特許 7195980 超伝導磁石装置、サイクロトロン、および超伝導磁石装置の再起動方法

(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】

(24)【登録日】2022-12-16

(45)【発行日】2022-12-26

(54)【発明の名称】超伝導磁石装置、サイクロトロン、および超伝導磁石装置の再起動方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/04 20060101AFI20221219BHJP

   H05H 7/04 20060101ALI20221219BHJP

   H05H 13/00 20060101ALI20221219BHJP

   H01L 39/04 20060101ALI20221219BHJP

【ＦＩ】

H01F6/04

H05H7/04

H05H13/00

H01L39/04

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019042679

(22)【出願日】2019-03-08

(65)【公開番号】P2020145371

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2022-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】鶴留 武尚

【審査官】古河 雅輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２５２３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１２５２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－７１９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２０００５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／７９９２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１３８２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５２６３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４９０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３０８６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－４０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２５０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２２１４９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０５５

Ｇ０１Ｎ ２２／００ －２２／０４

Ｇ０１Ｎ ２４／００ －２４／１４

Ｇ０１Ｒ ３３／２８ －３３／６４

Ｈ０１Ｆ ６／００ － ６／０６

Ｈ０１Ｌ ３９／０２ －３９／０４

Ｈ０１Ｌ ３９／１４ －３９／１６

Ｈ０１Ｌ ３９／２０

Ｈ０５Ｈ ３／００ －１５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超伝導コイルと、
前記超伝導コイルを伝導冷却により冷却する極低温冷凍機を備え、前記超伝導コイルを収容するクライオスタットと、
前記クライオスタットを真空排気する真空排気系と、
前記極低温冷凍機によって冷却される部位の測定温度または前記クライオスタット内の測定圧力を示す測定信号を生成するセンサと、
前記超伝導コイルの動作停止中に前記測定信号に基づいて前記クライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化を検知し、検知された前記クライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化に応答して、前記クライオスタットを真空排気するように前記真空排気系に制御信号を出力する制御部と、を備えることを特徴とする超伝導磁石装置。

【請求項2】

前記測定信号は、前記極低温冷凍機によって冷却される部位の測定温度を示すものであり、
前記制御部は、前記測定温度を第１温度しきい値と比較し、前記測定温度が前記第１温度しきい値より高い場合に前記クライオスタットの真空排気を開始するように前記真空排気系を制御することを特徴とする請求項１に記載の超伝導磁石装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記測定温度を第２温度しきい値と比較し、前記測定温度が前記第２温度しきい値より低い場合に前記クライオスタットの真空排気を終了するように前記真空排気系を制御し、前記第２温度しきい値は、前記第１温度しきい値より低いことを特徴とする請求項２に記載の超伝導磁石装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載の超伝導磁石装置を備えることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項5】

