WO2016046881A1 - 給電用接続板 - Google Patents

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隆介 青木
順 小畑
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三菱電機株式会社
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    • H05H2007/046—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof for beam deflection

Definitions

  • the present invention relates to a connection plate used for power supply in an electromagnet in an accelerator or the like used in, for example, research, medicine, and industrial fields.
  • JP 7-176400 A (FIG. 3) JP 2000-340400 A (FIG. 1)
  • the installation location of the power cable is restricted because it is laid on the ground, and the installation route is too restricted to avoid interference with the wiring of other equipment and piping of the cooling equipment. was there.
  • This invention has been made to solve the above-described problems, and when connecting to a plurality of electromagnets, by supplying power to the plurality of electromagnets using a plurality of connection plates, labor saving in local construction work,
  • the purpose is to provide a connection plate that realizes effective use of the installation space.
  • connection plate is a plate for electrically connecting the electromagnets used in the accelerator, and uses a metal (for example, copper) having excellent conductivity as the material.
  • the power supply connection plate is: A connection plate for feeding that is arranged at a peripheral position of a plurality of electromagnets arranged in a ring, with two sets arranged in the radial direction at intervals, and a plurality of sets arranged in the longitudinal direction, One of the set of connection plates and one of the adjacent sets of connection plates are connected at the longitudinal ends of the connection plates, One end of the one set of connection plates and one end of the other set of connection plates are both bent in the radial direction so as to be separated from the other set of connection plates. In this bent portion, one of the set of connection plates and one of the separate set of connection plates are connected in series to supply power to the plurality of electromagnets.
  • connection plates When connecting an electromagnet, such as an accelerator that accelerates particle beams, and a power source, when using multiple connection plates, connecting conductive connection plates in series, compared to using a cable.
  • the work load of the connection work can be reduced, and the connection work can be performed efficiently.
  • the expense for installation can be suppressed.
  • FIG. 1 It is a top view which shows an example of the accelerator system containing the connection board which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a top view which shows an example of the accelerator containing the connection board which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure for demonstrating the connection method of the connection board which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is the A section (connection area) enlarged view of FIG. It is a figure which shows CC cross section of FIG. It is a figure which shows the D arrow of FIG. It is a partial enlarged view of the deflection electromagnet connection part by Embodiment 1 of this invention. It is a partial enlarged view of the connection connection part of the connection board and cable by Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a plan view of an apparatus using the synchrotron 1 that is an accelerator according to the first embodiment, such as a particle beam therapy apparatus.
  • a particle beam that is a set of hydrogen ions (protons) or carbon ions generated from the ion source of the injector 100 is preliminarily accelerated to a predetermined energy by the linear accelerator of the injector 100.
  • the preliminarily accelerated particle beam is emitted from the injector and guided to the synchrotron 1 while being subjected to deflection, convergence and divergence, and orbit correction by various electromagnets.
  • the synchrotron 1 includes various electromagnets such as a deflecting electromagnet 2, an orbit correcting electromagnet 3, and a converging or diverging electromagnet 4 so that the particle beam circulates in the orbit in the synchrotron 1 serving as an accelerator.
  • the acceleration electric field formed by the high-frequency acceleration cavity 5 is repeatedly received.
  • the particle beam is repeatedly accelerated by the accelerating electric field of the high-frequency accelerating cavity 5, its kinetic energy increases with acceleration.
  • the magnetic field intensity required for the deflection of the particle beam and the like changes.
  • it is necessary to change the operation parameter such as the current applied depending on the time, that is, to perform the pattern operation.
  • These devices for pattern operation are hereinafter referred to as an acceleration device group 10.
  • the acceleration device group 10 When the particle beam in the synchrotron 1 reaches the set energy and the particle beam can be taken out, the acceleration device group 10 is operated in the emission motion pattern, so that the particle beam is emitted by the emission electrode 41. Guided to orbit. The particle beam in the emission trajectory is deflected in the direction of movement by the extraction electromagnet 42 and sent out to the particle beam transport unit 43 outside the synchrotron.
  • the emission electrode 41 that guides the particle beam to be emitted to the emission trajectory, and the emission electromagnet 42 that deflects the direction of movement of the particle beam from the emission trajectory toward the particle beam transport unit 43 are hereinafter referred to as an emission device group 40. .
  • these emission device groups 40 are not set for pattern operation but are set to set values corresponding to the energy of the particle beam to be emitted.
  • the particle beam guided to the particle beam transport unit 43 is transmitted to the outside of the synchrotron 1 such as a particle beam therapy apparatus equipped with a scanner 50a and a dose monitor 50b for measuring a dose by another deflecting electromagnets 43a and 43b. It is guided to the device and used for use.
  • a particle beam therapy apparatus equipped with a scanner 50a and a dose monitor 50b for measuring a dose by another deflecting electromagnets 43a and 43b. It is guided to the device and used for use.
  • FIG. 2 is a plan view for explaining the configuration of the synchrotron 1 serving as an accelerator and the connection plate group 20 for applying current to the various electromagnets 2 to 4 used therein.
