JPS63310103A - 超電導を用いて磁界の強さに勾配をもたせる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ｆｉ電導を用いて磁界の強さに勾配をもたせ
る新規な方法に関し、たとえばシンクロトロン軌道放射
（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ　０ｒｂｉｔａｌ　Ｒａｄｉ
ａｔｉｏｎ、略称５ＯＲ）およびベータトロンなどのよ
うな粒子加速装置などに好適に大地することができる超
電導を用いて磁界の強さに勾配をもたせる方法に関する
。

背景技術 典型的な先行技術は、第１２図に示されている。

純鉄などから成るコア１の端面１ａ、ｌｂ間には、エア
ギャップ２が形成される。このコア１には、コイル３が
巻回され、このコイル３は電源４によって励磁される。

このようにして常電導電磁石が構成される。コア１の端
面１ａ、ｌｂの間隔を、たとえば第１２図の左右方向に
変化させることによって、磁界の強さに勾配をもたせる
ことができる。

発明が解決すべき間ｍ点 このような先行技術では、ファ１がたとえば約２テスラ
程度で磁気飽和してしまうので、磁界の強さを向上する
ことができず、またその磁界の強さの勾配を大きくｒる
ことができない。

本発明の目的は、磁界の強さの向上を図ることができ、
磁界の強さの勾配を大きくすることができるようにした
超電導を用いて磁界の強さに勾配をもたせる方法を提供
することである。

間屈点を解決するための手段 本発明は、磁場内に、Ｊ！電導材料から成る第１線材を
８の字状に形成し、２つの大小の鎖交領域を形成し、 前記２つの鎖交領域のうち、大きい方の鎖交領域内で、
超電導材料から成る第２線材を８の字状に形成して２つ
の大小の鎖交領域を形成したことを特徴とするＩｆｉ電
導を用いて磁界の強さに勾配をもたせる方法である。

好ましい実施態様では、前記第２線材による２つの大小
の鎖交領域のうち、小さい方の鎖交領域を、第１線材に
よる小さい方の鎖交ＩＩ域側に配置することを特徴とす
る。

また好ましい実施態様では、前−記ｔｊＳ２線材による
大きい方の鎖交領域内に超電導材料から成る板状体を配
置することを特徴とする。

作　　用 本発明に従えば、Ｉ！ｉ電導材料から成る第１線材を８
の字状に形成して、２つの大小の鎖交領域を形成する。

このような２つの鎖交領域では、磁束の通過を阻止する
方向に電流がそれぞれ流れる。

したがって第１線材には、大小の各鎖交領域において流
れる電流の差の値を有する電流が流れる。

したがって大きい方の鎖交領域と、小さい方の鎖交領域
との付近の各磁界の強さは異なる。すなわち大きい方の
鎖交領域では、印加される磁束密度よりも小さい磁束が
通過する。小さい方の鎖交領域では、その小さい方の鎖
交領域に印加される磁束の通過を阻止する電流の値より
も大きい電流が流れ、この流れる電流は印加される磁束
を増強する方向となる。したがって小さい方の鎖交領域
では磁界の強さは太き（、また大きい方の鎖交領域では
磁界の強さは小さく、このようにして磁界の強さに勾配
が生じる。

第１線材の大きい方の鎖交領域内には、超電導材料から
成る第２線材によって形成された８の字状の２つの大小
の鎖２領域が形成され、この第２線材による２つの大小
の鎖交ｉｌｔ域のうち、小さい方の鎖交領域は、第１線
材による小さい方の鎖交領域側に配置される。第２線材
による大きい方の鎖交領域と、その第２線材による小さ
い方の鎖交領域との付近の磁界の強さは異なる。

したがって第１線材の小さい方の鎖交領域側から第２線
材の大きい方の鎖交領域側に、磁界の強さが減少するこ
とになる。このようにして磁界の強さに大きな勾配をも
たせることができる。

第１およびｔｌＳ２線材は超電導から成るので、従来か
ら困難視されていた最大約２テスラ以上の磁界を形成し
、その磁界の強さに勾配をもたせることができるように
なる。磁場は、常電導コイルまたは超電導コイルによっ
て形成することができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の斜視図である。

