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特開2023-57254超電導マグネット装置、および、超電導マグネット装置の運転方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023057254
(43)【公開日】2023-04-21
(54)【発明の名称】超電導マグネット装置、および、超電導マグネット装置の運転方法
(51)【国際特許分類】
H01F 6/00 20060101AFI20230414BHJP
H01F 6/04 20060101ALI20230414BHJP
H10N 60/355 20230101ALI20230414BHJP
【ＦＩ】
H01F6/00 180
H01F6/04
H01L39/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021166664
(22)【出願日】2021-10-11
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145816
【弁理士】
【氏名又は名称】鹿股 俊雄
(74)【代理人】
【識別番号】100195718
【弁理士】
【氏名又は名称】市橋 俊規
(74)【代理人】
【識別番号】100196003
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 太郎
(72)【発明者】
【氏名】小柳 圭
(72)【発明者】
【氏名】戸坂 泰造
(72)【発明者】
【氏名】岩井 貞憲
【テーマコード（参考）】
4M114
【Ｆターム（参考）】
4M114AA30
4M114CC03
4M114DB12
4M114DB13
4M114DB14
4M114DB16
4M114DB26
4M114DB29
4M114DB52
4M114DB53
4M114DB55
(57)【要約】
【課題】ＰＣＳのクエンチを抑制し、信頼性の高い超電導マグネット装置、および、超電導マグネット装置の運転方法を提供する。
【解決手段】超電導マグネット装置１００は、超電導コイル１と、超電導コイル１に対して電流を導入する励磁電源４と、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続された永久電流スイッチ２と、永久電流スイッチ２を加熱するヒーター３と、を具備する。永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。複数個の巻線体２０は、複数個の巻線体２０間の相互インダクタンスが負の値を有するように配置される。
【選択図】図１
【解決手段】超電導マグネット装置１００は、超電導コイル１と、超電導コイル１に対して電流を導入する励磁電源４と、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続された永久電流スイッチ２と、永久電流スイッチ２を加熱するヒーター３と、を具備する。永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。複数個の巻線体２０は、複数個の巻線体２０間の相互インダクタンスが負の値を有するように配置される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超電導コイルと、
前記超電導コイルに対して電流を導入する励磁電源と、
前記超電導コイルおよび前記励磁電源に対して並列に接続された永久電流スイッチと、
前記永久電流スイッチを加熱するヒーターと
を具備し、
前記永久電流スイッチは、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体を有し、
複数個の前記巻線体は、複数個の前記巻線体間の相互インダクタンスが負の値を有するように配置されている
超電導マグネット装置。
前記超電導コイルに対して電流を導入する励磁電源と、
前記超電導コイルおよび前記励磁電源に対して並列に接続された永久電流スイッチと、
前記永久電流スイッチを加熱するヒーターと
を具備し、
前記永久電流スイッチは、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体を有し、
複数個の前記巻線体は、複数個の前記巻線体間の相互インダクタンスが負の値を有するように配置されている
超電導マグネット装置。
【請求項2】
複数個の前記巻線体は、
第１方向側の第１端部と第２方向側の第２端部とを備える第１円筒形状を有し、超電導線材の第１部分を第１端部側から第２端部側へと第１巻回方向に巻回した第１巻線体と、
前記第１方向側の第３端部と前記第２方向側の第４端部とを備える第２円筒形状を有し、前記超電導線材の第２部分を第３端部側から第４端部側へと第２巻回方向に巻回した第２巻線体と
を含み、
前記第２巻回方向は、前記第１巻回方向とは逆の巻回方向であり、前記第１円筒形状の軸と前記第２円筒形状の軸とは平行であり、
前記第１巻線体の前記第１方向側の端と第２巻線体の前記第１方向側の端とが電気的に接続されている
請求項１に記載の超電導マグネット装置。
第１方向側の第１端部と第２方向側の第２端部とを備える第１円筒形状を有し、超電導線材の第１部分を第１端部側から第２端部側へと第１巻回方向に巻回した第１巻線体と、
前記第１方向側の第３端部と前記第２方向側の第４端部とを備える第２円筒形状を有し、前記超電導線材の第２部分を第３端部側から第４端部側へと第２巻回方向に巻回した第２巻線体と
を含み、
前記第２巻回方向は、前記第１巻回方向とは逆の巻回方向であり、前記第１円筒形状の軸と前記第２円筒形状の軸とは平行であり、
前記第１巻線体の前記第１方向側の端と第２巻線体の前記第１方向側の端とが電気的に接続されている
請求項１に記載の超電導マグネット装置。
【請求項3】
複数個の前記巻線体は、
第１方向側の第１端部と第２方向側の第２端部とを備える第１円筒形状を有し、超電導線材の第１部分を第１端部側から第２端部側へと第１巻回方向に巻回した第１巻線体と、
前記第１方向側の第３端部と前記第２方向側の第４端部とを備える第２円筒形状を有し、前記超電導線材の第２部分を第３端部側から第４端部側へと第２巻回方向に巻回した第２巻線体と
を含み、
前記第２巻回方向は、前記第１巻回方向と同じ巻回方向であり、前記第１円筒形状の軸と前記第２円筒形状の軸とは平行であり、
前記第１巻線体の前記第２方向側の端と第２巻線体の前記第１方向側の端とが電気的に接続されるか、あるいは、前記第１巻線体の前記第１方向側の端と第２巻線体の前記第２方向側の端とが電気的に接続される
請求項１に記載の超電導マグネット装置。
第１方向側の第１端部と第２方向側の第２端部とを備える第１円筒形状を有し、超電導線材の第１部分を第１端部側から第２端部側へと第１巻回方向に巻回した第１巻線体と、
前記第１方向側の第３端部と前記第２方向側の第４端部とを備える第２円筒形状を有し、前記超電導線材の第２部分を第３端部側から第４端部側へと第２巻回方向に巻回した第２巻線体と
を含み、
前記第２巻回方向は、前記第１巻回方向と同じ巻回方向であり、前記第１円筒形状の軸と前記第２円筒形状の軸とは平行であり、
前記第１巻線体の前記第２方向側の端と第２巻線体の前記第１方向側の端とが電気的に接続されるか、あるいは、前記第１巻線体の前記第１方向側の端と第２巻線体の前記第２方向側の端とが電気的に接続される
請求項１に記載の超電導マグネット装置。
【請求項4】
複数個の前記巻線体は、
第１方向側の第１端部と第２方向側の第２端部とを備える第１円筒形状を有し、超電導線材の第１部分を第１端部側から第２端部側へと第１巻回方向に巻回した第１巻線体と、