  • the connection plate group 20 is composed of a plurality of sets each having one set as a unit so as to surround the outer periphery of various electromagnets that form the synchrotron 1 in an annular shape. The same applies hereinafter) 21 and is arranged in a substantially octagonal side shape.
  • the configuration of the connection plate group 20 has been described as a substantially octagonal side shape.
  • the connection plate group is configured to surround the outer periphery of various electromagnets, it is not necessarily an octagonal shape. It may be a polygonal side shape other than an octagonal shape.
  • various electromagnet cooling facilities are installed in the same shape on the outer periphery of the connection plate group 20 so as to surround the connection plate group 20.
  • connection plate 21 of the connection plate group 20 is a component of the current supply unit 6 in order to apply current to various electromagnets such as the deflection electromagnet 2, the trajectory correction electromagnet 3, and the convergence or divergence electromagnet 4 of the synchrotron 1.
  • a certain electromagnet power supply 7 is connected in series to the deflection electromagnet 2 and the like through the cable 8 and the connection connection portion 9 (note that the electromagnet power supply is installed separately for each type of magnet,
  • the electromagnet power supply 7 connected to the deflection electromagnet 2 is described as a representative, and other electromagnet power supplies and the like are not shown for simplicity).
  • connection plate group 20 is divided into a plurality of sets of two connection plates 21 in consideration of the ease of assembling work and arranged in series in the longitudinal direction of the connection plates (details). ), A bent connection portion 22 for connecting a plurality of locations and a deflection electromagnet connection portion 23 that is a connection portion with a deflection electromagnet are provided in the middle of a continuous octagonal side. Further, in order to prevent the connection plate 21 from being bent due to its own weight in the path in which the connection plate 21 is disposed, the connection plate 21 is fixed or supported at a plurality of locations on the way. A plurality are provided. As described above, in FIG.
  • connection between the various electromagnets and the connection plate is illustrated only for the connection with the deflection electromagnet 2 that is the main electromagnet of the synchrotron 1. Even when current is supplied from the power source to the trajectory correcting electromagnet 3 and the converging or diverging electromagnet 4 which are other electromagnets other than the deflection electromagnet 2, only operating parameters such as applied current are different.
  • the configuration for supplying current from an electromagnet power source to each of a plurality of electromagnets via a cable is the same. The applied current and the like will be described in detail later.
  • FIG. 3 is a conceptual explanatory diagram of the case where the deflecting electromagnet 2 which is a typical electromagnet as the electromagnet of the synchrotron 1 is taken and this electromagnet and the connection plate group 20 are connected.
  • a total of four cables 8 are connected to the electromagnet power source 7, two on the outlet side (for example, the right side) and two on the inlet side, and are connected to the left and right deflection electromagnets 2 via the joint connection portion 9. .
  • the deflection electromagnets 2 are composed of a total of four units.
  • the deflection electromagnets adjacent to the four deflection electromagnets are connected to each other by a deflection electromagnet connecting portion 23 of each deflection electromagnet.
  • Each of the 20 divided connection plates shown in (1), (2), and (3) is connected in series. Therefore, it can be seen that twelve connecting plates 21 are required in total.
  • the number of necessary cables is four in total from the power source to the connection connection portion 9 as in the case of using the above connection plate group.
  • the connecting portion 9 and the deflecting electromagnet connecting portion 23 of each deflecting electromagnet (1) to (4) are indicated in the thick curved portions in the figure, these portions are described.
  • the size of each cable (for example, the diameter)
  • the representative size) is larger than the size of the connection plate, and as a result, in terms of the site area ratio required for cable installation, it is two to three times that when the connection plate is used. In other words, if a connection plate is used, the site area necessary for installing the connection plate (area required for installing only the connection plate) is less than half that of using a conventional cable. It turns out that.
  • connection part of the said connection board 21 and the bending connection part 22 about how the connection board group 20 which consists of a several connection board is specifically installed around each electromagnet. 4 will be described with reference to FIG. 4 is an enlarged view of part A (connection area) of FIG.
  • the connection plate group 20 is divided into a plurality of connection plates in order to facilitate handling such as assembly work.
  • FIG. 4 shows a plan configuration of a connection area in which the plurality of connection plates are connected in series.
  • connection plates 21a and 21b are fixed or sandwiched by an intermediate fixing plate 24 arranged on the right end side of this connection area and a clamping plate 25 arranged on the left side, respectively, and a laminated plate 26a is used to connect in the x direction (longitudinal direction of the connecting plate; the same applies hereinafter) using the screw fastening portion 27.
  • the two bent connection portions 22a and 22b are fixed or sandwiched by an intermediate fixing plate 24 disposed on the right end side of this connection area and a sandwiching plate 25 disposed on the left side, respectively, and a laminated plate It is connected in the x direction using the screw fastening part 27 using 26b.
  • the laminated plate is not an essential element in terms of configuration, and two connecting plates may be directly overlapped and connected.
