인 단면도이다.
도 5는, 제 2 공정(S2)에 있어서의 접합부(12)의 모식적인 단면도이다.
도 6은, 접합부(12)에 인가되는 자기장과 접합부(12)를 흐르는 임계 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 평행한 자기장이 인가된 경우 및 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 수직인 자기장이 인가된 경우에 있어서의 접합부(12)의 임계 전류를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷의 개략 단면도이다.
[본 개시가 해결하려고 하는 과제]
특허문헌 1에 기재된 초전도 마그넷에 있어서는, 조인트에 있어서 초전도 선재가 땜납에 의해 접합되어 있다. 고온 초전도체는, 땜납을 이용해서 접합한 경우, 초전도 접합으로는 되지 않는다. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재된 초전도 마그넷은, 영구 전류 모드(외부 전원으로부터 전류를 공급하지 않고 코일에 전류가 계속 흐르는 동작 모드)로 동작시킬 수 없다.
저온 초전도체는, 땜납에 의해 초전도 접합을 행하는 것이 가능하다. 그러나, 땜납은, 임계 자기장 강도(초전도 상태를 유지할 수 있는 자기장 강도의 최댓값)가 낮다(4.2켈빈에 있어서 0.2테슬라 미만임). 그 때문에, 초전도 마그넷을 영구 전류 모드로 동작시킬 때에는, 조인트가 마련되는 위치에 있어서의 자기장 강도를 낮추는 관점에서, 조인트와 솔레노이드 코일의 거리를 크게 할 필요가 있다. 그 결과, 코일을 저장하는 크라이오스탯이 대형화되는 것에 의해, 초전도 마그넷이 대형화되어 버린다. 예를 들면, 비특허문헌 1에 기재된 초전도 마그넷에 있어서, 조인트는, 자기 실드가 마련된 뒤에, 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 미만이 되는 위치에 배치되어 있다. 또한, 저온 초전도체를 포함하는 초전도 선재에 의해서 형성된 코일에서는, 높은 자기장 강도를 얻는 것이 곤란하다.
본 개시는, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시는, 영구 전류 모드로 동작 가능하고, 또한 소형화가 가능한 초전도 마그넷을 제공한다.
[본 개시된 효과]
본 개시된 일 태양에 따른 초전도 마그넷에 있어서는, 코일을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하가 되는 위치에 접합부를 배치해도, 접합부에 초전도 상태로 전류가 흐른다. 그 때문에, 초전도 마그넷을 영구 전류 모드로 동작시키는 것이 가능해진다. 접합부를 코일에 의해 가까운 위치에 배치할 수 있으면, 크라이오스탯을 소형화할 수 있다. 이와 같이, 본 개시된 일 태양에 따른 초전도 마그넷에 의하면, 초전도 마그넷의 영구 전류 모드에서의 동작이 가능해짐과 함께 초전도 마그넷의 소형화가 가능해진다.
[본 개시된 실시형태의 설명]
우선, 본 개시된 실시태양을 열기해서 설명한다.
(1) 본 개시된 일 태양에 따른 초전도 마그넷은, 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하는 초전도층과, 접합부를 갖는 코일과, 내부에 코일을 저장하는 크라이오스탯을 구비하고 있다. 제 1 부분 및 제 2 부분은, 코일의 종단부에 위치하고 있다. 초전도층은, 접합부에 있어서 제 1 부분과 제 2 부분이 초전도 접합되는 것에 의해, 폐루프를 구성하고 있다. 초전도층을 구성하는 재료는, 고온 초전도체이다. 접합부에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐른다. 크라이오스탯은, 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하가 되도록 구성되어 있다. 상기 (1)의 초전도 마그넷에 의하면, 영구 전류 모드에서의 동작이 가능해짐과 함께, 소형화가 가능해진다.
(2) 상기 (1)의 초전도 마그넷에 있어서, 접합부는, 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다. 상기 (2)의 초전도 마그넷에 의하면, 영구 전류 모드에서의 동작이 가능해짐과 함께 소형화가 가능해진다.
(3) 상기 (1)의 초전도 마그넷은, 접합부를 덮도록 크라이오스탯의 내부에 배치되고, 또한 코일을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도를 경감시키는 자기 실드를 더 구비하고 있어도 된다. 접합부는, 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다. 상기 (3)의 초전도 마그넷에 의하면, 영구 전류 모드에서의 동작이 가능해짐과 함께 소형화가 가능해진다.
(4) 상기 (1)의 초전도 마그넷에 있어서, 접합부에는, 4.2켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐른다. 크라이오스탯은, 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 4.2켈빈 이하가 되도록 구성되어 있어도 된다. 접합부는, 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다.