前記第１方向側の第３端部と前記第２方向側の第４端部とを備える第２円筒形状を有し、前記超電導線材の第２部分を第３端部側から第４端部側へと第２巻回方向に巻回した第２巻線体と
を含み、
前記第２巻回方向は、前記第１巻回方向とは逆の巻回方向であり、前記第１円筒形状の軸と前記第２円筒形状の軸とは同軸であり、
前記第１巻線体の前記第１方向側の端と第２巻線体の前記第２方向側の端とが電気的に接続されている
請求項１に記載の超電導マグネット装置。
第１方向側の第１端部と第２方向側の第２端部とを備える第１円筒形状を有し、超電導線材の第１部分を第１端部側から第２端部側へと第１巻回方向に巻回した第１巻線体と、
前記第１方向側の第３端部と前記第２方向側の第４端部とを備える第２円筒形状を有し、前記超電導線材の第２部分を第３端部側から第４端部側へと第２巻回方向に巻回した第２巻線体と
を含み、
前記第２巻回方向は、前記第１巻回方向とは逆の巻回方向であり、前記第１円筒形状の軸と前記第２円筒形状の軸とは同軸であり、
前記第１巻線体の前記第１方向側の端と第２巻線体の前記第２方向側の端とが電気的に接続されている
請求項１に記載の超電導マグネット装置。
【請求項5】
前記永久電流スイッチを構成する複数の前記巻線体に対応して、複数の独立したヒーターおよび複数の独立した伝導冷却用伝熱パスがそれぞれ設けられ、複数の独立した前記ヒーターの各々を選択的に加熱できるように構成され、複数の独立した前記伝導冷却用伝熱パスを用いて複数の前記巻線体の各々を選択的に冷却できるように構成される
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の超電導マグネット装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の超電導マグネット装置。
【請求項6】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超電導マグネット装置の運転方法であって、
前記巻線体を構成する線材は、マトリクス中に配置される多数の直径２０μｍ以上のフィラメントを有する超電導多芯線であり、
前記永久電流スイッチの複数の前記巻線体を冷却することにより、複数の前記巻線体を超電導状態に移行させる第１移行工程と、
前記第１移行工程の後、複数の前記巻線体を流れる電流を徐々に増加させる第２移行工程と
を具備し、
前記第２移行工程において、前記超電導多芯線の臨界電流密度に対する前記超電導多芯線の平均電流密度の比率は０．２以下とされ、前記第２移行工程の末期において、前記巻線体自身によって前記超電導多芯線に０．５テスラ以上の経験磁場が印加されるように構成される
超電導マグネット装置の運転方法。
前記巻線体を構成する線材は、マトリクス中に配置される多数の直径２０μｍ以上のフィラメントを有する超電導多芯線であり、
前記永久電流スイッチの複数の前記巻線体を冷却することにより、複数の前記巻線体を超電導状態に移行させる第１移行工程と、
前記第１移行工程の後、複数の前記巻線体を流れる電流を徐々に増加させる第２移行工程と
を具備し、
前記第２移行工程において、前記超電導多芯線の臨界電流密度に対する前記超電導多芯線の平均電流密度の比率は０．２以下とされ、前記第２移行工程の末期において、前記巻線体自身によって前記超電導多芯線に０．５テスラ以上の経験磁場が印加されるように構成される
超電導マグネット装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、超電導マグネット装置、および、超電導マグネット装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
低温超電導の線材を巻回してなるコイル（主コイル）と永久電流スイッチ（ＰＣＳ）とで長時間安定した磁場を発生させる超電導マグネット装置において、ＰＣＳはオフ状態（常電導状態）において必要な抵抗値を有するよう、ＣｕＮｉをマトリクスに使用したＮｂＴｉ多芯線が一般的に使用される。ＣｕＮｉマトリクス線材は一般的な銅マトリクスの超電導線材と比べると安定性が低く、自己磁界効果による磁気的不安定性のためにクエンチ（常電導化）を生じやすいという問題がある。このような自己磁界効果による磁気的不安定性を低減させる方法として、電流を流す線材において、電流と横磁界とを同時掃引させることにより電流の一様化を図る外部磁界効果が知られている。しかし、上記の超電導マグネット装置において、ＰＣＳはそれ自身が磁気エネルギーを有しないよう無誘導巻きされており、ＰＣＳはコイル磁場を発生しない。よって、主コイルが一定の磁場を発生した後にＰＣＳへの電流を増加させるＰＣモード移行プロセスにおいて、ＰＣＳに対して電流増加とともに変動する横磁界を印加する手段は設けられていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭６２－２３２９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ＰＣＳに磁気エネルギーを持たせないという設計思想に従うとＰＣＳ自身は磁場を発生させることができず、電流掃引とともに変動する横磁界を印加することができないという課題があった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、主コイル磁場への影響とＰＣモード移行時のエネルギー消費とを最小限に抑えつつ、ＰＣＳを複数の巻線体に分割し、個々の巻線体にインダクタンス（誘導成分）を持たせ、当該巻線体のＰＣＳ線材部分に変動する横磁場を印加して外部磁界効果を適用できるように構成することで、ＰＣＳのクエンチを抑制し、信頼性の高い超電導マグネット装置、および、超電導マグネット装置の運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、実施形態における超電導マグネット装置は、超電導コイルと、前記超電導コイルに対して電流を導入する励磁電源と、前記超電導コイルおよび前記励磁電源に対して並列に接続された永久電流スイッチと、前記永久電流スイッチを加熱するヒーターと、を具備し、前記永久電流スイッチは、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体を有し、複数個の前記巻線体は、複数個の前記巻線体間の相互インダクタンスが負の値を有するように配置されていることを特徴とする。
【0007】
また、実施形態における超電導マグネット装置の運転方法において、前記巻線体を構成する線材は、マトリクス中に配置される多数の直径２０μｍ以上のフィラメントを有する超電導多芯線であり、前記運転方法は、前記永久電流スイッチの複数の前記巻線体を冷却することにより、複数の前記巻線体を超電導状態に移行させる第１移行工程と、前記第１移行工程の後、複数の前記巻線体を流れる電流を徐々に増加させる第２移行工程とを具備し、前記第２移行工程において、前記超電導多芯線の臨界電流密度に対する前記超電導多芯線の平均電流密度の比率は０．２以下とされ、前記第２移行工程の末期において、前記巻線体自身によって前記超電導多芯線に０．５テスラ以上の経験磁場が印加されるように構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明の実施形態により、巻線体のＰＣＳ線材部分に変動する横磁場を印加して外部磁界効果を適用できるように構成することで、ＰＣＳのクエンチを抑制し、信頼性の高い超電導マグネット装置、および、超電導マグネット装置の運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態における超電導マグネット装置１００、および、超電導マグネット装置１００の運転方法に関して、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同じ機能を有する部材、部位については、同一の符号が付され、同一の符号が付されている部材、部位について、繰り返しの説明は省略される。
