(57)【要約】【課題】超伝導物質のマイスナー効果を利用した新規な技術を提供する。【解決手段】ヨーク部材１１で囲まれることによって形成された空間領域Ｓ内の略中心に、点状の超伝導部材１３を配置する。次いで、コイル１２に所定の電流を流すことによってヨーク部材１１内に周回磁場Ｂ０を形成する。次いで、超伝導部材１３を所定温度まで冷却して超伝導特性を発現させ、超伝導部材１３のマイスナー効果に起因した完全反磁性によって、互いに打ち消し合っていた超伝導部材１３の両側に位置する磁場を分離し、超伝導部材１３の両側において互いに逆向きの対向磁場Ｂ１が生成されるようになる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回構造のヨーク部材内を準備する工程と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空間領域内に超伝導部材を配置する工程と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成する工程と、
前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させ、前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成する工程と、
を具えることを特徴とする、磁場形成方法。
【請求項２】
前記超伝導部材は板状を呈することを特徴とする、請求項１に記載の磁場形成方法。
【請求項３】
前記超伝導部材は、その主面が前記ヨーク部材の内周面における接線方向と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項２に記載の磁場形成方法。
【請求項４】
前記ヨーク部材は矩形状の閉周回構造を呈し、前記超伝導部材は、前記主面が前記ヨーク部材の内周面と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項３に記載の磁場形成方法。
【請求項５】
前記ヨーク部材で形成される前記空間領域の少なくとも一部は真空に保持することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項６】
前記磁場は、前記超伝導部材の両側において形成された対向磁場であることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項７】
前記超伝導部材は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項８】
前記超伝導部材の厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項９】
前記磁場の大きさが０．２Ｔ以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項１０】
周回構造のヨーク部材と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成するための磁場生成手段と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空海領域内に配置された超伝導部材と、
前記超伝導部材を所定温度まで冷却し、前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させて前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成するための冷却手段と、
を具えることを特徴とする、磁場形成装置。
【請求項１１】
前記超伝導部材は板状を呈することを特徴とする、請求項１０に記載の磁場形成装置。
【請求項１２】
前記超伝導部材は、その主面が前記ヨーク部材の内周面における接線方向と略平行となるように配置したことを特徴とする、請求項１１に記載の磁場形成装置。
【請求項１３】
前記ヨーク部材は矩形状の閉周回構造を呈し、前記超伝導部材は、前記主面が前記ヨーク部材の内周面と略平行となるように配置したことを特徴とする、請求項１２に記載の磁場形成装置。
【請求項１４】
前記ヨーク部材で形成される前記空間領域の少なくとも一部を真空に保持するための真空保持手段を具えることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１５】
前記磁場は、前記超伝導部材の両側において形成された対向磁場であることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１６】
前記超伝導部材は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１７】
前記超伝導部材の厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１８】
前記磁場の大きさが０．２Ｔ以上であることを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれか一に記載の磁場形成装置を具えることを特徴とする、セプタム磁石。
【請求項２０】
周回構造のセプタム導体を準備する工程と、
前記セプタム導体で囲まれることによって形成される空間領域内に板状の超伝導部材を配置する工程と、
前記セプタム導体内の周方向において、周回磁場を形成する工程と、
前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させ、前記超伝導部材の両側において対向磁場を形成する工程と、
前記セプタム導体で形成される前記空間領域内に、前記セプタム導体の長手方向に沿ってビームを導入し、前記対向磁場によって偏向させる工程と、
を具えることを特徴とする、ビーム偏向方法。
【請求項２１】
前記超伝導部材は、その主面が前記セプタム導体の内周面における接線方向と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項２０に記載のビーム偏向方法。
【請求項２２】
前記セプタム導体は矩形状の閉周回構造を呈し、前記超伝導部材は、前記主面が前記セプタム導体の内周面と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項２１に記載のビーム偏向方法。