상기 (4)의 초전도 마그넷에 있어서는, 코일을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 접합부를 배치했다고 해도, 초전도 마그넷을 영구 전류 모드로 동작시킬 수 있다. 그 때문에, 상기 (4)의 초전도 마그넷에 의하면, 더한층의 소형화가 가능해진다. 또한, 상기 (4)의 초전도 마그넷에 의하면, 접합부에 있어서의 임계 전류의 값이, 크라이오스탯 내부의 온도가 77켈빈인 경우와 비교해서 크게 상승한다. 그 때문에, 상기 (4)의 초전도 마그넷에 의하면, 코일에 흘리는 것이 가능한 전류량을 상승시킬 수 있다.
(5) 상기 (1)의 초전도 마그넷에 있어서, 접합부에는, 50켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐른다. 크라이오스탯은, 내부에 있어서의 온도가 4.2켈빈을 초과하고 50켈빈 이하가 되도록 구성되어 있어도 된다. 접합부는, 코일을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다.
상기 (5)의 초전도 마그넷에 있어서는, 코일을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 접합부를 배치했다고 해도, 초전도 마그넷을 영구 전류 모드로 동작시킬 수 있다. 그 때문에, 상기 (5)의 초전도 마그넷에 의하면, 더한층의 소형화가 가능해진다. 또한, 상기 (5)의 초전도 마그넷에 있어서, 접합부에 있어서의 임계 전류의 값은, 크라이오스탯 내부의 온도가 4.2켈빈인 경우와 비교해서 크게 감소하지 않지만, 크라이오스탯 내부의 온도가 77켈빈인 경우와 비교해서 크게 상승한다. 그 때문에, 상기 (5)의 초전도 마그넷에 의하면, 상대적으로 높은 온도에서 코일에 큰 전류를 흘리는 것이 가능해진다.
(6) 상기 (1)∼상기 (5)의 초전도 마그넷에 있어서, 코일은, 솔레노이드 코일이어도 된다. 접합부는, 코일의 코일 길이 방향에 있어서의 끝과의 거리가, 코일 길이의 0.033배 이상 0.3배 이하가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다. 상기 (6)의 초전도 마그넷에 의하면, 영구 전류 모드에서의 동작이 가능해짐과 함께, 소형화가 가능해진다.
(7) 상기 (3)∼상기 (5)의 초전도 마그넷에 있어서, 코일은, 더블 팬케이크 코일이어도 된다. 접합부는, 코일의 외주면과의 거리가 코일 지름의 0.125배 이상 0.75배 이하가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다. 상기 (7)의 초전도 마그넷에 의하면, 영구 전류 모드에서의 동작이 가능해짐과 함께, 초전도 마그넷의 소형화가 가능해진다.
(8) 상기 (1)∼상기 (7)의 초전도 마그넷에 있어서, 제 1 부분과 제 2 부분의 접합 계면은, 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 방향과 평행으로 배치되어도 된다. 상기 (8)의 초전도 마그넷에 의하면, 접합부를 코일에 보다 가까운 위치에 배치하는 것이 가능해져, 초전도 마그넷을 더 소형화하는 것이 가능해진다.
(9) 상기 (1)∼상기 (8)의 초전도 마그넷에 있어서는, 고온 초전도체는, REBCO여도 된다. 접합부는, 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 배치되고, 또한, 고온 초전도체에 의해 구성되는 접합층을 더 포함하고 있어도 된다. 상기 (9)의 초전도 마그넷에 의하면, 초전도 접합의 신뢰성을 확보하면서, 초전도 마그넷의 소형화가 가능해진다.
(10) 상기 (9)의 초전도 마그넷에 있어서, 접합층은, 접합층의 결정 방위가 제 1 부분 및 제 2 부분의 결정 방위를 따르도록 배치되어 있어도 된다. 상기 (10)의 초전도 마그넷에 의하면, 초전도 접합의 신뢰성을 확보하면서, 초전도 마그넷의 소형화가 가능해진다.
다음으로, 본 개시된 실시형태의 상세를, 도면을 참조해서 설명한다. 한편, 각 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 또한, 이하에 기재하는 실시형태 중 적어도 일부를 임의로 조합해도 된다.
(제 1 실시형태)
이하에, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷의 구성에 대해서 설명한다.
