WO2022201935A1 - 超電導コイル装置、超電導加速器および粒子線治療装置 - Google Patents

超電導コイル装置、超電導加速器および粒子線治療装置 Download PDF

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coil
superconducting coil
tubular structure
layer
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茂貴 高山
朝文 折笠
康太 水島
佳之 岩田
康志 阿部
哲也 藤本
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東芝エネルギーシステムズ株式会社
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
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    • H05H2277/11—Radiotherapy

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to superconducting technology.
  • Particle beams must be accelerated to treat cancer cells deep within the body.
  • Devices that accelerate particle beams are generally classified into two types. One is a linear accelerator that arranges accelerators in a straight line. The other is a circular accelerator in which a deflection device that bends the beam trajectory is arranged in a circular shape and an accelerator is arranged in a part of the circular orbit.
  • a linear accelerator that accelerates the low energy band immediately after beam generation and a circular accelerator to accelerate the high energy band.
  • the circular accelerator which accelerates the particle beam while making it circulate, is composed of sequentially arranged quadrupole electromagnets that control the shape of the particle beam, bending electromagnets that bend the beam trajectory, and steering electromagnets that correct deviations in the beam trajectory. .
  • the mass or energy of the orbiting particles is increased, the magnetic stiffness (difficulty in bending due to the magnetic field) is increased, so the beam orbital radius is increased.
  • the entire device becomes large. If the apparatus is large, the incidental facilities such as buildings will also be large, and the apparatus cannot be installed in places where the installation range is limited, such as urban areas.
  • Saddle-shaped coils are common among conventional superconducting coils for accelerators.
  • spacers protrusions
  • the superconducting wires are provided between the superconducting wires at the ends of the coils in order to generate a uniform magnetic field, that is, to reduce the high-order multipolar component. Therefore, there is a problem that the coil ends are extended and the superconducting coil is enlarged.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a particle beam therapy system of this embodiment; FIG. The top view which shows a circular accelerator.
  • FIG. 2 is a plan view showing a first-layer superconducting coil; FIG. 2 is a side view showing the superconducting coil of the first layer; VV sectional view of FIG. The top view which shows the superconducting coil of a 2nd layer. The side view which shows the superconducting coil of a 2nd layer. VIII-VIII sectional view of FIG. The side view which shows the state which overlapped the turns of the 1st layer and the 2nd layer.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a superconducting coil of a modified example; The top view which shows the conventional superconducting coil.
  • a superconducting coil device includes at least one superconducting coil formed of a plurality of turns, where one turn is a portion of a superconducting wire that is wound in an annular shape.
  • the superconducting coil has a shape along the outer peripheral surface of a tubular structure having a tubular shape, and the turns include coil longitudinal portions extending along the axial direction of the tubular structure, and coil longitudinal portions extending from the coil longitudinal portions. and a coil end portion extending along the circumferential direction of the tubular structure portion, and a boundary line indicating a boundary between the coil longitudinal portion and the coil end portion in each of the turns in a side view of the tubular structure portion. , with respect to a reference line extending in the circumferential direction of the tubular structure.
  • the embodiment of the present invention provides a superconducting technology that can reduce the size of the superconducting coil device.
  • Reference numeral 1 in FIG. 1 is the particle beam therapy system of this embodiment.
  • the particle beam therapy apparatus 1 is a beam irradiation apparatus that accelerates a particle beam B and irradiates the affected area T, which is a target, with the particle beam B for treatment.
  • the particle beam therapy system 1 uses charged particles such as negative pions, protons, helium ions, carbon ions, neon ions, silicon ions, or argon ions as the particle beam B for therapeutic irradiation.
  • charged particles such as negative pions, protons, helium ions, carbon ions, neon ions, silicon ions, or argon ions as the particle beam B for therapeutic irradiation.
  • the particle beam therapy system 1 includes a beam generator 2, a beam accelerator 3, a beam transporter 4, a beam irradiation device 5, and a vacuum duct 6 connecting these devices and through which the particle beam B passes. .
  • the inside of the vacuum duct 6 is maintained in a vacuum state.
  • beam loss due to scattering between the particle beam B and the air is suppressed.
  • This vacuum duct 6 continues until just before the location of the affected area T of the patient.
  • the particle beam B that has passed through the vacuum duct 6 is irradiated onto the affected area T of the patient.
  • the beam generator 2 is a device that generates a particle beam B.
  • it is a device that extracts ions generated using electromagnetic waves or lasers.
  • the beam accelerator 3 is provided downstream of the beam generator 2 .
  • This beam accelerator 3 is a device that accelerates the particle beam B to a predetermined energy.
  • This beam accelerator 3 is composed of, for example, two stages of a front-stage accelerator and a rear-stage accelerator.
  • a linear accelerator 7 composed of a drift tube linac (DTL) or a radio frequency quadrupole linear accelerator (RFQ) is used as the pre-accelerator.
  • a circular accelerator 8 composed of a synchrotron or a cyclotron is used as the post-stage accelerator.
  • a beam trajectory of the particle beam B is formed by the linear accelerator 7 and the circular accelerator 8 .
  • the beam transporter 4 is provided downstream of the beam accelerator 3 .
  • the beam transport device 4 is a device that transports the accelerated particle beam B to the affected area T of the patient, which is the object to be irradiated.
  • the vacuum duct 6 As the axis, it is composed of a deflection device, a convergence/divergence device, a sextupole device, a beam trajectory correction device, a control device thereof, and the like.
  • the beam irradiation device 5 is provided downstream of the beam transport device 4 .
  • the beam irradiation device 5 controls the beam trajectory of the particle beam B so that the particle beam B having a predetermined energy that has passed through the beam transport device 4 is correctly incident on the set irradiation point of the affected area T of the patient.
  • the irradiation position and irradiation dose of the particle beam B on the affected area T are monitored.
  • the beam accelerator 3 and the beam transporter 4 use superconducting technology that enables high magnetic field and miniaturization.
  • the circular accelerator 8 of the beam accelerator 3 is exemplified as an application example of superconducting technology. That is, the particle beam therapy system 1 of this embodiment includes a circular accelerator 8 as a superconducting accelerator. At least part of the beam trajectory for accelerating the particle beam B is formed by the circular accelerator 8 .
  • the circular accelerator 8 as the superconducting accelerator of this embodiment is constructed along the vacuum duct 6 that is annularly (substantially circularly) arranged in plan view.