第１図の上下に間隔をあけて配置された円環状のＩｌｉ
電導コイル６．７間には、磁束密度Ｂ０を有する磁場が
形成される。この磁場内には、本発明に従う超電導コイ
ル８が配置される。磁場を形成する超電導コイル６．７
は、直流電源によって付勢される。

超電導コイル８の原理を説明するために、第２図を参照
して、磁束密度Ｂ０の磁場に、常電導の導線でコイル９
を形成するとき、コイル９によって形成される鎖交領域
１０を通る磁束密度は、Ｂ　＝　Ｂ　、　　　　　　　
　　　　　　　−（１）であり、導線９に流れる電流Ｉ
０は、 ■。＝０　　　　　　　　　　　　　・・・（２）であ
る。

ｔＩＳ３図を参照して、磁束密度Ｂ０の磁場内に超電導
から成る線材１１で閏ループを形成するとき、この線材
１１によって形成される鎖交領域１２を通る磁束Ｂは、 Ｂ＝０　　　　　　　　　　　　　　・・・（３）であ
り、線材１１に流れる電流Ｉ０は、１．＝Ｌ−Ｂ、　　
　　　　　　　　　・・・（４）である、＃Ｑ材１１は
、横りであり、ＲＵであって、磁界の方向に垂直な鎖交
領域１２を有し、この鎖２望域１２は、正方形または長
方形となっている。

この第３図において、鎖交領域１２を通過する磁束Ｂは
、第５式で示されるとおりであり、したがって前述の第
３式が成立する。

Ｂ＝（印加磁場）−（電流Ｉ０による磁場）＝０　　　
　　　　　　　　　　・・・（５）第４図に示すように
、Ｍｉ電導から成る線材１１ａ＝１１ｂによって鎖交領
域１２ａ、１２ｂをそれぞれ個別的に形成し、これらの
線材１１ａ、ｊｉｂを磁束密度Ｂ０の磁場内においた場
合を想定する。鎖交ｉｉ城１２ａ、１２ｂの横はＬａ、
Ｌｂとし、それらの縦Ｕは等しいものとする。

このとき線材１１ａ、ｌｌｂに流れる電流Ｉ　ａ、　Ｉ
　ｂは、第６式およＣ／第７式で示される。

Ｉａ＝Ｌａ−Ｂ、　　　　　　　　　　　　　　　　　
＝−（６）Ｉｂ＝Ｌｂ−８，・・・（７） 次にｔｊ４５図に示されるように、超電導材料から成る
線材１３を８の字状に形成し、２つの大小の鎖交ｆ１域
１３ａ、１３ｂを形成する。この線材１３は、上述のよ
うに８の字状であり、参照符１４で示す部分においてね
じられており、そのねじられた部分１４における横Ｌ１
は、ごくわずかであるものと想定する（Ｌｌ”ｖＯ）。

鎖交領域１３ａ、１３ｂの合計の横の長さはＬであり、
縦はＵである。

鎖交領域１３ｍ、１３ｂの横をＬａ、Ｌｂとすると、Ｌ
ａ＋ＬＬ＋＝Ｌ　　　　　　　　　　　＝１８）鎖交領
域１３ａにおける線材１３の部分に流れる電流をＩａｌ
とし、鎖交領域１３ｂにおける線材１３の部分に流れる
電流をＩｂｌ　　とし、鎖交領域１３ｍを閏ループの超
電導線材で形成したときに流れる電流をＩｍとし、鎖交
領域１３ｂをｍループの超電導線材で形成したときに流
れる？４流をＩｂとするとき、磁束密度Ｂ０中では第９
式および第１０式が成立する。

Ｉａｌ＝　−Ｉｂ１ ＝Ｉａ　　　Ｉｂ ＝　ＣＬ　ａ　　　Ｌ　ｂ）Ｂ　Ｏ−（９）Ｂａｌ＝−
Ｂｂｌ したがって鎖交領域１３ａの直下ないしは近傍の磁束密
度Ｂａｌは、横Ｌａに依存して＃Ｓ６図で示されるよう
に変化し、同様に鎖２１ｉ域１３ｂの直下ないしは近傍
の磁束の密度Ｂｂｌは、横Ｌｍに依存して変化する。

