(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導マグネット装置であって、
超電導コイルと、
前記超電導コイルを収容する輻射シールドと、
前記輻射シールドを収容する真空容器と、
前記真空容器に設けられた電極部材と、
前記電極部材と前記超電導コイルとを接続する導電部材と、を備え、
前記導電部材は、前記輻射シールド内に配置された酸化物リードを含み、
前記真空容器は、
前記酸化物リードの挿通を許容する形状を有する外開口を有する容器本体と、
前記外開口を塞ぐ形状を有するとともに前記容器本体に対して着脱自在に接続可能な外蓋と、を有し、
前記輻射シールドは、
前記酸化物リードの挿通を許容する形状を有する内開口を有するシールド本体と、
前記内開口を塞ぐ形状を有するとともに前記シールド本体に対して着脱自在に接続可能な内蓋と、を有し、
前記シールド本体は、前記超電導コイルを収容する内胴部と、前記内胴部よりも上側に位置して当該内胴部から上方に延びるように前記内胴部に接続された内筒部と、を有し、
前記容器本体は、前記内胴部を収容する外胴部と、前記外胴部よりも上側に位置して当該外胴部から上方に延びるように前記外胴部に接続され前記内筒部を取り囲む外筒部と、を有し、
前記外開口は前記外筒部に形成され、前記内開口は前記内筒部に形成され、
前記酸化物リードは、前記内筒部内に配置され、
前記内開口は、前記シールド本体のうち前記外開口と前記酸化物リードとを結ぶ方向について前記外開口の少なくとも一部と重なる領域に形成されている、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、
前記輻射シールド内に取り付けられており前記酸化物リードを固定するための固定台と、
前記固定台に対して着脱自在に接続可能でかつ前記酸化物リードを前記固定台に固定可能な固定具と、をさらに有し、
前記固定具は、前記外開口及び前記内開口を挿通可能な工具により操作される被操作部を有し、
前記固定台は、前記被操作部が前記外開口及び前記内開口の方を向く姿勢で前記固定具を固定可能である、超電導マグネット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導マグネット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導コイルを超電導状態で使用することによって高い磁場を生じさせる超電導マグネット装置が知られている。例えば、特許文献１には、超電導コイルと、超電導コイルを収容する輻射シールドと、輻射シールドを収容する真空容器と、真空容器に装着された電極ピンと、超電導コイルと電極ピンとを接続する導電部材（銅線等）と、真空容器に装着されており超電導コイルを冷却するための冷凍ユニットと、を備える超電導マグネット装置が開示されている。導電部材は、輻射シールド内に配置された酸化物リードを含んでいる。酸化物リードは、外部から超電導コイルへの熱の侵入を抑制しつつ電極ピンから超電導コイルに電気を通すことが可能な導体である。なお、酸化物リードは、導線を介して超電導コイル及び電極ピンに接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７４０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるような超電導マグネット装置では、酸化物リードの冷却が不十分になった状態で当該酸化物リードに電流が流れることなどに起因して、酸化物リードが焼損する懸念がある。この場合、酸化物リードの交換が必要になるが、この交換作業は非常に煩雑である。具体的に、酸化物リードを外部に露出させるためには、少なくとも、真空容器の切断、冷凍ユニットの取外し、及び、輻射シールドの取外しが必要となる。そして、酸化物リードの交換後、輻射シールドの再接続、冷凍ユニットの再組立、及び、真空容器の再接続等の作業が必要となる。このように、酸化物リードの交換作業は非常に煩雑であり、この作業を超電導マグネット装置の設置現場で行うことは非常に困難である。このため、上記の交換作業は、超電導マグネット装置の設置現場から工場（上記の交換作業を行うことが可能な施設）への当該装置の搬送後、その工場内で行われることになる。
【０００５】
