(57)【要約】【課題】クエンチが生じた場合においても超伝導コイルを適切に支持しつつ、支持部材の伝熱面積の低減を図ることができるサイクロトロンを提供する。【解決手段】本発明は、真空容器３内に配置された超伝導コイル８，９と超伝導コイル８，９を冷却する冷凍機６とを備えたサイクロトロン１であって、真空容器３に対して取付けられ、真空容器３内の超伝導コイル８，９を支持する引張型支持部材１１，１２と、超伝導コイル８，９及び真空容器３のうち一方に対して固定されると共に、他方との間に所定の隙間Ｓを形成するクエンチ用支持部材１３，１４と、を備える。【選択図】図１
2014007150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置された超伝導コイルと前記超伝導コイルを冷却する冷却手段とを備えたサイクロトロンであって、
前記真空容器に対して取付けられ、前記真空容器内の前記超伝導コイルを支持する基本支持部材と、
前記超伝導コイル及び前記真空容器のうち一方に対して固定されると共に、他方との間に所定の隙間を形成するクエンチ用支持部材と、
を備える、サイクロトロン。
【請求項２】
前記クエンチ用支持部材は、前記超伝導コイルに対して固定されると共に、前記真空容器との間に所定の隙間を形成する、請求項１に記載のサイクロトロン。
【請求項３】
前記クエンチ用支持部材は中空の部材である、請求項１又は２に記載のサイクロトロン。
【請求項４】
前記基本支持部材は、中空の前記クエンチ用支持部材の内側に配置されている、請求項３に記載のサイクロトロン。
【請求項５】
前記基本支持部材は、前記真空容器側に固定された第１の掛止部と、前記超伝導コイル側に固定された第２の掛止部と、前記第１の掛止部及び前記第２の掛止部に掛け止めされた環状体と、を有する引張型支持部材である、請求項１〜４の何れか一項に記載のサイクロトロン。
【請求項６】
前記基本支持部材は、前記超伝導コイル及び前記真空容器のうち一方に対して固定された剛性部材と、前記超伝導コイル及び前記真空容器のうち他方と前記剛性部材との間に設けられた弾性部材と、を有し、
前記弾性部材は、前記剛性部材及び前記弾性部材を介して前記超伝導コイルと前記真空容器とが対向する第１の方向に弾性変形可能とされている、請求項１〜４の何れか一項に記載のサイクロトロン。
【請求項７】
前記弾性部材は、前記第１の方向に直交する第２の方向に弾性変形可能とされている、請求項６記載のサイクロトロン。
【請求項８】
前記基本支持部材は、前記剛性部材と接続され、前記弾性部材の前記剛性部材側を収容すると共に、前記超伝導コイル及び前記真空容器のうち他方と離間するハウジングを更に有し、
前記ハウジングは、前記第２の方向において前記弾性部材と離間している、請求項７記載のサイクロトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子を加速するサイクロトロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サイクロトロンに関する技術文献として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１には、中空のヨークと、ヨークの内部空間に配置された真空容器と、真空容器内に配置された超伝導コイルと、超伝導コイルを冷却する冷凍機と、を備えたサイクロトロンが記載されている。このサイクロトロンでは、真空容器内の超伝導コイルが横荷重支持及び縦荷重支持の棒状部材によって支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４３１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、サイクロトロンにおいて超伝導コイルを採用する場合、何らかの理由によって超伝導状態が急に破れるクエンチが発生すると、超伝導コイルに大きな荷重が加わるため、超伝導コイルの支持部材には十分な強度を持たせる必要がある。