  • the y direction is the radial direction (hereinafter the same) of the annular installation positions of the various electromagnets constituting the synchrotron 1, and the upper side in FIG.
  • a connection plate connected by such a connection portion is configured to be connected in series between two adjacent deflection electromagnets with these connection portions as a boundary (two adjacent deflection electromagnets 2c, 2d). 2 are representatively shown as reference numerals (1), (2) and (3) in FIG. 2. The same applies to other two adjacent deflection electromagnets), 3 ⁇ 4 in total. That is, twelve connecting plates are used.
  • the bent connection portion 22 that is bent in an S shape is provided in a part of the connection plate, thereby strengthening the connection state in which the divided connection plates are connected in series and working. There is an aim to make it easier.
  • the reason why the bent connecting portion 22 that is the inner connecting portion of the connecting portions of the two connecting plates is bent is that the fastening operation by the screw fastening portion 27 even when the two connecting plates are close to each other. This is so that the above can be easily performed.
  • FIG. 5 is a view showing a CC cross section of FIG. Connection plates 21a and 21c, which are two sets of adjacent sets having a thickness h 1 and a width h 2 (in each of the two sets, the above-mentioned one piece (each (1), (2), (3) in FIG. 2) corresponding) corresponding to the connection plate) is intermediate fixing plate (material: a glass epoxy laminated board) 24, an insulating space formed with an insulating material having a thickness of h 3 (material: at a glass epoxy laminated board) 28 It is fixed.
  • the z direction is the width direction of the connecting plate and corresponds to the height direction (the same applies to the following figures).
  • the thickness h 1 of the connecting plate, the thickness h 3 of the insulating plate, etc. are negligible values of 0.01 or less compared to the outer peripheral size of the synchrotron 1, and in plan view, the connecting plate It can be said that the installation position of is on the substantially outer periphery of the synchrotron 1. Therefore, when installing a cable whose outer diameter size is more than twice the size of the connection plate (particularly the size in the thickness direction (2h 1 + h 3 )), particularly, the cable is connected to the outside of each electromagnet of the synchrotron 1. If it is necessary to install on the ground, the required installation area is further increased. In other words, when the connection plate is used, the necessary site area can be reduced by the size of the cable as compared with the case where the cable is used.
  • connection plates are usually installed at a height h 4 from the installation reference plane, a lower space S of the connection plate (or intermediate fixing plate) is formed, so that there are restrictions on the site area, etc.
  • the lower space S can be effectively used as compared with the case where a cable is used (for example, a part of the space can be used as an installation space for cooling equipment piping).
  • a cable since it is usually installed directly on an installation reference plane (for example, the ground), there is no lower space S.
  • FIG. 6 is a view showing the direction of arrow D in FIG.
  • the connection plate 21 having a width h 2 (specifically, the two connection plates 21a and 21b are connected in series using the screw fastening portion 27) is a height (installation reference height; the same applies hereinafter) from the installation reference plane. It is fixed at the position h 4 by the intermediate fixing plate 24 and is clamped by the clamping plate 25 and installed.
  • Reference numerals 29a, 29b, and 29c are fastening bolts.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of the deflecting electromagnet connecting portion 23 of FIG. 2, schematically showing the connection state of the connection plate 21 and the connecting end 30 of the deflecting electromagnet in order to supply current to the deflecting electromagnet.
  • the electromagnet such as the deflection electromagnet 2 is installed at a higher position (> h 2 + h 4 ) than the position of the height h 4 from the installation reference plane, which is equal to or greater than the distance h 2 of the connection plate 21.
  • the connection plate has an L-shape at this portion and is bent upward (z direction in the drawing) (see connection plates 21d and 21e).
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of the joint connection portion and shows a connection portion with the cable 8.
  • the cable 8 is divided into two pieces from the electromagnet power source 7 (see 8a, 8b and 8c, 8d in the figure), and each cable end is fixed to the intermediate fixing plate 24 via the crimp terminal 31. It is connected to the two connection plates 21f and 21g (see the description of FIG. 3). Also in this case, the mounting position of the intermediate fixing plate 24 of the connection plate from the installation reference plane (target installation height) is h 4, it is similar to that of FIGS. 5-7.
  • connection plate group 20 is more advantageous than the method using the conventional cable for installing the entire equipment of the synchrotron 1 with a small installation area.
  • the above-described cooling facility is required in addition to the connection plate group 20 which is a current supply facility, and therefore a site for the cooling facility is further required. Even in such a case, when the use of the lower space S is considered, it can be seen that the method using the connection plate group 20 is more advantageous than the cable method.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an operation pattern of a current passed through an electromagnet used in a synchrotron such as a deflection electromagnet. Since a plurality of deflecting electromagnets are installed as shown in FIG. 2, in order to accelerate protons and the like, it is necessary to operate them synchronously. Therefore, the current pattern applied to these electromagnets is patterned as a trapezoidal current as shown in FIG.
  • the vertical axis represents the current value to be applied
  • the horizontal axis represents the elapsed time.
  • the amount of change per unit time in the current value of the portion indicated by G is the same.