鎖交領域１３ｍ、１３ｂにおいて、 Ｌａ≠Ｌｂ・・・（１１） に定めることによって鎖文領ｋｌ１３ａ、１３ｂを通過
する磁束の密度は、相互に異なることが理解される。

第７図は、第１図に関連して述べた超電導コイル８の平
面図である。このｉ電導フィル８は、第１線材１５と、
ＰＩＳ２線材１Ｇと、第３線村１７と、板状体１８とを
含み、これらの線材１５．１６．１７と板状体１８は、
超電導材料から成り、磁束密度Ｂ０を有する磁場内に配
置される。　　−第１線材１５は８の字状に形成され、
２つの大小の鎖交領域ＩＳａ、１５ｂを形成し、参照符
１９で示す部分でねじられている。鎖交領域１５ａ、１
５ｂは、磁束Ｂ０に垂直なＸ方向の横の長さが大小にそ
れぞれ定められ、ｙ方向の幅は同一値である。

この第１線材１５による鎖交領域１５ａに流れる電流お
よびその鎖交領域１５ｍの直下ないしは近傍の磁束の密
度は、前述の第５図に関連して述べた電流Ｉａｌと磁束
Ｂａｌにそれぞれ対応ｒる。鎖交領域ＩＳａは、鎖交領
域１５＆よりも大きい、第１線材１５に流れる電流は、
前述の第５図に関連して述べた第９式の電流Ｉａｌ　　
に対応し、鎖交領域１５ａの第７図における下方の磁束
密度は前述の第１０式に示される磁束密度Ｂａｌ　　に
対応する。

大きい方の鎖交Ｗ域１５＆直下の磁束密度は、小さい方
の鎖交領域１５ｂの直下の磁束密度よりも小さい。

第１線材１５による大きい方の鎖交領域１５ａ内には、
同一平面内に第２線材１Ｇが８の字状に形成された大小
２つの鎖交領域１６ａ、１６ｂが形成される。鎖交領域
１６６は、鎖交領域１６ｂよりも大きい。小さい方の鎖
交領域１６ｂは、第１線材１５の小さい方の鎖交領域１
５ｂ側（第７図の有力）に配置される。大きい方の鎖交
領域１６ａ直下の磁束密度は、小さい方の鎖２領域１６
ｂの直下の磁束密度よりも小さい。このようにして第７
図の左方になる１こつれて、その超電導フィル８の直下
の磁束密度が低下してゆくことが理解される。

第２線材１Ｇの大きい方の鎖交領域ＩＧａ内には、同一
平面内で８の字状に形成された第３線材１７の鎖交領域
１７ａ、１７１＋が形成される。鎖交領域１７ａは、鎖
交領域１７ｂよりも大きい、！１４３諒材１７の小さい
方の鎖交領域１７ｂは、第２線材１６の小さい方の鎖２
Ｗ域１（Ｓｂｌｌ（第７図の右方）に配置される。こう
して大きい方の鎖交領域１７ａの直下の磁束密度は、小
さい方の鎖交領域１７ｂの直下の磁束密度よりも小さく
することができる。

鎖交領域１７ａ内には、同一平面内で板状体１８が配置
される。この板状体１８の直下では、磁束は零である。

したがって超電導コイル８の直下における磁束密度は、
第８ＵＡに示されるように、第７図の右方から左方にな
るにつれて低下し、板状体１８の直下において０となる
勾配を有する。

第９図は、本発明の他の実施例の斜視図である。

円筒状の超電導コイル２０内には、磁束密度Ｂ。

の磁束が形成され、この磁場内に本発明に従う超電導コ
イル８が配置される。超電導コイル８の直下における磁
束密度は、前述の実施例と同様に勾配を有する。

上述の実施例では、３つの線材１５．１６．１７が用い
られたけれども、さらに多数の線材が用いられてもよい
、板状体１８は、省略されてもよい。

＠１０図は、本発明のさらに他の実施例の超電導コイル
８ａの平面図である０本叉施例は、第７図に関連して述
べた実施例に類叙し、対応する部分には同じ参照符を付
す。注目すべきは、第１線材１５による大きい方の鎖交
領域１５也内に形成された第２線材１Ｇの８の字状に形
成された大小２つの鎖交領域１６ａ、１６ｂのうち、大
きい方の鎖交領域１６ａは、第１線材１５の小さい方の
鎖２領域１５ｂ側（ｆｊＳ１０図右方）に配置される。