도 1은, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷의 개략 단면도이다. 한편, 도 1 중에 있어서는, 자력선이 실선 화살표에 의해 나타내어지고 있다. 또, 도 1 중에 있어서는, 등(等)자기장선이 일점 쇄선에 의해 나타내어지고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷은, 코일(1)과, 크라이오스탯(2)을 갖고 있다. 코일(1)은, 크라이오스탯(2)의 내부에 배치되어 있다. 크라이오스탯(2)의 내부는, 냉각 매체에 의해서 냉각되고 있다. 이에 의해, 크라이오스탯(2)의 내부에 배치되어 있는 코일(1) 및 접합부(12)가 냉각되고 있다. 한편, 냉각 매체는, 예를 들면 액체 헬륨, 액체 질소 등이다. 크라이오스탯(2)의 내부는, 별도 부착되는 냉동기에 의해서 전도 냉각되고 있어도 된다. 이 경우, 크라이오스탯(2)의 내부에 배치되어 있는 코일(1) 및 접합부(12)도, 전도 냉각되고 있다.
크라이오스탯(2)은, 내부에 있어서의 온도가 77켈빈(액체 질소 온도) 이하가 되도록 구성되어 있다. 크라이오스탯(2)은, 바람직하게는 내부에 있어서의 온도가 4.2켈빈을 초과하고 50켈빈 이하가 되도록 구성되어 있다. 크라이오스탯(2)은, 특히 바람직하게는, 내부에 있어서의 온도가 4.2켈빈(액체 헬륨 온도) 이하이다. 한편, 크라이오스탯(2)은, 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상이 되도록 구성되어 있다.
코일(1)은, 예를 들면, 솔레노이드 코일이다. 즉, 코일(1)은, 초전도 선재(11)를 코일(1)의 중심축(1a) 주위에 나선 형상으로 권회하는 것에 의해 형성되어 있다. 중심축(1a)을 따르는 방향을, 코일(1)의 코일 길이 방향이라고 한다. 코일(1)은, 코일 길이 방향을 따라 코일 길이(L)를 갖고 있다. 코일(1)은, 제 1 단(1b)과, 제 2 단(1c)을 갖고 있다. 제 1 단(1b) 및 제 2 단(1c)은, 코일(1)의 코일 길이 방향에 있어서의 끝이다. 제 2 단(1c)은, 제 1 단(1b)의 반대측의 끝이다. 코일 길이(L)는, 제 1 단(1b)과 제 2 단(1c) 사이의 거리이다. 한편, 코일(1)의 수는, 복수여도 된다. 코일(1)의 수가 복수인 경우, 각각의 코일(1)은, 동심원상으로 배열된다.
도 2는, 초전도 선재(11)의 길이 방향을 따른 단면에 있어서의 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(11)는, 기재(11a)와, 중간층(11b)과, 초전도층(11c)과, 보호층(11d)과, 안정화층(11e)을 갖고 있다. 상기한 대로, 코일(1)은, 초전도 선재(11)에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 코일(1)은, 초전도층(11c)을 갖고 있다.
기재(11a)는, 예를 들면 스테인리스강을 함유하는 층, 구리(Cu)를 함유하는 층 및 니켈(Ni)을 함유하는 층을 적층한 클래드재에 의해 구성되어 있다. 단, 기재(11a)는, 이것에 한정되는 것은 아니다. 기재(11a)는, 예를 들면 하스텔로이(등록상표)에 의해 구성되어 있어도 된다.
중간층(11b)은, 기재(11a) 상에 배치되어 있다. 중간층(11b)은, 기재(11a)와 초전도층(11c)의 격자 미스매치를 저감하기 위한 층이다. 초전도층(11c)을 구성하는 재료에 맞추어, 중간층(11b)을 구성하는 재료는, 적절히 선택된다. 예를 들면, 초전도층(11c)을 구성하는 재료가 후술하는 REBCO인 경우, 중간층(11b)에는, 예를 들면, 산화 세륨(CeO2)이 이용된다. 중간층(11b)은, 균일한 결정 배향성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
초전도층(11c)은, 고온 초전도체에 의해 구성되어 있다. 한편, 고온 초전도체란, 초전도 전이 온도가 액체 질소 온도(77켈빈) 이상이 되는 재료를 말한다. 초전도층(11c)을 구성하는 고온 초전도체는, 예를 들면 REBCO이다. REBCO는, (RE) Ba2Cu3Ox(한편, RE는, 예를 들면 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd) 등의 희토류 원소)에 의해 나타내어지는 재료이다. 한편, 초전도층(11c)을 구성하는 재료는, 이것에 한정되는 것은 아니다. 초전도층(11c)을 구성하는 재료는, 예를 들면 Bi2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi-2223)여도 된다.
초전도층(11c)은, 균일한 결정 배향성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 초전도층(11c)을 구성하는 재료의 c축이, 중간층(11b)으로부터 보호층(11d)을 향하는 방향(초전도층(11c)의 두께 방향)을 따르고 있는 것이 바람직하다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 초전도층(11c)을 구성하는 재료의 ab면이, 초전도 선재(11)의 길이 방향 및 폭 방향과 평행으로 되어 있는 것이 바람직하다.
