(57)【要約】      （修正有）【課題】破壊からマグネットを保護するために、大きな反応パワーを必要とすることのない非伝導性プロセスを介して、超伝導マグネットの導体のかなりの部分を加熱することを提供する。【解決手段】鉛直方向に整列された軸１０を有し、半径方向および鉛直方向に磁界を作り出すソレノイド巻線の形態のメインＤＣ超伝導コイル８において、超伝導ソレノイド巻線１４を取り囲むトロイダル巻線１２を設置し、前記超伝導ソレノイド巻線１４の巻線方向と同じ方向にＡＣ磁界を印加する。上記トロイダル巻線１２のようなクエンチ誘導コイルの配置は、ゼロの相互インダクタンスの要件を満たし、前記メインＤＣ超伝導コイル８をわずかな反応パワーでクエンチすることができる。【選択図】図１
2014060436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、２００６年９月７日に出願された米国特許出願第１１／５１７，４９０号、発明の名称「Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｑｕｅｎｃｈ  Ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ」に対する優先権を主張するものである。上記出願の内容全体は、参考として本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、超伝導マグネットを保護するためのクエンチ（ｑｕｅｎｃｈ）システムに関する。高性能な超伝導マグネットは、ゼロまたはほぼゼロの抵抗率によって高電流密度で動作する。高電流密度およびゼロまたはほぼゼロの抵抗は、マグネット巻線のサイズを最小化し、よりコンパクトなマグネットおよび増大した磁界を可能にする。
【背景技術】
【０００３】
温度、磁界、または電流が、超伝導体の一部の領域において高すぎる場合には、超伝導体はその超伝導の特性を失い、抵抗体かまたは常伝導体（ｎｏｒｍａｌ）になる。一般に、常伝導状態における超伝導体は、銅よりもはるかに大きな抵抗を有する。通常、電流は、超伝導体を短絡する高導電率の金属（通常、銅またはアルミニウム）内を流れる。超伝導材料がその超伝導の能力を失うことに起因して、電流が常伝導材料の領域内を流れる巻線の領域は、クエンチゾーンまたは常伝導ゾーンと呼ばれる。常伝導ゾーンにおいて、巻線は抵抗を有し、熱が巻線を通過する電流によって生成される。多くの場合において、この加熱は、局所的な導体の損傷を結果としてもたらし得る。超伝導巻線において超伝導体を短絡する常伝導の母体（銅またはアルミニウムなど）が存在するけれども、クエンチされたゾーンがあまりに局所的である場合には、高性能マグネットは、常伝導材料において大量の加熱を生成し得る。巻線における強い局部加熱に起因するマグネットの破壊を防止するために、外部抵抗器内または外部の電気エネルギー蓄積装置内に蓄積された磁気エネルギーをダンプするか、または初期の常伝導ゾーンのピーク温度を最小化するために、マグネットの体積にわたって比較的均等にエネルギーを預けることによって、迅速に蓄積された磁気エネルギーをマグネットから除去することが必要である。
【０００４】
高性能マグネットは、他の超伝導マグネットよりも高い電流、電流密度、ならびにより高いピーク磁界、力および蓄積されたエネルギーによって特徴付けられる。高性能マグネットにとって、十分に速くエネルギーをマグネットから除去することは困難であり、それは必要とされる高い電圧に起因する。高い電圧は、マグネットを迅速に放電するために必要なことの結果である。マグネットの巻線自身の体積のかなりの部分の内で磁気エネルギーを放散させることはより望ましい。導体内で超伝導−常伝導転移を達成するために必要とされる単位体積あたりの加熱エネルギーは、マグネットの性質に依存する。液体Ｈｅと良好に直接接触するシステムは、１Ｊ／ｃｍ３程度の高いエネルギー入力を必要とする。しかしながら、液体冷却材が存在しないなかで、低温アンカー（例えば、冷凍冷却器）への直接的な熱伝導によって冷却される乾式マグネットは、かなり少ない単位体積あたりの加熱エネルギーを必要とし、通常１００ｍＪ／ｃｍ３未満である。
【０００５】
