(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
この超電導コイルによる磁路を形成するためのコイルヨークと、
この超電導コイルを冷却可能な冷凍機と、を有するとともに、
この冷凍機は、第一段冷却ステージおよび第二段冷却ステージを有するヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置であって、
前記冷凍機の前記第一段冷却ステージに前記コイルヨークを接続するとともに、
前記冷凍機の前記第二段冷却ステージに前記超電導コイルを接続したことを特徴とするヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置。
【請求項２】
前記コイルヨークは、前記超電導コイルおよび前記冷凍機の前記第二段冷却ステージの熱シールド板としてもこれを用いることを特徴とする請求項１記載のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置。
【請求項３】
前記コイルヨークの内面側に、前記超電導コイルおよび前記冷凍機の前記第二段冷却ステージを位置させたことを特徴とする請求項１記載のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置。
【請求項４】
前記コイルヨークと前記超電導コイルとの間に熱伝導率の小さな断熱材を設けたことを特徴とする請求項１記載のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置。
【請求項５】
前記コイルヨークの外面あるいは内面の少なくともいずれか一方に熱伝導性の良好な材料による板を貼り付けたことを特徴とする請求項１記載のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置。
【請求項６】
前記コイルヨークの内面側において、前記冷凍機の前記第二段冷却ステージと前記超電導コイルとの間に熱伝導性の良好な材料による伝熱板を介在させたことを特徴とする請求項１記載のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置にかかるもので、とくに液体ヘリウムなどを使用せずに冷凍機により超電導コイルを冷却する伝導冷却型超電導マグネット装置であって、超電導コイル用にコイルヨークを設けたヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置１について図２にもとづき概説する。
図２は、たとえば超電導ウィグラーなどに採用されるヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置１の概略断面図であって、ヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置１は、真空容器２と、ＧＭ冷凍機３（冷凍機）と、輻射シールド板４と、伝熱板５と、コイルヨーク６と、超電導コイル７と、荷重支持材８と、超電導ウィグラーにおけるビームダクト９と、を有する。
【０００３】
ＧＭ冷凍機３は、第一段冷却ステージ１０および第二段冷却ステージ１１を有する。
第一段冷却ステージ１０を輻射シールド板４に接続し（熱接触し）、温度約４０〜５０Ｋまでこれを冷却するとともに、第二段冷却ステージ１１を伝熱板５を介してコイルヨーク６に接続し（熱接触し）、超電導コイル７とともにこれを温度４Ｋ付近まで冷却する。
【０００４】
輻射シールド板４は、その冷却効率を良好にするためには熱伝導性の良好な無酸素銅などを採用し、また伝熱面積を大きく取るためには同じく熱伝導性の良好なアルミニウムなどを採用する。
伝熱板５は、熱伝導性の良好な無酸素銅やアルミニウムなどからこれを構成する。
【０００５】
コイルヨーク６は通常、超電導コイル７の外側にこれを配置するとともに超電導コイル７全体を覆って、超電導コイル７の磁路を形成する。なお、コイルヨーク６のポール１２を超電導コイル７の中心に配置する。
【０００６】
超電導コイル７は、ビームダクト９の図中上下に対称に計６個を配置し、その軸心は、それぞれのポール１２とともにビームダクト９側に臨んでいる。
【０００７】
荷重支持材８は、その一端を真空容器２に固定するとともに他端を超電導コイル７に固定して超電導コイル７を支持するもので、熱伝導性が低く許容荷重の大きな材料、たとえばＦＲＰなどでこれを構成する。
【０００８】
こうした構成を有するヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置１において、ＧＭ冷凍機３により超電導コイル７を極低温に冷却し、超電導状態になったときに通電し、コイルヨーク６に磁路を形成し、コイルヨーク６の間のビームダクト９内に所定強さの磁場を発生する。
超電導コイル７の芯となるコイルヨーク６による磁場閉込め効果を増すためには、その厚さを大きくする必要があるが、厚さの増強にともなってその重量が増大し、ＧＭ冷凍機３の第二段冷却ステージ１１で冷却する部分（コイルヨーク６）の重量が増大することになるという問題がある。
二段式のＧＭ冷凍機３の特性として、第二段冷却ステージ１１の冷却能力は第一段冷却ステージ１０の冷却能力に対して３０分の１以下と小さく、この第二段冷却ステージ１１に重量（容量）の大きなコイルヨーク６が熱的に接触されていると、冷却に要する時間が極端に長くなるという問題がある。
【０００９】
また、輻射シールド板４に関しては、その冷却を良好にするためには、その板厚を厚くする必要があるが、輻射シールド板４の板厚が厚くなると、全体の重量増加につながり、荷重支持材８による荷重支持構造も大掛かりとなって、ヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置１全体の寸法も大きくなるという問題がある。
なお、超電導コイル７への通電時間の掃引速度を速くすると、コイルヨーク６に渦電流が流れ、ジュール発熱により温度上昇の原因となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、重量のあるコイルヨークの冷却時間を短縮可能なヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置を提供することを課題とする。
【００１１】
また本発明は、従来に比較してコンパクト、軽量で、かつ熱侵入の少ないヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置を提供することを課題とする。
【００１２】