  • This circular accelerator 8 comprises an injection device 9 , an emission device 10 , a deflection device 11 , a convergence/divergence device 12 , a sextupole device 13 and an acceleration force applying device 14 .
  • the circular accelerator 8 circulates the particle beam B along the vacuum duct 6 by bending the trajectory of the particle beam B injected from the linear accelerator 7 via the injection device 9 with the deflection device 11 .
  • the particle beam B is stably circulated.
  • the particle beam B revolves around the beam orbit of the circular accelerator 8
  • an acceleration force is applied to the particle beam B by the acceleration force application device 14.
  • the particle beam B is accelerated to a predetermined energy, and the accelerated particle beam B is emitted from the emission device 10 and reaches the diseased part T.
  • the deflection device 11 deflects the particle beam B with a magnetic field. , the beam trajectory radius increases. As a result, the circular accelerator 8 becomes large as a whole. In order to suppress the size increase of the circular accelerator 8, it is necessary to increase the strength of the magnetic field generated by the deflection device 11. FIG. In this embodiment, by applying the superconducting technology to the deflection device 11, it becomes possible to increase the magnetic field, and the size of the circular accelerator 8 can be reduced.
  • the superconducting wire is a low - temperature superconductor such as NbTi, Nb3Sn , Nb3Al , MgB2 , or a high - temperature superconductor such as a Bi2Sr2Ca2Cu3O10 wire or an REB2C3O7 wire . Configured.
  • RE in “REB 2 C 3 O 7 " includes at least one of rare earth elements (e.g., neodymium (Nd), gadolinium (Gd), holminium (Ho), samarium (Sm), etc.) and yttrium elements.
  • Nd neodymium
  • Gd gadolinium
  • Ho holminium
  • Sm samarium
  • yttrium elements means.
  • B means barium (Ba).
  • C means copper (Cu).
  • O oxygen (O).
  • Superconducting coil 80 is provided on the side surface of tubular structure 81 having a cylindrical shape.
  • This superconducting coil 80 includes a plurality of conductor portions 82 around which a superconducting wire is wound.
  • Each conductor portion 82 is divided into a coil longitudinal portion 83 and a coil end portion 84 .
  • the distance between the conductor portions 82 in the circumferential direction is not uniform, and the desired magnetic field distribution is generated in the central beam passage area of the superconducting coil 80 depending on the distance.
  • the conductor section 82 of the coil longitudinal section 83 is arranged so that the current density distribution becomes a function of cos ⁇ .
  • the conductor portion 82 of the coil longitudinal portion 83 is arranged so that the current density distribution becomes a function of cos2 ⁇ .
  • the conductor portion 82 of the coil longitudinal portion 83 is arranged so as to have a shape close to the function of cos3 ⁇ .
  • the conductor portion 82 of the coil longitudinal portion 83 is arranged so as to have a shape close to the function of cos4 ⁇ .
  • the coil end portion 84 has a three-dimensional shape along the surface of the tubular structure portion 81 so that the conductor portion 82 forming the coil end portion 84 does not physically block the beam passage area. Therefore, the coil end portion 84 has a shape in which the conductor gradually changes from the side surface to the upper surface of the tubular structure portion 81 .
  • a spacer 85 (gap) is provided at the coil end 84 in order to suppress this negative sextupole magnetic field.
  • a positive sextupole magnetic field is generated and a desired uniform magnetic field is obtained.
  • the superconducting wires are arranged appropriately to obtain a desired uniform magnetic field and to reduce the size of the superconducting coil 80 .
  • FIG. 1 a side view of the superconducting coil device 20 when viewed from the Y direction when the axial direction in which the particle beam B passes (the direction in which the axis C extends) is the X direction.
  • a state when the superconducting coil device 20 is viewed from the Z direction will be described as a plan view (top view). Since this superconducting coil device 20 is not a device that is affected by gravity, there is no vertical distinction.
  • the superconducting coil device 20 of this embodiment has a two-layer structure.
  • This superconducting coil device 20 includes a first layer tubular structure portion 21 which is arranged on the innermost circumference and forms a tubular shape, and a second tubular structure portion 21 which is arranged on the outer circumference of the first layer tubular structure portion 21 and forms a tubular shape.
  • a layered tubular structure 22 is provided. These tubular structures 21 and 22 are arranged concentrically around the axis C. As shown in FIG. That is, they are arranged coaxially with each other.
  • the superconducting coil device 20 includes two superconducting coils 23 provided above and below the tubular structure 21 of the first layer. As shown in FIGS. 6 to 8, the superconducting coil device 20 includes two superconducting coils 24 provided above and below the tubular structure 22 of the second layer. That is, at least two superconducting coils 23 and 24 are laminated in the radial direction of the tubular structures 21 and 22 . A magnetic field can be generated in the passage area P of the particle beam B by these superconducting coils 23 and 24 .
  • two layers of superconducting coils 23 and 24 are provided in the upper half of tubular structures 21 and 22 of each layer, and the lower half of tubular structures 21 and 22 of each layer are provided. is provided with two layers of superconducting coils 23, 24 (see FIGS. 4 and 7).
  • Each of the superconducting coils 23 and 24 has a shape that follows the outer peripheral surfaces of the tubular structures 21 and 22.
  • Tubular structures 21 and 22 are members that support superconducting coils 23 and 24 .
  • the innermost first-layer tubular structure 21 is arranged at the axis C of the superconducting coil device 20 .
  • This first layer tubular structure 21 forms part of the vacuum duct 6 .
  • the tubular structure 21 may be a member separate from the vacuum duct 6 . That is, the vacuum duct 6 may be provided inside the tubular structure 21 .
  • the superconducting coils 23 and 24 are formed by winding a superconducting wire into a ring.
  • one superconducting coil 23, 24 is formed by a plurality of turns 25, 26, where one turn 25, 26 is a portion of the superconducting wire that is wound one round.
  • FIG. 3 shows three turns 25 forming one superconducting coil 23 .
  • five turns 26 are shown to form one superconducting coil 24 .
  • one superconducting coil 23, 24 is formed by tens to hundreds of turns 25, 26.
  • the superconducting coil 24 of the second layer is larger than the superconducting coil 23 of the first layer. of turns 26 can be placed.
  • the superconducting coil device 20 is applied, for example, to the deflection device 11 (FIG. 2) of the circular accelerator 8.
