KR20180050375A - 고온 전도체 자석을 위한 지지 구조체 - Google Patents

고온 전도체 자석을 위한 지지 구조체 Download PDF

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엘윈 베인햄
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토카막 에너지 리미티드
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Abstract

고온 초전도체인 HTS를 포함하는 지지 구조체가 설명된다. 상기 지지 구조체는, 일단부에서 필드 코일에 부착되고 타단부에서 필드 코일을 포함하는 진공 용기의 내부 표면에 부착되도록 되되, 상기 필드 코일에 작용하는 전자기력에 대해 필드 코일을 지지하도록 된 내부 부하 전달 부재를 포함한다. 상기 내부 부하 전달 부재의 적어도 일부는 상기 필드 코일의 작동 중에 실온에서 유지되며, 필드 코일에 사용되는 냉각 시스템에 의해 직접 냉각되지는 않는다.

Description

고온 전도체 자석을 위한 지지 구조체
본 발명은 자석을 위한 지지 구조체에 관한 것이며, 특히 고온 초전도체(HTS)를 포함하는 자석, 특히 토카막(Tokamaks)에 폴로이드(poloidal)형 필드 및 토로이드(toroidal)형 필드를 제공하기 위해 사용되는 자석을 위한 지지 구조체에 관한 것이다.
초전도 자석은 초전도 재료의 코일("필드 코일": field coil)로 형성된 전자석이다. 자석 코일이 제로 저항을 가지므로 초전도 자석은 손실 없이 고전류를 전달할 수 있으며 (비 초전도체 부품으로 인한 손실이 있음에도 불구하고), 기존의 전자석보다 훨씬 높은 전기장에 도달할 수 있다.
초전도는 특정 물질에서만 발생하며 낮은 온도에서만 발생한다. 초전도 물질은 초전도체의 임계 온도(물질이 제로 자기장에서 초전도체로 되는 최고 온도)와 임계 필드(critical field: 물질이 0K에서 초전도체가 되는 최대 필드)에 의해 정의된 영역에서 초전도체로서 거동한다. 초전도체의 온도 및 존재하는 자기장은 초전도체가 저항이 되지 않고 초전도체에 의해 운반될 수 있는 전류를 제한한다.
대체로, 초전도 물질에는 두 가지 유형이 있다. 저온 초전도체(LTS)는 30K - 40K 이하의 임계 온도를 가지고, 고온 초전도(HTS)는 30K - 40K 이상의 임계 온도를 갖는다. 많은 현재의 HTS 물질은 77K 이상의 임계 온도를 가지므로 냉각에 액체 질소를 사용할 수 있다.
자석은 저온으로의 냉각이 필요하기 때문에, 일반적으로 자석의 가열을 최소화하도록 설계된 저온 유지 장치(cryostat) 내에 탑재된다. 이러한 저온 유지 장치는 대류 또는 전도에 의한 가열을 최소화하는 진공 챔버를 전형적으로 포함하고, 복사에 의한 가열을 최소화하기 위해 자석의 온도와 외부 온도 사이의 중간 온도에서 하나 이상의 열 차폐부를 포함 할 수 있다.
자석의 모든 지지 구조체는 필드 코일의 열 부하를 줄이기 위해 가능한 한 낮은 온도로 냉각되므로, 필드 코일 자체에 냉각이 필요하다. 특히, 자석에 부착되는 임의의 부품은 전도에 의한 열 전달을 줄이기 위해 냉각되고, 필드 코일에 대한 시선이 있는 모든 부품은 복사에 의한 열 전달을 줄이도록 냉각되어야 한다.
