特開 2024-143775 磁場発生装置

(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】P2024143775

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】磁場発生装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/20 20060101AFI20241003BHJP

   H01F 7/18 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01F7/20 F

H01F7/18 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056645

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(71)【出願人】

【識別番号】000228578

【氏名又は名称】日本ケミコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122275

【弁理士】

【氏名又は名称】竹居 信利

(74)【代理人】

【識別番号】100102716

【弁理士】

【氏名又は名称】在原 元司

(72)【発明者】

【氏名】小濱 芳允

(72)【発明者】

【氏名】横山 真一

(72)【発明者】

【氏名】殷 越

(57)【要約】

【課題】比較的長い時間に亘り、比較的強い磁場を発生させることができ、さらに製造コスト、運用コストを低減できる磁場発生装置を提供する。
【解決手段】蓄電手段と、この蓄電手段に電荷を供給して蓄積させる充電器と、直流抵抗値を低減した状態とした電磁石と、蓄電手段と電磁石との間に介在するスイッチ回路と、を有し、スイッチ回路がオフである状態で充電器により蓄電手段に電荷を蓄積させ、蓄電手段に電荷が蓄積された状態でスイッチ回路をオンとして蓄電手段の放電電流を、直流抵抗値を低減した状態の電磁石に供給して磁場を生じさせる磁場発生装置である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電手段と、
前記蓄電手段に電荷を供給して蓄積させる充電器と、
直流抵抗値を低減した状態とした電磁石と、
前記蓄電手段と前記電磁石との間に介在するスイッチ回路と、
を有し、
前記スイッチ回路がオフである状態で前記充電器により前記蓄電手段に電荷を蓄積させ、前記蓄電手段に電荷が蓄積された状態で前記スイッチ回路をオンとして前記蓄電手段の放電電流を、前記直流抵抗値を低減した状態の電磁石に供給して磁場を生じさせる磁場発生装置。

【請求項2】

請求項１に記載の磁場発生装置であって、
前記電磁石は、高純度金属を巻き回して形成され、直流抵抗値を低減した状態とされた電磁石である磁場発生装置。

【請求項3】

請求項１に記載の磁場発生装置であって、
前記電磁石は、
所定の冷却手段により冷却され、直流抵抗値を低減した状態とされた電磁石である磁場発生装置。

【請求項4】

請求項１に記載の磁場発生装置であって、
前記電磁石は、高純度金属を巻き回して形成されるとともに、所定の冷却手段により冷却され、直流抵抗値を低減した状態とされた電磁石である磁場発生装置。

【請求項5】

請求項３または４に記載の磁場発生装置であって、
前記冷却手段は、前記電磁石を５０°Ｋ以下に冷却する磁場発生装置。

【請求項6】

請求項２または４に記載の磁場発生装置であって、
前記電磁石は、６Ｎ以上の高純度の銅線または無酸素銅以上の純度の銅を用いた銅線を巻き回して形成した磁場発生装置。

【請求項7】

請求項１から４のいずれか一項に記載の磁場発生装置であって、
前記蓄電手段は、電気二重層コンデンサである磁場発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁場発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、磁場を発生させる装置として、大きくわけて一巻コイル法など（準）破壊的方法、非破壊的パルスマグネットを用いる方法、静的方法などが知られている。

【0003】

破壊的方法によると、１０００Ｔ程度の強磁場が得られるものの、磁場発生装置が一度で破壊されてしまい、磁場の持続時間も１０^-6から１０^-5秒程度と短いものとなる。非破壊的パルスマグネットを用いる方法では、３Ｔから１００Ｔ程度の強い磁場が得られ、磁場の持続時間は１０^-3から１秒程度となる。

【0004】

静的方法には種々の方法があり、装置に費用をかければ、数十Ｔ程度の磁場を、数十秒から１０⁴秒程度の期間発生させるものもあるが、比較的安価なものでは数Ｔ程度の磁場を発生させることができる程度となる（非特許文献１）。

