(57)【要約】【課題】  外部からの余分な熱の侵入を極力抑え、液体冷媒槽内の圧力異常を未然に防止可能な超電導磁石を提供する。そして、この超電導磁石の性質を専ら利用するＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析装置を提供する。【解決手段】  所定の領域２５に磁場を発生させる超電導コイル５を極低温に保持するための液体ヘリウム６を収容する液体ヘリウム槽２を備える。液体ヘリウム槽２に収容された液体ヘリウム６から気化したヘリウムガス７を超電導磁石１の外部に排気するヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂを備える。超電導磁石の外部に排気されるヘリウムガス７の流量が下限値に達したことを検出する接点付き流量計４を備える。接点付き流量計４の接点が作動したとき、警報を出力する。【選択図】図１
2005203704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを極低温に保持するための液体冷媒を収容する液体冷媒槽と、
前記液体冷媒から気化した冷媒ガスを、前記液体冷媒槽から排気するための冷媒ガス排気管と、
前記冷媒ガス排気管を流れる前記冷媒ガスの流量の減少を検出可能な流量計と、を備え、
前記流量計で検出される流量が、予め定められた流量以下となったとき又は予め定められた流量を下回ったとき、前記流量計から信号が出力されることを特徴とする超電導磁石。
【請求項２】
前記流量計から出力された信号の受信が可能であって、前記信号を受信したとき、警報を作動させる警報機をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石。
【請求項３】
超電導コイルを極低温に保持するための液体冷媒を収容する液体冷媒槽と、
前記液体冷媒から気化した冷媒ガスを、前記液体冷媒槽から排気するための冷媒ガス排気管と、
前記液体冷媒槽内に配置され、前記液体冷媒又は冷媒ガスの温度を検出可能な温度センサと、
前記センサに線状の配線で接続され、前記センサで検出される温度を表示可能な表示部と、を備え、
前記温度センサで検出される温度が、予め定められた温度以上となったとき又は予め定められた温度を上回ったとき、前記表示部から信号が出力されることを特徴とする超電導磁石。
【請求項４】
前記冷媒ガス排気管の周囲に真空層が形成されるとともに、前記表示部が前記液体冷媒槽の外部に備えられた超電導磁石であって、
前記温度センサと前記表示部とを接続する配線が、前記冷媒ガス排気管の管内に収容されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導磁石。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導磁石を備えるＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒型の超電導磁石、及びこの超電導磁石を用いるＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ等の超電導磁石は、磁場を発生させるコイルを液体ヘリウムで冷却しているタイプのものがある。このタイプの超電導磁石は、超電導コイルと、液体ヘリウムが収容された液体ヘリウム槽とを備えており、超電導コイルを液体ヘリウムに浸漬させることによって、超電導コイルを冷却している。また、液体ヘリウム槽に収容された液体ヘリウムの蒸発量を抑制するために、液体ヘリウム槽とこれを囲むように配置された真空断熱槽との間を真空状態に保つとともに、真空断熱槽と液体ヘリウム槽の間に、液体窒素槽や輻射シールドを備えていることが多い。また、液体ヘリウム槽内の圧力が高くならないように、液体ヘリウム槽に収容される液体ヘリウムから気化したヘリウムガスを排気するためのヘリウムガス排気管が、液体ヘリウム槽に取り付けられている。このヘリウムガス排気管の壁面は、液体ヘリウム槽から蒸発した冷たいヘリウムガスによって冷却されている。
【０００３】
ここで、液体ヘリウム槽内の圧力は、通常は０．０１気圧程度と、大気圧と比べて極僅かに正圧であるため外気が侵入する可能性は小さい。しかしながら、何らかの原因によって液体ヘリウム槽内に外気が侵入すれば、ヘリウムガス排気管の内部が凍結してしまう。その結果、液体ヘリウム槽に収容される液体ヘリウムから気化したヘリウムガスの排出が妨げられ、液体ヘリウム槽内が異常圧力となり、損傷又は破裂事故が発生する可能性がある。このような事故を防止するために、ヘリウムガス排気管に逆止弁を取り付けるなどの対策が施されてはいるものの、万全とは言い難い。さらに、液体ヘリウム槽に液体ヘリウムを補充する際に、空気を巻き込んだり、補給口を閉め忘れたりすることがあり、かかる場合にも、ヘリウムガス排気管の内部が凍結してしまう。
【０００４】
そこで、液体ヘリウム槽などの液体冷媒槽内の圧力異常を未然に防止するために、液体冷媒槽内の冷媒ガス層の圧力を検出して、冷媒ガスを排気する排気管内の閉塞を検知する冷却装置（超電導磁石）が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０２５１７号公報
【発明の開示】
