(57)【要約】【課題】信頼性の高いクエンチバックを実現できるサイクロトロン及び超伝導コイルのクエンチバック方法を提供する。【解決手段】本発明は、真空容器４内に配置された超伝導コイル２，３と超伝導コイル２、３を冷却する冷凍機７とを備えたサイクロトロン１であって、超伝導コイル２、３のクエンチを検出し、超伝導コイル２、３をクエンチさせるためのクエンチ用ガスの供給を制御する制御部１１と、クエンチ用ガスを超伝導コイル２、３の付近へ送るためのガス流路１３と、を備え、制御部１１は、超伝導コイル２、３のうち一方の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路１３を通じて他方の超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで他方の超伝導コイルをクエンチさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置された複数の超伝導コイルと前記複数の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、
前記複数の超伝導コイルのクエンチを検出するクエンチ検出手段と、
前記超伝導コイルをクエンチさせるためのクエンチ用ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段を制御する制御手段と、
前記クエンチ用ガスを前記複数の超伝導コイルの付近へ送るためのガス流路と、
を備え、
前記制御手段は、前記クエンチ検出手段が前記複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の前記超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの前記超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、前記ガス流路を通じて前記残りの超伝導コイルの付近へ前記クエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで前記残りの超伝導コイルをクエンチさせる、サイクロトロン。
【請求項２】
前記ガス流路は、前記真空容器内を通り抜けると共に、一部が前記超伝導コイルの付近を通る流路を含む、請求項１に記載のサイクロトロン。
【請求項３】
前記ガス流路は、前記真空容器内において前記超伝導コイルより外周側に形成されている、請求項２に記載のサイクロトロン。
【請求項４】
前記ガス流路は、前記複数の超伝導コイルにそれぞれ対応する複数の流路を含む、請求項１〜３のうち何れか一項に記載のサイクロトロン。
【請求項５】
前記ガス流路には真空ポンプが接続されている、請求項１〜４のうち何れか一項に記載のサイクロトロン。
【請求項６】
真空容器内に配置された複数の超伝導コイルと前記複数の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における前記超伝導コイルのクエンチバック方法であって、
前記複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の前記超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの前記超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて前記残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで前記残りの超伝導コイルをクエンチさせる、超伝導コイルのクエンチバック方法。
【請求項７】
前記ガス流路は、前記真空容器内を通り抜けると共に、一部が前記超伝導コイルの付近を通る流路を含み、
前記ガス流路を流れる前記クエンチ用ガスは、前記ガス流路を介して前記残りの超伝導コイルを温度上昇させることでクエンチさせる、請求項６に記載の超伝導コイルのクエンチバック方法。
【請求項８】
前記ガス流路は、前記真空容器内において前記超伝導コイルより外周側に形成されている、請求項７に記載の超伝導コイルのクエンチバック方法。
【請求項９】
前記ガス流路は、前記複数の超伝導コイルにそれぞれ対応する複数の流路を含み、
前記残りの超伝導コイルに対応する流路へ前記クエンチ用ガスが供給される、請求項６〜８のうち何れか一項に記載の超伝導コイルのクエンチバック方法。
【請求項１０】
前記ガス流路には真空ポンプが接続されており、前記真空ポンプの駆動により前記ガス流路内が真空状態にされる、請求項６〜９のうち何れか一項に記載の超伝導コイルのクエンチバック方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクロトロン及びサイクロトロンに備えた超伝導コイルのクエンチバック方法に関する。
【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二個の超伝導コイルと、これらの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。
【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、複数の超伝導コイルを備えたサイクロトロンでは、一個の超伝導コイルがクエンチすると、磁場のアンバランスが生じてクエンチしていない残りの超伝導コイルがヨークに引き付けられ超伝導コイルに変形や破損が生じるおそれがある。この場合、超伝導コイルへの電流供給を停止しても引き付け阻止に間に合わないため、クエンチしていない残りの超伝導コイルを速やかにクエンチさせることが好ましい。