  • the portions indicated by symbols F1 and F2 are portions where the current value is constant, the maximum current value A 1 in the F1 portion, and the minimum current value in the F2 portion. It is patterned to a 2.
  • the reason why the portion F2 is provided is that the current value is abruptly changed from the portion indicated by the symbol G (the portion having a negative inclination) to the portion indicated by the direct symbol E (the portion having a positive inclination). This is because it is difficult in practice, and it is necessary to provide a flat portion having no current change such as the F2 portion.
  • the bending magnet A 1 is the current value of the order of 1000A
  • a 2 is the current value of 1 in the order of 10 minutes is usually set.
  • the maximum current value A 1 becomes one order smaller
  • the pattern of applied current depending on the type of the electromagnet such even minimum current value A 2 is set to 1/4 or less of the value It is different.
  • the size of the connecting plate to be used that is, h1 and h2 is determined using the allowable current value per unit cross-sectional area determined corresponding to these applied currents as one reference. That is, it is necessary to determine the size of the connection plates h1 and h2 so that the current is less than the allowable current value.
  • the embodiment can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.
  • the case where the bending connection portion is located on the inner peripheral side of the synchrotron has been described as an example, but not limited to this case, even when the bending connection portion is located on the outer peripheral side of the synchrotron, The same effect is produced.
  • connection part 20 connection plate group, 21, 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21g Connecting plate, 22, 22a, 22b bent connection part, 23 deflection electromagnet connection, 24 intermediate fixing plate, 25 clamping plate, 26 Lamination plate, 27 Screw fastening part, 30 Connection end, A Connection area, B connection connection area, h1 (connection plate) thickness, h2 (connection plate) width, h4 Height from installation reference plane, L length of connecting plate, x longitudinal direction, y radial direction, z width direction.

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Abstract

環状に構成された複数の電磁石の外周に、径方向に間隔をおいて配置した２枚を一組として長手方向に複数組並べて設置するとともに、２枚一組の１枚の接続板と隣接する別組の１枚の接続板との接続部において、２枚一組の１枚の接続板の一端と別組の１枚の接続板の一端を、ともに一組の他の１枚の接続板と互いに離隔して径方向に折り曲げた構成とし、一組の接続板と別組の接続板とを直列に接続するようにした。また、中間固定板と挟持板を用いて、すべての接続板を設置基準面位置より高い位置に設置した。　