また本発明は、従来の輻射シールド板とコイルヨークとを兼用し、輻射シールド板を廃止可能なヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、コイルヨークを冷凍機の第二段冷却ステージではなく、その第一段冷却ステージに接続すること、さらにコイルヨークと輻射シールド板とを兼用するようにコイルヨークを活用することに着目したもので、超電導コイルと、この超電導コイルによる磁路を形成するためのコイルヨークと、この超電導コイルを冷却可能なＧＭ冷凍機などの冷凍機と、を有するとともに、この冷凍機は、第一段冷却ステージおよび第二段冷却ステージを有するヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置であって、上記冷凍機の上記第一段冷却ステージに上記コイルヨークを接続するとともに、上記冷凍機の上記第二段冷却ステージに上記超電導コイルを接続したことを特徴とするヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置である。
【００１４】
上記コイルヨークは、上記超電導コイルおよび上記冷凍機の上記第二段冷却ステージの熱シールド板としてもこれを用いることができる。
【００１５】
上記コイルヨークの内面側に、上記超電導コイルおよび上記冷凍機の上記第二段冷却ステージを位置させることができる。
【００１６】
上記コイルヨークと上記超電導コイルとの間に熱伝導率の小さな断熱材を設けることができる。
【００１７】
上記コイルヨークの外面あるいは内面の少なくともいずれか一方に熱伝導性の良好な材料による板を貼り付けることができる。
【００１８】
上記コイルヨークの内面側において、上記冷凍機の上記第二段冷却ステージと上記超電導コイルとの間に熱伝導性の良好な材料による伝熱板を介在させることができる。
【００１９】
本発明によるヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置においては、コイルヨークをＧＭ冷凍機など冷凍機の第二段冷却ステージではなく、冷凍機の第一段冷却ステージに接続すること、さらに、従来の輻射シールド板として兼用するようにコイルヨークを活用するようにしたので、重量があるコイルヨークを、冷却能力がより高い第一段冷却ステージにより冷却可能で、その冷却時間の短縮が可能である。
したがって、輻射シールド板を省略することが可能となって、全体の軽量化およびコンパクト化が可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態によるヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置２０を図１にもとづき説明する。ただし、図２と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、ヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置２０の概略断面図であって、ヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置２０においては、従来の輻射シールド板４を採用することなく、代わりにコイルヨーク２１を設けている。
【００２１】
すなわちコイルヨーク２１を、冷却能力がより高い第一段冷却ステージ１０に接続し、コイルヨーク２１が第二段冷却ステージ１１とともに超電導コイル７全体を覆うようにしてある。
【００２２】
なお、コイルヨーク２１のポール１２と超電導コイル７との間に断熱材２２を設け、第一段冷却ステージ１０に熱接触しているコイルヨーク２１（およびそのポール１２）と第二段冷却ステージ１１に熱接触している超電導コイル７との間の断熱構造とする。
断熱材２２は、熱伝導率の小さなＦＲＰなどの材料を採用する。
【００２３】
ＧＭ冷凍機３の第二段冷却ステージ１１には、伝熱板５に相当する、無酸素銅あるいは高純度のアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料による伝熱板２３を介して超電導コイル７を接続してある。
【００２４】
さらに、図中仮想線で示すように、コイルヨーク２１の外面あるいは内面の少なくともいずれか一方に熱伝導性の良好な材料による表面板２４を貼り付けることにより、輻射シールド板として機能するコイルヨーク２１の伝熱特性を改善することができる。
【００２５】
こうした構成のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置２０において、冷却能力がより大きな第一段冷却ステージ１０を用いて、重量の大きなコイルヨーク２１を冷却することができ、超電導コイル７の冷却時間の短縮および電流掃引時の温度上昇を小さく抑えることができる。
さらに、コイルヨーク２１が超電導コイル７を覆う構成となっているので、従来の輻射シールド板４（図２）を廃止することが可能となり、ヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置２０全体の小型化および軽量化が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、コイルヨークを輻射シールド板として兼用し、コイルヨークを冷凍機の第一段冷却ステージに熱接触するようにしたので、超電導コイルの冷却時間を短縮可能であるとともに、全体の小型化および軽量化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置２０の概略断面図である。
【図２】超電導ウィグラーなどに採用される、従来のヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置１の概略断面図である。
【符号の説明】
１  ヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置（図２）
２  真空容器
３  ＧＭ冷凍機（冷凍機）
４  輻射シールド板
５  伝熱板
６  コイルヨーク
７  超電導コイル
８  荷重支持材
９  超電導ウィグラーにおけるビームダクト
１０  ＧＭ冷凍機３の第一段冷却ステージ
１１  ＧＭ冷凍機３の第二段冷却ステージ
１２  コイルヨーク６のポール
２０  ヨーク付き伝導冷却型超電導マグネット装置（実施の形態、図１）
２１  コイルヨーク
２２  断熱材
２３  伝熱板
２４  表面板
【図１】
0004117593.tif 000002
【図２】
0004117593.tif 000003