보호층(11d)은, 초전도층(11c) 상에 배치되어 있다. 보호층(11d)은, 예를 들면 은(Ag) 등에 의해 구성되어 있다. 안정화층(11e)은, 보호층(11d) 상에 배치되어 있다. 안정화층(11e)은, 예를 들면, Cu 등에 의해 구성되어 있다. 보호층(11d) 및 안정화층(11e)은, 초전도층(11c)에 퀸칭(quenching)(초전도 상태로부터 통상 전도 상태로 이행하는 현상)이 생겼을 때에, 전류를 바이패스시키기 위한 층이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 코일(1)은, 초전도 선재(11)가 외부로 인출되어 있는 부분을 갖고 있다. 초전도 선재(11)가 외부로 인출되어 있는 부분을, 코일(1)의 종단부라고 한다. 코일(1)의 종단부는, 예를 들면 제 1 단(1b)측에 위치하고 있다. 즉, 초전도 선재(11)는, 제 1 단(1b)측에 있어서, 코일(1)의 외부로 인출되어 있다.
코일(1)은, 접합부(12)를 갖고 있다. 코일(1)의 종단부에 위치하는 초전도층(11c)의 부분을, 제 1 부분(11ca) 및 제 2 부분(11cb)이라고 한다. 한편, 종단부에 위치하는 초전도 선재(11)에 있어서, 보호층(11d) 및 안정화층(11e)이 제거되어 있다. 접합부(12)는, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)을 갖고 있다.
도 3은, 접합부(12)에 있어서의 코일(1)의 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 접합부(12)에 있어서는, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)이 초전도 접합되어 있다. 여기에서, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)이 초전도 접합되어 있다는 것은, 접합부(12)를 초전도 전이 온도 이하로 냉각했을 때에, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb) 사이에 초전도 상태로 전류가 흐르도록, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)이 접합되어 있는 것을 말한다.
접합부(12)에 있어서 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)이 초전도 접합되는 것에 의해, 코일(1)의 초전도층(11c)은, 폐루프를 형성하고 있다. 즉, 코일(1)의 초전도층(11c)은, 종단부부터 시작되어 종단부로 되돌아갈 때까지 경로상에 있어서, 연속적으로 이어져 있다.
접합부(12)는, 접합층(12a)을 갖고 있어도 된다. 접합층(12a)은, 고온 초전도체에 의해 구성되어 있다. 바람직하게는, 접합층(12a)은, 초전도층(11c)을 구성하는 고온 초전도체와 동일한 재료에 의해 구성되어 있다. 접합층(12a)은, 접합층(12a)의 결정 방위가, 제 1 부분(11ca) 및 제 2 부분(11cb)의 결정 방위를 따르도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 접합층(12a)은, 접합층(12a)의 c축이, 제 1 부분(11ca) 및 제 2 부분(11cb)의 c축을 따르도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
접합층(12a)을 이용한 경우의 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 초전도 접합은, 제 1 공정(S1)과, 제 2 공정(S2)을 갖고 있다. 도 4는, 제 1 공정(S1)에 있어서의 접합부(12)의 모식적인 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 공정(S1)에 있어서는, 제 1 부분(11ca) 및 제 2 부분(11cb) 중 적어도 한쪽 위에, 미결정막(12b)이 형성된다. 미결정막(12b)은, 접합층(12a)에 이용되는 고온 초전도체의 미세한 결정을 포함하는 막이다.
미결정막(12b)의 형성에 있어서는, 첫째로, 제 1 부분(11ca) 및 제 2 부분(11cb) 중 적어도 한쪽 위에, 접합층(12a)에 이용되는 고온 초전도체를 구성하는 원소의 유기 화합물이 도포된다. 둘째로, 이 유기 화합물의 도막에 대한 열처리가 행해진다. 이에 의해, 이 유기 화합물의 도막이 접합층(12a)에 이용되는 고온 초전도체의 전구체가 된다(이하에 있어서는, 이 전구체를 포함하는 막을, 가소막이라고 한다). 이 전구체는, 접합층(12a)에 이용되는 고온 초전도체를 구성하는 원소의 탄화물을 포함하고 있다. 한편, 이 열처리는, 이 유기 화합물의 분해 온도 이상 접합층(12a)에 이용되는 고온 초전도체의 생성 온도 미만의 처리 온도에서 행해진다. 셋째로, 가소막에 대한 열처리가 행해진다. 이에 의해, 가소막에 포함되는 탄화물이 분해되어서 접합층(12a)에 이용되는 고온 초전도체가 되고, 미결정막(12b)이 된다. 한편, 가소막에 대한 열처리는, 1퍼센트 이상의 산소 농도의 분위기하에서 행해진다.