Description

給電用接続板
　この発明は、例えば、研究、医療、工業分野に用いられる加速器等における電磁石において、給電に用いる接続板に関するものである。
　従来の加速器では、電磁石の種類別に電源と接続するため、加速器の周囲に種類別にケーブルを敷設しており、例えば電源と偏向電磁石を並列して接続していたため、偏向電磁石の数に比例するケーブル数が必要で、全体として多量のケーブルを使用しなければならなかった。また、従来、加速器等の電磁石同士を直列的に接続するため、電源ケーブルを使用しているものがあった。また、上記いずれの例においても、電源と電磁石との接続にはケーブルが用いられていた。（例えば、特許文献１、２参照）
特開平７－１７６４００号公報（図３） 特開２０００－３４０４００号公報（図１）
　従来の電磁石の接続の際には、以上のように構成されているので、現地で電磁石へ電源ケーブルを接続する作業の際、特に大電流を必要とする大型電磁石の場合には、大口径の電源ケーブルを多数敷設する必要があり、敷設時における接続作業が煩雑となり、大口径の電源ケーブルは曲げ難いなど取り扱いが容易でない点もあり、作業負荷も非常に大きく、非効率的であり、また非経済的であるなどの問題点があった。
　また、電源ケーブルは地面上に敷設されるために設置場所が制約されることや、他の機器の配線や冷房設備の配管との干渉を避けるために、設置ルートの制約が大きいなどの問題点があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の電磁石への接続に際して、複数の接続板を用いて前記複数の電磁石に給電することにより、現地工事の省力化、据付スペースの有効活用を実現する接続板を提供することを目的としている。
　ここで接続板とは、加速器に用いられる電磁石と電磁石の間を電気的に接続する板のことで、材質には導電性に優れた金属（例えば銅）を使用するものである。
　本発明に係る給電用接続板は、
環状に配置された複数の電磁石の外周位置に、径方向に２枚が間隔を置いて一組として、長手方向に複数組並べて配置された給電用接続板であって、
前記一組の接続板の内の１枚と、隣接する別組の接続板の内の１枚とが接続板の長手方向の端で接続されるとともに、
前記一組の接続板の１枚の一端と前記別組の接続板の１枚の一端とが、ともに前記一組の接続板の他の１枚とは離隔するように前記径方向に折り曲げられ、この折り曲げた部分で前記一組の接続板の１枚と前記別組の接続板の１枚とを直列に接続して前記複数の電磁石へ給電するものである。
　粒子線を加速する加速器等の電磁石と電源とを接続する際に、複数の接続板を使用する場合において、導電性の接続板を直列的に接続することにより、ケーブルを使用した場合に比較して、接続作業の作業負荷の軽減を図ることができ、効率的に接続作業を行える。また、少ない設置面積で接続することができるため、設置のための費用を抑制することができる。
本発明の実施の形態１に係る接続板を含んだ加速器システムの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る接続板を含んだ加速器の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る接続板の接続方法を説明するための図である。 図２のＡ部（接続エリア）拡大図である。 図４のＣＣ断面を示す図である。 図４のＤ矢視を示す図である。 本発明の実施の形態１による偏向電磁石接続部の一部拡大図である。 本発明の実施の形態１による接続板とケーブルとの取合い接続部の一部拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る接続板により電磁石に印加される電流パターンの一例を示す図である。 ケーブルを用いた場合の、加速器における電源と偏向電磁石間の一般的な接続方法を示す概念図である。
実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態１による加速器であるシンクロトロン１が用いられている装置、例えば粒子線治療装置など、の平面図を示す。入射器１００のイオン源で発生した水素イオン（陽子）、あるいは炭素イオンの集合である粒子線は、入射器１００の直線加速器によって所定のエネルギーまで予備的に加速される。予備的に加速された粒子線は入射器から出射され、各種の電磁石によって偏向、収束と発散、軌道補正を受けながらシンクロトロン１へと導かれる。シンクロトロン１は、粒子線が、加速器であるシンクロトロン１内で周回軌道を周回するように、偏向電磁石２、軌道補正用電磁石３、収束または発散用電磁石４などの各種の電磁石を備えており、高周波加速空洞５が形成する加速電界を繰り返し受ける。この場合、粒子線は高周波加速空洞５の加速電界によって繰り返し加速されるため、その運動エネルギーが加速とともに高くなる。運動エネルギーが高くなるにつれ、粒子線の偏向などに必要な磁場強度が変化するため、シンクロトロン１を構成する各種の電磁石２～４、および高周波加速空洞５に加速電界を与えるための高周波源などは、時間によって印加する電流などの運転パラメータを変化させて運転、すなわちパターン運転させる必要がある。これらパターン運転させる機器を加速機器群１０と以下称する。
