WO2013172261A1 - 超電導マグネット - Google Patents

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WO2013172261A1
WO2013172261A1 PCT/JP2013/063141 JP2013063141W WO2013172261A1 WO 2013172261 A1 WO2013172261 A1 WO 2013172261A1 JP 2013063141 W JP2013063141 W JP 2013063141W WO 2013172261 A1 WO2013172261 A1 WO 2013172261A1
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WO
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coil
magnetic field
residual magnetic
superconducting magnet
axial direction
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/063141
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English (en)
French (fr)
Inventor
西村　崇
加藤　武志
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/80—Constructional details
    • H10N60/81—Containers; Mountings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F2006/001—Constructive details of inductive current limiters

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting magnet, and more particularly, to a superconducting magnet having a coil portion formed by winding an oxide superconducting wire having a band-like surface.
  • the superconducting magnet has a residual magnetic field due to the influence of the shielding current.
  • an object of the present invention is to provide a superconducting magnet capable of suppressing a residual magnetic field.
  • the superconducting magnet of the present invention has a coil part and a residual magnetic field suppressing part.
  • the coil portion is formed by winding an oxide superconducting wire having a belt-like surface.
  • the residual magnetic field suppression unit is disposed in the coil unit, has a through hole along the axial direction of the coil unit, and is made of a magnetic material.
  • this superconducting magnet by providing the residual magnetic field suppressing part, it is possible to suppress the magnitude of the magnetic field in a state where the current application to the coil part is stopped, that is, the residual magnetic field.
  • the magnetic material has a maximum magnetic permeability of 100 or more.
  • the residual magnetic field suppressing unit can more sufficiently have the magnetic characteristics necessary for suppressing the residual magnetic field.
  • the “maximum magnetic permeability” refers to the maximum value of the relative magnetic permeability of the magnetic material near room temperature.
  • the length of the residual magnetic field suppressing portion in the axial direction is equal to or greater than the width of the strip surface of the oxide superconducting wire.
  • the residual magnetic field suppression part can be arranged over the unit width of the oxide superconducting wire in the coil part.
  • the length of the residual magnetic field suppressing portion in the axial direction may be half or more of the length of the coil portion in the axial direction. Thereby, a residual magnetic field suppression part can be arrange
  • the length of the residual magnetic field suppressing portion in the axial direction may be equal to or longer than the length of the coil portion in the axial direction. Thereby, the residual magnetic field suppression part can be arrange
  • the length of the residual magnetic field suppressing portion in the axial direction may be larger than the length of the coil portion in the axial direction.
  • the residual magnetic field suppression unit may include a pipe having a thickness of 1 mm or more. By setting the thickness to 1 mm or more, the residual magnetic field can be more sufficiently suppressed.
  • the residual magnetic field suppressing unit may include a first part having a through hole and a second part surrounding the first part away from the first part. Thereby, when a higher magnetic field is handled, the residual magnetic field can be suppressed more effectively.
  • the residual magnetic field suppressing part may constitute a part of a container that houses the coil part.
  • the residual magnetic field suppression unit does not constitute a part of the container, it is necessary to provide both the residual magnetic field suppression unit and the container that can maintain the function independently of the residual magnetic field suppression unit inside the coil unit. . Therefore, the ratio occupied by the residual magnetic field suppression unit and the container in the volume inside the coil unit increases. As a result, the space in which the magnetic field can actually be used becomes small inside the coil portion, or the coil portion needs to be enlarged in order to maintain the size of this space.
  • the residual magnetic field suppression part comprises a part of container, the residual magnetic field suppression part also has a function as a part of container within a coil part.
  • the ratio occupied by the residual magnetic field suppression unit and the container in the volume inside the coil unit is suppressed.
  • the space in which the magnetic field can actually be used can be increased inside the coil portion, or the coil portion can be reduced while maintaining the size of this space.
  • the phrase “residual magnetic field suppression unit constitutes a part of the container” means that it constitutes an indispensable part for maintaining the function of the container to achieve the purpose of the container.
  • the purpose of the container is to keep the temperature of the coil part low so that the coil part is kept in a superconducting state.
  • room temperature for example, liquid nitrogen or liquid helium
  • the function of the container is to hold the liquid in a liquid state for a practically sufficient time. It is.
  • the function as the container is to hold the coil part in the vacuum.
  • the container does not lose its function even if the residual magnetic field suppression unit is removed, it cannot be said that the residual magnetic field constitutes a part of the container.
  • the residual magnetic field suppression unit when a residual magnetic field suppression unit is added to a container that already has the above function, it cannot be said that the residual magnetic field constitutes a part of the container.
  • the coil portion and the residual magnetic field suppressing portion have a common center position in at least one radial direction of the coil portion.
  • produces a magnetic field
  • the coil part and the residual magnetic field suppressing part have a common center position in the axial direction of the coil part.
  • produces a magnetic field
  • the superconducting magnet further includes a shield having a hollow portion for accommodating the coil portion and made of a magnetic material, and the coil portion and the shield have a common center position in at least one radial direction of the coil portion.
  • produces a magnetic field, it can avoid generating the force which produces a relative displacement between a coil part and a shield in radial direction between both.
  • the superconducting magnet further includes a shield having a hollow portion for accommodating the coil portion and made of a magnetic material, and the coil portion and the shield have a common center position in the axial direction of the coil portion.
  • produces a magnetic field
  • the residual magnetic field can be suppressed.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 1, and is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line VV in FIG. 4.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view taken along line XX in FIG. 9. It is a graph which shows roughly the relationship between each of the thickness and the number of a residual magnetic field suppression part, and a residual magnetic field.
  • 6 is a diagram illustrating a magnetic field distribution of a comparative example with respect to Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows magnetic field distribution in case the thickness of the residual magnetic field suppression part in Example 1 is 0.5 mm.
  • FIG. 6 is a diagram showing a magnetic field distribution of a comparative example with respect to Example 2.
  • FIG. It is a figure which shows magnetic field distribution in case the thickness of the residual magnetic field suppression part in Example 2 is 1 mm. It is a figure which shows magnetic field distribution in case the thickness of the residual magnetic field suppression part in Example 2 is 10 mm.
  • FIG. 22 is a schematic plan view of FIG. 21. It is sectional drawing which shows schematically the structure of the superconducting coil which the superconducting magnet in Embodiment 7 of this invention has.
  • FIG. 24 is a schematic plan view of FIG. 23. It is a schematic sectional drawing which shows the modification of FIG.
  • superconducting magnet 100 of the present embodiment includes a superconducting coil 91, a heat insulating container 111, a cooling device 121, a hose 122, a compressor 123, a cable 131, and a power supply 132.
  • the heat insulating container 111 contains the superconducting coil 91.
  • a magnetic field application region SC for accommodating a sample (not shown) to which a magnetic field is applied is provided in the heat insulating container 111 so as to penetrate the heat insulating container 111.
  • the cooling device 121 has a cooling head 20.
  • the superconducting coil 91 has a coil portion 10, a pipe portion 81 (residual magnetic field suppressing portion), and an attachment portion 71.
  • the coil unit 10 includes a double pancake coil 11 and a heat transfer plate 31.
  • the double pancake coil 11 is laminated along the axial direction Aa of the coil portion 10.
  • the radial direction Ar corresponds to a direction perpendicular to the axial direction Aa.
  • the cooling head 20 of the cooling device 121 is connected to the double pancake coil 11 by the heat transfer plate 31 so that the double pancake coil 11 can be cooled.
