JP5224888B2 - 超電導マグネットおよびそれを備えたマグネット装置 - Google Patents
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Description
まず、本実施形態の比較対照として挙げた従来技術に係るコイルブロック配置について説明する。図5に示したように、従来技術に係るメインコイルは、筒状に形成された正磁場コイルブロック33と、正磁場コイルブロック33の外側に配置された2つの逆磁場コイルブロック32と、正磁場コイルブロック33の外側に配置された2つの正磁場コイルブロック31とを有している。ここで、正磁場コイルブロックとは、正磁場を発生させるコイルブロックのことをいい、正磁場とは、ある所定の方向に向かう磁場のことをいう。これに対し、逆磁場コイルブロックとは、逆磁場を発生させるコイルブロックのことをいい、逆磁場とは、正磁場の磁場方向に対して反対方向に向かう磁場のことをいう。
次に、本実施形態に係るコイルブロック配置について説明する。図1に示すように、本実施形態の超電導マグネット61を構成するメインコイル51は、直列に配置された5つのコイルブロック1〜5と、コイルブロック1〜5が外周に取り付けられた筒状の巻枠体6とを有している。なお、超電導マグネット61は、メインコイル51と、電気回路(不図示)とからなる。電気回路は、メインコイル51に電流を流すとともにメインコイル51をクエンチなどから保護するための回路(保護回路)である。巻枠体6はアルミニウム材またはステンレス材などの非磁性材料からなる(他の実施形態においても同様)。巻枠体6には、その外周にコイルブロック1〜5が取り付けられる複数の凹部(溝部)が形成されている。コイルブロック1〜5は、いずれも線材が環状に巻かれてなるものであり、線材は、ニオブ・チタン(NbTi)合金系の極細多芯線を銅母材に埋め込んだ超電導線材である(他の実施形態においても同様)。なお、コイルブロック1〜5を収容する液体ヘリウム容器7と巻枠体6とを別体としてもよいし、巻枠体6を液体ヘリウム容器7と共通化してもよい。
逆磁場コイルブロック4を設けることにより均一磁場空間Aの範囲を広げることができ、このことは均一磁場空間Aをマグネット端面に近い位置に配置させることに寄与するものではあるが、その一方、均一磁場空間Aの磁場強度を弱めてしまう。前記したように、磁場空間の磁場強度を強める(磁場強度の低下を補償する)方法としては、コイルブロックを構成する線材に流れる電流密度を高める方法があるが、この方法では、線材に作用する張力(フープ応力)が大きくなってしまう。線材単独では、この大きな応力に耐えることはできない。
なお、正磁場コイルブロック15は、さらに逆磁場コイルブロック16の影響も受けている。すなわち、前記したと同様に、正磁場コイルブロック15を構成する各線材が逆磁場コイルブロック16からも力を受けることにより、コイルブロック全体としてみれば力が打ち消されあって、コイルブロックに作用する全体としての力(body force)は弱められる。
次に、図3は、コイルブロックのエポキシ含浸およびワックス含浸について説明するための図である。図3(a)は、エポキシ含浸およびワックス含浸されたコイルブロック23がその外周に配置された巻枠体22を示す模式断面図である。図3(b)は図3(a)のC部拡大図であり、図3(c)は図3(a)のD部拡大図である。図3に示したように、コイルブロック23はエポキシ含浸およびワックス含浸されていることが好ましい。
コイルブロックのエポキシ含浸およびワックス含浸による効果の検証を行った。以下にその結果を記載する。
図4は、本発明の一実施形態に係るマグネット装置54を示す模式断面図である。図4に示すように、マグネット装置54は、超電導マグネット62と、超電導マグネット62のメインコイル52およびシールドコイル53が収容された液体ヘリウム容器7と、液体ヘリウム容器7の両端に設けられた支持構造部材21と、液体ヘリウム容器7の外側に設けられた輻射シールド8と、輻射シールド8の外側に設けられた断熱真空容器9とを有している。液体ヘリウム容器7には液体ヘリウムが入れられている。支持構造部材21は、メインコイル52およびシールドコイル53を、液体ヘリウム容器7を介して支持するための部材である。
4:逆磁場コイルブロック
6:巻枠体(コイルフォーマー)
7:液体ヘリウム容器
27:エポキシ樹脂
51、52:メインコイル
53:シールドコイル
54:マグネット装置
61、62:超電導マグネット
A:均一磁場空間
Claims (6)
- 筒状の1つの巻枠体と、当該1つの巻枠体に超電導線材を巻回してなる複数のコイルブロックとを具備してなるメインコイルを備えた超電導マグネットにおいて、
均一磁場空間が前記メインコイルの片側端部に形成されるように、前記複数のコイルブロックが当該メインコイルの軸方向に沿って非対称に配置され、
前記複数のコイルブロックは、正磁場を発生させる複数の正磁場コイルブロックと、逆磁場を発生させる逆磁場コイルブロックとで構成され、
前記片側端部に配置された前記正磁場コイルブロックの巻数は、前記メインコイルの他方の端部に配置された前記正磁場コイルブロックの巻数よりも多くされており、
前記逆磁場コイルブロックが、前記片側端部であって、2つの前記正磁場コイルブロックの間に配置されていることを特徴とする、超電導マグネット。 - 請求項1に記載の超電導マグネットにおいて、
前記コイルブロックが、エポキシ含浸されていることを特徴とする、超電導マグネット。 - 請求項2に記載の超電導マグネットにおいて、
前記エポキシ含浸されたコイルブロックと、巻枠体のコイルブロック取付面との間の隙間に、ワックスが浸透されていることを特徴とする、超電導マグネット。 - 請求項1〜3の1つに記載の超電導マグネットにおいて、
前記メインコイルの径方向外側に配置される筒状のシールドコイルをさらに備え、
前記均一磁場空間が形成される側の前記メインコイルの端部と、当該均一磁場空間が形成される側の前記シールドコイルの端部との間に、前記軸方向において段差が設けられて、当該シールドコイルの端部が当該メインコイルの端部よりも内側に位置させられ、
前記メインコイルおよび前記シールドコイルを支持するための支持構造部材が、前記段差部に配置されることを特徴とする、超電導マグネット。 - 請求項1〜4の1つに記載の超電導マグネットにおいて、
前記逆磁場コイルブロックが、前記均一磁場空間が形成される側の前記メインコイルの端から2つ目のコイルブロックとして配置されていることを特徴とする、超電導マグネット。 - 請求項1〜5の1つに記載の超電導マグネットを備えたマグネット装置。
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