　シンクロトロン１中の粒子線が設定エネルギーまで到達し、粒子線の取り出しが可能となったタイミングで、加速機器群１０を出射運動パターンで運転することにより、出射用電極４１によって、粒子線は出射軌道へと導かれる。出射軌道の粒子線は、出射用電磁石４２で運動の向きを偏向され、シンクロトロン外の粒子線輸送部４３へと送り出される。ここで、出射させる粒子線を出射軌道に導く出射用電極４１、および出射軌道から粒子線輸送部４３に向けて粒子線の運動の向きを偏向させる出射用電磁石４２を出射機器群４０と以下称する。これらの出射機器群４０は加速機器群１０の各機器とは異なり、パターン運転するのではなく、出射させる粒子線のエネルギーに対応した設定値に設定される。
　また、粒子線輸送部４３に導かれた粒子線は、別の偏向電磁石４３ａ、４３ｂなどにより、走査器５０ａ、線量を計測する線量モニタ５０ｂなどを備えた粒子線治療装置など、シンクロトロン１外の装置へ誘導され、使用に供される。
　図２は、加速器であるシンクロトロン１、およびこれに使用されている各種電磁石２～４に電流を印加する接続板群２０の構成を説明する平面図である。この図において、接続板群２０は、シンクロトロン１を環状に構成する各種電磁石の外周を囲うように２枚１組を単位とする複数組で構成された、材質が例えばＣｕの接続板（ブスバーとも呼ばれる。以下同様）２１によって構成され、略八角形の辺状に配置されている。なお、ここでは接続板群２０の構成を略八角形の辺の形として説明したが、接続板群が各種電磁石の外周を囲うように構成されていれば、必ずしも八角形状である必要はなく、八角形状以外の多角形の辺状であってもよい。また、図示しないが、各種電磁石冷却用の冷却設備は、上記接続板群２０を囲うように、この接続板群２０のさらに外周に同様の形状で設置される。
　次に上記接続板群２０の役割を説明するため、図２を用いて、さらに詳しく説明する。この接続板群２０の接続板２１は、シンクロトロン１の偏向電磁石２、軌道補正用電磁石３、収束または発散用電磁石４などの各種電磁石に電流を印加するため、電流供給部６の構成要素である電磁石電源７からケーブル８、および取合い接続部９を介して、偏向電磁石２などへ直列に接続されている（なお、電磁石電源は磁石の種類毎に別々に設置されているが、この図では偏向電磁石２へ接続される電磁石電源７を代表して記載し、その他の電磁石電源等については、簡略化するため図示せず）。また、この接続板群２０は、組立作業の容易さなどを考慮して２枚１組の複数組の接続板２１に分割し接続板の長手方向に直列に並べて構成するようにするため（詳細は後述）、一続きの八角形状の辺の途中に複数箇所の接続のための折り曲げ接続部２２、および偏向電磁石との接続部である偏向電磁石接続部２３を設けている。さらに、上記接続板２１が配置されている経路中において自重により撓まないようにするため、途中、複数箇所で上記接続板２１を固定、または支持するため、中間固定板２４、挟持板２５が複数、設けられている。上述したように図２では簡略化のため、各種電磁石と接続板との接続は、シンクロトロン１の主電磁石である偏向電磁石２との接続のみを図示するものを示した。偏向電磁石２以外の他の電磁石である軌道補正用電磁石３、収束または発散用電磁石４に電源から接続板を用いて電流を供給する場合も、印加電流等の運転パラメータが異なるだけであり、各電磁石電源から複数の各電磁石へ、ケーブルを介して電流を供給する構成は同様である。なお、印加電流等については後ほど詳述する。
　次に上記接続板群２０の作用機能について、図３を用いて説明する。図３は、シンクロトロン１の電磁石として代表的な電磁石である偏向電磁石２を採り上げ、この電磁石と接続板群２０とを接続した場合の概念説明図であり、このような構成にした場合について、以下説明する。図中、電磁石電源７にケーブル８が出口側（例えば右側）に２本、入口側に２本、の計４本接続され、取合い接続部９を介して左右の偏向電磁石２に接続されている。この偏向電磁石２は、図２に示すように計４台で構成されているが、この４台の偏向電磁石の隣接する偏向電磁石同士は、各偏向電磁石の偏向電磁石接続部２３で、接続板群２０の分割された（１）（２）（３）で示した各接続板により、互いに直列に接続される。従って、接続板２１は全部で１２個必要なことがわかる。
　一方、従来のケーブルを用いた方式では、必要なケーブルの数は電源から取合い接続部９までは上記接続板群を用いた場合と同じ計４本であるが、図１０に示すように、取合い接続部９と各偏向電磁石の偏向電磁石接続部２３間は、それぞれ４本のケーブルが用いられているため（図中太い曲線部分に（１）～（４）と記載したのは、これらの部分のケーブルは各１本ずつ配置されているのではなく、各箇所とも計４本のケーブルが使用されていることを示している）、全部で２０本となるので本数も接続板に比較して多い。これは、１本のケーブルのみに電流を流すとすると流すべき電流値が大きいため、さらに太いケーブルが必要となり、作業性が非常に悪くなるためである。従って、この図に示すように複数本で構成している。また、偏向電磁石２には１０００アンペアオーダーの大電流を流す必要があるため、上記のように、各箇所に４本ずつ計２０本のケーブルを配置した場合でも、各ケーブルのサイズ（例えば直径に代表されるサイズ）が上記接続板のサイズより大きくなり、結果としてケーブルの設置に必要な敷地面積比換算で、接続板を使用した場合の２～３倍となる。逆に言えば、接続板を用いた場合には、接続板を設置するのに必要な敷地面積（接続板だけの設置に必要な面積）は、従来のケーブルを用いた場合の半分以下で済むということになる。