【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に記載の冷却装置においては、圧力計が、液体冷媒槽内と連通する圧力導管に取り付けられているため、冷却装置の外部からその内部への余分な熱侵入源を設けることとなる。即ち、圧力導管内は冷媒ガスの流れがなく、冷媒ガスが滞留された状態となるので、冷却装置の外部からの輻射熱、対流熱、及び圧力導管を通じての伝導熱によって、液体冷媒槽の内部に多量の熱が侵入することとなり、好ましくない。液体ヘリウムなどの液体冷媒は高価であることから、超電導磁石には、液体冷媒槽に収容される液体冷媒の蒸発量を極力抑えることが要求されるからである。
【０００７】
なお、かかる課題は、液体ヘリウム槽のみでなく、液体ヘリウム槽を取り囲むようにして配置される液体窒素槽についても同様のことがいえる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、超電導磁石の外部からその内部への余分な熱侵入を極力抑え、液体冷媒槽内の圧力異常を未然に防止可能な超電導磁石を提供することを第１の目的とする。そして、この超電導磁石の性質を専ら利用するＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析装置の提供も目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明において、以下の特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。前記課題を解決するための本発明に係る超電導磁石は、超電導コイルを極低温に保持するための液体冷媒を収容する液体冷媒槽と、前記液体冷媒から気化した冷媒ガスを、前記液体冷媒槽から排気するための冷媒ガス排気管と、前記冷媒ガス排気管を流れる前記冷媒ガスの流量の減少を検出可能な流量計と、を備え、前記流量計で検出される流量が、予め定められた流量以下となったとき又は予め定められた流量を下回ったとき、前記流量計から信号が出力されることを特徴とする。この超電導磁石によれば、流量計が、冷媒ガス排気管を流れる流量又は流れた流量を検出する。そして、かかる流量が、予め定められた所定値以下となったとき又は予め定められた流量を下回ったとき、前記流量計から信号が出力される。したがって、冷媒ガス排気管内の閉塞などに起因して、液体冷媒槽の内部から超電導磁石の外部に冷媒ガスを排気できなくなったことを検知することが可能となる。即ち、液体冷媒槽内の圧力異常を未然に防止することができるので、液体冷媒槽の損傷又は破裂といったトラブルを回避できる。しかも、流量計で検出される流量が、予め定められた流量以下となったとき又は予め定められた流量を下回ったときに、信号を出力するのみなので、超電導磁石の外部から液体冷媒槽や冷媒ガス排気管への余分な熱の侵入を極力抑えることもできると考えられる。
【００１０】
ここで、「前記冷媒ガス排気管を流れる前記冷媒ガスの流量の増減を検出可能な流量計」とは、流量計が、冷媒ガス排気管を流れている冷媒ガスの流量を測定可能に取り付けられたもののみでなく、冷媒ガス排気管を流れたのちに他の管内に流れている冷媒ガスの流量を測定可能に取り付けられたものも含むものである。
【００１１】
さらに、「流量の減少を検出可能な流量計」とは、流量値を測定することによって当該流量値が減少したことを検出するもの、流量値は検出しないが流量が減少したことを検出可能なもののいずれも含むものである。
【００１２】
また、本発明に係る超電導磁石は、前記流量計から出力された信号の受信が可能であって、前記信号を受信したとき、警報を作動させる警報機をさらに備えられていることが好ましい。こうすることで、液体冷媒槽の損傷又は破裂といったトラブルを回避可能な合理的な構成が実現される。
【００１３】
また、本発明に係る超電導磁石は、超電導コイルを極低温に保持するための液体冷媒を収容する液体冷媒槽と、前記液体冷媒から気化した冷媒ガスを、前記液体冷媒槽から排気するための冷媒ガス排気管と、前記液体冷媒槽内に配置され、前記液体冷媒又は冷媒ガスの温度を検出可能な温度センサと、前記センサに線状の配線で接続され、前記センサで検出される温度を表示可能な表示部と、を備え、前記温度センサで検出される温度が、予め定められた温度以上となったとき又は予め定められた温度を上回ったとき、前記表示部から信号が出力されるものであっても、本発明の目的を達成することが可能である。熱力学上、液体冷媒槽内の飽和圧力と温度との間には相関関係がある。したがって、液体冷媒槽内部の液体冷媒又は冷媒ガスの温度を検出することによって、液体冷媒槽内の圧力異常を未然に防止することができる。しかも、温度センサと表示部とを線状の配線で接続することによって、従来技術に記載される圧力導管と比べると断面積を著しく小さくできるので、熱伝導による外部からの熱の侵入を減少できる。また、配線の長さを長くすることも効果的である。さらに、配線は、配管よりも設置上の自由度が大きい。
【００１４】