【0011】
（第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態における超電導マグネット装置１００Ａについて説明する。図１は、第１の実施形態における超電導マグネット装置１００Ａの内部の主要部品配置を示す概略図である。
図１を参照して、第１の実施形態における超電導マグネット装置１００Ａについて説明する。図１は、第１の実施形態における超電導マグネット装置１００Ａの内部の主要部品配置を示す概略図である。
【0012】
（構成）
第１の実施形態における超電導マグネット装置１００Ａは、超電導コイル１と、励磁電源４と、永久電流スイッチ２と、ヒーター３と、を具備する。
第１の実施形態における超電導マグネット装置１００Ａは、超電導コイル１と、励磁電源４と、永久電流スイッチ２と、ヒーター３と、を具備する。
【0013】
超電導コイル１は、主コイルであり、超電導マグネット装置１００Ａの定常運転時に所望の領域に安定した磁場を発生させる。超電導コイル１と、後述の永久電流スイッチ２と、ヒーター３とは、低温容器５内に配置される。
【0014】
励磁電源４は、超電導コイル１に対して電流を導入する。より具体的には、励磁電源４は、超電導コイル１を流れる電流が増加するように、超電導コイル１に直流電流を供給可能である。
【0015】
永久電流スイッチ２（略して、「ＰＣＳ」と呼ばれることもある。なお、ＰＣＳは、「Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｗｉｔｃｈ」の略称である。）は、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続される。超電導マグネット装置１００Ａの定常運転時に（換言すれば、超電導コイル１および永久電流スイッチ２が超電導状態である時に）、超電導コイル１と永久電流スイッチ２とを含む閉回路に永久電流が流れる。
【0016】
ヒーター３は、永久電流スイッチ２（より具体的には、後述の巻線体２０）を加熱する。ヒーター３が永久電流スイッチ２を加熱することにより、永久電流スイッチ２は、オフ状態（換言すれば、電気抵抗の大きな常電導状態）となる。また、永久電流スイッチ２が極低温冷凍機９および伝導冷却用伝熱パス６などを用いて冷却されることにより、永久電流スイッチ２は、オン状態（換言すれば、電気抵抗が実質的にゼロである超電導状態）となる。
【0017】
永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。図１に記載の例では、複数個の巻線体２０は、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを含む。複数個の巻線体２０は、第３巻線体を有していてもよい。換言すれば、永久電流スイッチ２は、２個の分割された巻線体（２１、２２）を有してもよく、３個以上の分割された巻線体（２１、２２、・・・）を有していてもよい。
【0018】
複数個の巻線体２０の各々には、超電導線材が巻回されている。なお、以下の説明において、第１巻線体２１を構成する超電導線材と、第２巻線体２２を構成する超電導線材とを区別するために、前者を「超電導線材の第１部分２１ａ」と呼び、後者を「超電導線材の第２部分２２ａ」と呼ぶ。超電導線材の第１部分２１ａによって第１巻線体２１が形成され、超電導線材の第２部分２２ａによって第２巻線体２２が形成された後、当該第１部分２１ａと第２部分２２ａとが接続（超電導接続）されてもよいし、全長が巻線体２個分の連続した超電導線材の中点を巻き始めとして、当該中点の一方側の第１部分２１ａを巻回して第１巻線体２１を形成し、当該中点の他方側の第２部分２２ａを巻回して第２巻線体２２を形成してもよい。後者の場合は、図１に示す接続部７以外の接続部を設けることなく永久電流モード運転時の閉回路を構成できるので、閉回路に含まれる電気抵抗成分を小さくすることが可能になる。
【0019】
複数個の巻線体２０は、複数個の巻線体２０間の相互インダクタンスが負の値を有するように配置（換言すれば、差動結合）される。例えば、巻線体２０の個数が２個である場合には、第１巻線体２１と第２巻線体２２との間の相互インダクタンスが負の値を有するように、第１巻線体２１および第２巻線体２２が配置される。
【0020】
これに対し、従来の超電導マグネット装置１００’では、永久電流スイッチ２は、無誘導に、すなわち、永久電流スイッチの外側には磁場が生じないように構成されていた。より具体的には、図９に記載の例では、巻線体２０’が、誘導成分（自己インダクタンス）を極力小さくするように、超電導線材の全長の中点を巻き始めとして２条巻きされて製造されている。なお、図９において図１と同一部分には同一符号を付し、その部分の構成の説明は省略する。
【0021】
（作用）
図１に例示されるように、第１の実施形態においては、個々の巻線体（２１、２２）は超電導線材を巻回してなるソレノイドコイルとして自己インダクタンスを有するが、全体として相互インダクタンスが負となるように（換言すれば、個々の巻線体が発生する磁束が互いに部分的に打ち消されるように）、複数個の巻線体２０が、巻回・配置される。よって、直列接続された複数個の巻線体２０によって構成される永久電流スイッチ２全体の合成インダクタンスが小さくなるように作用する。合成インダクタンスが小さくなることにより、永久電流スイッチ２に蓄積される磁気エネルギーを小さくすることができる一方、自己インダクタンスを有する個々の巻線体の内部では、当該巻線体を構成する超電導線材にコイル磁場を印加することができる。
図１に例示されるように、第１の実施形態においては、個々の巻線体（２１、２２）は超電導線材を巻回してなるソレノイドコイルとして自己インダクタンスを有するが、全体として相互インダクタンスが負となるように（換言すれば、個々の巻線体が発生する磁束が互いに部分的に打ち消されるように）、複数個の巻線体２０が、巻回・配置される。よって、直列接続された複数個の巻線体２０によって構成される永久電流スイッチ２全体の合成インダクタンスが小さくなるように作用する。合成インダクタンスが小さくなることにより、永久電流スイッチ２に蓄積される磁気エネルギーを小さくすることができる一方、自己インダクタンスを有する個々の巻線体の内部では、当該巻線体を構成する超電導線材にコイル磁場を印加することができる。
【0022】
（効果）
上記の作用により、個々の巻線体２０を構成している超電導線材に、巻線体２０自身が発生する磁場を経験させることができ、且つ、複数の巻線体２０によって構成される合成インダクタンスの小さな永久電流スイッチ２を構成することが可能になる。これにより、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。
上記の作用により、個々の巻線体２０を構成している超電導線材に、巻線体２０自身が発生する磁場を経験させることができ、且つ、複数の巻線体２０によって構成される合成インダクタンスの小さな永久電流スイッチ２を構成することが可能になる。これにより、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。