　そこで、次に、複数の接続板からなる接続板群２０を、各電磁石の周りに、具体的にどのように設置するかについて、上記接続板２１、および折り曲げ接続部２２の接続部の詳細構造を説明しつつ、図４を用いて説明する。図４は図２のＡ部（接続エリア）拡大図である。接続板群２０は組立作業等の取扱いを容易にするため、複数の接続板に分割して構成されている。図４はこれら複数の接続板を直列に接続する接続エリアの平面構成を示している。図において、２枚の接続板２１ａと２１ｂが、この接続エリアの右端側に配置された中間固定板２４、および左側に配置された挟持板２５でそれぞれ、固定、または挟持されるとともに、合わせ板２６ａを用いて、ねじ締結部２７を用いｘ方向（接続板の長手方向。以下同様）に接続されている。同様に、２つの折り曲げ接続部２２ａと２２ｂが、この接続エリアの右端側に配置された中間固定板２４、および左側に配置された挟持板２５でそれぞれ、固定、または挟持されるとともに、合わせ板２６ｂを用いて、ねじ締結部２７を用いてｘ方向に接続されている。なお、合わせ板は構成上、必須の要素ではなく、２枚の接続板を直接重ね合わせて接続してもよい。なおｙ方向は、シンクロトロン１を構成する各種電磁石の環状設置位置の径方向（以下同様）であり、本図では上側がその内周側に当たる。
　このような接続部で接続される接続板が、これら接続部を境として、隣接する２台の偏向電磁石間に３組づつ直列に接されて構成され（隣接する２台の偏向電磁石２ｃ、２ｄ間で分割された接続板を図２中の符号（１）、（２）、（３）として代表的に示す。他の隣接する２台の偏向電磁石間でも同様）、全部で３×４個、すなわち１２個の接続板が使用されている。
　このように、接続エリアにおいて、Ｓ字状に折り曲げた折り曲げ接続部２２を接続板の一部に設けたことで、分割された接続板を直列に接続する接続状態を強固なものとし、かつ作業を容易にする狙いがある。なお、２枚の接続板の接続部分のうち、内側の接続部分である折り曲げ接続部２２を折り曲げた理由は、２枚の接続板が近接している場合においても、ねじ締結部２７による締結作業を容易になしうるようにするためである。
　図５は、図４のＣＣ断面を示す図である。厚さｈ１、幅ｈ２の隣接する２組のセットである接続板２１ａ、２１ｃ（この２組セットで上記各１枚（上記図２の各（１）、（２）、（３）に対応する）の接続板に相当する）が中間固定板（材質：ガラスエポキシ積層板）２４により、厚さｈ３の絶縁材で構成される絶縁スペース（材質：ガラスエポキシ積層板）２８を隔てて固定されている。この図において、ｚ方向は接続板の幅方向であり、高さ方向に相当する（以下の図でも同様）。接続板の厚さｈ１、幅ｈ２は、接続板に流す電流の電流密度の許容値により規定される。また、接続板の長さLは、取り付け時の作業をスムーズに進めるため、重量を適正な範囲に保つ目的もあり、１ｍ～２ｍ程度（例えば、厚さｈ１＝１０ｍｍ、幅ｈ２＝１２５ｍｍ）の長さに設定される。このように、接続板の固定に中間固定板を用いた場合には、接続板の下方向（ｚ方向と逆方向で重力方向）への曲げ量を、中間固定板を用いない場合に比較して１０分の１程度に抑えることができる。
　また、通常、接続板の厚さｈ１、絶縁板の厚さｈ３などはシンクロトロン１の外周のサイズに比較して０．０１以下の無視できる値であり、平面的には、接続板の設置位置は、シンクロトロン１のほぼ外周上にあるとも言える。従って、接続板のサイズ（特に厚さ方向のサイズ（２ｈ１＋ｈ３））に対して外径サイズが２倍以上となるケーブルを設置する場合、特に、ケーブルをシンクロトロン１の各電磁石の外側の地上に設置する必要がある場合には、必要設置面積はさらに大きくなる。言い換えると接続板を用いた場合には、必要な敷地面積はケーブルを用いた場合に比較してケーブルサイズ分、減らすことができる効果がある。
　さらに、通常これらの接続板は設置基準面から高さｈ４の位置に設置されるため、接続板（あるいは中間固定板）の下部空間Ｓが形成されるので、敷地面積に制約がある場合などにおいては特に、ケーブルを使用する場合に比較して下部空間Ｓが有効利用できる効果（例えば冷却設備配管の設置スペースとして一部を利用できるなど）がある。なお、ケーブルの場合は、通常は設置基準面（例えば地上）に直に設置されるため、上記下部空間Ｓは無い。
　図６は図４のＤ矢視を示す図である。幅ｈ２の接続板２１（詳しくは、２枚の接続板２１ａ、２１ｂがねじ締結部２７を用いて直列に接続される）は、設置基準面から高さ（設置基準高さ。以下同じ）ｈ４の位置に、中間固定板２４により固定され、挟持板２５に挟持されて設置される。２９ａ、２９ｂ、２９ｃは締結用ボルトである。
　図７は、図２の偏向電磁石接続部２３の一部拡大図であり、偏向電磁石に電流を供給するため、接続板２１と偏向電磁石の接続端３０の接続状態を模式的に示したものである（実際にはボルトナットを用いてねじ締結している）。通常、偏向電磁石２などの電磁石は、設置基準面から高さｈ４の位置より、接続板２１の幅ｈ２の距離以上の、さらに高い位置（＞ｈ２＋ｈ４）に設置されるため、図に示したように、この部分で接続板はL字形状を有し、上方（図のｚ方向）に折れ曲がった構造となっている（接続板２１ｄ、２１ｅ参照）。このような形状とすることにより、偏向電磁石への電流を供給する接続板の接続作業を容易にすることができる。なお、ここでは例として偏向電磁石２を採り上げて説明したが、この電磁石に限らず、軌道補正用電磁石３、または収束または発散用電磁石４などでも同様の議論が成り立つことは言うまでもない。
　次に、図２の記号Ｂで示した取合い接続部エリアの取合い接続部９について説明する。この取合い接続部９は、電磁石電源７から電磁石に電流を供給するためのケーブル８と、以上説明してきた接続板群２０とが接続される部分である。この取合い接続部の一部拡大図である、ケーブル８との接続部分の図を図８に示す。この図でケーブル８は電磁石電源７から２本ずつに分かれて（図中の８ａ、８ｂおよび８ｃ、８ｄ参照）、ケーブル端で各々、圧着端子３１を介して、中間固定板２４に固定された２つの接続板２１ｆ、２１ｇに接続される（図３の説明参照）。なお、この場合も、設置基準面からの接続板の中間固定板２４への取り付け位置（目標設置高さ）はｈ４で、図５～図７の場合と同様である。