  • the deflection device 11 is provided with a vacuum duct 6 which is curved with a constant curvature. Therefore, the tubular structures 21 and 22 used in the actual superconducting coil device 20 are also members bent with a constant curvature. However, in FIGS. 3, 4, 6, and 7, the tubular structures 21 and 22 are illustrated as linear members in order to facilitate understanding. Also, the axial centers C of the tubular structures 21 and 22 are shown as straight lines, although they are actually curved with a constant curvature.
  • the tubular structures 21 and 22 have an elliptical shape when viewed in cross section.
  • each of the tubular structures 21 and 22 has an elliptical shape with a larger diameter in the Y direction than in the Z direction. That is, the tubular structures 21 and 22 have an elliptical shape in which the diameter increases in the bending direction.
  • the superconducting coil device 20 can generate a magnetic field suitable for the direction in which the particle beam B bends.
  • the respective turns 25 and 26 have coil longitudinal portions 27 and 27 extending linearly along the axial direction (X direction) of the tubular structures 21 and 22.
  • 28 and coil end portions 29, 30 extending from the coil longitudinal portions 27, 28 along the circumferential direction of the tubular structures 21, 22.
  • boundary lines L1 and L2 indicating boundaries between the coil longitudinal portions 27 and 28 and the coil end portions 29 and 30 in the respective turns 25 and 26 are aligned with the tubular structures.
  • the portions 21 and 22 are inclined with respect to the reference line K extending in the circumferential direction.
  • the coil longitudinal portions 27 of the turns 25 of the first-layer superconducting coil 23 become shorter from the outer circumference to the inner circumference of the superconducting coil 23 . Therefore, the boundary line L1 is inclined with respect to the reference line K.
  • the turns 26 of the superconducting coil 24 of the second layer have coil longitudinal portions 27 that are longer from the outer circumference side to the inner circumference side of the superconducting coil 24 . Therefore, the boundary line L2 is inclined with respect to the reference line K.
  • the coil longitudinal portions 27 and 28 of the superconducting coils 23 and 24 of each layer can change the form of the magnetic field generated at the ends thereof.
  • the boundary line L1 of the superconducting coil 23 of the first layer and the boundary line L2 of the superconducting coil 24 of the second layer are displaced from each other.
  • the positions at which the boundary line L1 and the boundary line L2 are provided are different in the axial direction (X direction). In this way, an appropriate magnetic field can be formed by the superconducting coils 23 of the first layer and the superconducting coils 24 of the second layer.
  • the boundary line L1 of the superconducting coil 23 of the first layer and the boundary line L2 of the superconducting coil 24 of the second layer are inclined in opposite directions to the reference line K. In this way, the magnetic fields generated at the ends of the superconducting coils 23 of the first layer and the magnetic fields generated at the ends of the superconducting coils 24 of the second layer have different forms.
  • the dimension of the superconducting coil 23 of the first layer is longer than the dimension of the superconducting coil 24 of the second layer. That is, the ends of the superconducting coils 23 of the first layer protrude from the ends of the superconducting coils 24 of the second layer. Therefore, the boundary line L1 of the superconducting coil 23 of the first layer is provided at a position closer to the end than the boundary line L2 of the superconducting coil 24 of the second layer.
  • the superconducting coil device 20 of this embodiment can suppress the occurrence of an error magnetic field disturbed from the desired magnetic field distribution in the vicinity of the ends of the superconducting coils 23 and 24 .
  • the error magnetic field at the end of the superconducting coil 23 of the first layer can be canceled by the magnetic field generated by the end of the superconducting coil 24 of the second layer.
  • coil end portions 29 and 30 of superconducting coils 23 and 24 of respective layers are linear portions 29A and 30A extending linearly along the circumferential direction of tubular structural portions 21 and 22, respectively.
  • straight portions 29A and 30A and bent portions 29B and 30B that are bent between the coil longitudinal portions 27 and 28, respectively.
  • the straight portions 29A of the turns 25 that are adjacent to each other in the first layer are brought into close contact with each other.
  • the straight portions 30A of the turns 26 that are adjacent to each other in the second layer are brought into close contact with each other.
  • a boundary line L3 indicating the boundary between the straight portion 29A and the curved portion 29B of the coil end portion 29 of the first layer superconducting coil 23 is linear. These boundary lines L3 are inclined with respect to the reference line K. As shown in FIG. 4, a boundary line L3 indicating the boundary between the straight portion 29A and the curved portion 29B of the coil end portion 29 of the first layer superconducting coil 23 is linear. These boundary lines L3 are inclined with respect to the reference line K. As shown in FIG.
  • the boundary line L4 that indicates the boundary between the straight portion 30A and the curved portion 30B of the coil end portion 30 of the second layer superconducting coil 24 is curved. These boundary lines L4 are inclined with respect to the reference line K. As shown in FIG. 7, the boundary line L4 that indicates the boundary between the straight portion 30A and the curved portion 30B of the coil end portion 30 of the second layer superconducting coil 24 is curved. These boundary lines L4 are inclined with respect to the reference line K. As shown in FIG.
  • the turns 25 and 26 (superconducting wires) can be densely arranged in the linear portions 29A and 30A of the coil end portions 29 and 30, respectively. Therefore, the width (length in the X direction) of the coil ends 29 and 30 can be reduced.
  • the turns 25 (superconducting wire) are arranged closely in order to shorten the coil ends 29 of the first layer. , that is, the rising bending radius is reduced. Therefore, in the coil end portion 29, the current density distribution becomes a distribution in which a shape close to the function of cos ⁇ is superimposed. As a result, a positive sextupole magnetic field is generated.
  • the curvature of the bent portion 30B of the coil end portion 30 of the second layer, that is, the rising bending radius is increased. Therefore, a negative sextupole magnetic field is generated and the positive sextupole magnetic field can be canceled.
  • the sextupole magnetic field can be suppressed.
  • the curvatures of the bent portions 29B and 30B of the coil end portions 29 and 30 may be different between the turns 25 and 26 in the same layer. In this way, the sextupole magnetic field can be suppressed.
  • the curvatures of the bent portions 29B and 30B of the coil end portions 29 and 30 may be set to different values not only for the turns 25 and 26 in the same layer, but also for the respective layers. By doing so, the sextupole magnetic field can be suppressed in the entire superconducting coil device 20 .
