JP2017162896A - 超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石を提供する。
【解決手段】超伝導サイクロトロン１では、第１電源２１Ａ及び第２電源２１Ｂによって電力が供給されるため、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部７においてクエンチが発生した場合には、遮断器２４を動作させることによって、保護抵抗２３、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、各超伝導コイルを流れていた電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じない。
【選択図】図２

Description

本発明は、超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石に関する。

従来、一対の磁極と、一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた一対の超伝導コイルを有するコイル部と、コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備える超伝導電磁石を用いた超伝導サイクロトロンが知られている（例えば特許文献１）。

このような超伝導サイクロトロンでは、各超伝導コイルとサイクロトロンを構成する鉄製部材等との間に強い磁気力が働く場合がある。そこで、このような強い力が各超伝導コイルに働くことにより超伝導コイルがダメージを受けることを抑制するため、超伝導コイル同士を互いに連結して、各超伝導コイルに働く力を相殺することが行われている。

ここで、コイル部においてクエンチが発生すると、各超伝導コイルに働く力のバランスが崩れて力が相殺されなくなり、各超伝導コイルに働く強い力によって超伝導コイルがダメージを受ける虞がある。このため、クエンチが発生した場合には、各超伝導コイルに働く磁気力を速やかに低減させることが望まれる。そこで、電力供給部に、各超伝導コイルを流れる電流を速やかに減衰させるための抵抗を備えた保護回路を設けることが知られている。

特開２０１４−２４１２１７号公報

ところで、このような超伝導サイクロトロンでは、一対の磁極の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整するため、各超伝導コイルに流される電流の大きさは超伝導コイル毎に個別に制御される。このため、コイル部においてクエンチが発生した場合であっても、各超伝導コイルを流れる電流を一律に減衰させることができない。このような理由から、保護回路は各超伝導コイルに対して個別に設けられているため、クエンチが発生すると各超伝導コイルに流れる電流の大きさに差が生じる。従って、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間にも超伝導コイル毎に差が生じることとなり、各超伝導コイルに働く力を十分に抑制することができない虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる超伝導サイクロトロン及び超伝導電磁石を提供することを目的とする。

本発明の超伝導サイクロトロンは、一対の磁極と、一対の磁極の間に配置され、荷電粒子を加速させるための電場を発生させる加速電極と、一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルを有するコイル部と、コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルは直列に接続され、電力供給部は、正側がコイル部の一端側に接続されていると共に負側がコイル部の他端側に接続されている第１電源と、正側が第２超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第２超伝導コイルの他端側に接続されている第２電源と、第１電源の正側とコイル部の一端側との間に設けられた第１分岐点から、第１電源の負側とコイル部の他端側との間に設けられた第２分岐点までを接続するように、第１電源に対してコイル部と並列に接続された抵抗と、第１電源の正側と第１分岐点との間、又は、第１電源の負側と第２分岐点との間に配置され、第１電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有する。

この超伝導サイクロトロンでは、第１電源によって第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルに電力が供給されると共に、第２電源によって第２超伝導コイルに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部においてクエンチが発生した場合には、遮断器を動作させることによって、抵抗、第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部の各超伝導コイルを流れていた電流は、抵抗を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、コイル部は、コイル部においてクエンチが発生したことを検知するクエンチ検出部を備え、電力供給部は、クエンチ検出部がコイル部においてクエンチが発生したことを検知した場合に、第１電源を流れる電流を遮断するように遮断器を動作させる制御部を備えてもよい。この場合、コイル部においてクエンチが発生した場合に、速やかに第１電源を流れる電流を遮断することができる。従って、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を速やかに抑制することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、コイル部は、一対の磁極をそれぞれ囲むように設けられた第３超伝導コイル及び第４超伝導コイルを更に有し、第１超伝導コイル、第２超伝導コイル、第３超伝導コイル及び第４超伝導コイルは直列に接続され、電力供給部は、正側が第３超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第３超伝導コイルの他端側に接続されている第３電源と、正側が第４超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第４超伝導コイルの他端側に接続されている第４電源と、を有してもよい。この場合、一対の磁極の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。