つまり、酸化物リードが焼損した場合、超電導マグネット装置の設置現場から工場への搬送、工場内での酸化物リードの交換作業、及び、超電導マグネット装置の設置現場への再搬入が必要になるので、装置の停止期間が非常に長くなる。また、超電導マグネット装置の周囲に関連装置が設置されている場合、それらの装置の分解及び再設置も必要になるので、装置の停止期間がより長くなる。
【０００６】
本発明の目的は、酸化物リードを容易に取り換えることが可能な超電導マグネット装置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】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、超電導マグネット装置であって、超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する輻射シールドと、前記輻射シールドを収容する真空容器と、前記真空容器に設けられた電極部材と、前記電極部材と前記超電導コイルとを接続する導電部材と、を備え、前記導電部材は、前記輻射シールド内に配置された酸化物リードを含み、前記真空容器は、前記酸化物リードの挿通を許容する形状を有する外開口を有する容器本体と、前記外開口を塞ぐ形状を有するとともに前記容器本体に対して着脱自在に接続可能な外蓋と、を有し、前記輻射シールドは、前記酸化物リードの挿通を許容する形状を有する内開口を有するシールド本体と、前記内開口を塞ぐ形状を有するとともに前記シールド本体に対して着脱自在に接続可能な内蓋と、を有し、前記シールド本体は、前記超電導コイルを収容する内胴部と、前記内胴部よりも上側に位置して当該内胴部から上方に延びるように前記内胴部に接続された内筒部と、を有し、前記容器本体は、前記内胴部を収容する外胴部と、前記外胴部よりも上側に位置して当該外胴部から上方に延びるように前記外胴部に接続され前記内筒部を取り囲む外筒部と、を有し、前記外開口は前記外筒部に形成され、前記内開口は前記内筒部に形成され、前記酸化物リードは、前記内筒部内に配置され、前記内開口は、前記シールド本体のうち前記外開口と前記酸化物リードとを結ぶ方向について前記外開口の少なくとも一部と重なる領域に形成されている、超電導マグネット装置を提供する。
【０００８】
本超伝導マグネット装置では、容器本体が外開口を有しており、シールド本体のうち外開口と酸化物リードとを結ぶ方向について外開口の少なくとも一部と重なる領域に内開口が形成されているので、容器本体から外蓋を取り外した後、外開口を通じてシールド本体から内蓋を取外すことにより、外開口及び内開口を通じて真空容器外から酸化物リードへアクセスすることが可能となる。よって、酸化物リードの交換が容易になる。このため、この交換作業を超電導マグネット装置の設置現場で行うことが可能になるので、前記設置現場と工場との間での当該超電導マグネット装置の搬送や、真空容器及び輻射シールドの切断等の作業の省略が可能になる。したがって、装置の停止期間が大幅に短縮される。
【０００９】
この場合において、前記輻射シールド内に取り付けられており前記酸化物リードを固定するための固定台と、前記固定台に対して着脱自在に接続可能でかつ前記酸化物リードを前記固定台に固定可能な固定具と、をさらに有し、前記固定具は、前記外開口及び前記内開口を挿通可能な工具により操作される被操作部を有し、前記固定台は、前記被操作部が前記外開口及び前記内開口の方を向く姿勢で前記固定具を固定可能であることが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、外開口及び内開口を通じて被操作部の正面から工具で当該被操作部を操作することにより酸化物リードを交換することができる。よって、酸化物リードの交換が一層容易になる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、酸化物リードを容易に取り換えることが可能な超電導マグネット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の超電導マグネット装置の概略を示す断面図である。
【図２】図１に示す酸化物リードの近傍の拡大図である。
【図３】外蓋が取り付けられている状態における外蓋の側面図である。
【図４】外蓋が取外された状態を示す図である。
