(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に配置され同一の電流が流れるように互いに直列に接続された複数の超電導コイルからなり、この複数の超電導コイルは、空胴共振器のあるキャビティ領域に所定の磁場を印加するキャビティコイルと、電子銃のあるガン領域に所定の磁場を印加するガンコイルと、前記キャビティ領域と前記ガン領域の間隔に応じて前記キャビティコイルの磁場の影響を前記ガン領域におよぼさぬように減衰させるバッキングコイルを含んで構成されるコイル群と、
前記コイル群に同一の電流を供給するように配置された常温部に通じ、前記キャビティコイルと前記ガンコイルに接続された一対の主電流リードと、
前記コイル群に属する電気回路的に隣り合う前記キャビティコイルと前記バッキングコイルの間およびこのバッキングコイルと前記ガンコイルの間に配置され、このガンコイルに接続された前記主電流リードの常温部に通じる補助電流リードと、
前記一対の主電流リードに接続され、前記コイル群に同一の電流を供給することにより基本的磁場分布を形成する主電源と、
前記主電流リードと、前記補助電流リードのうちの適当な２本の電流リードによって電気回路的に挟まれた前記キャビティコイルと前記バッキングコイルの各々１つのコイルにのみ電流を供給するためのものであって、前記２本の電流リードに接続され、前記コイル群に属する前記キャビティコイルと前記バッキングコイルの各々１つのコイルの電流を変えることによって前記基本的磁場分布を補正する補助電源と、
を備えたことを特徴とするジャイロトロン用超電導磁石。
【請求項２】
前記コイル群に属する各コイルの両端が、ダイオード素子もしくはサイリスタ素子を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン用超電導磁石。
【請求項３】
前記コイル群を使用温度まで冷却する手段として、無冷媒式の冷凍機を具備したことを特徴とする請求項１または２記載のジャイロトロン用超電導磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い周波数の電磁波発振用電子管であるジャイロトロンに、必要な磁場を印加するためのジャイロトロン用超電導磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ジャイロトロン２９は、例えば図５において、真空容器１及び複数の超電導コイル（ガンコイル４、キャビティコイル２、バッキングコイル３）が無い状態のもので構成されている。
【０００３】
すなわち、電子銃３０よりガンコイル４により引き出された電子ビーム３２は、印加している磁場のミラー効果でピッチファクタ（垂直速度／平行速度）を圧縮されながら、所定の発振周波数に合わせて作られた空胴共振器３１に入射し、その電子サイクロトロン周波数に対応した磁場（キャビティコイル２）を印加しておくことにより、所定の発振電磁波３３を得るものである。
このような構成のものにおいて、電子銃３０と空胴共振器３１をあまり離さないほうが安定した発振が得られると言われており、装置の大きさの制約もあってこの間隔はあまり長くしないように構成されている。
【０００４】
従って、ジャイロトロン用超電導磁石は、空胴共振器３１のあるキャビティ領域に所定の磁場を印加するキャビティコイル２と電子銃３０のあるガン領域に所定の磁場を印加するガンコイル４、及びキャビティ領域とガン領域の間隔に応じてキャビティコイル２の磁場の影響をガン領域におよぼさぬように減衰させるバッキングコイル３のように複数の超電導コイルから構成される。
【０００５】
また、ジャイロトロンを効率よく発振させるには印加する磁場分布の位置を精度よくあわせることが必要となるため、超電導磁石の製作誤差による磁場分布のズレやジャイロトロンの製作誤差、設置誤差に合わせた磁場分布の調整ができるように各コイルは独立に電流値が設定可能である。
【０００６】
以下、図５を参照して従来のジャイロトロン用超電導磁石の一例について説明する。すなわち、同軸上に配置されたキャビティコイル２、バッキングコイル３、ガンコイル４と、各コイル２、３、４に対応した電流導入用の電流リード２ａ・２ｂ、３ａ・３ｂ、４ａ・４ｂとそれぞれに接続されていて、各キャビティコイル２、バッキングコイル３、ガンコイル４には、電源２５、２６、２７が接続され、これにより各コイル２、３、４にはそれぞれ電流ＩＣ、ＩＢ、ＩＧを供給するように構成されている。
