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特許7644145高磁界マグネットにおいて力を分散する技法、ならびに関連するシステムおよび方法
(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】2025-03-03
(45)【発行日】2025-03-11
(54)【発明の名称】高磁界マグネットにおいて力を分散する技法、ならびに関連するシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H01F 6/06 20060101AFI20250304BHJP
H01F 6/04 20060101ALI20250304BHJP
H10N 60/81 20230101ALI20250304BHJP
【ＦＩ】
H01F6/06 140
H01F6/06 130
H01F6/04
H01F6/06 150
H10N60/81
【請求項の数】
49
(21)【出願番号】P 2022570130
(86)(22)【出願日】2021-05-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-22
(86)【国際出願番号】 US2021033349
(87)【国際公開番号】W WO2021236901
(87)【国際公開日】2021-11-25
【審査請求日】2024-04-23
(31)【優先権主張番号】63/027,552
(32)【優先日】2020-05-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】596060697
【氏名又は名称】マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー
(73)【特許権者】
【識別番号】521259219
【氏名又は名称】コモンウェルス・フュージョン・システムズ・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100211236
【弁理士】
【氏名又は名称】道下 浩治
(72)【発明者】
【氏名】ラドビンスキー，アレクセイ
(72)【発明者】
【氏名】ジュコフスキー，アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】ケルトン，ニコラス・ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】クズネトソフ，セルゲイ
(72)【発明者】
【氏名】ナッシュ，ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】サナブリア，チャーリー
(72)【発明者】
【氏名】ラボンバード，ブライアン
(72)【発明者】
【氏名】ブルンナー，ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】クリストフェク，グラント・ウィリアム
【審査官】相澤 祐介
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１７５０３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１９６７２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２８０６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５７－１０８３１４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１２９９９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ６／０６
Ｈ０１Ｆ ６／０４
Ｈ１０Ｎ ６０／８１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高温超伝導体（ＨＴＳ）マグネットであって、ＨＴＳ材料を含むコイルと、
少なくとも第１の隔壁を備えるハウジングと
を備え、
前記コイルは、前記ハウジング内に配置され、
前記コイルの第１の部分の巻回が前記第１の隔壁内に全体的に配置され、前記コイルの第２の部分の巻回が前記第１の隔壁の外側に全体的に配置されるように、前記ハウジングの前記第１の隔壁が、前記コイルの前記第１の部分を、前記コイルの前記第２の部分から分離するように配置され、
前記第１の隔壁は、前記コイルが貫通するスリットを備え、
前記コイルが巻かれる前には、前記第１の隔壁は前記ハウジング内で自由に移動できる、
高温超伝導体（ＨＴＳ）マグネット。
【請求項2】
前記ハウジングは、第１の構造板と、第２の構造板とを備えており、前記コイルは前記第１の構造板と前記第２の構造板との間に配置され、前記第１の隔壁は、前記第１の構造板と前記第２の構造板との間に延在する壁を備える、請求項１に記載のマグネット。
【請求項3】
前記第１の構造板は第１の円形スロットを含み、前記第１の隔壁は前記第１の円形スロット内に配置される、請求項２に記載のマグネット。
【請求項4】
前記第１の隔壁は前記第１の円形スロット内に挿抜可能に挿入され、前記第１の隔壁は前記第１の円形スロット内で自由に回転できる、請求項３に記載のマグネット。
【請求項5】
前記スリットは、前記第１の隔壁の高さに至るまで延在する、請求項１に記載のマグネット。
【請求項6】
前記第１の隔壁の外側形状は、らせん形状であり、前記第１の隔壁の前記スリットは、前記第１の隔壁の前記らせん形状の隣り合った巻回間の間隙である、請求項１に記載のマグネット。
【請求項7】
前記ＨＴＳ材料はＨＴＳテープである、請求項１に記載のマグネット。
【請求項8】
前記コイルの少なくともいくつかの巻回間に配置される導電材料をさらに備える、請求項７に記載のマグネット。
【請求項9】
前記コイルは、複数の巻回となるように巻かれたＨＴＳテープの複数の層および前記導電材料の層から形成される、請求項８に記載のマグネット。
【請求項10】
前記コイルは、前記ＨＴＳテープの巻回が隣り合った巻回における前記ＨＴＳテープの面と接触するように配置された前記ＨＴＳテープの巻回を含む、請求項７に記載のマグネット。
【請求項11】
前記コイルの内側端部に結合された第１の伝導性リングと、前記コイルの外側端部に結合された第２の伝導性リングとをさらに備える、請求項１に記載のマグネット。
【請求項12】
前記ハウジングは、前記第１の隔壁の外部に配置され前記コイルが貫通するスリットを備える第２の隔壁を備えており、前記コイルの前記第１の部分の巻回と、前記コイルの前記第２の部分の少なくともいくつかの巻回は、前記コイルの前記第２の隔壁の内部に全体的に配置される、請求項１に記載のマグネット。
【請求項13】
前記ハウジングおよび前記第１の隔壁のそれぞれは、鋼、オーステナイト系ニッケルクロム合金、および／または窒素強化オーステナイト系ステンレス鋼を含む、請求項１に記載のマグネット。
【請求項14】
請求項１に記載のマグネットを複数備えるマグネットアセンブリ。
【請求項15】