【0005】

このように従来一般的なパルス磁場発生装置では、磁場発生時間のスケールが短いため、得られるパルス磁場及びパルス電流の大きさへの影響は、負荷（コイル）の実抵抗成分よりも、インダクタンス成分が支配的であった。そこで従来例では、コイルの材料の直流抵抗値については配慮していない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】R.Battesti, et.al., High magnetic fields for fundamental physics, Physics Reports, Vol. 765-766, 10 November 2018, pp.1-39

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

近年、非破壊的パルスマグネットは、精密な物性の計測など、強磁場を必要とする物性科学研究に広く利用されているが、その設置コストは小さくない。このため、比較的長い時間、比較的強い磁場を発生させることができ、また製造コストや運用コストを低減できる磁場発生装置が求められているのが現状である。

【0008】

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、比較的長い時間に亘り、比較的強い磁場を発生させることができ、さらに製造コスト、運用コストを低減できる磁場発生装置を提供することを、その目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記従来例の問題点を解決する本発明の一態様は、磁場発生装置であって、蓄電手段と、前記蓄電手段に電荷を供給して蓄積させる充電器と、直流抵抗値を低減した状態とした電磁石と、前記蓄電手段と前記電磁石との間に介在するスイッチ回路と、を有し、前記スイッチ回路がオフである状態で前記充電器により前記蓄電手段に電荷を蓄積させ、前記蓄電手段に電荷が蓄積された状態で前記スイッチ回路をオンとして前記蓄電手段の放電電流を、前記直流抵抗値を低減した状態の電磁石に供給して磁場を生じさせることとしたものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明の磁場発生装置は、比較的長い時間に亘り、比較的強い磁場を発生させることが可能となる。またこの磁場発生装置によれば、製造コストや運用コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態に係る磁場発生装置の構成例を表す概略回路図である。

【図2】金属の純度と抵抗率との関係を表す説明図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る磁場発生装置における冷却装置の例を表す概略説明図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る磁場発生装置が発生する磁場の例を表す説明図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る磁場発生装置が発生する磁場の例を表すもう一つの比較説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明及び添付の図面において、各部の大きさや比率、液体の充填状況などは例示であり、本実施の形態における各部の大きさなどは、この例示に限られない。本発明の実施の形態に係る磁場発生装置１は、図１にその基本的構成を示すように、パルス電源部１０と、放電回路部２０と、トリガ回路３０と、電磁石４０とを基本的に含んで構成される。また、この磁場発生装置１は、クローバー回路５０と補助放電回路６０とをオプショナルに含んでもよい。さらに後に説明するように、電磁石４０は、冷却装置７０内に配されて冷却されてもよい。

【0013】

ここでパルス電源部１０は、コンデンサバンク１１と、充電器１２とを含む。また放電回路部２０は、第１，第２のスイッチ回路部２１，２２と、保護キャパシタ２３とを含む。

【0014】

パルス電源部１０のコンデンサバンク１１は、本発明の蓄電手段に相当し、例えば複数の電気二重層コンデンサを直列および並列に接続したものである。図１に示した例では、直列および並列接続された電気二重層コンデンサの末端の一端側（負極側（－））は、共通電位（ＧＮＤ）に接続される。またその他端側（正極側（＋））は、後に説明する放電回路部２０の電源端子Ｖに接続される。なお、蓄電手段は、この例のようなコンデンサのほか、リチウム電池等の二次電池などにより実現されてもよい。

【0015】

充電器１２は、外部からの電力供給を受けて、コンデンサバンク１１が備える複数の電気二重層コンデンサのそれぞれに電荷を供給して蓄積させる。コンデンサバンク１１の電気二重層コンデンサに電荷を蓄積させるこのような充電器は広く知られたものを採用できるので、ここでの詳しい説明は省略する。