  • the material of the heat transfer plate 31 is a non-magnetic material, and specifically has a maximum magnetic permeability of less than 100.
  • the material of the heat transfer plate 31 is preferably a material having high thermal conductivity and flexibility.
  • the material of the heat transfer plate 31 is, for example, aluminum (Al) or copper (Cu).
  • the purity of Al or Cu is preferably 99.9% or more.
  • a magnetic flux MF is generated when a superconducting current flows through the cooled double pancake coil 11.
  • the pipe part 81 has a through hole HL along the axial direction Aa of the coil part 10.
  • the pipe part 81 includes a pipe having a wall thickness of 1 mm or more.
  • the pipe portion 81 is disposed in the coil portion 10.
  • the pipe part 81 is disposed so that the center of the pipe part 81 coincides with the center CP of the coil part 10.
  • the pipe part 81 is made of a magnetic material, and specifically has a maximum magnetic permeability of 100 or more.
  • the magnetic body forming the pipe portion 81 is, for example, iron, electromagnetic soft iron, electromagnetic steel, permalloy alloy, or amorphous magnetic alloy.
  • the maximum magnetic permeability of iron is generally about 5000.
  • the length of the pipe portion 81 in the axial direction Aa is equal to or greater than the width of the strip surface SF of the oxide superconducting wire 14 (half the height of each double pancake coil 11 in FIG. 2).
  • the length of the pipe portion 81 in the axial direction Aa is not less than the height of each double pancake coil 11.
  • the length of the pipe part 81 in the axial direction Aa may be half or more of the length of the coil part 10 in the axial direction Aa. More preferably, the length of the pipe part 81 in the axial direction Aa is not less than the length of the coil part 10 in the axial direction Aa. More preferably, as shown in FIG. 2, the length of the pipe portion 81 in the axial direction Aa is larger than the length of the coil portion 10 in the axial direction Aa.
  • the pipe part 81 is attached to the coil part 10 by the attachment part 71.
  • a portion of the pipe portion 81 that protrudes from the coil portion 10 is fixed to the coil portion 10 by the attachment portion 71.
  • the material of the attachment portion 71 is a non-magnetic material, and specifically has a maximum magnetic permeability of less than 100.
  • each of the double pancake coils 11 constituting the coil portion 10 has pancake coils 12a and 12b.
  • the pancake coils 12a and 12b are stacked on each other.
  • Each of pancake coils 12 a and 12 b is formed by winding oxide superconducting wire 14.
  • oxide superconducting wire 14 has a tape-like shape, in other words, a belt-like shape, and thus has a belt-like surface SF.
  • the band-shaped surface SF has a width Dw along the axial direction Aa and a thickness Dt smaller than the width Dw.
  • the thickness Dt is about 0.2 mm and the width Dw is about 4 mm.
  • the oxide superconducting wire 14 has a Bi-based superconductor extending in the extending direction, and a sheath covering the superconductor.
  • the sheath is made of, for example, silver or a silver alloy.
  • the oxide superconducting wire 14 has such characteristics that the AC loss increases as a magnetic field (vertical magnetic field) perpendicular to the band-shaped surface SF is applied.
  • the winding direction Wa of the oxide superconducting wire 14 in the pancake coil 12a is opposite to the winding direction Wb of the oxide superconducting wire 14 in the pancake coil 12b.
  • the end portion ECi of the oxide superconducting wire 14 located on the inner peripheral side of the pancake coil 12a and the end portion ECi of the oxide superconducting wire located on the inner peripheral side of the pancake coil 12b are electrically connected to each other. ing.
  • the coils 12a and 12b are connected in series with each other.
  • the ends ECo of the double pancake coils 11 that are adjacent to each other (the one that is adjacent in the vertical direction in FIG. 2) are electrically connected to each other. Thereby, the double pancake coils 11 are connected in series with each other.
  • the pipe portion 81 (FIG. 2), the magnitude of the magnetic field in a state where the current application to the coil portion 10 is stopped, that is, the residual magnetic field can be suppressed.
  • the magnetic body has a maximum magnetic permeability of 100 or more.
  • the pipe part 81 can have more sufficient magnetic characteristics required for suppression of a residual magnetic field. An example of suppressing the residual magnetic field will be described later.
  • the length of the pipe portion 81 in the axial direction Aa (the length in the vertical direction in FIG. 2) is equal to or greater than the width Dw (FIG. 5) of the strip surface SF of the oxide superconducting wire 14.
  • the pipe part 81 can be arranged in the coil part 10 over the width Dw of the oxide superconducting wire 14.
  • the length of the pipe part 81 in the axial direction Aa may be half or more of the length of the coil part 10 in the axial direction Aa.
  • the pipe part 81 can be arranged over half or more of the coil part 10.
  • the length of the pipe part 81 in the axial direction Aa may be equal to or longer than the length of the coil part 10 in the axial direction Aa.
  • the pipe part 81 can be arrange
  • the length of the pipe part 81 in the axial direction Aa may be larger than the length of the coil part 10 in the axial direction Aa. Accordingly, the pipe portion 81 can be protruded from the coil portion 10 while being arranged over the entire coil portion 10. Since the pipe part 81 protrudes, the pipe part 81 can be more easily fixed using the attachment part 71 (FIG. 2).
  • the pipe portion 81 may include a pipe having a wall thickness TS (FIG. 3) of 1 mm or more. By setting the thickness TS to 1 mm or more, the residual magnetic field can be more sufficiently suppressed.
  • superconducting magnet 100 ⁇ / b> A of the present embodiment has a superconducting coil 91 ⁇ / b> A and a pipe portion 81.
  • Superconducting coil 91A has a configuration in which pipe portion 81 of superconducting coil 91 (FIG. 2) is omitted.
  • the pipe portion 81 is disposed along the side wall of the magnetic field application region SC outside the heat insulating container 111. In the present embodiment, the end of the pipe portion 81 protrudes from the magnetic field application region SC. The end of the pipe portion 81 is attached to the heat insulating container 111 by the attachment portion 71.
  • superconducting magnet 100D of the present embodiment has a superconducting coil 91D and a heat insulating container 111D.
  • the superconducting coil 91D has a configuration in which the heat transfer plate 31 of the superconducting coil 91 is omitted.
  • the heat insulating container 111D is configured so that a refrigerant such as liquid nitrogen can be injected.
  • the superconducting coil 91D is cooled by this refrigerant. That is, in the present embodiment, the coil unit 10 can be directly cooled not by the cooling device 121 (FIG. 2) but by the refrigerant. Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is not repeated.
  • the superconducting magnet of the present embodiment has a pipe portion 81M instead of the pipe portion 81 described above.
  • the pipe portion 81M has an inner peripheral pipe 81a (first portion) and an outer peripheral pipe 81b (second portion).
  • the inner peripheral pipe 81a has a through hole HL.
  • the outer peripheral pipe 81b is separated from the inner peripheral pipe 81a and surrounds the inner peripheral pipe 81a.
  • a gap GP is provided between the outer surface of the inner peripheral pipe 81a and the inner surface of the outer peripheral pipe 81b.
  • the pipe portion 81M has a thickness TH (FIG.
  • the reduction rate RT of the residual magnetic field due to the provision of the pipe portion is shown for each of the case where the gap GP is provided (solid line) and the case where the gap GP is not provided (broken line).
  • the thickness TH is sufficiently large, the effect of reducing the residual magnetic field can be further increased when the gap GP is provided as in the present embodiment.