複数のパンケーキであり、前記パンケーキのそれぞれは、電流が印加されると磁界を発生させる高温超伝導体（ＨＴＳ）テープの１つまたは複数の巻回を有し、前記パンケーキのそれぞれは、さらに、電気回路の一部としてそのＨＴＳテープの前記１つまたは複数の巻回を電気的に結合するための１つまたは複数の接合体を有する、複数のパンケーキと、複数の冷却板であり、前記冷却板のそれぞれは前記冷却板を冷却装置に熱的に結合するための端子を有する、複数の冷却板と
を備えるマグネットアセンブリであって、
前記複数のパンケーキおよび前記複数の冷却板が交互に積み重ねられ、前記パンケーキのそれぞれは、１つまたは２つのいずれかの近くのパンケーキの前記接合体に対してその１つまたは複数の接合体によって電気的に結合され、それにより、前記パンケーキのそれぞれにおいて前記ＨＴＳテープを含む動作電流路を形成し、前記パンケーキのそれぞれは、前記冷却装置への熱伝導によって前記パンケーキから熱を除去するための前記冷却板のうちの１つまたは２つのいずれかと隣り合っていて、
前記パンケーキのうちの少なくとも１つは、第１の隔壁を備えるハウジングを備え、
前記ＨＴＳテープを含むコイルが巻かれる前には、前記第１の隔壁は前記ハウジング内で自由に移動できる、
マグネットアセンブリ。
【請求項16】
前記パンケーキのそれぞれは、鋼、またはオーステナイト系ニッケルクロム合金、または窒素強化オーステナイト系ステンレス鋼を含む、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項17】
前記パンケーキの少なくとも１つの前記ＨＴＳテープは、希土類酸化銅を含む、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項18】
前記パンケーキの少なくとも１つの前記１つまたは複数の接合体は、銅を含む、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項19】
前記パンケーキのそれぞれの前記１つまたは複数の接合体は、前記パンケーキの内径の少なくとも一部、またはその外径の一部、または前記内径および前記外径の両方の一部に位置する、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項20】
前記パンケーキのうちの第１のパンケーキが、その外径上に接合体を有する第１の面と、その内径に接合体を有する第２の平行面とを備える、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項21】
前記パンケーキのうちの前記第１のパンケーキは、前記パンケーキのうちの第２のパンケーキの前記外径上の接合体に対して、その外径上の前記接合体によって電気的に結合され、前記パンケーキのうちの前記第１のパンケーキは、前記パンケーキのうちの第３のパンケーキの前記内径上の接合体に対して、その内径上の前記接合体によって電気的に結合される、請求項２０に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項22】
積み重ねられた前記板の最上部の各パンケーキと、積み重ねられた前記板の最下部の各パンケーキは、他のパンケーキの接合体に電気的に結合されるその外径またはその内径のいずれかに接合体を有する内面と、接合体を有さない平行な外面を有する、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項23】
前記パンケーキのうちの少なくとも１つは、半径方向荷重に耐えるための１つまたは複数の取り外し可能な隔壁によって分離された複数のチャネルを備えており、各チャネルは、前記ＨＴＳテープの１つまたは複数の巻回を有し、それぞれの取り外し可能な隔壁は、近くのチャネルにおいて前記ＨＴＳテープの前記巻回を接続する貫通接続を有する、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項24】
前記パンケーキのうちの前記少なくとも１つの前記ＨＴＳテープは、前記複数のチャネルのうちの少なくとも１つにはんだ付けされ、または前記１つまたは複数の接合体にはんだ付けされ、またはその両方にはんだ付けされる、請求項２３に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項25】
前記チャネルのそれぞれにおけるＨＴＳテープの前記１つまたは複数の巻回は、前記チャネルの容積をほぼ埋める、請求項２３に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項26】
２つの隣り合って積み重ねられたパンケーキのそれぞれの前記接合体の間に導電性のガスケットをさらに備える、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項27】
前記パンケーキのうちの１つと、隣り合って積み重ねられた冷却板との間に熱伝導性フォイル、またはグリース、または金網をさらに備える、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項28】
前記複数のパンケーキおよび前記複数の冷却板は、前記スタックの前記内径および前記外径の両方においてボルトによって連結される、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項29】
積み重ねられ互いにボルト留めされた前記板の最上部および最下部に追加構造板をさらに備えており、積み重ねられた前記板は、前記追加構造板によってともに押される、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項30】
前記パンケーキの少なくとも１つにおける前記ＨＴＳテープは、銅、鋼、または銅および鋼の両方と共巻きされる、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項31】
前記パンケーキの少なくとも２つは、異なるサイズまたは異なる形状を有する、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項32】
前記冷却装置は、極低温液体および／またはガスの連続流を利用するクライオクーラ、またはクライオ冷蔵庫、または熱交換器を備える、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項33】
熱輻射シールドをさらに備える、請求項１５に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項34】
前記熱輻射シールドは、銅および／またはアルミニウムを含む、請求項３３に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項35】
前記銅は、渦電流を制限するために、さらにマグネットクエンチ中にローレンツ力を制限するために切断される、請求項３４に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項36】
前記熱輻射シールドは、多層断熱材で包まれる、請求項３３に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項37】
前記多層断熱材は、スペーサ材料と、遮断物を有するアルミニウムコーティングが堆積された基板との交互の層を含む、請求項３６に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項38】