超伝導磁石装置の再起動方法であって、前記超伝導磁石装置は、超伝導コイルと、前記超伝導コイルを伝導冷却により冷却する極低温冷凍機を備え、前記超伝導コイルを収容するクライオスタットと、前記クライオスタットを真空排気する真空排気系と、前記極低温冷凍機によって冷却される部位の測定温度または前記クライオスタット内の測定圧力を示す測定信号を生成するセンサと、を備えており、前記再起動方法は、
前記超伝導コイルの動作停止中に前記測定信号に基づいて前記クライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化を検知することと、
検知された前記クライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化に応答して、前記クライオスタットを真空排気するように前記真空排気系に制御信号を出力することと、を備えることを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超伝導磁石装置、サイクロトロン、および超伝導磁石装置の再起動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超伝導磁石装置は、例えばサイクロトロンなどの加速器、そのほか種々の装置に搭載され利用されている。超伝導磁石装置は動作させるために極低温に冷却されるが、大きく２つの冷却方式がある。１つは、超伝導コイルを液体ヘリウムなどの極低温冷媒に浸して冷却するものであり、浸漬冷却とも称される。もう１つの方式では、極低温冷媒は使用されない。超伝導コイルは、たとえばギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機などの極低温冷凍機で直接冷却される。これは、伝導冷却とも称される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－６９０３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らは、超伝導磁石装置の再起動について検討したところ、以下の課題を認識するに至った。超伝導磁石装置が励磁電源の偶発的な遮断など何らかの異常により動作を停止した場合、その原因が解消されれば、超伝導磁石装置は再起動される。伝導冷却式の超伝導磁石装置の再起動にあたって、超伝導コイルは極低温冷凍機を用いて目標冷却温度に再冷却される。しかしながら、このとき、超伝導コイルの再冷却にかなり長い時間を要するか、または、超伝導コイルを目標冷却温度まで冷却できず、超伝導磁石装置の再起動を完了できないケースが起こりうることを本発明者らは見出した。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、超伝導磁石装置の再起動を容易にする技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によると、超伝導磁石装置は、超伝導コイルと、超伝導コイルを伝導冷却により冷却する極低温冷凍機を備え、超伝導コイルを収容するクライオスタットと、クライオスタットを真空排気する真空排気系と、極低温冷凍機によって冷却される部位の測定温度またはクライオスタット内の測定圧力を示す測定信号を生成するセンサと、超伝導コイルの動作停止中に測定信号に基づいてクライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化を検知し、検知されたクライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化に応答して、クライオスタットを真空排気するように真空排気系に制御信号を出力する制御部と、を備える。

【0007】

本発明のある態様によると、サイクロトロンは、上述の超伝導磁石装置を備える。

【0008】

本発明のある態様によると、超伝導磁石装置の再起動方法が提供される。超伝導磁石装置は、超伝導コイルと、超伝導コイルを伝導冷却により冷却する極低温冷凍機を備え、超伝導コイルを収容するクライオスタットと、クライオスタットを真空排気する真空排気系と、極低温冷凍機によって冷却される部位の測定温度またはクライオスタット内の測定圧力を示す測定信号を生成するセンサと、を備える、再起動方法は、超伝導コイルの動作停止中に測定信号に基づいてクライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化を検知することと、検知されたクライオスタット内の温度上昇または真空度の劣化に応答して、クライオスタットを真空排気するように真空排気系に制御信号を出力することと、を備える。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、超伝導磁石装置の再起動を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態に係る超伝導磁石装置およびサイクロトロンを示す概略断面図である。

【図2】実施の形態に係る超伝導磁石装置の再起動方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0013】

図１は、実施の形態に係る超伝導磁石装置およびサイクロトロンを示す概略断面図である。サイクロトロン１００は、荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子（重イオン）、電子などが挙げられる。荷電粒子は、イオン源（図示せず）から供給される。サイクロトロン１００は、例えば荷電粒子線治療用の加速器として用いられる。

【0014】

サイクロトロン１００は、超伝導磁石装置１０、ヨーク１０２、一対のポール１０４を備える。超伝導磁石装置１０は、超伝導コイル１２と、極低温冷凍機１６を有するクライオスタット１４と、励磁電源装置（以下、単に電源ともいう）１８と、真空排気系２０と、センサ２２と、制御部２４とを備える。

【0015】

以下の説明では、サイクロトロン１００の中心軸（すなわち超伝導磁石装置１０の中心軸）Ｃが上下方向に延在する姿勢（横置きの姿勢）で配置された例について説明する。構成要素どうしの位置関係を説明するために、「上」、「下」、「左」、「右」といった表現を使用することがあるが、これはサイクロトロン１００が特定の姿勢で配置されなければならないことを意味しない。サイクロトロン１００は、例えば中心軸Ｃが水平方向に延在する姿勢（縦置きの姿勢）で配置されてもよい。