【0016】

放電回路部２０の第１のスイッチ回路部２１は、少なくとも一つの第１スイッチ回路要素２１０を含み、第２のスイッチ回路部２２は、少なくとも一つの第２スイッチ回路要素２２０を含む。ここで第１のスイッチ回路部２１の第１スイッチ回路要素２１０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２１１と、ダイオード２１２と、これらにそれぞれ対応して設けられた二つのスナバ回路２１３とを含んで構成される。

【0017】

本実施の形態のこの放電回路部２０の例において、ＩＧＢＴ２１１はＮ型のＩＧＢＴであり、そのエミッタ端子（Ｅ）は、ダイオード２１２のカソード（Ｋ）に接続される。またＩＧＢＴ２１１のコレクタ端子（Ｃ）は、パルス電源部１０の正極側に接続され、ゲート端子（Ｇ）は、後に説明するトリガ回路３０に接続される。さらにこのＩＧＢＴ２１１のコレクタ端子（Ｃ）とエミッタ端子（Ｅ）との間には対応するスナバ回路２１３が接続される。

【0018】

またダイオード２１２のカソード端子（Ｋ）は、ＩＧＢＴ２１１のエミッタ端子（Ｅ）に接続されており、アノード端子（Ａ）は共通電位（ＧＮＤ）に接続される。このダイオード２１２のアノード端子（Ａ）とカソード端子（Ｋ）との間にも対応するスナバ回路２１３が接続される。

【0019】

なお、第１スイッチ回路要素２１０が複数ある場合は、当該複数の第１スイッチ回路要素２１０のダイオード２１２のカソード端子（Ｋ）同士、アノード端子（Ａ）同士、ＩＧＢＴ２１１のコレクタ端子（Ｃ）同士がそれぞれ連結される。

【0020】

またこの第２のスイッチ回路部２２の第２スイッチ回路要素２２０は、ＩＧＢＴ２２１と、ダイオード２２２と、これらにそれぞれ対応して設けられた二つのスナバ回路２１３とを含んで構成される。

【0021】

本実施の形態のこの放電回路部２０の例において、ＩＧＢＴ２２１はＮ型のＩＧＢＴであり、そのエミッタ端子（Ｅ）は、共通電位（ＧＮＤ）に接続され、コレクタ端子（Ｃ）は、ダイオード２２２のアノード端子（Ａ）に接続される。またこのＩＧＢＴ２２１のゲート端子（Ｇ）は、後に説明するトリガ回路３０に接続される。ＩＧＢＴ２２１のコレクタ端子（Ｃ）とエミッタ端子（Ｅ）との間には対応するスナバ回路２１３が接続される。

【0022】

ダイオード２２２のカソード端子（Ｋ）は、パルス電源部１０の正極側に接続され、アノード端子（Ａ）は、ＩＧＢＴ２２１のコレクタ端子（Ｃ）に接続される。さらにこのダイオード２２２のアノード端子（Ａ）とカソード端子（Ｋ）との間にも対応するスナバ回路２１３が接続される。保護キャパシタ２３は、パルス電源部１０の正極側と負極側との間に接続されている。

【0023】

なお、第２スイッチ回路要素２２０が複数ある場合は、当該複数の第２スイッチ回路要素２２０のダイオード２２２のカソード端子（Ｋ）同士、アノード端子（Ａ）同士、ＩＧＢＴ２２１のエミッタ端子（Ｅ）同士がそれぞれ連結される。

【0024】

またここまでの説明でスナバ回路２１３は、いずれも、ＩＧＢＴ２１１，２２１がオフとなるときに、スナバ回路２１３が接続されたＩＧＢＴ２１１，２２１、及びダイオード２１２，２２２の端子間に過渡的に生じる高電圧を吸収するスナバ回路として広く知られた回路構成を利用できるので、ここでの詳しい説明は省略する。

【0025】

保護キャパシタ２３は、パルス電源部１０の正極側と負極側との間に介在し、ＩＧＢＴ２１１，２２１のオン／オフの状態が切り替わったときなどに生じる急激な電流の変動を抑制する。