【請求項２３】
前記ヨーク部材で形成される前記空間領域の、前記ビームの通過領域を真空に保持することを特徴とする、請求項２０〜２２のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項２４】
前記超伝導部材は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項２５】
前記超伝導部材の厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項２０〜２４のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項２６】
前記磁場の大きさが０．２Ｔ以上であることを特徴とする、請求項２０〜２５のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項２７】
周回構造のセプタム導体を準備する工程と、
前記セプタム導体で囲まれることによって形成される空間領域内に板状の超伝導部材を複数配置する工程と、
前記セプタム導体内の周方向において、周回磁場を形成する工程と、
前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させ、前記超伝導部材の両側において対向磁場を形成する工程と、
前記セプタム導体で形成される前記空間領域内に、前記セプタム導体の長手方向に沿って周回軌道上の複数のビームを導入し、前記対向磁場によって前記複数のビームを偏向させ、前記複数のビームの少なくとも一部を外部に取り出すとともに、前記複数のビームの残部を前記周回軌道上に復帰させる工程と、
を具えることを特徴とする、ビーム偏向方法。
【請求項２８】
前記超伝導部材は、その主面が前記セプタム導体の内周面における接線方向と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項２７に記載のビーム偏向方法。
【請求項２９】
前記セプタム導体は矩形状の閉周回構造を呈し、前記超伝導部材は、前記主面が前記セプタム導体の内周面と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項２８に記載のビーム偏向方法。
【請求項３０】
前記ヨーク部材で形成される前記空間領域の、前記ビームの通過領域を真空に保持することを特徴とする、請求項２７〜２９のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項３１】
前記複数の超伝導部材は、前記セプタム導体で形成される前記空間領域において、前記セプタム導体の長手方向において順次に配置された第１の超伝導部材、第２の超伝導部材及び第３の超伝導部材から構成し、
前記第１の超伝導部材の長さ及び前記第３の超伝導部材の長さの合計と、前記第２の超伝導部材の長さとを等するとともに、
前記第１の超伝導部材及び前記第３の超伝導部材を同一平面内に配置し、前記第２の超伝導部材を前記第１の超伝導部材及び前記第３の超伝導部材と、互いの主面が略平行となるように離隔して配置することを特徴とする、請求項２７〜３０のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項３２】
前記複数のビームの、外部に取り出すべく前記少なくとも一部は、前記第２の超伝導部材の、前記第１の超伝導部材及び前記第３の超伝導部材と相対する外方側に導入することを特徴とする、請求項３１に記載のビーム偏向方法。
【請求項３３】
前記複数のビームの、前記周回軌道上に復帰させる前記残部は、前記第１の超伝導部材及び前記第３の超伝導部材と、前記第２の超伝導部材とで形成される間隙内に導入することを特徴とする、請求項３１又は３２に記載のビーム偏向方法。
【請求項３４】
前記超伝導部材は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項２７〜３３のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項３５】
前記超伝導部材の厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項２７〜３４のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項３６】
前記磁場の大きさが０．２Ｔ以上であることを特徴とする、請求項２７〜３５のいずれか一に記載のビーム偏向方法。
【請求項３７】
周回構造のセプタム導体と、
前記セプタム導体内の周方向において、周回磁場を形成するための磁場生成手段と、
前記セプタム導体で囲まれることによって形成される空間領域内に配置された板状の超伝導部材と、
前記超伝導部材を所定温度まで冷却し、前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させて前記超伝導部材の両側において対向磁場を形成するための冷却手段と、
を具えることを特徴とする、ビーム偏向装置。
【請求項３８】
前記超伝導部材は、その主面が前記セプタム導体の内周面における接線方向と略平行となるように配置したことを特徴とする、請求項３７に記載のビーム偏向装置。
【請求項３９】
前記セプタム導体は矩形状の閉周回構造を呈し、前記超伝導部材は、前記主面が前記セプタム導体の内周面と略平行となるように配置したことを特徴とする、請求項３８に記載のビーム偏向装置。
【請求項４０】
前記ヨーク部材で形成される前記空間領域の、前記ビームの通過領域を真空に保持するための真空保持手段を具えることを特徴とする、請求項３７〜３９のいずれか一に記載のビーム偏向装置。
【請求項４１】
前記超伝導部材は、前記セプタム導体で形成される前記空間領域において、前記セプタム導体の長手方向において順次に配置された第１の超伝導部材、第２の超伝導部材及び第３の超伝導部材から構成され、
前記第１の超伝導部材の長さ及び前記第３の超伝導部材の長さの合計と、前記第２の超伝導部材の長さとが等しく、
前記第１の超伝導部材及び前記第３の超伝導部材を同一平面内に配置し、前記第２の超伝導部材を前記第１の超伝導部材及び前記第３の超伝導部材と、互いの主面が略平行となるように離隔して配置したことを特徴とする、請求項３７〜４０のいずれか一に記載のビーム偏向装置。
【請求項４２】