  • the gap GP is provided as in the present embodiment. Is preferred. Thereby, when a higher magnetic field is handled, the residual magnetic field can be suppressed more effectively.
  • the pipe portion 81M having a double structure including the inner peripheral pipe 81a and the outer peripheral pipe 81b has been described.
  • a multiple structure including three or more pipes may be used. In this case, the residual magnetic field can be more effectively suppressed when a higher magnetic field is handled.
  • a filling portion made of a non-magnetic material that fills the gap GP may be provided.
  • the inner peripheral pipe 81a and the outer peripheral pipe 81b can be fixed to each other. Moreover, it can prevent that both contact by the displacement of the inner peripheral pipe 81a and the outer peripheral pipe 81b under a strong magnetic field.
  • Each of the inner peripheral pipe 81a and the outer peripheral pipe 81b may be fixed by a member that is substantially the same as the attachment portion 71 (FIG. 2 or FIG. 7). In this case, the filling portion may not be provided.
  • superconducting magnet 100B of the present embodiment has a heat insulating container 111B (container) that houses coil portion 10 of superconducting coil 91A.
  • the heat insulating container 111 ⁇ / b> B includes a container main body 111 ⁇ / b> A and a pipe portion 81. Therefore, the pipe part 81 comprises a part of heat insulation container 111B.
  • the pipe part 81 constitutes a part of the heat insulating container 111B
  • the pipe part 81 constitutes an indispensable part for maintaining the function of the heat insulating container 111B for achieving the purpose of the heat insulating container 111B.
  • the purpose of the heat insulating container 111B is to keep the temperature of the coil part 10 low so that the coil part 10 is kept in a superconducting state. In order to achieve this purpose, it is a function of the heat insulating container 111B to hold the coil part 10 in a vacuum so that a vacuum for heat insulation between the outside world and the coil part 10 is maintained.
  • the magnetic field application region SC that communicates with the outside world and the inside of the heat insulating container 111 ⁇ / b> B are at least partially separated by the pipe portion 81 alone. Therefore, if the pipe part 81 is removed, the vacuum of the heat insulating container 111B is broken, so that the function of the heat insulating container 111B as a vacuum container is lost.
  • the function of the pipe part 81 and the pipe part 81 is maintained independently of the inside of the coil part 10. It is necessary to provide both the heat insulating container 111 which can do. Therefore, the ratio occupied by the pipe portion 81 and the heat insulating container 111 in the volume inside the superconducting coil 91A increases. As a result, the space (corresponding to the magnetic field application region SC) in which the magnetic field can be actually used is reduced in the superconducting coil 91A, or the superconducting coil 91A needs to be enlarged in order to maintain the size of this space. There is.
  • the pipe portion 81 also has a function as a part of the heat insulating container 111B inside the superconducting coil 91A. Therefore, the ratio occupied by the heat insulating container 111B in the volume inside the superconducting coil 91A is suppressed. As a result, the magnetic field application region SC can be increased, or the superconducting coil 91A can be reduced while maintaining the size of the magnetic field application region SC.
  • the heat insulating container 111B may have an attachment part 72 for attaching the pipe part 81 to the container main body part 111A.
  • the attachment portion 72 may have an O-ring that comes into contact with the container main body 111A in order to maintain the confidentiality of the heat insulating container 111B.
  • the heat insulating container 111B having a function as a vacuum container is used.
  • the container is not limited to the vacuum container, and the coil part 10 is held so that the coil part 10 is maintained in a superconducting state. Any material can be used as long as it achieves the purpose of keeping the temperature at a low level.
  • a container that holds a liquid having a temperature below room temperature eg, liquid nitrogen or liquid helium
  • Such a container only needs to hold this liquid in a liquid state for a practically sufficient time.
  • the superconducting magnet of the present embodiment has substantially the same configuration as the superconducting magnet 100 (FIG. 1) of the first embodiment, and the coil portion 10 and the pipe portion 81 are relatively in a specific positional relationship. Hereinafter, this positional relationship will be described.
  • the coil portion 10 and the pipe portion 81 have a common center position Ca in the axial direction Aa of the coil portion 10.
  • the coil portion 10 and the pipe portion 81 have a common center position Cr. Have one .
  • a virtual axis (indicated by a broken line in FIG. 22) passing through the center position Cr 1 along the radial direction Ar 1 is a symmetry axis of each of the coil portion 10 and the pipe portion 81.
  • the coil portion 10 and the pipe portion 81 have a common center position Cr 2 .
  • a virtual axis (indicated by a broken line in FIG. 22) passing through the center position Cr 2 along the radial direction Ar 2 is a symmetry axis of each of the coil portion 10 and the pipe portion 81.
  • the position where the two symmetry axes (two broken lines in FIG. 22) intersect is the center point Cr.
  • the coil portion 10 and the pipe portion 81 have a common center point Cr in plan view.
  • coil portion 10 and the pipe section 81, the center position Ca, not all of Cr 1 and Cr 2 a structure may be employed to share only one or two of these.
  • the dimensional error of the coil portion in that direction is preferably about 10% or less, more preferably about 5% or less.
  • superconducting magnet 100C of the present embodiment further includes passive shield 99 (shield) in addition to the configuration of superconducting magnet 100A (FIG. 7).
  • the passive shield 99 is for preventing unnecessary leakage of the magnetic field to the outside of the superconducting magnet 100C.
  • the passive shield 99 has a hollow portion that houses the coil portion 10 and has, for example, a cylindrical shape.
  • the passive shield 99 is made of a magnetic material.
  • the magnetic body preferably has a maximum magnetic permeability of 100 or more.
  • the passive shield 99 is fixed to the heat insulating container 111. This fixing can be performed by, for example, the mounting portion 73.
  • the coil part 10 and the passive shield 99 have a common center position Ca. Thereby, when the coil part 10 generate
  • the coil portion 10 and the passive shield 99 have a common center position Cr. Have one .
  • An imaginary axis (indicated by a broken line in FIG. 24) passing through the center position Cr 1 along the radial direction Ar 1 is a symmetry axis of each of the coil portion 10 and the passive shield 99.
  • the coil portion 10 and the passive shield 99 have a common center position Cr 2 .
  • An imaginary axis (indicated by a broken line in FIG. 24) passing through the center position Cr 2 along the radial direction Ar 2 is a symmetry axis of each of the coil portion 10 and the passive shield 99.
  • the position where the two symmetry axes (two broken lines in FIG. 24) intersect is the center point Cr.
  • the coil unit 10 and the passive shield 99 have a common center point Cr in plan view. Thereby, when the coil part 10 generate
  • a configuration may be used in which the coil unit 10 and the passive shield 99 share only one or two of the center positions Ca, Cr 1 and Cr 2 instead of all of them.
  • the passive shield 99 is arranged as described above with respect to the superconducting magnet of the sixth embodiment, the symmetry as a magnetic circuit is further improved. Thereby, it is possible to further avoid the generation of a force that causes a relative displacement among the coil part 10, the pipe part 81, and the passive shield 99.
  • the dimensional error of the coil portion in that direction is preferably about 10% or less, more preferably about 5% or less.
  • the attachment part for fixing the passive shield 99 is limited to what is arrange
  • a mounting portion 74 disposed between the heat insulating container 111B and the passive shield 99 may be used like the mounting portion 74 in the superconducting magnet 100E (FIG. 25).