なお、このような超電導磁石は、前記冷媒ガス排気管の周囲に真空層が形成されるとともに、前記表示部が前記液体冷媒槽の外部に備えられた超電導磁石であって、前記温度センサと前記表示部とを接続する配線が、前記冷媒ガス排気管の管内に収容されていることが好ましい。通常、表示部は超電導磁石の外部に配置されているため、温度センサと表示部とを接続する配線を介して、超電導磁石の外部から液体冷媒槽内に熱が侵入することがある。しかし、これによれば、温度センサと表示部とを接続する配線が冷媒ガス排気管の管内に収容されているので、超電導装置の外部に排気される冷媒ガスの冷気で配線を冷やすことができ、超電導磁石の外部から液体冷媒槽への余分な熱の侵入を減少することができる。温度センサと表示部とを接続する配線が、周囲に真空層が形成された冷媒ガス配管内に収容されているので、この配線を介して、超電導磁石の外部から液体冷媒槽への余分な熱の侵入を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置及びＩＣＲ質量分析装置は、上記のいずれかに記載の超電導磁石を備えるものであることが好ましい。上記構成により、上記各効果を有するＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置及びＩＣＲ質量分析装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る超電導磁石の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。なお、図１は、本発明の第１の実施形態に係る立形ＮＭＲ用超電導磁石１の要部概略断面図であり、超電導コイル５を収容する液体ヘリウム槽２、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ、流量計４、警報機８、液体窒素槽１０、及び真空断熱槽１２などを主要な構成部とする。
【００１７】
図１において、液体ヘリウム槽２は、その内部に超電導コイル５と液体ヘリウム６とを収容している。液体ヘリウム６は、超電導コイル５を冷却するためのものであり、超電導コイル５を極低温に保持している。
【００１８】
超電導コイル５は筒状の形状をしている。また、内部に中空部２５を有し、液体ヘリウム槽２や真空断熱槽１２の内側に配置される中空筒２６・２７・２８のうち、最も外側に配置される中空筒２８の外周部に、超電導コイル５の内面が沿うように設けられている。そして、最も内側に配置される中空筒２６の中空部２５に磁場を発生させている。また、中空筒２６・２７・２８は、この中空部２５が外部と連通する態様で鉛直に配置されている。ただし、中空筒２６・２７・２８は、ＭＲＩ用又はＩＣＲ用の超電導磁石のように、中空部２５が外部と連通する態様で水平に配置されていてもよい。
【００１９】
なお、超電導磁石１がＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置やＩＣＲ質量分析装置において利用されるときは、最も内側に配置される中空筒２６の中空部２５が、試料空間又は被験空間となる。また、ＭＲＩ装置において超電導磁石１を利用する場合、中空部２５の口径は、試料となる動物又は被験者がこの中空部２５を仰向けの状態で通過できる程度の大きさとなる。
【００２０】
ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂは、液体ヘリウム槽２に収容される液体ヘリウム６から気化したヘリウムガス７を液体ヘリウム槽２の外部に排気するためのものである。そして、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内を流れるヘリウムガス７が上方に向かうように、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの下端３Ａａ・３Ｂａが、液体ヘリウム槽２の上部に接続して取り付けられている。
【００２１】
また、このヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの周囲には、真空断熱槽１２から突出した外管１８Ａ・１８Ｂが配置されている。なお、図示されていないが、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの上端は、外管１８Ａ・１８Ｂのフランジ部４０Ａ・４０Ｂで、外管１８Ａ・１８Ｂとヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂとの隙間を塞ぐように溶接して固定されている。したがって、フランジ部４０Ａ・４０Ｂよりも上方側、即ち、ヘリウムガス７が流れる方向の下流側では、外管１８Ａ・１８Ｂの管内をヘリウムガス７が流れることとなる。
【００２２】
また、外管１８Ａ・１８Ｂは、フランジ部４０Ａ・４０Ｂよりも上方側、即ち、ヘリウムガス７が流れる方向の下流側で、各々の管内が連通する連通部２９を備えている。さらに、外管１８Ａ・１８Ｂの各々は、連通部２９よりも上方に延在し、Ｈ型の形状をしている。
【００２３】
また、外管１８Ａ・１８Ｂのフランジ部４０Ａ・４０Ｂよりも下方側、即ち、ヘリウムガス７が流れる方向の上流側では、外管１８Ａ・１８Ｂとヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂとの間に、第１の真空層１３が形成されている。これは、対流熱、及びヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂを通じての伝導熱など、超電導磁石１の外部からヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂへの熱の侵入を防止するためである。
【００２４】
また、フランジ部４０Ａ・４０Ｂよりも上方側、即ち、ヘリウムガス７が流れる方向の下流側であって、一方の外管１８Ａの途中から、枝管１６が水平方向に分岐している。そして、２本のヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内を通って流れてきたヘリウムガス７は合流されたのち、枝管１６を通って超電導磁石１の外部に排気される。
