特許 6239394 超伝導マグネット装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239394

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】超伝導マグネット装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/04 20060101AFI20171120BHJP

   H01F 6/06 20060101ALI20171120BHJP

   H01L 39/04 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H01F6/04

   H01F6/06 500

   H01L39/04

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-14657(P2014-14657)

(22)【出願日】2014年1月29日

(65)【公開番号】特開2015-142044(P2015-142044A)

(43)【公開日】2015年8月3日

【審査請求日】2016年2月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】小林 孝幸

(72)【発明者】

【氏名】高見 正平

(72)【発明者】

【氏名】土橋 隆博

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０５１０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３２５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３４７５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２９２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０２７４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８０９８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５８−２１９７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３０４５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０２０８０５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ６／０４

Ｈ０１Ｆ ６／０６

Ｈ０１Ｌ ３９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁場を形成する超伝導コイルと、
前記超伝導コイルが形成する磁場により誘導電流を発生させる誘導コイルと、
前記誘導コイルにて発生した誘導電流が流れる保護抵抗と、
第１の温度以下になるよう冷却された第１のステージと、前記第１の温度より低い第２の温度以下になるよう冷却された第２のステージであって前記超伝導コイルに連結されて前記超伝導コイルを冷却する第２のステージと、を有する冷凍機と、
前記超伝導コイル及び前記誘導コイルを収容し、内部を真空状態に保つ真空容器と、
を備え、
前記保護抵抗は、前記第１のステージまたは前記真空容器に連結され、
前記誘導コイルの一端と前記保護抵抗の一端は、第１の高温超伝導電流リードを介して接続され、
前記誘導コイルの他端と前記保護抵抗の他端は、第２の高温超伝導電流リードを介して接続されている
超伝導マグネット装置。

【請求項2】

前記第１のステージにより冷却され、前記超伝導コイル及び前記誘導コイルを覆い外部からの熱輻射を遮蔽する輻射シールドを更に備え、
前記保護抵抗は、前記輻射シールドを介して前記第１のステージに連結されている
請求項１に記載の超伝導マグネット装置。

【請求項3】

前記第２のステージは、前記誘導コイルに連結されて前記誘導コイルを冷却し、
前記誘導コイルを構成する導体は、超伝導材料により作製されている
請求項１または２に記載の超伝導マグネット装置。

【請求項4】

前記超伝導材料は、高温超伝導材料である
請求項３に記載の超伝導マグネット装置。

【請求項5】

前記第１の高温超伝導電流リードおよび前記第２の高温超伝導リードは、セラミックにより作製されている
請求項１から４のいずれか一項に記載の超伝導マグネット装置。

【請求項6】

前記超伝導コイルの外周側に設けられ、前記超伝導コイルが形成する磁場の漏れを防止するシールドコイルを更に備え、
前記誘導コイルは、前記超伝導コイルの内周側に配置されている
請求項１から５のいずれか一項に記載の超伝導マグネット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超伝導マグネット装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から医療用機器、例えばＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）などに、医療用超伝導マグネットが使用されている。また近年では医療用加速器にも超伝導マグネットが利用されることがある。これら医療用超伝導マグネットは安定した冷却を維持するため、液体ヘリウムによる浸漬冷却が主流である。しかし、ヘリウム（Ｈｅ）は有限資源であり、現在は世界各国で枯渇のリスクが高まっている。一方で液体ヘリウムを用いない伝導冷却方式の超伝導マグネットも存在する。これは超伝導コイルと極低温冷凍機を伝熱部材でつなぎ、伝導冷却で超伝導コイルを冷却する方式である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平３−２４３１１８号公報

【特許文献2】特開平９−２３３６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

伝導冷却方式はヘリウム枯渇の影響を受けにくいというメリットがあるが、冷却に非常に時間がかかるというデメリットが存在する。例えば３Ｔクラスの超伝導マグネットの場合では、クエンチが発生し温度が上昇すると、再び超伝導状態に回復するまでに約２００時間の冷却時間が必要となり、装置の稼働率に多大な影響を与える。