도 5는, 제 2 공정(S2)에 있어서의 접합부(12)의 모식적인 단면도이다. 제 2 공정(S2)에 있어서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 부분(11ca)은, 미결정막(12b)을 사이에 두어 제 2 부분(11cb)과 대향하도록 배치된다. 제 2 공정(S2)에 있어서는, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb) 사이에, 압력이 인가된다. 이 압력의 인가 시에는, 가열도 행해진다. 그 결과, 미결정막(12b)에 포함되는 고온 초전도체의 미세한 결정이, 제 1 부분(11ca) 및 제 2 부분(11cb)의 결정 방위를 따라 에피택셜 성장하여, 접합층(12a)이 된다. 제 2 공정(S2)이 행해진 후, 산소를 함유하는 분위기하에서 열처리가 행해지고, 접합층(12a)에 산소가 도입된다. 이상에 의해, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb) 사이의 초전도 접합이 달성된다.
도 6은, 접합부(12)에 인가되는 자기장과 접합부(12)를 흐르는 임계 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 한편, 도 6에 나타내어지는 시험에 있어서는, 접합부(12)는 접합층(12a)을 갖고 있고, 접합부(12)에는 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 평행한 자기장이 인가되어 있다. 도 6 중의 세로축은, 77켈빈에 있어서 자기장이 인가되어 있지 않은 경우에 접합부(12)에 흐르는 임계 전류에 대한 비율이다. 도 6 중의 가로축은, 접합부(12)에 인가되는 자기장의 강도(단위: 테슬라)이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 접합부(12)에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐르고 있다. 즉, 접합부(12)의 77켈빈에 있어서의 임계 자기장 강도는, 1.0테슬라 이상이다. 접합부(12)에는, 77켈빈에 있어서, 5.0테슬라의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐르고 있다. 즉, 접합부(12)의 77켈빈에 있어서의 임계 자기장 강도는, 5.0테슬라 이상이다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 접합부(12)에는, 77켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐른다.
접합부(12)에는, 4.2켈빈에 있어서 1.0테슬라의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐르고 있다. 즉, 접합부(12)의 4.2켈빈에 있어서의 임계 자기장 강도는, 1.0테슬라 이상이다. 접합부(12)에는, 4.2켈빈에 있어서 10테슬라의 자기장이 인가되었을 때, 초전도 상태로 전류가 흐르고 있다. 즉, 접합부(12)의 4.2켈빈에 있어서의 임계 자기장 강도는, 10테슬라 이상이다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 접합부(12)에는, 4.2켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐른다.
자기장이 인가되어 있지 않은 상태에 있어서, 4.2켈빈에 있어서 접합부(12)에 흐르는 임계 전류(초전도 상태로 흘릴 수 있는 전류의 최댓값)는, 77켈빈에 있어서 접합부(12)를 흐르는 임계 전류의 약 6.4배로 되어 있다.
접합부(12)에는, 50켈빈에 있어서 1.0테슬라의 자기장이 인가되었을 때, 초전도 상태로 전류가 흐르고 있다. 즉, 접합부(12)의 50켈빈에 있어서의 임계 자기장 강도는, 1.0테슬라 이상이다. 접합부(12)에는, 50켈빈에 있어서 10테슬라의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐르고 있다. 즉, 접합부(12)의 50켈빈에 있어서의 임계 자기장 강도는, 10테슬라 이상이다. 다른 관점에서 말하면, 접합부(12)에는, 50켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐른다.
자기장이 인가되어 있지 않은 상태에 있어서, 50켈빈에 있어서 접합부(12)에 흐르는 임계 전류는, 4.2켈빈에 있어서 접합부(12)에 흐르는 임계 전류의 약 0.5배로 되고, 77켈빈에 있어서 접합부(12)에 흐르는 임계 전류의 약 3.3배로 되어 있다. 5.0테슬라의 자기장이 인가되어 있는 상태에 있어서, 50켈빈에 있어서 접합부(12)에 흐르는 임계 전류는, 4.2켈빈에 있어서 접합부(12)에 흐르는 임계 전류의 약 0.4배로 되고, 77켈빈에 있어서 접합부(12)에 흐르는 임계 전류의 약 5배로 되어 있다.