【０００５】
しかしながら、抵抗ヒータにより超伝導コイルを温度上昇させることによるクエンチは信頼性が低く、磁場や電流を臨界点以上とすることによる超伝導コイルのクエンチは短時間で発生させることが難しいという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、信頼性の高いクエンチバックを実現できるサイクロトロン及び超伝導コイルのクエンチバック方法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】
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複数の超伝導コイルと複数の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、複数の超伝導コイルのクエンチを検出するクエンチ検出手段と、超伝導コイルをクエンチさせるためのクエンチ用ガスを供給するガス供給手段と、ガス供給手段を制御する制御手段と、クエンチ用ガスを複数の超伝導コイルの付近へ送るためのガス流路と、を備え、制御手段は、クエンチ検出手段が複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで残りの超伝導コイルをクエンチさせる、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るサイクロトロンによれば、複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個からクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給することで、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせることができる。従って、このサイクロトロンによれば、クエンチ用ガスを供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させて確実にクエンチさせることができるので、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
【０００９】
本発明に係るサイクロトロンにおいては、前記真空容器内を通り抜けると共に、一部が前記超伝導コイルの付近を通る流路を含んでいてもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチ用ガスを真空容器内に放出することなくガス流路を介した温度上昇により、対象となる超伝導コイルをクエンチさせることができるので、真空容器内に放出されたクエンチ用ガスを回収して真空に戻す手間や時間を削減することができる。また、このサイクロトロンによれば、真空容器内の真空を維持したまま超伝導コイルをクエンチさせることも可能となる。
【００１０】
本発明に係るサイクロトロンにおいては、ガス流路は、真空容器内において超伝導コイルより外周側に形成されていてもよい。
このサイクロトロンによれば、超伝導コイルの内周側までガス流路を形成する場合と比べて、ガス流路を短くすることができるので、サイクロトロンの構造の簡素化及び低コスト化に有利である。
【００１１】
本発明に係るサイクロトロンにおいては、ガス流路は、複数の超伝導コイルにそれぞれ対応する複数の流路を含んでいてもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチ用ガスを供給するガス流路の選択により、対象となる超伝導コイルを適切にクエンチさせることができる。また、このサイクロトロンによれば、一つのガス流路が全ての超伝導コイルの付近を通過する場合と比べて、クエンチ用ガスが短時間で目標の超伝導コイル付近へ到達するため、速やかなクエンチバックを実現できる。
【００１２】
本発明に係るサイクロトロンにおいては、ガス流路には真空ポンプが接続されていてもよい。
このサイクロトロンによれば、クエンチが生じていない通常時においてガス流路内を真空状態にすることができるので、ガス流路を通じて外部の熱が超伝導コイルに伝わることを効果的に抑制することができる。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。
【００１３】
本発明は、真空容器内に配置された複数の超伝導コイルと複数の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における超伝導コイルのクエンチバック方法であって、複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給して温度上昇させることで残りの超伝導コイルをクエンチさせることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法によれば、複数の超伝導コイルのうち少なくとも一個からクエンチを検出し、かつ、残りの超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路を通じて残りの超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給することで、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせることができる。従って、このクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させて確実にクエンチさせることができるので、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
