(57)【要約】【課題】液体窒素の気化熱を効率よく利用しつつ、室温から超電導転移温度までの超電導コイルの冷却時間を短縮することができる超電導マグネット装置およびその超電導コイルの初期冷却方法を提供すること。【解決手段】超電導マグネット装置１は、超電導コイル２と、超電導コイル２に対して下端にて熱的に接続された液体窒素タンク７と、液体窒素タンク７に接続された液体窒素導入管１０と、液体窒素タンク７に接続された窒素ガス排出管１１と、液体窒素タンク７の下部フランジ２２に取り付けられた温度センサ３１と、液体窒素タンク７の上部フランジ２３に取り付けられた液体窒素レベルセンサ３２とを備えている。【選択図】図２
2011091212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
前記超電導コイルに対して、下端にて熱的に接続された液体窒素タンクと、
前記液体窒素タンクに接続された液体窒素導入管と、
前記液体窒素タンクに接続された窒素ガス排出管と、
前記液体窒素タンクの下端部に取り付けられた温度センサと、
前記液体窒素タンクに取り付けられた液体窒素レベルセンサと、
を備える、超電導マグネット装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導マグネット装置において、
前記液体窒素タンクの下端部に形成された穴に前記温度センサが挿入されて取り付けられていることを特徴とする、超電導マグネット装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超電導マグネット装置において、
前記穴の内面と前記温度センサとの間に隙間埋材が入れられていることを特徴とする、超電導マグネット装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超電導マグネット装置において、
前記穴は、前記液体窒素タンクの下端部側面に前記温度センサが挿入される開口部を有し、
前記液体窒素タンクの下端部上面と前記穴とを連通させる空気抜用穴がさらに設けられていることを特徴とする、超電導マグネット装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の超電導マグネット装置において、
前記液体窒素導入管の導入口が、前記液体窒素タンク内の底部に配置されていることを特徴とする、超電導マグネット装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の超電導マグネット装置において、
前記超電導コイルに対して熱的に接続された冷凍機を備えていることを特徴とする、超電導マグネット装置。
【請求項７】
請求項１に記載された超電導マグネット装置の超電導コイルの初期冷却方法であって、
前記温度センサおよび前記液体窒素レベルセンサにより、前記液体窒素タンク内の液体窒素量を検知し、前記液体窒素タンク内に所定量の液体窒素を確保しながら、前記液体窒素導入管から前記液体窒素タンクへ液体窒素を導入することにより、前記超電導コイルを冷却する冷却工程と、
前記冷却工程により前記超電導コイルの温度が所定の温度まで低下したら、前記液体窒素タンクへの液体窒素の導入を停止して当該液体窒素タンクへヘリウムガスを供給することにより、当該液体窒素タンク内をヘリウムガスに置換する置換工程と、
前記液体窒素タンク内のヘリウムガスを排出して、当該液体窒素タンク内を真空状態にする真空引工程と、
を備える、超電導マグネット装置の超電導コイルの初期冷却方法。
【請求項８】
請求項７に記載された超電導マグネット装置の超電導コイルの初期冷却方法において、
前記液体窒素導入管の導入口が、前記液体窒素タンク内の底部に配置されており、
前記置換工程において、前記窒素ガス排出管から前記液体窒素タンクへヘリウムガスを供給して前記液体窒素導入管から窒素を排出することにより、当該窒素ガス排出管内、当該液体窒素タンク内、および前記液体窒素導入管内をヘリウムガスに置換し、