  • FIGS. 12 to 14 is a comparative example (in which the pipe is omitted), an example in which the thickness of the pipe part 81 is 0.5 mm, and the example in which the thickness of the pipe part is Shows the distribution of the residual magnetic field (T) corresponding to a thickness of 1 mm. From this result, it was found that the residual magnetic field was reduced in the example as compared with the comparative example. It has also been found that the effect is obtained when the thickness of the pipe portion 81 is 0.5 mm, and that a greater effect is obtained when the thickness is 1 mm.
  • the inner diameter of the double pancake coil 11 (FIG. 4) was 200 mm, the outer diameter was 280 mm, the height was 10 mm, and the number of turns was 290.
  • the number of stacked double pancake coils 11 in the coil portion 10 (FIG. 2) was 20.
  • the thickness of the heat transfer plate 31 was 1 mm.
  • SS400 JIS standard
  • the outer diameter of the pipe part 81 was 150 mm, and length was 480 mm.
  • the coil unit 10 is cooled to a temperature of 20K by the cooling device 121 (FIG. 1), and the current in the on state is assumed to be 225A.
  • the magnetic field in the on state was 5T.
  • FIGS. 15 to 17 is a comparative example (in which the pipe is omitted), an example in which the thickness of the pipe portion 81 is 1 mm, and the embodiment in which the thickness of the pipe portion is 10 mm.
  • the distribution of the residual magnetic field (T) corresponding to that of FIG. From this result, it was found that the residual magnetic field was reduced in the example as compared with the comparative example. It was also found that the effect was obtained when the thickness of the pipe portion 81 was 1 mm, and that a greater effect was obtained when the thickness was 10 mm.
  • the embodiment corresponds to the second embodiment and is suitable for generating a relatively low magnetic field at a coil operating temperature of 77 K by the cooling device 121 and the cooling device.
  • 121 shows the respective simulation results with the example when the coil operating temperature is suitable for generating a relatively high magnetic field at a coil operating temperature of 20K.
  • the “comparative example” in the table indicates the result when the pipe portion 81 is not provided.
  • the thickness of the pipe portion 81 necessary to remove most of the residual magnetic field depends remarkably on the magnitude of the magnetic field (ON magnetic field) generated by the superconducting magnet 100A (FIG. 7) in the ON state. I understood it. Specifically, it was found that the thickness was about 1 mm below the ON magnetic field of 1T, and most of the residual magnetic field was removed at about 10 mm above the ON magnetic field of 5T.

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  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

　コイル部（１０）は、帯状面を有する酸化物超電導線が巻き回されることによって形成されている。残留磁場抑制部（８１）はコイル部（１０）の中に配置されている。残留磁場抑制部（８１）はコイル部（１０）の軸方向（Ａａ）に沿った貫通孔（ＨＬ）を有する。残留磁場抑制部（８１）は磁性体から作られている。これにより、残留磁場を抑えることができる。

Description

超電導マグネット
　本発明は、超電導マグネットに関し、特に、帯状面を有する酸化物超電導線が巻き回されることによって形成されたコイル部を有する超電導マグネットに関する。
　超電導マグネットから生じる磁場の強さは、印加電流のみによって決定されるわけではなく、遮蔽電流によって誘起される磁場の影響を受けることが知られている。たとえば非特許文献１：Y.　Yanagisawa　et　al.,　“Effect　of　current　sweep　reversal　on　the　magnetic　field　stability　for　a　Bi-2223　superconducting　solenoid”,　Physica　C,　469[22]　(2009)　1996-1999によれば、テープ状のＢｉ－２２２３超電導線を用いた超電導ソレノイドにおいて、遮蔽電流によって誘起される磁場について言及されている。
　このため、磁場の発生を停止させることを意図して超電導マグネットのコイル部への電流印加が停止されても、遮蔽電流の影響によって超電導マグネットは残留磁場を有する。
　そこで、本発明の目的は、残留磁場を抑えることができる超電導マグネットを提供することである。
　本発明の超電導マグネットはコイル部および残留磁場抑制部とを有する。コイル部は、帯状面を有する酸化物超電導線が巻き回されることによって形成されている。残留磁場抑制部はコイル部の中に配置されており、コイル部の軸方向に沿った貫通孔を有し、磁性体から作られている。
　この超電導マグネットによれば、残留磁場抑制部が設けられることで、コイル部への電流印加が停止された状態における磁場の大きさ、すなわち残留磁場を抑えることができる。
　好ましくは磁性体は１００以上の最大透磁率を有する。これにより残留磁場抑制部が、残留磁場の抑制に必要な磁気的特性をより十分に有することができる。ここで「最大透磁率」とは、室温付近における磁性体の比透磁率の最大値のことをいう。