【0005】

そこで本発明の一態様は、上記問題に鑑みてなされたものであり、伝導冷却方式の超伝導マグネット装置において、クエンチ発生時から超伝導状態に回復するまでの冷却時間を短縮することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態による超伝導マグネット装置において、磁場を形成する超伝導コイルと、前記超伝導コイルが形成する磁場により誘導電流を発生させる誘導コイルと、前記誘導コイルにて発生した誘導電流が流れる保護抵抗と、第１の温度以下になるよう冷却された第１のステージと、前記第１の温度より低い第２の温度以下になるよう冷却された第２のステージであって前記超伝導コイルに連結されて前記超伝導コイルを冷却する第２のステージと、を有する冷凍機と、前記超伝導コイル及び前記誘導コイルを収容し、内部を真空状態に保つ真空容器と、を備える。前記保護抵抗は、前記第１のステージまたは前記真空容器に連結されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態における超伝導マグネット装置ＳＭの構成を示す概略構成図である。

【図2】本実施形態における超伝導マグネット装置ＳＭの等価回路である。

【図3】誘導コイルの第１の配置例を示す模式図である。

【図4】誘導コイルの第２の配置例を示す模式図である。

【図5】誘導コイルの第３の配置例を示す模式図である。

【図6】配置例毎の結合係数を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態の概要について説明する。本実施形態の超伝導マグネット装置は、マグネット中心の常温ボア内に有効磁場領域を生成する一般的な超電導マグネットである。本実施形態は、電磁誘導の原理を用いてクエンチ発生時に超伝導コイルから放出されるエネルギーを回収し、超伝導コイルの温度上昇を抑える具体的な構成について提示するものである。

【0009】

（超伝導マグネット装置ＳＭの構成について）
続いて、図１を用いて、超伝導マグネット装置ＳＭの構成について説明する。図１は、本実施形態における超伝導マグネット装置ＳＭの構成を示す概略構成図である。図１に示すように、超伝導マグネット装置ＳＭは、電源ＰＳ、スイッチＳＷ、陽極端子ＰＴ、陰極端子ＮＴ、冷凍機ＲＭ、輻射シールドＳＬＤ、真空容器ＶＶ、超伝導コイルＳＣ、誘導コイルＩＣ、第１の高温超伝導電流リードＨＬＤ１、第２の高温超伝導電流リードＨＬＤ２、保護抵抗ＲＳ、ダイオードＤ、及び連結部ＭＣを備える。

【0010】

電源ＰＳは、一端が陽極端子ＰＴを介して超伝導コイルＳＣの一端に接続され、他端がスイッチＳＷの一端に接続されている。スイッチＳＷは、他端が陰極端子ＮＴを介して超伝導コイルＳＣの他端に接続されている。

【0011】

輻射シールドＳＬＤは、超伝導コイルＳＣ及び誘導コイルＩＣを覆い、外部からの熱輻射を遮蔽する。
真空容器ＶＶは、超伝導コイルＳＣ、誘導コイルＩＣ、及び輻射シールドＳＬＤを収容し、内部を真空状態に保つ。

【0012】

冷凍機ＲＭは、コールドヘッドＣＨ、及びコールドヘッドＣＨと接続されコールドヘッドＣＨを冷却する冷却器ＣＬを備える。ここでコールドヘッドＣＨは、第１のステージＳＴＧ１、第２のステージＳＴＧ２、第１のステージＳＴＧ１と第２のステージＳＴＧ２を接続する接続部ＣＵを備える。

【0013】

第１のステージＳＴＧ１は、第１の温度（本実施形態では一例として４０Ｋ（ケルビン））以下になるよう冷却されており、輻射シールドＳＬＤに連結されて輻射シールドＳＬＤを冷却する。これにより、輻射シールドＳＬＤ内が、第２の温度（本実施形態では一例として４０Ｋ）以下に冷却される。第１のステージＳＴＧ１は、例えば、第２のステージＳＴＧ２よりも冷却能力が高くなっている。

【0014】

第２のステージＳＴＧ２は、第１の温度より低い第２の温度（本実施形態では一例として４Ｋ）以下になるよう冷却されており、超伝導コイルＳＣと誘導コイルＩＣに、連結部ＭＣを介して連結されて超伝導コイルＳＣと誘導コイルＩＣを冷却する。

【0015】

超伝導コイルＳＣは、一例として円筒状に巻かれており、連結部ＭＣを介して第２のステージＳＴＧ２に連結されている。これにより、超伝導コイルＳＣは、第２の温度以下に冷却され、超伝導状態を維持する。超伝導コイルＳＣは、電源ＰＳから供給された直流電流によりその内周側に磁場を形成する。