前記真空引工程において、前記窒素ガス排出管内、前記液体窒素タンク内、および前記液体窒素導入管内のヘリウムガスを排出して、当該窒素ガス排出管内、当該液体窒素タンク内、および当該液体窒素導入管内を真空状態にすることを特徴とする、超電導マグネット装置の超電導コイルの初期冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルを備えたマグネット装置の冷却技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導マグネット装置は、その超電導コイルを極低温に冷却して、電気抵抗がゼロの超電導状態で超電導コイルを使用する。超電導コイルを超電導状態で使用するため、ジュール発熱がなく、常電導マグネット装置に比して高磁場を少ない電力で発生させることができる。
【０００３】
従来、この種の超電導マグネット装置に関する冷却技術としては、例えば特許文献１に記載されたようなものがある。特許文献１に記載された超電導マグネット装置は、冷凍機により冷却可能とした超電導コイルを有する伝導冷却型超電導磁石装置であって、超電導コイルの外周に伝導冷却用銅管が螺旋状に配設されてなるものである。この伝導冷却用銅管内に液体窒素が導入されることで超電導コイルは冷却される。そして特許文献１においては、この伝導冷却用銅管内に液体窒素を導入することで、超電導コイルの初期冷却にかかる時間を短縮することができる、と称されている。
【０００４】
また、特許文献２に記載されたような冷却技術もある。特許文献２に記載された超電導マグネット装置は、輻射シールド内に配置され液体窒素や液体ヘリウムなどの冷媒が供給される冷媒容器を備えるものである。この冷媒容器は、超電導コイルに対して熱的に接続されている（特許文献２の図１４参照）。そして特許文献２においては、液体窒素や液体ヘリウムなどの冷媒を上記冷媒容器に供給して超電導コイルを予冷することで、超電導コイルの冷却時間を大幅に短縮できる、と称されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３２５６８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された伝導冷却型超電導磁石装置において、その伝導冷却用銅管に液体窒素を導入した際に液体窒素の導入量が少ない場合、その窒素導入口付近においては液体窒素であるが、伝導冷却用銅管の窒素排出口からは超電導コイルに気化熱を奪われた窒素ガスが排出する。すなわち、窒素排出口の近くに位置する超電導コイル部分は、気化熱を奪われた窒素ガスによって温められることになりかねない。一方、伝導冷却用銅管への液体窒素の導入量が多すぎると、窒素排出口から液体窒素が排出されることとなり冷却効率が悪い。このように、特許文献１に記載された冷却技術では、液体窒素の導入量調整が非常に難しく、液体窒素の気化熱を効率よく利用することが難しいという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載された超電導マグネット装置においても上記問題は同様にある。超電導コイルに対して熱的に接続された冷媒容器に液体窒素を導入した際、液体窒素の導入量が少なければ、冷媒供給管に気化熱を奪われ、冷媒容器内には気化熱を奪われた窒素ガス（気体窒素）が充満してしまう。ここで、特許文献２に記載された冷却技術では、冷媒容器に液体窒素が溜まっているか否か（冷媒容器に窒素ガスが充満してしまっていないか）を確認することが難しい。
【０００８】
また、冷媒容器の温度が冷凍機によって窒素の固体化する温度以下に下がれば、冷媒供給管・冷媒容器・冷媒排出管のどこかで固体窒素による閉塞が生じることがある。配管（冷媒供給管や冷媒排出管）で閉塞が生じると、液体窒素を導入・排出することができず、液体窒素の気化熱を利用して超電導コイルを冷却することができない。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、液体窒素の気化熱を効率よく利用しつつ、室温から超電導転移温度までの超電導コイルの冷却時間を短縮することができる、超電導マグネット装置およびその超電導コイルの初期冷却方法を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、超電導コイルと、前記超電導コイルに対して、下端にて熱的に接続された液体窒素タンクと、前記液体窒素タンクに接続された液体窒素導入管と、前記液体窒素タンクに接続された窒素ガス排出管と、前記液体窒素タンクの下端部に取り付けられた温度センサと、前記液体窒素タンクに取り付けられた液体窒素レベルセンサと、を備える超電導マグネット装置である。