【0016】

超伝導コイル１２は、円環状の形状を有し、その中心軸を中心軸Ｃと一致させるようにしてクライオスタット１４内に配置されている。超伝導コイル１２は、二個の空芯コイルと金属製のコイル支持枠１３を有する。二個の空芯コイルは中心軸Ｃの方向に並置され、それぞれコイル支持枠１３に取り付けられて一体的に支持されている。コイル支持枠１３は、上側の空芯コイルの上部に取り付けられた上部フランジと、二個の空芯コイルに挟まれた中央フランジと、下側の空芯コイルに下部に取り付けられた下部フランジとを有する。また、超伝導コイル１２は、一対の支持体２６によってクライオスタット１４に支持される。一対の支持体２６は、超伝導コイル１２を挟むように上下に配置され、それぞれコイル支持枠１３の上部フランジと下部フランジに取り付けられている。

【0017】

クライオスタット１４は、超伝導コイル１２を超伝導状態とするための環境を提供する真空容器である。クライオスタット１４は、中空円環状の形状を有し、中心軸Ｃと同軸配置され、内部に超伝導コイル１２を収容する。

【0018】

ヨーク１０２は、中空の円盤型ブロックであり、その内部にクライオスタット１４が配置される。ヨーク１０２内におけるクライオスタット１４の位置は、クライオスタット１４が配置された穴を塞ぐように差し込まれたブロック体１０２ａにより維持される。また、一対のポール１０４は、クライオスタット１４の空芯部位（超伝導コイル１２の空芯部位）に配置される。一対のポール１０４間の空間Ｇには、図示しない一対のディー電極（加速電極）が配置される。

【0019】

極低温冷凍機１６は、クライオスタット１４に設置され、超伝導コイル１２を伝導冷却により冷却するように超伝導コイル１２に熱的に結合されている。例えば、極低温冷凍機１６の低温部がコイル支持枠１３（例えば下部フランジ）に直接取り付けられ、または適宜の伝熱部材を介して接続されており、極低温冷凍機１６は、超伝導コイル１２が直接的に冷却する。超伝導磁石装置１０においては、超伝導コイル１２の冷却に液体ヘリウムなどの極低温冷媒は使用されない。クライオスタット１４には典型的に、複数台の極低温冷凍機１６が設置されるが、図においては簡単のため１台のみを示している。

【0020】

極低温冷凍機１６は、作動ガス（たとえばヘリウムガス）の圧縮機（図示せず）と、コールドヘッドとも呼ばれる膨張機とを備え、圧縮機と膨張機により極低温冷凍機１６の冷凍サイクルが構成され、それにより低温部が所望の極低温に冷却される。極低温冷凍機１６は、一例として、単段式または二段式のギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機であるが、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはそのほかのタイプの極低温冷凍機であってもよい。

【0021】

電源１８は、電流導入ライン１９を介して超伝導コイル１２に接続される。電流導入ライン１９は、超伝導材料からなる超伝導電流リード、および例えば銅などその他の導電部材を有する。電源１８は、制御部２４に通信可能に接続されている。

【0022】

真空排気系２０は、クライオスタット１４を真空排気するように構成されている。真空排気系２０は、真空ポンプ２０ａ、真空バルブ２０ｂ、真空計２０ｃを有し、クライオスタット１４の接続ポート２１に接続されている。接続ポート２１は、真空バルブ２０ｂとは別の真空バルブを有してもよい。超伝導磁石装置１０の動作時には、接続ポート２１の真空バルブが閉鎖され、それによりクライオスタット１４内部の真空が保持されてもよい。

【0023】

真空ポンプ２０ａは、ポンプ制御信号Ｓ１に従って動作するように構成されている。真空ポンプ２０ａは、制御部２４に通信可能に接続され、ポンプ制御信号Ｓ１は、制御部２４から真空ポンプ２０ａに入力される。例えば、真空ポンプ２０ａは、ポンプ制御信号Ｓ１を受け、それに応じて動作を開始し、または動作を停止する。すなわち、ポンプ制御信号Ｓ１は、真空ポンプ２０ａのオンとオフを切り替えるものであってもよい。真空ポンプ２０ａは、例えば、ターボ分子ポンプ、ロータリーポンプ、またはそのほか適切な真空ポンプであり、またはそれらの組み合わせであってもよい。