【0023】
（第２の実施形態）
図２を参照して、第２の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｂについて説明する。図２は、第２の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｂの内部の主要部品配置を示す概略図である。
図２を参照して、第２の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｂについて説明する。図２は、第２の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｂの内部の主要部品配置を示す概略図である。
【0024】
第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。他方、第２の実施形態では、第１の実施形態で説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。したがって、第２の実施形態において、明示的に説明をしなかったとしても、第１の実施形態において説明済みの事項を第２の実施形態に適用できることは言うまでもない。例えば、第２の実施形態において、超電導コイル１、励磁電源４、ヒーター３に関しては、第１の実施形態と同様の構成を採用可能である。よって、これらの構成要素については、第１の実施形態における説明を援用し、これらの構成要素についての繰り返しとなる説明を省略する。
【0025】
（構成）
第１の実施形態と同様に、永久電流スイッチ２は、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続される。また、永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。図２に記載の例では、複数個の巻線体２０は、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを含む。複数個の巻線体２０は、第３巻線体を有していてもよい。
第１の実施形態と同様に、永久電流スイッチ２は、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続される。また、永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。図２に記載の例では、複数個の巻線体２０は、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを含む。複数個の巻線体２０は、第３巻線体を有していてもよい。
【0026】
図２に記載の例において、第１巻線体２１は、第１方向ＤＲ１側の第１端部２１１と第１方向ＤＲ１とは反対の第２方向ＤＲ２側の第２端部２１２とを備える第１円筒形状ＳＰ１を有する。また、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａは、第１巻回方向Ｒ１に巻回されている。
【0027】
図２に記載の例において、第２巻線体２２は、第１方向ＤＲ１側の第３端部２２３と第２方向ＤＲ２側の第４端部２２４とを備える第２円筒形状ＳＰ２を有する。また、第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａは、第２巻回方向Ｒ２に巻回されている。
【0028】
上述の第２巻回方向Ｒ２は、上述の第１巻回方向Ｒ１とは逆の巻回方向であり、第１円筒形状ＳＰ１の軸ＡＸ１と第２円筒形状ＳＰ２の軸ＡＸ２とは平行である。より具体的には、超電導線材の第１部分２１ａは、第２方向ＤＲ２に向かう方向にみて、軸ＡＸ１まわりに、時計回り（代替的に、反時計回り）に巻回され、超電導線材の第２部分２２ａは、第２方向ＤＲ２に向かう方向にみて、軸ＡＸ１に平行な軸ＡＸ２まわりに、反時計回り（代替的に、時計回り）に巻回される。なお、「平行」には、多少の誤差が許容されることは言うまでもない。
【0029】
図２に記載の例では、第１巻線体２１の第１方向ＤＲ１側の端２１ｅ（例えば、第１円筒形状ＳＰ１の下部の端）と第２巻線体２２の第１方向ＤＲ１側の端２２ｅ（例えば、第２円筒形状ＳＰ２の下部の端）とが電気的に接続されている。
【0030】
（作用）
図２に例示される第２の実施形態においては、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａと第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａとが互いに逆方向に巻回され、且つ、第１方向ＤＲ１側の端（２１ｅ、２２ｅ）同士が電気的に接続されることにより、第１巻線体２１と第２巻線体２２との間の相互インダクタンスが負の値となる。また、第１巻線体２１の軸ＡＸ１と第２巻線体２２の軸ＡＸ２とが平行に配置されることにより、複数個の巻線体２０が発生する磁束がより効果的に打ち消されあうように作用する。
図２に例示される第２の実施形態においては、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａと第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａとが互いに逆方向に巻回され、且つ、第１方向ＤＲ１側の端（２１ｅ、２２ｅ）同士が電気的に接続されることにより、第１巻線体２１と第２巻線体２２との間の相互インダクタンスが負の値となる。また、第１巻線体２１の軸ＡＸ１と第２巻線体２２の軸ＡＸ２とが平行に配置されることにより、複数個の巻線体２０が発生する磁束がより効果的に打ち消されあうように作用する。
【0031】
（効果）
上記の作用により、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。また、第１円筒形状ＳＰ１の軸ＡＸ１と第２円筒形状ＳＰ２の軸ＡＸ２とが平行であることにより、複数個の巻線体２０全体としての高さ（換言すれば、軸ＡＸ１に平行な方向における、複数個の巻線体２０全体としての長さ）をコンパクトにすることができる。
上記の作用により、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。また、第１円筒形状ＳＰ１の軸ＡＸ１と第２円筒形状ＳＰ２の軸ＡＸ２とが平行であることにより、複数個の巻線体２０全体としての高さ（換言すれば、軸ＡＸ１に平行な方向における、複数個の巻線体２０全体としての長さ）をコンパクトにすることができる。
【0032】
（第３の実施形態）
図３を参照して、第３の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｃについて説明する。図３は、第３の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｃの内部の主要部品配置を示す概略図である。
図３を参照して、第３の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｃについて説明する。図３は、第３の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｃの内部の主要部品配置を示す概略図である。
【0033】