【0016】

誘導コイルＩＣは、一例として、超伝導コイルＳＣの内周側に円筒状に巻かれた状態で配置され、連結部ＭＣを介して第２のステージＳＴＧ２に連結されている。これにより、誘導コイルＩＣは、第２の温度以下に冷却され、超伝導状態を維持する。誘導コイルＩＣは、超伝導コイルが形成する磁場により誘導電流を発生させる。誘導コイルＩＣは、一例として、超伝導コイルＳＣと同心円周上で、外周が超伝導コイルＳＣの内周と絶縁を確保しながら物理的に接触するように配置されている。これにより、超伝導コイルＳＣと誘導コイルＩＣの結合係数が大きくなるので、誘導コイルＩＣは超伝導コイルＳＣのクエンチ発生時に多くのエネルギーを回収することができる。

【0017】

誘導コイルＩＣを構成する導体は、低温超伝導材料を含む超伝導材料により作製されていることが好ましい。これにより、誘導コイルＩＣは第２の温度以下に冷却されることで、超伝導状態になり誘導電流が流れても発熱を抑えられる。このため、誘導コイルＩＣの発熱によって超伝導コイルＳＣがクエンチする事態を防ぐことができる。

【0018】

より好ましくは、誘導コイルＩＣを構成する導体を作製する超伝導材料は、高温超伝導材料である。これにより、誘導コイルＩＣの温度が例えば４０Ｋ程度に上昇したとしても、超伝導状態を維持することができ誘導電流が流れても発熱を抑えられる。このため、誘導コイルＩＣの温度が例えば４０Ｋ程度に上昇したとしても誘導コイルＩＣから発熱がないので、誘導コイルＩＣに発熱に起因する超伝導コイルＳＣの温度上昇を抑えることができる。本実施形態では、誘導コイルＩＣは、一例として、高温超伝導材料から作製されているものとして以後説明する。

【0019】

なお、誘導コイルＩＣは、常伝導材料から作製され常伝導状態であってもよい。これにより、誘導コイルＩＣが超伝導材料から作製される場合よりも、超伝導マグネット装置ＳＭの製造コストを低くすることができる。

【0020】

ダイオードＤは、カソードが超伝導コイルの一端に接続され、アノードが超伝導コイルの他端に接続されている。
第１の高温超伝導電流リードＨＬＤ１及び第２の高温超伝導電流リードＨＬＤ２は、輻射シールドＳＬＤ内に設置されている。第１の高温超伝導電流リードＨＬＤ１は、一端が誘導コイルＩＣの一端と接続され、他端が保護抵抗ＲＳの一端と接続されている。第２の高温超伝導電流リードＨＬＤ２は、一端が誘導コイルＩＣの他端と接続され、他端が保護抵抗ＲＳの他端と接続されている。

【0021】

このように、誘導コイルＩＣの両端部は、保護抵抗ＲＳの対応する端部に高温超伝導電流リードを介して接続されている。これにより、高温超伝導電流リードの温度は、誘導コイルＩＣに接続されている端部で第２の温度（例えば４Ｋ）と最も低く、保護抵抗ＲＳに近づくにつれて温度が上昇し、保護抵抗ＲＳに接続されている端部で第１の温度（例えば４０Ｋ）と最も高くなる。このように、高温超伝導電流リードは、第２の温度（例えば４Ｋ）と第１の温度（例えば４０Ｋ）の間の温度に冷却されて超伝導状態を維持するので、高温超伝導電流リード自身が発熱することを防止することができる。その結果、誘導コイルＩＣが回収したエネルギーがほぼそのまま保護抵抗ＲＳで熱として消費され、この熱が輻射シールドＳＬＤに放出される。これにより、誘導コイルＩＣが回収したエネルギーを効率良く消費することができる。

【0022】

更に、第１の高温超伝導電流リードＨＬＤ１及び第２の高温超伝導電流リードＨＬＤ２を構成する導体は、一例としてセラミックにより作製されている。セラミックは熱伝導率が低いので、通常運転時に、抵抗ＲＳから誘導コイルＩＣへ伝導する熱を低減することができる。その結果、通常運転時に誘導コイルＩＣの温度上昇を抑えるので、その温度上昇に伴う超伝導コイルＳＣの温度上昇を抑えることができる。

【0023】

保護抵抗ＲＳは、一端が第１の高温超伝導電流リードＨＬＤ１を介して誘導コイルＩＣの一端に接続され、他端が第２の高温超伝導電流リードＨＬＤ２を介して誘導コイルＩＣの他端に接続されている。これにより、保護抵抗ＲＳには、誘導コイルＩＣにて発生した誘導電流が流れる。保護抵抗ＲＳは、輻射シールドＳＬＤに物理的に接触しており、輻射シールドＳＬＤを介して第１のステージＳＴＧ１に連結されている。このようにして、保護抵抗ＲＳは、第１の温度を有するようになっている。第１のステージＳＴＧ１の冷却能力は第２のステージＳＴＧより高く、保護抵抗ＲＳは、輻射シールドＳＬＤを介して第１のステージＳＴＧ１に連結されている。このため、保護抵抗ＲＳに生じる熱は第１のステージＳＴＧ１によって効率的に放出される。