超伝導巻線は、巻線にわたって磁界の分布を有し得、その結果として、一部のエリアが大きな安定余裕を有し、そしてその他のエリアが有しない。そのような場合に、巻線のある区域が常伝導になり得、一方で、残りは超伝導に留まり、結果として、マグネットの小さな部分だけが加熱される。そのような場合には、巻線の間に大きな温度差が発生し得、加熱されたエリアと加熱されていないエリアとの熱膨張の差異に基づく、大きな機械的応力が増大することに起因する損傷を結果としてもたらす。この場合には、巻線を損傷し得るそのような応力の発生を防止するために、マグネットの低温で安定したエリアを、迅速に常伝導に向かわせることが必要である。
【０００６】
マグネット体積のかなりの部分に蓄積された磁気エネルギーの内部放散（ダンピング）を達成するために、積極的に導体巻線の大部分の温度を、電流の自然減衰時間と比べて短い時間内に、電流共有（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｈａｒｉｎｇ）温度（電流が、常伝導材料において流れはじめる温度）を超えて上げることが必要である。加熱は、超伝導体を常伝導に向かわせ、電流が超伝導体を短絡する常伝導材料に移ることを強い、そして大部分の巻線のかなりの熱放散とさらなる全体の温度上昇とを結果としてもたらす。プロセスは、巻線体積の間により均一な温度をもたらし、またマグネットが放電された後、巻線のピーク温度を減少させる。
【０００７】
導体巻線の加熱は、過去に、（外部電源の使用によって）能動的にエネルギーを与えられるか、または（メイン磁界に誘導的に連結され、メインマグネットの電流の減少によってエネルギーを与えられるか、または内部の変圧器によって駆動される内部のループの使用によって）内部で発生される、局所的なジュールヒータの使用によって遂行されてきた。
【０００８】
低い性能のマグネットでは、コイル巻線パックの表面の加熱は、クエンチに比較的長い時間が許容されるために十分である。導体層および絶縁材を介する熱拡散は十分に高く、コイルダンプの時間尺度に対して短い時間尺度で、コイル断面のかなりの部分の加熱を可能にする。
【０００９】
高性能マグネットでは、コイルおよび／または加熱要素を短絡させる可能性を最小化するために、ジュール加熱要素は、コイル巻線パックの表面上の、通常、加熱要素が直接機械的な荷重経路にない位置に配置される。これらの高性能マグネットでは、コイル巻線の比較的一様な温度を提供するために、蓄積されたエネルギーのダンプに対して許容される時間はかなり短く、その結果として、導体層の間または導体に沿った熱伝導だけに依存することは、通常不可能である。
【００１０】
導体巻線が、超伝導の状態のときには、ＡＣロスを用いて加熱され得ることは周知である（ＡＣ磁界の存在に起因するロス）。いくつかのＡＣロスのメカニズムが、超伝導巻線に存在することは公知であり、それは、うず電流損、ヒステリシス損、および結合損失を含む。うず電流損は、常伝導材料（超伝導でない部分）を介する磁界の拡散によって引き起こされる。ヒステリシス損は、ＡＣ磁界が超伝導体の表面に浸透するときに、超伝導材料内の磁化効果に起因する。結合損失は、ツイストされた超伝導体を介する磁束の結合に起因する、超伝導体／常伝導材料の界面を介する損失に起因する。
【００１１】
メイン磁界の小さなリプル振動によるＡＣロスを用いてコイルを加熱することに関する問題は、磁界を変化させるために必要とされるパワーが非常に高いことである。ＩＤＣがメイン磁界を生成する電流であり、ＩＡＣがＡＣ電流である場合には、ＡＣ磁界内のエネルギーとメイン磁界内のエネルギーとの比率は、ほぼＩＡＣ／ＩＤＣであり、このスケーリングは、外部から駆動されるＡＣ磁界に必要とされる非常に高いパワーを結果としてもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、破壊からマグネットを保護するために、大きな反応パワーを必要とすることのない非伝導性プロセスを介して、超伝導マグネットの導体のかなりの部分を加熱することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一局面において、マグネット保護のためのクエンチシステムは、ＤＣ超伝導コイルと、ＡＣ磁界を生成するためにＤＣ超伝導コイルに近接して配置されたＡＣコイルシステムとを含む。