JPH0786642A - 伝導冷却型超電導磁石装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流リードにおける臨界電流の低下を防止し
た伝導冷却型超電導磁石装置を提供すること。 【構成】 冷凍機７と、冷凍機７により冷却可能とした
超電導コイル５と、超電導コイル５に給電する電流リー
ド６とを含み、電流リード６が酸化物高温超電導体によ
り構成されている伝導冷却型超電導磁石装置１におい
て、冷凍機７の冷却ステージ７Ｂに超電導コイル５を接
触させるとともに、電流リード６の外周に超電導磁気シ
ールド５１を設け、超電導磁気シールド５１は、金属系
超電導材料から構成され、且つ冷却ステージ７Ｂに接触
させてあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伝導冷却型超電導磁石
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の伝導冷却型超電導磁石装置には、
冷凍機と、該冷凍機により冷却可能とした超電導コイル
と、該超電導コイルに給電する電流リードとを含むもの
がある（例えば、特願平３−１０４０４２号）。

【０００３】また、上述の伝導冷却型超電導磁石装置に
おいて、電流リードを酸化物高温超電導体で構成したも
のも従来存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この様に、従来、超電
導コイルに給電する電流リードを酸化物高温超電導体に
より構成することが行われているが、酸化物高温超電導
体の臨界電流は、外部磁場により大幅に低下することが
知られている。

【０００５】従って、各種超電導コイルの電流リードと
して酸化物高温超電導体を用いる場合には、超電導磁石
からの漏れ磁場に対して何らかの磁気シールドを施すこ
とにより臨界電流の低下を防止する必要がある。

【０００６】それ故に、本発明の課題は、電流リードに
おける臨界電流の低下を防止した伝導冷却型超電導磁石
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、冷凍機
と、該冷凍機により冷却可能とした超電導コイルと、該
超電導コイルに給電する電流リードとを含み、該電流リ
ードが酸化物高温超電導体により構成されている伝導冷
却型超電導磁石装置において、前記冷凍機の冷却ステー
ジに前記超電導コイルを接触させるとともに、前記電流
リードの外周に超電導磁気シールドを設け、該超電導磁
気シールドは、金属系超電導材料から構成され、且つ前
記冷却ステージに接触させてあることを特徴とする伝導
冷却型超電導磁石装置が得られる。

【０００８】

【作用】本発明においては、電流リードの外周に金属系
超電導体から成る超電導磁気シールドを設け、この超電
導磁気シールドを冷凍機により超電導コイルとともに冷
却するようにしたので、低温となった超電導磁気シール
ドによって電流リードに対する磁気シールドを効率良く
行うことができる。

【０００９】

【実施例】次ぎに、本発明の一実施例による伝導冷却型
超電導磁石装置を図１乃至図３に基づき説明する。

【００１０】図１は伝導冷却型超電導磁石装置の一部縦
断面図である。この伝導冷却型超電導磁石装置１は、基
台２と、真空容器（クライオスタット）３と、熱シール
ド板４と、超電導コイル５と、正負極一対の高温超電導
電流リード６と、蓄冷式冷凍機７と、外部電源８とを有
する。

【００１１】真空容器３は、真空としたその内部に熱シ
ールド板４と、超電導コイル５と、高温超電導電流リー
ド６と、蓄冷式冷凍機７の第１段冷却ステージ７Ａ及び
第２段冷却ステージ７Ｂとを収容している。

【００１２】熱シールド板４は、蓄冷式冷凍機７の第１
段冷却ステージ７Ａに接触固定するとともに、その内部
の超電導コイル５及び高温超電導電流リード６への熱侵
入を防止している。

【００１３】超電導コイル５は、コイル巻き枠９に超電
導線材１０を巻いたもので、その外周に冷却促進部材と
して外周冷却用銅ブロック１１を締め付けてある。

【００１４】コイル巻き枠９は、巻芯９Ａ、及びこの巻
芯９Ａの上下両端部に一体形成した端部フランジ９Ｂか
ら構成されている。

【００１５】この外周冷却用銅ブロック１１及びコイル
巻き枠９を蓄冷式冷凍機７の第２段冷却ステージ７Ｂに
接触固定することにより、超電導線材１０を効率的に極
低温まで冷却可能としてある。

【００１６】図２はこの外周冷却用銅ブロック１１の具
体的構成を示す一部切欠縦断面図、図３は図２のIII −
III 線断面図である。外周冷却用銅ブロック１１は、円
周方向に等角度間隔で分割することにより任意の数、例
えば三つの円弧状単位ブロック部１１Ａ，１１Ｂ，１１
Ｃから構成されている。

【００１７】円弧状単位ブロック部１１Ａ，１１Ｂ，１
１Ｃの互いの間には、クエンチ時のうず電流を防止する
ための最低１個のうず電流防止用電気絶縁材１２、及び
銅シート１３を介在させるとともに、ボルト１４により
超電導線材１０の外周から所定締付け力で締め付け、互
いの密着性を高めて熱接触性を向上させてある。

【００１８】尚、シム（図示せず）による厚さ調整を行
うことによりこの密着性を調整することもできる。

【００１９】また、外周冷却用銅ブロック１１と超電導
線材１０との間に良熱伝導性の低温グリースを充填して
も良い。

【００２０】図１に戻って、高温超電導電流リード６
は、その正負極一対を設けてあり、電流リード端子１５
及び常電導電流リードワイヤ１６を介して外部電源８に
接続してあり、その高温側端部を蓄冷式冷凍機７の第１
段冷却ステージ７Ａに、低温側端部を第２段冷却ステー
ジ７Ｂにそれぞれ取り付けてある。この高温超電導電流
リード６は、酸化物高温超電導体から成る。

