Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

Superconducting magnets
for Central Japan Synchrotron Radiation Research Facility Project
Mitsuhiro YoshidaA), Yoshihumi TakashimaA), Masahiro Katoh A) B)
Masato Hosaka A), Naoto Yamamoto A), Hiroyuki Morimoto A), Masami Torikoshi C)A)Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8603 JapanB)
Institute for Molecular Science, 38 Saigounaka, Myoudaiji-chou, Okazaki-shi, Aichi 444-8585
C)
National Institute of Radiological Sciences, 4-9-1 Anakawa, Inage-ku, Chiba-shi, Chiba 263-8555
Abstract
We are planning to introduce 5T superconducting bending magnets and a 7T superconducting wiggler for emissionof hard X-ray in Central Japan Synchrotron Radiation Research Facility. The conduction-cooled coils of the magnets
will be refrigerated by 4K-GM cryocoolers without cryogenic liquids. National Institute of Radiological Sciences(NIRS) has a prototype of superconducting wiggler cooled by the same system, so that we transferred the prototype
magnet to Nagoya University and performed long-time running test in order to confirm the stability of the temperatureof the conduction-cooled coils. The temperature of the coil was almost constant at 5.4 K. We also measured themagnetic field. The results of the measurements were compared to simulations in order to evaluate the accuracy of thesimulation program, and then we design the superconducting bending magnet for Central Japan Synchrotron Radiation
Research Facility by using the program.

中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画のための超伝導電磁石の検討
１．はじめに名古屋大学の立案による小型シンクロトロン光施設を核とした「光科学ナノファクトリー計画」を基礎として、愛知県、産業界、大学、研究機関が一体となり、中部シンクロトロン光利用施設計画（中部ＳＲ計画）[1]が進行中である。
中部ＳＲ計画では、周長６２．４ｍ、電子エネル
ギー１．２ＧｅＶを持つ、電子蓄積リングが建設される予定であり、小型でありながらＸ線利用が可能な光源とするために、超伝導偏向電磁石や超伝導ウィグラといった、高磁場を発生させる超伝導電磁石を導入する予定である。超伝導偏向電磁石は、ピーク磁場５Ｔ、偏向角１２°のものを４台導入し、それぞれから２～３本のビームラインを取り出すことで、合計１０本程度のＸ線ビームラインが利用可能となる。電子蓄積リングの概略図を図１に示す。
中部ＳＲ計画では、超伝導電磁石には冷凍機による直接冷却方式を採用する予定であり、同様の方式[2]を採用している超伝導ウィグラ試験機 を放射線医
図１：中部ＳＲ施設
学総合研究所（放医研）より名古屋大学へ移設し、長時間運転試験を行った。
また、超伝導ウィグラの磁場測定を行い、測定結果と磁場シミュレーションとの比較をした。このシミュレーションプログラムを用いて、中部ＳＲ計画に導入する超伝導電磁石のコイル・磁極形状の提案を行った。

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電子蓄積リング概略図（案）Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

２．超伝導ウィグラ試験機
放医研より移設した超伝導ウィグラ試験機の外観を図２に、各パラメータを表１に示す。１つの主コ
イルと２つの補助コイルが、ステンレス外装で囲われた銅製の５０Ｋ熱シールド内に存在し、主コイルとは逆向きの磁場を発生させる補助コイルが主コイ
ルを挟むように配置されている。これら３つのコイルはいずれもレーストラック型のコイルである。コイルの内側には鉄製のコアが設置されている。

によりコイル温度は約１６．５Ｋまで上昇したが、約１２時間後には５Ｋまで下がった。
図３がメンテナンス前、図４がメンテナンス後のコイル温度の時間経過を示している。メンテナンス後のコイル温度は、ほぼ５．４Ｋで一定となり、３５日間の連続運転でもほぼこの値を保っている。