ＡＣ磁界は、ＤＣコイルを加熱し、ＤＣ超伝導コイルのかなりの部分にわたって超伝導−常伝導転移を引き起こす。好適な実施形態において、ＤＣ超伝導コイルおよびＡＣコイルシステムは、ＤＣ超伝導コイルとＡＣコイルとの間の相互インダクタンスがゼロに近いように、配置される。ＤＣ超伝導コイルおよびＡＣコイルシステムの磁界は、低い相互インダクタンスを提供するために、互いに直交であり得る。唯一の要件は、ＡＣ磁界が、大きなＡＣロス（ヒステリシス、結合またはうず電流加熱に起因する）をもたらすように、主コイルに適切に連結されることである。
【００１４】
ＡＣコイルシステムは、複数のコイルを含み得る。一実施形態において、ＡＣコイルシステムは、各コイル内に生成される内部電圧を減少させるために、複数のコイルの間のループまたは等しい数のループの組をインターリーブすることによって巻かれる。ＡＣコイルシステム内の各コイルは、ＤＣ超伝導コイルに関してほぼゼロの相互インダクタンスの状態になり得る。あるいは、全体のＡＣコイルシステムは、ＤＣコイルとほぼゼロの相互インダクタンスの状態になり得るけれども、ＡＣコイルシステムの複数のコイルの各別個のコイルは、ＤＣ超伝導コイルに関して有限の相互インダクタンスを有する。好適な実施例は、ＡＣコイルシステムとＤＣ超伝導コイルとの間に高電圧絶縁体を含む。
【００１５】
また別の実施形態において、システムは、ＤＣ超伝導コイルを取り囲む電気伝導性のサーマルブランケット（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂｌａｎｋｅｔ）を含む。サーマルブランケットは、冷却が不十分なコイルの区画から冷却回路に熱を効果的に伝導する方法として乾式マグネット（液体冷却材を欠く）において用いられる。サーマルブランケットは、サーマルブランケット内の誘導電流が、ＡＣコイルシステムによって生成されたＡＣ磁界をＤＣ超伝導コイルから遮蔽することを防止するために、ギャップを含む。
【００１６】
ＡＣ磁界の適切な周波数は、１００Ｈｚから１０ｋＨｚまでの範囲内にある。ＡＣ磁界の適切な大きさは、５０Ｇ〜３００Ｇの範囲内にある。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
マグネット保護のためのクエンチシステムであって、
ＤＣ超伝導コイルと、
該ＤＣ超伝導コイルのかなりの部分にわたって超伝導−常伝導転移を引き起こすために、該ＤＣコイルを加熱するためのＡＣ磁界を生成するように該ＤＣ超伝導コイルの近くに配置されるＡＣコイルシステムと
を備える、システム。
（項目２）
前記ＤＣ超伝導コイルおよび前記ＡＣコイルシステムは、該ＤＣ超伝導コイルと該ＡＣコイルとの間の相互インダクタンスがゼロに近くなるように配置される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記ＤＣ超伝導コイルおよび前記ＡＣコイルシステムの磁界は互いに直交する、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記ＡＣコイルシステムは複数のコイルを含む、項目１または項目２のうちの１項に記載のシステム。
（項目５）
前記ＡＣコイルシステムは、各コイルにおいて生成される内部電圧を減少させるために、前記複数のコイルの間のループまたは等しい数のループの組をインターリーブすることによって巻かれる、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記ＡＣコイルシステム内の各コイルは、前記ＤＣ超伝導コイルに関して、相互インダクタンスがほぼゼロに等しい、項目４に記載のシステム。
（項目７）
前記ＡＣコイルシステムの全体は、前記ＤＣコイルに関して、相互インダクタンスがほぼゼロに等しいけれども、該ＡＣコイルシステムの前記複数のコイルの各別個のコイルは、該ＤＣ超伝導コイルに関して、有限の相互インダクタンスを有する、項目４に記載のシステム。
（項目８）