第３の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。他方、第３の実施形態では、第１の実施形態で説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。したがって、第３の実施形態において、明示的に説明をしなかったとしても、第１の実施形態において説明済みの事項を第３の実施形態に適用できることは言うまでもない。例えば、第３の実施形態において、超電導コイル１、励磁電源４、ヒーター３に関しては、第１の実施形態と同様の構成を採用可能である。よって、これらの構成要素については、第１の実施形態における説明を援用し、これらの構成要素についての繰り返しとなる説明を省略する。
【0034】
（構成）
第１の実施形態と同様に、永久電流スイッチ２は、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続される。また、永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。図３に記載の例では、複数個の巻線体２０は、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを含む。複数個の巻線体２０は、第３巻線体を有していてもよい。
第１の実施形態と同様に、永久電流スイッチ２は、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続される。また、永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。図３に記載の例では、複数個の巻線体２０は、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを含む。複数個の巻線体２０は、第３巻線体を有していてもよい。
【0035】
図３に記載の例において、第１巻線体２１は、第１方向ＤＲ１側の第１端部２１１と第１方向ＤＲ１とは反対の第２方向ＤＲ２側の第２端部２１２とを備える第１円筒形状ＳＰ１を有する。また、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａは、第１巻回方向Ｒ１に巻回されている。
【0036】
図３に記載の例において、第２巻線体２２は、第１方向ＤＲ１側の第３端部２２３と第２方向ＤＲ２側の第４端部２２４とを備える第２円筒形状ＳＰ２を有する。また、第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａは、第２巻回方向Ｒ２に巻回されている。
【0037】
上述の第２巻回方向Ｒ２は、上述の第１巻回方向Ｒ１と同じ巻回方向であり、第１円筒形状ＳＰ１の軸ＡＸ１と第２円筒形状ＳＰ２の軸ＡＸ２とは平行である。より具体的には、超電導線材の第１部分２１ａは、第２方向ＤＲ２に向かう方向にみて、軸ＡＸ１まわりに、時計回り（代替的に、反時計回り）に巻回され、超電導線材の第２部分２２ａは、第２方向ＤＲ２に向かう方向にみて、軸ＡＸ１に平行な軸ＡＸ２まわりに、時計回り（代替的に、反時計回り）に巻回される。なお、「平行」には、多少の誤差が許容されることは言うまでもない。
【0038】
図３に記載の例では、第１巻線体２１の第２方向ＤＲ２側の端２１ｆ（例えば、第１円筒形状ＳＰ１の上部の端）と第２巻線体の第１方向ＤＲ１側の端２２ｅ（例えば、第２円筒形状ＳＰ２の下部の端）とが電気的に接続されている。代替的に、第１巻線体２１の第１方向ＤＲ１側の端２１ｅ（例えば、第１円筒形状ＳＰ１の下部の端）と第２巻線体の第２方向ＤＲ２側の端２２ｆ（例えば、第２円筒形状ＳＰ２の上部の端）とが電気的に接続されていてもよい。
【0039】
（作用）
図３に例示される第３の実施形態においては、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａの巻回方向と第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａの巻回方向とが同じであり、且つ、互いに異なる側の端（２１ｆ、２２ｅ）が電気的に接続されることにより、第１巻線体２１と第２巻線体２２との間の相互インダクタンスが負の値となる。また、第１巻線体２１の軸ＡＸ１と第２巻線体２２の軸ＡＸ２とが平行に配置されることにより、複数個の巻線体２０が発生する磁束がより効果的に打ち消されあうように作用する。
図３に例示される第３の実施形態においては、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａの巻回方向と第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａの巻回方向とが同じであり、且つ、互いに異なる側の端（２１ｆ、２２ｅ）が電気的に接続されることにより、第１巻線体２１と第２巻線体２２との間の相互インダクタンスが負の値となる。また、第１巻線体２１の軸ＡＸ１と第２巻線体２２の軸ＡＸ２とが平行に配置されることにより、複数個の巻線体２０が発生する磁束がより効果的に打ち消されあうように作用する。
【0040】
（効果）
上記の作用により、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。また、第１円筒形状ＳＰ１の軸ＡＸ１と第２円筒形状ＳＰ２の軸ＡＸ２とが平行であることにより、複数個の巻線体２０全体としての高さ（換言すれば、軸ＡＸ１に平行な方向における、複数個の巻線体２０全体としての長さ）をコンパクトにすることができる。
上記の作用により、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。また、第１円筒形状ＳＰ１の軸ＡＸ１と第２円筒形状ＳＰ２の軸ＡＸ２とが平行であることにより、複数個の巻線体２０全体としての高さ（換言すれば、軸ＡＸ１に平行な方向における、複数個の巻線体２０全体としての長さ）をコンパクトにすることができる。
【0041】
続いて、上述の第２の実施形態、または、上述の第３の実施形態において採用可能な任意付加的な構成について説明する。
【0042】
（第１巻線体２１の端と第２巻線体２２の端との間の電気的な接続）
図２に記載の例において、第１巻線体２１の端２１ｅと第２巻線体２２の端２２ｅとの間の電気的な接続は、互いに別体である超電導線材の第１部分２１ａの端２１ｅと、超電導線材の第２部分２２ａの端２２ｅとを、直接的に、あるいは、他の超電導線材を介して間接的に接続することによって行われていてもよい。代替的に、第１巻線体２１の端２１ｅと第２巻線体２２の端２２ｅとの間の電気的な接続は、全長が巻線体２個分の連続した超電導線材の中間部分によって行われていてもよい。
図２に記載の例において、第１巻線体２１の端２１ｅと第２巻線体２２の端２２ｅとの間の電気的な接続は、互いに別体である超電導線材の第１部分２１ａの端２１ｅと、超電導線材の第２部分２２ａの端２２ｅとを、直接的に、あるいは、他の超電導線材を介して間接的に接続することによって行われていてもよい。代替的に、第１巻線体２１の端２１ｅと第２巻線体２２の端２２ｅとの間の電気的な接続は、全長が巻線体２個分の連続した超電導線材の中間部分によって行われていてもよい。
【0043】
図３に記載の例において、第１巻線体２１の端２１ｆ（または、端２１ｅ）と、第２巻線体２２の端２２ｅ（または、端２２ｆ）との間の電気的な接続は、互いに別体である超電導線材の第１部分２１ａの端２１ｆ（または、端２１ｅ）と、超電導線材の第２部分２２ａの端２２ｅ（または、端２２ｆ）とを、直接的に、あるいは、他の超電導線材を介して間接的に接続することによって行われていてもよい。代替的に、第１巻線体２１の端２１ｆ（または、端２１ｅ）と、第２巻線体２２の端２２ｅ（または、端２２ｆ）との間の電気的な接続は、全長が巻線体２個分の連続した超電導線材の中間部分によって行われていてもよい。