前記超伝導部材は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項３７〜４１のいずれか一に記載のビーム偏向装置。
【請求項４３】
前記超伝導部材の厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項３７〜４２のいずれか一に記載のビーム偏向装置。
【請求項４４】
前記磁場の大きさが０．２Ｔ以上であることを特徴とする、請求項３７〜４３のいずれか一に記載のビーム偏向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場形成方法、磁場形成装置、ビーム偏向方法、及びビーム偏向装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導特性が見出されて以来、その特性を利用した種々の製品が開発され、さらに実用的な見地から、より高温で超伝導特性を発現させるべく、新規な超伝導物質の研究開発が盛んに行われている。一方で、超伝導特性の総てが有効に利用されているものではなく、特にマイスナー効果については、ほとんど利用されていないのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、超伝導物質のマイスナー効果を利用した新規な技術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】
【０００４】
本発明は、
周回構造のヨーク部材内を準備する工程と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空間領域内に超伝導部材を配置する工程と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成する工程と、
前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させ、前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成する工程と、
を具えることを特徴とする、磁場形成方法に関する。
【０００５】
また、本発明は、
周回構造のヨーク部材と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成するための磁場生成手段と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空海領域内に配置された超伝導部材と、
前記超伝導部材を所定温度まで冷却し、前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させて前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成するための冷却手段と、
を具えることを特徴とする、磁場形成装置に関する。
【０００６】
本発明によれば、内部に周回磁場が形成された周回構造のヨーク部材を準備し、このヨーク部材で形成された空間領域内に超伝導部材を配置し、そのマイスナー効果を発現することによって、前記空間領域内に磁場を生成できるようになる。すなわち、本発明によれば、超伝導物質が有するマイスナー効果を利用した磁場生成が可能となる。
【０００７】
さらに、本発明は、
周回構造のセプタム導体を準備する工程と、
前記セプタム導体で囲まれることによって形成される空間領域内に板状の超伝導部材を配置する工程と、
前記セプタム導体内の周方向において、周回磁場を形成する工程と、
前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させ、前記超伝導部材の両側において対向磁場を形成する工程と、
前記セプタム導体で形成される前記空間領域内に、前記セプタム導体の長手方向に沿ってビームを導入し、前記対向磁場によって偏向させる工程と、
を具えることを特徴とする、ビーム偏向方法に関する。
【０００８】
また、本発明は、
周回構造のセプタム導体と、
前記セプタム導体内の周方向において、周回磁場を形成するための磁場生成手段と、
前記セプタム導体で囲まれることによって形成される空間領域内に配置された板状の超伝導部材と、
前記超伝導部材を所定温度まで冷却し、前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させて前記超伝導部材の両側において対向磁場を形成するための冷却手段と、
を具えることを特徴とする、ビーム偏向装置に関する。
【０００９】
本発明によれば、周方向に周回磁場が形成された周回構造のセプタム導体を準備し、このセプタム導体で形成された空間領域内に板状の超伝導部材を配置し、そのマイスナー効果を発現することによって、前記空間領域内において、前記超伝導部材の両側において、互いに向きの異なる対向磁場を生成できるようになる。そして、前記セプタム導体の長手方向にビームを導入することによって、前記対向磁場を利用し、前記ビームを偏向することができるようになる。すなわち、本発明によれば、超伝導物質が有するマイスナー効果を利用した磁場生成によるビーム偏向が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、マイスナー効果を利用した磁場発生方法及び磁場発生装置、並びにビーム偏向方法及びビーム偏向装置を提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１及び図２は、本発明の磁場生成方法及び装置の一例を説明するための図である。最初に、図１に示すように、鉄芯などからなる矩形状の閉周回構造を呈するヨーク部材１１を準備し、このヨーク部材１１の周回方向と垂直な外周上にコイル１２を巻回する。次いで、ヨーク部材１１で囲まれることによって形成された空間領域Ｓ内の略中心に、点状の超伝導部材１３を配置する。さらに、コイル１２に所定の電流を流すことによって磁場Ｂ０を生成する。この磁場Ｂ０は、空間領域Ｓ内では互いに打ち消し合って消滅する結果、ヨーク部材１１に吸収されて周回磁場となる。
【００１３】