도 7은, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 평행한 자기장이 인가된 경우 및 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 수직인 자기장이 인가된 경우에 있어서의 접합부(12)의 임계 전류를 나타내는 그래프이다. 도 7 중의 세로축은, 77켈빈에 있어서 자기장이 인가되어 있지 않은 경우에 접합부(12)에 흐르는 임계 전류에 대한 비율이다. 도 7 중의 가로축은, 접합부(12)에 인가되는 자기장의 강도(단위: 테슬라)이다. 한편, 도 7에 나타내어지는 시험에 있어서는, 접합부(12)는 접합층(12a)을 갖고 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 평행한 자기장이 인가된 경우, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 수직인 자기장이 인가된 경우와 비교해서, 접합부(12)의 임계 전류가 커진다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 평행한 자기장이 인가된 경우, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면에 수직인 자기장이 인가된 경우와 비교해서, 접합부(12)의 임계 자기장 강도가 높아진다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 접합부(12)는, 바람직하게는, 크라이오스탯(2) 내부의 온도에 있어서의 접합부(12)의 임계 자기장 강도가 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도보다도 높아지는 위치에 배치된다. 보다 구체적으로는, 접합부(12)는, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하가 되는 위치에 배치된다. 접합부(12)는, 더 바람직하게는, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 배치된다.
접합부(12)는, 바람직하게는, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면이 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 방향과 평행이 되도록 배치된다. 한편, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면이 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 방향과 평행이다는 것은, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면과 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 방향이 이루는 각도가, ±5°의 범위 내에 있는 것을 말한다.
보다 구체적으로는, 접합부(12)는, 바람직하게는, 평면뷰(view)에 있어서(중심축(1a)에 평행한 방향에서 바라봐서) 접합부(12)는, 코일(1)의 내측에 배치되어 있다. 바람직하게는, 접합부(12)는, 제 1 단(1b)과의 거리가, 코일 길이(L)의 0.033배 이상 0.3배 이하가 되는 위치에 배치된다. 더 바람직하게는, 접합부(12)는, 제 1 단(1b)과의 거리가 코일 길이(L)의 0.033배 이상 0.17배 이하가 되는 위치에 배치된다. 한편, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 중심 강도가 21.6 테슬라인 경우, 코일(1)의 평면뷰에 있어서의 내측이고, 또한 제 1 단(1b)과의 거리가 코일 길이(L)의 0.033배 이상 0.3배 이하가 되는 위치에 있어서, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도는, 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷은, 자기 실드(3)를 더 갖고 있어도 된다. 자기 실드(3)는, 크라이오스탯(2)의 내부에 있어서, 접합부(12)를 덮도록 배치된다. 상기한 대로, 접합부(12)에는, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장이 가해진다. 자기 실드(3)는, 이 자기장을 경감시킨다. 자기 실드(3)에는, 예를 들면 초전도 선재에 의해 구성되는 코일이 이용된다. 자기 실드(3)가 마련되는 경우, 접합부(12)는, 크라이오스탯(2) 내부에 있어서의 접합부(12)의 임계 자기장 강도보다도 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장이 커지는 위치에 배치되어도 된다.
이하에, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷의 효과에 대해서 설명한다.
상기한 대로, 접합부(12)에는, 77켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐른다. 또한, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 있어서는, 크라이오스탯(2) 내부의 온도가 77켈빈 이하이다. 그 때문에, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 있어서는, 접합부(12)를, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하가 되는 위치에 배치할 수 있다. 접합부(12)를 배치하는 위치를 코일(1)에 가깝게 하는 것에 의해, 크라이오스탯(2)을 소형화할 수 있다. 이와 같이, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 의하면, 영구 전류 모드로 동작시키면서, 초전도 마그넷을 소형화할 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 있어서, 크라이오스탯(2) 내부의 온도가 2.0켈빈 이상 4.2켈빈 이하이고, 또한 4.2켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 접합부(12)에 초전도 상태로 전류가 흐르는 경우에는, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에, 접합부(12)를 배치할 수 있다. 그 때문에, 이 경우에는, 초전도 마그넷을 더 소형화할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 접합부(12)에 있어서의 임계 전류의 값이, 크라이오스탯(2) 내부의 온도가 77켈빈인 경우와 비교해서, 6배 이상이 된다. 그 때문에, 이 경우에는, 코일(1)에 흘릴 수 있는 전류량을 증가시킬 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 있어서, 크라이오스탯(2) 내부의 온도가 4.2켈빈을 초과하고 50켈빈 이하이고, 또한 50켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 접합부(12)에 초전도 상태로 전류가 흐르는 경우에는, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에, 접합부(12)를 배치할 수 있다. 그 때문에, 이 경우에는, 초전도 마그넷을 더 소형화할 수 있다. 또, 이 경우에는, 접합부(12)에 있어서의 임계 전류의 값은, 크라이오스탯(2) 내부의 온도가 4.2켈빈인 경우와 비교해서 크게 저하되지 않지만, 크라이오스탯(2)의 내부의 온도가 77켈빈인 경우와 비교해서 크게 상승한다. 그 때문에, 이 경우에는, 코일(1)에 흘릴 수 있는 전류량을 증가시키면서, 상대적으로 높은 온도에서의 동작이 가능해진다.