【００２５】
このように、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂを設けているのは、液体ヘリウム槽２に収容される液体ヘリウム６から気化したヘリウムガス７を液体ヘリウム槽２に封じ込めると、液体ヘリウム槽２の内部圧力が異常に上昇し、液体ヘリウム槽２の破裂に繋がるからである。
【００２６】
流量計４は、枝管１６の管内を流れるヘリウムガス７の流量を検出可能に取り付けられており、枝管１６の管内を流れるヘリウムガス７の流量、即ち、液体ヘリウム槽２から超電導磁石１の外部に向かってヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内を流れるヘリウムガス７の総流量の値を検出している。
【００２７】
また、流量計４は、流量計４で検出される流量が、予め定められた所定値以下となったときに、後述する警報機８に対して信号の出力が可能となっている。即ち、第１の実施形態で使用されている流量計４は、予め定められた下限値に達したとき、流量計４の外部に信号を出力可能な接点付き流量計である。
【００２８】
また、枝管１６には、逆止弁１５が取り付けられている。この逆止弁１５は、液体ヘリウム槽２の内部から超電導磁石１の外部へのヘリウムガス７の排気が可能であって、超電導磁石１の外部からヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂへの外気の流入を防止する役割を果たしている。
【００２９】
また、逆止弁１５は、ヘリウムガス７が液体ヘリウム槽２の内部から超電導磁石１の外部に向かって流れる方向の、流量計４よりも上流側に取り付けられている。ただし、逆止弁１５が、ヘリウムガス７が液体ヘリウム槽２の内部から超電導磁石１の外部に向かって流れる方向の、流量計４よりも下流側に取り付けられた超電導磁石１であっても、本発明の目的を達成することができる。
【００３０】
警報機８は、流量計４に接続されており、枝管１６の管内を流れる流量が下限値に達したときに流量計４から出力される信号の受信が可能となっている。そして、流量計４から出力された信号を受信したときに作動し、警報を発する。即ち、枝管１６の管内を流れる流量が、予め定められた流量値以下となったときに作動する。
【００３１】
液体窒素槽１０は、液体ヘリウム槽２と輻射シールド９を取り囲むようにして配置されている。液体窒素槽１０は、その内部に液体窒素１１を収容しており、超電導磁石１の外部から液体ヘリウム槽２への熱の侵入を低減する役割を果たしている。なお、液体窒素槽１０に収容されている液体窒素１１から気化した窒素ガスは、窒素ガス排気管１９の管内を通って排気されている。
【００３２】
真空断熱槽１２は、液体ヘリウム槽２、輻射シールド９、及び液体窒素槽１０などを囲むように配置されている。ここで、真空断熱槽１２は、隙間なく密閉して構成されており、真空断熱槽１２の内部は、予め真空ポンプによって吸引され、真空状態が維持されている。したがって、真空断熱槽１２と液体窒素槽１０の間には第２の真空層２０が形成されることとなる。第２の真空層２０は断熱作用を有するため、超電導磁石１の外部から、真空断熱槽１２に囲まれた液体窒素槽１１や液体ヘリウム槽２への熱の侵入を低減することができる。
なお、前述した外管１８Ａ・１８Ｂは、第１の真空層１３と第２の真空層２０とが連通するように真空断熱槽１２から突出しており、外管１８Ａ・１８Ｂと真空断熱槽１２とは一体構成となっている。
【００３３】
また、真空断熱槽１２には、２個の安全弁３０とドロップオフプレート３１とが備えられている。安全弁３０は、液体ヘリウム６からヘリウムガス７への気化による急激な膨張によって、液体ヘリウム槽２が破損又は破裂することを防止するためのものであり、連通部２９に設けられている。一方、ドロップオフプレート３１は、真空断熱槽１２の下部に設けられている。
【００３４】
安全弁３０は、設定された圧力に達するまでは弁が閉じた状態となっているが、設定された圧力に達すると弁が開放される。
ドロップオフプレート３１は、真空断熱槽１２内部の真空状態が破れたときに開放される。
【００３５】
また、第１の実施形態における超電導磁石１は、超電導磁石１の外部から液体ヘリウム槽２への熱の侵入を極力低減させるために、あらゆる工夫がなされている。例えば、液体ヘリウム槽２を囲むように輻射シールド９を配置することによって、超電導磁石１の外部から液体ヘリウム槽２への熱の侵入を低減している。
【００３６】
また、同様に、第１の実施形態における超電導磁石１は、超電導磁石１の外部からヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂへの熱の侵入を極力低減させるためにも、あらゆる工夫がなされている。
【００３７】
例えば、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂは、液体ヘリウム槽２の上面を貫通し、液体ヘリウム槽２の上部で外管１８Ａ・１８Ｂと固定されている。さらに、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂは、液体窒素槽１０と輻射シールド９を貫通しており、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂと液体ヘリウム槽２は、各々互いに隙間なく固定されている。