次いで、超伝導部材１３に対して図示しない冷却チューブなどの冷却手段を接続し、超伝導部材１３を所定温度まで冷却して超伝導特性を発現させる。すると、図２に示すように、超伝導部材１３のマイスナー効果に起因した完全反磁性によって、超伝導部材１３はわずかな磁場の侵入も許容しなくなり、互いに打ち消し合っていた超伝導部材１３の両側に位置する磁場を分離し、超伝導部材１３の両側において互いに逆向きの対向磁場Ｂ１が生成されるようになる。
【００１４】
このとき、ヨーク部材１１内に吸収されていた周回磁場Ｂ０の一部が空間領域Ｓ内に次々と引き込まれて行くようになる。したがって、対向磁場Ｂ１は十分に高い強度を有するようになり、種々の用途に供することができるようになる。
【００１５】
例えば、超伝導部材１３を以下に示すような好ましい材料から構成し、その形状及び大きさなどを適宜に制御することにより、０．２Ｔ以上の大きさの対向磁場Ｂ１を生成することができる。なお、現状得られる対向磁場Ｂ１の上限値は２Ｔ程度である。
【００１６】
このように本発明によれば、超伝導部材１３のマイスナー効果を利用することによって、実用に供することができる対向磁場Ｂ１を生成することができる。
【００１７】
図３は、本発明の磁場生成方法及び装置の他の例を説明するための図である。本例においては、図１及び図２に示す例と比較し、点状の超伝導部材１３の代わりに板状の超伝導部材１４を設けている点で異なり、その他の点については上記例と同様である。超伝導部材１４は、ヨーク部材１１で形成される空間領域Ｓ内の略中心において、その主面がヨーク部材１１の内周面と略平行となるように設ける。
【００１８】
本例においても、ヨーク部材１１内に周回磁場Ｂ０を形成した状態で、超伝導部材１４に対して図示しない冷却チューブなどの冷却手段を接続し、超伝導部材１４を所定温度まで冷却して超伝導特性を発現させる。すると、図３に示すように、超伝導部材１４のマイスナー効果に起因した完全反磁性によって、超伝導部材１４はわずかな磁場の侵入も許容しなくなり、互いに打ち消し合っていた超伝導部材１４の両側に位置する磁場を分離し、超伝導部材１４の両側において互いに逆向きの対向磁場Ｂ２が生成されるようになる。
【００１９】
この場合も、ヨーク部材１１内に吸収されていた周回磁場Ｂ０の一部が空間領域Ｓ内に次々と引き込まれて行くようになる。したがって、対向磁場Ｂ２は十分に高い強度を有するようになり、種々の用途に供することができるようになる。
【００２０】
例えば、超伝導部材１４を以下に示すような好ましい材料から構成し、その形状及び大きさなどを適宜に制御することにより、０．２Ｔ以上の大きさの対向磁場Ｂ１を生成することができる。なお、現状得られる対向磁場Ｂ１の上限値は２Ｔ程度である。
【００２１】
このように本発明によれば、超伝導部材１４のマイスナー効果を利用することによって、実用に供することができる対向磁場Ｂ１を生成することができる。
【００２２】
なお、図１及び図２と図３との比較から明らかなように、超伝導部材の形状を板状とし、その主面がヨーク部材の内周面と略平行となるように配置することによって、より安定した対向磁場を形成できることが分かる。
【００２３】
また、図３に示す例においては、矩形状の閉周回構造のヨーク部材を用いているが、リング形状の閉周回構造のヨーク部材を用いることもできる。この場合は、前記ヨーク部材の内周面における接線方向と略平行となるようにして前記超伝導部材を配置する。
【００２４】
上記いずれの例においても、ヨーク部材１１で形成される空間領域Ｓの少なくとも一部は真空に保持することが好ましい。これによって、対向磁場Ｂ１及びＢ２をより安定して生成できるとともに、前記真空空間を利用したビーム偏向などの種々の用途に供することのできるようになる。
【００２５】
超伝導部材１３及び１４は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種から構成することができる。また、超伝導部材１３及び１４の厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。この場合、上述した高強度の対対向磁場を比較的簡易に形成することができる。
【００２６】
なお、超伝導部材１３及び１４の、空間領域Ｓにおける配置位置を適宜制御することによって、対向磁場以外の任意の分布を有する磁場を生成することができる。
【００２７】
図４は、図３に示す磁場生成方法及び装置の変形例を示す図である。なお、図４に示す例においては、ヨーク部材１１が連続した周回構造を構成することなく、その略中心部に一対の間隙１６を有しており、超伝導部材１４は間隙１６内を貫通するようにして設けられている。このような場合においても、図４に示す装置に対し図３に関する例で説明したような操作を施すことにより、同様の対向磁場Ｂ２を形成することができるようになる。なお、間隙１６の大きさは、対向磁場Ｂ２が生成できる範囲において適宜に設定する。
【００２８】
図５及び図６は、本発明のビーム偏向方法及び装置の一例を示す構成図である。図５はビーム偏向装置２０の正面図であり、図６は、図５に示すビーム偏向装置２０の、長手方向における断面図である。
【００２９】
図５及び図６に示すビーム偏向装置２０においては、コイル２２が巻回された矩形状の閉周回構造のセプタム導体２１と、セプタム導体２１の内部に設けられたビームチューブ２７と、ビームチューブ２７の内部に設けられ、それぞれの主面がセプタム導体２１の内周面と略平行となるようにして配置された第１の超伝導部材２３、第２の超伝導部材２４及び第３の超伝導部材２５とを具えている。
【００３０】
第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５は同一平面内に設けられており、第２の超伝導部材２４は、第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５から、互いの主面が略平行となるように離隔して配置されている。また、第１の超伝導部材２３の長さ及び第３の超伝導部材２５の長さの合計と、第２の超伝導部材２４の長さとは互いに等しく設定されている。また、ビームチューブ２７の内部空間、従ってセプタム導体２１の内部空間Ｔ内は、真空に保持されている。
【００３１】
コイル２２に対して所定の電流を流すと、当初はセプタム導体２１内を周回する周回磁場が形成されるが、第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５までを図示しない冷却チューブなどの冷却手段で所定温度まで冷却し、それらの部材に超伝導特性を出現させるようにする。すると、第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５のマイスナー効果に起因した完全反磁性により、各超伝導部材の両側には互いに逆向きの対向磁場Ｂ３〜Ｂ５が生成される。