【0024】

なお、保護抵抗ＲＳは、輻射シールドＳＬＤではなく第１のステージＳＴＧ１と他の連結部材（図示せず）を介して連結されていてもよい。これにより、第１のステージＳＴＧ１の冷却能力が第２のステージＳＴＧより高いので、第１のステージＳＴＧ１は、保護抵抗ＲＳで生じる熱を効率的に冷ますことができる。

【0025】

電磁誘導でエネルギーを回収する場合、一般的に誘導コイルＩＣ側にエネルギーを効率良く回収するのに最適な時定数が存在する。この最適な時定数の具体的な値は、超伝導コイルの構造によって異なる。例えば３Ｔクラスの超伝導マグネットの場合、最適な時定数は、数１００秒程度である。

【0026】

回収可能なエネルギーの理論上の最大値は、超伝導コイルと誘導コイルとの結合係数によって決定されるため、おおよそ誘導コイルの形状、配置も決定される。このとき、時定数を長くするには誘導コイルＩＣ自体の抵抗率を小さくし、抵抗値をμΩオーダーにしなければ効率的なエネルギー回収ができない。誘導コイルＩＣを冷却することにより誘導コイルＩＣの抵抗値は小さくできるが、温度が常温〜４０Ｋでは、ある一定のインダクタンスを確保しつつ抵抗値をμΩオーダーにすることは極めて困難である。したがって、本実施形態では、一例として、誘導コイルＩＣを第２の温度以下に冷却し、誘導コイルＩＣにより回収されたエネルギーを保護抵抗ＲＳで熱に変換し、変換した熱を輻射シールドＳＬＤに放出する。このとき、誘導コイルＩＣに超伝導体を用いると誘導回路のインダクタンスおよび抵抗値をそれぞれ任意に決定することができ、すなわち最適な時定数を選ぶことが可能となる。

【0027】

（超伝導マグネット装置ＳＭの動作について）
続いて、図２を用いて、本実施形態の超伝導マグネット装置ＳＭの動作について説明する。図２は、本実施形態における超伝導マグネット装置ＳＭの等価回路である。
通常運転時には、スイッチＳＷが閉じられ、電源ＰＳは、陽極端子ＰＴを介して超伝導コイルＳＣに直流電流ｉ_１を供給する。これにより、超伝導コイルＳＣは、直流電流ｉ_１に応じた磁場を形成する。

【0028】

超伝導コイルＳＣにおいてクエンチが発生した場合、スイッチＳＷが開かれる。その場合、超伝導コイルＳＣは、これまで流れていた直流電流ｉ_１を流そうとして、超伝導コイルＳＣからダイオードＤに直流電流ｉ_２が流れ込む。超伝導コイルＳＣに蓄えられていた磁気エネルギーの一部は、誘導コイルＩＣによって回収され、誘導コイルＩＣにて発生した誘導電流が保護抵抗ＲＳに流れて保護抵抗ＲＳが発熱する。これにより、超伝導コイルＳＣに蓄えられていた磁気エネルギーの一部が、保護抵抗ＲＳで熱として消費される。また、超伝導コイルＳＣに蓄えられていた磁気エネルギーの残りの部分は、超伝導コイルＳＣがクエンチすることにより生じた抵抗によって消費される。この結果、超伝導コイルＳＣに流れる電流が時間の経過とともに減衰する。

【0029】

このようにして、超伝導コイルＳＣにおいてクエンチが発生した場合、この超伝導コイルＳＣにおける蓄えられていたエネルギーの一部が、保護抵抗ＲＳで熱として消費されるので、超伝導コイルＳＣの内部で熱として消費される量を低減することができる。この結果、超伝導コイルＳＣの温度上昇を抑制することができ、クエンチ発生時から超伝導状態に回復するまでの冷却時間を短縮することができる。