しかしながら、単純に支持部材の径を太くするなどして強度を高めると、支持部材の伝熱面積が増加して外部から熱が伝わりやすくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、クエンチが生じた場合においても超伝導コイルを適切に支持しつつ、支持部材の伝熱面積の低減を図ることができるサイクロトロンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、真空容器内に配置された超伝導コイルと超伝導コイルを冷却する冷却手段とを備えたサイクロトロンであって、真空容器に対して取付けられ、真空容器内の超伝導コイルを支持する基本支持部材と、超伝導コイル及び真空容器のうち一方に対して固定されると共に、他方との間に所定の隙間を形成するクエンチ用支持部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るサイクロトロンでは、クエンチにより真空容器内の超伝導コイルに荷重が加わって移動（超伝導コイルがクエンチ用支持部材側へ移動）すると、クエンチ用支持部材が超伝導コイル及び真空容器の両方に当接して支えとなることで、超伝導コイルを適切に支持することができる。しかも、このサイクロトロンによれば、通常時（超伝導時）においては、クエンチ用支持部材が真空容器及び超伝導コイルの何れか一方に対して所定の隙間を形成する構成とすることで、外部の熱がクエンチ用支持部材を通じて超伝導コイルに伝わることを避けることができる。また、このサイクロトロンでは、基本支持部材がクエンチにより生じた荷重の全てを支える必要がないので、その分、基本支持部材を小型化するなどして通常時（超伝導時）の伝熱面積の低減を図ることができる。従って、このサイクロトロンによれば、クエンチが生じた場合においても超伝導コイルを適切に支持しつつ、基本支持部材の伝熱面積の低減を図ることができる。
【０００８】
本発明に係るサイクロトロンにおいて、クエンチ用支持部材は、超伝導コイルに対して固定されると共に、真空容器との間に所定の隙間を形成してもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチ用支持部材が真空容器に対して固定されている場合と比べて、通常時（超伝導時）に外部の熱がクエンチ用支持部材に伝わることが避けられ、クエンチ用支持部材を介した超伝導コイルへの伝熱を抑制できる。すなわち、熱容量が大きいクエンチ用支持部材を高温側（真空容器側）に固定すると、輻射によりクエンチ用支持部材から超伝導コイルへ伝熱してしまうため、クエンチ用支持部材を超伝導コイルに対して固定する構成とすることで、超伝導コイルへの伝熱を抑制できる。このことは、超伝導コイルの超伝導状態の維持に有利である。
【０００９】
本発明に係るサイクロトロンにおいて、クエンチ用支持部材は中空の部材であってもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチ用支持部材を中実の部材とする場合と比べて、超伝導コイルを支えるために十分な強度を確保しつつ、クエンチ用支持部材の伝熱面積を低減することができる。
【００１０】
本発明に係るサイクロトロンにおいて、基本支持部材は、中空のクエンチ用支持部材の内側に配置されていてもよい。
このサイクロトロンによれば、基本支持部材及びクエンチ用支持部材を別々に配置する場合と比べて、外側のヨークに形成すべき支持部材配置用の孔部の数を少なくすることができる。従って、このサイクロトロンによれば、ヨークの加工コストを低減することができる。また、サイクロトロンの設計の自由度を高めることもできる。
【００１１】
本発明に係るサイクロトロンにおいて、基本支持部材は、真空容器側に固定された第１の掛止部と、超伝導コイル側に固定された第２の掛止部と、第１の掛止部及び第２の掛止部に掛け止めされた環状体と、を有する引張型支持部材であってもよい。
このサイクロトロンによれば、棒状や紐状の基本支持部材を採用する場合と比べて、容易に基本支持部材（引張型支持部材）の取り付けを行うことができる。
【００１２】
本発明に係るサイクロトロンにおいて、基本支持部材は、超伝導コイル及び真空容器のうち一方に対して固定された剛性部材と、超伝導コイル及び真空容器のうち他方と剛性部材との間に設けられた弾性部材と、を有し、弾性部材は、剛性部材及び弾性部材を介して超伝導コイルと真空容器とが対向する第１の方向に弾性変形可能とされていてもよい。
このサイクロトロンによれば、通常時（超伝導時）においては、剛性部材及び弾性部材を有する基本支持部材によって超伝導コイルを適切に支持することができる。一方、クエンチにより真空容器内の超伝導コイルに荷重が加わって超伝導コイルがクエンチ用支持部材側へ移動すると、弾性部材が第１の方向に圧縮変形し、クエンチ用支持部材が超伝導コイル及び真空容器の両方に当接して支えとなることで、超伝導コイルを適切に支持することができる。また、このサイクロトロンによっても、通常時（超伝導時）においては、クエンチ用支持部材が真空容器及び超伝導コイルの何れか一方に対して所定の隙間を形成する構成とすることで、外部の熱がクエンチ用支持部材を通じて超伝導コイルに伝わることを避けることができる。更に、基本支持部材がクエンチにより生じた荷重の全てを支える必要がないので、その分、基本支持部材を小型化するなどして通常時（超伝導時）の伝熱面積の低減を図ることができる。