【００１１】
この構成によると、液体窒素タンクに導入された液体窒素は、液体窒素タンク内の下部にて超電導コイルに気化熱を奪われたのち窒素ガスとなり、そして窒素ガス排出管から放出していく。ここで、液体窒素タンクに液体窒素が溜まっているか否かは、液体窒素タンクの下端部に取り付けられた温度センサにより確認することができる。また、液体窒素タンクに取り付けられた液体窒素レベルセンサによっても、液体窒素タンクに液体窒素が溜まっているか否かを確認することができる。すなわち、温度センサおよび液体窒素レベルセンサにより、液体窒素タンクに液体窒素が溜まっているか否かを確実に確認することができる。したがい本発明によると、超電導コイルの冷却に常に供される液体窒素を液体窒素タンク内に確保することができる。これにより、液体窒素の気化熱を効率よく利用しながら超電導コイルを冷却することができ、室温から超電導転移温度までの超電導コイルの冷却時間を短縮することが可能となる。
【００１２】
また本発明において、前記液体窒素タンクの下端部に形成された穴に前記温度センサが挿入されて取り付けられていることが好ましい。
【００１３】
この構成によると、液体窒素タンクの下端部と温度センサとの間の温度差を小さくできる。すなわち、より正確に液体窒素タンクの下端部の温度を測定することができ、その結果、液体窒素の気化熱をより効率よく利用しながら超電導コイルを冷却できる。
【００１４】
さらに本発明において、前記穴の内面と前記温度センサとの間に隙間埋材が入れられていることが好ましい。
【００１５】
この構成によると、液体窒素タンクの下端部と温度センサとの間の温度差を小さくできるとともに、温度センサの温度反応性が向上する。
【００１６】
さらに本発明において、前記穴は、前記液体窒素タンクの下端部側面に前記温度センサが挿入される開口部を有し、前記液体窒素タンクの下端部上面と前記穴とを連通させる空気抜用穴がさらに設けられていることが好ましい。
【００１７】
この構成によると、超電導マグネット装置内を真空状態にする際に、液体窒素タンクの下端部から温度センサがはずれることを防止できる。ここで、液体窒素タンクの下端部から温度センサがはずれているか否かの確認は容易ではない。また、温度センサがはずれてしまうと、液体窒素タンクの下端部の温度を正確に測定することができなくなる。すなわち、本発明によると、液体窒素タンクの下端部から温度センサがはずれることを防止でき、その結果、液体窒素タンクの下端部の温度をより正確に測定することができるのである。
【００１８】
さらに本発明において、前記液体窒素導入管の導入口が、前記液体窒素タンク内の底部に配置されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によると、液体窒素タンクへの液体窒素の導入の際には、液体窒素を静かに液体窒素タンク内へ導入することができ無駄な気化熱の発生を抑制できる。また、液体窒素タンク内の液体窒素をタンク外へ排出させる際にこの液体窒素導入管を用いると、その導入口が液体窒素タンク内の底部に位置するため、液体窒素タンク内の全ての液体窒素を容易にタンク外へ排出させることができる。
【００２０】
さらに本発明において、前記超電導コイルに対して熱的に接続された冷凍機を備えていることが好ましい。この構成によると、冷凍機および液体窒素タンクの両方で超電導コイルを初期冷却することができる。なお、冷凍機による液体窒素の過冷却（窒素の固体化する温度以下への冷却）は、液体窒素タンクの下端部の温度を温度センサで測定することにより防止できる。
【００２１】