図３：コイル温度（室温２４℃、メンテナンス前）図２：超伝導ウィグラ試験機

表１：超伝導ウィグラ試験機パラメータ

図４：コイル温度（室温３１℃、メンテナンス後）

３．磁場測定ウィグラ内部の鉛直方向磁場成分の測定を行い、超伝導ウィグラを放医研にて、液体窒素と冷凍機シミュレーション結果と比較した。磁場測定には、を用いて常温から極低温まで冷却した後、低温を保ホール素子をプローブとしたガウスメータを使用し、持したまま名古屋大学まで搬送した。搬送の際は冷シミュレーションには、MATHEMATICA上で動作する凍機を稼働させないため、コイルの温度は５Ｋから計算コードRADIA[3]を用いて磁場を計算した。
２３．４Ｋまで上昇したが、設置後に冷凍機を稼働
図５にシミュレーションを行ったモデル図と2次させることで、２０時間後には５Ｋに到達した。そ元磁場分布を示し、図６にはビームの進行方向におの後の定格電流２０８Aでの通電試験でも問題なくける磁場分布の、実測値と計算値を示す。実測値と動作した。
計算値では、ピーク磁場７Ｔが発生する場所においしかし、定格電流を通電するとコイル温度が徐々て１．１％の差異であった。に上昇し、励磁開始から約２４時間後にはクエンチ
また、ビーム軌道に沿った中心軸から水平面上で防止のためにインターロックを設定している温度（６Ｋ）付近まで上昇し、さらに上昇をつづけたた
左右にそれぞれ８ｍｍおよび２０ｍｍずらしたライめ消磁した。この時点での冷凍機および冷凍機用コン上での磁場測定も行い、計算値との比較を行った
ンプレッサーの総運転時間は２９１０４時間であり、 結果を図７に示す。実測値と計算値の差は最大で１．
定格電流通電時の温度上昇の原因が冷凍機能力の低４％であった。
下にあると考え、冷凍機の交換及びコンプレッサーのメンテナンスを行った。冷凍機の交換は低温で実施した。冷凍機を停止してから、交換後に再稼働させるまでの時間は約１時間半であり、冷凍機の交換-753-

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図８：超伝導偏向電磁石モデル図（矢印は電子ビームの進行方向）

図５：モデル図と３次元磁場計算結果（矢印は電子ビームの進行方向）

図９：ビームライン上（X=Z=0 mm）での磁場分布

５．まとめ
放医研の所有する超伝導ウィグラ試験機を名古屋大学へ移設し、長時間運転試験を行った。定格電流を通電した状態で、１ヶ月に渡ってコイル温度はほぼ5.4Kで安定していた。
ウィグラの磁場測定を行い、計算値との比較を行った。計算値はほぼ実験値を再現している。また、
中部ＳＲ施設のための超伝導偏向電磁石のコイル、磁極形状を検討した。
今後は多極成分についての実測値、計算値の比較を行い、中部ＳＲ施設の超伝導電磁石における磁場分布、多極成分を予測し、電子ビームに対する影響を評価する。

図６：ビームライン上（X=Z=0 mm）での磁場分布

６．謝辞(株)東芝 電力システム社の和田司氏をはじめ、超伝導ウィグラ試験機の冷却・搬送の際ご協力いただいた皆様に、大変感謝しております。

図７：水平方向（Z=0、Y=0, 220 mm）の磁場分布

４．中部SR用超伝導偏向電磁石の磁場計算
中部ＳＲ施設に導入される超伝導偏向電磁石について検討した。１．２ＧｅＶのビームエネルギーにおいて、最大磁場５Ｔを発生し、偏向角が１２°となるようモデルを作成した。ＢＬ積は０．８４Ｔｍである。この際、コイルはレーストラック型で検討した。鉄心はＣ型とし、材質は電磁軟鉄であるＳＵＹとした。コイル中心から２００ｍｍ離れた場所に設置したフィールドクランプの材質も同様にＳＵＹとした。今回計算に用いたモデルを図８に示し、ビームライン上での磁場分布を図９に示す。

参考文献[1] 高嶋圭史，加藤政博，渡邉信久，保坂将人，竹田美和，
山根隆，曽田一雄,“中部シンクロトロン光利用施設（仮称）計画”，日本放射光学会誌，Vol. 21. No. 1, 10(2008).
[2] M.Sasaki, M,Torikoshi, et al., “ DEVELOPMENT OF
SUPERCONDUCTING WIGGLER AT NIRS ”
Proceedings of EPAC (2002) , 2442-2444[3]http://www.esrf.eu/Accelerators/Groups/InsertionDevices/So
ftware/Radia-754-