【0024】

真空バルブ２０ｂは、バルブ制御信号Ｓ２に従って動作するように構成されている。真空バルブ２０ｂは、制御部２４に通信可能に接続され、バルブ制御信号Ｓ２は、制御部２４から真空バルブ２０ｂに入力される。例えば、真空バルブ２０ｂは、オンオフバルブであってもよく、バルブ制御信号Ｓ２を受け、それに応じて開放され、または閉鎖される。したがって、真空排気系２０は、真空ポンプ２０ａと真空バルブ２０ｂが両方ともオンのときクライオスタット１４の真空排気をすることができる。

【0025】

真空計２０ｃは、真空排気系２０の圧力を測定するように構成されている。真空計２０ｃは、例えば、真空ポンプ２０ａを真空バルブ２０ｂに接続する真空排気流路または真空配管に設置され、その圧力を測定することができる。ただし、真空計２０ｃは、例えば真空バルブ２０ｂを接続ポート２１に接続する真空排気流路または真空配管、または真空排気系２０のその他の場所に設置されてもよい。あるいは、真空計２０ｃは、クライオスタット１４の内部に設置され、クライオスタット１４の内部の圧力を測定してもよい。

【0026】

必要とされる場合には、真空計２０ｃは、測定圧力（例えば、真空排気系２０の圧力、またはクライオスタット１４内の圧力）を示す測定信号を生成し、当該測定信号を制御部２４に出力してもよい。

【0027】

センサ２２は、クライオスタット１４の内部状態を示す測定信号Ｓ３を生成するように構成されている。センサ２２は、測定信号Ｓ３を制御部２４に出力するように制御部２４に通信可能に接続されている。

【0028】

一例として、センサ２２は、温度センサであってもよく、測定信号Ｓ３は、極低温冷凍機１６によって冷却される部位の測定温度を示すものであってもよい。センサ２２は、超伝導コイル１２の表面に取り付けられ、または超伝導コイル１２の内部に埋め込まれていてもよい。例えば、センサ２２は、コイル支持枠１３の表面に取り付けられている。

【0029】

センサ２２の設置場所は、極低温冷凍機１６によって冷却される部位であれば、種々ありうる。例えば、センサ２２は、極低温冷凍機１６の低温部、または低温部を超伝導コイル１２に接続する伝熱部材に設置されてもよい。センサ２２は、クライオスタット１４に設置されてもよく、例えば、超伝導コイル１２を包囲するクライオスタット１４の熱シールド板に取り付けられてもよい。

【0030】

制御部２４は、センサ２２からの測定信号Ｓ３を受け、測定信号Ｓ３に基づいて真空排気系２０を制御するように構成されている。制御部２４は、測定信号Ｓ３に基づいて、ポンプ制御信号Ｓ１、バルブ制御信号Ｓ２、またはその両方を生成し、制御信号を真空排気系２０に出力する。

【0031】

制御部２４は、電源１８の状態を監視するように構成されていてもよい。電源１８は、電源状態信号Ｓ４を生成し、電源状態信号Ｓ４を制御部２４に出力してもよい。電源状態信号Ｓ４は、電源１８の電圧異常及び／または電源１８の遮断を示すものであってもよい。また、制御部２４は、電源１８を制御するように構成されていてもよい。電源１８は、制御部２４からの指令に従って超伝導コイル１２に電流を流し、それにより超伝導コイル１２は磁場を発生させる。