複数のパンケーキを備えるマグネットアセンブリであって、前記パンケーキのそれぞれは、第１の隔壁を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配置された高温超伝導体（ＨＴＳ）テープの複数の巻回と、
前記ＨＴＳテープに結合され、前記ハウジングの外部に配置された１つまたは複数の伝導性接合体と、
複数の冷却板であり、前記冷却板のそれぞれは前記冷却板を冷却装置に熱的に結合するための端子を有する、複数の冷却板とを備えており、
前記複数のパンケーキおよび前記複数の冷却板が交互にスタックに配置され、前記スタックにおける前記パンケーキのそれぞれは、前記スタックにおける１つまたは２つのいずれかの近くのパンケーキの前記接合体に対してその１つまたは複数の伝導性接合体によって電気的に結合され、それにより、前記パンケーキのそれぞれにおいて前記ＨＴＳテープを含む前記スタックを通る動作電流路を形成し、前記パンケーキのそれぞれは、前記冷却板のうちの１つまたは２つのいずれかと隣り合って熱的に結合され、
前記ＨＴＳテープを含むコイルが巻かれる前には、前記第１の隔壁は前記ハウジング内で自由に移動できる、
マグネットアセンブリ。
【請求項39】
磁界を発生させるために巻かれたテープを保持するハウジングであって、前記ハウジングは、１つまたは複数の第１の円形スロットを有する第１の構造板と、
１つまたは複数の隔壁であり、それぞれの隔壁が前記隔壁の内径から前記隔壁の外径へ前記テープを巻くための貫通接続を有し、各隔壁が前記第１の円形スロットのうちの対応スロットに挿抜可能かつ回転可能に挿入される、１つまたは複数の隔壁と、
１つまたは複数の第２のスロットを有する第２の構造板であり、各隔壁が前記第２のスロットのうちの対応スロットに挿抜可能に挿入される、第２の構造板と
を備えるハウジング。
【請求項40】
前記隔壁の１つは、前記隔壁の全高さにわたって延在しない貫通接続スリットを備える、請求項３９に記載のハウジング。
【請求項41】
前記隔壁の１つは、前記隔壁の全高さにわたって延在する貫通接続スリットを備える、請求項３９に記載のハウジング。
【請求項42】
前記隔壁の１つは、半径方向に均一な厚さを有するらせんを備える、請求項３９に記載のハウジング。
【請求項43】
それぞれの隔壁は、銅、または鋼、または銅および鋼の両方と共巻きされる、磁界を発生させるために巻かれたテープを保持するための貫通接続を有する、請求項３９に記載のハウジング。
【請求項44】
ＨＴＳマグネットを形成するために高温超伝導体ＨＴＳ伝導性テープを巻く方法であって、前記方法は、（ａ）第１の電気的接合体を有する第１の構造板を設けるステップと、
（ｂ）前記第１の電気的接合体に前記ＨＴＳ伝導性テープを物理的および電気的に結合するステップと、
（ｃ）前記第１の構造板の前記表面上に前記伝導性テープを円状に巻くステップと、
（ｄ）前記第１の構造板に、貫通接続を有する隔壁を挿抜可能に挿入するステップであり、前記隔壁は、前記第１の構造板の内部で移動し、それによってその貫通接続が巻かれた前記伝導性テープの方位角位置と整列する、ステップと、
（ｅ）前記第１の構造板の前記表面上に、前記貫通接続を通って前記隔壁の外径の周りに前記伝導性テープを巻くことにより、前記ＨＴＳ伝導性テープと前記隔壁との間の間隙を最小限にするステップと
を含む方法。
【請求項45】
貫通接続を有する隔壁の各追加スロットに対して、ステップ（ｃ）から（ｅ）を繰り返すステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
前記第１の構造板は、１つまたは複数の円形スロットを有する表面を有し、前記第１の構造板は、その外径に第２の電気的接合体を有し、前記方法は、前記伝導性テープを前記第２の電気的接合体に物理的および電気的に結合するステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項47】
巻かれた前記伝導性テープに隣り合ってインジウムの層を追加するステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項48】
第２の円形スロットを有する表面を有する第２の構造板を設けるステップと、巻かれた前記伝導性テープと同一平面に前記第２の構造板を配置することによって、前記隔壁が前記第２の円形スロットに挿抜可能に挿入されるステップと
をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項49】
前記伝導性テープは、銅、鋼、または銅および鋼の両方と共巻きされる、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]本開示は、一般に超伝導マグネットコイルに関し、より詳しくは高温超伝導体（ＨＴＳ）マグネットアセンブリの作製および冷却に関する。
【背景技術】
【0002】
[0002]超伝導体は、何らかの臨界温度未満において電流に対して電気抵抗がない（「超伝導」）材料である。多くの超伝導体に関して、超伝導状態のそれらの材料の動作が液体または冷気体ヘリウムまたは他のクライオジェンなどによる大幅な冷却を必要とするように、臨界温度は３０Ｋ未満である。
【0003】
[0003]抵抗なく大電流を運ぶ超伝導体の機能のため、高磁界マグネットは、超伝導体で作製されることが多い。そのようなマグネットは、例えば、５ｋＡを上回る電流を運び得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
[0004]いくつかの態様によれば、高温超伝導体（ＨＴＳ）材料を含むコイルと、少なくとも第１の隔壁を備えるハウジングとを備えるＨＴＳマグネットが提供され、コイルは、ハウジング内に配置され、コイルの第１の部分の巻回が第１の隔壁内に全体的に配置され、コイルの第２の部分の巻回が第１の隔壁の外側に全体的に配置されるように、ハウジングの第１の隔壁が、コイルの第１の部分を、コイルの第２の部分から分離するように配置され、第１の隔壁は、コイルが貫通するスリットを備える。
【0005】
[0005]いくつかの態様によれば、複数のパンケーキであり、パンケーキのそれぞれが電流が印加されると磁界を発生させる高温超伝導体（ＨＴＳ）テープの１つまたは複数の巻回を有し、パンケーキのそれぞれは、さらに、電気回路の一部としてそのＨＴＳテープの１つまたは複数の巻回を電気的に結合するための１つまたは複数の接合体を有する、複数のパンケーキと、複数の冷却板であり、冷却板のそれぞれは冷却板を冷却装置に熱的に結合するための端子を有する、複数の冷却板とを備えるマグネットアセンブリが提供され、複数のパンケーキおよび複数の冷却板が交互に積み重ねられ、パンケーキのそれぞれは、１つまたは２つのいずれかの近くのパンケーキの接合体に対してその１つまたは複数の接合体によって電気的に結合され、それにより、パンケーキのそれぞれにおいてＨＴＳテープを含む動作電流路を形成し、パンケーキのそれぞれは、冷却装置への熱伝導によってパンケーキから熱を除去するための冷却板のうちの１つまたは２つのいずれかと隣り合っている。
【0006】