【００１３】
本発明に係るサイクロトロンにおいて、弾性部材は、第１の方向に直交する第２の方向に弾性変形可能とされていてもよい。
このサイクロトロンによれば、弾性部材が第１の方向及び第２の方向に弾性変形可能とされていることにより、極低温への冷却による超伝導コイルの収縮（第１の方向及び第２の方向の両方の方向への収縮）を許容し、超伝導コイルを適切に支持することが可能となる。
【００１４】
本発明に係るサイクロトロンにおいて、基本支持部材は、剛性部材と接続され、弾性部材の剛性部材側を収容すると共に、超伝導コイル及び真空容器のうち他方と離間するハウジングを更に有し、ハウジングは、第２の方向において弾性部材と離間していてもよい。
このサイクロトロンによれば、ハウジングによって弾性部材の変形量を所定の弾性範囲内に制限することができるため、弾性部材が弾性限界を超えて変形して元の状態に戻らなくなるといった不具合を抑制することができる。また、ハウジングが超伝導コイル及び真空容器のうち他方と離間しているので、通常時において外部の熱がハウジングを通じて超伝導コイルに伝わることを避けることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、クエンチが生じた場合においても超伝導コイルを適切に支持しつつ、支持部材の伝熱面積の低減を図ることができるサイクロトロンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係るサイクロトロンを示す概略断面図である。
【図２】（ａ）引張型支持部材を示す側面図である。（ｂ）引張型支持部材を示す正面図である。
【図３】第２の実施形態に係るサイクロトロンを示す概略断面図である。
【図４】第３の実施形態に係るサイクロトロンを示す概略断面図である。
【図５】（ａ）基本支持部材の構成を示す側断面図である。（ｂ）図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１に示す第１の実施形態のサイクロトロン１は、イオン源（図示せず）から供給される荷電粒子を加速して荷電粒子線（荷電粒子ビーム）を出力する円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子（重イオン）、電子などが挙げられる。
【００１９】
サイクロトロン１は、その中心軸Ｃを中心として配置された円環状の超伝導コイル体２と、超伝導コイル体２を収容する円環状の真空容器３と、超伝導コイル体２の空芯部位に配置された上ポール（上磁極）４及び下ポール（下磁極）５と、超伝導コイル体２を冷却するための冷凍機（冷却手段）６と、ヨーク７と、を備えている。ヨーク７は、中空の円盤型ブロックであり、その内部に真空容器３、上ポール４、及び下ポール５が配置されている。
【００２０】
なお、本実施形態では、中心軸Ｃが上下方向に延在する姿勢（横置きの姿勢）でサイクロトロン１が配置された場合について説明するが、サイクロトロン１は例えば中心軸Ｃが水平方向に延在する姿勢（縦置きの姿勢）で配置することも可能である。すなわち、説明中における「上下左右」は、部材の配置方向などを限定するものではなく、「上下」と「左右」を置き換えることも可能である。例えば、上ポール４及び下ポール５は、縦置き姿勢のサイクロトロンの場合、左ポールや右ポールとして表現することができる。
【００２１】
このサイクロトロン１では、真空容器３の内部を真空状態にした上で、冷凍機６により超伝導状態とされた超伝導コイル体２に電流を流すことにより強力な磁場を形成する。上ポール４及び下ポール５の間の空間Ｇには、図示しない一対のディー電極（加速電極）が配置されており、イオン源から供給された荷電粒子は、上ポール４、下ポール５、及びディー電極の働きにより加速され、荷電粒子線として出力される。
【００２２】
超伝導コイル体２は、二個の超伝導コイル８，９及びコイル支持部材１０を有している。超伝導コイル８，９は、中心軸Ｃを中心として並んで配置されており、金属製のコイル支持部材１０によって一体的に支持されている。
【００２３】
コイル支持部材１０は、上側の超伝導コイル８の上面を覆う上部フランジ１０ａと、下側の超伝導コイル９の下面を覆う下部フランジ１０ｂと、を有している。上部フランジ１０ａは、超伝導コイル体２の上端に位置しており、下部フランジ１０ｂは、超伝導コイル体２の下端に位置している。