本発明の超伝導サイクロトロンでは、コイル部は、第３超伝導コイル及び第４超伝導コイルからなる対を複数有してもよい。この場合、一対の磁極の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。

本発明の超伝導電磁石は、一対の磁極と、一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルを有するコイル部と、コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルは直列に接続され、電力供給部は、正側がコイル部の一端側に接続されていると共に負側がコイル部の他端側に接続されている第１電源と、正側が第２超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が第２超伝導コイルの他端側に接続されている第２電源と、第１電源の正側とコイル部の一端側との間に設けられた第１分岐点から、第１電源の負側とコイル部の他端側との間に設けられた第２分岐点までを接続するように、第１電源に対してコイル部と並列に接続された抵抗と、第１電源の正側と第１分岐点との間、又は、第１電源の負側と第２分岐点との間に配置され、第１電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有してもよい。

この超伝導電磁石では、第１電源によって第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルに電力が供給されると共に、第２電源によって第２超伝導コイルに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部においてクエンチが発生した場合に、遮断器を動作させることによって、抵抗、第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部の各超伝導コイルを流れていた電流は、抵抗を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。

本発明によれば、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することが可能となる。

実施形態に係る超伝導サイクロトロンの構成を示す断面図である。 実施形態に係る超伝導サイクロトロンの回路図である。 変形例に係る超伝導サイクロトロンの回路図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１は、イオン源（不図示）から荷電粒子を加速空間Ｇ内に供給し、加速空間Ｇ内の荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する横置きの円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子（重イオン）などが挙げられる。超伝導サイクロトロン１は、例えば荷電粒子線治療用の加速器として用いられる。

この超伝導サイクロトロン１では、加速空間Ｇ内で円軌道を描く荷電粒子ビームを継続的に加速するため、等時性（円軌道の半径の大きさに関係なく一周にかかる時間が等しいこと）を確保するように磁場の強さ及び向きを制御する必要がある。

超伝導サイクロトロン１は、イオン源の他に、超伝導電磁石５、ディ電極（加速電極）２及び上下方向荷重支持体１１，１２を備えている。超伝導電磁石５は、一対の磁極３，４と、ヨーク６と、コイル部７と、コイル支持枠９と、真空容器１０と、電力供給部２０と、を有する。コイル部７は、第１超伝導コイル７Ａ、第２超伝導コイル７Ｂ、及びクエンチ検出部８を有する（図２参照）。

磁極３，４は、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂの中心軸線Ｃ方向に離間して配置されている。なお、超伝導サイクロトロン１では、中心軸線Ｃ方向は、上下方向に沿って配置されている。磁極３は、加速空間Ｇより上方に配置された上磁極であり、磁極４は、加速空間Ｇより下方に配置された下磁極である。また、磁極３，４の間には、ディ電極２が配置されている。ディ電極２は、高周波を付与されることで、荷電粒子を加速させるための電場を発生させる。

ヨーク６は、中空の円盤型のブロックであり、その内部に磁極３，４及び真空容器１０が配置されている。ヨーク６は、円筒部６ａと、円筒部６ａの一方の開口を閉じるように形成された天部６ｂと、円筒部６ａの他方の開口を閉じるように形成された底部６ｃと、を備える。ヨーク６は、第１超伝導コイル７Ａ、第２超伝導コイル７Ｂ、及び磁極３，４で生成した磁場が外部に漏れないようにするためのものである。

第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂは、一対の磁極３，４のそれぞれを囲むように設けられている。第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂは、中心軸線Ｃ方向に並んで配置されている。第１超伝導コイル７Ａは、磁極３の外周を覆うように巻かれ、第２超伝導コイル７Ｂは、磁極４の外周を覆うように巻かれている。第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂは、例えば、内周側に内枠（または内巻枠）が設けられておらず、コイル（線材及び線材を固着する接着材）の内周面が他の部材によって接着・固定されていない空芯コイルである。

第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂは、冷凍機（不図示）によって冷却されて超伝導状態とされると共に、後述する電力供給部２０によって電力を供給される。第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂは、直列に接続されている。