【図５】内蓋が取外されている途中の状態を示す図である。
【図６】内蓋が取外された状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態の超電導マグネット装置について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に示されるように、超電導マグネット装置は、超電導コイル１０と、ヘリウム槽１４と、輻射シールド２０と、真空容器３０と、電極部材４０と、導電部材５０と、冷凍ユニット８０と、を備えている。
【００１５】
超電導コイル１０は、超電導体（超電導物質）からなる線材を巻枠に巻回することにより得られるコイルである。
【００１６】
ヘリウム槽１４は、超電導コイル１０と液体ヘリウム１２とを収容する。ヘリウム槽１４は、ステンレスからなる。図１に示されるように、ヘリウム槽１４は、超電導コイル１０の中心軸が水平となる姿勢で超電導コイル１０を収容している。このヘリウム槽１４には、冷凍ユニット８０の一部を包囲する筒部１５が接続されている。ヘリウム槽１４で液体ヘリウム１２が蒸発することにより生じたヘリウムガスは、筒部１５内の冷凍ユニット８０で冷却されることにより凝縮する。これにより生じた液体ヘリウム１２は、ヘリウム槽１４に滴下する。
【００１７】
輻射シールド２０は、ヘリウム槽１４及び筒部１５を被覆する形状を有している。輻射シールド２０は、アルミニウムからなる。輻射シールド２０は、当該輻射シールド２０外からヘリウム槽１４への熱の侵入を抑制する。輻射シールド２０は、シールド本体２１と、内蓋２８と、を有している。
【００１８】
シールド本体２１は、ヘリウム槽１４を収容する内胴部２２と、内胴部２２に接続されており筒部１５を取り囲む内筒部２３と、を有する。
【００１９】
内筒部２３は、当該内筒部２３の軸方向が内胴部２２の軸方向と直交する姿勢で内胴部２２に接続されている。内筒部２３の上端部には、内上壁２４（図２を参照）が接続されている。内筒部２３は、当該内筒部２３をその厚さ方向に貫通する内開口２１ａを有している。内開口２１ａは、内筒部２３の上部に形成されている。
【００２０】
内蓋２８は、内開口２１ａを塞ぐ形状を有している。内蓋２８は、シールド本体２１の内筒部２３に対して着脱自在に接続可能である。具体的に、内蓋２８は、固定具７１により内筒部２３に対して着脱自在に接続されている。本実施形態では、固定具７１として、ねじが用いられている。内蓋２８は、固定具７１を取り外すことにより、内筒部２３に対して上下方向（内筒部２３の軸方向）にスライド可能である。
【００２１】
真空容器３０は、輻射シールド２０を被覆する形状を有している。真空容器３０内は真空に保たれる。これにより真空容器３０内への熱の侵入が抑制される。真空容器３０は、容器本体３１と、外蓋３８と、を有する。
【００２２】
容器本体３１は、ヘリウム槽１４及び内胴部２２を収容する外胴部３２と、外胴部３２に接続されており内筒部２３を取り囲む外筒部３３と、を有する。
【００２３】
外胴部３２は、円筒状の内周壁及び円筒状の外周壁を有しており、これら内周壁及び外周壁間の空間に超電導コイル１０、ヘリウム槽１４及び輻射シールド２０の内胴部２２を収容している。外胴部３２は、ステンレスからなる。
【００２４】
外筒部３３は、外胴部３２に接続されており冷凍ユニット８０の一部及び内筒部２３を包囲する。本実施形態では、外筒部３３は、円筒状に形成されている。この外筒部３３の上端部には、外上壁３４が接続されており、外上壁３４には、電極部材４０及び冷凍ユニット８０が接続されている。
【００２５】
外筒部３３は、当該外筒部３３をその厚さ方向に貫通する外開口３１ａを有している。図２に示されるように、外筒部３３の外側面には、外開口３１ａを取り囲む形状を有する連結筒３５が接続されている。連結筒３５は、当該連結筒３５の中心軸が外筒部３３の中心軸と直交する姿勢で外筒部３３に接続されている。本実施形態では、連結筒３５は、円筒状である。この連結筒３５の外端部には、連結筒３５の径方向の外向きに張り出す形状を有するフランジ３６が接続されている。図６に示されるように、側面視（連結筒３５の軸方向について真空容器３０外から真空容器３０内を見た状態）において、外開口３１ａと内開口２１ａとは互いに部分的に重なっている。より具体的には、外開口３１ａの上下方向の寸法は、内開口２１ａの上下方向の寸法よりも大きく、外開口３１ａの左右方向（図６の左右方向）の寸法は、内開口２１ａの左右方向の寸法よりも小さい。また、この外開口３１ａは、外筒部３３のうち前記側面視において当該外開口３１ａ内に内開口２１ａの一部、内蓋２８の一部及び固定具７１が収まる位置に形成されている。各開口２１ａ，３１ａは、両手が入る大きさに設定されている。