토카막(tokamak) 플라즈마 챔버용 토로이드형 필드 코일과 같은 특정 자석 구조체의 경우, 자석 상의 전자기 부하가 매우 높아질 수 있다. 토로이드형 필드 코일의 자체 자기장은 각 토로이드 필드 코일의 평면에서 작용하는 힘을 발생시키고, 각 필드 코일의 내부로부터(즉, 플라즈마 챔버의 진공 용기로부터) 바깥쪽으로 작용한다. 자체 자기장에서 필드 코일에 순-힘(net-firce)이 없는 동안, EM 힘의 효과는 필드 코일의 강한 내부 장력이다. 실제로, 토로이드형 필드 코일은 "파열"을 향하여 가압하게 되는 외향 압력하에서 일정한 것으로 고려되고 있다.
자체 자기장 외에도, 토로이드형 필드 코일 전류와 토카막에서의 폴로이드형 필드(플라즈마 전류에 의해 생성됨) 간의 상호 작용은 필드 코일의 평면에 수직 인 부하를 생성하며, 이는 토로이드 반대 방향을 향하는 힘으로써 토로이드 필드 자석을 비트는 작용(twisting)을 한다. 이 힘은 자체 자기장에 의해 생성되는 힘보다 낮지만 지지 구조체에 추가적인 스트레스를 가할 수 있도록 펄스가 종종 발생한다.
토로이드형 필드 코일의 EM 힘을 상쇄시키는 지지 구조체는 자석 조립체의 강성과 강도를 증가시키는 코일 간 구조체 및 코일 케이스의 형태를 취한다. 이러한 구조체는 자석을 탑재하는 저온 저장 장치의 냉각된 체적 내에 유지되어 자석에 열을 전달하지 않도록 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 고온 초전도체인 HTS를 포함하는 필드 코일 용 지지 구조체가 제공된다. 지지 구조체는 일단부에서 필드 코일에 부착되고 다른 단부에서 필드 코일을 탑재하는 진공 용기의 내부 표면에 부착되도록 구성되고, 필드 코일에 작용하는 전자기력에 대해 필드 코일을 지지하도록 구성된 내부 부하 전달 부재를 포함한다. 내부 부하 전달 부재의 적어도 일부는 고온 초전도 자석의 작동 중에 실온에서 유지되도록 구성된다.
실제로, 작동 중에 필드 코일에 부착된 내부 부하 전달 부재의 단부는 필드 코일과 실질적으로 동일한 온도(예를 들어, 약 30K) 일 수 있고, 다른 단부는 실온일 수 있으므로, 내부 부하 전달 부재를 따라 온도 구배를 나타내게 된다. 내부 부하 전달 부재의 일부가 냉각되거나 내부 부하 전달 부재가 냉각되지 않을 수 있다.
지지 구조체는 내부 지지 부재를 지지하도록 된 외부 지지 부재를 포함할 수 있다. 외부 지지 부재는 진공 용기와 통합되거나 진공 용기의 외부 표면에 부착될 수 있다. 외부 지지 구조체는 냉각되지 않는다.
내부 부하 전달 부재는 진공 용기의 상부 내부 표면 및 필드 코일의 상부에 부착되도록 구성된다. 내부 부하 전달 부재는 적층된 재료(예를 들어, 유리 섬유 에폭시 재료)를 포함할 수 있으며, 적층된 재료의 평면은 내부 부하 전달 부재의 부하 축에 수직이다. 대체 재료로는 유리, 탄소, 케블러(Kevlar), 질리언(Zylon)의 단방향 섬유가 부하 방향으로 배열되어 있으며 파열 스트레스를 담도록 밴드가 감겨진 에폭시에 매립된다. 금속 튜브는 적절한 좌굴-저항 밴드가 설치된 상태로 사용할 수도 있다.
필드 코일은 토로이드형 필드 코일(예를 들어, 토카막에 플라즈마를 한정하기 위한 것)일 수 있으며, 내부 부하 전달 부재는 토로이드형 필드 코일의 복귀 사지(limb)에 부착되도록 구성된다.