【００１５】
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路は、真空容器内を通り抜けると共に、一部が超伝導コイルの付近を通る流路を含み、ガス流路を流れるクエンチ用ガスは、ガス流路を介して残りの超伝導コイルを温度上昇させることでクエンチさせてもよい。
このクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを真空容器内に放出することなくガス流路を介した温度上昇により、対象となる超伝導コイルをクエンチさせることができるので、真空容器内に放出されたクエンチ用ガスを回収して真空に戻す手間や時間を削減することができる。また、このクエンチバック方法によれば、真空容器内の真空を維持したまま超伝導コイルをクエンチさせることも可能となる。
【００１６】
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路は、真空容器内において超伝導コイルより外周側に形成されていてもよい。
このクエンチバック方法によれば、超伝導コイルの内周側までガス流路を形成する場合と比べて、ガス流路を短くすることができるので、サイクロトロンの構造の簡素化及び低コスト化が図られる。
【００１７】
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路は、複数の超伝導コイルにそれぞれ対応する複数の流路を含み、残りの超伝導コイルに対応する流路へクエンチ用ガスが供給されてもよい。
このクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを供給するガス流路の選択により、対象となる超伝導コイルを適切にクエンチさせることができる。また、このクエンチバック方法によれば、一つのガス流路が全ての超伝導コイルの付近を通過する場合と比べて、クエンチ用ガスが短時間で目標の超伝導コイル付近へ到達するため、速やかなクエンチバックを実現できる。
【００１８】
本発明に係る超伝導コイルのクエンチバック方法において、ガス流路には真空ポンプが接続されており、真空ポンプの駆動によりガス流路内が真空状態にされてもよい。
このクエンチバック方法によれば、クエンチが生じていない通常時においてガス流路内を真空状態にすることができるので、ガス流路を通じて外部の熱が超伝導コイルに伝わることを効果的に抑制することができる。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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、信頼性の高いクエンチバックを実現できるサイクロトロン及び超伝導コイルのクエンチバック方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るサイクロトロンの一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】超伝導コイルに対するガス流路の関係を説明するための図である。
【図３】サイクロトロンに備えた超伝導コイルのクエンチバック方法を示すフローチャートである。
【図４】他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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
［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。
【００２３】
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超伝導コイル２，３と、超伝導コイル２，３を収容する円環状の真空容器４と、第１の超伝導コイル２の空芯部位に配置された上ポール（上磁極）５と、第２の超伝導コイル３の空芯部位に配置された下ポール（下磁極）６と、超伝導コイル２，３を冷却するための冷凍機（冷却手段）７と、ヨーク８と、を備えている。ヨーク８は、中空の円盤型ブロックであり、その内部に真空容器４、上ポール５、及び下ポール６が配置されている。
【００２４】
このサイクロトロン１では、真空容器４の内部を真空状態にした上で、冷凍機７により超伝導状態とされた超伝導コイル２，３に電流を流すことで強力な磁場を形成する。イオン源から供給された荷電粒子は、上ポール５及び下ポール６の間の空間Ｇにおいて磁場の影響により加速され、荷電粒子線として出力される。
【００２５】
第１の超伝導コイル２及び第２の超伝導コイル３は、図示しないコイル保持部材によって一体的に真空容器４内で保持されている。このコイル保持部材に接触するように、又は超伝導コイル２，３に接触するように、冷凍機７が設けられており、真空状況下で冷凍機７による超伝導コイル２，３の直接冷却が行われる。冷凍機７としては、例えば小型ＧＭ冷凍機を採用することができる。
【００２６】
図１及び図２に示されるように、サイクロトロン１は、第１の超伝導コイル２及び第２の超伝導コイル３のうち一方の超伝導コイルがクエンチした場合に、他方の超伝導コイルを強制的にクエンチさせるためのクエンチバックシステム１０を備えている。