  • the plurality of superconducting coils 23 and 24 are laminated in the radial direction of the tubular structures 21 and 22, many turns 25 and 26 (superconducting wire rods) are formed in the circumferential direction when viewed in cross section. ) can be placed. Therefore, a stronger magnetic field can be generated.
  • the tubular structures 21 and 22 are laminated in the radial direction, the outer circumference length increases, so the outer layer (second layer) has more turns 26 than the inner layer (first layer). can be placed. By arranging many turns 25 and 26 with a small number of layers, a strong magnetic field can be generated.
  • FIG. 10 In the exploded perspective view of FIG. 10, the illustration of the tubular structure is omitted and only the arrangement of the superconducting coils 23 and 24 is shown to aid understanding.
  • the superconducting coil device 40 of the modified example includes two superconducting quadrupole coils 41 that are provided in the first layer and generate a quadrupole magnetic field, and one superconducting dipole coil 42 that is provided in the second layer and generates a dipole magnetic field. Prepare.
  • One superconducting quadrupole coil 41 is formed by four superconducting coils 23 . Two superconducting quadrupole coils 41 are arranged side by side in the axial direction (X direction).
  • one superconducting dipole coil 42 is formed by two superconducting coils 24 .
  • the superconducting two-pole coil 42 and the superconducting four-pole coil 41 are arranged coaxially with each other.
  • the modified superconducting coil device 40 can appropriately control the particle beam B with the dipole magnetic field generated by the superconducting dipole coil 42 and the quadrupole magnetic field generated by the superconducting quadrupole coil 41 .
  • tubular structures 21 and 22 are elliptical in cross section in the above-described embodiment, they may be in other forms.
  • the tubular structures 21 and 22 may have a perfect circular shape or an elliptical shape when viewed in cross section.
  • the tubular structures 21 and 22 have an elliptical shape with a diameter that increases in the bending direction, but may be in another form.
  • the tubular structures 21 and 22 may have an elliptical shape with a smaller diameter in the bending direction.
  • boundary lines L1, L2, and L3 are exemplified as straight lines, but other forms are also possible.
  • the boundary lines L1, L2, and L3 may be curved, or may be a mixture of straight lines and curved lines.
  • the boundary line L4 has a curved shape is exemplified, but other forms are also possible.
  • the boundary line L4 may be linear, or may be a mixture of straight lines and curved lines.
  • the boundary line L1 of the superconducting coil 23 of the first layer and the boundary line L2 of the superconducting coil 24 of the second layer are inclined in opposite directions to each other with respect to the reference line K. It may be a mode.
  • the boundary line L1 of the superconducting coil 23 of the first layer and the boundary line L2 of the superconducting coil 24 of the second layer may be inclined in the same direction with respect to the reference line K.