図２に示されるクエンチ検出部８は、コイル部７において超伝導コイルにクエンチが発生したことを検知する。クエンチ検出部８は、第１超伝導コイル７Ａにおけるクエンチの発生を検知する第１クエンチ検出器８Ａと、第２超伝導コイル７Ｂにおけるクエンチの発生を検知する第２クエンチ検出器８Ｂと、第１クエンチ検出器８Ａ及び第２クエンチ検出器８Ｂの動作を制御するクエンチ検出器制御装置８Ｍと、を含む。第１クエンチ検出器８Ａ及び第２クエンチ検出器８Ｂは同様の構成を備えるため、以下では第１クエンチ検出器８Ａの構成について説明する。

第１クエンチ検出器８Ａは、第１超伝導コイル７Ａを一端側と他端側との二つの領域に分割し、各領域の電圧を測定する。第１クエンチ検出器８Ａは、クエンチが発生していない状態での各領域の電圧が略同等となる位置にて第１超伝導コイル７Ａを分割し、各領域の電圧差の変化を監視する。第１超伝導コイル７Ａにおいてクエンチが発生すると、クエンチが発生した部位における抵抗値が増大する。このため、第１クエンチ検出器８Ａは、監視している電圧差に所定値以上の変化が生じた場合に、第１超伝導コイル７Ａにおいてクエンチが発生したことを検知する。

クエンチ検出器制御装置８Ｍは、第１クエンチ検出器８Ａ又は第２クエンチ検出器８Ｂがクエンチの発生を検知した場合には、コイル部７においてクエンチが発生したことを電力供給部２０の制御部２５に対して通知する。制御部２５について、詳しくは後述する。

図１に戻り、コイル支持枠９は、第１超伝導コイル７Ａの外周面を覆う側板部９ａと、第１超伝導コイル７Ａの上面を覆う上リング部材９ｂと、第２超伝導コイル７Ｂの外周面を覆う側板部９ｃと、第２超伝導コイル７Ｂの下面を覆う下リング部材９ｄと、上下の側板部９ａ，９ｃを連結する中間部９ｅと、を備える。コイル支持枠９は、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂの周方向において全周に亘って形成されている。

上リング部材９ｂは、側板部９ａの上端部から径方向内側に張り出すように形成されている。上リング部材９ｂは、円環板状を呈し、上リング部材９ｂの板厚方向は、中心軸線Ｃ方向に沿うように配置されている。

下リング部材９ｄは、側板部９ｃの下端部から径方向内側に張り出すように形成されている。下リング部材９ｄは、円環板状を呈し、下リング部材９ｄの板厚方向は、中心軸線Ｃ方向に沿うように配置されている。

中間部９ｅの径方向の幅は、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂの径方向の幅に対応している。中間部９ｅの断面は、例えば矩形を呈している。中間部９ｅの上面は、第１超伝導コイル７Ａの下面に当接し、中間部９ｅの下面は、第２超伝導コイル７Ｂの上面に当接している。また、中間部９ｅの上面は、側板部９ａに接合され、中間部９ｅの下面は、側板部９ｃに接合されている。中間部９ｅと側板部９ａとの接合は、ボルト接合でもよく、溶接などその他の接合方法でもよい。同様に、中間部９ｅと側板部９ｃとの接合は、ボルト接合でもよく、溶接などその他の接合方法でもよい。

このような構成により、中間部９ｅは、第１超伝導コイルと第２超伝導コイルとを互いに連結する。これにより、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂのそれぞれと、例えば鉄製のヨーク６等との間に働く強力な磁気力が相殺される。

真空容器１０は、第１超伝導コイル７Ａ、第２超伝導コイル７Ｂ、及びコイル支持枠９を収容している。真空容器１０には、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂを冷却するための冷凍機が接続されている。冷凍機は、例えば、ＧＭ冷凍機（Gifford-McMahon cooler）であり、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂを例えば４Ｋに冷却することができる。なお、冷凍機は、ＧＭ冷凍機に限定されず、例えばスターリング冷凍機を始めその他の冷凍機でもよい。