【００２６】
外蓋３８は、外開口３１ａを塞ぐ形状を有している。外蓋３８は、容器本体３１のフランジ３６に対して着脱自在に接続可能である。具体的に、外蓋３８は、固定具７２によりフランジ３６に対して着脱自在に接続されている。本実施形態では、固定具７２として、ボルトが用いられている。
【００２７】
冷凍ユニット８０は、真空容器３０（本実施形態では外上壁３５）に対して着脱自在に接続可能である。冷凍ユニット８０は、第１冷却ステージ８１と、第２冷却ステージ８２と、を有する。
【００２８】
第１冷却ステージ８１は、輻射シールド２０に接続される。第２冷却ステージ８２は、ヘリウム槽１４から上方に延びる筒部１５内に配置される。冷凍ユニット８０の駆動部８３が駆動されると、第１冷却ステージ８１の温度は、３０Ｋ〜６０Ｋとなり、第２冷却ステージ８２の温度は、４Ｋ程度となる。本実施形態では、駆動部８３が駆動されると、輻射シールド２０は、当該輻射シールド２０の温度が約４０Ｋ〜９０Ｋとなるまで冷却され、また、ヘリウム槽１４内の液体ヘリウム１２の気化により生じたヘリウムガスは、第２冷却ステージ８２に冷却されることによって凝縮する。
【００２９】
本実施形態では、容器本体３１には、別の外筒部３３Ａが接続されており、この別の外筒部３３Ａに取り付けられた上壁に別の冷凍ユニット８０Ａが取り付けられている。なお、この冷凍ユニット８０Ａの構造は、前記冷凍ユニット８０のそれとほぼ同じであるので、説明を省略する。
【００３０】
導電部材５０は、超電導コイル１０と電極部材４０とを接続する。具体的に、導電部材５０は、輻射シールド２０内に配置された低温側導体５２と、輻射シールド２０外に配置された高温側導体６０と、を有する。
【００３１】
低温側導体５２は、酸化物リード５４を含む。酸化物リード５４は、外部から超電導コイル１０への熱の侵入を抑制しつつ電極部材４０から超電導コイル１０に電気を通すことが可能な導体である。酸化物リード５４の一端は、輻射シールド２０内において第１冷却ステージ８１と同じ温度レベルの部材に接続される。本実施形態では、酸化物リード５４の一端は、内上壁２４の下面に固定された第１固定台７５に接続されている。酸化物リード５４の他端は、第１固定台７５の下方に配置された第２固定台７６に接続されている。酸化物リード５４は、各固定台７５，７６に対して着脱自在に接続可能な固定具７８により各固定台７５，７６に固定されている。固定具７８は、各開口２１ａ，３１ａを挿通可能な工具により操作される被操作部７９を有している。本実施形態では、固定具７８として、ねじが用いられている。なお、酸化物リード５４の一端は、高温側導体６０を介して電極部材４０に接続されており、酸化物リード５４の他端は、銅線５６を介して超電導コイル１０に接続されている。
【００３２】
図５及び図６に示されるように、酸化物リード５４及び固定具７８は、前記側面視において内開口２１ａ内に収まる位置に配置されている。換言すれば、内開口２１ａは、シールド本体２１の内筒部２３のうち外開口３１ａと酸化物リード５４とを結ぶ方向について外開口３１ａと重なる領域に形成されている。各固定台７５，７６は、固定具７８の被操作部（頭部）７９が内開口２１ａ及び外開口３１ａの方を向く姿勢（被操作部７９が内開口２１ａから外開口３１ａに向かう向きと平行となる姿勢）で固定具７８を固定可能である。また、各開口２１ａ，３１ａは、酸化物リード５４の挿通を許容する大きさに設定されている。
【００３３】
次に、酸化物リード５４の交換方法について説明する。
【００３４】
まず、フランジ３６に対して外蓋３８を固定している固定具７２を取外すことにより、外蓋３８を取外す。そうすると、図４に示されるように、外開口３１ａを通じて内蓋２８及び固定具７１が視認可能になり、また、作業者による外開口３１ａを通じた固定具７１へのアクセスも可能になる。
【００３５】