【００３２】
したがって、周回軌道上にあるビームＰ１及びＰ２をビーム偏向装置２０のセプタム導体２７内に導入すると、これらのビームは対向磁場Ｂ３によって右方へ偏向される。次いで、ビームＰ２は第２の超伝導部材２４の、第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２４と相対する外方側に導入し、同方向の対向磁場Ｂ４によって再び右方へ偏向される。その結果、ビームＰ２は前記周回軌道から離隔し、外部へ取り出されるようになる。
【００３３】
一方、ビームＰ１は第１の超伝導部材２３で右方へ偏向された後、第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５と第２の超伝導部材２４との間隙に導入される。その結果、逆方向の対向磁場Ｂ４によって左方へ偏向される。その後、第３の超伝導部材２５の外方に導かれることによって、再び右方へ偏向される。
【００３４】
このように、ビームＰ１は第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５で右方へ偏向され、第２の超伝導部材２４で左方へ偏向される。また、上述したように、第１の超伝導部材２３の長さ及び第３の超伝導部材２５の長さの合計と、第２の超伝導部材２４の長さとは互いに等しく設定されているので、前記右方への偏向度合いと前記左方への偏向度合いとは等しくなる。その結果、ビームＰ１については、超伝導部材２３〜２５による偏向が相殺され、ビーム偏向装置２０内を通過して後、前記周回軌道上に復帰することになる。この結果、ビーム偏向装置２０によれば、ビームＰ２のみを外部に取り出すことができるようになる。
【００３５】
本例においては、図５及び図６に示すように、矩形状の閉周回構造のセプタム導体２１を用いたが、リング状の閉周回構造のセプタム導体２１を用いることもできる。この場合は、セプタム導体２１の内周面の接線方向と略平行となるように第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５を配置する。
【００３６】
第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種から構成することができる。また、第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５の厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。この場合、対向磁場Ｂ３〜Ｂ５の大きさを０．２Ｔ以上まで比較的簡易に上昇させることができる。
【００３７】
なお、上記具体例においては、セプタム導体２１内に３つの超伝導部材を配置し、これらの超伝導部材から生成した対向磁場を利用して、所定のビームのみを外部に取出し、その他のビームについては周回軌道上に復帰させるようにしている。しかしながら、このような作用効果を奏するために要する超伝導部材の数は３つに限定されるものではなく、任意の数の超伝導部材を用いることもできる。
【００３８】
また、単一あるいは任意の数の超伝導部材を用い、ビームの一部を周回軌道上に復帰させることなく、総てを外部に取り出すようにすることもできる。
【００３９】
さらに上記例においては閉周回構造のセプタム導体２１を用いているが、図４に示すような、略中心部に間隙を設けたようなセプタム導体を用いることもできる。この場合、前記間隙の大きさは、ビーム偏向が可能な程度に十分大きな対向磁場が生成できるように設定する。
【００４０】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の磁場生成方法及び装置の一例を説明するための図である。
【図２】同じく、本発明の磁場生成方法及び装置の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の磁場生成方法及び装置の他の例を説明するための図である。
【図４】図３に示す磁場生成方法及び装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明のビーム偏向方法及び装置の一例を示す構成図である。
【図６】同じく、本発明のビーム偏向方法及び装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  ヨーク部材
１２  コイル
１３  点状の超伝導部材
１４  板状の超伝導部材
１６  間隙
２０  ビーム偏向装置
２１  セプタム導体
２２  コイル
２３  第１の超伝導部材
２４  第２の超伝導部材
２５  第３の超伝導部材
２７  ビームチューブ
Ｓ    ヨーク部材で形成された空間領域
Ｔ    セプタム導体で形成された空間領域
Ｂ０  周回磁場
Ｂ１〜Ｂ５  対向磁場
【図１】
2005158437.tif 000003
【図２】
2005158437.tif 000004
【図３】
2005158437.tif 000005
【図４】
2005158437.tif 000006
【図５】
2005158437.tif 000007
【図６】
2005158437.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月12日(2003.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回構造のヨーク部材内を準備する工程と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空間領域内に超伝導部材を配置する工程と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成する工程と、
前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させ、前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成する工程と、