제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 있어서, 접합부(12)가, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)의 접합 계면과 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 방향이 평행이 되도록 배치되는 경우, 접합부(12)에 있어서의 실질적인 임계 자기장 강도가 상승한다. 그 때문에, 이 경우에는, 보다 자기장 강도가 높은 위치에 접합부(12)를 배치할 수 있고, 초전도 마그넷을 더 소형화할 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷이, 접합층(12a)을 더 갖고 있는 경우, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)이 직접 접합되어 있는 경우와 비교해서, 접합부(12)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 본 발명자들이 새롭게 발견한 지견에 의하면, 접합부(12)가 접합층(12a)을 갖고 있는 경우, 접합부(12)에 있어서의 신뢰성이 개선될 뿐만 아니라, 접합부(12)에 있어서의 임계 자기장 강도 및 임계 전류가 개선된다.
(제 2 실시형태)
이하에, 제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 대해서 설명한다. 한편, 이하에 있어서는, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷과 상이한 점에 대해서 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는다.
제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷은, 코일(1)과, 크라이오스탯(2)을 갖고 있다. 코일(1)은, 초전도층(11c)과, 접합부(12)를 갖고 있다. 초전도층(11c)은, 종단부에 있어서, 제 1 부분(11ca)과, 제 2 부분(11cb)을 갖고 있다. 접합부(12)에 있어서, 제 1 부분(11ca)과 제 2 부분(11cb)은, 초전도 접합되어 있다.
접합부(12)에는, 77켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐른다. 접합부(12)에는, 4.2켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐르는 것이 바람직하다. 또한, 접합부(12)에는, 50켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 초전도 상태로 전류가 흐르는 것이 바람직하다.
크라이오스탯(2)의 내부에 있어서의 온도는, 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하이다. 크라이오스탯(2) 내부에 있어서의 온도는, 2.0켈빈 이상 4.2켈빈 이하인 것이 바람직하다. 크라이오스탯(2) 내부에 있어서의 온도는, 4.2켈빈을 초과하고 50켈빈 이하인 것이 바람직하다. 이들의 점에 있어서, 제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷은, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷과 공통되고 있다.
도 8은, 제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷의 개략 단면도이다. 제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 코일(1)이 더블 팬케이크 코일이다. 이 점에 있어서, 제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷은, 제 1 실시형태에 따른 초전도 마그넷과 상이하다.
코일(1)은, 중심축(1a) 주위에 초전도 선재(11)를 동심원상으로 권회하는 것에 의해 형성되어 있다. 코일(1)은, 중심축(1a) 주위에 외주면(1d)을 갖고 있다. 초전도 선재(11)는, 외주면(1d)측에 있어서, 코일(1)의 외부로 인출되어 있다. 즉, 코일(1)의 종단부는, 외주면(1d)측에 위치하고 있다. 코일(1)은, 코일 지름(R)을 갖고 있다. 코일 지름(R)은, 중심축(1a)과 외주면(1d)의 거리이다.
접합부(12)는, 외주면(1d)과의 거리가, 코일 지름(R)의 0.125배 이상 0.75배 이하가 되는 위치에 배치된다. 접합부(12)는, 외주면(1d)과의 거리가, 코일 지름(R)의 0.0125배 이상 0.375배 이하가 되는 위치에 배치되어 있어도 된다. 한편, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 중심 강도가 21.6 테슬라인 경우, 외주면(1d)과의 거리가 코일 지름(R)의 0.125배 이상 0.75배 이하가 되는 위치에 있어서, 코일(1)을 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도는, 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 된다.
제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 있어서는, 크라이오스탯(2)의 내부의 온도가 77켈빈 이하이고, 또한 77켈빈에 있어서 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에, 접합부(12)에 초전도 상태로 전류가 흐른다. 상기한 대로, 외주면(1d)과의 거리가 코일 지름(R)의 0.125배 이상 0.75배 이하가 되는 위치에 있어서는, 코일(1)을 흐르는 전류에 의한 자기장의 강도가, 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 된다. 그 때문에, 제 2 실시형태에 따른 초전도 마그넷에 의하면, 영구 전류 모드로 동작시키면서 초전도 마그넷을 소형화할 수 있다.
이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이고, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 개시된 범위는 상기한 실시형태가 아니라 청구의 범위에 의해서 나타내어지고, 청구의 범위와 균등한 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 코일, 1a: 중심축, 1b: 제 1 단, 1c: 제 2 단, 1d: 외주면, 2: 크라이오스탯, 11: 초전도 선재, 11a: 기재, 11b: 중간층, 11c: 초전도층, 11ca: 제 1 부분, 11cb: 제 2 부분, 11d: 보호층, 11e: 안정화층, 12: 접합부, 12a: 접합층, 12b: 미결정막, L: 코일 길이, R: 코일 지름, S1: 제 1 공정, S2: 제 2 공정.