【００３８】
上記構成によって、ヘリウムガス７は、周囲に第１の真空層１３が形成されたヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内を流れることとなるので、第１の真空層１３の断熱作用によって、超電導磁石１の外部からヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内への熱の侵入を低減することができる。
【００３９】
さらに、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内を流れるヘリウムガス７は、液体ヘリウム槽２の内部からその外部に向かって流れるので、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの内壁は常に冷却された状態となっている。また、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの肉厚を可能な限り薄くすることで、外部の熱が熱伝導によって管内に伝達されにくくされている。
【００４０】
このように、第１の真空層１３が形成されていること、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの内壁が冷却されていること、及びヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの肉厚が薄いことなどの相乗効果によって、超電導磁石１の外部からヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂへの熱侵入の防止が図られている。
【００４１】
なお、第１の実施形態で説明した各構成については、これに限られるものではない。
【００４２】
例えば、第１の実施形態では、２本のヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂが液体ヘリウム槽２に取り付けられているが、本数はこれに限られるものではない。
【００４３】
また、一方のヘリウムガス排気管３Ａの途中から水平方向に枝管１６を分岐させているが、連通部２９から枝管１６を分岐させるようにしてもよい。
【００４４】
また、第１の実施形態における流量計４は、枝管１６の管内を流れる流量値の検出を可能としているが、これに限られるものではなく、接点付きのフローサイトのようなものであってもよい。少なくとも、枝管１６の管内を流れる流量が減少したことを検出できれば、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂが閉塞している可能性が高いことを予測でき、本発明の目的を達成することができる。
【００４５】
さらに、第１の実施形態における流量計４は、枝管１６を流れるヘリウムガス７の流量、即ち、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂを流れるヘリウムガス７の総流量を検出しているが、これに限られるものではない。例えば、２本のヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの各々を流れるヘリウムガス６の流量を検出可能な流量計４を、各排気管３Ａ・３Ｂ毎に備えるようにしてもよい。こうすることによって、ヘリウムガス排気管が複数備えられている場合であっても、いずれのヘリウムガス排気管が閉塞したのか、迅速に把握することが可能となる。
【００４６】
また、第１の実施形態における警報機８は、ランプ、アラーム、ブザーなど、流量計４で検出される流量が異常状態であることを報知できるものであれば、その態様は限定されるものではない。
【００４７】
また、第１の実施形態における警報機８は、流量計４と一体構成のものであってもよい。かかる場合、「流量計から信号が出力される」と「流量計から警報が出力される」とは同義である。
【００４８】
さらに、上述した流量計４や警報機８は、超電導磁石１に対して一定の距離を保って設けることが好ましい。超電導磁石１は磁場を発生させるものであり、磁性体を近づけることは好ましくないからである。
【００４９】
次に、第１の実施形態における超電導磁石１の作用について説明する。
【００５０】
液体ヘリウム槽２に収容される液体ヘリウム６は、沸点が低く、輻射や伝導による僅かな熱の侵入によって、絶え間なくヘリウムガス７に気化されている。ところが、液体ヘリウム槽２は、ステンレス合金やＦＲＰなどの部材で構成されているため、ヘリウムガス７を収容可能な容積は可変するものではない。したがって、液体ヘリウム槽２が仮に密閉空間であるとすると、液体ヘリウム６からヘリウムガス７への気化によって液体ヘリウム槽２の内部圧力が上昇し、液体ヘリウム槽２の亀裂又は破裂に至ってしまう。それを防止しているのが、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂである。
【００５１】
ここで、液体ヘリウム槽２の内部圧力は、液体ヘリウム槽２に収容された液体ヘリウムの気化によって、大気圧よりも極僅かに高い正圧となっている。したがって、液体ヘリウム槽２に収容された液体ヘリウム６から気化したヘリウムガス７は、外気と連通するヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂを通って超電導磁石１の外部に排気されることとなる。