上下方向荷重支持体１１，１２は、コイル支持枠９を支持すると共にコイル支持枠９の中心軸線Ｃ方向の位置を調整する。上下方向荷重支持体１１、１２は、ヨーク６に対して相対的に固定され、中心軸線Ｃ方向からコイル支持枠９を支持するものである。上下方向荷重支持体１１，１２は、上下一対としてコイル支持枠９を挟むように配置され、互いに反対方向にコイル支持枠９を引っ張ることでコイル支持枠９を支持している。上下方向荷重支持体１１，１２は、コイル支持枠９の周方向において、複数配置されている。複数の上下方向荷重支持体１１，１２は、コイル支持枠９の周方向において、等間隔で配置されている。

図２に示されるように、電力供給部２０は、コイル部７に電力を供給する。電力供給部２０は、第１電源２１Ａと、第２電源２１Ｂと、保護抵抗（抵抗）２３と、遮断器２４と、制御部２５と、を含む。

第１電源２１Ａは、コイル部７の全体に対して電力を供給するための電源である。第１電源２１Ａは、正側Ｐ１がコイル部７の一端側Ｓ１に接続されていると共に負側Ｎ１がコイル部７の他端側Ｓ２に接続されている。コイル部７の一端側Ｓ１及び他端側Ｓ２とは、直列に接続された複数の超伝導コイル（ここでは第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂの２つの超伝導コイル）を含むコイル部７の両端側である。

第２電源２１Ｂは、コイル部７の内の第２超伝導コイル７Ｂに対して電力を供給するための電源である。第２電源２１Ｂは、正側Ｐ２が第２超伝導コイル７Ｂの一端側Ｓ３に接続されていると共に負側Ｎ２が第２超伝導コイル７Ｂの他端側Ｓ４に接続されている。第２超伝導コイル７Ｂの一端側Ｓ３及び他端側Ｓ４とは、第２超伝導コイル７Ｂの両端側である。

保護抵抗２３は、コイル部７を流れる電流を減衰させるための抵抗である。保護抵抗２３は、第１電源２１Ａに対してコイル部７と並列に接続されている。具体的に、第１電源２１Ａの正側Ｐ１とコイル部７の一端側Ｓ１とを接続する回路上には、当該回路から別の回路を分岐させる第１分岐点２２Ａが設けられている。また、第１電源２１Ａの負側Ｎ１とコイル部７の他端側Ｓ２とを接続する回路上には、当該回路から別の回路を分岐させる第２分岐点２２Ｂが設けられている。第１分岐点２２Ａから分岐する回路と、第２分岐点２２Ｂから分岐する回路とは、保護抵抗２３を介して接続されている。すなわち、保護抵抗２３は、第１分岐点２２Ａから第２分岐点２２Ｂまでを接続するように、第１電源２１Ａに対してコイル部７と並列に接続されている。

遮断器２４は、第１電源２１Ａを流れる電流を遮断するための遮断器である。遮断器２４は、後述する制御部２５からの指令により遮断／接続の動作を実行する。遮断器２４は、第１電源２１Ａの正側Ｐ１と第１分岐点２２Ａとの間に配置されている。このような位置に遮断器２４が配置されることにより、遮断器２４が第１電源２１Ａを流れる電流を遮断すると、保護抵抗２３、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂが互いに直列に接続された閉回路が形成される。なお、遮断器２４は、第１電源２１Ａの負側Ｎ１と第２分岐点２２Ｂとの間に配置されていてもよい。

制御部２５は、電力供給部２０の動作を制御する。特に、クエンチ検出器制御装置８Ｍが第１クエンチ検出器８Ａ又は第２クエンチ検出器８Ｂがクエンチの発生を検知した場合に、クエンチが発生したことをクエンチ検出器制御装置８Ｍから通知されたときには、制御部２５は、第１電源２１Ａを流れる電流を遮断するように遮断器２４を動作させる。

次に、超伝導サイクロトロン１の動作について説明する。

超伝導サイクロトロン１において、まず、第１電源２１Ａが第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂに対して電力を供給する。また、第２電源２１Ｂが第２超伝導コイル７Ｂに対して電力を供給する。これにより、第１超伝導コイル７Ａと第２超伝導コイル７Ｂとに対して互いに異なる大きさの電流を流すことができるため、一対の磁極３，４の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。