일실시예에 따르면, HTS 필드 코일용 저온 유지 장치가 제공되며, 전술한 지지 구조체와 내부 지지 부재 및 필드 코일을 둘러싸는 진공 용기를 포함한다. 저온 유지 장치는 진공 용기와 필드 코일 사이에 배치된 열 차폐부와 필드 코일의 온도와 진공 용기의 온도 사이의 중간 온도로 열 차폐부(선택적으로 액체 질소를 사용함)를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 더 포함할 수 있다. 냉각 시스템은 또한 내부 부하 전달 부재의 내부를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 내부 부하 전달 부재는 열 차폐부를 통과할 수 있다.
일실시예에 따르면, 전술한 바와 같은 저온 유지 장치, HTS 필드 코일, 및 HTS의 임계 온도보다 낮은 온도로 필드 코일을 냉각하도록 구성된 냉각 시스템을 포함하는 초전도 자석이 제공되며, 여기서 외부 지지 부재는 냉각 시스템에 의해 직접 냉각되지는 않는다.
일실시예에 따르면, 전술한 바와 같은 저온 유지 장치, 내부 부하 전달 부재가 부착되는 HTS 토로이드형 필드 코일, 둘 이상의 HTS 폴로이드 필드 코일, 구형 토카막 플라즈마 챔버 및 토로이드형 필드 코일 및 폴로이드형 필드 코일을 HTS의 임계 온도 미만의 온도로 냉각하도록 구성된 냉각 시스템을 포함하는 핵융합 반응기가 제공된다. 내부 부하 전달 부재는 냉각 시스템에 의해 직접 냉각될 필요는 없다. 제 2 내부 부하 전달 부재는 폴로이드형 필드 코일에 부착될 수 있다. 저온 유지 장치의 외부 지지대는 냉각 시스템에 의해 냉각되지 않는다.
일실시예에 따라, 초전도 자석이 제공된다. 상기 초전도 자석은 필드 코일, 냉각 시스템, 진공 용기, 및 내부 부하 전달 부재를 포함한다. 필드 코일은 HTS를 포함한다. 냉각 시스템은 필드 코일을 HTS의 임계 온도 이하의 온도로 냉각시키기 위한 것이다. 진공 용기에는 필드 코일이 있다. 내부 부하 전달 부재는 일 단부에서 필드 코일에 부착되고 다른 단부에서는 필드 코일을 포함하는 진공 용기의 내부면에 부착되고 필드 코일 상에 작용하는 전자기력에 대해 필드 코일을 지지하도록 구성된다. 내부 부하 전달 부재의 적어도 일부는 필드 코일의 작동 중에 실온에서 유지되도록 구성된다.
본 발명의 몇몇 바람직한 실시예는 이제 첨부 도면을 참조하여 예로서만 기술될 것이다:
도 1은 예시적인 HTS 필드 코일, 저온 유지 장치 및 지지 구조체의 개략도이며,
도 2는 지지된 토로이드형 HTS 필드 코일의 개략도이다.
작동 중에 토로이드형 필드 코일에 인가되는 높은 힘으로 인해, 냉각 공간부 내부의 지지 구조체는 높은 필드 및/또는 저 반경의 토로이드형 필드 코일에 대해 부적절할 수 있다. EM 지지 구조체를 차갑게 유지하기 위한 선행 기술에서 인지된 필요성으로 인해, 토로이드형 필드 코일로부터 외부 지지체로 힘을 전달하는 것이 실제로 불가능하지만, 대신에 지지 구조체 자체의 강도는 필드 코일을 지지하기 위해 의존된다. 이는 토로이드형 필드 코일의 부하가 축 대칭이 아닌 것에 기인하는데(중앙 열에 대해 회전 대칭이므로), 냉각 공간부 내에 포함될 수 있는 지지 구조체를 설계하기 어렵게 된다.
초전도 자석을 제조하는 종래의 접근법과는 달리, HTS 토로이드형 필드 코일의 지지체는 자석의 열부하에 큰 차이를 주지 않으면서 비-냉각 상태로 남겨 둘 수 있다. 이는 HTS 작동 온도(일반적으로 약 30K)에서 과도한 열을 제거하는 비용이 LTS 작동 온도(일반적으로 약 4K)에서 열을 제거하는 비용보다 훨씬 적기 때문에 가능한다. 여분의 열은 자석을 냉각시키는 데 필요한 전력을 증가시키지만, 지지 구조의 설계를 크게 단순화시키고, 필요로 하는 저온 유지 장치, 진공 용기 및 열 차폐물의 크기를 줄이게 된다(자석 자체만 둘러싸고, 지지하지 않기 때문에).