【0032】

制御部２４は、入力信号Ｓ５を受け、入力信号Ｓ５に基づいて超伝導磁石装置１０（およびサイクロトロン１００）を制御するように構成されていてもよい。入力信号Ｓ５は、ユーザからの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段がユーザによって操作されることによって生成され、及び／または、制御部２４と通信可能に接続された他の機器によって生成されうる。

【0033】

例えば、入力信号Ｓ５は、超伝導磁石装置１０の再起動を指示する制御信号であってもよい。何らかの異常により超伝導磁石装置１０が動作停止した場合、その原因が解消されたとき例えばユーザの操作に基づいて入力信号Ｓ５が制御部２４に入力されてもよい。制御部２４は、入力信号Ｓ５に応答して、超伝導磁石装置１０の再起動を開始してもよい。

【0034】

また、制御部２４は、超伝導磁石装置１０（およびサイクロトロン１００）の制御に関連するデータを記憶するよう構成され、例えば、半導体メモリまたはその他のデータ記憶媒体を備えてもよい。

【0035】

制御部２４は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、図では適宜、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0036】

超伝導磁石装置１０においては、真空状態のクライオスタット１４内の超伝導コイル１２が極低温冷凍機１６により冷却され、超伝導コイル１２に電源１８から電流を流すことにより強力な磁場が形成される。サイクロトロン１００には、イオン源（不図示）から荷電粒子が供給され、荷電粒子は一対のポール１０４及びディー電極（不図示）の働きにより加速される。それにより、サイクロトロン１００から荷電粒子ビームが出力される。

【0037】

ところで、超伝導コイル１２が電源１８の偶発的な遮断など何らかの異常により動作を停止した場合、超伝導コイル１２およびこれを収容したクライオスタット１４の温度が上昇しうる。昇温の一因は、とりわけ伝導冷却式の超伝導磁石装置１０では、極低温冷凍機１６も同様に動作を停止し、超伝導コイル１２が冷却源を喪失しうることにある。加えて、電源遮断の瞬間には急激に電流が変動し、超伝導コイル１２内部の金属部材（例えばコイル支持枠１３）に渦電流が発生し、その結果ジュール熱が発生しうる。これも超伝導コイル１２およびクライオスタット１４を昇温させうる。

【0038】

超伝導コイル１２の動作中にはクライオスタット１４は極低温に冷却されているから、クライオスタット１４内の各部にガス分子が吸着され捕捉されている。超伝導コイル１２の動作停止後にクライオスタット１４の温度が（例えば５０Ｋ以上に）上昇すれば、吸着されていたガス分子が放出されてクライオスタット１４内の真空度が低下しうる。

【0039】

伝導冷却式の超伝導磁石装置１０の再起動にあたって、超伝導コイル１２は、動作の再開が許容される目標冷却温度まで極低温冷凍機１６を用いて再冷却される。しかし、クライオスタット１４内の真空度が低下したとすると、超伝導コイル１２は再冷却されにくくなる。なぜなら、真空度の低下はクライオスタット１４の真空断熱性能を低下させ、それにより周囲環境からクライオスタット１４内部の入熱が増加しうるからである。そのため、超伝導コイル１２の再冷却にかなり長い時間を要することになるかもしれない。あるいは、外部からの入熱が極低温冷凍機１６の冷凍能力を超えてしまったとすると、超伝導コイル１２を目標冷却温度まで冷却することができず、超伝導磁石装置１０の再起動を完了できない可能性もある。

【0040】

そこで、本実施の形態に係る超伝導磁石装置１０の再起動では、制御部２４は、超伝導コイル１２の動作停止中におけるクライオスタット１４の内部状態に基づいて、クライオスタット１４の真空度を回復させるように真空排気系２０を制御する。例えば、制御部２４は、超伝導コイル１２の動作停止中に測定信号Ｓ３に基づいてクライオスタット１４内の温度上昇または真空度の劣化を検知し、検知されたクライオスタット１４内の温度上昇または真空度の劣化に応答して、クライオスタット１４を真空排気するように真空排気系２０に制御信号（Ｓ１，Ｓ２）を出力する。