[0006]いくつかの態様によれば、複数のパンケーキを備えるマグネットアセンブリが提供され、パンケーキのそれぞれは、ハウジングと、ハウジング内に配置された高温超伝導体（ＨＴＳ）テープの複数の巻回と、ＨＴＳテープに結合され、ハウジングの外部に配置された１つまたは複数の伝導性接合体と、複数の冷却であって、冷却板のそれぞれは冷却板を冷却装置に熱的に結合するための端子を有する複数の冷却板とを備えており、複数のパンケーキおよび複数の冷却板が交互にスタックに配置され、スタックにおけるパンケーキのそれぞれは、スタックにおける１つまたは２つのいずれかの近くのパンケーキの接合体に対してその１つまたは複数の伝導性接合体によって電気的に結合され、それにより、パンケーキのそれぞれにおいてＨＴＳテープを含むスタックを通る動作電流路を形成し、パンケーキのそれぞれは、冷却板のうちの１つまたは２つのいずれかと隣り合って熱的に結合される。
【0007】
[0007]いくつかの態様によれば、磁界を発生させるために巻かれたテープを保持するハウジングが提供され、ハウジングは、１つまたは複数の第１の円形スロットを有する第１の構造板と、１つまたは複数の隔壁であり、それぞれの隔壁が隔壁の内径から隔壁の外径へテープを巻くための貫通接続を有し、各隔壁が第１の円形スロットのうちの対応スロットに挿抜可能かつ回転可能に挿入される、１つまたは複数の隔壁と、１つまたは複数の第２のスロットを有する第２の構造板であり、各隔壁が第２のスロットのうちの対応スロットに挿抜可能に挿入される、第２の構造板とを備える。
【0008】
[0008]いくつかの態様によれば、マグネットを形成するために伝導性テープを巻く方法が提供され、この方法は、（ａ）１つまたは複数の円形スロットを有する表面を有し、その内径に第１の電気的接合体を有する第１の構造板を設けるステップと、（ｂ）第１の電気的接合体に伝導性テープを物理的および電気的に結合するステップと、（ｃ）伝導性テープが円形スロットのうちの１つに到達するまで、第１の構造板の表面上に伝導性テープを円状に巻くステップと、（ｄ）円形スロットの１つに、貫通接続を有する隔壁を挿抜可能に挿入するステップであり、隔壁は、円形スロットの１つの内部で回転され、それによってその貫通接続が巻かれた伝導性テープの方位角位置と整列する、ステップと、（ｅ）第１の構造板の表面上に、貫通接続を通って隔壁の外径の周りに伝導性テープを巻くことにより、伝導性テープと隔壁との間の間隙を最小限にするステップとを含む。
【0009】
[0009]上記の装置および方法の実施形態は、上述および下記で詳述される態様、特徴、および動作の任意の適切な組み合わせにより、実施され得る。本教示の上記および他の態様、実施形態、および特徴は、添付図面と併せて以下の説明により、より十分に理解され得る。
【0010】
[0010]様々な態様および実施形態が以下の図面を参照して説明される。なお、図面は必ずしも同一の縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。図面において、様々な図に示されたそれぞれの同一またはほぼ同一の構成要素は、同様の番号で表される。明確性を目的として、全ての構成要素が各図に示されていない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】[0011]いくつかの実施形態による、構造隔壁を備えた超伝導マグネットの断面図である。
【図2A】[0012]いくつかの実施形態による、溝に配置された構造隔壁を備えた超伝導マグネットの断面図である。
【図2B】[0013]いくつかの実施形態による、例示的なハウジングの断面斜視図である。
【図2C】いくつかの実施形態による、例示的なハウジングの断面斜視図である。
【図2D】[0014]いくつかの実施形態による、隔壁およびＨＴＳテープを備えるマグネットの写真である。
【図3A】[0015]いくつかの実施形態による、構造隔壁の貫通接続スリットの様々な構成を示す図である。
【図3B】いくつかの実施形態による、構造隔壁の貫通接続スリットの様々な構成を示す図である。
【図3C】いくつかの実施形態による、構造隔壁の貫通接続スリットの様々な構成を示す図である。
【図4A】[0016]いくつかの実施形態による、マグネットアセンブリの断面図である。
【図5】[0018]いくつかの実施形態による、ＨＴＳテープに加えて、シムを備える貫通接続スリットの写真である。
【図6】[0019]いくつかの実施形態による、マグネットを組み立てる方法のフローチャートである。
【図7】[0020]いくつかの実施形態による、完成した定型パンケーキにおける構造的および電気的構成要素の分解組立図である。
【図8】[0021]マグネットアセンブリにおいて積み重ねるための第２の種類のパンケーキの斜視図である。
【図9】[0022]それらの内径に沿って電気的に接合された２つのパンケーキ間のマグネットアセンブリにおける第１の冷却板の一部を示す図である。
【図10】[0023]それらの外径に沿って電気的に接合された２つのパンケーキ間のマグネットアセンブリにおける第２の冷却板の一部を示す図である。
【図11A】[0024]冷却装置に結合されたマグネットアセンブリの破断図である。
【図11B】[0025]マグネットアセンブリを囲む熱保護輻射シールドおよび多層断熱材を強調した冷却装置の一部を示す図である。
【図12】[0026]いくつかの実施形態による、例示的な被覆導体ＨＴＳテープの層の断面図である。
【図13】[0027]いくつかの実施形態による、核融合動力プラントの様々な構成要素を示す破断部分を有する動力プラントの三次元グラフィックである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[0028]上述したように、抵抗なく大電流を運ぶ超伝導体の機能のため、高磁界マグネットは、超伝導材料で作製されることが多い。超伝導材料がその臨界温度未満になる程度に十分に低温（それ未満では材料の電気抵抗率が零にまで降下する温度）の場合、マグネットは、電流が損失なく超伝導路を通過できるようにする。
【0013】
[0029]高温超伝導体（ＨＴＳ）は、高磁界超伝導マグネットを作製するための特に望ましい自由度を提供する。低温度超伝導体（ＬＴＳ）と比較した場合のＨＴＳおよびＨＴＳ希土類バリウム銅酸化物（ＲＥＢＣＯ）超伝導体の重要な特徴は、以下を含む。第１に、ＨＴＳは、動作温度に対してより小さい臨界電流感度を呈し、より大きな動作温度マージンを可能にする。第２に、ＨＴＳは、ＬＴＳよりも高い動作温度を有し、ＨＴＳ動作温度において、超伝導マグネット内の材料の熱容量は、ＬＴＳ動作温度よりも大幅に高くなり得る。その結果、ＨＴＳマグネットは、局所加熱に対するより小さい感度を有し得る。第３に、ＨＴＳは、詳細に後述されるように、ＨＴＳの束ねられた部分間での良好な電流共有に起因し、電気的に非絶縁設計の原理と親和性を有する。第４に、非絶縁超伝導マグネットにおいて、小電圧（例えば、約１Ｖ未満）がマグネットにおいて発生する場合があるが、ＬＴＳマグネットとは異なり、ＨＴＳ超伝導マグネットにおいて、それらの電圧が高電圧電気絶縁を必要としない場合がある。そして最後に、ＨＴＳマグネットは、さらにより高い磁界で動作可能であり、ＬＴＳマグネットよりも磁界の強度に対して低感度を示し得る。
【0014】