실온 지지체의 사용은 핵융합 원자로와 같이 이미 높은 열 부하를 갖는 응용 분야에 특히 유용하다. 이러한 원자로로부터의 열 부하는 상온 지지체로 인한 과도한 열 부하보다 훨씬 크기 때문에, 냉각 시스템은 여분의 열에 쉽게 대처할 수 있다.
또한, 대부분의 종래의 초전도 자석은 축 대칭이다. 전자기력으로 인한 부하는 냉각 공간부 내부에 놓여질 수 있다.
대조적으로, 토카막 핵융합로에서 플라즈마를 포함하기 위해 사용되는 토로이드형 필드 코일은 축 대칭이 아니며 매우 까다로운 응력 분포를 갖는다. 특히 토카막의 정상 작동 중에 토로이드형 필드 코일의 자체 자기장은 코일 평면에서 바깥쪽으로 작용하는 힘의 분포를 유도한다.
필드 코일의 지지 구조체는 자석 및 저온 유지 장치의 진공 용기의 내부 표면에 연결되는 내부 부하 전달 부재를 포함한다. 지지 구조체는 또한 내부 부하 전달 부재가 부착되는 지점에 대응하는 위치에서 진공 용기의 외부 표면에 연결되고 내부 부하 전달 부재에 의해 가해지는 부하를 지지하는 외부 지지 부재를 포함할 수 있다. 외부 지지 부재는 진공 챔버와 통합될 수 있는데, 예를 들어, 진공 용기 구조체에 대하여 추가적으로 재보강될 수 있다.
내부 부하 전달 부재에 의해 지지되는 부하는 중력 부하(즉, 자석 구조체의 중량으로 인한 것) 및/또는 전자기 부하(즉, 자석 구조체에 작용하는 전자기력으로 인한 것)을 포함할 수 있다. 토로이드형 필드 자석의 작동 중에 전자기 부하가 중력 부하보다 상당히 높아질 것으로 예상된다.
도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 HTS 필드 코일, 저온 유지 장치 및 지지 구조체를 도시한다. HTS 필드 코일(11)은 냉각 시스템(도시되지 않음)에 의해 30K로 냉각되고, 실온(약 300K)에 있는 진공 용기(12) 내부에 있다. HTS 필드 코일과 진공 용기 사이에는 냉각 시스템(도시 생략)에 의해 냉각되는 열 차폐부(13)가 있다. 이 냉각은 예를 들어 액체 질소에 의해(또는 수소 또는 헬륨에 의해) 77K로 될 수 있다.
주어진 온도는 단지 예시적인 것일 뿐이다. HTS 필드 코일은(적용예에 따라) 자석의 임계 온도 이하의 임의의 온도로 냉각될 수 있고, 열 차폐는 진공 용기의 온도와 HTS 필드 코일의 온도 사이의 임의의 온도일 수 있다. 진공 용기와 HTS 필드 코일 사이의 온도가 감소된 부분에 다중 열 차폐부가 제공될 수 있다. 또한 "실온"은 정확하게 300K를 의미하지는 않지만 약 270K 이상의 모든 온도를 포함하도록 의도된 것임을 알 수 있다.