第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂに電流が流れて磁場が形成されると、各超伝導コイルとヨーク６等の鉄製部材等との間に強い磁気力が働く。このとき、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂはコイル支持枠９の中間部９ｅを介して互いに接続されており、且つ、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂのそれぞれに対してバランス良く（すなわち、中心軸線Ｃに垂直な平面に対して略面対称に）磁気力が働くため、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂのそれぞれに対して働く磁気力は相殺する。

ここで、コイル部７においてクエンチが発生すると、クエンチが発生した超伝導コイルの抵抗値が大きくなるため、クエンチが発生すると各超伝導コイルに流れる電流の大きさに差が生じる。このため、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂのそれぞれに対して働く磁気力が相殺しなくなる。

超伝導サイクロトロン１では、コイル部７においてクエンチが発生した場合には、クエンチが発生したことをクエンチ検出部８が検知する。そして、制御部２５が、遮断器２４に対して、電流を遮断する動作を実行するように指令を出す。

遮断器２４が動作して第１電源２１Ａを流れる電流が遮断されることによって、保護抵抗２３、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部７の各超伝導コイルを流れていた電流は、抵抗を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。

以上説明したように、超伝導サイクロトロン１では、第１電源２１Ａによって第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂに電力が供給されると共に、第２電源２１Ｂによって第２超伝導コイル７Ｂに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極３，４の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部７においてクエンチが発生した場合には、遮断器２４を動作させることによって、保護抵抗２３、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部７の各超伝導コイルを流れていた電流は、保護抵抗２３を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。

超伝導サイクロトロン１では、コイル部７は、コイル部７においてクエンチが発生したことを検知するクエンチ検出部８を備え、電力供給部２０は、クエンチ検出部８がコイル部７においてクエンチが発生したことを検知した場合に、第１電源２１Ａを流れる電流を遮断するように遮断器２４を動作させる制御部２５を備える。このため、コイル部７においてクエンチが発生した場合に、速やかに第１電源２１Ａを流れる電流を遮断することができる。従って、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を速やかに抑制することができる。

また、超伝導電磁石５では、第１電源２１Ａによって第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂに電力が供給されると共に、第２電源２１Ｂによって第２超伝導コイル７Ｂに電力が供給される。従って、各超伝導コイルに流される電流の大きさを超伝導コイル毎に個別に制御することが可能となり、一対の磁極３，４の間に形成される磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。また、コイル部７においてクエンチが発生した場合に、遮断器２４を動作させることによって、保護抵抗２３、第１超伝導コイル７Ａ及び第２超伝導コイル７Ｂが互いに直列に接続された閉回路が形成される。従って、コイル部７の各超伝導コイルを流れていた電流は、保護抵抗２３を介する閉回路を流れることとなるため、各超伝導コイルを流れる電流は一律に減衰する。以上により、各超伝導コイルにおいて、保護回路の抵抗によって電流が十分に減衰するまでの時間に差が生じないため、クエンチが発生した場合に、超伝導コイルに働く力を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、図３に示されるように、超伝導サイクロトロン１は、複数対の超伝導コイルを備えていてもよい。具体的に、超伝導サイクロトロン１では、コイル部７は、一対の磁極３，４をそれぞれ囲むように設けられた第３超伝導コイル７Ｃ及び第４超伝導コイル７Ｄを更に有し、第１超伝導コイル７Ａ、第２超伝導コイル７Ｂ、第３超伝導コイル７Ｃ及び第４超伝導コイル７Ｄは直列に接続されていてもよい。このとき、電力供給部２０は、正側Ｐ３が第３超伝導コイル７Ｃの一端側Ｓ５に接続されていると共に負側Ｎ３が第３超伝導コイル７Ｃの他端側Ｓ６に接続されている第３電源２１Ｃと、正側Ｐ４が第４超伝導コイル７Ｄの一端側Ｓ７に接続されていると共に負側Ｎ４が第４超伝導コイル７Ｄの他端側Ｓ８に接続されている第４電源２１Ｄと、を有してもよい。この場合、一対の磁極３，４の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。