　好ましくは軸方向における残留磁場抑制部の長さは、酸化物超電導線の帯状面の幅以上である。これによりコイル部内において残留磁場抑制部を酸化物超電導線の単位幅に渡って配置することができる。
　軸方向における残留磁場抑制部の長さは、軸方向におけるコイル部の長さの半分以上であってもよい。これにより残留磁場抑制部をコイル部の半分以上に渡って配置することができる。
　軸方向における残留磁場抑制部の長さは、軸方向におけるコイル部の長さ以上であってもよい。これにより残留磁場抑制部をコイル部内の全体に渡って配置することができる。
　軸方向における残留磁場抑制部の長さは、軸方向におけるコイル部の長さよりも大きくてもよい。これにより残留磁場抑制部をコイル部の全体に渡って配置しつつコイル部から突出させることができる。残留磁場抑制部が突出することで、残留磁場抑制部をより容易に固定することができる。
　残留磁場抑制部は、１ｍｍ以上の肉厚を有するパイプを含んでもよい。厚さが１ｍｍ以上とされることで、残留磁場をより十分に抑えることができる。
　残留磁場抑制部は、貫通孔を有する第１の部分と、第１の部分から離れて第１の部分を囲む第２の部分とを有してもよい。これにより、より高い磁場を扱う場合に、より効果的に残留磁場を抑えることができる。
　残留磁場抑制部は、コイル部を収める容器の一部を構成していてもよい。残留磁場抑制部が容器の一部を構成しない場合、コイル部の内部に、残留磁場抑制部と、残留磁場抑制部とは独立してその機能を保持し得る容器との両方を設ける必要がある。よってコイル部の内部の体積のうち、残留磁場抑制部および容器によって占められる割合が大きくなる。この結果、コイル部の内部において磁場を実際に利用することができる空間が小さくなるか、あるいはこの空間の大きさを維持するためにコイル部を大きくする必要がある。これに対して残留磁場抑制部が容器の一部を構成する場合、コイル部の内部において残留磁場抑制部が容器の一部としての機能も有する。よってコイル部の内部の体積のうち、残留磁場抑制部および容器に占められる割合が抑えられる。この結果、コイル部の内部において磁場を実際に利用することができる空間を大きくすることができるか、あるいはこの空間の大きさを維持しつつコイル部を小さくすることができる。
　ここで、残留磁場抑制部が「容器の一部を構成する」とは、容器の目的を達するための容器の機能を保つ上で不可欠な部分を構成することを意味する。容器の目的は、コイル部が超電導状態に保持されるようにコイル部の温度を低く保持することである。この目的を達する上で、室温より低い温度を有する液体（たとえば液体窒素または液体ヘリウム）を容器が保持する場合、容器の機能は、この液体を、実用上十分な時間、液体状態で保持することである。また上記目的を達する上で、外界とコイル部との間の断熱のための真空を容器が保持する場合、容器としての機能とは、コイル部を真空中に保持することである。逆に言えば、残留磁場抑制部が取り去られても容器がその機能を失わない場合、残留磁場が容器の一部を構成しているとは言えない。たとえば、上記のような機能を既に有する容器に対して残留磁場抑制部が付加されているような場合は、残留磁場が容器の一部を構成しているとは言えない。
　好ましくは、コイル部の少なくとも１つの径方向においてコイル部および残留磁場抑制部は共通の中心位置を有する。これにより、コイル部が磁場を発生した際に、径方向においてコイル部と残留磁場抑制部との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　好ましくは、コイル部の軸方向においてコイル部および残留磁場抑制部は共通の中心位置を有する。これにより、コイル部が磁場を発生した際に、軸方向においてコイル部と残留磁場抑制部との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　好ましくは超電導マグネットは、コイル部を収める空洞部を有し磁性体から作られたシールドをさらに含み、コイル部の少なくとも１つの径方向においてコイル部およびシールドは共通の中心位置を有する。これにより、コイル部が磁場を発生した際に、径方向においてコイル部とシールドとの間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　好ましくは超電導マグネットは、コイル部を収める空洞部を有し磁性体から作られたシールドをさらに含み、コイル部の軸方向においてコイル部およびシールドは共通の中心位置を有する。これにより、コイル部が磁場を発生した際に、軸方向においてコイル部とシールドとの間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　上述したように本発明によれば残留磁場を抑えることができる。
本発明の実施の形態１における超電導マグネットの構成を概略的に示す断面図である。 図１の一部拡大図であり、図３の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略断面図である。 図２の概略平面図である。 図１の超電導マグネットに含まれるコイル部が有するダブルパンケーキコイルの構成を概略的に示す斜視図である。 図４の線Ｖ－Ｖに沿う概略断面図である。 図４のダブルパンケーキコイルに用いられている酸化物超電導線の構成を概略的に示す一部斜視図である。 本発明の実施の形態２における超電導マグネットの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３における超電導マグネットの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４における超電導マグネットが有する残留磁場抑制部の構成を概略的に示す断面図である。 図９の線Ｘ－Ｘに沿う概略断面図である。 残留磁場抑制部の厚さおよび個数の各々と残留磁場との関係を概略的に示すグラフ図である。 実施例１に対する比較例の磁場分布を示す図である。 実施例１において残留磁場抑制部の厚さが０．５ｍｍである場合の磁場分布を示す図である。 実施例１において残留磁場抑制部の厚さが１．０ｍｍである場合の磁場分布を示す図である。 実施例２に対する比較例の磁場分布を示す図である。 実施例２において残留磁場抑制部の厚さが１ｍｍである場合の磁場分布を示す図である。 実施例２において残留磁場抑制部の厚さが１０ｍｍである場合の磁場分布を示す図である。 実施例３における、残留磁場抑制部の厚さと、残留磁場および残留磁場低減率の各々との関係を示すグラフ図である。 シミュレーションに用いたＳＳ４００の磁化曲線を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態５における超電導マグネットの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態６における超電導マグネットが有する超電導コイルの構成を概略的に示す断面図である。 図２１の概略平面図である。 本発明の実施の形態７における超電導マグネットが有する超電導コイルの構成を概略的に示す断面図である。 図２３の概略平面図である。 図２３の変形例を示す概略断面図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分については同一の参照符号を付しその説明は繰返さない。
　（実施の形態１）
　図１を参照して、本実施の形態の超電導マグネット１００は、超電導コイル９１と、断熱容器１１１と、冷却装置１２１と、ホース１２２と、コンプレッサ１２３と、ケーブル１３１と、電源１３２とを有する。断熱容器１１１は超電導コイル９１を収めている。本実施の形態においては、磁場が印加される試料（図示せず）を収めるための磁場印加領域ＳＣが、断熱容器１１１を貫くように断熱容器１１１に設けられている。冷却装置１２１は冷却ヘッド２０を有する。
　図２および図３を参照して、超電導コイル９１は、コイル部１０と、パイプ部８１（残留磁場抑制部）と、取付部７１とを有する。
　コイル部１０はダブルパンケーキコイル１１および伝熱板３１を有する。ダブルパンケーキコイル１１はコイル部１０の軸方向Ａａに沿って積層されている。径方向Ａｒは軸方向Ａａに垂直な方向に対応している。冷却装置１２１の冷却ヘッド２０は、ダブルパンケーキコイル１１を冷却することができるように、伝熱板３１によってダブルパンケーキコイル１１につながっている。伝熱板３１の材料は、非磁性体であり、具体的には１００未満の最大透磁率を有するものである。また伝熱板３１の材料は、熱伝導率および可撓性が大きい材料が好ましい。伝熱板３１の材料は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）である。ＡｌまたはＣｕの純度は９９．９％以上が好ましい。冷却されたダブルパンケーキコイル１１に超電導電流が流れることで磁束ＭＦが発生する。