【0026】

トリガ回路３０は、本実施の形態の磁場発生装置１の利用者の指示により、放電回路部２０のＩＧＢＴ２１１及びＩＧＢＴ２２１のゲート端子（Ｇ）に、ＩＧＢＴ２１１，２２１をオンとするトリガ信号を出力し、またトリガ信号を停止して、ＩＧＢＴ２１１，２２１をオフとする。

【0027】

クローバー回路５０は、例えば抵抗器Ｒ１と、少なくとも一つのダイオードＤとを直列に接続して構成される。このクローバー回路５０を備える例では、クローバー回路５０のダイオードＤのカソード端子は、パルス電源部１０の正極側に接続され、アノード端子は、抵抗器Ｒ１を介してパルス電源部１０の負極側に接続される。

【0028】

この例のクローバー回路５０は、所定の条件で電磁石４０の両端間を短絡させるよう機能する。具体的にクローバー回路５０は、放電回路部２０の第１、第２のスイッチ回路部２１、２２においてＩＧＢＴ２１１，２２１がオンとなっている間、電磁石４０に並列に接続された状態となって、電磁石４０の両端間を短絡させる。このときクローバー回路５０は、電磁石４０とともに閉回路を形成し、電磁石４０を通過する電流の方向を一定に保つことに寄与する。

【0029】

補助放電回路６０は、負荷である抵抗器Ｒ２と、スイッチング回路Ｗとを含んで構成され、利用者の指示によりコンデンサバンク１１の電荷を放電する。ここでスイッチング回路Ｗは、サイリスタあるいはＩＧＢＴにより構成される。この補助放電回路６０を設ける場合、スイッチング回路Ｗの一方端（サイリスタを用いる場合アノード端側）をパルス電源部１０の正極側に接続し、スイッチング回路Ｗの他方端（サイリスタを用いる場合カソード端側）を、抵抗器Ｒ２を介してパルス電源部１０の負極側に接続する。

【0030】

この例においてスイッチング回路Ｗは、利用者からの指示入力に従い、トリガ回路３０が放電の指示を表す放電信号を出力すると、この放電信号を受け入れる。スイッチング回路Ｗは、この放電信号が入力されることで、オンとなって、パルス電源部１０のコンデンサバンク１１に蓄積された電荷を放出させる。

【0031】

電磁石４０は、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）などの金属導電線を用いたコイルを含む。このコイルは、例えばビッター型のコイル（Bitter Coil）やソレノイドなど広く知られた形式のコイルでよい。本実施の形態では、このコイルを形成する材料は、高純度の金属とする。これは一般的に、金属の場合、純度が高いほど、またその温度が低いほど、直流抵抗値が低下することに鑑み、本実施の形態の構成で比較的長時間（０．１秒から秒のオーダー）の磁場を発生させる場合、パルス磁場の大きさ等がコイルの材料の実抵抗成分により支配されるため、純度の高い金属を用いて直流抵抗値を低下させているものである。

【0032】

例えば銅を用いる場合、この電磁石４０のコイルは、99.9999％の高純度の銅線を巻回して形成する。図２（ａ）から理解されるように、酸素などの不純物が含まれるほど抵抗率（Resistivity）ρは、大きくなり純度が高いほど抵抗率は小さくなる。さらに極低温下では、図２（ｂ）に例示するように、１００°Ｋ以下における銅の抵抗率は、一般的な銅材や無酸素銅（純度99.96％以上）よりも高純度銅（６Ｎ高純度銅）が有意に低くなっており、特に５０°Ｋ以下、さらには３０°Ｋ以下ではその差がさらに顕著となって、３０°Ｋ以下の状況では無酸素銅の低温の抵抗率（残留抵抗率）ρ0が0.15ｎΩｍ程度であるのに対し、６Ｎ高純度銅の抵抗率（残留抵抗率）ρ0は、0.015ｎΩｍまで低下する。本実施の形態の一例では、電磁石４０のコイルを、例えば６Ｎ高純度銅（酸化物以外の不純物も低減されている）を用いることで、コイルの直流抵抗値Ｒ（単位はmΩ）を低減している。