【００２４】
この下部フランジ１０ｂには冷凍機６の一部が接触しており、超伝導コイル体２が直接的に冷却される。冷凍機６としては、例えば小型ＧＭ冷凍機を採用することができる。
【００２５】
超伝導コイル体２は、引張型支持部材（基本支持部材）１１，１２によって支持されている。第１の引張型支持部材１１は、真空容器３の内面３ａと超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａとの間に設けられた支持部材である。第２の引張型支持部材１２は、真空容器３の内面３ａと超伝導コイル体２の下部フランジ１０ｂとの間に設けられた支持部材である。
【００２６】
第１の引張型支持部材１１及び第２の引張型支持部材１２は、上下一対として超伝導コイル体２を挟むように配置されており、互いに反対方向へ超伝導コイル体２を引っ張ることで超伝導コイル体２の位置を保持している。なお、第１の引張型支持部材１１及び第２の引張型支持部材１２の数や配置は特に限定されず、サイクロトロン１の大きさその他の設計事項に応じて適切に選択される。
【００２７】
ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１の引張型支持部材１１を示す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して第１の引張型支持部材１１について説明する。なお、第２の引張型支持部材１２の構成は、第１の引張型支持部材１１と同じであるため説明を省略する。
【００２８】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、第１の引張型支持部材１１は、真空容器３の内面３ａに固定された第１の掛止部１５と、上部フランジ１０ａに固定された第２の掛止部１６と、第１の掛止部１５及び第２の掛止部１６に掛け止めされた環状体１７と、を有している。
【００２９】
第１の掛止部１５は、環状体１７が掛けられる軸部１５ａを有する金属製の部材である。第１の掛止部１５は、真空容器３に対してネジなどにより固定されている。同様に、第２の掛止部１６は、環状体１７が掛けられる軸部１６ａを有する金属製の部材であり、超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａに対してネジなどにより固定されている。
【００３０】
環状体１７は、ＦＲＰ［Fiber  Reinforced  Plastics］からなるベルト状の部材である。環状体１７は、第１の掛止部１５の軸部１５ａと第２の掛止部１６の軸部１６ａとに掛けられており、真空容器３と超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａとの間に生じる引張荷重を受ける。
【００３１】
この環状体１７は、超伝導コイル体２の自重を支持するために十分な強度を備えるように形成されている。一方で、環状体１７は、クエンチが生じた場合に超伝導コイル体２の僅かな移動を許容できる伸縮性も備えている。伸縮性を備える環状体１７は、常温から極低温に冷却される過程で超伝導コイル体２が収縮する際の収縮量（超伝導コイル体２の収縮による変位量）を許容する役割も果たす。環状体１７を構成するＦＲＰとしては、ＧＦＲＰ［Glass  Fiber  Reinforced  Plastics］やＣＦＲＰ［Carbon  Fiber  Reinforced  Plastics］を用いることができ、熱伝導率の低いＦＲＰを用いることが好ましい。
【００３２】
なお、真空容器３のうち、第１の掛止部１５が固定される面の裏側には、ヨーク７の一部を構成するブロック体７ａが配置されている。ブロック体７ａは、真空容器３の外側を抑えるように配置されており、真空容器３のうち第１の掛止部１５が固定される部分を補強している。
【００３３】
図１に示されるように、超伝導コイル体２の上下には、クエンチ用支持部材１３，１４が設けられている。クエンチ用支持部材１３，１４は、クエンチが生じた場合に、超伝導コイル体２に生じる荷重を受けるための部材である。なお、図１では、左側のクエンチ用支持部材１３，１４を断面として表し、右側のクエンチ用支持部材１３，１４を側面として表している。
【００３４】
第１のクエンチ用支持部材１３は、超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａに対して固定されており、第２のクエンチ用支持部材１４は、超伝導コイル体２の下部フランジ１０ｂに対して固定されている。