また本発明は、その第２の態様によれば、前記した超電導マグネット装置の超電導コイルの初期冷却方法であって、前記温度センサおよび前記液体窒素レベルセンサにより、前記液体窒素タンク内の液体窒素量を検知し、前記液体窒素タンク内に所定量の液体窒素を確保しながら、前記液体窒素導入管から前記液体窒素タンクへ液体窒素を導入することにより、前記超電導コイルを冷却する冷却工程と、前記冷却工程により前記超電導コイルの温度が所定の温度まで低下したら、前記液体窒素タンクへの液体窒素の導入を停止して当該液体窒素タンクへヘリウムガスを供給することにより、当該液体窒素タンク内をヘリウムガスに置換する置換工程と、前記液体窒素タンク内のヘリウムガスを排出して、当該液体窒素タンク内を真空状態にする真空引工程と、を備える超電導マグネット装置の超電導コイルの初期冷却方法である。
【００２２】
この構成によると、冷却工程により液体窒素タンクに導入された液体窒素は、液体窒素タンク内の下部にて超電導コイルに気化熱を奪われたのち窒素ガスとなり、そして窒素ガス排出管から放出していく。ここで、温度センサおよび液体窒素レベルセンサにより、液体窒素タンク内の液体窒素量を検知し、液体窒素タンク内に所定量の液体窒素を確保しながら液体窒素タンクへ液体窒素を導入することにより、液体窒素の気化熱を効率よく利用しながら超電導コイルを冷却することができ、室温から超電導転移温度までの超電導コイルの冷却時間を短縮することが可能となる。また、冷却工程の後、液体窒素タンク内のヘリウムガスへの置換工程を介して液体窒素タンク内を真空状態にすることにより、超電導コイルが温められることを防止できる。
【００２３】
また本発明において、前記液体窒素導入管の導入口が、前記液体窒素タンク内の底部に配置されており、前記置換工程において、前記窒素ガス排出管から前記液体窒素タンクへヘリウムガスを供給して前記液体窒素導入管から窒素を排出することにより、当該窒素ガス排出管内、当該液体窒素タンク内、および前記液体窒素導入管内をヘリウムガスに置換し、前記真空引工程において、前記窒素ガス排出管内、前記液体窒素タンク内、および前記液体窒素導入管内のヘリウムガスを排出して、当該窒素ガス排出管内、当該液体窒素タンク内、および当該液体窒素導入管内を真空状態にすることが好ましい。
【００２４】
この構成によると、液体窒素導入管の導入口が液体窒素タンク内の底部に配置されていることにより、液体窒素タンク内のヘリウムガスへの置換工程において、液体窒素タンク内の全ての液体窒素を容易にタンク外へ排出させることができる。また、窒素ガス排出管内、液体窒素タンク内、および液体窒素導入管内を真空状態にすることにより、超電導コイルが温められることをより防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超電導マグネット装置を示す断面模式図である。
【図２】図１に示すＡ部の詳細断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（超電導マグネット装置の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る超電導マグネット装置１を示す断面模式図である。図１に示すように、本実施形態の超電導マグネット装置１は、超電導コイル２と、超電導コイル２に対して熱的に接続された液体窒素タンク７と、超電導コイル２および液体窒素タンク７を収容する輻射シールド６（冷却容器）と、超電導コイル２および液体窒素タンク７が収容された輻射シールド６を収容する真空容器５と、真空容器５の上部に取り付けられた冷凍機３とを備えている。
【００２８】
（超電導コイル）
超電導コイル２は、巻枠４と、巻枠４に螺旋状に巻回されてなる超電導線材１６とを有している。巻枠４は非磁性材であるアルミニウム材、ステンレス材などからなる。超電導線材１６は、例えばニオブ・チタン（ＮｂＴｉ）合金系の極細多芯線を銅母材に埋め込んだものである。また、超電導コイル２の外周には冷却促進部材８が取り付けられている。冷却促進部材８は、筒状に組み立てられてなるものであって、超電導線材１６全体を覆うように取り付けられている。冷却促進部材８の材質としては、銅材などが挙げられる。
【００２９】
（液体窒素タンク）