前述したよ）に、第１線材１５においで、大きい方の鎖
交類ｋｉ１ｓｍ直下の磁束密度は、小さい方の鎖交領域
１５ｂ直下の磁束密度よりも小さい。

また第２Ｍ材１６において、小さい方の鎖交領域ＩＧｌ
＋直下の磁束密度は、大きい方の鎖交領域１６ａ直下の
磁束密度よりも大きい、したがって超電導コイル８ａの
直下における磁束密度は、第２線材１Ｇの大きい方の鎖
交領域１６ｍ直下の磁束密度が最小となり、＠１１図に
示されるように、第１０図の右方から左方になるにつれ
て低下し、さらに左方になるにつれて上昇する勾配とな
る。

本考案の他の実施例として第２線材１６の大きい方の鎖
交ｌｉ域１りａ内に第３の線材を８の字状に形成し、配
置することによって、さらに違った勾配を有する磁束密
度を得ることが可能となる。

また、その池複数の線材の配置を、適宜選択することに
よって、さらに違った勾配を有する磁束密度を得ること
が可能となる。

磁束密度Ｂ０を有する磁場を形成するためには、ｍ７４
導コイル６．７　；２０の他に、常電導コイルが用いら
れてもよい。

効　　果 以上のように本発明によれば最大磁束密度、したがって
最大の磁界の強さを向上した磁場を形成することができ
、また磁界の強さの勾配を大きくすることができる。し
たがってＳＯＲおよび荷電粒子の加速装置などを小形化
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は常電導の
導線９を用いたときにおける作用を説明するための斜視
図、第３図は超電導から成る線材１１を用いたときの作
用を説明するための斜視図、第４図は超電導から成る線
材ｌｌｍ＝１１１】を用いたときにおける作用を説明す
るための斜視図、第５図は本発明の詳細な説明するため
の斜視図、第６図は第５図における鎖交領域１３ａｔ１
３ｂの直下における磁束密度を示すグラフ、第７図はｆ
ｆｉ電導コイル８の平面図、第８図は超電導コイル８の
直下における磁束密度を示すグラフ、第９図は本発明の
池の叉施例の斜視図、第１０図は超電導コイル８ａの平
面図、第１１図は超電導コイル８＆の直下における磁束
密度を示すグラフ、第１２図は先行技術の斜視図である
。 ６．７．２０・・・超電導コイル、８，８ａ・・・超電
導コイル、１５・・・第１線材、１５ａ＝１５ｂ・−・
鎖交領域、１　Ｇ　・＃　２線材、１６ｔ、　　Ｉ　Ｇ
ｂ・−・鎖交領域、１７・・・第３線材、１７ｍ、１７
＆・・・鎖交領域、１８・・・板状体 代理人　　弁理士　画数　圭一部 第１図 第２図　　　　第３図 り 第４図　　　第５図 第７図 第９図 第１０図 第１１図 ５ｋＩ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁場内に、超電導材料から成る第１線材を８の字
   状に形成し、２つの大小の鎖交領域を形成し、前記２つ
   の鎖交領域のうち、大きい方の鎖交領域内で、超電導材
   料から成る第２線材を８の字状に形成して２つの大小の
   鎖交領域を形成したことを特徴とする超電導を用いて磁
   界の強さに勾配をもたせる方法。
2. （２）前記第２線材による２つの大小の鎖交領域のうち
   、小さい方の鎖交領域を、第１線材による小さい方の鎖
   交領域側に配置することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の超電導を用いて磁界の強さに勾配をもたせる
   方法。
3. （３）前記第２線材による大きい方の鎖交領域内に超電
   導材料から成る板状体を配置することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の超電導を用いて磁
   界の強さを勾配をもたせる方法。