続いて、内筒部２３に対して内蓋２８を固定している固定具７１を工具で取外す。そして、図５及び図６に示されるように、内蓋２８を下方（図２及び図５の矢印の向き）にスライドさせる。これにより、外開口３１ａ及び内開口２１ａを通じて酸化物リード５４及び固定具７８が視認可能になり、また、作業者による外開口３１ａ及び内開口２１ａを通じた酸化物リード５４及び固定具７８へのアクセスも可能になる。
【００３６】
そして、各固定台７５，７６に対して酸化物リード５４を固定している固定具７８の被操作部７９を工具で操作する（回転させる）ことにより、各固定台７５，７６から酸化物リード５４を取外す。
【００３７】
その後の手順は、上記の工程と逆である。すなわち、外開口３１ａ及び内開口２１ａを通じて新しい酸化物リード５４を固定具７８で各固定台７５，７６に固定した後、内蓋２８を上向きにスライドさせて当該内蓋２８を固定具７１で内筒部２３に固定する。そして、固定具７２により外蓋３８をフランジ３６に固定する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、容器本体３１が外開口３１ａを有しており、シールド本体２１のうち外開口３１ａと酸化物リード５４とを結ぶ方向について外開口３１ａと重なる領域に内開口２１ａが形成されているので、容器本体３１から外蓋３８を取り外した後、外開口３１ａを通じてシールド本体２１から内蓋２８を取外すことにより、外開口３１ａ及び内開口２１ａを通じて作業者が真空容器３０外から酸化物リード５４へアクセスすることが可能となる。よって、酸化物リード５４の交換が容易になる。このため、この交換作業を超電導マグネット装置の設置現場で行うことが可能になるので、前記設置現場と工場との間での当該超電導マグネット装置の搬送や、真空容器３０及び輻射シールド２０の切断等の作業の省略が可能になる。したがって、装置の停止期間が大幅に短縮される。
【００３９】
また、各固定台７５，７６は、固定具７８の被操作部７９が外開口３１ａ及び内開口２１ａの方を向く姿勢で固定具７８を固定しているので、外開口３１ａ及び内開口２１ａを通じて被操作部７９の正面から工具で当該被操作部７９を操作することが可能となる。よって、容易に酸化物リード５４を交換することができる。
【００４０】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許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。
【００４１】
例えば、液体ヘリウム１２及びヘリウム槽１４は省略されてもよい。この場合、超電導コイル１０は、冷凍ユニット８０の第２冷却ステージ８２に接続されたプレートを介して冷凍ユニット８０に冷却される。
【００４２】
また、前記側面視における内開口２１ａの左右方向（図６の左右方向）の寸法は、外開口３１ａの左右方向の寸法よりも小さく設定されてもよい。
【００４３】
また、輻射シールド２０と真空容器３０との間に断熱層が設けられている場合、この断熱層のうち前記側面視において外開口３１ａ及び内開口２１ａと重なる部位を、開閉可能な構造にすることが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
１０    超電導コイル
１４    ヘリウム槽
２０    輻射シールド
２１    シールド本体
２１ａ  内開口
２２    内胴部
２３    内筒部
２８    内蓋
３０    真空容器
３１    容器本体
３１ａ  外開口
３２    外胴部
３３    外筒部
３８    外蓋
４０    電極部材
５０    導電部材
５２    低温側導体
５４    酸化物リード
５６    銅線
６０    高温側導体
７１    固定具
７２    固定具
７５    第１固定台
７６    第２固定台
７８    固定具
７９    被操作部
８０    冷凍ユニット
８１    第１冷却ステージ
８２    第２冷却ステージ
【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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【図６】
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