【００３５】
第１のクエンチ用支持部材１３及び第２のクエンチ用支持部材１４は、中空の円筒部材である。第１のクエンチ用支持部材１３及び第２のクエンチ用支持部材１４は、それぞれ引張型支持部材１１，１２を囲うように配置されている。具体的には、円筒状の第１のクエンチ用支持部材１３の内部に第１の引張型支持部材１１が配置され、円筒状の第２のクエンチ用支持部材１４の内部に第２の引張型支持部材１２が配置されている。
【００３６】
このような引張型支持部材１１，１２及びクエンチ用支持部材１３，１４は、例えば超伝導コイル体２の上面又は下面において、中心軸Ｃ回りに９０度間隔で四個ずつ設けられている。
【００３７】
ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、第１のクエンチ用支持部材１３について説明する。なお、第２のクエンチ用支持部材１４の構成は、第１のクエンチ用支持部材１３と同じであるため説明を省略する。
【００３８】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、第１のクエンチ用支持部材１３は、円筒状の本体部１８及び本体部１８固定する固定部１９を有している。固定部１９は、金属製の環状部材であり、超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａに対してネジなどにより固定されている。
【００３９】
円筒状の本体部１８は、例えばＦＲＰ製であり、第１の引張型支持部材１１に沿って上下方向に延在している。本体部１８の基端側は、固定部１９を介して超伝導コイル体２に固定されている。
【００４０】
一方、本体部１８の先端側（真空容器３の内面３ａ側）は、通常時（超伝導時）において何れの部材にも当接しない自由端となる。具体的には、本体部１８は、先端側が真空容器３の内面３ａに対して所定の隙間Ｓを形成するように配置されている。所定の隙間Ｓの間隔は、例えば０.５ｍｍ〜１.５ｍｍである。また、本体部１８は、横方向についても所定の隙間を形成するように配置されている。
【００４１】
本体部１８は、クエンチが生じた場合に超伝導コイル体２に加わる荷重を支える十分な強度を備えるように構成されている。
【００４２】
以上説明した第１の実施形態に係るサイクロトロン１によれば、クエンチにより真空容器３内の超伝導コイル体２に荷重が加わって移動（超伝導コイル体２の図１中の上側又は下側への移動）が生じると、クエンチ用支持部材１３，１４の何れか一方が超伝導コイル体２及び真空容器３の両方に当接して支えとなることで、超伝導コイル体２を適切に支持することができる。しかも、このサイクロトロン１によれば、通常時（超伝導時）においては、クエンチ用支持部材１３、１４が真空容器３の内面３ａに対して所定の隙間Ｓを形成することで、外部の熱がクエンチ用支持部材１３，１４を通じて超伝導コイル体２に伝わることが避けられる。
【００４３】
また、このサイクロトロン１では、引張型支持部材１１，１２がクエンチにより生じた荷重の全てを支える必要がないので、引張型支持部材１１，１２を小型化するなどして通常時（超伝導時）の伝熱面積の低減を図ることもできる。従って、このサイクロトロン１によれば、クエンチが生じた場合においても超伝導コイル体２を適切に支持しつつ、引張型支持部材１１，１２の伝熱面積の低減を図ることができる。
【００４４】
更に、このサイクロトロン１では、クエンチ用支持部材１３，１４が超伝導コイル体２に対して固定されているので、クエンチ用支持部材１３，１４が真空容器３に対して固定されて超伝導コイル体２と離間している場合と比べて、通常時（超伝導時）に外部の熱がクエンチ用支持部材１３，１４に伝わることが避けられ、クエンチ用支持部材１３，１４を介した超伝導コイル体２への伝熱を抑制できる。すなわち、熱容量が大きいクエンチ用支持部材１３，１４を高温側（真空容器側）に固定すると、輻射によりクエンチ用支持部材１３，１４から超伝導コイル体２へ伝熱してしまうため、クエンチ用支持部材１３，１４を超伝導コイル体２に対して固定する構成とすることで、超伝導コイル体２への伝熱を抑制できる。このことは、超伝導コイル体２の超伝導状態の維持に有利である。
【００４５】
また、このサイクロトロン１では、クエンチ用支持部材１３，１４は中空の部材として構成されているので、中実の部材とする場合と比べて、支持部材の伝熱面積を低減しつつ、強度を確保することができる。
【００４６】