【００２７】
クエンチバックシステム１０では、一方の超伝導コイルがクエンチした場合に、クエンチ用ガスを他方の超伝導コイルの付近に供給することで他方の超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上まで上昇させ、強制的にクエンチさせる。
【００２８】
クエンチ用ガスは、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上まで上昇させるために十分な温度を有するガスであり、例えば常温のガスが用いられる。クエンチ用ガスは、凝固点が低く、安定なガスであることが好ましい。具体的には、クエンチ用ガスとして、希ガスなどを用いることができ、特にヘリウムガスであることが好ましい。
【００２９】
クエンチバックシステム１０は、クエンチバックシステム１０を制御する制御部１１と、クエンチ用ガスが蓄えられたガスタンク１２と、第１の超伝導コイル２又は第２の超伝導コイル３の付近へクエンチ用ガスを送るためのガス流路１３と、超伝導コイル２又は超伝導コイル３に熱を与えたクエンチ用ガスを凝縮するための凝縮器１４と、を備えている。
【００３０】
ガスタンク１２は、常温のクエンチ用ガスが蓄えられたタンクである。ガスタンク１２はガス流路１３と接続されており、第１の電磁弁１５又は第２の電磁弁１６が開放されることでガスタンク１２内のクエンチ用ガスがガス流路１３へ流れ込む。
【００３１】
ガス流路１３は、第１の超伝導コイル２に対応する第１のガス流路１３Ａと、第２の超伝導コイル３に対応する第２のガス流路１３Ｂと、ガスタンク１２にクエンチ用ガスを回収するための回収用流路１３Ｃと、を有している。ガス流路１３は、スチール製やステンレス製の配管などにより構成することができる。
【００３２】
第１のガス流路１３Ａは、ガスタンク１２から凝縮器１４へ至る流路であり、一部が真空容器４内に入り込んで第１の超伝導コイル２の付近を通過する。ガスタンク１２内のクエンチ用ガスは、第１の電磁弁１５を開放することにより第１のガス流路１３Ａ内へ流れ込む。
【００３３】
第１のガス流路１３Ａは、真空容器４内を通り抜けるように形成され、第１のガス流路１３Ａと真空容器４との間には真空状態を保つためのシール部材４ａが設けられている。第１のガス流路１３Ａは、真空容器４内において第１の超伝導コイル２より外側（ヨーク８側）に形成されている。
【００３４】
第１のガス流路１３Ａの一部は、真空容器４内で第１の超伝導コイル２と接する第１の熱交換部１３０を形成している。第１の熱交換部１３０に流れ込んだ常温のクエンチ用ガスは、超伝導状態の第１の超伝導コイル２との間で熱交換を行い、第１の超伝導コイル２の温度を上昇させる。
【００３５】
第１の超伝導コイル２と熱交換したクエンチ用ガスは、凝縮器１４において凝縮され、回収用流路１３Ｃを通じてガスタンク１２へ回収される。回収用流路１３Ｃには、クエンチ用ガスをガスタンク１２へ回収するための回収ポンプ１７が設けられている。
【００３６】
また、第１のガス流路１３Ａには、第１のガス流路１３Ａ内を真空状態にするための真空引き流路１３１が設けられている。真空引き流路１３１には、真空ポンプ１８及び真空引き用電磁弁１９が配置されている。第１のガス流路１３Ａでは、クエンチ用ガスが回収された後、真空引き用電磁弁１９を開放した状態で真空ポンプ１８を駆動させることにより第１のガス流路１３Ａ内を真空状態にする。
【００３７】
第２のガス流路１３Ｂは、ガスタンク１２から凝縮器１４へ至る流路であり、一部が真空容器４内に入り込んで第２の超伝導コイル３の付近を通過する。ガスタンク１２内のクエンチ用ガスは、電磁弁１６を開放することにより第２のガス流路１３Ｂ内へ流れ込む。
【００３８】
第２のガス流路１３Ｂは、真空容器４内を通り抜けるように形成され、第２のガス流路１３Ｂと真空容器４との間には真空状態を保つためのシール部材４ａが設けられている。第２のガス流路１３Ｂは、真空容器４内において第２の超伝導コイル３より外側（ヨーク８側）に形成されている。
【００３９】
第２のガス流路１３Ｂの一部は、真空容器４内で第２の超伝導コイル３と接する第２の熱交換部１３２を形成している。第２の熱交換部１３２に流れ込んだ常温のクエンチ用ガスは、超伝導状態の第２の超伝導コイル３との間で熱交換を行い、第２の超伝導コイル３の温度を上昇させる。第２の超伝導コイル３と熱交換したクエンチ用ガスは、凝縮器１４において凝縮され、回収用流路１３Ｃを通じてガスタンク１２へ回収される。
【００４０】
また、第２のガス流路１３Ｂにおいても、第２のガス流路１３Ｂ内を真空状態にするための真空引き流路１３３が設けられている。真空引き流路１３３には、真空ポンプ２０及び真空引き用電磁弁２１が配置されている。なお、この真空ポンプ２０は、第１のガス流路１３Ａの真空ポンプ１８と別々に設ける必要はなく、第１のガス流路１３Ａ及び第２のガス流路１３Ｂにおいて真空ポンプを共有する構成としてもよい。
【００４１】
図１に示す制御部１１は、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、ＲＡＭ[Random  Access  Memory]などからなる電子制御ユニットである。制御部１１は、第１の電磁弁１５、第２の電磁弁１６、回収ポンプ１７、真空引き用電磁弁１９、２１、及び真空ポンプ１８，２０を制御する。制御部１１は、ガスタンク１２と共に特許請求の範囲に記載のガス供給手段として機能する。また、制御部１１は、特許請求の範囲に記載の制御手段としても機能する。
【００４２】