Claims (10)

  1. 제 1 부분과 제 2 부분을 갖는 초전도층과, 접합부를 갖는 코일과,
    상기 코일이 내부에 저장되는 크라이오스탯(cryostat)을 구비하고,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은, 상기 코일의 종단부에 위치하고,
    상기 초전도층은, 상기 접합부에 있어서 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분이 초전도 접합되는 것에 의해 폐루프를 구성하고,
    상기 초전도층을 구성하는 재료는, 고온 초전도체이고,
    상기 접합부에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐르고,
    상기 크라이오스탯은, 상기 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하가 되도록 구성되며,
    상기 접합부는, 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하가 되는 위치에 배치되는,
    초전도 마그넷.
  2. 삭제
  3. 제 1 부분과 제 2 부분을 갖는 초전도층과, 접합부를 갖는 코일과,
    상기 코일이 내부에 저장되는 크라이오스탯(cryostat)을 구비하고,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은, 상기 코일의 종단부에 위치하고,
    상기 초전도층은, 상기 접합부에 있어서 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분이 초전도 접합되는 것에 의해 폐루프를 구성하고,
    상기 초전도층을 구성하는 재료는, 고온 초전도체이고,
    상기 접합부에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐르고,
    상기 크라이오스탯은, 상기 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하가 되도록 구성되며,
    상기 접합부를 덮도록 상기 크라이오스탯의 내부에 배치되고, 또한, 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도를 경감시키는 자기 실드를 더 구비하고,
    상기 접합부는, 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 배치되는, 초전도 마그넷.
  4. 제 1 부분과 제 2 부분을 갖는 초전도층과, 접합부를 갖는 코일과,
    상기 코일이 내부에 저장되는 크라이오스탯(cryostat)을 구비하고,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은, 상기 코일의 종단부에 위치하고,
    상기 초전도층은, 상기 접합부에 있어서 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분이 초전도 접합되는 것에 의해 폐루프를 구성하고,
    상기 초전도층을 구성하는 재료는, 고온 초전도체이고,
    상기 접합부에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐르고,
    상기 크라이오스탯은, 상기 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하가 되도록 구성되며,
    상기 접합부에는, 4.2켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐르고,
    상기 크라이오스탯은, 상기 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 4.2켈빈 이하가 되도록 구성되고,
    상기 접합부는, 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 배치되는, 초전도 마그넷.
  5. 제 1 부분과 제 2 부분을 갖는 초전도층과, 접합부를 갖는 코일과,
    상기 코일이 내부에 저장되는 크라이오스탯(cryostat)을 구비하고,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은, 상기 코일의 종단부에 위치하고,
    상기 초전도층은, 상기 접합부에 있어서 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분이 초전도 접합되는 것에 의해 폐루프를 구성하고,
    상기 초전도층을 구성하는 재료는, 고온 초전도체이고,
    상기 접합부에는, 77켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 5.0테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐르고,
    상기 크라이오스탯은, 상기 내부에 있어서의 온도가 2.0켈빈 이상 77켈빈 이하가 되도록 구성되며,
    상기 접합부에는, 50켈빈에 있어서, 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하의 자기장이 인가되었을 때에 초전도 상태로 전류가 흐르고,
    상기 크라이오스탯은, 상기 내부에 있어서의 온도가 4.2켈빈을 초과하고 50켈빈 이하가 되도록 구성되고,
    상기 접합부는, 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 강도가 1.0테슬라 이상 10테슬라 이하가 되는 위치에 배치되는, 초전도 마그넷.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 코일은, 솔레노이드 코일이고,
    상기 접합부는, 상기 코일의 코일 길이 방향에 있어서의 끝과의 거리가, 상기 코일의 코일 길이의 0.033배 이상 0.23배 이하가 되는 위치에 배치되는, 초전도 마그넷.
  7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 코일은, 더블 팬케이크 코일이고,
    상기 접합부는, 상기 코일의 외주면과의 거리가, 상기 코일의 코일 지름의 0.125배 이상 0.75배 이하가 되는 위치에 배치되는, 초전도 마그넷.
  8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분의 접합 계면은, 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 생기는 자기장의 방향과 평행으로 배치되는, 초전도 마그넷.
  9. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고온 초전도체는, REBCO이고,
    상기 접합부는, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 배치되고, 또한 상기 고온 초전도체에 의해 구성되는 접합층을 더 포함하는, 초전도 마그넷.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접합층은, 상기 접합층의 결정 방위가 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 결정 방위를 따르도록 배치되는, 초전도 마그넷.
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