【０００７】
このように構成されたジャイロトロン用超電導磁石においては、コイル２、３、４の電流値を独立に制御することにより、各コイル２、３、４の位置ズレのような超電導磁石の製作誤差、設置誤差による磁場分布のズレやジャイロトロンの製作誤差に合わせた磁場分布の調整を行い、磁場分布の位置を精度良く合わせてジャイロトロン２９を効率よく発振させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来のジャイロトロン用超電導磁石においては、コイル２、３、４にそれぞれ常温部まで通じる電流リード２ａ・２ｂ、３ａ・３ｂ、４ａ・４ｂが接続されるため、これを伝っての熱侵入が生じる。よって、例えばコイル２、３、４の磁場を高くするというような理由で電流ＩＣ、ＩＢ、ＩＧを高くすると、電流リード２ａ・２ｂ、３ａ・３ｂ、４ａ・４ｂもそれに応じて太くなるため、熱侵入が大きく増えてしまい超電導磁石の性能上不利となる、という問題があった。
【０００９】
このため、コイル２、３、４を真空容器１内部で直列に接続して同じ電流ＩＣを流すようにすることが考えられるが、この手法は、電流リードは２ａ、４ｂの２本で済むため、熱侵入が大きく増えてしまうという問題は大きく軽減される。
【００１０】
ところが、コイル３、４は独立に電流値を設定できないため、磁場分布の調整ができなくなる。よって、独立に電流を流せる調整用コイル、すなわちバッキングコイル３、ガンコイル４の外側に巻いて、磁場分布の調整を行うことになるが、この各調整コイルからは各々２本ずつの常温部まで通じる電流リード３’ａ・３’ｂ、４’ａ・４’ｂが付くため、コイル・電流リードが増えて構造が複雑になる上に熱侵入が増え、さらに元のコイルと調整用の外側コイルで電流が異なるために電磁力の掛かり方が異なり、この界面でのコイル間のすべり・はがれなどが生じるのでクエンチしやすく、超電導磁石として不安定になるという別の問題が生じていた。
【００１１】
本発明はかかる問題点を改善するためなされたものであり、熱侵入の増加を抑え、超電導磁石の不安定を生じることなく、ジャイロトロン用として十分な磁場分布調整能力を持った、構造の簡素なジャイロトロン用超電導磁石を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のジャイロトロン用超電導磁石は、以下のように構成したものである。
【００１３】
請求項１に対応する発明は、同軸上に配置され同一の電流が流れるように互いに直列に接続された複数の超電導コイルからなり、この複数の超電導コイルは、空胴共振器のあるキャビティ領域に所定の磁場を印加するキャビティコイルと、電子銃のあるガン領域に所定の磁場を印加するガンコイルと、前記キャビティ領域と前記ガン領域の間隔に応じて前記キャビティコイルの磁場の影響を前記ガン領域におよぼさぬように減衰させるバッキングコイルを含んで構成されるコイル群と、
前記コイル群に同一の電流を供給するように配置された常温部に通じ、前記キャビティコイルと前記ガンコイルに接続された一対の主電流リードと、
前記コイル群に属する電気回路的に隣り合う前記キャビティコイルと前記バッキングコイルの間およびこのバッキングコイルと前記ガンコイルの間に配置され、このガンコイルに接続された前記主電流リードの常温部に通じる補助電流リードと、
前記一対の主電流リードに接続され、前記コイル群に同一の電流を供給することにより基本的磁場分布を形成する主電源と、
前記主電流リードと、前記補助電流リードのうちの適当な２本の電流リードによって電気回路的に挟まれた前記キャビティコイルと前記バッキングコイルの各々１つのコイルにのみ電流を供給するためのものであって、前記２本の電流リードに接続され、前記コイル群に属する前記キャビティコイルと前記バッキングコイルの各々１つのコイルの電流を変えることによって前記基本的磁場分布を補正する補助電源と、
を備えたことを特徴とするジャイロトロン用超電導磁石である。
【００１４】
請求項１に対応する発明によれば、一対の主電流リードに接続された主電源を使用してコイル群に同一の電流を供給することにより基本的磁場分布を形成するとともに、主電流リードと補助電流リードのうちの適当な２本の電流リードによって電気回路的に挟まれた１つのコイルにのみ電流を供給するための２本の電流リードに接続された補助電源を少なくとも１つ使用して、コイル群に属する少なくとも１つのコイルの電流を変えることによって基本的磁場分布を補正するようにしたので、次のような作用効果が得られる。