を具えることを特徴とする、磁場形成方法。
【請求項２】
前記超伝導部材は板状を呈することを特徴とする、請求項１に記載の磁場形成方法。
【請求項３】
前記超伝導部材は、その主面が前記ヨーク部材の内周面における接線方向と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項２に記載の磁場形成方法。
【請求項４】
前記ヨーク部材は矩形状の閉周回構造を呈し、前記超伝導部材は、前記主面が前記ヨーク部材の内周面と略平行となるように配置することを特徴とする、請求項３に記載の磁場形成方法。
【請求項５】
前記ヨーク部材で形成される前記空間領域の少なくとも一部は真空に保持することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項６】
前記磁場は、前記超伝導部材の両側において形成された対向磁場であることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項７】
前記超伝導部材は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項８】
前記超伝導部材の厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項９】
前記磁場の大きさが０．２Ｔ以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の磁場形成方法。
【請求項１０】
周回構造のヨーク部材と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成するための磁場生成手段と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空海領域内に配置された超伝導部材と、
前記超伝導部材を所定温度まで冷却し、前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させて前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成するための冷却手段と、
を具えることを特徴とする、磁場形成装置。
【請求項１１】
前記超伝導部材は板状を呈することを特徴とする、請求項１０に記載の磁場形成装置。
【請求項１２】
前記超伝導部材は、その主面が前記ヨーク部材の内周面における接線方向と略平行となるように配置したことを特徴とする、請求項１１に記載の磁場形成装置。
【請求項１３】
前記ヨーク部材は矩形状の閉周回構造を呈し、前記超伝導部材は、前記主面が前記ヨーク部材の内周面と略平行となるように配置したことを特徴とする、請求項１２に記載の磁場形成装置。
【請求項１４】
前記ヨーク部材で形成される前記空間領域の少なくとも一部を真空に保持するための真空保持手段を具えることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１５】
前記磁場は、前記超伝導部材の両側において形成された対向磁場であることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１６】
前記超伝導部材は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１７】
前記超伝導部材の厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１８】
前記磁場の大きさが０．２Ｔ以上であることを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか一に記載の磁場形成装置。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれか一に記載の磁場形成装置を具えることを特徴とする、セプタム磁石。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場形成方法、及び磁場形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導特性が見出されて以来、その特性を利用した種々の製品が開発され、さらに実用的な見地から、より高温で超伝導特性を発現させるべく、新規な超伝導物質の研究開発が盛んに行われている。一方で、超伝導特性の総てが有効に利用されているものではなく、特にマイスナー効果については、ほとんど利用されていないのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、超伝導物質のマイスナー効果を利用した新規な技術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】
【０００４】
本発明は、
周回構造のヨーク部材内を準備する工程と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空間領域内に超伝導部材を配置する工程と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成する工程と、
前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させ、前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成する工程と、
を具えることを特徴とする、磁場形成方法に関する。
【０００５】
また、本発明は、
周回構造のヨーク部材と、
前記ヨーク部材内に周回磁場を形成するための磁場生成手段と、
前記ヨーク部材で囲まれることによって形成される空海領域内に配置された超伝導部材と、
前記超伝導部材を所定温度まで冷却し、前記超伝導部材内にマイスナー効果を発現させて前記ヨーク部材の前記空間領域内に所定の磁場を生成するための冷却手段と、
を具えることを特徴とする、磁場形成装置に関する。
【０００６】