HTS 필드 코일은 내부 부하 전달 부재(14, 15)에 의해 지지된다. 하부 내부 부하 전달 부재(14)는 자석의 베이스 및 진공 용기의 베이스에 연결된다. 상부 내부 부하 전달 부재(15)는 자석의 상부 및 진공 용기의 상부 내부 표면에 연결된다. 내부 부하 전달 부재(14, 15) 모두는 열 차폐물을 통과하고, 진공 용기(12)에 결합되는 실온으로부터 HTS 필드 코일(11)에 결합되는 HTS 작동 온도까지 지지체에 온도 구배가 존재하게 된다. 내부 부하 전달 부재는 필드 코일상의 EM 힘으로 인한 부하를 진공 용기로 전달한다. EM 힘으로부터의 부하는 일반적으로 필드 코일의 평면에 있고 필드 코일로부터 외측을 향하게 될 것이다(토로이드형 필드 코일의 전류와 폴로이드형 필드 사이의 상호 작용으로부터의 임의의 토로이드형 부하를 가짐).
진공 용기(12)의 외부 상부 표면에 외부 지지체(16)가 부착되어, 상부 내부 부하 전달 부재(15)에 의해 가해진 부하를 지지한다. 외부 지지체(16) 및 상부 내부 부하 전달 부재(15)는 진공 용기에만 부착되거나, 이러한 구조체가 진공 용기(12)의 밀봉을 유지한다면 진공 용기(12)를 통과하는 구조체에 의해 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 볼트는 내부 부하 전달 부재(15)를 진공 용기(12)의 구멍을 통하여 외부 지지체(16)에 부착하며, 밀봉부는 내부 부하 전달 부재(15) 및 진공 용기(12) 사이 및/또는 외부 지지체(16) 및 진공 용기(12) 사이에 제공되어 볼트 구멍을 통한 누설을 방지하게 된다. 추가 예로서, 내부 부하 전달 부재 및 외부 지지 부재는 진공 용기를 통과하는(즉, 내부 부하 전달 부재로서 작용하는 내부의 섹션 및 외부지지 부재로서 작용하는 외부의 부품을 갖는) 스트러트를 함께 포함할 수 있다. 외부 지지체는 내부 부하 전달 부재에 의해 진공 용기 상에 가해지는 부하를 지지한다.
외부 지지체는 도 1에 도시된 바와 같이 진공 용기 외부의 프레임 또는 다른 구조(16)로서 제공될 수 있거나, 예를 들어 내부 부하 전달 부재에 의해 전달되는 부하를 지지하도록 재-실행(re-enforce)되는 진공 용기를 사용하여 진공 용기와 일체로 형성될 수 있다. 외부 지지체는 진공 용기에 대한 재-실행 및 진공 용기 외부의 지지 구조체의 조합을 포함할 수 있다.
열 차폐부를 통과하는 부하 전달 부재는 일반적으로 열적으로 연결되는 것으로 이해될 것이다. 이것은 기계적 부하가 여전히 상온으로 전달되도록 유연한 링크에 의해 실행될 수 있지만 전도된 열의 일부는 더 높은 온도에서 제거되어 더 효율적으로 된다. 예를 들어, 중간 열 링크는 열적으로(기계적으로는 아니지만) 내부 부하 전달 부재를 액체 질소 온도 차폐물에 연결할 수 있다. 이것은 높은 열 부하를 부과하지만 77K에서의 냉각이 저렴하기 때문에 이것은 중요하지 않다.
이는 HTS 코일에 가까운 내부 부하 전달 부재의 섹션이 냉각이 더 저렴하게 행해지게 되는 저온에서의 열 부하를 감소시키는 감소된 온도에 있게 한다. 중간 열 링크는 내부 부하 전달 부재를 구성하는 2 개의 단열 블록 사이에 금속판을 포함할 수 있다.
내부 부하 전달 부재(14, 15)는 각각 필드 코일(11)을 지지하도록 작용한다. 각각의 내부 부하 전달 부재에 대한 힘의 방향은 그 부재에 대한 부하 축을 규정한다.
내부 부하 전달 부재(14 및 15)는 임의의 적합한 부하 지지 구조체일 수 있고, 임의의 충분히 강한 비-자성 재료일 수 있다. 내부 부하 전달 부재의 구조 및 필드 코일에 대한 이들의 부착은 필드 코일의 형상에 의존할 것이지만, 이것은 특히 지지체에 대한 냉각이 고려될 필요가 없기 때문에 당업자에게 통상적인 설계 작업의 범위 내이 것이 된다(기존의 냉각 된 지지대와 달리).