【００５２】
このように、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂが外気と連通しているため、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内への外気の流入が皆無とは言い切れない。また、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの溶接部や継ぎ目からヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内に外気が流入しないとも言い切れない。さらに、液体ヘリウム槽２内に液体ヘリウム６を補充する際に、空気を巻き込んだり、液体ヘリウム６の補給口を閉め忘れることもあり得る。このような理由によって、ヘリウムガス排気管内に外気が流入する可能性がある。
【００５３】
このように、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内に外気が流入すると、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内で凍結して閉塞してしまう可能性が高い。ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内には、液体ヘリウム槽２の内部からその外部に向かってヘリウムガス７の流れがあることから、温度が低いヘリウムガス７によって外気が冷却されるからである。
【００５４】
第１の実施形態における流量計４は、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内を流れるヘリウムガス７が合流する枝管１６の管内における流量を測定し、当該測定された流量が、予め定められた所定値以下であるときに、信号を警報機８に出力している。即ち、この流量計４は、下限値の検出が可能な接点付き流量計であるため、液体ヘリウム槽２の内部から超電導磁石１の外部に排気されるヘリウムガス７の流量が下限値に達したとき、警報機８に対して信号を出力している。
【００５５】
警報機８が流量計４から出力された信号を受信すると、警報機８が作動し、警報が出力される。
【００５６】
なお、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内が閉塞すると、液体ヘリウム槽２の内部圧力が上昇する。かかる事態を放置すると、液体ヘリウム槽２の内部圧力はさらに上昇し、液体ヘリウム槽２のみならず、輻射シールド９、液体窒素槽１０、及び真空断熱槽１２の破裂に至る危険性が高い。
【００５７】
外管１８Ａ・１８Ｂの連通部２９には安全弁３０が備えられているものの、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの下端３Ｂａ・３Ａａから安全弁３０までの間で、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内が閉塞すれば、液体ヘリウム槽２内の圧力が高くなっても安全弁３０は作動しない。その結果、液体ヘリウム槽２が損傷又は破損する可能性がある。
【００５８】
さらに、真空断熱槽１２の下部にドロップオフプレート３１が備えられてはいるものの、液体ヘリウム槽２や液体窒素槽１０が破裂に至った場合には、第２の真空層２０に液体ヘリウム６が流出する。そして、ドロップオフプレート３１の開口部から流出するヘリウムガス７の流量よりも、液体ヘリウム６からヘリウムガス７への気化による真空断熱槽１２内部の膨張速度が大きければ、真空断熱槽１２の損傷を生じる可能性もある。
【００５９】
したがって、第１実施形態で説明した構成とすることで、液体ヘリウム槽２内が圧力となると警報機８から警報が出力され、その後の対処によって、液体ヘリウム槽２の損傷又は破裂といったトラブルを回避できる。しかも、流量計４で検出される流量が、予め定められた所定値以下となったときに、警報を出力するのみなので、超電導磁石１の外部からその内部への余分な熱の侵入を極力抑えることもできると思われる。
【００６０】
なお、第１の実施形態においては、流量の下限値を検出可能な接点付き流量計を使用したが、これに限られるものではない。例えば、図２に図示されるように、超電導磁石１が、警報機８を制御する制御部１４を備え、かかる制御部１４が、流量計４から送信される信号を受信したときに、警報機８を作動させるようにした構成であってもよい。
【００６１】
また、制御部１４が警報機８を作動させる場合には、接点付流量計を用いる必要はない。この場合、流量計が、液体ヘリウム槽２から超電導磁石１の外部に排気されるヘリウムガス７の流量を測定し、制御部が、流量計で測定された流量を監視するとともに、当該流量が予め定められた流量値以下となったときに、警報機８を作動させる制御を行えばよい。
【００６２】
なお、制御部１４は、予め定められた流量以下となったときに警報機８を作動させる制御を行うものに限られず、予め定められた流量を下回ったときに警報機８を作動させる制御を行うものであってもよい。
【００６３】
また、制御部１４が、流量計４から送信される信号を受信したときに、警報機８を作動させる態様であったとしても、超電導磁石１が制御部１４を備えることは必ずしも必要ではない。例えば、流量計４が、他の機器をも制御する集中制御部に対して信号を送信し、かかる信号を受信した集中制御部が、警報機８を作動させる制御を行う構成であってもよい。即ち、制御部１４が、超電導磁石１を構成することは必須の要件ではない。