前記複数のコイルによってクエンチされる複数のゾーンは、前記メインマグネットの小さな部分であり、該メインに蓄積されたエネルギーを減少することによる該クエンチされたゾーンの加熱を介して、該マグネットの残りの部分にクエンチが伝搬され、該マグネットをクエンチするために必要なエネルギーのかなりの減少をともなう、項目４に記載のシステム。
（項目９）
前記ＡＣコイルシステムと前記ＤＣ超伝導コイルとの間の高電圧絶縁体をさらに含む、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記ＤＣ超伝導コイルを取り囲む電気伝導性のサーマルブランケットであって、該サーマルブランケット内に誘導された電流が、前記ＡＣコイルシステムによって生成されたＡＣマグネット磁界を該ＤＣ超伝導コイルから遮蔽することを防止する、少なくとも１つのギャップを含む、サーマルブランケットをさらに含む、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記ＡＣ磁界の周波数は、１００Ｈｚから１０ｋＨｚまでの範囲内にある、項目１〜項目１０のうちの１項に記載のシステム。
（項目１２）
前記ＡＣ磁界の大きさは、５０Ｇ〜３００Ｇの範囲内にある、項目１〜項目１０のうちの１項に記載のシステム。
（項目１３）
前記メイン超伝導マグネットは、厳密にはＤＣではないけれども、前記ＡＣクエンチシステムよりもはるかに低い周波数で動作する、項目１〜項目１２のうちの１項に記載のシステム。
（項目１４）
前記メイン超伝導マグネットは、厳密にはＤＣではないけれども、前記ＡＣクエンチシステムの前記周期よりもはるかに長いパルス幅で動作する、項目１〜項目１２のうちの１項に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の誘導クエンチシステムの実施形態の断面図である。
【図２】図２は、ギャップを有するサーマルブランケットを含む、図１の実施形態の断面図である。
【図３】図３は、本発明に従った、クエンチシステムの別の実施形態の斜視図である。
【図４】図４は、ループをインターリーブすることによって巻かれたコイルシステムを例示する概略図である。
【図５】図５は、本発明に従った、クエンチシステムのまた別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の目的は、クエンチがメイン超伝導コイルのかなりの部分にわたって短い時間間隔内に生成されるように、超伝導巻線の十分な加熱をもたらすＡＣ磁界を駆動するために必要な反応パワーを減少させることである。
【００１９】
下記される本発明の実施形態は、磁界または相互インダクタンスのいずれかに関して説明され得る。メインＤＣ超伝導マグネットを加熱するために用いられるＡＣ磁界において必要とされるエネルギーを減少させるために、ＡＣ磁界は、一部の実施形態において、定常状態のメイン磁界に対して垂直に配向される。設計によってこのとき、ＡＣ磁界内のエネルギーとメインＤＣ磁界のエネルギーとの比率は、（ＩＡＣ／ＩＳＣ）２と概算される。ここで、ＩＡＣおよびＩＳＣは、それぞれＡＣコイルの電流およびメイン超伝導コイルの電流である。比率ＩＡＣ／ＩＳＣが、１よりもはるかに小さいので、この構成におけるエネルギーは、従来の誘導ヒータにおけるよりもはるかに小さく、そこでは、メイン磁界のリプル振動が、ＡＣ磁界を確立するために用いられ、上で示されたように、エネルギーは、ＩＡＣ／ＩＳＣと概算される。相互インダクタンスに関して、ＡＣクエンチ誘導コイルとＤＣコイルとの間の相互インダクタンスがＭであり、ＬＡＣおよびＬＳＣが、それぞれＡＣクエンチ誘導コイルおよびメイン超伝導コイルの自己インダクタンスである場合には、ＡＣ磁界とＤＣメイン磁界のエネルギーとの比率は、
（ＭＩＡＣＩＳＣ＋ＬＡＣＩＡＣ２）／ＬＳＣＩＳＣ２
によって与えられる。
【００２０】
この比率は、Ｍがゼロでない場合には、おおよそ、ＭＩＡＣ／ＬＳＣＩＳＣであるが、Ｍ＝０の場合には、ＬＡＣＩＡＣ２／ＬＳＣＩＳＣ２〜（ＩＡＣ／ＩＳＣ）２である。従って、Ｍがゼロの場合には、反応エネルギーと定常状態のメイン磁界エネルギーとの間の比率は、かなり小さくされ得、マグネットクエンチを開始するために必要とされるパワーを低減する。
【００２１】