  • the boundary line indicating the boundary between the coil longitudinal portion and the coil end portion in each turn is inclined with respect to the reference line extending in the circumferential direction of the tubular structure portion, thereby making the superconducting coil
  • the size of the device can be reduced.

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Abstract

実施形態によれば、超電導コイル装置（２０）は、環状に巻き回された超電導線材の１周巻き回された部分を１つのターン（２５）としたときに、複数のターン（２５）で形成された少なくとも１つの超電導コイル（２３）を備え、超電導コイル（２３）は、管状を成す管状構造部（２１）の外周面に沿う形状を成し、ターン（２５）は、管状構造部（２１）の軸方向に沿って延びるコイル長手部（２７）と、コイル長手部（２７）から管状構造部（２１）の周方向に沿って延びるコイル端部（２９）と、を有し、管状構造部（２１）の側面視で、それぞれのターン（２５）におけるコイル長手部（２７）とコイル端部（２９）との境界を示す境界線（Ｌ１）が、管状構造部（２１）の周方向に延びる基準線（Ｋ）に対して傾いている。

Description

超電導コイル装置、超電導加速器および粒子線治療装置
　本発明の実施形態は、超電導技術に関する。
　炭素イオンなどの粒子線ビームを、患者の病巣組織（がん）に照射して、治療を行う粒子線治療技術が注目されている。この粒子線治療技術によれば、正常組織にダメージを与えず、病巣組織のみをピンポイントで死滅させることができる。そのため、手術または投薬治療などに比べて患者への負担が少なく、治療後の社会復帰の早期化も期待できる。体内の深い位置にあるがん細胞を治療するためには、粒子線ビームを加速する必要がある。一般的に粒子線ビームを加速する装置は、大きく二種類に分類される。ひとつは直線状に加速装置を配置する線形加速器である。もうひとつはビーム軌道を曲げる偏向装置を円形状に配置するとともに、円軌道の一部に加速装置を配置する円形加速器である。特に、炭素または陽子などの重い粒子を用いる場合には、ビーム生成直後の低エネルギー帯の加速を線形加速器で行い、高エネルギー帯の加速を円形加速器で行う方式が一般的である。
　粒子線ビームを周回させながら加速する円形加速器は、粒子線ビームの外形を制御する四極電磁石、ビーム軌道を曲げる偏向電磁石およびビーム軌道のズレを補正するステアリング電磁石などを順次配列することで構成される。このような加速器において、周回させる粒子の質量またはエネルギーが増大されると、磁気剛性（磁場による曲げ難さ）が増大されるため、ビーム軌道半径が大きくなる。その結果、装置全体が大型化してしまう。装置が大型であると建屋などの付帯設備も大型になってしまい、都市部などの設置範囲に制限がある場所に装置を導入できない。また、装置の大型化を抑制するためには、偏向電磁石が発生する磁場強度を大きくする必要がある。一般的な偏向電磁石では、鉄心の磁気飽和の影響で１.５Ｔを超える磁場を発生させることが困難である。そこで、高磁場化が可能であり、かつ円形加速器の小型化が可能である超電導技術を偏向電磁石に適用することが求められている。
特開平１０－１４４５２１号公報
"Field Computation for Accelerator Magnets" Stephan RussenschuckWiLEY-VCH
　従来の加速器用の超電導コイルでは、鞍型コイルが一般的である。従来技術では、均一な磁場を発生させるため、つまり、高次多極成分を低くするために、コイル端部で超電導線材同士の間にスペーサ（隙間）を設けている。そのため、コイル端部が延長されてしまい、超電導コイルが大型化してしまうという課題がある。
　また、従来技術では、コイル端部に生じる不正磁場を打ち消すために、補正用コイルを追加する方法もある。この方法でも主コイルの外側に補正用コイルを重ねる必要があるため、径方向、軸方向、または、その両方向に超電導コイルが大型化してしまうという課題がある。
　本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、超電導コイル装置の小型化を図ることができる超電導技術を提供することを目的とする。
本実施形態の粒子線治療装置を示す概念図。 円形加速器を示す平面図。 第１層の超電導コイルを示す平面図。 第１層の超電導コイルを示す側面図。 図４のＶ－Ｖ断面図。 第２層の超電導コイルを示す平面図。 第２層の超電導コイルを示す側面図。 図７のVIII－VIII断面図。 第１層と第２層のターンを重ね合わせた状態を示す側面図。 変形例の超電導コイルを示す分解斜視図。 従来の超電導コイルを示す平面図。
　本発明の実施形態に係る超電導コイル装置は、環状に巻き回された超電導線材の１周巻き回された部分を１つのターンとしたときに、複数の前記ターンで形成された少なくとも１つの超電導コイルを備え、前記超電導コイルは、管状を成す管状構造部の外周面に沿う形状を成し、前記ターンは、前記管状構造部の軸方向に沿って延びるコイル長手部と、前記コイル長手部から前記管状構造部の周方向に沿って延びるコイル端部と、を有し、前記管状構造部の側面視で、それぞれの前記ターンにおける前記コイル長手部と前記コイル端部との境界を示す境界線が、前記管状構造部の周方向に延びる基準線に対して傾いている。
　本発明の実施形態により、超電導コイル装置の小型化を図ることができる超電導技術が提供される。
　以下、図面を参照しながら、超電導コイル装置、超電導加速器および粒子線治療装置の実施形態について詳細に説明する。
　図１の符号１は、本実施形態の粒子線治療装置である。この粒子線治療装置１は、粒子線ビームＢを加速し、この粒子線ビームＢをターゲットである患部Ｔに照射して治療を行うビーム照射装置である。
　粒子線治療装置１は、荷電粒子、例えば、負パイ中間子、陽子、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン、シリコンイオン、またはアルゴンイオンを治療照射用の粒子線ビームＢとして用いる。
　粒子線治療装置１は、ビーム発生装置２と、ビーム加速装置３と、ビーム輸送装置４と、ビーム照射装置５と、これらの装置を繋いで粒子線ビームＢが通過する真空ダクト６とを備える。
　真空ダクト６は、その内部が真空状態に維持されている。この真空ダクト６の内部を粒子線ビームＢが通過することで、粒子線ビームＢと空気との散乱によるビームロスを抑制している。この真空ダクト６は、患者の患部Ｔの位置の直前まで続いている。真空ダクト６を通過した粒子線ビームＢは、患者の患部Ｔに照射される。
　ビーム発生装置２は、粒子線ビームＢを発生させる装置である。例えば、電磁波またはレーザーなどを用いて生成したイオンを引き出す装置である。
　ビーム加速装置３は、ビーム発生装置２の下流側に設けられている。このビーム加速装置３は、粒子線ビームＢを所定のエネルギーに成るまで加速する装置である。このビーム加速装置３は、例えば、前段加速器と後段加速器の２段で構成される。前段加速器としては、ドリフトチューブリニアック（ＤＴＬ）または高周波四重極型線形加速器（ＲＦＱ）で構成される線形加速器７が用いられる。後段加速器としては、シンクロトロンまたはサイクロトロンで構成される円形加速器８が用いられる。線形加速器７と円形加速器８により、粒子線ビームＢのビーム軌道が形成される。