図２は、図１に示すＡ部の詳細断面図であり、液体窒素タンク７の詳細を示している図である。図２に示すように、液体窒素タンク７は、筒状のタンク本体２１と、タンク本体２１の下端に取り付けられた下部フランジ２２（底板）と、タンク本体２１の上端に取り付けられた上部フランジ２３（天板）とを有している。下部フランジ２２および上部フランジ２３は円板状の形態である。液体窒素タンク７（タンク本体２１、下部フランジ２２、および上部フランジ２３）の材質としては、銅材などが挙げられる。なお、液体窒素タンク７は、円筒状に形成されているが、角筒状に形成されてもよいし、円錐筒状（下方に向かうにつれて断面積（水平方向の断面積）が大きくなる円錐筒状）に形成されてもよい。
【００３０】
液体窒素タンク７は、その下端にて超電導コイル２に対して熱的に接続されている。具体的には、冷却促進部材８の外周に板形状の伝熱部材９が取り付けられ、この伝熱部材９に対して液体窒素タンク７の下部フランジ２２がボルトなどの固定手段により取り付けられている。伝熱部材９の材質としては銅材などが挙げられる。また、伝熱部材９は、超電導コイル２（または冷却促進部材８）の高さ方向においてその中央部に配置されている。超電導コイル２を均等に冷却する観点から、このように伝熱部材９を超電導コイル２（または冷却促進部材８）の中央部に配置することが好ましい。なお、必ずしも超電導コイル２（または冷却促進部材８）の高さ方向中央部に伝熱部材９を配置する必要はない。
【００３１】
液体窒素タンク７の上部フランジ２３には液体窒素導入管１０が接続されている。この液体窒素導入管１０の導入口１０ａは、液体窒素タンク７内の底部に配置されている。また、液体窒素タンク７の上部フランジ２３には窒素ガス排出管１１が接続されている。この窒素ガス排出管１１の排出口１１ａは、液体窒素導入管１０の導入口１０ａよりも上方であって、液体窒素タンク７内の最上端部である上部フランジ２３部（天井部）に配置されている。液体窒素導入管１０および窒素ガス排出管１１の材質としては、ステンレス材などが挙げられる。
【００３２】
また、液体窒素タンク７の上部フランジ２３には液体窒素レベルセンサ３２が取り付けられている。液体窒素レベルセンサ３２は、例えば静電容量型のレベルセンサである。なお、静電容量型のレベルセンサ以外で、液体窒素レベルセンサとして用いることができるレベルセンサ（センサ形式）としては、半導体検知レベルセンサ、光ファイバ式レベルセンサなどがある。また、液体窒素タンク７の下部フランジ２２（下端部）には温度センサ３１が取り付けられている。３１ａは、温度センサ３１のリード線である。温度センサ３１としては、白金抵抗などを挙げることができる。なお、温度センサ３１はタンク本体２１の下端部に取り付けられてもよい。
【００３３】
下部フランジ２２の側面には、温度センサ３１が挿入される穴２２ａが設けられている（この穴２２ａは、下部フランジ２２の側面に開口部を有する）。穴２２ａの形状・寸法は、温度センサ３１と穴２２ａとが密着するように決定される。これにより、下部フランジ２２と温度センサ３１との間の温度差を小さくできる。その結果、液体窒素タンク７の下端部（下部フランジ２２）の温度を温度センサ３１により正確に測定することができる。なお、穴２２ａの内面と温度センサ３１との間に隙間埋材（不図示）が入れられていることが望ましい。隙間埋材としては、例えば、アピエゾンＮグリース、スタイキャストなどを挙げることができる。アピエゾンＮグリース、スタイキャストなどを穴２２ａの内面に塗布した後、温度センサ３１を穴２２ａに挿入する。これにより、下部フランジ２２と温度センサ３１との間の温度差をより小さくできるとともに、温度センサ３１の温度反応性を向上させることができる。
【００３４】
また、穴２２ａと下部フランジ２２の上面とを連通させる空気抜用穴２２ｂが下部フランジ２２に設けられている。空気抜用穴２２ｂは、穴２２ａのタンク中心側端部に設けられている。空気抜用穴２２ｂの開口部面積（フランジ２２上面における開口部面積）は、穴２２ａの開口部面積（下部フランジ２２の側面における開口部面積）よりも小さい。なお、空気抜用穴２２ｂの位置は、必ずしも本実施形態の位置（穴２２ａのタンク中心側端部）に限られるものではない。
【００３５】
（輻射シールド）
輻射シールド６は、アルミニウム材、銅材などからなる冷却容器である。液体窒素タンク７に接続された液体窒素導入管１０および窒素ガス排出管１１は、超電導コイル２に対して所定の間隔をあけて、輻射シールド６を貫通させて配管されている。液体窒素導入管１０および窒素ガス排出管１１は、サポート部材１５により輻射シールド６に固定されている。サポート部材１５の材質としては、ステンレス材、アルミニウム材、銅材などが挙げられる。輻射シールド６内は真空状態とされる。