　パイプ部８１は、コイル部１０の軸方向Ａａに沿った貫通孔ＨＬを有する。好ましくはパイプ部８１は、１ｍｍ以上の肉厚を有するパイプを含む。パイプ部８１はコイル部１０の中に配置されている。好ましくはパイプ部８１は、パイプ部８１の中心がコイル部１０の中心ＣＰと一致するように配置されている。
　パイプ部８１は、磁性体から作られており、具体的には１００以上の最大透磁率を有する。パイプ部８１をなす磁性体は、たとえば、鉄、電磁軟鉄、電磁鋼、パーマロイ合金、またはアモルファス磁性合金である。なお鉄の最大透磁率は一般に５０００程度である。
　軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、酸化物超電導線１４の帯状面ＳＦの幅（図２における各ダブルパンケーキコイル１１の高さの半分）以上である。好ましくは軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、各ダブルパンケーキコイル１１の高さ以上である。軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さの半分以上であってもよい。より好ましくは、軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さ以上である。さらに好ましくは、図２に示すように、軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さよりも大きい。
　パイプ部８１は取付部７１によってコイル部１０に取り付けられている。本実施の形態においては、パイプ部８１のうちコイル部１０から突出した部分が取付部７１によってコイル部１０に固定されている。好ましくは取付部７１の材料は、非磁性体であり、具体的には１００未満の最大透磁率を有するものである。
　さらに図４および図５を参照して、コイル部１０を構成しているダブルパンケーキコイル１１の各々はパンケーキコイル１２ａおよび１２ｂを有する。パンケーキコイル１２ａおよび１２ｂは互いに積層されている。パンケーキコイル１２ａおよび１２ｂの各々は、酸化物超電導線１４が巻き回されることによって形成されている。
　さらに図６を参照して、酸化物超電導線１４はテープ状、言い換えれば帯状の形状を有しており、よって帯状面ＳＦを有する。帯状面ＳＦは、軸方向Ａａに沿った幅Ｄｗと、幅Ｄｗよりも小さい厚さＤｔとを有する。たとえば、厚さＤｔは０．２ｍｍ程度、幅Ｄｗは４ｍｍ程度である。たとえば、酸化物超電導線１４は、その延在方向に延びるＢｉ系超電導体と、この超電導体を被覆するシースとを有する。シースは、たとえば銀や銀合金よりなっている。酸化物超電導線１４は、帯状面ＳＦに垂直な磁場（垂直磁場）が印加されるほど交流損失が増大するような特性を有する。
　パンケーキコイル１２ａにおける酸化物超電導線１４の巻き回し方向Ｗａと、パンケーキコイル１２ｂにおける酸化物超電導線１４の巻き回し方向Ｗｂとは互いに逆である。パンケーキコイル１２ａの内周側に位置する酸化物超電導線１４の端部ＥＣｉと、パンケーキコイル１２ｂの内周側に位置する酸化物超電導線の端部ＥＣｉとは、互いに電気的に接続されている。これにより、パンケーキコイル１２ａの外周側に位置する酸化物超電導線１４の端部ＥＣｏと、パンケーキコイル１２ｂの外周側に位置する酸化物超電導線１４の端部ＥＣｏとの間で、パンケーキコイル１２ａおよび１２ｂは互いに直列に接続されている。またダブルパンケーキコイル１１のうち互いに隣り合うもの（図２において縦方向に隣り合うもの）の各々の端部ＥＣｏは互いに電気的に接続されている。これにより、ダブルパンケーキコイル１１は互いに直列に接続されている。
　本実施の形態によれば、パイプ部８１（図２）が設けられることで、コイル部１０への電流印加が停止された状態における磁場の大きさ、すなわち残留磁場を抑えることができる。好ましくは磁性体は１００以上の最大透磁率を有する。これによりパイプ部８１が、残留磁場の抑制に必要な磁気的特性をより十分に有することができる。なお残留磁場の抑制の実施例については後述する。
　好ましくは軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さ（図２における縦方向の長さ）は、酸化物超電導線１４の帯状面ＳＦの幅Ｄｗ（図５）以上である。これによりコイル部１０内においてパイプ部８１を酸化物超電導線１４の幅Ｄｗに渡って配置することができる。軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さの半分以上であってもよい。これによりパイプ部８１をコイル部１０の半分以上に渡って配置することができる。軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さ以上であってもよい。これによりパイプ部８１をコイル部１０内の全体に渡って配置することができる。
　軸方向Ａａにおけるパイプ部８１の長さは、軸方向Ａａにおけるコイル部１０の長さよりも大きくてもよい。これによりパイプ部８１をコイル部１０の全体に渡って配置しつつコイル部１０から突出させることができる。パイプ部８１が突出することで取付部７１（図２）を用いてパイプ部８１をより容易に固定することができる。
　パイプ部８１は、１ｍｍ以上の肉厚ＴＳ（図３）を有するパイプを含んでもよい。肉厚ＴＳが１ｍｍ以上とされることで、残留磁場をより十分に抑えることができる。
　（実施の形態２）
　図７を参照して、本実施の形態の超電導マグネット１００Ａは超電導コイル９１Ａおよびパイプ部８１を有する。超電導コイル９１Ａは、超電導コイル９１（図２）のパイプ部８１が省略された構成を有する。パイプ部８１は、断熱容器１１１の外部において磁場印加領域ＳＣの側壁に沿って配置されている。本実施の形態においては、パイプ部８１の端が磁場印加領域ＳＣから突出している。またパイプ部８１の端は取付部７１によって断熱容器１１１に取り付けられている。
　なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
　（実施の形態３）
　図８を参照して、本実施の形態の超電導マグネット１００Ｄは超電導コイル９１Ｄおよび断熱容器１１１Ｄを有する。超電導コイル９１Ｄは、超電導コイル９１の伝熱板３１が省略された構成を有する。断熱容器１１１Ｄは、液体窒素などの冷媒が注入され得るように構成されている。この冷媒により超電導コイル９１Ｄが冷却される。すなわち本実施の形態においてはコイル部１０が冷却装置１２１（図２）によってではなく冷媒によって直接冷却され得る。なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
　（実施の形態４）
　図９および図１０を参照して、本実施の形態の超電導マグネットは、前述したパイプ部８１の代わりにパイプ部８１Ｍを有する。パイプ部８１Ｍは内周パイプ８１ａ（第１の部分）および外周パイプ８１ｂ（第２の部分）を有する。内周パイプ８１ａは貫通孔ＨＬを有する。外周パイプ８１ｂは内周パイプ８１ａから離れて内周パイプ８１ａを囲んでいる。内周パイプ８１ａの外面と外周パイプ８１ｂの内面との間には隙間ＧＰが設けられている。言い換えれば、パイプ部８１Ｍは、最外面と最内面との間において厚さＴＨ（図１０）を有し、かつこの厚さＴＨの部分の内部に隙間ＧＰが設けられている。なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１～３のいずれかの構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
　図１１を参照して、パイプ部を設けることによる残留磁場の低減率ＲＴを、隙間ＧＰが設けられた場合（実線）と、隙間ＧＰが設けられない場合（破線）とのそれぞれについて示す。厚さＴＨが十分に大きい場合、本実施の形態のように隙間ＧＰが設けられた場合の方が、残留磁場を低減する効果をより大きくし得る。より高い磁場を扱う場合には、パイプ部が磁気的に飽和することを避ける観点で厚さＴＨが十分に大きくされることが好ましく、この場合に本実施の形態のように隙間ＧＰを設けることが好ましい。これにより、より高い磁場を扱う場合に、より効果的に残留磁場を抑えることができる。
　なお本実施の形態においては内周パイプ８１ａおよび外周パイプ８１ｂによる二重構造を有するパイプ部８１Ｍについて説明したが、３つ以上のパイプによる多重構造が用いられてもよい。この場合、より高い磁場を扱う場合に、より効果的に残留磁場を抑えることができる。
　また隙間ＧＰを充填する、非磁性体からなる充填部（図示せず）が設けられてもよい。これにより内周パイプ８１ａおよび外周パイプ８１ｂを互いに固定することができる。また強磁場下における内周パイプ８１ａおよび外周パイプ８１ｂの変位によって両者が接触してしまうことを防止することができる。また取付部７１（図２または図７）とほぼ同様の部材によって内周パイプ８１ａおよび外周パイプ８１ｂの各々が固定されてもよい。この場合、上記充填部は設けられなくてもよい。
　（実施の形態５）