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 필드 코일(21)이 중앙 칼럼과 복수의 복귀 사지(limb)를 갖는 토로이드형 필드 코일인 경우, 내부 부하 전달 부재(24 및 25)는 중심 칼럼의 상부 및 하부에 고정된 칼럼일 수 있다. 내부 부하 전달 부재(24, 25)는 적층된 시트가 부하 축에 수직인 적층 재료로 형성될 수 있다. 적합한 적층 재료는 G10 또는 G11 유리 섬유 에폭시 라미네이트 시트로 형성된다. 추가적인 내부 부하 전달 부재(27)가 복귀 사지에 부착될 수 있다. 이들 부가적인 부하 전달 부재(27)는 전자기력에 대해 필드 코일를 지지하는데 특히 유익하다. 내부 부하 전달 부재는 열 차폐부(23)를 통해 진공 용기(22)로 통과한다. 외부 지지 프레임(26)은 또한 내부 부하 전달 부재(27, 25)로부터의 부하를 지지하도록 제공될 수 있으며, 그라운드는 내부 부하 전달 부재(24)를 위한 외부 지지체로서 작용하다. 다시, 이 외부 프레임(26)은 토로이드형 필드 코일에 의해 경험되는 매우 상당한 전자기력에 대한 지지를 제공하는데 유익하다. 유사한 배열이 폴로이드형 필드 코일(도 2에 도시되지 않음)에 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전술한 바와 같이, 이러한 지지체는 구형상의 토카막 반응기와 같은 융합 반응기에 사용될 수 있다. 구형상의 토카막은 토로이드형 플라즈마 챔버, 전술한 바와 같은 토로이드형 필드 코일, 및 중앙 칼럼에 수직한 평면에서 원형 필드 코일인 적어도 2 개의 폴로이드형 필드 코일을 포함한다. 플라즈마 챔버 및 폴로이드형 필드 코일에 대한 적절한 추가 지지로, 도 2에 도시된 지지 구조가 이러한 반응기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴로이드형 필드 코일 및 플라즈마 챔버에는 이들을 진공 챔버에 연결하는 추가의 내부 부하 전달 부재가 제공될 수 있고, 토로이드형 필드 코일에 기계적으로 연결될 수 있고, 토로이드형 필드 코일을 지지하는 동일한 지지 부재에 의해 지지될 수 있거나 또는 두 가지 접근법의 일부 조합을 사용할 수 있다. 폴로이드형 필드 코일에 대한 지지 구조의 사용에는 상대적으로 장점이 작은데, 폴로이드형 필드 코일의 힘은 일반적으로 토로이드형 필드 코일의 힘보다 낮고, 일반적으로 축 대칭이기 때문이다.