【0033】

この電磁石４０のコイルの一端は、第１のスイッチ回路部２１の第１スイッチ回路要素２１０のＩＧＢＴ２１１のエミッタ端子（Ｅ）（つまりダイオード２１２のカソード端子（Ｋ））に接続される。また、当該コイルの他端は、第２のスイッチ回路部２２の第２スイッチ回路要素２２０のＩＧＢＴ２２１のコレクタ端子（Ｃ）（つまりダイオード２２２のアノード端子（Ａ））に接続される。この構成により、第１，第２のスイッチ回路部２１，２２は、パルス電源部１０と電磁石４０との間に介在することとなる。

【0034】

このように構成した本実施の形態の磁場発生装置１を利用するときには、まず、トリガ回路３０により、ＩＧＢＴ２１１及びＩＧＢＴ２２１をオフとする（トリガ信号を停止するよう制御する）。これにより第１のスイッチ回路部２１の第１スイッチ回路要素２１０のＩＧＢＴ２１１のエミッタ端子（Ｅ）とコレクタ端子（Ｃ）間が導通しない状態となり、電磁石４０のコイルの一端側は、パルス電源部１０の正極側から切断された状態となる。また、第２のスイッチ回路部２２の第２スイッチ回路要素２２０のＩＧＢＴ２２１のエミッタ端子（Ｅ）とコレクタ端子（Ｃ）間も導通しないので、電磁石４０のコイルの他端側は、パルス電源部１０の負極側から切断された状態となる。

【0035】

そしてこの状態で、パルス電源部１０の充電器１２がコンデンサバンク１１に電荷を蓄積させる。コンデンサバンク１１に十分な電荷が蓄積されるだけの時間が経過した後、トリガ回路３０により、ＩＧＢＴ２１１及びＩＧＢＴ２２１をオンとする（トリガ信号を各ＩＧＢＴ２１１及びＩＧＢＴ２２１のゲート端子に印加する）。

【0036】

すると、第１のスイッチ回路部２１の第１スイッチ回路要素２１０のＩＧＢＴ２１１のエミッタ端子（Ｅ）とコレクタ端子（Ｃ）間が導通し、電磁石４０のコイルの一端側が、パルス電源部１０の正極側に接続された状態となる。また、第２のスイッチ回路部２２の第２スイッチ回路要素２２０のＩＧＢＴ２２１のエミッタ端子（Ｅ）とコレクタ端子（Ｃ）間も導通し、電磁石４０のコイルの他端側が、パルス電源部１０の負極側に接続された状態となる。そして、コンデンサバンク１１に蓄積された電荷による、コンデンサバンク１１の放電電流が、電磁石４０のコイルに供給されて磁場を生じさせる。

【0037】

ここで電磁石４０は、直流抵抗値を低減した状態にあるため、磁場発生時のエネルギー損失が低く抑えられており、コイル温度の上昇が抑えられて磁場の発生時間が増大する。また直流抵抗値が低減されているためコイルに電流が流れやすくなっており、磁場の強度も増大する。

【0038】

さらに、本実施の形態の放電回路部２０では、トリガ回路３０により、ＩＧＢＴ２１１及びＩＧＢＴ２２１がオンの状態からオフの状態となると、コイルに流れる電流がダイオード２１２，２２２を介してパルス電源部１０のコンデンサバンク１１に流入し、コンデンサバンク１１に電荷を蓄積する（回生動作）。

【0039】

ここまでの説明では、電磁石４０のコイルの直流抵抗値を低減するため、コイルを高純度の金属により形成することとしたが、電磁石４０のコイルの直流抵抗値は、コイルを冷却することによっても低減できる。この例ではコイルは、必ずしも高純度の金属により形成されなくてもよい。もっとも、コイルを高純度の金属により形成しつつ、かつ、冷却することがより好適である。