本発明によれば、内部に周回磁場が形成された周回構造のヨーク部材を準備し、このヨーク部材で形成された空間領域内に超伝導部材を配置し、そのマイスナー効果を発現することによって、前記空間領域内に磁場を生成できるようになる。すなわち、本発明によれば、超伝導物質が有するマイスナー効果を利用した磁場生成が可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、本発明によれば、マイスナー効果を利用した磁場発生方法及び磁場発生装置を提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１及び図２は、本発明の磁場生成方法及び装置の一例を説明するための図である。最初に、図１に示すように、鉄芯などからなる矩形状の閉周回構造を呈するヨーク部材１１を準備し、このヨーク部材１１の周回方向と垂直な外周上にコイル１２を巻回する。次いで、ヨーク部材１１で囲まれることによって形成された空間領域Ｓ内の略中心に、点状の超伝導部材１３を配置する。さらに、コイル１２に所定の電流を流すことによって磁場Ｂ０を生成する。この磁場Ｂ０は、空間領域Ｓ内では互いに打ち消し合って消滅する結果、ヨーク部材１１に吸収されて周回磁場となる。
【００１０】
次いで、超伝導部材１３に対して図示しない冷却チューブなどの冷却手段を接続し、超伝導部材１３を所定温度まで冷却して超伝導特性を発現させる。すると、図２に示すように、超伝導部材１３のマイスナー効果に起因した完全反磁性によって、超伝導部材１３はわずかな磁場の侵入も許容しなくなり、互いに打ち消し合っていた超伝導部材１３の両側に位置する磁場を分離し、超伝導部材１３の両側において互いに逆向きの対向磁場Ｂ１が生成されるようになる。
【００１１】
このとき、ヨーク部材１１内に吸収されていた周回磁場Ｂ０の一部が空間領域Ｓ内に次々と引き込まれて行くようになる。したがって、対向磁場Ｂ１は十分に高い強度を有するようになり、種々の用途に供することができるようになる。
【００１２】
例えば、超伝導部材１３を以下に示すような好ましい材料から構成し、その形状及び大きさなどを適宜に制御することにより、０．２Ｔ以上の大きさの対向磁場Ｂ１を生成することができる。なお、現状得られる対向磁場Ｂ１の上限値は２Ｔ程度である。
【００１３】
このように本発明によれば、超伝導部材１３のマイスナー効果を利用することによって、実用に供することができる対向磁場Ｂ１を生成することができる。
【００１４】
図３は、本発明の磁場生成方法及び装置の他の例を説明するための図である。本例においては、図１及び図２に示す例と比較し、点状の超伝導部材１３の代わりに板状の超伝導部材１４を設けている点で異なり、その他の点については上記例と同様である。超伝導部材１４は、ヨーク部材１１で形成される空間領域Ｓ内の略中心において、その主面がヨーク部材１１の内周面と略平行となるように設ける。
【００１５】
本例においても、ヨーク部材１１内に周回磁場Ｂ０を形成した状態で、超伝導部材１４に対して図示しない冷却チューブなどの冷却手段を接続し、超伝導部材１４を所定温度まで冷却して超伝導特性を発現させる。すると、図３に示すように、超伝導部材１４のマイスナー効果に起因した完全反磁性によって、超伝導部材１４はわずかな磁場の侵入も許容しなくなり、互いに打ち消し合っていた超伝導部材１４の両側に位置する磁場を分離し、超伝導部材１４の両側において互いに逆向きの対向磁場Ｂ２が生成されるようになる。
【００１６】
この場合も、ヨーク部材１１内に吸収されていた周回磁場Ｂ０の一部が空間領域Ｓ内に次々と引き込まれて行くようになる。したがって、対向磁場Ｂ２は十分に高い強度を有するようになり、種々の用途に供することができるようになる。
【００１７】
例えば、超伝導部材１４を以下に示すような好ましい材料から構成し、その形状及び大きさなどを適宜に制御することにより、０．２Ｔ以上の大きさの対向磁場Ｂ１を生成することができる。なお、現状得られる対向磁場Ｂ１の上限値は２Ｔ程度である。
【００１８】
このように本発明によれば、超伝導部材１４のマイスナー効果を利用することによって、実用に供することができる対向磁場Ｂ１を生成することができる。
【００１９】
なお、図１及び図２と図３との比較から明らかなように、超伝導部材の形状を板状とし、その主面がヨーク部材の内周面と略平行となるように配置することによって、より安定した対向磁場を形成できることが分かる。
【００２０】
また、図３に示す例においては、矩形状の閉周回構造のヨーク部材を用いているが、リング形状の閉周回構造のヨーク部材を用いることもできる。この場合は、前記ヨーク部材の内周面における接線方向と略平行となるようにして前記超伝導部材を配置する。
【００２１】
上記いずれの例においても、ヨーク部材１１で形成される空間領域Ｓの少なくとも一部は真空に保持することが好ましい。これによって、対向磁場Ｂ１及びＢ２をより安定して生成できるとともに、前記真空空間を利用したビーム偏向などの種々の用途に供することのできるようになる。
【００２２】
超伝導部材１３及び１４は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種から構成することができる。また、超伝導部材１３及び１４の厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。この場合、上述した高強度の対対向磁場を比較的簡易に形成することができる。
【００２３】
なお、超伝導部材１３及び１４の、空間領域Ｓにおける配置位置を適宜制御することによって、対向磁場以外の任意の分布を有する磁場を生成することができる。
【００２４】
図４は、図３に示す磁場生成方法及び装置の変形例を示す図である。なお、図４に示す例においては、ヨーク部材１１が連続した周回構造を構成することなく、その略中心部に一対の間隙１６を有しており、超伝導部材１４は間隙１６内を貫通するようにして設けられている。このような場合においても、図４に示す装置に対し図３に関する例で説明したような操作を施すことにより、同様の対向磁場Ｂ２を形成することができるようになる。なお、間隙１６の大きさは、対向磁場Ｂ２が生成できる範囲において適宜に設定する。
【００２５】
図５及び図６は、上述したビーム偏向方法及び装置の応用例であるビーム偏向方法及び装置を示す構成図である。図５はビーム偏向装置２０の正面図であり、図６は、図５に示すビーム偏向装置２０の、長手方向における断面図である。
【００２６】
図５及び図６に示すビーム偏向装置２０においては、コイル２２が巻回された矩形状の閉周回構造のセプタム導体２１と、セプタム導体２１の内部に設けられたビームチューブ２７と、ビームチューブ２７の内部に設けられ、それぞれの主面がセプタム導体２１の内周面と略平行となるようにして配置された第１の超伝導部材２３、第２の超伝導部材２４及び第３の超伝導部材２５とを具えている。