【0041】

図２は、実施の形態に係る超伝導磁石装置の再起動方法を示すフローチャートである。まず、超伝導磁石装置１０の再起動の準備として、電源１８が復旧し正常に動作可能であることが確認される。制御部２４は、電源状態信号Ｓ４に基づいて、電源１８が正常に動作可能であることを確認してもよい。また、極低温冷凍機１６による超伝導コイル１２の冷却が再開される。超伝導コイル１２は、依然として動作停止中である。

【0042】

図２に示されるように、超伝導磁石装置１０の再起動処理が開始されると、クライオスタット１４内の温度が測定される（Ｓ１０）。センサ２２は、その設置場所の温度を測定し、測定温度を示す測定信号Ｓ３を生成し制御部２４に出力する。制御部２４は、測定信号Ｓ３を取得する。

【0043】

次に、制御部２４は、測定信号Ｓ３に基づいて測定温度を第１温度しきい値Ｔ１と比較する（Ｓ１２）。第１温度しきい値Ｔ１は、クライオスタット１４内の温度上昇の有無を判定するために設定された温度値である。例えば、第１温度しきい値Ｔ１は、クライオスタット１４内に吸着されたガス分子が再放出されうる温度（例えば約５０Ｋ）またはそれより高い温度に設定される。第１温度しきい値Ｔ１は、例えば、５０Ｋから６０Ｋの範囲から選択されてもよい。このようにして、超伝導コイル１２の動作停止中に測定信号Ｓ３に基づいてクライオスタット１４内の温度上昇が検知される。

【0044】

制御部２４は、測定温度が第１温度しきい値Ｔ１より高い場合（Ｓ１２のＹ）、クライオスタット１４の真空排気を開始するように真空排気系２０を制御する（Ｓ１４）。制御部２４は、真空ポンプ２０ａをオンにするポンプ制御信号Ｓ１を生成し、真空ポンプ２０ａに出力する。また、制御部２４は、真空バルブ２０ｂをオンにする（すなわち開く）バルブ制御信号Ｓ２を生成し、真空バルブ２０ｂに出力する。こうして、真空排気系２０は、クライオスタット１４の真空排気を開始する。

【0045】

クライオスタット１４内の温度が再び測定される（Ｓ１６）。制御部２４は、測定信号Ｓ３に基づいて測定温度を第２温度しきい値Ｔ２と比較する（Ｓ１８）。第２温度しきい値Ｔ２は、第１温度しきい値Ｔ１より低い温度値とされ、例えば、１０Ｋから４０Ｋの範囲から選択されてもよい。

【0046】

測定温度が第２温度しきい値Ｔ２より高い場合（Ｓ１８のＮ）、クライオスタット１４の真空排気は継続される。すなわち、真空ポンプ２０ａと真空バルブ２０ｂはともにオンのままとされる。

【0047】

制御部２４は、測定温度が第２温度しきい値Ｔ２以下の場合（Ｓ１８のＹ）、クライオスタット１４の真空排気を終了するように真空排気系２０を制御する（Ｓ２０）。制御部２４は、真空ポンプ２０ａをオフにするポンプ制御信号Ｓ１を生成し、真空ポンプ２０ａに出力する。また、制御部２４は、真空バルブ２０ｂをオフにする（すなわち閉じる）バルブ制御信号Ｓ２を生成し、真空バルブ２０ｂに出力する。こうして、真空排気系２０は、クライオスタット１４の真空排気を終了する。

【0048】

なお、第１温度しきい値Ｔ１および第２温度しきい値Ｔ２は、予め設定され、制御部２４に保存されている。これら温度しきい値は、設計者の経験的知見または設計者による実験やシミュレーション等に基づき適宜設定することが可能である。