11: 필드 코일
12: 진공 용기
13: 열 차폐부
14: 내부 부하 전달 부재
15: 내부 부하 전달 부재
16: 외부 지지체
24: 내부 부하 전달 부재
25: 내부 부하 전달 부재

Claims (18)

  1. 고온 초전도체인 HTS를 포함하는 필드 코일의 지지 구조체에 있어서, 상기 지지 구조체는,
    일단부에서 필드 코일에 부착되고 타단부에서 필드 코일을 포함하는 진공 용기의 내부 표면에 부착되도록 되되, 상기 필드 코일에 작용하는 전자기력에 대해 필드 코일을 지지하도록 된 내부 부하 전달 부재;를 포함하되,
    상기 내부 부하 전달 부재의 적어도 일부는 상기 필드 코일의 작동 중에 실온에서 유지되도록 된 것을 특징으로하는 지지 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    내부 지지 부재를 지지하도록 된 외부 지지 부재를 포함하고, 상기 외부 지지 부재는 상기 진공 용기와 일체로 되거나 상기 진공 용기의 외부 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 부하 전달 부재는 상기 진공 용기의 상부 내부 표면 및 상기 필드 코일의 상부에 부착되도록 된 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 부하 전달 부재는 적층 재료를 포함하고, 상기 적층 재료의 평면은 상기 내부 부하 전달 부재의 부하 축에 수직인 것을 특징을 하는 지지 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적층 재료는 유리 섬유 에폭시 재료인 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필드 코일은 토카막 내의 플라즈마를 한정하기 위한 토로이드형 필드 코일(toroidal field coil)이고, 상기 내부 부하 전달 부재는 상기 토로이드형 필드 코일의 중앙 칼럼의 상부에 부착되도록 된 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필드 코일은 토카막 내의 플라즈마를 한정하기 위한 토로이드형 필드 코일이고, 상기 내부 부하 전달 부재는 상기 토로이드형 필드 코일의 복귀 사지(limb)에 부착되도록 된 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필드 코일은 토카막 내에 플라즈마를 한정하기 위한 폴로이드형 필드 코일(poloidal field coil) 인 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
  9. 고온 초전도 물질인 HTS를 포함하는 필드 코일용 저온 유지 장치에 있어서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 지지 구조체;
    내부 지지 부재 및 상기 필드 코일을 둘러싸는 진공 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 유지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 진공 용기와 상기 필드 코일 사이에 배치되되, 상기 필드 코일의 온도와 상기 진공 용기의 온도 사이의 중간 온도로 냉각하도록 된 열 차폐부를 추가로 포함하며,
    상기 내부 부하 전달 부재는 상기 열 차폐부를 통과하는 것을 특징으로 하는 저온 유지 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    액체 질소를 사용하여 상기 열 차폐부를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 저온 유지 장치.
  12. 초전도 자석에 있어서,
    제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 저온 유지 장치;
    고온 초전도체인 HTS를 포함하는 필드 코일; 및
    상기 필드 코일을 HTS의 임계 온도 미만의 온도로 냉각시키도록 된 냉각 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 자석.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 부하 전달 부재는 상기 냉각 시스템에 의해 직접 냉각되지 않는 것을 특징으로 하는 초전도 자석.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 저온 유지 장치 외부의 외부 지지 프레임과, 상기 내부 부하 전달 부재로부터 상기 외부 지지 프레임으로 부하를 전달하기 위한 하나 이상의 외부 지지체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 자석.
  15. 핵융합로(nuclear fusion reactor)에 있어서,
    제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 저온 유지 장치;
    내부 부하 전달 부재가 부착되는 고온 초전도체 HTS를 포함하는 토로이드 형 필드 코일;
    HTS를 포함하는 두 개 이상의 폴로이드형 필드 코일;
    구형상의 토카막(tokamak) 플라즈마 챔버; 및
    상기 토로이드형 필드 코일 및 폴로이드형 필드 코일을 HTS의 임계 온도 미만의 온도로 냉각하도록 된 냉각 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 폴로이드형 필드 코일에 부착된 제 2 내부 부하 전달 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합로.
  17. 초전도 자석에 있어서,
    고온 초전도체인 HTS를 포함하는 필드 코일;
    상기 필드 코일을 HTS의 임계 온도 이하의 온도로 냉각시키기 위한 냉각 시스템;
    상기 필드 코일을 수용하는 진공 용기;
    일단부가 필드 코일에 부착되고 타단부는 필드 코일을 포함하는 진공 용기의 내부면에 부착되도록 구성되되, 필드 코일에 작용하는 전자기력에 대해 필드 코일을 지지하도록 된 내부 부하 전달 부재;를 포함하며,
    상기 내부 부하 전달 부재의 적어도 일부는 상기 필드 코일의 작동 중에 실온에서 유지되도록 된 것을 특징으로하는 초전도 자석.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 필드 코일은 토카막 내의 플라즈마를 한정하기 위한 토로이드형 필드 코일 또는 폴로이드형 필드 코일인 것을 특징으로 하는 초전도 자석.
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