メイン超伝導コイルの組からのＤＣ磁界と、クエンチ誘導コイルの組からのＡＣ磁界とが直交することは、２つのコイルの組の間の相互インダクタンスがゼロであるという電気的性質を有する。２つのコイルの組の間に最終的な磁束リンクが存在せず、一方の組にパワーを供給することは、それらが相互に連結されている場合に必要とされる反応パワーの発生を防止する。この判断基準は次いで、小さな反応パワーを用いながら超伝導マグネットをクエンチするために用いられ得る、コイルの幾何学的形態を生成するために用いられ得る。
【００２２】
図１に示すようなソレノイド巻線の形態のメインＤＣ超伝導コイル８の場合において、それは、半径方向および鉛直方向に磁界を作り出し（鉛直方向に整列された軸１０を有するメイン超伝導コイルに対して）、トロイダル方向（ソレノイド巻線の形態のメイン超伝導コイル内の巻線と同じ方向）に磁界を生成するＡＣクエンチ誘導コイルの配置は、ゼロの相互インダクタンスの要件を満たす。そのような磁界は、図１に示すような超伝導ソレノイド巻線１４を取り囲むトロイダル巻線１２の使用によって生成され得る。構造支持体１６は、ＤＣコイル８を補強する。
【００２３】
Ｍ＝０の条件の利点は、ＡＣトロイダルクエンチ誘導コイル１２と、メイン超伝導巻線１４との間で作用する力が存在しないことである。ＡＣクエンチ誘導コイル１２は、自身の重さのためだけに支持される必要がある。
【００２４】
この巻線配置の利点は、ＡＣコイル１２またはコイルの組が、ＤＣ磁界を作り出すメイン超伝導巻線または巻線の組１４と接触している必要がないことである。それらは、メイン超伝導コイルに近接して配置されるだけで十分である。対照的に、従来技術のジュールヒータは、熱伝導を介して熱を伝達するために、メイン超伝導コイルの組と直に接触する必要がある。なぜなら、放射による熱の伝達は遅すぎるからである。ＡＣクエンチ誘導コイルの組１２が、メイン超伝導巻線の組１４と直に接触する必要がないことは、メイン超伝導巻線または巻線の組１４と、ＡＣクエンチ誘導コイル１２またはコイルの組との間の短絡の可能性、およびコイルの組かまたは２つのコイルの組の間で生成された高電圧による絶縁破壊の可能性、またはクエンチ誘導要素が、メイン構造の荷重経路内にあることに起因する機械的な損傷の可能性を最小化する。
【００２５】
巻線１２のＡＣ磁界は、超伝導巻線１４を貫く必要がある。図１のソレノイドマグネットの場合には、磁界は、遮蔽電流（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が、ポロイダル方向（すなわち、トロイダルＡＣクエンチ誘導巻線１２の電流フローの方向と同じ方向）に連続して流れることを可能にする電気伝導要素が存在しない限り、メイン超伝導巻線または巻線の組１４を貫通する。そのような伝導ブレーキは２０において示される。
【００２６】
熱を除去するかまたは拡散するために、サーマルブランケットで超伝導マグネットを取り囲むことは有用である。サーマルブランケットの使用は、マグネットの周囲のすべての表面に接触する液体ヘリウム冷却材がない乾式超伝導マグネットの場合に特に有用である。これらのサーマルブランケットはまた、よい電気伝導体であり得る。
【００２７】
ここで図２を参照すると、発明者等は、詳細な解析によって、メイン超伝導巻線または巻線の組１４を取り囲むサーマルブランケット１８の場合において、ポロイダルの電流がサーマルブランケット１８内で流れることを防止するギャップ２０が、クエンチ誘導コイルの組１２からのＡＣ磁界が、超伝導巻線または巻線の組１４を貫通することを可能にするために必要なことのすべてであると決定した。ギャップ２０がなければ、サーマルブランケット１８内で流れるうず電流がＡＣ磁束を遮蔽する。
【００２８】
同じアプローチが、他のタイプのマグネットに対して用いられ得る。メイン超伝導コイルの組自身が、トロイダルマグネットである場合には、ＡＣクエンチ誘導コイルの組は、トロイダル磁界コイルを均等に取り囲む巻線であり得る。あるいは、鉛直および半径方向に磁界を生成するポロイダル磁界コイルの組は、ほぼゼロの相互インダクタンスを結果としてもたらす。
【００２９】
同じトポロジは、双極／四重極マグネットの各レッグを取り囲むＡＣクエンチ誘導コイルを有する双極／四重極マグネットの場合に有用である。