【００２１】蓄冷式冷凍機７は、ＧＭ冷凍機等の任意の
冷凍機であって、その第１段冷却ステージ７Ａは、液体
窒素温度７７Ｋ付近まで冷却可能であり、第２段冷却ス
テージ７Ｂは、極低温４〜１０Ｋまで冷却可能としてあ
る。

【００２２】従って、常電導電流リードワイヤ１６が真
空容器３の常温（３００Ｋ）部分から蓄冷式冷凍機７の
第１段冷却ステージ７Ａの温度（７０Ｋ）付近までの範
囲での給電を行い、高温超電導電流リード６が第１段冷
却ステージ７Ａの部分から第２段冷却ステージ７Ｂの温
度範囲での給電を行う。

【００２３】高温超電導電流リード６の高温側電極１７
は、常電導電流リードワイヤ１６に接続されるととも
に、熱アンカー銅線１８、及び高温側窒化アルミニウム
板等による高温側絶縁材１９を介して蓄冷式冷凍機７の
第１段冷却ステージ７Ａに接続されている。

【００２４】高温超電導電流リード６の低温側電極２０
は、低温側窒化アルミニウム板等による低温側絶縁材２
１を介して蓄冷式冷凍機７の第２冷却ステージ７Ｂにボ
ルトによって接続固定され固定端としてあるとともに、
超電導コイル５の超電導線材１０に接続してある。

【００２５】酸化物高温超電導体から成る高温超電導電
流リード６は、強磁界中に設置された場合には、通電能
力（電流密度）が劣化する特性があるので、リード本体
への磁場を低減させる機能が要求される。

【００２６】この為に、高温超電導電流リード６の周り
に、円筒状の超電導磁気シールド５１が設けられてい
る。

【００２７】超電導磁気シールド５１は、NbTi等の金属
系超電導材料から構成され、高温超電導電流リード６の
外側を環状に覆う構造としたもので、超電導コイル５か
ら高温超電導電流リード６にかかる磁場を低減させてい
る。

【００２８】また、この超電導磁気シールド５１は、蓄
冷式冷凍機７の第２段冷却ステージ７Ｂと直接接触によ
りこれを極低温（例えば、５Ｋ以下）に冷却可能とし、
超電導磁気シールド５１を構成する超電導材の臨界温度
（例えば、NbTiの臨界温度は９．８Ｋ）以下に保つこと
ができる。

【００２９】具体的には、第２段冷却ステージ７Ｂに接
触している低温側絶縁材２１にこの超電導磁気シールド
５１を固定してある。

【００３０】こうした構成の伝導冷却型超電導磁石装置
１において、外部電源８からの正極電流は、最初に電流
リード端子１５を経て常電導電流リードワイヤ１６に導
かれ、ついで順次、高温側電極１７、高温超電導電流リ
ード６、低温側電極２０に導かれ、超電導コイル５が励
磁される。

【００３１】尚、負極電流は、上述と逆のコースで外部
電源８まで戻る。

【００３２】超電導コイル５と蓄冷式冷凍機７の第２段
冷却ステージ７Ｂとの間の熱接触は、コイル巻き枠９を
介して行われるが、この熱伝導に加えて、第２段冷却ス
テージ７Ｂに接触している外周冷却用銅ブロック１１を
介しても熱伝導が行われる。

【００３３】従って、超電導コイル５の内面側からの熱
交換とともに、超電導コイル５の外表面全体からも熱交
換が行われるので、超電導コイル５の初期冷却が速やか
に行われ、かつ超電導コイル５内部が温度均一に冷却さ
れる。

【００３４】また、極低温に冷却された超電導磁気シー
ルド５１が、高温超電導電流リード６に対する磁気を有
効にシールドする。

【００３５】

【発明の効果】本発明の伝導冷却型超電導磁石装置は、
電流リードの磁気シールドを低温とした超電導電流リー
ドによって有効に行うことができ、この結果、高いシー
ルド特性を得ることができ、電流リードにおける臨界電
流の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による伝導冷却型超電導磁石
装置の一部縦断面図である。

【図２】図１に示す伝導冷却型超電導磁石装置の外周冷
却用銅ブロックの具体的構成を示す一部切欠縦断面図で
ある。

【図３】図２のIII −III 線断面図である。

【符号の説明】

１ 伝導冷却型超電導電磁石装置 ２ 基台 ３ 真空容器 ４ 熱シールド板 ５ 超電導コイル ６ 高温超電導電流リード ７ 蓄冷式冷凍機 ７Ａ 第１段冷却ステージ ７Ｂ 第２段冷却ステージ ８ 外部電源 ９ コイル巻き枠 ９Ａ 巻き芯 ９Ｂ 端部フランジ １０ 超電導線材 １１ 外周冷却用銅ブロック ５１ 超電導磁気シールド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機と、該冷凍機により冷却可能とし
   た超電導コイルと、該超電導コイルに給電する電流リー
   ドとを含み、該電流リードが酸化物高温超電導体により
   構成されている伝導冷却型超電導磁石装置において、前
   記冷凍機の冷却ステージに前記超電導コイルを接触させ
   るとともに、前記電流リードの外周に超電導磁気シール
   ドを設け、該超電導磁気シールドは、金属系超電導材料
   から構成され、且つ前記冷却ステージに接触させてある
   ことを特徴とする伝導冷却型超電導磁石装置。
2. 【請求項２】 前記冷凍機の冷却ステージとして、第１
   段冷却ステージ、及び該第１段冷却ステージより低温の
   第２段冷却ステージを設け、該第２段冷却ステージに前
   記超電導コイル及び前記超電導磁気シールドを接触させ
   たことを特徴とする請求項１記載の伝導冷却型超電導磁
   石装置。