　ビーム輸送装置４は、ビーム加速装置３の下流側に設けられている。このビーム輸送装置４は、加速された粒子線ビームＢを被照射物である患者の患部Ｔまで輸送する装置である。真空ダクト６を軸として、偏向装置、集束・発散装置、六極装置、ビーム軌道補正装置、およびその制御装置などで構成される。
　ビーム照射装置５は、ビーム輸送装置４の下流に設けられている。このビーム照射装置５は、ビーム輸送装置４を通過した所定のエネルギーの粒子線ビームＢが患者の患部Ｔの設定された照射点に正しく入射されるように、粒子線ビームＢのビーム軌道を制御するとともに、患部Ｔにおける粒子線ビームＢの照射位置および照射線量を監視する。
　なお、ビーム加速装置３とビーム輸送装置４には、高磁場化が可能であり、かつ小型化が可能である超電導技術が用いられている。本実施形態では、超電導技術の適用例として、ビーム加速装置３の円形加速器８を例示する。つまり、本実施形態の粒子線治療装置１は、超電導加速器としての円形加速器８を備えている。この円形加速器８により、粒子線ビームＢを加速するビーム軌道の少なくとも一部が形成される。
　図２に示すように、本実施形態の超電導加速器としての円形加速器８は、平面視で環状（略円形状）に配置された真空ダクト６に沿って構築される。この円形加速器８は、入射装置９と、出射装置１０と、偏向装置１１と、集束・発散装置１２と、六極装置１３と、加速力印加装置１４を備える。
　円形加速器８は、線形加速器７から入射装置９を介して入射された粒子線ビームＢの軌道を偏向装置１１で曲げることで、粒子線ビームＢを真空ダクト６に沿って周回させる。集束・発散装置１２および六極装置１３を用いることで、粒子線ビームＢを安定的に周回させる。
　また、粒子線ビームＢが円形加速器８のビーム軌道を周回するときに、加速力印加装置１４により加速力が粒子線ビームＢに印加される。そして、粒子線ビームＢが所定のエネルギーまで加速され、この加速された粒子線ビームＢが、出射装置１０から出射されて患部Ｔに到達する。
　円形加速器８において、偏向装置１１は、磁場により粒子線ビームＢを偏向しているが、周回させる粒子の質量またはエネルギーが増大されると、磁気剛性（磁場による曲げ難さ）が増大されるため、ビーム軌道半径が大きくなる。その結果、円形加速器８が全体的に大型化してしまう。この円形加速器８の大型化を抑制するためには、偏向装置１１が発生する磁場強度を大きくする必要がある。本実施形態では、偏向装置１１に超電導技術を適用することで高磁場化が可能となり、円形加速器８を小型化することができる。
　ここで、超電導線材は、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３Ａｌ、ＭｇＢ２などの低温超電導体、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０線材、ＲＥＢ２Ｃ３Ｏ７線材などの高温超電導体で構成される。
　なお、「ＲＥＢ２Ｃ３Ｏ７」の「ＲＥ」は、希土類元素（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）など）およびイットリウム元素の少なくともいずれかを意味している。また、「Ｂ」はバリウム（Ｂａ）を意味している。また、「Ｃ」は銅（Ｃｕ）を意味している。また、「Ｏ」は酸素（Ｏ）を意味している。
　なお、低温超電導体を用いた場合は、低温超電導体が延性を有するため、容易に曲面を形成することが可能となる。一方、高温超電導体を用いた場合は、高温で超電導状態が発現するために冷却負荷が軽減され、運転効率が向上する。
　次に、従来の一般的な超電導コイル８０について図１１を用いて説明する。超電導コイル８０は、円筒形状を成す管状構造部８１の側面に設けられている。この超電導コイル８０は、超電導線材が巻き回された複数の導体部８２を備える。それぞれの導体部８２は、コイル長手部８３とコイル端部８４に分けられている。コイル長手部８３では、導体部８２同士の周方向の間隔が一定でなく、その距離によって超電導コイル８０の中心部のビーム通過領域に所望の磁場分布が生じる。
　ここで、一般的な超電導コイル８０で発生させる磁場に対応する電流密度分布について説明する。管状構造部８１の断面視において、管状構造部８１の周方向の所定の位置を中心軸の角度θで表す。
　例えば、均一な磁場である二極磁場を発生させたい場合は、電流密度分布がｃｏｓθの関数に近い形となるようにコイル長手部８３の導体部８２を配置する。同様に、四極磁場を発生させたい場合は、電流密度分布がｃｏｓ２θの関数に近い形となるようにコイル長手部８３の導体部８２を配置する。六極磁場を発生させたい場合は、ｃｏｓ３θの関数に近い形となるようにコイル長手部８３の導体部８２を配置する。八極磁場を発生させたい場合は、ｃｏｓ４θの関数に近い形となるようにコイル長手部８３の導体部８２を配置する。
　コイル端部８４は、コイル端部８４を形成する導体部８２がビーム通過領域を物理的に遮らないようにするために、管状構造部８１の表面に沿う立体的な形状となっている。そのため、このコイル端部８４は、管状構造部８１の側面から上面にかけて徐々に導体が推移する形状となる。
　このコイル端部８４では、コイル長手部８３で生じる電流密度分布とは異なる電流密度分布が生じてしまう。そのため、所望の磁場分布から乱れた誤差磁場（不要な磁場成分）が発生してしまう。例えば、二極磁場を発生させたい場合において、コイル端部８４では、導体部８２がθ＝０度の位置からθ＝９０度の位置に変化する。このとき、ｃｏｓθの電流密度分布に対して、ｃｏｓ２θまたはｃｏｓ３θなどの電流密度分布が重ね合わされた形となる。そのため、負の六極磁場（六極成分）などが発生してしまう。
　従来技術では、この負の六極磁場を抑えるために、スペーサ８５（隙間）をコイル端部８４に設けている。そして、θ＝０度近傍の位置に設けられる導体部８２を維持することで、正の六極磁場を発生させて、所望の均一な磁場を得ている。しかし、この方法では、コイル端部８４を延長することになるため、超電導コイル８０の全体の寸法が長くなってしまい、円形加速器８の全体が大型化してしまう。そこで、本実施形態では、超電導線材を適切に配置することで、所望の均一な磁場を得るようにし、かつ超電導コイル８０の小型化を図るようにしている。
　次に、本実施形態の超電導加速器としての円形加速器８が備える超電導コイル装置２０について図３から図９を用いて説明する。なお、超電導コイル装置２０において、粒子線ビームＢが通過する軸方向（軸心Ｃが延びる方向）をＸ方向としたときに、超電導コイル装置２０をＹ方向から見たときの状態を側面図とし、超電導コイル装置２０をＺ方向から見たときの状態を平面図（上面図）として説明する。この超電導コイル装置２０は、重力の影響を受ける装置ではないので、上下の区別は無いが、便宜上、Ｚ方向を超電導コイル装置２０の上方向として説明する。
　まず、図８に示すように、本実施形態の超電導コイル装置２０は、２層構造になっている。この超電導コイル装置２０には、最も内周に配置され、管状を成す第１層目の管状構造部２１と、この第１層目の管状構造部２１の外周に配置され、管状を成す第２層目の管状構造部２２とが設けられている。これらの管状構造部２１，２２は、軸心Ｃを中心として同心円状に配置されている。つまり、互いに同軸に配置されている。