更に、制御部１１は、第１の超伝導コイル２及び第２の超伝導コイル３の電圧を検知している。制御部１１は、クエンチすると超伝導コイルの電圧に変化が生じることから、超伝導コイル２，３の電圧変化に基づいてクエンチの検出を行う。制御部１１は、特許請求の範囲に記載のクエンチ検出手段として機能する。
【００４３】
制御部１１は、第１の超伝導コイル２及び第２の超伝導コイル３のうち一方の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しない場合、他方の超伝導コイルを強制的にクエンチさせるクエンチバックの制御を実行する。
【００４４】
次に、サイクロトロン１に備えた超伝導コイル２，３のクエンチバック方法について説明する。図３は、超伝導コイル２，３のクエンチバック方法を示すフローチャートである。
【００４５】
図３に示されるように、まず、サイクロトロン１の制御部１１では、ステップＳ１として、超伝導コイル２，３のクエンチ検出が行われる。制御部１１は、超伝導コイル２、３の電圧の変化からクエンチを検出する。
【００４６】
次に、ステップＳ２として、制御部１１は、クエンチを検出した一方の超伝導コイルに対し、他方の超伝導コイルのクエンチを検出していないか検出しているかを判定する。
【００４７】
制御部１１は、他方の超伝導コイルのクエンチも検出した場合（ステップＳ２でＮＯの場合）、クエンチバックを行う必要性がないため制御を終了する。
【００４８】
一方、制御部１１は、一方の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しないと判定した場合（ステップＳ２でＹＥＳの場合）、ステップＳ３に移行する。
【００４９】
ステップＳ３において、制御部１１は、第１のガス流路１３Ａ又は第２のガス流路１３Ｂのうちクエンチしていない超伝導コイルに対応する流路に対してクエンチ用ガスを供給させる。
【００５０】
具体的には、制御部１１は、第１の電磁弁１５又は第２の電磁弁１６を開放することで、ガスタンク１２内のクエンチ用ガスを第１のガス流路１３Ａ又は第２のガス流路１３Ｂへ供給させる。供給されたクエンチ用ガスは、クエンチしていない超伝導コイルに熱を与え、超伝導コイルの温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせることでクエンチバックを実現する。
【００５１】
その後、ステップＳ４において、制御部１１は、クエンチ用ガスの回収を行う。制御部１１は、凝縮器１４で凝縮されたクエンチ用ガスを回収ポンプ１７によりガスタンク１２内へ回収する。
【００５２】
ガス流路１３内のクエンチ用ガスを概ね回収した後、ステップＳ５において、制御部１１は、ガス流路１３内の真空状態化を行う。制御部１１は、使用した第１のガス流路１３Ａ又は第２のガス流路１３に対応する真空引き用電磁弁１９、２１を開放し、真空ポンプ１８，２０を駆動させることでガス流路１３内を真空状態にする。これにより、ガス流路１３を通じて外部の熱が超伝導コイル２，３に伝わることを抑えることができる。
【００５３】
以上説明した第１の実施形態に係るサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、超伝導コイル２，３のうち一方からクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しない場合に、ガス流路１３を通じて他方の超伝導コイルの付近へクエンチ用ガスを供給することにより、超伝導コイルの温度を上昇させてクエンチさせることができる。従って、このサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、クエンチ用ガスを供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させて確実にクエンチさせることができるので、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
【００５４】
また、このサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、ガス流路１３が真空容器４内で開放されずに通り抜ける構成とすることで、クエンチ用ガスを真空容器４内に放出することなくガス流路１３を介した温度上昇により、対象となる超伝導コイルをクエンチさせることができる。従って、このサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、真空容器４内の真空を維持したまま超伝導コイルをクエンチできるので、真空容器４内を真空に戻す手間や時間を削減することができる。
【００５５】
更に、このサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、真空容器４内において、ガス流路１３が超伝導コイル２，３の径方向で超伝導コイル２，３より外側に形成されているので、超伝導コイル３，４の内側までガス流路を形成する場合と比べて、ガス流路１３を短くすることができる。このことは、サイクロトロン１の構造の簡素化及び低コスト化に有利である。
【００５６】
また、このサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、第１の超伝導コイル２及び第２の超伝導コイル３にそれぞれ対応する第１のガス流路１３Ａ及び第２のガス流路１３Ｂを備える構成とすることで、クエンチ用ガスを供給するガス流路の選択により、対象となる超伝導コイルを適切にクエンチさせることができる。しかも、このサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、一つのガス流路が全ての超伝導コイルの付近を通過する場合と比べて、クエンチ用ガスが短時間で目標の超伝導コイル付近へ到達するため、速やかなクエンチバックを実現できる。