[0030]超伝導マグネットがＬＴＳ材料またはＨＴＳ材料を含むかにかかわらず、一般に、超伝導マグネットは、高磁界も発生させながら、比較的高い電流密度（例えば、超伝導材料の単位容積当たりまたは単位断面積当たりの大電流量）を有することができる。ただし、大電流密度および高磁界は、結果として、顕著なローレンツ負荷（磁界を流れる電流の結果として生じるローレンツ力）が超伝導体の様々な領域に印加される。そのようなローレンツ負荷の増加は、マグネットの構造的整合性の低減につながり得る。例えば、高磁界マグネットにおいて、ローレンツ負荷によって超伝導材料に印加にされた歪みは、材料を破損させるのに十分な場合があり、電流を運ぶ機能を低減または妨げ得る。
【0015】
[0031]発明者は、歪みを遮断してマグネットのハウジングなどの機械的により強い構造に伝達する超伝導材料の巻回間に構造隔壁を配置することによって、超伝導マグネットにおける超伝導材料へ印加される歪みを低減するための技法を認識および理解している。構造隔壁は、貫通接続スリットを有して形成されてもよく、それによって超伝導材料が隔壁を容易に貫通できる。多数の構造隔壁がマグネットにおける超伝導材料の巻回のグループ間に挿入されてもよく、それによってマグネット全体を通して隔壁によって力が十分に分散可能となる。同時に、構造隔壁の数は、隔壁によって占有される、または導電性の超伝導材料によって他のやり方で占有され得るマグネット内の空間量を最小限に抑えるために選択され得る。
【0016】
[0032]いくつかの実施形態によれば、構造隔壁は、マグネットのハウジングまたは他の支持構造から取り外し可能でもよい。取り外し可能な隔壁は、隔壁がない場合にマグネットの巻回が巻かれることを可能とし、その後、マグネットが隔壁の貫通接続スリットを貫通する程度に十分に巻かれると、隔壁がマグネットに追加され得る。このプロセスは、マグネットが単一面において巻かれることを可能とし、それにより、組立プロセスを単純化し、同一面において構造（隔壁またはハウジングの中心構造）の周りで巻き線が行われ得るため、巻き線のサイズが大きくなると、必要に応じて隔壁が追加される。
【0017】
[0033]いくつかの実施形態によれば、貫通接続スリットの位置が巻き線中に調節可能なように、構造隔壁は、マグネットのハウジングまたは他の支持構造内で移動可能でもよい。いくつかの場合において、構造隔壁は、マグネット内の溝、スロットおよび／または他の保持機構内に配置されてもよく、それによって、構造隔壁が回転されることが可能であり、または、その位置が保持機構によってある程度限定されるが、他のやり方で位置が調節され得る。例えば、構造隔壁は円形でもよく、円形の溝内で回転可能でもよい。いくつかの場合において、構造隔壁は円形以外でもよく（例えば、長方形）、マグネット内で回転可能でなくてもよい。ただし、そのような場合、小さい保持機構は、巻き線および隔壁の設置中の隔壁の動きを減らすために、マグネットのハウジングまたは他の支持構造に含まれ得る。あるいは、構造隔壁は、マグネット構造内で自由に動き得るが、隔壁の内部をほぼ埋めるマグネットの巻回の周りに隔壁を配置することによって、巻いている間にある程度適切な位置に保持され得る。いくつかの場合、構造隔壁は、他の部品への結合によって制約を受けながらも独立して移動できる複数の接合部品を含み得る。例えば、構造隔壁は、回転可能に互いに結合された隣り合った部分とのループに配置された複数の部分を含み得る（例えば、自転車のチェーンに相当する）。
【0018】
[0034]いくつかの実施形態によれば、超伝導マグネットは、上述したように巻かれていて１つまたは複数の構造隔壁を貫通するＨＴＳ材料を含み得る。いくつかの場合、ＨＴＳ材料は、他の層に加えて、多結晶ＨＴＳの層を含む、長く平坦な要素であるＨＴＳテープを含み得る。本明細書で使用される場合、ＨＴＳ「テープ」は、図１２に示すようなテープ１２００など、希土類銅塩ＨＴＳ（例えば、ＲＥＢＣＯ）などのＨＴＳの層を含む任意の構造を指す場合があり、１つまたは複数のバッファ層、安定化層、基板、オーバーレイ層および／またはクラッド層などの１つまたは複数の他の層も含み得る。
【0019】
[0035]いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるような１つまたは複数の構造隔壁を備える超伝導マグネットは、ＨＴＳ材料の少なくともいくつかの隣り合った巻回間に絶縁材料なしで巻かれるＨＴＳ材料を含み得る。本明細書で非絶縁（ＮＩ）マグネット（または絶縁無しマグネット）と呼ばれるそのようなマグネットでは、マグネットの隣り合った超伝導巻回は、互いに絶縁されず、代わりに従来の導体によって分離される（すなわち超伝導体ではない）。マグネットが超伝導体の臨界温度未満で動作している時、巻回間に存在する導体の有限抵抗と比較すると超伝導体が零の抵抗を有するため、電流は超伝導体を通って流れ、巻回を横切らない。
【0020】
[0036]いくつかの実施形態では、超伝導マグネットは、図１２に示すようなテープのｘ軸が巻軸と並列に整列されるように、巻軸の周りに巻かれるＨＴＳテープを備え得る。したがって、非絶縁マグネット設計の場合、例えば、各ＨＴＳテープは、隣り合ったテープの面（図１２のｘｙ面）と接触し得る。いくつかの実施形態では、超伝導マグネットは、鋼などの非超伝導材料とともにＨＴＳテープのスタックの巻き線を含み得る。例えば、ＨＴＳテープと同一の幅（図１２のｘ方向の大きさ）を有する単一の鋼テープの最上部に向き合って積み重ねられる１０～２０個のＨＴＳテープのスタックは、マグネットを作製するために、中心構造の周りにともに巻かれてもよく、そのスタックは、巻き線に沿って１つまたは複数の構造隔壁を貫通する。
【0021】
[0037]いくつかの実施形態では、超伝導マグネットは、レーストラック形状のらせんに配置されたＨＴＳテープ（またはＨＴＳテープのスタック）を備えてもよく、そのらせんは、巻き線に沿って１つまたは複数の構造隔壁を貫通する。
【0022】
[0038]いくつかの実施形態では、超伝導マグネットのハウジングは、ハウジング内の超伝導材料をハウジングの外面に結合するように構成された導電性の接合体構造を含み得る。巻き線中に、超伝導材料は、そのような接合体構造に電気的に結合（例えば、はんだ付け）され得る。いくつかの場合では、ハウジングは、超伝導材料の巻き線の内部と、超伝導材料の巻き線の外部とにおける接合体など、複数の接合体を含み得る。
【0023】
[0039]いくつかの実施形態では、超伝導マグネットは、ともに結合された超伝導材料の複数の個別の巻き線を含み得る。いくつかの場合、各巻き線のハウジングは、各ハウジング上に巻き線間に電気的結合を実現する導電性の接合体とともに積み重ねられ、または他のやり方で組み立てられ得る。その結果、伝導性経路が、巻き線を通って、例えば、第１のハウジングの巻き線の内側から外側へ、接合体を介して第２のハウジングにおける巻き線の外側へ、第２のハウジングの巻き線の外側から内側へなどのように形成され得る。少なくともいくつかのユースケースに対して、そのようなアセンブリにおけるハウジングは、それらの全体的に円形で平坦な形状を参考にして、本明細書において「パンケーキ」と呼ばれる場合がある。
【0024】
[0040]いくつかの実施形態では、上述したように個別に収納された巻き線のスタックは、１つまたは複数の冷却板に結合され得る。冷却板は、伝導冷却を実現可能であり、銅などの熱伝導性の材料を含み得る。いくつかの実施形態では、冷却板は、隣り合ったハウジングの間に挿入されてもよく、この冷却板は、隣り合ったハウジングの間で接合体から電気絶縁される。