　図２０を参照して、本実施の形態の超電導マグネット１００Ｂは、超電導コイル９１Ａのコイル部１０を収める断熱容器１１１Ｂ（容器）を有する。断熱容器１１１Ｂは、容器本体部１１１Ａおよびパイプ部８１によって構成されている。よってパイプ部８１が断熱容器１１１Ｂの一部を構成している。
　ここで、「パイプ部８１が断熱容器１１１Ｂの一部を構成している」とは、断熱容器１１１Ｂの目的を達するための断熱容器１１１Ｂの機能を保つ上で不可欠な部分をパイプ部８１が構成していることを意味する。断熱容器１１１Ｂの目的は、コイル部１０が超電導状態に保持されるようにコイル部１０の温度を低く保持することである。この目的を達する上で、外界とコイル部１０との間の断熱のための真空が保持されるようにコイル部１０を真空中に保持することが、断熱容器１１１Ｂの機能である。図２０においては、外界に通じた磁場印加領域ＳＣと断熱容器１１１Ｂの内部とが少なくとも部分的にパイプ部８１のみによって隔てられている。よって仮にパイプ部８１が取り去られると、断熱容器１１１Ｂの真空が破れてしまうので、断熱容器１１１Ｂの真空容器としての機能が失われれる。
　実施の形態２（図７）のようにパイプ部８１が断熱容器１１１の一部を構成しない場合、コイル部１０の内部に、パイプ部８１と、パイプ部８１とは独立してその機能を保持し得る断熱容器１１１との両方を設ける必要がある。よって超電導コイル９１Ａの内部の体積のうち、パイプ部８１および断熱容器１１１によって占められる割合が大きくなる。この結果、超電導コイル９１Ａの内部において磁場を実際に利用することができる空間（磁場印加領域ＳＣに対応）が小さくなるか、あるいはこの空間の大きさを維持するために超電導コイル９１Ａを大きくする必要がある。
　これに対して本実施の形態によれば、超電導コイル９１Ａの内部においてパイプ部８１が断熱容器１１１Ｂの一部としての機能も有する。よって超電導コイル９１Ａの内部の体積のうち断熱容器１１１Ｂに占められる割合が抑えられる。この結果、磁場印加領域ＳＣを大きくすることができるか、あるいは磁場印加領域ＳＣの大きさを維持しつつ超電導コイル９１Ａを小さくすることができる。
　なお断熱容器１１１Ｂは、パイプ部８１を容器本体部１１１Ａに取り付けるための取付部７２を有してもよい。取付部７２は、断熱容器１１１Ｂの機密性を維持するために、容器本体部１１１Ａに接するＯリングを有してもよい。
　また本実施の形態においては、真空容器としての機能を有する断熱容器１１１Ｂが用いられるが、容器は真空容器に限定されるものではなく、コイル部１０が超電導状態に保持されるようにコイル部１０の温度を低く保持するという目的を達するものであればよい。たとえば、室温より低い温度を有する液体（たとえば液体窒素または液体ヘリウム）を保持する容器が用いられてもよい。このような容器は、この液体を、実用上十分な時間、液体状態で保持することできればよい。
　（実施の形態６）
　本実施の形態の超電導マグネットは、実施の形態１の超電導マグネット１００（図１）とほぼ同様の構成を有し、さらにコイル部１０とパイプ部８１とが相対的に特定の位置関係にある。以下、この位置関係について説明する。
　図２１を参照して、コイル部１０の軸方向Ａａにおいてコイル部１０およびパイプ部８１は共通の中心位置Ｃａを有する。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、軸方向Ａａにおいてコイル部１０とパイプ部８１との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　さらに図２２を参照して、コイル部１０の径方向Ａｒ（図２１）の１つである径方向Ａｒ1（少なくとも１つの径方向）において、コイル部１０およびパイプ部８１は共通の中心位置Ｃｒ1を有する。径方向Ａｒ1に沿い中心位置Ｃｒ1を通る仮想軸（図２２において破線で示されている）はコイル部１０およびパイプ部８１の各々の対称軸である。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、径方向Ａｒ1においてコイル部１０とパイプ部８１との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。またコイル部１０の径方向Ａｒ（図２１）の１つである径方向Ａｒ2（少なくとも１つの径方向）において、コイル部１０およびパイプ部８１は共通の中心位置Ｃｒ2を有する。径方向Ａｒ2に沿い中心位置Ｃｒ2を通る仮想軸（図２２において破線で示されている）はコイル部１０およびパイプ部８１の各々の対称軸である。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、径方向Ａｒ2においてコイル部１０とパイプ部８１との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　２つの対称軸（図２２の２つの破線）が交差する位置が中心点Ｃｒである。図示されているように、平面視においてコイル部１０およびパイプ部８１は共通の中心点Ｃｒを有する。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、一般的な径方向Ａｒにおいてコイル部１０とパイプ部８１との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　なおコイル部１０およびパイプ部８１が、中心位置Ｃａ、Ｃｒ1およびＣｒ2のすべてではなくこれらのうち１つまたは２つのみを共有する構成が用いられてもよい。
　また、ある方向においてコイル部１０およびパイプ部８１が共通の中心位置を有するというときに、両者の位置ずれによる磁気回路の対称性の乱れが問題とならない程度の誤差は許容される。具体的には、その方向におけるコイル部の寸法の誤差は、好ましくは１０％程度以下であり、より好ましくは５％程度以下である。
　（実施の形態７）
　図２３を参照して、本実施の形態の超電導マグネット１００Ｃは、超電導マグネット１００Ａ（図７）の構成に加えてさらに、パッシブシールド９９（シールド）を有する。パッシブシールド９９は、超電導マグネット１００Ｃの外部への不必要な磁場の漏洩を防止するためのものである。パッシブシールド９９はコイル部１０を収める空洞部を有し、たとえば筒状の形状を有する。パッシブシールド９９は磁性体から作られている。磁性体は１００以上の最大透磁率を有することが好ましい。パッシブシールド９９は断熱容器１１１に固定されている。この固定は、たとえば取付部７３によって行い得る。
　コイル部１０の軸方向Ａａにおいてコイル部１０およびパッシブシールド９９は共通の中心位置Ｃａを有する。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、軸方向Ａａにおいてコイル部１０とパッシブシールド９９との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　さらに図２４を参照して、コイル部１０の径方向Ａｒ（図２３）の１つである径方向Ａｒ1（少なくとも１つの径方向）において、コイル部１０およびパッシブシールド９９は共通の中心位置Ｃｒ1を有する。径方向Ａｒ1に沿い中心位置Ｃｒ1を通る仮想軸（図２４において破線で示されている）はコイル部１０およびパッシブシールド９９の各々の対称軸である。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、径方向Ａｒ1においてコイル部１０とパッシブシールド９９との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。またコイル部１０の径方向Ａｒ（図２３）の１つである径方向Ａｒ2（少なくとも１つの径方向）において、コイル部１０およびパッシブシールド９９は共通の中心位置Ｃｒ2を有する。径方向Ａｒ2に沿い中心位置Ｃｒ2を通る仮想軸（図２４において破線で示されている）はコイル部１０およびパッシブシールド９９の各々の対称軸である。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、径方向Ａｒ2においてコイル部１０とパッシブシールド９９との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　２つの対称軸（図２４の２つの破線）が交差する位置が中心点Ｃｒである。図示されているように、平面視においてコイル部１０およびパッシブシールド９９は共通の中心点Ｃｒを有する。これにより、コイル部１０が磁場を発生した際に、一般的な径方向Ａｒにおいてコイル部１０とパッシブシールド９９との間で相対変位が生じるような力が両者の間で発生することを避けることができる。
　なおコイル部１０およびパッシブシールド９９が、中心位置Ｃａ、Ｃｒ1およびＣｒ2のすべてではなくこれらのうち１つまたは２つのみを共有する構成が用いられてもよい。