しかも、このサイクロトロン１では、引張型支持部材１１，１２が中空のクエンチ用支持部材１３，１４の内側に配置されているので、引張型支持部材１１，１２及びクエンチ用支持部材１３，１４を別々に配置する場合と比べて、ヨーク７に形成すべき支持部材配置用の孔部の数を少なくすることができる。従って、このサイクロトロン１によれば、ヨーク７の加工コストを低減することができる。また、サイクロトロンの設計の自由度を高めることができる。
【００４７】
また、このサイクロトロン１では、引張型支持部材１１が第１の掛止部１５、第２の掛止部１６、及び環状体１７を有する構成としているので、棒状や紐状の構成を採用する場合と比べて、容易に引張型支持部材１１の取り付けを行うことができる。なお、同じ構成を有する引張型支持部材１２においても同様である。
【００４８】
［第２の実施形態］
図３に示す第２の実施形態のサイクロトロン２１は、引張型支持部材１１、１２とクエンチ用支持部材１３，１４と別々に配置されている点のみが第１の実施形態のサイクロトロン１と比べて異なっている。
【００４９】
このサイクロトロン２１では、引張型支持部材１１、１２が円筒状のクエンチ用支持部材１３、１４の内部に配置されておらず、それぞれ異なる位置に設けられている。すなわち、引張型支持部材１１、１２及びクエンチ用支持部材１３、１４は、それぞれ専用のスペースを有している。
【００５０】
このような第２の実施形態のサイクロトロン２１によれば、引張型支持部材１１、１２及びクエンチ用支持部材１３、１４の間で干渉が生じない。従って、このサイクロトロン２１では、引張型支持部材１１、１２及びクエンチ用支持部材１３、１４の形状や大きさについて選択肢を広げることができ、サイクロトロンの設計の自由度を高めることができる。
【００５１】
［第３の実施形態］
図４に示す第３の実施形態のサイクロトロン３１は、第１の実施形態のサイクロトロン１と比べて、引張型支持部材１１，１２がそれぞれ基本支持部材３２，３３に置き換わった点が異なっている。
【００５２】
第３の実施形態のサイクロトロン３１では、基本支持部材３２，３３によって超伝導コイル体２が支持されている。第１の基本支持部材３２は、真空容器３の内面３ａと超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａとの間に設けられた支持部材である。第２の基本支持部材３３は、真空容器３の内面３ａと超伝導コイル体２の下部フランジ１０ｂとの間に設けられた支持部材である。以下、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して第１の基本支持部材３２の構成について説明する。
【００５３】
図５（ａ）は、基本支持部材の構成を示す側断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。図５（ａ）に示されるように、第１の基本支持部材３２は、剛性部材３４、ハウジング３５、及びバネ部材３６を有している。
【００５４】
剛性部材３４は、真空容器３の内面３ａに対して固定された部材である。剛性部材３４は、真空容器３の内面３ａに固定されたフランジ部３４ａと、フランジ部３４ａに上端が接続された円筒状の本体部３４ｂとを含んでいる。フランジ部３４ａは、例えば金属製の環状部位であり、真空容器３に対してネジなどにより固定されている。円筒状の本体部３４ｂは、例えばＦＲＰ製であり、上下方向に延在している。本体部３４ｂの上端は、フランジ部３４ａを介して真空容器３の内面３ａに固定されている。なお、本体部３４ｂの材料をＦＲＰとせずに、他の材料（例えば金属）を用いてもよい。
【００５５】
ハウジング３５は、剛性部材３４の本体部３４ｂの下端と接続され、バネ部材３６の上側（上下方向における剛性部材３４側）を収容する部材である。ハウジング３５は、例えばＦＲＰ製とすることができる。なお、ハウジング３５の材料をＦＲＰとせずに、他の材料（例えば金属）を用いてもよい。
【００５６】
具体的には、ハウジング３５は、本体部３４ｂに接続される円板部３５ａと、円板部３５ａの周縁から下方に延在する円筒状の外筒部３５ｂと、外筒部３５ｂの内側に設けられ、円板部３５ａから下方に延在する円筒状の内筒部３５ｃとを有する二重円筒構造をなしている。これらの外筒部３５ｂ及び内筒部３５ｃの間にバネ部材３６の剛性部材３４側が収容されている。
【００５７】