【００３６】
（真空容器）
真空容器５は、その内部を真空状態に保持され、超電導コイル２、液体窒素タンク７、輻射シールド６などへの侵入熱を抑制するための容器である。真空容器５の材質としては、アルミニウム材、ステンレス材などが挙げられる。真空容器５の外面は常温（３００Ｋ程度）にさらされる。
【００３７】
（冷凍機）
冷凍機３は、二段蓄冷式冷凍機であり、駆動部１２と、駆動部１２の下に配置されたシリンダ１３を有している。シリンダ１３は、上部の第１シリンダ１３ａと、下部の第２シリンダ１３ｂとを有している。第１シリンダ１３ａの下端部には第１冷却端部１４ａが設けられ、第２シリンダ１３ｂの下端部には第２冷却端部１４ｂが設けられている。第１冷却端部１４ａおよび第２冷却端部１４ｂは、いずれもフランジ状の形態を有している。第１冷却端部１４ａは、輻射シールド６に対してボルトなどの固定手段により取り付けられ、第２冷却端部１４ｂは、伝熱部材９に対してボルトなどの固定手段により取り付けられている。駆動部１２にはヘリウムガスが供給され、供給されたヘリウムガスは、第１シリンダ１３ａの下部および第２シリンダ１３ｂの下部に噴出する。冷凍機３は、第１冷却端部１４ａおよび第２冷却端部１４ｂを介して、輻射シールド６および超電導コイル２をそれぞれ約４０Ｋおよび約４Ｋに冷却するものである。冷凍機３は、超電導コイル２に対して、冷却促進部材８および伝熱部材９を介して熱的に接続されている。
【００３８】
（超電導コイルの初期冷却方法）
次に、超電導マグネット装置１の超電導コイル２の初期冷却方法について説明する。
【００３９】
（冷却工程）
冷凍機３および液体窒素タンク７を用いて超電導コイル２の冷却を開始する。冷凍機３に関しては、当該冷凍機３の運転を開始し、第２冷却端部１４ｂおよび伝熱部材９を介して超電導コイル２を冷却していく。液体窒素タンク７に関しては、当該液体窒素タンク７に接続された液体窒素導入管１０からタンク内へ液体窒素４０を導入することにより、伝熱部材９を介して超電導コイル２を冷却していく。ここで、液体窒素タンク７の下端部に取り付けられた温度センサ３１の検知温度が、７７Ｋ前後を保つように、液体窒素タンク７へ液体窒素４０を導入する。液体窒素タンク７内に液体窒素４０を確保するとともに、冷凍機３による液体窒素４０の過冷却（窒素の固体化する温度以下への冷却）を防止するためである。
【００４０】
液体窒素タンク７に導入された液体窒素４０は、液体窒素タンク７内の底部にて超電導コイル２に気化熱を奪われたのち窒素ガスとなり、そして液体窒素タンク７内の上部に配置された窒素ガス排出管１１の排出口１１ａから外部へ放出していく。ここで、液体窒素タンク７に所定量の液体窒素４０が溜まっているか否かは、液体窒素タンク７の下端部に取り付けられた温度センサ３１により下部フランジ２２の温度を測定することにより確認できる。また、液体窒素タンク７に取り付けられた液体窒素レベルセンサ３２によっても、液体窒素タンク７に所定量の液体窒素４０が溜まっているか否かを確認することができる。すなわち、温度センサ３１および液体窒素レベルセンサ３２により、液体窒素タンク７に液体窒素４０が溜まっているか否かを確実に確認することができる。これにより、超電導コイル２の冷却に常に供される液体窒素４０を液体窒素タンク７内に確保することができる。その結果、液体窒素４０の気化熱を効率よく利用しながら超電導コイル２を冷却することができ、室温から超電導転移温度までの超電導コイル２の冷却時間を短縮することが可能となる。なお、窒素ガス排出管１１は、超電導コイル２に対して所定の間隔をあけて配管されているので、気化熱を奪われた窒素ガスにより超電導コイル２が温められることは防止される。
【００４１】
また、液体窒素導入管１０の導入口１０ａが液体窒素タンク７内の底部に配置されているので、液体窒素タンク７への液体窒素４０の導入の際には、液体窒素４０を静かに液体窒素タンク７内へ導入することができ無駄な気化熱の発生を抑制できる。
【００４２】