【００１５】
すなわち、補助電流リードの太さは主電流リードより細くて良い上、各電流リードは補助電流リードをそれぞれ兼ねられるため、それぞれのコイルに独立に電流リードを設けるよりも電流リードの本数を少なくできる。また、請求項１に対応する発明によれば、磁場分布の調整を行うための調整用電流を流しても各コイルの外側に別のコイルを巻いていないので、電流値の異なる界面が生じることはない。
【００１６】
請求項２に対応する発明は、前記コイル群に属する各コイルの両端が、ダイオード素子もしくはサイリスタ素子を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン用超電導磁石である。
【００１７】
請求項２に対応する発明によれば、請求項１に対応する発明に加えてコイル群に属する各コイルの両端が、ダイオード素子もしくはサイリスタ素子を介して電気的に接続されているので、例えば超電導コイル群の内のいずれかのコイルがクエンチして高抵抗が発生したというような理由でコイルの両端に高電圧が発生する場合に、コイル両端は電気的にほぼ短絡される。
【００２０】
請求項３に対応する発明は、前記コイル群を使用温度まで冷却する手段として、無冷媒式の冷凍機を具備したことを特徴とする請求項１または２記載のジャイロトロン用超電導磁石である。
【００２１】
請求項３に対応する発明によれば、請求項１または請求項２に記載の本発明に加えてコイル群を冷却する方法として、無冷媒式の冷凍機を使用しているので、超電導コイル群を使用温度である極低温に保持するための冷媒が不要となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係るジャイロトロン用超電導磁石の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
＜第１実施形態（請求項１に対応）＞
図１において、真空容器１の中で同軸上に配置され同一の電流が流れるように互いに直列に接続されたキャビティコイル２、バッキングコイル３、ガンコイル４からなるコイル２〜４群を備えている。
【００２４】
また、コイル２〜４群に同一の電流を供給するように配置された常温部に通じる一対の主電流リード８ａ、８ｂと、コイル２〜４群に属する電気回路的に隣り合う２つのコイル２と３の間、コイル３と４の間に配置され、少なくとも一つの常温部に通じる補助電流リード９ａ、９ｂを備えている。
【００２５】
さらに、一対の主電流リード８ａ、８ｂに接続され、コイル２〜４群に同一の電流を供給することにより基本的磁場分布を形成する主電源５を備えている。
【００２６】
また、電流リードによって電気回路的に挟まれた１つのコイルにのみ電流を供給し、該基本的磁場分布を補正するための補助電源６、７を備えている。ここでは、主電流リード８ｂと、補助電流リード９ａ、９ｂのうちの２本の電流リードによって電気回路的に挟まれた１つのコイル３、４にのみ電流を供給するためのもの補助電源６、７を備えている。
【００２７】
このように構成された本実施形態において、主電源５及び補助電源６、７を通電状態にすることでコイル２、３、４の電流値がそれぞれＩＣ、 ＩＢ＝ＩＣ＋Ｉ１、 ＩＧ＝ＩＣ＋Ｉ２となる。
【００２８】
本実施形態によれば、調整用電流Ｉ１、Ｉ２は主電流ＩＣより小さいので補助電流リード ９ａ、９ｂ の太さは主電流リード８ａ、８ｂより細くて良い。また、主電流リード８ｂは主電流ＩＣと調整用電流Ｉ２、補助電流リード９ｂは調整用電流Ｉ１と調整用電流Ｉ２の電流リードをそれぞれ兼ねているため電流リードの本数を少なくできるので、前述した従来例のようにそれぞれのコイル２、３、４に独立に電流リードを設けるよりも構造を簡素化できる上に、電流リードによる熱侵入をずっと少なくすることができる。
【００２９】
また、調整用電流Ｉ１、Ｉ２を流してもコイル３、４は各々単体コイルであるため、電流値の異なる界面が生じることはなく、この結果構造的に不安定になることがない。
【００３０】
以上述べた実施形態によれば、それぞれのコイルに独立に電流リードを設けるよりも構造を簡素化できる上に、電流リードによる熱侵入をずっと少なくすることができ、調整用電流を流しても構造的に不安定になることがないので、熱侵入の増加を抑え、超電導磁石の不安定を生じることなく、ジャイロトロン用として十分な磁場分布調整能力を持った、構造の簡素なジャイロトロン用超電導磁石を提供することができる。