ハウジング３５は、円板部３５ａと反対側に形成された外筒部３５ｂ及び内筒部３５ｃの開口端が超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａに対して所定の隙間Ｓ１を形成するように配置されている。ここで、所定の隙間Ｓ１の大きさは、第１のクエンチ用支持部材１３の本体部１８の先端と真空容器３の内面３ａとの間に形成された所定の隙間Ｓ以上の大きさ（Ｓ１≧Ｓ）とされている。すなわち、ハウジング３５は、クエンチが生じて超伝導コイル体２がクエンチ用支持部材１３側に移動する際に、ハウジング３５と上部フランジ１０ａが接触するより先に、クエンチ用支持部材１３と真空容器３とが接触するように設けられている。
【００５８】
なお、ハウジング３５の形状は上述したものに限られない。ハウジング３５は、バネ部材３６の過剰な変形を制限（規制）できる構造であればよい。
【００５９】
バネ部材３６は、剛性部材３４及びバネ部材３６を介して超伝導コイル体２と真空容器３とが対向する第１の方向（本実施形態では、中心軸Ｃが延在する上下方向に相当）、及び第１の方向に直交する第２の方向に弾性変形可能とされた弾性部材である。バネ部材３６は、第２の方向として、超伝導コイル体２の中心軸Ｃに近づく方向に弾性変形可能である。例えば、バネ部材３６は、中央部に穴が開いた弾性を有する金属製の皿バネが、第１の方向に複数（例えば８個）重ね合わされ、互いに隣接する皿バネの端部同士が連結された部材である。
【００６０】
内筒部３５ｃがバネ部材３６を構成する各皿バネの中央部の穴を貫通するように配置されることで、バネ部材３６の上側が外筒部３５ｂと内筒部３５ｃとの間に収容される構成とされている。バネ部材３６の最も上側（円板部３５ａ側）にある皿バネの端部は、円板部３５ａの所定位置に固定されている。また、バネ部材３６の最も下側（上部フランジ１０ａ側）にある皿バネの端部は、上部フランジ１０ａの所定位置に固定されている。
【００６１】
クエンチにより超伝導コイル体２に荷重が加わり、超伝導コイル体２の第１の方向に沿った移動が生じると、バネ部材３６は、第１の方向に弾性変形する。具体的には、超伝導コイル体２が上部フランジ１０ａ側に移動すると、バネ部材３６は、第１の方向に圧縮される。なお、超伝導コイル体２が下部フランジ１０ｂ側に移動する場合には、バネ部材３６は、第１の方向に伸長される。
【００６２】
ハウジング３５とバネ部材３６とは、第２の方向において互いに離間するように配置されている。より具体的には、図５（ｂ）に示されるように、バネ部材３６の外周端と外筒部３５ｂとが第２の方向において所定の間隔ｄ１で離間すると共に、バネ部材３６の内周端と内筒部３５ｃとが所定の間隔ｄ２で離間している。所定の間隔ｄ１，ｄ２は、バネ部材３６の変形量を所定の弾性範囲内（例えば弾性限界以内）に制限すると共に、極低温への冷却により超伝導コイル体２が収縮する際などに、バネ部材３６が第２の方向に弾性変形することを許容するために設けられている。
【００６３】
以上、第１の基本支持部材３２の構成について説明した。第２の基本支持部材３３の構成は、第１の基本支持部材３２と同じであるため詳細な説明は省略する。第２の基本支持部材３３は、第１の基本支持部材３２の剛性部材３４、ハウジング３５、及びバネ部材３６と上下方向で対称に配置された剛性部材３７、ハウジング３８、及びバネ部材３９を有している。
【００６４】
以上説明した第３の実施形態に係るサイクロトロン３１によれば、通常時（超伝導時）においては、剛性部材３４，３７及びバネ部材３６，３９を有する基本支持部材３２，３３によって超伝導コイルを適切に支持することができる。一方、クエンチにより真空容器３内の超伝導コイル体２に荷重が加わって超伝導コイル体２がクエンチ用支持部材１３，１４側へ移動すると、バネ部材３６，３９が第１の方向に圧縮される。そして、クエンチ用支持部材１３，１４の何れか一方が超伝導コイル体２及び真空容器３の両方に当接して支えとなることで、超伝導コイル体２を適切に支持することができる。また、このサイクロトロン３１によっても、通常時（超伝導時）においては、クエンチ用支持部材１３，１４が真空容器３の内面３ａに対して所定の隙間Ｓを形成することで、外部の熱がクエンチ用支持部材１３，１４を通じて超伝導コイル体２に伝わることを避けることができる。
【００６５】
更に、このサイクロトロン３１によれば、基本支持部材３２，３３がクエンチにより生じた荷重の全てを支える必要がないので、その分、基本支持部材３２，３３を小型化するなどして通常時（超伝導時）の伝熱面積の低減を図ることができる。
【００６６】
また、このサイクロトロン３１によれば、バネ部材３６が第１の方向及び第２の方向に弾性変形可能とされていることにより、極低温への冷却による超伝導コイル体２の収縮（第１の方向及び第２の方向の両方の方向への収縮）を許容し、超伝導コイル体２を適切に支持することが可能となる。
【００６７】