【0049】

一方、測定温度が第１温度しきい値Ｔ１以下の場合（Ｓ１２のＮ）、制御部２４は、真空排気系２０を作動させない。この場合、クライオスタット１４内の温度上昇は、クライオスタット１４内に吸着されたガス分子が再放出されるほど大きくない。よって、クライオスタット１４の真空排気を行う必要がない。

【0050】

クライオスタット１４の真空排気が終了すると、制御部２４は、超伝導コイル１２およびクライオスタット１４が目標冷却温度に冷却されるまで待機する。例えば、超伝導コイル１２は、約４Ｋから６Ｋの目標冷却温度に冷却される。制御部２４は、センサ２２からの測定信号Ｓ３に基づいて目標冷却温度まで再冷却されたことを確認し、電源１８を再び動作させ、超伝導コイル１２に磁場を発生させる。こうして、超伝導磁石装置１０の動作は再開され、再起動は完了する。

【0051】

以上説明したように、超伝導磁石装置１０の再起動方法は、超伝導コイル１２の動作停止中に測定信号Ｓ３に基づいてクライオスタット１４内の温度上昇を検知することと、検知されたクライオスタット１４内の温度上昇に応答して、クライオスタット１４を真空排気するように真空排気系２０に制御信号（Ｓ１，Ｓ２）を出力することと、を備える。

【0052】

したがって、実施の形態によれば、超伝導コイル１２が電源１８の偶発的な遮断など何らかの異常により動作を停止した場合に、超伝導コイル１２およびクライオスタット１４の温度が上昇したとしても、クライオスタット１４の真空排気と超伝導コイル１２の再冷却を自動的に行って、超伝導磁石装置１０の再起動を完了することができる。

【0053】

サイクロトロン１００のように放射線の発生源となりうる装置に関しては、その設置場所および周囲に人の立ち入りを禁止または制限するエリアが定められ、超伝導磁石装置１０はそうしたエリア内に配置されうる。このような場合、超伝導磁石装置１０を復旧させるために作業者が安易に超伝導磁石装置１０にアクセスできず、手動で超伝導磁石装置１０を再起動させることができないかもしれない。

【0054】

しかしながら、実施の形態によれば、超伝導磁石装置１０の再起動を自動的に実行することができるので、超伝導磁石装置１０が立入制限エリアに設置されていても、復旧させることが容易であり、便利である。

【0055】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。

【0056】

上述の実施の形態では、センサ２２は、温度センサであるが、これに代えて、センサ２２は、クライオスタット内の測定圧力を示す測定信号Ｓ３を生成する真空計または圧力センサであってもよい。制御部２４は、超伝導コイル１２の動作停止中にセンサ２２からの測定信号Ｓ３に基づいてクライオスタット１４内の真空度の劣化を検知し、検知されたクライオスタット１４内の真空度の劣化に応答して、クライオスタット１４を真空排気するように真空排気系２０に制御信号（Ｓ１，Ｓ２）を出力してもよい。

【0057】

制御部２４は、センサ２２による測定圧力を第１圧力しきい値と比較し、測定圧力が第１圧力しきい値より高い場合にクライオスタット１４の真空排気を開始するように真空排気系２０を制御してもよい。制御部２４は、測定圧力を第２圧力しきい値と比較し、測定圧力が第２圧力しきい値より低い場合にクライオスタット１４の真空排気を終了するように真空排気系２０を制御してもよい。第２圧力しきい値は、第１圧力しきい値より低くてもよい。

【0058】

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0059】

１０ 超伝導磁石装置、 １２ 超伝導コイル、 １４ クライオスタット、 １６ 極低温冷凍機、 ２０ 真空排気系、 ２２ センサ、 ２４ 制御部、 １００ サイクロトロン、 Ｓ１ ポンプ制御信号、 Ｓ２ バルブ制御信号、 Ｓ３ 測定信号。

【図1】

【図2】