【００６４】
さらに、警報機８は、警報機８が超電導磁石１を構成することは必須の要件ではなく、他の機器に属する警報機であってもよい。液体ヘリウム槽２から超電導磁石１の外部に排気されるヘリウムガス７の流量異常を検出することができれば、本発明の目的を達成することができる。例えば、他の機器における警報を出力する警報機と兼用させた場合である。ただし、係る場合には、他の機器における警報と液体ヘリウム槽２の圧力異常の警報とを区別することができるように警報を出力する必要がある。
【００６５】
次に、液体ヘリウム槽２への液体ヘリウム６の補給方法、及びヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ内で閉塞が発生した場合の対処方法について、図１を用いて説明する。
【００６６】
第１の実施形態において、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂは、その下端３Ａａ，３Ｂａが液体ヘリウム槽２の上面から液体ヘリウム槽２の内部に貫通するとともに、液体ヘリウム槽２の内部からその外部に向かうヘリウムガス７の流れが上方に向かうようにして、液体ヘリウム槽２に取り付けられている。したがって、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂは、輻射シールド９及び真空断熱槽１２をも貫通している。
【００６７】
枝管１６は、フランジ部４０Ａ・４０Ｂよりも上方側、即ち、ヘリウムガス７が流れる方向の下流側の外管１８Ａ・１８Ｂのうち一方の外管１８Ａから水平方向に分岐している。
【００６８】
一方、外管１８Ａ・１８Ｂの上端１８Ａａ・１８Ｂａは、図示しないシール部材を介して平フランジ１７又はプラグによって閉止されている。液体ヘリウム槽２に収容される液体ヘリウム６が気化によってその容量が減ったときは、閉止されている外管１８Ａ・１８Ｂの上端１８Ａａ・１８Ｂａを開放する。そして、このように開放された外管１８Ａ・１８Ｂの上端１８Ａａ・１８Ｂａから液体ヘリウム６を補給する。この際、空気の巻き込み、又は平フランジ１７の取付忘れなどに起因する外気の侵入を引き起こす可能性がある。
【００６９】
次に、本発明に係る超電導磁石の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る超電導磁石５０の要部概略断面図であり、液体ヘリウム槽２、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ、液体窒素槽１０、真空断熱槽１２、温度センサ５１、及び表示部５２などを主要な構成部とする。
【００７０】
第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、図３に図示されるように、温度センサ５１を備えている点、表示部５２を備えている点、流量計４を備えていない点、及び制御動作が異なる点である。他の点については、第１の実施形態に係る超電導磁石１と同様の構成なので、説明を割愛する。
【００７１】
図３において、温度センサ５１は、１ｍｍ以下の細い金属線からなる線状の抵抗温度計であって、４．２Ｋ程度の温度を正確に測定可能なものを用いている。
【００７２】
温度センサ５１と表示部５２とを互いに接続している配線５３は、他方のヘリウムガス排気管３Ｂの管内に収容されている。そして、温度センサ５１は、液体ヘリウム槽２に収容されている液体ヘリウム６の温度を測定できるように配置されている。また、他方のヘリウムガス排気管３Ｂの途中から水平方向に、温度センサ５１の配線５３が、ヘリウムガス排気管３Ｂの管外に引き出されている。なお、この引出部は外気が侵入しないよう、シールされている。
【００７３】
ここで、温度センサ５１と表示部５２とを互いに接続している配線５３の線径は小さければ小さいほど、またその長さは長ければ長いほど好ましい。なぜなら、超電導磁石５０の外部からその内部への熱の侵入は、伝導体の断面積（即ち、温度センサ５１の線径）に比例し、伝導体の長さ（即ち、温度センサ５１の長さ）に反比例するからである。
【００７４】
表示部５２は、温度センサ５１と接続されており、温度センサ５１で検出された温度を表示可能な構成となっている。また、表示部５２は、温度センサ５１で検出された温度が所定の範囲外となったとき、警報を出力するよう、接点が付いている。具体的には、表示部５２に温度の上限値を定める接点が付いており、この上限値に達したとき、警報機８が作動する構成となっている。なお、表示の方法はアナログ表示、デジタル表示のいずれであってもよい。
【００７５】
なお、液体ヘリウム槽２内の飽和圧力Ｐ〔ＭＰａ〕と液体ヘリウム槽２内の液体ヘリウム６の温度Ｔ〔Ｋ〕との間には、表１に示されるような相関関係がある。
【表１】
2005203704.tif 000003
また、警報機８を作動させるための条件である液体ヘリウム槽２内の液体ヘリウム６の温度Ｔ〔Ｋ〕の上限値は、液体ヘリウム槽２の耐圧によって異なるので、表示部５２の接点は、液体ヘリウム槽２の耐圧に基づいて決められるべきである。例えば、安全率を考慮した液体ヘリウム槽２の耐圧が０．１５ＭＰａであれば、４．６Ｋを上限値とすべきである。
【００７６】
このように、液体ヘリウム槽２内のヘリウムガス７の温度を検出できれば、液体ヘリウム槽２内の圧力異常を事前に回避できる。また、温度センサ５１と表示部５２とを接続する配線５３は線径が小さく、周囲に第１の真空層１３が形成されたヘリウムガス排気管３Ｂの管内に収容されているので、超電導磁石５０の外部からの熱の侵入も極力抑えることができると考えられる。