【0025】
[0041]以下は、超伝導マグネットにおいて超伝導材料に印加される歪みを低減するための技法に関連する様々な概念またはその実施形態の詳細な説明である。なお、本明細書に記載される様々な態様は、多くのやり方のうちのいずれかで実施され得ることを理解されたい。特定の実施の例は、例示目的でのみ本明細書において提供される。さらに、以下の実施形態に記載される様々な態様は、単独または任意の組み合わせで使用されてもよく、本明細書で明示的に記載された組み合わせに限定されない。
【0026】
[0042]図１は、いくつかの実施形態による、構造隔壁を備えた超伝導マグネットの断面図である。マグネット１００は、上板１１１と、下板１１２と、内径の電気的接合体を含み得る中心構造１１３とを備えるハウジング１１０を含む。ＨＴＳテープ１１５の単一の連続した部品は、中心構造１１３の周りに巻かれる。あるいは、ＨＴＳテープのいくつかの結合された切片は、単一の巻き線としてともに巻かれ得る。図１に示す断面図のため、同一のＨＴＳテープが、中心構造とは異なる半径位置の連続した巻き線で示される。マグネット１００は、さらに、中心構造の周りに巻かれるときにＨＴＳテープ１１５が貫通する構造隔壁（以下「隔壁」）１２１および１２２を含む。ＨＴＳテープ１１５が隔壁を貫通する位置は、明確性のために図１では示されないが、隔壁１２１および１２２は、上述したようにＨＴＳテープ１１５が貫通する貫通接続スリットを含み得る。
【0027】
[0043]いくつかの実施形態では、隔壁１２１および１２２は、ハウジング１１０内で移動可能でもよく、それによって隔壁内の貫通接続スリットが、ＨＴＳテープが隔壁内を埋める点においてＨＴＳテープと整列し得る。例示的な貫通接続スリットが図３Ａ～図３Ｃに示され、以下で詳細に説明される。テープが隔壁を貫通する必要がある方位角位置が不明な場合があるため、巻いている間に移動可能な隔壁は有益な場合があり、それによって、テープが隔壁内部の空間を全て埋めた時に必要な方位角位置に、隔壁の貫通接続スリットが配置される。いくつかの場合、隔壁を所望の方位角位置に依然として正しく動かすことができるが、隔壁は、スロット内に配置されているため、または他のやり方で動きがある程度制限されているため、限定されて移動可能でもよい。
【0028】
[0044]いくつかの実施形態によれば、隔壁１２１および１２２は円形の場合があり、したがって図１の同断面図が、マグネット１００の中心を通る、任意の選択断面に適用可能である（スリットを含み図１とは異なって見える隔壁を貫通するスリットを含む断面を除く）。いくつかの実施形態では、隔壁１２１および１２２は、円形以外でもよく、その代わりに、長方形、または角が丸い長方形（例えば、レーストラック形状）、楕円、または任意の他の適切な形状などの形状を有してもよい。
【0029】
[0045]いくつかの実施形態によれば、上板１１１および下板１１２は、鋼、インコネル（登録商標）、ナイトロニック（登録商標）４０、ナイトロニック（登録商標）５０、インコロイ（登録商標）、またはそれらの組み合わせなどであるがそれに限定されない高機械的強度材料を含み得る、またはそれから成ることが可能である。いくつかの実施形態では、隔壁１２１および１２２は、鋼、インコネル（登録商標）、ナイトロニック（登録商標）４０、ナイトロニック（登録商標）５０、インコロイ（登録商標）、高エントロピー合金、高強度複合材料、セラミックス、またはそれらの組み合わせなどであるが、それに限定されない高機械的強度材料を含み得る、またはそれから成ることが可能である。
【0030】
[0046]いくつかの実施形態によれば、ＨＴＳテープ１１５は、イットリウム系バリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）などの希土類バリウム銅酸化物超伝導体（ＲＥＢＣＯ）を含み得る。いくつかの実施形態では、ＨＴＳテープは、約０．００１ｍｍから約０．１ｍｍの範囲の厚さ（または高さ）と約１ｍｍから約１２ｍｍの範囲の幅の断面寸法を有する、ＨＴＳ材料から成る長尺で薄いストランドを備え得る。いくつかの実施形態によれば、ＨＴＳテープの各ストランドは、導電性材料に加えてＲＥＢＣＯなどのＨＴＳ材料を含み得る。いくつかの実施形態では、導電性の材料は、ＲＥＢＣＯ上に配置され得る。いくつかの実施形態では、導電性材料は、銅などのクラッド材料でもよい。いくつかの実施形態では、ＨＴＳテープは、多結晶ＨＴＳを含んでもよく、および／または高い粒度のアライメントを有してもよい。
【0031】
[0047]いくつかの実施形態では、ＨＴＳテープ１１５は、鋼または銅などの非超伝導性材料とともに共巻きされ得る。ＨＴＳテープのスタックは、共巻き材料の１つまたは複数の層とともに共巻きされ得る。いくつかの実施形態では、構成要素間の潜在的な間隙を埋めるために、追加の伝導性材料がマグネット１００に含まれ得る。例えば、インジウムなどの軟金属は、上板１１１または下板１１２のいずれかとＨＴＳテープとの間に配置され得る。
【0032】
[0048]中心構造１１３は、全体として一体化しているとして図１で示されるが、図に示されるような構造は、マグネット１００の必須構成要素ではなく、一般に、マグネットがハウジング中に任意の中心構造を含み得ることが理解されるであろう。例えば、中心構造１１３は、代わりに、壁の内側が空いた円筒形でもよく、その壁の周りにＨＴＳテープが巻かれることが可能である。
【0033】
[0049]図２Ａは、いくつかの実施形態による、溝に配置された構造隔壁を備えた超伝導マグネットの断面図である。マグネット２５０は、上板２６１と、下板２６２と、内径の電気的接合体２７８を含み得る中心構造２６３とを備えるハウジング２６０を含む。ＨＴＳテープ２６５の単一の連続した部品は、内径の電気的接合体２７８から巻かれる。あるいは、ＨＴＳテープのいくつかの結合された切片は、単一の巻き線としてともに巻かれ得る。図２Ａに示す断面図のため、同一のＨＴＳテープは、中心構造から異なる半径位置の連続した巻き線で示される。マグネット２５０は、中心構造の周りに巻かれるときにＨＴＳテープ２６５が貫通する隔壁２７１および２７２をさらに含む。ＨＴＳテープ２６５が隔壁を貫通する位置は、明確性のために図２Ａでは示されないが、隔壁２７１および２７２は、上述したようにＨＴＳテープ２６５が貫通する貫通接続スリットを含み得る。
【0034】
[0050]図２Ａの例では、隔壁２７１および２７２は、上板２６１および下板２６２に形成された溝に配置される。この溝は、組み立て中に隔壁を適切な位置に保持する保持機構の役割を果たすことが可能であり、および／またはマグネットに追加の構造的強度を提供して、隔壁に印加された力が板２６１および２６２により容易に伝達されることを可能としてもよい。いくつかの実施形態では、上板２６１および下板２６２の面に形成されたこの溝は、円形状を有してもよい。他の場合では、板の面に形成された溝は、長方形、または角が丸い長方形など、異なる形状を有してもよい。
【0035】
[0051]図２Ａの例では、マグネット２６０は、上述したようにマグネット内のＨＴＳテープを外面に結合するように構成された構造である、導電性の接合体構造（以下「接合体」）２７８および２７９を含む。巻いている間に、ＨＴＳテープ２６５は、内側接合体２７８と外側接合体２７９とに対して電気的に結合（例えば、はんだ付け）され得る。図２Ａの例で、内側接合体２７８は、ＨＴＳテープ２６５の導電性経路をマグネット２５０の上面に結合する一方、外側接合体２７９は、ＨＴＳテープ２６５の導電性経路をマグネットの下面に結合する。