　図３から図５に示すように、超電導コイル装置２０は、第１層の管状構造部２１の上下に設けられた２つの超電導コイル２３を備える。図６から図８に示すように、超電導コイル装置２０は、第２層の管状構造部２２の上下に設けられた２つの超電導コイル２４を備える。つまり、少なくとも２つの超電導コイル２３，２４が管状構造部２１，２２の径方向に積層されている。これらの超電導コイル２３，２４により粒子線ビームＢの通過領域Ｐに磁場を発生させることができる。
　図８に示すように、それぞれの層の管状構造部２１，２２の上半分に２つの超電導コイル２３，２４の層が設けられているとともに、それぞれの層の管状構造部２１，２２の下半分に２つの超電導コイル２３，２４の層が設けられている（図４および図７参照）。
　それぞれの超電導コイル２３，２４は、管状構造部２１，２２の外周面に沿う形状を成している。管状構造部２１，２２は、超電導コイル２３，２４を支持する部材である。最も内側にある第１層の管状構造部２１が超電導コイル装置２０の軸心Ｃに配置されている。この第１層の管状構造部２１が真空ダクト６の一部を形成している。なお、この管状構造部２１は、真空ダクト６と別部材であっても良い。つまり、管状構造部２１の内部に真空ダクト６が設けられても良い。
　超電導コイル２３，２４は、超電導線材が環状に巻き回されて形成されている。例えば、超電導線材の１周巻き回された部分を１つのターン２５，２６としたときに、複数のターン２５，２６で１つの超電導コイル２３，２４が形成されている。理解を助けるために、図３では、３つのターン２５で１つの超電導コイル２３が形成されているように図示している。図６では、５つのターン２６で１つの超電導コイル２４が形成されているように図示している。実際には、数十から数百のターン２５，２６で１つの超電導コイル２３，２４が形成される。
　第１層の管状構造部２１よりも、第２層の管状構造部２２の方が大きな外周面を有するため、第１層の超電導コイル２３よりも第２層の超電導コイル２４の方が、多くのターン２６を配置することができる。
　なお、超電導コイル装置２０は、例えば、円形加速器８の偏向装置１１（図２）に適用される。偏向装置１１には、一定の曲率で曲がっている真空ダクト６が設けられている。そのため、実際の超電導コイル装置２０に用いられる管状構造部２１，２２も一定の曲率で曲がっている部材である。しかし、図３、図４、図６、図７では、理解を助けるために、管状構造部２１，２２が直線状を成す部材として図示している。また、管状構造部２１，２２の軸心Ｃについても、実際は一定の曲率で曲がっているが、直線として図示している。
　図５および図８に示すように、管状構造部２１，２２は、断面視で楕円形状を成している。例えば、管状構造部２１，２２がＹ方向に曲がっている場合において、それぞれの管状構造部２１，２２は、Ｚ方向の直径よりもＹ方向の直径が大きい楕円形状を成す。つまり、管状構造部２１，２２は、曲がる方向に対して直径が大きくなる楕円形状を成している。このようにすれば、超電導コイル装置２０が、粒子線ビームＢが曲がる方向に適した磁場を発生させることができる。
　図４および図７に示すように、超電導コイル２３，２４において、それぞれのターン２５，２６は、管状構造部２１，２２の軸方向（Ｘ方向）に沿って直線状に延びるコイル長手部２７，２８と、コイル長手部２７，２８から管状構造部２１，２２の周方向に沿って延びるコイル端部２９，３０とを有している。
　本実施形態では、管状構造部２１，２２の側面視で、それぞれのターン２５，２６におけるコイル長手部２７，２８とコイル端部２９，３０との境界を示す境界線Ｌ１，Ｌ２が、管状構造部２１，２２の周方向に延びる基準線Ｋに対して傾いている。
　図３に示すように、第１層の超電導コイル２３のターン２５は、超電導コイル２３の外周側から内周側に行くに従いコイル長手部２７が短くなっている。そのため、境界線Ｌ１が基準線Ｋに対して傾くようになる。
　図６に示すように、第２層の超電導コイル２４のターン２６は、超電導コイル２４の外周側から内周側に行くに従いコイル長手部２７が長くなっている。そのため、境界線Ｌ２が基準線Ｋに対して傾くようになる。
　このようにすれば、それぞれの層の超電導コイル２３，２４のコイル長手部２７，２８が、その端部で発生させる磁場の態様を変化させることができる。
　図９に示すように、管状構造部２１，２２の側面視で、第１層の超電導コイル２３の境界線Ｌ１と第２層の超電導コイル２４の境界線Ｌ２とが互いに変位して設けられている。本実施形態では、軸方向（Ｘ方向）において、境界線Ｌ１と境界線Ｌ２とが設けられている位置が異なっている。このようにすれば、第１層の超電導コイル２３と第２層の超電導コイル２４とで適切な磁場を形成することができる。
　本実施形態では、第１層の超電導コイル２３の境界線Ｌ１と第２層の超電導コイル２４の境界線Ｌ２とが基準線Ｋに対して互いに逆向きに傾いている。このようにすれば、第１層の超電導コイル２３の端部で生じる磁場と第２層の超電導コイル２４の端部で生じる磁場とが互いに異なる形態となる。
　また、軸方向（Ｘ方向）において、第１層の超電導コイル２３の寸法が、第２層の超電導コイル２４の寸法よりも長くなっている。つまり、第１層の超電導コイル２３の端部が、第２層の超電導コイル２４の端部から突出されている。そのため、第１層の超電導コイル２３の境界線Ｌ１が、第２層の超電導コイル２４の境界線Ｌ２よりも端部側の位置に設けられている。
　本実施形態の超電導コイル装置２０は、超電導コイル２３，２４の端部の近傍で、所望の磁場分布から乱れた誤差磁場が発生してしまうことを抑制することができる。例えば、第１層の超電導コイル２３の端部の誤差磁場を、第２層の超電導コイル２４の端部が発生させる磁場で打ち消すことができる。
　図４および図７に示すように、それぞれの層の超電導コイル２３，２４のコイル端部２９，３０は、管状構造部２１，２２の周方向に沿って直線状に延びる直線部２９Ａ，３０Ａと、直線部２９Ａ，３０Ａとコイル長手部２７，２８との間で屈曲している屈曲部２９Ｂ，３０Ｂとを有している。そして、第１層で隣接して並ぶターン２５の直線部２９Ａ同士が密接されている。さらに、第２層で隣接して並ぶターン２６の直線部３０Ａ同士が密接されている。
　図４に示すように、第１層の超電導コイル２３のコイル端部２９の直線部２９Ａと屈曲部２９Ｂとの境界を示す境界線Ｌ３は、直線状を成している。これら境界線Ｌ３は、基準線Ｋに対して傾いている。
　図７に示すように、第２層の超電導コイル２４のコイル端部３０の直線部３０Ａと屈曲部３０Ｂとの境界を示す境界線Ｌ４は、曲線状を成している。これら境界線Ｌ４は、基準線Ｋに対して傾いている。
　本実施形態では、コイル端部２９，３０の直線部２９Ａ，３０Ａで、それぞれのターン２５，２６（超電導線材）を密に配置することができる。そのため、コイル端部２９，３０の幅（Ｘ方向の長さ）を縮小させることができる。
　図４に示すように、第１層のコイル端部２９を短くするために、ターン２５（超電導線材）を詰めて配置しているため、第１層のコイル端部２９の屈曲部２９Ｂの曲率、つまり、立ち上げ曲げ半径を小さくしている。そのため、コイル端部２９では、電流密度分布がｃｏｓθの関数に近い形を重ね合わせたような分布となる。その結果、正の六極磁場が発生する。ここで、図７に示すように、第２層のコイル端部３０の屈曲部３０Ｂの曲率、つまり、立ち上げ曲げ半径を大きくしている。そのため、負の六極磁場が発生し、正の六極磁場を打ち消すことができる。
　このように、第１層と第２層のコイル端部２９，３０の立ち上げ半径を最適に設定することで、六極磁場を抑制することができる。また、同一層内のターン２５，２６同士で、コイル端部２９，３０の屈曲部２９Ｂ，３０Ｂの曲率を異なる値としても良い。このようにすれば、六極磁場を抑制することができる。また、同一層内のターン２５，２６同士だけでなく、それぞれの層でコイル端部２９，３０の屈曲部２９Ｂ，３０Ｂの曲率を異なる値としても良い。このようにすれば、超電導コイル装置２０の全体で六極磁場を抑制することができる。