【００５７】
更に、このサイクロトロン１及びクエンチバック方法によれば、クエンチバックの必要がない通常時（超伝導コイル２，３が共に超伝導時）において、ガス流路１３内を真空状態とすることで、ガス流路を通じて外部の熱が超伝導コイルに伝わることを効果的に抑制することができる。このことは、超伝導コイル２，３の超伝導状態の維持に有利である。
【００５８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。図４は、他の実施形態に係るサイクロトロン３１を示す概略断面図である。図４に示すサイクロトロン３１は、上述したサイクロトロン１と比べて、クエンチ用ガスが真空容器４内に直接放出される点が大きく異なっている。なお、サイクロトロン１と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５９】
サイクロトロン３１のクエンチバックシステム３２は、クエンチバックシステム３２を制御する制御部３３、クエンチ用ガスを蓄えるガスタンク３４、及びクエンチ用ガスを超伝導コイル２，３の付近に供給するためのガス流路３５を有している。
【００６０】
制御部３３は、ガス流路３５に設けられた電磁弁３６、真空ポンプ３７、及び真空引き用電磁弁３８を制御する電子制御ユニットである。制御部３３は、超伝導コイル２，３の電圧変化からクエンチを検出する。
【００６１】
制御部３３は、第１の超伝導コイル２及び第２の超伝導コイル３のうち一方の超伝導コイルのクエンチを検出し、かつ、他方の超伝導コイルのクエンチを検出しない場合、電磁弁３６を開放することで、クエンチ用ガスをガス流路３５内に供給する。
【００６２】
ガス流路３５は、ガスタンク３４と真空容器４とを接続する流路である。ガス流路３５内に供給されたクエンチ用ガスは、真空容器４内に供給されることで、真空容器４内の超伝導コイル２，３の温度を超伝導転移温度以上に上昇させてクエンチさせる。これにより、速やかで信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
【００６３】
その後、制御部３３は、ガス流路３５の真空引き流路３５ａに設けられた真空引き用電磁弁３８を開放して真空ポンプ３７を駆動させることで、真空容器４及びガス流路３５の内部を真空状態にする。これにより、外部の熱がガス流路３５などを通じて超伝導コイル２，３に伝わることを防止できる。
【００６４】
以上説明したサイクロトロン３１によれば、クエンチ用ガスを真空容器４内に供給することにより、速やかに超伝導コイルの温度を上昇させてクエンチさせることができ、信頼性の高いクエンチバックを実現することができる。
【００６５】
その他、上述したサイクロトロン１，３１において、超伝導コイルの数は二個に限られず、三個以上であってもよい。また、ガス流路１３，３５の形状は、上述したものに限られず、様々な形状を採用することができる。具体的には、ガス流路１３は、超伝導コイル２，３のそれぞれに対応したガス流路１３Ａ，１３Ｂではなく、両方の超伝導コイル２，３の付近を通過する一本の流路から構成されていてもよい。また、超伝導コイル２，３の内周側までガス流路１３が形成されていてもよい。
【００６６】
更に、ガス流路１３は、必ずしも超伝導コイル２、３に直接的に接している必要はない、コイル保持部材などを介して接していてもよい。また、ガス流路１３は、真空容器４内で、超伝導コイル２、３から離れていてもよい。この場合、真空容器４内にわずかに空気などを入れて真空状態を破ることで、ガス流路１３内を流れるクエンチ用ガスの熱を間接的に超伝導コイル２，３に与えることもできる。
【００６７】
また、ガス流路１３は、必ずしも循環するように形成してクエンチ用ガスを回収可能とする必要はない。また、ガス流路１３内を必ずしも真空にする必要もない。
【００６８】
また、ガスタンク１２は、必ずしもクエンチ用ガスを常温で蓄える必要はなく、超伝導コイルをクエンチさせるために十分な温度で蓄えていればよい。また、ガスタンク１２は、クエンチ用ガスを高圧状態で蓄えていてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，３１…サイクロトロン  ２…第１の超伝導コイル  ３…第２の超伝導コイル  ４…真空容器  ４ａ…シール部材  ５…上ポール  ６…下ポール  ７…冷凍機  ８…ヨーク  １０，３２…クエンチバックシステム  １１，３３…制御部（クエンチ検出手段、ガス供給手段、制御手段）  １２，３４…ガスタンク（ガス供給手段）  １３，３５…ガス流路  １３Ａ…第１のガス流路  １３Ｂ…第２のガス流路  １３Ｃ…回収用流路  １３０…第１の熱交換部  １３１，１３３，３５ａ…真空引き流路  １３２…第２の熱交換部  １４…凝縮器  １５…第１の電磁弁  １６…第２の電磁弁  １７…回収ポンプ  １８，２０，３７…真空ポンプ  １９，２１，３８…真空引き用電磁弁  Ｃ…中心軸  Ｇ…空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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