　以上図５～図８に示したように、接続板の中間固定板２４への取り付け位置（高さ）は常にｈ４で統一されているため、これを設置する作業において、取り付け作業者が、例えばクレーンなどを用いて所定位置に接続板を取り付ける場合において、作業の標準化も容易であり設置作業の効率を上げることが可能となる。
　以上説明したように、少ない設置面積でシンクロトロン１の設備全体を設置するには、従来のケーブルを用いた方式よりも、上記接続板群２０を用いた方式がより有利であることがわかる。また、シンクロトロン１を稼働させるためには、電流の供給設備である接続板群２０の他に、上述の冷却設備も必要となることから、冷却設備のための敷地もさらに必要となる。このような場合においても、上記下部空間Ｓの利用などを考慮すると、ケーブル方式より、接続板群２０を用いる方式がより有利であることがわかる。
　次に、接続板の形状を決める要素の１つである印加電流等の運転パラメータについて、図９を用いて以下説明する。この図は偏向電磁石など、シンクロトロンに用いられる電磁石に流す電流の運転パターンの一例を示す模式図である。偏向電磁石は図２に示したように複数設置されるため、陽子などを加速するに当たっては、これらを同期させて運転する必要がある。そのため、これらの電磁石に印加する電流パターンは図９に示すように、台形状の電流を1サイクルとしてパターン化したものを使用する。
　この図において、縦軸は印加する電流値を示し、横軸は経過時間を示す。また、時間軸上ｔ１で示した電流が上昇する部分（記号Ｅで示した部分）の電流値の単位時間当たりの変化量と、時間軸上ｔ３で示した電流が下降する部分（記号Ｇで示した部分）の電流値の単位時間当たりの変化量は同じである。また、記号Ｆ１、Ｆ２で示した部分（それぞれ時間軸上ｔ２、ｔ４で示した部分）は電流値が一定の部分であり、Ｆ１部分では最大電流値Ａ１、Ｆ２部分では最小電流値Ａ２にパターン化されている。ここで、Ｆ２の部分を設けた理由は、記号Ｇで示した部分（傾きがマイナスの部分）から、直接記号Ｅで示した部分（傾きがプラスの部分）に電流値を急激に変化させることは、現実には難しく、Ｆ２部分のような電流変化のないフラットな部分を設ける必要があるためである。
　以上において、偏向電磁石では、Ａ１は１０００Ａのオーダの電流値であり、Ａ２は１０分の１のオーダの電流値が通常設定される。また、収束または発散用電磁石４などでは、最大電流値Ａ１が１桁程度小さい値となり、最小電流値Ａ２も１／４以下の値に設定されるなど電磁石の種類によって印加電流のパターンは異なるものとなっている。そして、これらの印加電流に対応して決まる単位断面積当たりの許容電流値を１つの基準として、使用する接続板のサイズ、すなわち、ｈ１、ｈ２が決定される。すなわち、許容電流値以下となるように接続板ｈ１、ｈ２のサイズを決定する必要がある。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形省略することが可能である。例えば、以上の説明においては、折り曲げ接続部はシンクロトロンの内周側に位置する場合を例に説明したが、この場合に限らず、折り曲げ接続部はシンクロトロンの外周側に位置する場合でも、同様の効果を奏する。
１　シンクロトロン、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ　偏向電磁石、
３　軌道補正用電磁石、４　収束または発散用電磁石、
５　高周波加速空洞、６　電流供給部、７　電磁石電源、８　ケーブル、
９　取合い接続部、２０　接続板群、
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ　
接続板、２２、２２ａ、２２ｂ　折り曲げ接続部、
２３　偏向電磁石接続部、２４　中間固定板、２５　挟持板、
２６　合わせ板、２７　ねじ締結部、３０　接続端、Ａ　接続エリア、
Ｂ　取合い接続部エリア、ｈ１（接続板の）厚さ、ｈ２（接続板の）幅、
ｈ４　設置基準面からの高さ、Ｌ　接続板の長さ、
ｘ　長手方向、ｙ　径方向、ｚ　幅方向。　

Claims (3)

  1. 環状に配置された複数の電磁石の外周位置に、径方向に２枚が間隔を置いて一組として、長手方向に複数組並べて配置された給電用接続板であって、
    前記一組の接続板の内の１枚と、隣接する別組の接続板の内の１枚とが接続板の長手方向の端で接続されるとともに、
    前記一組の接続板の１枚の一端と前記別組の接続板の１枚の一端とが、ともに前記一組の接続板の他の１枚とは離隔するように前記径方向に折り曲げられ、この折り曲げた部分で前記一組の接続板の１枚と前記別組の接続板の１枚とを直列に接続して前記複数の電磁石へ給電することを特徴とする給電用接続板。
  2. 前記給電用接続板は、前記一組の接続板の長手方向であって前記直列に接続した部分の反対側に前記一組の接続板を固定する中間固定板を配置し、前記別組の接続板の長手方向であって前記直列に接続した部分の反対側に前記別組の接続板を挟持する挟持板を配置することにより、前記複数の電磁石が設置される設置基準面より高い位置に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の給電用接続板。
  3. 前記給電用接続板は、Ｌ字状に折り曲げられた端部を備え、前記端部で各電磁石の接続端である電磁石接続部と接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給電用接続板。
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