　また実施の形態６の超電導マグネットに対して上述したようにパッシブシールド９９が配置される場合、磁気回路としての対称性がより高められる。これにより、コイル部１０、パイプ部８１およびパッシブシールド９９の間で相対変位が生じるような力がこれらの間で発生することをより避けることができる。
　また、ある方向においてコイル部１０およびパッシブシールド９９が共通の中心位置を有するというときに、両者の位置ずれによる磁気回路の対称性の乱れが問題とならない程度の誤差は許容される。具体的には、その方向におけるコイル部の寸法の誤差は、好ましくは１０％程度以下であり、より好ましくは５％程度以下である。
　なおパッシブシールド９９を固定するための取付部は、超電導マグネット１００Ｃ（図２３）における取付部７３のように断熱容器１１１の上面および下面（軸方向Ａａに交差する面）に配置されるものに限定されるわけではない。超電導マグネット１００Ｅ（図２５）における取付部７４のように、断熱容器１１１Ｂとパッシブシールド９９との間に配置された取付部７４が用いられてもよい。
　実施の形態３に対応する実施例（図２のパイプ部８１を有するもの）と、それに対する比較例（パイプ８１部が省略されたもの）との各々についての残留磁場の、有限要素法によるシミュレーション結果について説明する。本シミュレーションにおいて、ダブルパンケーキコイル１１（図４）の内径は１３０ｍｍ、外径は２１０ｍｍ、高さは９ｍｍ、巻数は２８０とされた。またコイル部１０（図２）におけるダブルパンケーキコイル１１の積層数は１０とされた。パイプ部８１の材料としては、図１９に示す磁化曲線を有するＳＳ４００（ＪＩＳ規格）を用いることが想定された。また冷媒として液体窒素を用いることを想定して断熱容器１１１Ｄ内の温度は７７Ｋが想定され、オン状態における電流は２５Ａとされた。オン状態における磁場は０．５Ｔとされた。
　図１２～図１４のそれぞれは、比較例（パイプが省略されたもの）、実施例であってパイプ部８１の肉厚が０．５ｍｍのもの、および、実施例であってパイプ部の肉厚が１ｍｍのものに対応する残留磁場（Ｔ）の分布を示す。この結果から、比較例に比して実施例の方が残留磁場が低減されることが見出された。またパイプ部８１の肉厚が０．５ｍｍの場合にも効果が得られ、肉厚が１ｍｍの場合にはより大きな効果が得られることも見出された。
　実施の形態２に対応する実施例（図７のパイプ８１部を有するもの）と、それに対する比較例（パイプ８１部が省略されたもの）との各々についての残留磁場の、有限要素法によるシミュレーション結果について説明する。本シミュレーションにおいて、ダブルパンケーキコイル１１（図４）の内径は２００ｍｍ、外径は２８０ｍｍ、高さは１０ｍｍ、巻数は２９０とされた。またコイル部１０（図２）におけるダブルパンケーキコイル１１の積層数は２０とされた。また伝熱板３１の厚さは１ｍｍとされた。パイプ部８１の材料としてはＳＳ４００（ＪＩＳ規格）を用いることが想定された。またパイプ部８１の外径は１５０ｍｍ、長さは４８０ｍｍとされた。また冷却装置１２１（図１）によりコイル部１０が２０Ｋの温度まで冷却されることが想定され、オン状態における電流は２２５Ａが想定された。オン状態における磁場は５Ｔとされた。
　図１５～図１７のそれぞれは、比較例（パイプが省略されたもの）、実施例であってパイプ部８１の肉厚が１ｍｍのもの、および、実施例であってパイプ部の肉厚が１０ｍｍのものに対応する残留磁場（Ｔ）の分布を示す。この結果から、比較例に比して実施例の方が残留磁場が低減されることが見出された。またパイプ部８１の肉厚が１ｍｍの場合にも効果が得られ、肉厚が１０ｍｍの場合により大きな効果が得られることも見出された。
　図１８を参照して、実施の形態２に対応する実施例において、残留磁場の大きさ（左側の縦軸）およびパイプ部８１による残留磁場の低減率（右側の縦軸）の各々と、パイプ部８１の厚さ（横軸）との関係について、有限要素法によるシミュレーションを行った。グラフ中のＰ１～Ｐ３は、図７の位置Ｐ１～Ｐ３に対応している。すなわち位置Ｐ１はコイル中心位置、位置Ｐ２は超電導コイル９１Ａの端の位置、位置Ｐ３はパイプ部８１の端の位置である。この結果から、位置Ｐ１～Ｐ３のいずれの位置においても残留磁場が低減されることが見出された。また本実施例においては、たとえば厚さが１ｍｍ以上であれば、低減率１０％以上の有意な低減効果が得られた。また本実施例においてはパイプ部８１の厚さが１０ｍｍ程度以上では残留磁場の低減率がおおよそ飽和していた。
　下記の表１を参照して、実施の形態２に対応するものであって、冷却装置１２１によりコイル運転温度を７７Ｋとして比較的低い磁場を発生させるのに適した場合の実施例と、冷却装置１２１によりコイル運転温度を２０Ｋとして比較的高い磁場を発生させるのに適した場合の実施例との各々のシミュレーション結果を示す。なお表中の「比較例」はパイプ部８１が設けられない場合の結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この結果から、残留磁場の大部分を除去するのに必要なパイプ部８１の厚さは、オン状態において超電導マグネット１００Ａ（図７）が発生する磁場（オン磁場）の大きさに顕著に依存することがわかった。具体的には、オン磁場１Ｔ未満では厚さは１ｍｍ程度で、オン磁場５Ｔ以上では１０ｍｍ程度で残留磁場の大部分が除かれることがわかった。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　コイル部、１１　ダブルパンケーキコイル、１２ａ，１２ｂ　パンケーキコイル、１４　酸化物超電導線、２０　冷却ヘッド、３１　伝熱板、８１　パイプ部（残留磁場抑制部）、８１ａ　内周パイプ（第１の部分）、８１ｂ　外周パイプ（第２の部分）、９１，９１Ａ　超電導コイル、１００，１００Ａ～１００Ｅ　超電導マグネット、１１１，１１１Ｄ　断熱容器、１２１　冷却装置、１２３　コンプレッサ、１３２　電源、ＳＣ　磁場印加領域、ＳＦ　帯状面。

Claims (13)

  1. 　帯状面を有する酸化物超電導線が巻き回されることによって形成されたコイル部と、
    　前記コイル部の中に配置され、前記コイル部の軸方向に沿った貫通孔を有し、磁性体から作られた残留磁場抑制部とを備える、超電導マグネット。
  2. 　前記磁性体は１００以上の最大透磁率を有する、請求項１に記載の超電導マグネット。
  3. 　前記軸方向における前記残留磁場抑制部の長さは、前記酸化物超電導線の前記帯状面の幅以上である、請求項１または２に記載の超電導マグネット。
  4. 　前記軸方向における前記残留磁場抑制部の長さは、前記軸方向における前記コイル部の長さの半分以上である、請求項１または２に記載の超電導マグネット。
  5. 　前記軸方向における前記残留磁場抑制部の長さは、前記軸方向における前記コイル部の長さ以上である、請求項１または２に記載の超電導マグネット。
  6. 　前記軸方向における前記残留磁場抑制部の長さは、前記軸方向における前記コイル部の長さよりも大きい、請求項１または２に記載の超電導マグネット。
  7. 　前記残留磁場抑制部は、１ｍｍ以上の肉厚を有するパイプを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
  8. 　前記残留磁場抑制部は、前記貫通孔を有する第１の部分と、前記第１の部分から離れて前記第１の部分を囲む第２の部分とを有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
  9. 　前記残留磁場抑制部は、前記コイル部を収める容器の一部を構成している、請求項１～８のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
  10. 　前記コイル部の少なくとも１つの径方向において前記コイル部および前記残留磁場抑制部は共通の中心位置を有する、請求項１～９のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
  11. 　前記コイル部の軸方向において前記コイル部および前記残留磁場抑制部は共通の中心位置を有する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
  12. 　前記コイル部を収める空洞部を有し磁性体から作られたシールドをさらに備え、
    　前記コイル部の少なくとも１つの径方向において前記コイル部および前記シールドは共通の中心位置を有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
  13. 　前記コイル部を収める空洞部を有し磁性体から作られたシールドをさらに備え、
    　前記コイル部の軸方向において前記コイル部および前記シールドは共通の中心位置を有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
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