【００３０】
上の説明は、直交する（垂直の）磁界を用いて、コイルの組の間の相互結合を取り除いた。ＡＣ磁界がメイン磁界と直交するべきであるという要件を課すことなく、ＡＣクエンチ誘導コイルと、メイン超伝導コイルとの間の相互インダクタンス結合を減少させるかまたは取り除くいくつかの手段が存在する。
【００３１】
図３は、サドル型クエンチ誘導コイル２２および２４の構成を示し、ここで、全体の相互インダクタンスがゼロであるが、それぞれ対になっていないサドル型クエンチ誘導コイルは、メイン超伝導巻線または巻線の組１４に関してゼロでないインダクタンスを有する。各サドルコイル２２、２４を通る電流フローの方向が示される。幾何学的形態が、上部のサドルコイル２２において誘導される電圧が、下部のサドル型クエンチ誘導コイル２４において誘導される電圧に対して大きさに関して等しいけれども極性が逆であるような、形状であり、その結果として、メイン超伝導巻線または巻線の組１４と、上部のサドル型クエンチ誘導コイル２２との間の相互インダクタンスは、メイン超伝導巻線または巻線の組１４と、下部のサドルコイル２４との間の相互インダクタンスの逆の符号を有する。この場合に、メイン超伝導巻線または巻線の組１４のリード線を介する電圧は、低くなるけれども、高い内部電圧が存在し得る。
【００３２】
各コイル２２、２４が別個に駆動される場合には、各コイルは、多量の反応パワーおよび端子間の高い電圧を必要とする。しかしながら、それらが直列に駆動される場合には、他方のコイルシステムの逆の位相を有する一方のコイルの反応パワーは、低いパワーを結果としてもたらす。なぜなら、全体の相互インダクタンスがゼロであるからである。この配置は、ＡＣクエンチ誘導コイルの中に、対処し得る内部電圧を生成する。なぜなら、コイルが、メイン超伝導巻線または巻線の組１４と接触する必要がないからであり、従って、適切に絶縁され得る。
【００３３】
図３の場合において、２つのコイルの間の最終的な力はゼロであるけれども、コイルの間で生成されたトルクが存在する。これらのトルクは、支持される必要がある。
【００３４】
図３に示されたようなＡＣ誘導コイル２２、２４における内部の高電圧は、図４に示されるようにループを交互にすることによって最小化され得る。上部のサドル型クエンチ誘導コイル２２のループまたはループの組２６の中の相互インダクタンスに起因する電圧は、下部のサドル型クエンチ誘導コイル２４のループまたはループの組２８の中の相互インダクタンスからの電圧と逆極性を有する。ソレノイドのマグネット巻線１４に関して、上部または下部のサドルコイル内のループは、同じ大きさのインダクタンスを有するけれども、異なる符号である。低い電圧は、巻線が、下部のサドル型クエンチ誘導コイル２４のループまたはループの組２８に、シャント３０の１つによって電気的に接続された上部のサドル型クエンチ誘導コイル２２のループまたはループの組２６からなるように、巻線をインターリーブすることによって達成され得る。最大電圧は、上部のサドル型クエンチコイルと下部のサドル型クエンチコイルとの間のシャントの数、および両方のコイルの全体の巻数によって減少させられる。層の間の最小の電圧は、単一のループの電圧である。
【００３５】
図５に示される実施形態において、各サドル型クエンチ誘導コイル３２を介してメイン超伝導巻線の組１４から最終的にゼロの磁束を有するように、サドル型誘導コイル３２の形態を設計することは可能である。このことは、ＡＣクエンチ誘導コイル３２の一部の電流の区画がトロイダル方向にあり、他の要素が磁界方向１０に整列させられる場合には、自動的に満足される（それぞれのこれらの区画の２つが、図５において各ＡＣ誘導コイル３２に例示される）。この場合に、メイン超伝導巻線１４とサドル型コイル３２との間の相互インダクタンスはゼロであり、各サドル型クエンチ誘導コイル３２は、大きな反応パワーなしで別々に駆動され得る。しかしながら、図５に示された配置は、メイン超伝導巻線１４の中に電圧が生成される結果をもたらし、このことは、設計に含められる必要がある。さらに、各サドルに加えられる最終的な力は存在しないけれども、支持される必要があるクエンチ誘導コイル３２に加えられた最終的なトルクが存在する。