【0036】
[0052]いくつかの実施形態では、内側接合体２７８は、各断面において、図２Ａに示すようにハウジングの最上部まで延在しなくてもよい。いくつかの場合、内側接合体２７８は、ハウジングの一側部の周囲など、ハウジングの最上部の一部までしか延在しなくてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、外側接合体２７９は、各断面において、図２Ａに示すようにハウジングの最下部まで延在しなくてもよい。いくつかの場合、外側接合体２７９は、ハウジングの一側部の周囲など、ハウジングの最下部の一部までしか延在しなくてもよい。これらの構成は、依然として導電性経路が接合体を通ってマグネットを出ることができながら、追加要素がハウジングの次に挿入可能となる利点を有し得る。
【0037】
[0053]中心構造２６３が図２Ａに示されるが、図に示されるような構造は、マグネット２５０の必須構成要素ではなく、一般に、マグネットがハウジング中に任意の中心構造を含み得ることが理解されるであろう。例えば、中心構造２６３は、代わりに、内径電気的接合体２７８のみから成って、壁の内側が空いた円筒形でもよく、その壁の周りにＨＴＳテープが巻かれることが可能である。
【0038】
[0054]図２Ｂおよび図２Ｃは、図２Ａのように構成された例示的なハウジング（または「パンケーキ」）の断面斜視図であり、ハウジングは円形で、円形の溝と、その溝内に配置された円形の隔壁とを含む。同一の構造が図２Ｂおよび図２Ｃの両方に図示されているが、図２Ｂは、ハウジングの一側部の詳細を示す。図２Ｂ～図２Ｃの例では、マグネット２００は、上板２０３、下板２０４、および隔壁２１０、２１２および２１４を含むハウジング２０２を備える。マグネットは、さらに、内側接合体２０６および外側接合体２０８を含む。
【0039】
[0055]図２Ｂおよび図２Ｃの例では、マグネット２００は、３つの構造隔壁２１０、２１２、および２１４を備える。いくつかの実施形態によれば、それらの隔壁は、高ローレンツ力にさらされた時に複数の巻回上のＨＴＳテープに蓄積される周歪みを減少させ得る。図２Ｂ～図２Ｃに示すように、構造隔壁２１０、２１２、および２１４は、上部構造板２０３および下部構造板２０４に形成されたスロットまたは溝に収められる。スロットおよびそれらの関連する構造隔壁２１０、２１２、および２１４の半径方向の位置は、コンピュータ分析によって求められてもよく、それによって蓄積された動作上のテープ歪みが許容範囲を超えない。逆に、隔壁の数は最小限に抑えられることが可能であり、それによってハウジング内の空間が不要な数の隔壁に取られず、そうでない場合は、ＨＴＳテープによって占有され得る。ＨＴＳテープが配置され得る隔壁間の空間、すなわち、図２Ｂおよび図２Ｃの例では空間２２０、２２２、２２４、および２２６は、以下で「チャネル」と呼ばれる場合がある。
【0040】
[0056]図２Ｂおよび図２Ｃの例で、各構造隔壁２１０、２１２、および２１４は、隔壁の一方の側から他方の側へ半径方向にテープスタックを遷移させるための貫通接続スリットを有する。適切な貫通接続スリット構造の説明上の例を以下に説明する。したがって、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、マグネットアセンブリにおけるパンケーキのうちの少なくとも１つは、半径方向荷重に耐えるための１つまたは複数の隔壁によって分離された複数のチャネルを備えてもよく、各チャネルは、ＨＴＳテープの１つまたは複数の巻回を有し、各隔壁は、近くのチャネルにおいてＨＴＳテープの巻回を接続する貫通接続を有する。この貫通接続スリットを使用して、連続した１本のＨＴＳテープまたはテープスタックは、隔壁を貫通するものの、隔壁によって構造上支持されながら内径から外径へ巻かれることができる。
【0041】
[0057]なお、１つのパンケーキにおける隔壁の数、したがって、そのパンケーキにおけるチャネル数は、調節され得ることが理解され得る。そのような調節の理由は、とりわけ、パンケーキの直径、隔壁自体を含むパンケーキの作製で使用される材料、ＨＴＳテープ（またはＨＴＳテープのスタック）で使用される材料、設計材料応力の大きさ、設計動作温度、磁界、および技術的な電流密度（または輸送電流）、および／または他の適切な要素におけるばらつきを吸収することを含む。
【0042】
[0058]図２Ｄは、いくつかの実施形態による、隔壁およびＨＴＳテープを備えるマグネットの写真である。マグネット２８０は、ＨＴＳテープを備えるマグネット２００の一例であり、上部構造板が取り除かれており、それによってマグネットの内部が見られる。図２Ｄに示すように、マグネット２８０は、３つの隔壁２８６、２８７、および２８８を含む。３つの隔壁のそれぞれは、貫通接続スリット（図２Ｄでは明確に示されていない）を含み、ＨＴＳテープは、マグネットの内部から中心構造２８５の周りに巻かれ（テープ領域２８１を形成）、隔壁２８６を通って、隔壁２８６の周りに巻かれ（テープ領域２８２を形成）、隔壁２８７を通って、隔壁２８７の周りに巻かれ（テープ領域２８３を形成）、隔壁２８８を通って隔壁２８８の周りに巻かれる（テープ領域２８４を形成）。図２Ｄの例で、中心構造２８５は、上述したように、内径電気的接合体のみから成る。
【0043】
[0059]図３Ａ～図３Ｃは、いくつかの実施形態による、構造隔壁の貫通接続スリットの様々な構成を図示する。図３Ａ～図３Ｃのそれぞれは、構造板の円形スロット内に配置された円形隔壁を図示する。なお、例示的な貫通接続スリットが円形隔壁および円形スロットのために図示されるが、同種のスリット設計が他の形状（長方形など）の隔壁においても実現可能であり、および／または構造板内のスロットに配置されない隔壁において実現可能であることが理解され得る。
【0044】
[0060]図３Ａの例で、隔壁は、スリットが隔壁の高さ全体にわたって延在しない部分スリット構成３１０を含む。図３Ｂの例で、隔壁は、スリットが隔壁の高さ全体にわたって延在する全スリット構成３２０を含む。図３Ｃの例で、隔壁は、その外径において加工されたらせんを有する隔壁のための部分スリット構成３３０を含み、それによって隔壁が純粋な円形ではなく、むしろほぼ１巻き全部のらせんの形状を有する。図３Ｃの構成は、全方位角方向において等しく半径方向荷重に耐えることができる半径方向で均一の厚さを有する隔壁を含み得る。図３Ｃは、隔壁がその外径において加工されたらせんを有するが内径では円形であることを図示するが、隔壁のために他の適切な構成は、内径および外径の両方でらせんの形状を有する場合がある。なお、他のスリット構成も、本明細書で開示された概念、技法、および構造の実施形態に従って、特に半径方向応力を軽減するために使用され得ることを理解されたい。
【0045】
[0061]上述したように、本明細書の実施形態は円形スロット内に配置された円形隔壁に限定されず、マグネットを巻いている時に隔壁がスロット内で回転可能な構成に対しても利点があり得る。テープが隔壁を貫通する必要がある方位角位置が不明な場合があるため、円形隔壁および円形スロット構成は、巻き線中に隔壁が回転可能とし、それによって、テープが隔壁内部の空間を全て埋めた時に必要な方位角位置に、隔壁の貫通接続スリットが配置される。