【００２７】
第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５は同一平面内に設けられており、第２の超伝導部材２４は、第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５から、互いの主面が略平行となるように離隔して配置されている。また、第１の超伝導部材２３の長さ及び第３の超伝導部材２５の長さの合計と、第２の超伝導部材２４の長さとは互いに等しく設定されている。また、ビームチューブ２７の内部空間、従ってセプタム導体２１の内部空間Ｔ内は、真空に保持されている。
【００２８】
コイル２２に対して所定の電流を流すと、当初はセプタム導体２１内を周回する周回磁場が形成されるが、第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５までを図示しない冷却チューブなどの冷却手段で所定温度まで冷却し、それらの部材に超伝導特性を出現させるようにする。すると、第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５のマイスナー効果に起因した完全反磁性により、各超伝導部材の両側には互いに逆向きの対向磁場Ｂ３〜Ｂ５が生成される。
【００２９】
したがって、周回軌道上にあるビームＰ１及びＰ２をビーム偏向装置２０のセプタム導体２７内に導入すると、これらのビームは対向磁場Ｂ３によって右方へ偏向される。次いで、ビームＰ２は第２の超伝導部材２４の、第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２４と相対する外方側に導入し、同方向の対向磁場Ｂ４によって再び右方へ偏向される。その結果、ビームＰ２は前記周回軌道から離隔し、外部へ取り出されるようになる。
【００３０】
一方、ビームＰ１は第１の超伝導部材２３で右方へ偏向された後、第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５と第２の超伝導部材２４との間隙に導入される。その結果、逆方向の対向磁場Ｂ４によって左方へ偏向される。その後、第３の超伝導部材２５の外方に導かれることによって、再び右方へ偏向される。
【００３１】
このように、ビームＰ１は第１の超伝導部材２３及び第３の超伝導部材２５で右方へ偏向され、第２の超伝導部材２４で左方へ偏向される。また、上述したように、第１の超伝導部材２３の長さ及び第３の超伝導部材２５の長さの合計と、第２の超伝導部材２４の長さとは互いに等しく設定されているので、前記右方への偏向度合いと前記左方への偏向度合いとは等しくなる。その結果、ビームＰ１については、超伝導部材２３〜２５による偏向が相殺され、ビーム偏向装置２０内を通過して後、前記周回軌道上に復帰することになる。この結果、ビーム偏向装置２０によれば、ビームＰ２のみを外部に取り出すことができるようになる。
【００３２】
本例においては、図５及び図６に示すように、矩形状の閉周回構造のセプタム導体２１を用いたが、リング状の閉周回構造のセプタム導体２１を用いることもできる。この場合は、セプタム導体２１の内周面の接線方向と略平行となるように第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５を配置する。
【００３３】
第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５は、Ｎｂ、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２、ＹＢＣＯ、及びＢＳＣＣＯから選ばれる少なくとも一種から構成することができる。また、第１の超伝導部材２３から第３の超伝導部材２５の厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。この場合、対向磁場Ｂ３〜Ｂ５の大きさを０．２Ｔ以上まで比較的簡易に上昇させることができる。
【００３４】
なお、上記具体例においては、セプタム導体２１内に３つの超伝導部材を配置し、これらの超伝導部材から生成した対向磁場を利用して、所定のビームのみを外部に取出し、その他のビームについては周回軌道上に復帰させるようにしている。しかしながら、このような作用効果を奏するために要する超伝導部材の数は３つに限定されるものではなく、任意の数の超伝導部材を用いることもできる。
【００３５】
また、単一あるいは任意の数の超伝導部材を用い、ビームの一部を周回軌道上に復帰させることなく、総てを外部に取り出すようにすることもできる。
【００３６】
さらに上記例においては閉周回構造のセプタム導体２１を用いているが、図４に示すような、略中心部に間隙を設けたようなセプタム導体を用いることもできる。この場合、前記間隙の大きさは、ビーム偏向が可能な程度に十分大きな対向磁場が生成できるように設定する。
【００３７】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の磁場生成方法及び装置の一例を説明するための図である。
【図２】同じく、本発明の磁場生成方法及び装置の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の磁場生成方法及び装置の他の例を説明するための図である。
【図４】図３に示す磁場生成方法及び装置の変形例を示す図である。
【図５】図１〜図４に関する磁場生成方法及び装置の応用例としてビーム偏向方法及び装置の一例を示す構成図である。
【図６】同じく、図１〜図４に関する磁場生成方法及び装置の応用例としてビーム偏向方法及び装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  ヨーク部材
１２  コイル
１３  点状の超伝導部材
１４  板状の超伝導部材
１６  間隙
２０  ビーム偏向装置
２１  セプタム導体
２２  コイル
２３  第１の超伝導部材
２４  第２の超伝導部材
２５  第３の超伝導部材
２７  ビームチューブ
Ｓ    ヨーク部材で形成された空間領域
Ｔ    セプタム導体で形成された空間領域
Ｂ０  周回磁場
Ｂ１〜Ｂ５  対向磁場