【0030】

（誘導コイルの第１の配置例）
続いて、誘導コイルＩＣの第１の配置例（Ｃａｓｅ１）について図３を用いて説明する。図３は、誘導コイルＩＣの第１の配置例を示す模式図である。図３の超伝導マグネット装置ＳＭは、超伝導主コイルＳ０、第１の超伝導シールドコイルＳ１、及び第２の超伝導シールドコイルＳ２を更に備える。第１の超伝導シールドコイルＳ１及び第２の超伝導シールドコイルＳ２は、超伝導主コイルＳ０の外周側に設けられており、超伝導主コイルＳ０が形成する磁場の漏れを防止する。

【0031】

例えば、図３に示すように超伝導主コイルＳ０が円筒状に巻かれている場合、例えば、第１の超伝導シールドコイルＳ１及び第２の超伝導シールドコイルＳ２は、超伝導主コイルＳ０の外周側で円筒状に巻かれており、巻き方向が超伝導主コイルＳ０とは反対である。これにより、第１の超伝導シールドコイルＳ１及び第２の超伝導シールドコイルＳ２には、超伝導主コイルＳ０とは反対回りに電流が流れるので、磁場の漏れを防止することができる。

【0032】

なお、第１の超伝導シールドコイルＳ１及び第２の超伝導シールドコイルＳ２の巻き方向が超伝導主コイルＳ０とは反対であるとしたが、これに限ったものではない。第１の超伝導シールドコイルＳ１及び第２の超伝導シールドコイルＳ２には、超伝導主コイルＳ０が形成する磁場を打ち消す磁場を形成する電流が流れるように構成されていればよい。

【0033】

（誘導コイルの第２の配置例）
続いて、図４を用いて誘導コイルＩＣの第２の配置例（Ｃａｓｅ２）について説明する。図４は、誘導コイルの第２の配置例を示す模式図である。図４の超伝導マグネット装置ＳＭは、図３の超伝導マグネット装置ＳＭと同様に、超伝導主コイルＳ０、第１の超伝導シールドコイルＳ１、及び第２の超伝導シールドコイルＳ２を更に備える。図４の第２の配置例では、誘導コイルＩＣは、超伝導主コイルＳ０と第１の超伝導シールドコイルＳ１及び第２の超伝導シールドコイルＳ２との間に配置され、超伝導主コイルＳ０を囲むように円筒状に巻かれている。

【0034】

（誘導コイルの第３の配置例）
続いて、図５を用いて誘導コイルＩＣの第３の配置例（Ｃａｓｅ３）について説明する。図５は、誘導コイルの第３の配置例を示す模式図である。図５の超伝導マグネット装置ＳＭは、図３の超伝導マグネット装置ＳＭと同様に、超伝導主コイルＳ０、第１の超伝導シールドコイルＳ１、及び第２の超伝導シールドコイルＳ２を更に備える。図５の第３の配置例では、誘導コイルは、超伝導主コイルＳ０の内周側に配置されている。

【0035】

続いて、図６を用いて上述した三つの配置例における超伝導コイルＳＣと誘導コイルＩＣとの結合係数を説明する。図６は、誘導コイルＩＣの配置例毎の結合係数を示す表である。図６の表では、配置例（Ｃａｓｅ）毎に、誘導コイルＩＣの位置と結合係数の組が示されている。三つの配置例のうち第３の配置例で、最も結合係数が高いので、超伝導コイルＳＣのクエンチ発生時に誘導コイルＩＣで最も多くのエネルギーを回収できる。このように、結合係数が高くなるように、誘導コイルＩＣは超伝導主コイルＳ０のなるべく近くに配置されていることが好ましい。これにより、超伝導コイルＳＣのクエンチ発生時に誘導コイルＩＣでなるべく多くのエネルギーを回収することができる。

【0036】

また、超伝導マグネット装置ＳＭが、超伝導コイルＳＣの外周側に設けられ、超伝導コイルが形成する磁場の漏れを防止する超伝導シールドコイルを更に備える場合、誘導コイルＩＣは、超伝導コイルＳＣの外周側よりも、超伝導コイルＳＣの内周側に配置されていることが好ましい。超伝導コイルＳＣの外周側において、超伝導シールドコイルが形成する磁場によって超伝導主コイルＳ０が形成する磁場が打ち消されて低減する。このため、仮に、誘導コイルＩＣが超伝導コイルＳＣの外周側に配置された場合、その打ち消された分だけ、誘導コイルＩＣの誘導電流が小さくなる。例えば、仮に超伝導コイルＳＣの外周側と内周側それぞれに、超伝導コイルＳＣから同じ距離だけ離れた位置に誘導コイルＩＣを配置する場合を比較すると、超伝導コイルＳＣの内周側に配置した方が、誘導コイルＩＣには大きな誘導電流が流れるので、誘導コイルＩＣは、超伝導コイルＳＣのクエンチ発生時により多くのエネルギーを回収できる。