【0044】
（第１円筒形状ＳＰ１、および、第２円筒形状ＳＰ２）
図２、図３に例示されるように、第１円筒形状ＳＰ１と第２円筒形状ＳＰ２とは、互いに同一形状、同一サイズであってもよい。また、第１巻線体２１における超電導線材の第１部分２１ａの巻数と第２巻線体２２における超電導線材の第２部分２２ａの巻数とが互いに同一であってもよい。この場合、第１巻線体２１が発生する磁束と、第２巻線体２２が発生する磁束との間の打ち消し効果を容易に最大化することができる。
図２、図３に例示されるように、第１円筒形状ＳＰ１と第２円筒形状ＳＰ２とは、互いに同一形状、同一サイズであってもよい。また、第１巻線体２１における超電導線材の第１部分２１ａの巻数と第２巻線体２２における超電導線材の第２部分２２ａの巻数とが互いに同一であってもよい。この場合、第１巻線体２１が発生する磁束と、第２巻線体２２が発生する磁束との間の打ち消し効果を容易に最大化することができる。
【0045】
図２、図３に記載の例において、第１円筒形状ＳＰ１の第１方向ＤＲ１側の第１端部２１１（より具体的には、第１端面）と、第２円筒形状ＳＰ２の第１方向ＤＲ１側の第３端部２２３（より具体的には、第３端面）とは、同一平面上に配置されている。また、第１円筒形状ＳＰ１の第２方向ＤＲ２側の第２端部２１２（より具体的には、第２端面）と、第２円筒形状ＳＰ２の第２方向ＤＲ２側の第４端部２２４（より具体的には、第４端面）とは、同一平面上に配置されている。２つの端部（２１１、２２３）が同一平面上に配置され、他の２つの端部（２１２、２２４）が同一平面上に配置される場合、第１巻線体２１および第２巻線体２２の支持構造をシンプルにすることができる。また、第１巻線体２１が発生する磁束と、第２巻線体２２が発生する磁束との間の打ち消し効果を容易に最大化することができる。
【0046】
（第４の実施形態）
図４を参照して、第４の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｄについて説明する。図４は、第４の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｄの内部の主要部品配置を示す概略図である。
図４を参照して、第４の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｄについて説明する。図４は、第４の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｄの内部の主要部品配置を示す概略図である。
【0047】
第４の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。他方、第４の実施形態では、第１の実施形態で説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。したがって、第４の実施形態において、明示的に説明をしなかったとしても、第１の実施形態において説明済みの事項を第４の実施形態に適用できることは言うまでもない。例えば、第４の実施形態において、超電導コイル１、励磁電源４、ヒーター３に関しては、第１の実施形態と同様の構成を採用可能である。よって、これらの構成要素については、第１の実施形態における説明を援用し、これらの構成要素についての繰り返しとなる説明を省略する。
【0048】
（構成）
第１の実施形態と同様に、永久電流スイッチ２は、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続される。また、永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。図４に記載の例では、複数個の巻線体２０は、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを含む。複数個の巻線体２０は、第３巻線体を有していてもよい。
第１の実施形態と同様に、永久電流スイッチ２は、超電導コイル１および励磁電源４に対して並列に接続される。また、永久電流スイッチ２は、各々が自己インダクタンスを有し直列に接続された複数個の巻線体２０を有する。図４に記載の例では、複数個の巻線体２０は、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを含む。複数個の巻線体２０は、第３巻線体を有していてもよい。
【0049】
図４に記載の例において、第１巻線体２１は、第１方向ＤＲ１側の第１端部２１１と第１方向ＤＲ１とは反対の第２方向ＤＲ２側の第２端部２１２とを備える第１円筒形状ＳＰ１を有する。また、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａは、第１巻回方向Ｒ１に巻回されている。
【0050】
図４に記載の例において、第２巻線体２２は、第１方向ＤＲ１側の第３端部２２３と第２方向ＤＲ２側の第４端部２２４とを備える第２円筒形状ＳＰ２を有する。また、第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａは、第２巻回方向Ｒ２に巻回されている。
【0051】
上述の第２巻回方向Ｒ２は、上述の第１巻回方向Ｒ１とは逆の巻回方向であり、第１円筒形状ＳＰ１の軸ＡＸ１と第２円筒形状ＳＰ２の軸ＡＸ２とは同軸である。より具体的には、超電導線材の第１部分２１ａは、第２方向ＤＲ２に向かう方向にみて、軸ＡＸ１まわりに、時計回り（代替的に、反時計回り）に巻回され、超電導線材の第２部分２２ａは、第２方向ＤＲ２に向かう方向にみて、軸ＡＸ１と同軸の軸ＡＸ２まわりに、反時計回り（代替的に、時計回り）に巻回される。
【0052】
また、図４に記載の例では、第１巻線体２１の第１方向ＤＲ１側の端２１ｅと第２巻線体２２の第２方向ＤＲ２側の端２２ｆとが電気的に接続されている。端２１ｅと端２２ｆとの間の電気的な接続は、超電導線材の第１部分２１ａによって第１巻線体２１が形成され、超電導線材の第２部分２２ａによって第２巻線体２２が形成された後、第１部分２１ａの端２１ｅと第２部分２２ａの端２２ｆとを超電導接続することによって行われてもよい。代替的に、第１巻線体２１の端２１ｅと第２巻線体２２の端２２ｆとの間の電気的な接続は、円筒形の一つの巻枠に対して、全長が巻線体２個分の連続した超電導線材の中点を巻き始めとして巻枠円筒の軸方向中心部付近に配置し、当該中点の一方側の第１部分２１ａを巻枠円筒の一方側の端部に向かって巻回し、当該中点の他方側の第２部分２２ａを巻枠円筒の他方側の端部に向かって巻き回すことによって形成されてもよい。
【0053】
（作用）
図４に例示される第４の実施形態においては、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａと第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａとが互いに逆方向に巻回され、且つ、第１巻線体２１の第１方向ＤＲ１側の端２１ｅと第２巻線体２２の第２方向ＤＲ２側の端２２ｆとが電気的に接続されることにより、第１巻線体２１と第２巻線体２２との間の相互インダクタンスが負の値となる。また、第１巻線体２１の軸ＡＸ１と第２巻線体２２の軸ＡＸ２とが同軸であることにより、複数個の巻線体２０が発生する磁束がより効果的に打ち消されあうように作用する。