【0040】

コイルの冷却のため、本実施の形態の一例では、図３に例示するように、冷却装置７０を用いてもよい。この冷却装置７０は、槽３００とガラスデュワー３１０とを含む。

【0041】

槽３００には、第１の冷却液３０１を満たしておき、この槽内３００の第１の冷却液３０１に、ガラスデュワー３１０を浸漬して配する。

【0042】

またこのガラスデュワー３１０の内部には、第２の冷却液３１１を導入する。ガラスデュワー３１０は、蓋３１２で上部開口を覆うことが好適である。

【0043】

ここで蓋３１２には、電磁石４０に接続される導線を引き出す開口３１５と、電磁石４０を固定するコイルフランジを支持する支持体３１６を貫通させた貫通孔３１７と、第２の冷却液３１１を導入、あるいは排出するための第１のポート３１８ａと、内部に配した電気的部材に電気的に連結するコネクタ部３１９と、排気のための第２のポート３１８ｂとを形成しておく。そしてこの蓋３１２とガラスデュワー３１０との連結部外周にはシーリングを施してガラスデュワー３１０と蓋３１２とで形成される空間を気密とする。また、当該空間の気密を保持するため、開口３１５、貫通孔３１７等の開口部にもシーリングを施しておく。さらに本実施の形態の例では、このガラスデュワー３１０と蓋３１２とで形成される空間内のガスを、第２のポート３１８ｂを通じて真空ポンプ等で排気して、この空間内を減圧してもよい。

【0044】

このガラスデュワー３１０内の第２の冷却液３１１に、支持体３１６に支持されたコイルフランジと、このコイルフランジに固定された電磁石４０が浸漬される。

【0045】

またこの電磁石４０から引き出される一対の導線（放電回路部２０の第１，第２のスイッチ回路部２１，２２に接続される）は、ガラスデュワー３１０の上部に配した開口３１５から導出されるが、このガラスデュワー３１０の開口３１５近傍にはさらに、第１の冷却液３３１１を貯留した第２の槽３３１を配し、この第２の槽３３１内の第１の冷却液３３１１を通じて導線を開口３１５内に導入した状態としてもよい。ガラスデュワー３１０内に導線を通じて熱が流入することを防止するためである。なお、この導線は電磁石４０として巻き回す金属線よりも径の大きい金属線としておくのも好ましい。

【0046】

なお、この例においてガラスデュワー３１０内には、さらに、第２の冷却液３１１に浸漬される温度計Ｔや、電磁石４０が発生した磁場の強度を測定するためのコイルＣが配されてもよい。これら温度計ＴやコイルＣに接続される配線は、蓋３１２のコネクタ部３１９を通じて、外部の機器に接続される。なお、コイルＣ（ピックアップコイル）は、電磁石４０の中心に近い位置に配されていることが好適であるが、図３では図示の都合上、電磁石４０の近傍に配した状態で図示している。

【0047】

またここでの例において、第２の冷却液３１１の温度は、第１の冷却液３０１，３３１１の温度より低温（例えば約５０°Ｋ以下）となっているものとする。一例として第２の冷却液３１１は液体ヘリウムであり、第１の冷却液３０１、３３１１は液体窒素であり得る。しかしながらこれは一例であり第１，第２の冷却液３０１，３３１１，３１１のいずれも液体窒素であってもよい。この場合、ガラスデュワー３１０内を減圧して、第２の冷却液３１１の温度を、第１の冷却液３０１，３３１１の温度より低下させる。例えば液体窒素の場合、減圧によりその温度を５０°Ｋ程度まで低下できることが知られている。その他、第２の冷却液としては液化水素や液体ネオンなどを利用してもよい。

【0048】

また本実施の形態では、例えば上記コイルＣ等を用いた磁場測定器によって電磁石４０が発生する磁場を測定し、必要な磁場が得られた時点でトリガ回路３０がトリガ信号を停止して磁場の発生を停止してもよい。このようにすると、不要な磁場発生を抑えてエネルギの利用効率を向上できる。