【００３６】
本明細書中に開示されたＡＣクエンチ誘導システムの周波数は、反応パワーあたりの熱を最大化するために最適化され得る。１つのオプションは、導体内へのうず電流の浸透時間と整合するシステムの周波数を選択することである。これらの導体は複雑であり、可能性としては、１ミリ秒（約１ｋＨｚに対応する周波数を有する）の程度であるうず電流浸透時間を有する、複数の部分的に絶縁された撚り線、銅、または様々な形態の他のマトリクス材料、超伝導体、およびはんだを有する。ＡＣ磁界の周期がうず電流浸透時間と同等であるときには、導体への最適な結合が発生する。より低い周波数において、誘導電流は減衰し、一方でより高い周波数において、電流は浸透しない。一方では、加熱が主にヒステリシスに起因する場合には、加熱パワーは、周波数とともに単調に増加する。
【００３７】
好適な実施形態は、約１００Ｈｚから約１０ｋＨｚまでの周波数を用いる。一般的に、およそ５０ガウス〜３００ガウスのピークのＡＣ磁界は、約１００ミリ秒で超伝導体を常伝導状態にまで加熱することに関して十分である。
【００３８】
本発明は、クエンチされていないゾーンによって分離された、多数の個別のクエンチするサイトを作成する可能性を記述する。各誘導されたクエンチするサイトにおけるクエンチは、クエンチされたゾーンの加熱によって伝搬する。この方法において、クエンチを駆動するために必要なパワーは、メインマグネット全体をクエンチするために必要な大量のエネルギーが、メインマグネット内に蓄積されたエネルギーによって提供されることで減少する。図５は、複数のＡＣコイルが、メインマグネットの小さなゾーンにおいてクエンチを生成するスキームを示しており、クエンチはマグネットの残りの部分に伝搬する。
【００３９】
２つの電源が構想される。第１の電源は、所望の周波数でＡＣクエンチ誘導コイルのインダクタンスと共振する完全に充電されたコンデンサのバンクである。コンデンサで駆動される回路は、マグネットをクエンチするために必要とされるエネルギーを蓄積するために、下記の駆動される電源の場合よりも高い磁界を生成する必要があり得る。第２の電源は、駆動される電源である。約０．１ｍ３の導体の体積を有するコイルに対して必要とされるパワーは、約１００ミリ秒間で、およそ１０ｋＷである。
【００４０】
本明細書中に開示された構成の別の利点は、図１、図３および図５における構造支持体１６などのシステム内の他の構造が、必要とされる反応エネルギーを最小化する遮蔽電流を有することである。それらの構造は、比較的大きなサイズのために、それらの電気抵抗率は、導体における銅の抵抗率よりもはるかに高いけれども、それらは、構造の大部分にわたって磁界を遮蔽する。
【００４１】
記述されたシステムは、ＤＣのメイン超伝導マグネットを有するけれども、低周波数またはパルスマグネット／変圧器に関して同じ概念を用いることは可能である。従って、１Ｈｚで動作するシステムは、１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの周波数のＡＣ磁界によってクエンチされる。同じ方法において、パルスコイルは、パルス持続時間の逆数よりもはるかに高い周波数で動作するＡＣ磁界クエンチシステムによって保護され得、同等に、ＡＣ磁界の周期は、パルスマグネットのパルス持続時間よりも短くなければならない。
【００４２】
ＡＣコイルは、常伝導状態であり得るか、または超伝導状態であり得る。
【００４３】
本発明の特定の実施形態が示され、記述されたけれども、様々な変更および修正が、本発明のより広い局面において本発明から逸脱することなくなされ得ることは当業者にとって明らかである。上記の説明に含まれ、添付の図面に示されたすべての事項は、制限する意味においてではなく例示として解釈されることが意図される。
【図１】
2014060436.tif 000003
【図２】
2014060436.tif 000004
【図３】
2014060436.tif 000005
【図４】
2014060436.tif 000006
【図５】
2014060436.tif 000007
【外国語明細書】
2014060436000001.pdf