図４に例示される第４の実施形態においては、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａと第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａとが互いに逆方向に巻回され、且つ、第１巻線体２１の第１方向ＤＲ１側の端２１ｅと第２巻線体２２の第２方向ＤＲ２側の端２２ｆとが電気的に接続されることにより、第１巻線体２１と第２巻線体２２との間の相互インダクタンスが負の値となる。また、第１巻線体２１の軸ＡＸ１と第２巻線体２２の軸ＡＸ２とが同軸であることにより、複数個の巻線体２０が発生する磁束がより効果的に打ち消されあうように作用する。
【0054】
（効果）
上記の作用により、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。
上記の作用により、永久電流スイッチ２の電流値を掃引する永久電流モードへの移行プロセスにおいて、電流掃引と同時に、超電導線材部分（２１ａ、２２ａ）に変動する横磁場が印加され、外部磁界効果が得られる。これによって永久電流スイッチ２のクエンチが抑制され、信頼性の高い超電導マグネット装置を提供することが可能になる。
【0055】
（第５の実施形態）
図１乃至図５を参照して、第５の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｅについて説明する。図５は、第５の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｅの内部の主要部品配置を示す概略図である。
図１乃至図５を参照して、第５の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｅについて説明する。図５は、第５の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｅの内部の主要部品配置を示す概略図である。
【0056】
第５の実施形態では、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態および第４の実施形態と異なる点を中心に説明する。他方、第５の実施形態では、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態または第４の実施形態で説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。したがって、第５の実施形態において、明示的に説明をしなかったとしても、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態または第４の実施形態において説明済みの事項を第５の実施形態に適用できることは言うまでもない。例えば、第５の実施形態において、超電導コイル（主コイル）１、励磁電源４に関しては、第１の実施形態と同様の構成を採用可能であり、永久電流スイッチ２に関しては、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、あるいは、第４の実施形態と同様の構成を採用可能である。よって、これらの構成要素については、第１の実施形態乃至第４の実施形態における説明を援用し、これらの構成要素についての繰り返しとなる説明を省略する。
【0057】
（構成）
図５に例示されるように、第５の実施形態では、永久電流スイッチ２を構成する複数の巻線体２０に対応して、複数の独立したヒーター（３ａ、３ｂ）および複数の独立した伝導冷却用伝熱パス（６ａ、６ｂ）がそれぞれ設けられ、複数の独立したヒーター（３ａ、３ｂ）の各々を選択的に加熱できるように構成される。また、複数の独立した伝導冷却用伝熱パス（６ａ、６ｂ）を用いて複数の巻線体（２１、２２）の各々を選択的に冷却できるように構成される。より具体的には、図５に記載の例では、超電導マグネット装置１００Ｅは、第１巻線体２１を、第２巻線体２２とは独立して加熱可能な第１ヒーター３ａと、第２巻線体２２を、第１巻線体２１とは独立して加熱可能な第２ヒーター３ｂと、制御装置８とを備える。制御装置８は、第１ヒーター３ａと第２ヒーター３ｂとを選択的に加熱制御可能である。また、超電導マグネット装置１００Ｅは、第１巻線体２１を、第２巻線体２２とは独立して冷却可能な第１の伝導冷却用伝熱パス６ａと、第２巻線体２２を、第１巻線体２１とは独立して冷却可能な第２の伝導冷却用伝熱パス６ｂと、を備える。制御装置８は、第１の伝導冷却用伝熱パス６ａと、第２の伝導冷却用伝熱パス６ｂとを選択的に有効化することにより、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを、それぞれ、独立して冷却することが可能である。なお、図には明示していないが、主コイル１と極低温冷凍機９との間にも伝導冷却用伝熱パスが別途設けてある。
図５に例示されるように、第５の実施形態では、永久電流スイッチ２を構成する複数の巻線体２０に対応して、複数の独立したヒーター（３ａ、３ｂ）および複数の独立した伝導冷却用伝熱パス（６ａ、６ｂ）がそれぞれ設けられ、複数の独立したヒーター（３ａ、３ｂ）の各々を選択的に加熱できるように構成される。また、複数の独立した伝導冷却用伝熱パス（６ａ、６ｂ）を用いて複数の巻線体（２１、２２）の各々を選択的に冷却できるように構成される。より具体的には、図５に記載の例では、超電導マグネット装置１００Ｅは、第１巻線体２１を、第２巻線体２２とは独立して加熱可能な第１ヒーター３ａと、第２巻線体２２を、第１巻線体２１とは独立して加熱可能な第２ヒーター３ｂと、制御装置８とを備える。制御装置８は、第１ヒーター３ａと第２ヒーター３ｂとを選択的に加熱制御可能である。また、超電導マグネット装置１００Ｅは、第１巻線体２１を、第２巻線体２２とは独立して冷却可能な第１の伝導冷却用伝熱パス６ａと、第２巻線体２２を、第１巻線体２１とは独立して冷却可能な第２の伝導冷却用伝熱パス６ｂと、を備える。制御装置８は、第１の伝導冷却用伝熱パス６ａと、第２の伝導冷却用伝熱パス６ｂとを選択的に有効化することにより、第１巻線体２１と、第２巻線体２２とを、それぞれ、独立して冷却することが可能である。なお、図には明示していないが、主コイル１と極低温冷凍機９との間にも伝導冷却用伝熱パスが別途設けてある。
【0058】
（作用）
主コイル１に対して励磁電源４から電流を供給して主コイル１を励磁する励磁プロセスにおいて、永久電流スイッチ２はヒーター３によって加熱されてオフ状態になるが、第５の実施形態では、複数の巻線体２０のうち特定の巻線体だけをヒーターでオフにすることができる。励磁プロセスにおいて、主コイル１および永久電流スイッチ２の両端には、励磁速度に比例した誘導電圧が発生する。このため、例えば、励磁速度が比較的早いときには全部の巻線体２０をヒーター（３ａ、３ｂ）で加熱してオフ状態にすることで、永久電流スイッチ２の電気抵抗を大きくする一方、励磁速度が比較的遅いときには全数でなく幾つかの巻線体２０だけを選択されたヒーターで加熱してオフ状態にすることができる。こうして、励磁速度が比較的遅いときに、永久電流スイッチ２全体としての電気抵抗を相対的に小さくすることにより、励磁電圧による永久電流スイッチ２への電流分流を、励磁速度が速いときと同等にすることができる。
主コイル１に対して励磁電源４から電流を供給して主コイル１を励磁する励磁プロセスにおいて、永久電流スイッチ２はヒーター３によって加熱されてオフ状態になるが、第５の実施形態では、複数の巻線体２０のうち特定の巻線体だけをヒーターでオフにすることができる。励磁プロセスにおいて、主コイル１および永久電流スイッチ２の両端には、励磁速度に比例した誘導電圧が発生する。このため、例えば、励磁速度が比較的早いときには全部の巻線体２０をヒーター（３ａ、３ｂ）で加熱してオフ状態にすることで、永久電流スイッチ２の電気抵抗を大きくする一方、励磁速度が比較的遅いときには全数でなく幾つかの巻線体２０だけを選択されたヒーターで加熱してオフ状態にすることができる。こうして、励磁速度が比較的遅いときに、永久電流スイッチ２全体としての電気抵抗を相対的に小さくすることにより、励磁電圧による永久電流スイッチ２への電流分流を、励磁速度が速いときと同等にすることができる。