【００３１】
＜第２実施形態（請求項２に対応）＞
図２において、図１のコイル２、３、４群に属する各コイルの両端が、逆並列接続されたダイオード素子１３を介して電気的に接続されたものであり、これ以外の点は、図１の実施形態と同一である。
【００３２】
このように各コイル２、３、４の両端が、ダイオード素子１３を介して電気的に接続されているので、例えば超電導コイル群の内のいずれかのコイルがクエンチして高抵抗が発生したというような理由でコイルの両端に高電圧が発生する場合に、コイル両端は電気的にほぼ短絡される。
【００３３】
以上述べた第２実施形態によれば、コイルの両端に高電圧が発生した場合に各コイル両端は電気的にほぼ短絡されるので、いずれかのコイルの両端及びそれに接続された電流リードや電源が高電圧になるのを防止して、安全なジャイロトロン用超電導磁石を提供することができる。
【００３４】
＜第３実施形態＞図３において、図１の主電源５及び補助電源６、７のそれぞれの出力端の内の１つが、直接またはダイオード素子１３を介して、電気的に同一電位の接続個所１４に接続されている点のみが、図１とは異なる点である。
【００３５】
このような構成のものにおいて、クエンチというような理由で主電源５及び補助電源と各電流リードの一部または全部の電気的な接続を強制的に切り離した場合に、すべての電源のそれぞれの出力端の内の１つは直接またはダイオード素子１３を介して電気的に同一電位の個所に接続されていることから、ほぼ同一電位に固定される。このため、主電源及び補助電源と電流リードの電気的な接続を切り離した場合に、いずれかの電源が高電圧になるのを防止して、安全なジャイロトロン用超電導磁石を提供することができる。
【００３６】
＜第４実施形態＞図４において、図１のコイル２、３、４群を使用温度まで冷却する手段として、無冷媒式冷凍機１５を設け、これによりコイル２、３、４の外周面に設けた伝熱手段１６を介してコイル２、３、４を冷却するようにしたものである。
【００３７】
本実施形態によれば、超電導コイル群を使用温度である極低温に保持するための冷媒が不要となるので、冷媒を保持する容器や冷媒を注入する構造が不要となり、さらに構造の簡素な超電導磁石を提供することができる。
【００３８】
＜変形例＞
図２、図３に示したダイオード素子１３は、サイリスタ素子に変えても、各実施形態と同様な作用効果が得られる。
【００３９】
また、前述した実施形態と同じ作用が得られることを条件に、本ダイオード素子もしくはサイリスタ素子の配置は真空容器内であっても、電流リードを介して真空容器外であっても、さらには接続している電源内であっても良い。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば熱侵入の増加を抑え、超電導磁石の不安定を生じることなく、ジャイロトロン用として十分な磁場分布調整能力を持った、構造の簡素なジャイロトロン用超電導磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のジャイロトロン用超電導磁石の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明のジャイロトロン用超電導磁石の第２の実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明のジャイロトロン用超電導磁石の第３の実施形態を示す概略構成図。
【図４】本発明のジャイロトロン用超電導磁石の第４の実施形態を示す概略構成図。
【図５】従来のジャイロトロン用超電導磁石の一例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１…真空容器
２…キャビティコイル
３…バッキングコイル
４…ガンコイル
５…主電源
６、７…補助電源
８ａ、８ｂ…主電流リード
９ａ、９ｂ…補助電流リード
【図１】
0003980786.tif 000002
【図２】
0003980786.tif 000003
【図３】
0003980786.tif 000004
【図４】
0003980786.tif 000005
【図５】
0003980786.tif 000006