　また、複数の超電導コイル２３，２４が管状構造部２１，２２の径方向に積層されていることで、管状構造部２１，２２の断面視で、周方向に多くのターン２５，２６（超電導線材）を配置することができる。そのため、より強い磁場を発生させることができる。なお、管状構造部２１，２２の径方向に積層されるに連れて、外周長が拡大されるため、内層（第１層）よりも外層（第２層）の方が、より多くのターン２６を配置させることができる。少ない層数で多くのターン２５，２６を配置することで、強い磁場を発生せることができる。
　次に、変形例の超電導コイル装置４０について図１０を用いて説明する。図１０の分解斜視図では、理解を助けるために、管状構造部の図示を省略し、超電導コイル２３，２４の配置形態のみを図示している。
　変形例の超電導コイル装置４０は、第１層に設けられ、四極磁場を発生させる２つの超電導四極コイル４１と、第２層に設けられ、二極磁場を発生させる１つの超電導二極コイル４２とを備える。
　１つの超電導四極コイル４１は、４つの超電導コイル２３により形成されている。そして、２つの超電導四極コイル４１が軸方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。
　また、１つの超電導二極コイル４２は、２つの超電導コイル２４により形成されている。そして、この超電導二極コイル４２と超電導四極コイル４１とが互いに同軸に配置されている。
　変形例の超電導コイル装置４０は、超電導二極コイル４２で生じる二極磁場と、超電導四極コイル４１で生じる四極磁場とで粒子線ビームＢを適切に制御することができる。
　なお、前述の実施形態では、管状構造部２１，２２が断面視で楕円形状を成しているが、その他の態様であっても良い。例えば、管状構造部２１，２２が断面視で真円形状を成しても良いし、長円形状を成しても良い。
　なお、前述の実施形態では、管状構造部２１，２２は、曲がる方向に対して直径が大きくなる楕円形状を成しているが、その他の態様であっても良い。例えば、管状構造部２１，２２は、曲がる方向に対して直径が小さくなる楕円形状を成しても良い。
　なお、前述の実施形態では、境界線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が直線状を成す形態を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、境界線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が曲線状を成しても良いし、直線と曲線とが混在した形状でも良い。
　なお、前述の実施形態では、境界線Ｌ４が曲線状を成す形態を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、境界線Ｌ４が直線状を成しても良いし、直線と曲線とが混在した形状でも良い。
　なお、前述の実施形態では、第１層の超電導コイル２３の境界線Ｌ１と第２層の超電導コイル２４の境界線Ｌ２とが基準線Ｋに対して互いに逆向きに傾いているが、その他の態様であっても良い。例えば、第１層の超電導コイル２３の境界線Ｌ１と第２層の超電導コイル２４の境界線Ｌ２とが基準線Ｋに対して互いに同じ向きに傾いても良い。
　以上説明した実施形態によれば、それぞれのターンにおけるコイル長手部とコイル端部との境界を示す境界線が、管状構造部の周方向に延びる基準線に対して傾いていることにより、超電導コイル装置の小型化を図ることができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (11)

  1. 　環状に巻き回された超電導線材の１周巻き回された部分を１つのターンとしたときに、複数の前記ターンで形成された少なくとも１つの超電導コイルを備え、
    　前記超電導コイルは、管状を成す管状構造部の外周面に沿う形状を成し、
    　前記ターンは、前記管状構造部の軸方向に沿って延びるコイル長手部と、前記コイル長手部から前記管状構造部の周方向に沿って延びるコイル端部と、を有し、
    　前記管状構造部の側面視で、それぞれの前記ターンにおける前記コイル長手部と前記コイル端部との境界を示す境界線が、前記管状構造部の周方向に延びる基準線に対して傾いている、
    　超電導コイル装置。
  2. 　前記超電導コイルの外周側から内周側に行くに従い前記コイル長手部が短くなっている、
    　請求項１に記載の超電導コイル装置。
  3. 　前記超電導コイルの外周側から内周側に行くに従い前記コイル長手部が長くなっている、
    　請求項１に記載の超電導コイル装置。
  4. 　少なくとも２つの前記超電導コイルが前記管状構造部の径方向に積層されており、
    　前記管状構造部の側面視で、第１層の前記超電導コイルの前記境界線と第２層の前記超電導コイルの前記境界線とが互いに変位して設けられている、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
  5. 　前記管状構造部の側面視で、前記第１層の前記超電導コイルの前記境界線と前記第２層の前記超電導コイルの前記境界線とが前記基準線に対して互いに逆向きに傾いている、
    　請求項４に記載の超電導コイル装置。
  6. 　前記第１層の前記超電導コイルの外周側から内周側に行くに従い前記コイル長手部が短くなっており、
    　前記第２層の前記超電導コイルの外周側から内周側に行くに従い前記コイル長手部が長くなっている、
    　請求項４または請求項５に記載の超電導コイル装置。
  7. 　前記コイル端部は、前記管状構造部の周方向に沿って直線状に延びる直線部と、前記直線部と前記コイル長手部との間で屈曲している屈曲部と、を有し、
    　隣接して並ぶ前記ターンの前記直線部同士が密接されている、
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
  8. 　前記管状構造部は、一定の曲率で曲がっているとともに断面視で楕円形状を成している、
    　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
  9. 　複数の前記超電導コイルにより形成され、二極磁場を発生させる超電導二極コイルと、
    　複数の前記超電導コイルにより形成され、四極磁場を発生させる超電導四極コイルと、
    　を備え、
    　前記超電導二極コイルと前記超電導四極コイルとが互いに同軸に配置されている、
    　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超電導コイル装置。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超電導コイル装置を備え、
    　複数の前記超電導コイル装置により粒子線ビームを加速するビーム軌道が形成される、
    　超電導加速器。
  11. 　請求項１０に記載の超電導加速器を備え、
    　前記超電導加速器により前記粒子線ビームを加速し、前記粒子線ビームを患部に照射して治療を行う、
    　粒子線治療装置。
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