【0059】
（効果）
上記の作用により、主コイル１の励磁速度に応じて必要数の巻線体２０だけをオフ状態にすることが可能になり、主コイル１の励磁速度を下げた運転では、ヒーター３全体としての加熱量を低減し、超電導マグネット装置１００Ｅの冷却系に対する熱負荷を低減することが可能になる。
上記の作用により、主コイル１の励磁速度に応じて必要数の巻線体２０だけをオフ状態にすることが可能になり、主コイル１の励磁速度を下げた運転では、ヒーター３全体としての加熱量を低減し、超電導マグネット装置１００Ｅの冷却系に対する熱負荷を低減することが可能になる。
【0060】
（第６の実施形態）
図１乃至図８を参照して、第６の実施形態における超電導マグネット装置１００の運転方法について説明する。図６は、巻線体２０を構成する線材Ｗの一例を模式的に示す図である。図７は、フィラメント径ｄｆと、電流飽和領域を発生させる平均電流密度（Ｊｔ）の線材断面当たりの臨界電流密度（λＪｃ）に対する比率と、経験磁場の強度との間の関係を示すグラフである。図８は、巻線体２０を構成する線材Ｗ（超電導線材）の諸元の一例を示すテーブルである。ここでλは超電導フィラメントの体積率、Ｊｃは臨界電流密度である。
図１乃至図８を参照して、第６の実施形態における超電導マグネット装置１００の運転方法について説明する。図６は、巻線体２０を構成する線材Ｗの一例を模式的に示す図である。図７は、フィラメント径ｄｆと、電流飽和領域を発生させる平均電流密度（Ｊｔ）の線材断面当たりの臨界電流密度（λＪｃ）に対する比率と、経験磁場の強度との間の関係を示すグラフである。図８は、巻線体２０を構成する線材Ｗ（超電導線材）の諸元の一例を示すテーブルである。ここでλは超電導フィラメントの体積率、Ｊｃは臨界電流密度である。
【0061】
（構成・作用）
図６に記載の例において、巻線体２０を構成する線材Ｗ（より具体的には、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａおよび第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａの各々）は、マトリクスＭ中に配置される多数の直径１０μｍ以上のフィラメントＦを有する超電導多芯線である。
図６に記載の例において、巻線体２０を構成する線材Ｗ（より具体的には、第１巻線体２１を構成する超電導線材の第１部分２１ａおよび第２巻線体２２を構成する超電導線材の第２部分２２ａの各々）は、マトリクスＭ中に配置される多数の直径１０μｍ以上のフィラメントＦを有する超電導多芯線である。
【0062】
上述の線材Ｗの構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態において、巻線体２０を構成する超電導線材における構成として採用されてもよい。
【0063】
図７は、ＣｕＮｉをマトリクスに用いた線材Ｗにおけるフィラメント径ｄｆと、電流－横磁界同時掃引時に電流飽和領域を発生させる電流レベルの計算例を示す図である。図８の表１は、図７の計算にて取り扱った線材Ｗの諸元を示す表である。多芯線の自己磁界効果によって線材Ｗの外周部に電流飽和領域が形成されて安定に流せる電流値の上限が制約されてしまうが、外部磁界効果による電流一様化作用によって、磁気的な安定性を確保できることが知られている。外部磁界効果によって磁気的不安定性を回避する条件は、「電流－横磁界の同時掃引に対して電流飽和領域を生じさせない条件」として求めることができる。図７は、表１に示される典型的な超電導線材の諸元に基づいて、電流－横磁界同時掃引時に電流飽和領域を発生させる電流レベルを計算したものであり、図７のグラフ中の曲線よりも下方の領域（例えば、横軸において、フィラメント径ｄｆが２０μｍ以上の部分において、磁場強度が０．５テスラである場合の曲線よりも下方の領域を参照。）が、線材Ｗに電流飽和領域を発生させない運転条件に対応する。
【0064】
第６の実施形態における超電導マグネット装置の運転方法において、運転される超電導マグネット装置は、第１の実施形態における超電導マグネット装置１００Ａであってもよいし、第２の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｂであってもよいし、第３の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｃであってもよいし、第４の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｄであってもよいし、第５の実施形態における超電導マグネット装置１００Ｅであってもよい。
【0065】
第６の実施形態における超電導マグネット装置の運転方法は、永久電流スイッチ２の複数の巻線体２０（全ての巻線体２０）を冷却することにより、複数の巻線体２０（全ての巻線体２０）を超電導状態に移行させる第１移行工程と、第１移行工程の後、複数の巻線体２０（全ての巻線体２０）を流れる電流を徐々に増加させる第２移行工程と、を有する。
【0066】
第２移行工程において、超電導多芯線の臨界電流密度に対する超電導多芯線の平均電流密度の比率は０．２以下とされ、また、第２移行工程の末期において、巻線体２０自身によって超電導多芯線に０．５テスラ以上の経験磁場が印加されるように構成される。
【0067】
（効果）
上述の運転条件により、線材Ｗの磁気的不安定性を回避することができる。特に、第２移行工程の後半（特に、第２移行工程の末期）には、超電導多芯線の平均電流密度は増加されているが、超電導多芯線が経験する横方向の変動磁場によって、磁気的安定化が図られる。
上述の運転条件により、線材Ｗの磁気的不安定性を回避することができる。特に、第２移行工程の後半（特に、第２移行工程の末期）には、超電導多芯線の平均電流密度は増加されているが、超電導多芯線が経験する横方向の変動磁場によって、磁気的安定化が図られる。
【0068】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0069】
１…超電導コイル（主コイル）、２…永久電流スイッチ、３…ヒーター、３ａ…第１ヒーター、３ｂ…第２ヒーター、４…励磁電源、５…低温容器、６…伝導冷却用伝熱パス、６ａ…第１の伝導冷却用伝熱パス、６ｂ…第２の伝導冷却用伝熱パス、７…接続部、８…制御装置、９…極低温冷凍機、２０…巻線体、２０'…巻線体、２１…第１巻線体、２１ａ…超電導線材の第１部分、２１ｅ…第１方向側の端、２１ｆ…第２方向側の端、２２…第２巻線体、２２ａ…超電導線材の第２部分、２２ｅ…第１方向側の端、２２ｆ…第２方向側の端、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ…超電導マグネット装置、１００'…超電導マグネット装置、２１１…第１端部、２１２…第２端部、２２３…第３端部、２２４…第４端部、Ｆ…フィラメント、Ｍ…マトリクス、ＳＰ１…第１円筒形状、ＳＰ２…第２円筒形状、Ｗ…線材、ＡＸ１、ＡＸ２…軸、ＤＲ１…第１方向、ＤＲ２…第２方向、Ｒ１…第１巻回方向、Ｒ２…第２巻回方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】