【0049】

本発明の実施の形態の磁場発生装置１は、電気二重層コンデンサや、スイッチなど比較的安価な構成で実現できる。またコイルのジュール損失を低減するので、比較的長時間で、かつ強度の大きい磁場を発生させることが可能となっている。さらに、磁場発生時の損失が小さいので運用コストも低減でき、また冷却にあたり、高価な液体ヘリウムに代えて、液体窒素などの比較的安価な冷却剤を利用可能となっているので、運用コストをさらに低減できる。

【実施例0050】

ここまでに説明した本実施の形態の磁場発生装置１の構成を用い、パルス電源部１０として、最大充電電圧１６２Ｖ、キャパシタンス１５７．５Ｆのコンデンサバンク１１を含むものを利用した例を以下に示す。

【0051】

以下の例ではさらに、電磁石４０として６Ｎの高純度銅を巻回したコイルを用いた。そしてこのコイルを大気圧下の液体窒素に浸漬した例（７７．４°Ｋ）と、液体ネオン等を用いてコイルをさらに低温（約３７°Ｋ）とした例とで、コンデンサバンクを７３Ｖまで充電して放電させて比較した（図４（ａ））。

【0052】

図４（ａ）に示すように、温度を低くしたコイル（３７°Ｋ）では、比較的高い温度（７７．４°Ｋ）のコイルよりも、瞬時に発生する磁場の強度が倍程度まで増大している。

【0053】

一方、低温（３７°Ｋ）で、このコイルの材料を、一般的な銅線（残留抵抗率ρ0＝1.15ｎΩｍ）とした場合と、無酸素銅（残留抵抗率ρ0＝0.15ｎΩｍ）とした場合と、高純度銅（残留抵抗率ρ0＝0.015ｎΩｍ）とした場合とを比較した。この結果を図４（ｂ）に示す。

【0054】

図４（ｂ）に示されるように、コイルの材料が高純度となるほど、最大の磁場強度は大きくなり、また強い磁場が維持される時間も伸びている。

【0055】

またこのコイル（温度を７７．４°Ｋとした）の磁場の時間的変化（磁場波形）を図５に示す。この図５に示す例では、トリガ回路３０を制御して、放電の開始（放電回路部２０のＩＧＢＴ２１１及びＩＧＢＴ２２１をオンとする）から１．１秒後に放電を停止（ＩＧＢＴ２１１及びＩＧＢＴ２２１をオフとする）した。

【0056】

この例では、電磁石４０は、当初９．５Ｔを超える磁場を発生させた後、約３から４Ｔの磁場を１秒以上に亘って安定的に発生させていることが理解され、また、１秒以上が経過した時点で、コンデンサバンク１１の電圧を計測したところ、６７Ｖであった。つまり、約１秒の磁場の発生においてパルス電源部１０のコンデンサバンク１１が蓄積した約エネルギの１５％が利用されたことが理解される。

【0057】

このことは、コンデンサバンク１１が蓄積したエネルギを完全に利用する従来例に比べ、再度の充電の時間も短縮でき、エネルギ及び磁場の再発生までの時間を節約できることを意味し、運用コストの低減が可能となる。

【符号の説明】

【0058】

１ 磁場発生装置、１０ パルス電源部、１１ コンデンサバンク、１２ 充電器、２０ 放電回路部、２１ 第１のスイッチ回路部、２２ 第２のスイッチ回路部、２３ 保護キャパシタ、３０ トリガ回路、４０ 電磁石、５０ クローバー回路、６０ 補助放電回路、７０ 冷却装置、２１０ 第１スイッチ回路要素、２１１，２２１ ＩＧＢＴ、２１２，２２２ ダイオード、２１３ スナバ回路、２２０ 第２スイッチ回路要素、３００，３３１ 槽、３０１，３１１，３３１１ 冷却液、３１０ ガラスデュワー、３１２ 蓋、３１５ 開口、３１６ 支持体、３１７ 貫通孔、３１８ ポート、３１９ コネクタ部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】