また、このサイクロトロン３１では、ハウジング３５，３８によってバネ部材３６，３９の変形量を所定の弾性範囲内に制限することができるため、バネ部材３６，３９が弾性限界を超えて変形して元の状態に戻らなくなるといった不具合を抑制することができる。また、ハウジング３５，３８がそれぞれ、超伝導コイル体２の上部フランジ１０ａ，下部フランジ１０ｂと離間しているので、通常時（超伝導時）において外部の熱がハウジング３５，３８を通じて超伝導コイル体２に伝わることを避けることができる。
【００６８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、超伝導コイルは必ずしも二個である必要はなく、一個又は三個以上であってもよい。更に、真空容器やヨークの形状及び構成は一例であり、上述した態様に限定されない。
【００６９】
また、サイクロトロンは、必ずしも中心軸Ｃが上下方向に延在する横置きの姿勢で配置する必要はない。例えば中心軸Ｃが水平方向に延在する縦置きの姿勢でサイクロトロンを配置してもよい。
【００７０】
引張型支持部材は、必ずしも環状体を含む形態である必要はなく、棒状や紐状のものであってもよい。また、引張型支持部材は、必ずしも上下一対とする必要はなく、上下方向に対応しない位置に配置されていてもよい。また、横方向から超伝導コイルを支持する部材を更に設けてもよい。更に、特許請求の範囲に記載の基本支持部材は、必ずしも引張型の支持部材である必要はなく、例えば棒材その他の剛体からなる支持部材であってもよい。
【００７１】
クエンチ用支持部材は、必ずしも超伝導コイル側に固定する必要はなく、真空容器側に固定され、超伝導コイル側に対して所定の隙間を形成する態様であってもよい。また、クエンチ用支持部材も、必ずしも上下一対とする必要はなく、上下方向に対応しない位置に配置されていてもよい。
【００７２】
更に、クエンチ用支持部材は、円筒状に限られず、四角形や多角形その他の筒状などであってもよく、断面コの字型その他の屈曲を有する板状の部材であってもよい。また、クエンチ用支持部材を引張型支持部材と別に配置する場合には、中実の部材を採用することも可能である。
【００７３】
第３の実施形態に係る基本支持部材では、剛性部材が真空容器側に固定され、バネ部材が超伝導コイル側に接続される構成として説明したが、剛性部材が超伝導コイル側に固定され、バネ部材が真空容器側に接続される構成としてもよい。また、特許請求の範囲に記載の弾性部材としては、必ずしも複数の皿バネを上下方向に連結させたバネ部材である必要はなく、極低温下で弾性を有する部材であればよい。例えば、弾性部材は、１つ又は複数の皿バネから構成されてもよいし、コイルバネや板バネ、ゴムその他の弾性素材などから構成されてもよい。また、これらを組み合わせてもよい。
【００７４】
更に、基本支持部材において、ハウジングを省略して剛性部材と弾性部材とが直接接続される構成としてもよい。また、第３の実施形態の基本支持部材は、必ずしも上下一対とする必要はなく、上下方向に対応しない位置に配置されていてもよい。また、基本支持部材及びクエンチ用支持部材は、超伝導コイル体の左右方向や斜め方向に設けてもよい。また、第１の実施形態のサイクロトロン１に対する第２の実施形態のサイクロトロン２１のように、第３の実施形態のサイクロトロン３１が備える基本支持部材とクエンチ用支持部材とが別々に配置された構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１，２１，３１…サイクロトロン  ２…超伝導コイル体  ３…真空容器  ３ａ…内面  ４…上ポール  ５…下ポール  ６…冷凍機  ７…ヨーク  ７ａ…ブロック体  ８，９…超伝導コイル  １０…コイル支持部材  １０ａ…上部フランジ  １０ｂ…下部フランジ  １１，１２…引張型支持部材（基本支持部材）  １３，１４…クエンチ用支持部材  １５…第１の掛止部  １６…第２の掛止部  １７…環状体  １８…本体部  １９…固定部  ３２…第１の基本支持部材  ３３…第２の基本支持部材  ３４，３７…剛性部材  ３４ａ…フランジ部  ３４ｂ…本体部  ３５，３８…ハウジング  ３５ａ…円板部  ３５ｂ…外筒部  ３５ｃ…内筒部  ３６，３９…バネ部材（弾性部材）  Ｃ…中心軸  ｄ１，ｄ２…所定の間隔  Ｇ…空間  Ｓ，Ｓ１…所定の隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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