【0037】

超伝導コイルＳＣのクエンチ発生後に誘導コイルＩＣが回収するエネルギーが所定値以上になるように、保護抵抗ＲＳの設置場所、すなわち保護抵抗ＲＳの温度が設定されていてもよい。

【0038】

以上、本実施形態における超伝導マグネット装置ＳＭは、磁場を形成する超伝導コイルＳＣと、超伝導コイルＳＣが形成する磁場により誘導電流を発生させる誘導コイルＩＣと、誘導コイルＩＣにて発生した誘導電流が流れる保護抵抗ＲＳと、第１の温度以下になるよう冷却された第１のステージＳＴＧ１と、第１の温度より低い第２の温度以下になるよう冷却された第２のステージＳＴＧ２であって超伝導コイルＳＣに連結されて超伝導コイルＳＣを冷却する第２のステージＳＴＧ２と、を有する冷凍機ＲＭと、超伝導コイルＳＣ及び誘導コイルＩＣを収容し、内部を真空状態に保つ真空容器ＶＶと、を備える。保護抵抗ＲＳは、第１のステージＳＴＧ１または真空容器ＶＶに連結されている。

【0039】

これにより、超伝導コイルＳＣにクエンチが発生した場合に、誘導コイルＩＣは、超伝導コイルＳＣに発生したエネルギーの一部を回収し、回収されたエネルギーが保護抵抗ＲＳで熱として消費される。この結果、超伝導コイルＳＣで熱として消費されるエネルギーを低減できるので、超伝導コイルＳＣの温度上昇を抑制することができ、クエンチ発生時から超伝導状態に回復するまでの冷却時間を短縮することができる。

【0040】

また、本実施形態における誘導コイルＩＣを構成する導体は高温超伝導材料により作製されている。このため、超伝導コイルＳＣのクエンチ発生時に超伝導コイルＳＣが発熱して誘導コイルＩＣの温度が超伝導状態を維持できる範囲である程度上昇しても、誘導コイルＩＣにおいてエネルギーを消費することを防止し、誘導コイルＩＣが回収したエネルギーを保護抵抗ＲＳに供給することができる。これにより、超伝導コイルＳＣのクエンチ発生時に誘導コイルＩＣが回収するエネルギーが所定の値以上になるように、保護抵抗ＲＳの抵抗値Ｒを任意に決めることができる。

【0041】

なお、保護抵抗ＲＳは、真空容器ＶＶと輻射シールドＳＬＤとの間に配置され、輻射シールドＳＬＤではなく真空容器ＶＶに連結されていてもよい。この場合においても、保護抵抗ＲＳで生じる熱を真空容器ＶＶに放出することができる。その場合、第１の高温超伝導電流リードＨＬＤ１及び第２の高温超伝導電流リードＨＬＤ２は、輻射シールドＳＬＤを貫通して設けられていてもよい。高温超伝導電流リードが含有するセラミックは熱伝導率が低いので、輻射シールドＳＬＤ外から輻射シールドＳＬＤ内へ伝導する熱を低減することができる。この結果、超伝導コイルＳＣのクエンチ発生時に、輻射シールドＳＬＤ内の温度上昇を抑えることができるので、輻射シールドＳＬＤ内に設置された超伝導コイルＳＣの温度上昇を抑制することができ、クエンチ発生時から超伝導状態に回復するまでの冷却時間を短縮することができる。

【0042】

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0043】

ＳＭ 超伝導マグネット装置
ＰＳ 電源
ＳＷ スイッチ
ＰＴ 陽極端子
ＮＴ 陰極端子
ＲＭ 冷凍機
ＣＨ コールドヘッド
ＳＴＧ２ 第２のステージ
ＳＴＧ１ 第１のステージ
ＳＬＤ 輻射シールド
ＶＶ 真空容器
ＳＣ 超伝導コイル
ＩＣ 誘導コイル ＨＬＤ１ 第１の高温超伝導電流リード
ＨＬＤ２ 第２の高温超伝導電流リード
ＲＳ 保護抵抗
Ｄ ダイオード
ＭＣ 連結部
ＣＵ 接続部
Ｓ０ 超伝導主コイル
Ｓ１ 第１の超伝導シールドコイル
Ｓ２ 第２の超伝導シールドコイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】