また、超伝導サイクロトロン１では、コイル部７は、第３超伝導コイル７Ｃ及び第４超伝導コイル７Ｄからなる対を複数有してもよい。すなわち、コイル部７は、２つ以上の第３超伝導コイル７Ｃと、２つ以上であって第３超伝導コイル７Ｃと同数の第４超伝導コイル７Ｄを有していてもよい。この場合、一対の磁極３，４の間に生じる磁場の強さ及び向きを精度良く調整することができる。

また、上記実施形態では、超伝導電磁石５は超伝導サイクロトロン１に用いられるものとして説明したが、これに限定されず、超伝導電磁石５はＭＲＩ、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶引き上げ装置等に用いられてもよい。

３，４…磁極、２…ディ電極（加速電極）、７…コイル部、７Ａ…第１超伝導コイル、７Ｂ…第２超伝導コイル、２０…電力供給部、２１Ａ…第１電源、２１Ｂ…第２電源、２２Ａ…第１分岐点、２２Ｂ…第２分岐点、２３…保護抵抗（抵抗）、２４…遮断器。

Claims (5)

1. 一対の磁極と、
   前記一対の磁極の間に配置され、荷電粒子を加速させるための電場を発生させる加速電極と、
   前記一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルを有するコイル部と、
   前記コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、
   前記第１超伝導コイル及び前記第２超伝導コイルは直列に接続され、
   前記電力供給部は、
   正側が前記コイル部の一端側に接続されていると共に負側が前記コイル部の他端側に接続されている第１電源と、
   正側が前記第２超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第２超伝導コイルの他端側に接続されている第２電源と、
   前記第１電源の前記正側と前記コイル部の前記一端側との間に設けられた第１分岐点から、前記第１電源の前記負側と前記コイル部の前記他端側との間に設けられた第２分岐点までを接続するように、前記第１電源に対して前記コイル部と並列に接続された抵抗と、
   前記第１電源の前記正側と前記第１分岐点との間、又は、前記第１電源の前記負側と前記第２分岐点との間に配置され、前記第１電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有する、超伝導サイクロトロン。
2. 前記コイル部は、前記コイル部においてクエンチが発生したことを検知するクエンチ検出部を備え、
   前記電力供給部は、前記クエンチ検出部が前記コイル部においてクエンチが発生したことを検知した場合に、前記第１電源を流れる電流を遮断するように前記遮断器を動作させる制御部を備える、請求項１記載の超伝導サイクロトロン。
3. 前記コイル部は、前記一対の磁極をそれぞれ囲むように設けられた第３超伝導コイル及び第４超伝導コイルを更に有し、
   前記第１超伝導コイル、前記第２超伝導コイル、前記第３超伝導コイル及び前記第４超伝導コイルは直列に接続され、
   前記電力供給部は、
   正側が前記第３超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第３超伝導コイルの他端側に接続されている第３電源と、
   正側が前記第４超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第４超伝導コイルの他端側に接続されている第４電源と、を有する、請求項１又は２記載の超伝導サイクロトロン。
4. 前記コイル部は、前記第３超伝導コイル及び前記第４超伝導コイルからなる対を複数有する、請求項３記載の超伝導サイクロトロン。
5. 一対の磁極と、
   前記一対の磁極のそれぞれを囲むように設けられた第１超伝導コイル及び第２超伝導コイルを有するコイル部と、
   前記コイル部に電力を供給する電力供給部と、を備え、
   前記第１超伝導コイル及び前記第２超伝導コイルは直列に接続され、
   前記電力供給部は、
   正側が前記コイル部の一端側に接続されていると共に負側が前記コイル部の他端側に接続されている第１電源と、
   正側が前記第２超伝導コイルの一端側に接続されていると共に負側が前記第２超伝導コイルの他端側に接続されている第２電源と、
   前記第１電源の前記正側と前記コイル部の前記一端側との間に設けられた第１分岐点から、前記第１電源の前記負側と前記コイル部の前記他端側との間に設けられた第２分岐点までを接続するように、前記第１電源に対して前記コイル部と並列に接続された抵抗と、
   前記第１電源の前記正側と前記第１分岐点との間、又は、前記第１電源の前記負側と前記第２分岐点との間に配置され、前記第１電源を流れる電流を遮断可能な遮断器と、を有する、超伝導電磁石。

Images