温度センサ３１の検知温度が所定温度よりも高くなれば、液体窒素タンク７内に液体窒素４０を追加導入する。また、液体窒素タンク７内の液体窒素４０レベルが所定レベル以下になれば、液体窒素タンク７内に液体窒素４０を追加導入する構成としてもよい。また、液体窒素レベルセンサ３２を取り付けることにより、液体窒素タンク７への過剰量の液体窒素４０の導入を防止できる。
【００４３】
なお、液体窒素タンク７内の液体窒素４０の量を制御する制御装置（不図示）を設け、温度センサ３１および液体窒素レベルセンサ３２からの信号を、液体窒素タンク７内の液体窒素４０量の自動制御に用いてもよい。
【００４４】
（置換工程）
超電導コイル２の温度が、約７７Ｋに低下したら、液体窒素タンク７への液体窒素４０の導入を停止して当該液体窒素タンク７へヘリウムガスを供給することにより、液体窒素タンク７内をヘリウムガスに置換する。
【００４５】
ここでは、液体窒素タンク７に接続された窒素ガス排出管１１から当該液体窒素タンク７へヘリウムガスを供給して液体窒素導入管１０から窒素を排出することにより、窒素ガス排出管１１内、液体窒素タンク７内、および液体窒素導入管１０内をヘリウムガスに置換する。供給するヘリウムガスの温度は、常温である。液体窒素導入管１０や窒素ガス排出管１１の中が窒素で閉塞している場合があるので、一度、常温のヘリウムガスで温めて窒素を追い出すのである。このとき、超電導コイル２は７７Ｋあたりまで冷えているため、窒素を追い出す量のヘリウムガスによる温度上昇は超電導コイル２に顕著に現れない。
【００４６】
ここで、液体窒素導入管１０の導入口１０ａが液体窒素タンク７内の底部に配置されているので、窒素ガス排出管１１から液体窒素タンク７へヘリウムガスを供給することにより、液体窒素タンク７内の全ての液体窒素４０を容易にタンク外へ排出させることができる。
【００４７】
（真空引工程）
液体窒素タンク７内がヘリウムガスに置換されたら、液体窒素タンク７内のヘリウムガスを排出して、当該液体窒素タンク７内を真空状態にする。真空状態にすることで、対流による熱侵入を防止する。
【００４８】
ここでは、真空引用ポンプ（不図示）を液体窒素タンク７の液体窒素導入管１０に接続し、液体窒素導入管１０から、窒素ガス排出管１１内、液体窒素タンク７内、および液体窒素導入管１０内のヘリウムガスを当該真空引用ポンプで吸引排出して、窒素ガス排出管１１内、液体窒素タンク７内、および液体窒素導入管１０内を真空状態にする。
【００４９】
窒素ガス排出管１１内、液体窒素タンク７内、および液体窒素導入管１０内を真空状態にすることにより、断熱効果を得ることができ超電導コイル２が温められることをより防止することができる。なお、液体窒素タンク７の窒素ガス排出管１１から、窒素ガス排出管１１内、液体窒素タンク７内、および液体窒素導入管１０内のヘリウムガスを吸引排出してもよい。
【００５０】
真空引工程が終了することで超電導コイル２（超電導マグネット装置１）の初期冷却工程が完了し、そのあとは、冷凍機３により超電導コイル２を超電導転移温度まで冷却する。
【００５１】
なお、真空容器５内および輻射シールド６内も真空状態にされる。ここで、下部フランジ２２の側面に形成された穴２２ａには、前記したようにその端部に空気抜用穴２２ｂが設けられている。この空気抜用穴２２ｂにより、輻射シールド６内を真空状態にする際に、液体窒素タンク７の下部フランジ２２から温度センサ３１がはずれることを防止できる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
【００５３】
例えば、複数の液体窒素タンク７を、超電導コイル２の周囲に均等配置して、それぞれ超電導コイル２に対して熱的に接続させてもよい。これにより、液体窒素タンク、液体窒素導入管、および窒素ガス排出管の数量が増えるが、超電導コイル２全体を均等に冷却することができ、冷却効率の向上を図れる。
【符号の説明】
【００５４】
１：超電導マグネット装置
２：超電導コイル
３：冷凍機
５：真空容器
６：輻射シールド（冷却容器）
７：液体窒素タンク
１０：液体窒素導入管
１１：窒素ガス排出管
２２：下部フランジ
３１：温度センサ
３２：液体窒素レベルセンサ
【図１】
2011091212.tif 000003
【図２】
2011091212.tif 000004