【００７７】
なお、第２の実施形態においては、温度センサ５１を、液体ヘリウム槽２に収容されている液体ヘリウム６の温度を測定可能に配置しているが、液体ヘリウム槽２に滞留しているヘリウムガス７の温度を測定可能に配置してもよい。ただし、かかる場合には、液体ヘリウム槽２内への液体ヘリウム６の補充作業時などに、液体ヘリウム槽２内に滞留しているヘリウムガス７の温度よりも温度が高いヘリウムガスが、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂから混入する虞がある。したがって、液体ヘリウム槽２内の圧力をより正確に検出するという観点からいえば、液体ヘリウム６の温度を測定した方が効果的であると思われる。
【００７８】
また、第２の実施形態においては、温度センサ５１の配線５３が、ヘリウムガス排気管３Ｂの管内に収容されているが、液体ヘリウム槽２、輻射シールド９、及び真空断熱槽１２を貫通して取り付けられる態様であってもよい。ただし、温度センサ５１が、ヘリウムガス排気管３Ｂの管内に収容された場合と比べると、外部から余分な熱が侵入する可能性が大きくなる。
【００７９】
また、第２の実施形態においては、第１の実施形態に示した流量計４を備えていないが、第１の実施形態に示したように流量計４を備えても良い。かかる場合には、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂ（枝管１６）を流れる流量低下の検知と、液体ヘリウム槽２内のヘリウムガス７の温度上昇の検知とを、重複して検知できるので、より安全性が高くなる。
【００８０】
尚、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることができることは理解されよう。
【００８１】
例えば、近年見られるような液体窒素槽１０を備えない超電導磁石に適用することもできる。かかる超電導磁石においては、輻射シールド９を冷却する高温側第１コールドヘッドと、液体ヘリウム槽２を冷却する低温側第２コールドヘッドとを、さらに備えることによって、外部熱の侵入を抑制している場合が多い。
【００８２】
また、液体窒素槽１０に収容される液体窒素１１が気化した窒素ガスを排気する窒素ガス排気管１９の管内２を流れる流量を検出して、その流量が予め定められた所定値以下となったときに、警報を出力するようにしてもよい。かかる窒素ガス排気管が閉塞した場合であっても、液体窒素槽１０が損傷又は破裂する可能性があることから、本発明を適用することが可能であると考えられる。
【００８３】
また、液体窒素槽１０に収容される液体窒素１１、又はこの液体窒素１１から気化した窒素ガスの温度を測定して、その温度が予め定められた所定値以上となったとき又は所定値を超えたときに、警報を出力するようにしてもよい。かかる態様であっても、窒素ガス排気管１９が閉塞したことを検出できるので、本発明を適用することが可能であると考えられる。
【００８４】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態では、液体ヘリウム槽２内の圧力が大気圧に近似する正圧である場合を例として説明したが、超電導コイル５の特性を向上させるために、液体ヘリウム槽２内を減圧して超電導磁石１の運転が行われる場合がある。かかる場合においても、上記実施形態における温度センサが警報を出力する上限値が異なるものの、同様の構成によって、ヘリウムガス排気管３Ａ・３Ｂの管内の閉塞を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超電導磁石の要部概略断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る超電導磁石の制御ブロックの主要構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る超電導磁石の要部概略断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    第１の実施形態に係る超電導磁石
２    液体ヘリウム槽
３Ａ，３Ｂ  ヘリウムガス排気管
３Ａａ，３Ｂａ  ヘリウムガス排気管の下端
４    流量計
５    超電導コイル
６    液体ヘリウム
７    ヘリウムガス
８    警報機
９    輻射シールド
１０    液体窒素槽
１１    液体窒素
１２    真空断熱槽
１３    第１の真空層
１４    第１の実施形態に係る超電導磁石の制御部
１５    逆止弁
１６    枝管
１７    平フランジ
１８Ａ，１８Ｂ    外管
１８Ａａ，１８Ｂａ  外管の上端
１９    窒素ガス排気管
２０    第２の真空層
２５    最も内側に配置される中空筒の中空部
２６，２７，２８    中空筒
２９    連通部
３０    安全弁
３１    ドロップオフプレート
４０Ａ，４０Ｂ  外管のフランジ部
５０    第２の実施形態に係る超電導磁石
５１    温度センサ
５２    表示部
５３    温度センサと表示部とを接続している配線
【図１】
2005203704.tif 000004
【図２】
2005203704.tif 000005
【図３】
2005203704.tif 000006