【0046】
[0062]上述したように、いくつかの実施形態では、高磁界超伝導マグネットは、平坦な層に配置されたＨＴＳ、ＨＴＳテープ、またはＨＴＳテープスタックの巻回によって形成されてもよく（例えば、層の接触面が、それを中心として層が配置されるマグネットの中心長手方向軸に直交するように形成されてもよい）、そのような構成は、「パンケーキ状巻」またはより単純に「パンケーキ」と呼ばれ得る。それによって、パンケーキは、ＨＴＳ部品と、ＨＴＳを収容するための構造的部品との両方を含む。マグネットが巻回を有する層によって形成される（例えば層の接触面がそれを中心として層が配置されるマグネットの中心長手方向軸に平行になるように形成する）場合、そのような構成は、「層状巻手法」または単に「層状構成」、さらに単純に「層状」と呼ばれ得る。
【0047】
[0063]図４Ａは、いくつかの実施形態による、マグネットアセンブリ４００の断面図であり、図４Ｂは、その断面図の拡大部分を示す図である。いくつかの実施形態によれば、マグネットアセンブリ４００は、高磁界（例えば、１０テスラ以上）での使用のために設計され得る。いくつかの実施形態によれば、マグネットアセンブリ４００は、外径（ＯＤ）電気的接合体４０２および内径（ＩＤ）電気的接合体４０４を有する複数のパンケーキの伝導冷却された「コールドマス」から構成され得る。本明細書で詳細に説明される実施形態において、ＨＴＳを保持する各パンケーキの機械的構造（以下「ハウジング」）は、米国ニューヨーク州ニューハートフォードのＳｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるインコネル（登録商標）合金などのオーステナイト系ニッケルクロム合金、または米国オハイオ州ウエストチェスターのＡＫ Ｓｔｅｅｌによるナイトロニック（登録商標）合金などの窒素強化オーステナイト系ステンレス鋼など、鋼、または他の適切な構造的導電体で形成されてもよく、またはそれを含んでもよい。ただし、他の実施形態において、ハウジングは、導電体の場合がある、または導電体でない場合がある他の構造的材料で形成され得ることを理解されたい。図４の例で、マグネットアセンブリ４００は、電気絶縁体４０６（高圧ファイバーグラス積層体など）によってマグネットアセンブリから電気的に絶縁された端子４０８で冷却装置を使用して熱伝導によって熱を伝達または他のやり方で除去するように結合される。
【0048】
[0064]図４Ａ～図４Ｂの例が特定の非絶縁パンケーキ設計を図示したが、本明細書に開示される特徴および製造技法のうちの多くは、全体的または部分的に絶縁されたＨＴＳテープまたはテープスタックによって形成されたマグネットに適用可能であり、当業者は、全体的または部分的に絶縁された設計に対して本明細書で教示された概念、技法、および構造を適応する方法を理解するであろうことを理解されたい。例えば、マグネットアセンブリは、各パンケーキにおいて同数の隔壁を含む必要はなく、図４Ａ～図４Ｂの例で示すように、各パンケーキにおける同一の半径位置にパンケーキを含む必要はない。
【0049】
[0065]図４Ｂは、図４Ａの断面図の拡大部分を示す図である。図４Ｂの例で、マグネットアセンブリ４００は、本明細書で「定型」パンケーキおよび「末端」パンケーキと呼ばれる２種類のパンケーキを含む。定型パンケーキ４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、および４２４はそれぞれ、間に構造隔壁を有する１対の構造板で形成され得る。それらの隔壁は、上述したように、ＨＴＳテープまたはテープスタックの１つまたは複数の巻回を保持するための複数のチャネルを画定し、電流が印加されると磁界を発生させる。（ＨＴＳテープスタックは、パンケーキ自体の構造をより視覚的に明瞭にするために図４Ａ～図４Ｂでは不図示である。すなわち、ハウジングのみが図示される）。
【0050】
[0066]図４Ｂの例で、パンケーキ４１０は、内径から外向きに３つの隔壁４２５、４２６、４２７を備えており、この隔壁設計は、積み重ねられたマグネットアセンブリ４００の他の定型パンケーキにおいて複製される。ＨＴＳスタックの巻回は、各パンケーキのチャネルにおいて連続したらせんを形成し、その内径をその外径に電気的に接続する。いくつかの実施形態によれば、パンケーキの少なくとも１つのＨＴＳテープは、ＲＥＢＣＯなどの希土類酸化銅を含み得る。なお、本明細書で開示された概念、技法、および構造の実施形態に従って磁界を生成するために、他の超伝導材料がマグネットアセンブリ４００内で使用され得ることを理解されたい。
【0051】
[0067]いくつかの実施形態によれば、マグネットアセンブリ４００内のＨＴＳテープと、共巻きされる材料とは、パンケーキの構造において自立して密に搭載されることが可能であり、それによって、チャネルのそれぞれにおけるＨＴＳテープスタックの１つまたは複数の巻回がチャネルの容積をほぼ埋める。あるいは、パンケーキのうちの少なくとも１つのＨＴＳテープは、複数のチャネルのうちの少なくとも１つにはんだ付けされ、１つまたは複数の接合体にはんだ付けされる。なお、本明細書で開示された概念、技法、および構造の実施形態により、マグネットアセンブリ４００内で超伝導テープまたはテープスタックを固定するために、他の方法が使用され得ることを理解されたい。
【0052】
[0068]いくつかの実施形態によれば、接合体における小さい抵抗加熱、接合体におけるテープの潜在的な過度の歪みおよび／または過度の応力、および各パンケーキ内の構造隔壁を通るチャネル間遷移に起因するクエンチの安定性を高めるために、それらの臨界領域において、銅の共巻きが追加され得る。接合体、電流リードおよびチャネル間遷移における銅成分の誘導ピックアップ渦電流加熱によるクエンチに関係した温度上昇を減少させるため、ＨＴＳテープスタックは、より大きな通電容量を実現する直列のＨＴＳテープを追加することによって補強され得る。さらに、接合体、電流リードおよびチャネル間遷移におけるＨＴＳテープスタックの潜在的なよじれを減少させるため、ＨＴＳテープスタックは鋼テープの共巻きによって補強され得る。さらなる共巻きが追加されてもよい。例えば、クエンチ中に隔壁を通る常電導伝搬を向上させるため、または他の目的のために、銅の共巻きが追加可能である。
【0053】
[0069]いくつかの実施形態によれば、マグネットアセンブリ４００のパンケーキのそれぞれは、電気回路の一部としてＨＴＳテープの１つまたは複数の巻回を電気的に結合するための１つまたは複数の接合体を含み得る。より具体的には、構造板に埋め込まれたリング形状の接合体が各定型パンケーキの内径および外径に位置してもよく、超伝導電気路を終端する。これらの接合体は、銅および／または他の導電性の材料を含んでもよく、またはそれで構成されてもよく、および／または超伝導材料を含んでもよく、またはそれで構成されてもよい。例として、定型パンケーキ４２２は、内径接合体４４０と、外径接合体４４２とを有する。ＨＴＳテープスタックのらせんは、それらの接合体の溝へと続く。例示的な実施形態において、らせんは、複数の完全な３６０度の回転後に終端してもよく、他の実施形態では、溝が１回の完全な回転の前または後に終端してもよい。
【0054】
[0070]いくつかの実施形態によれば、内径接合体４４０および外径接合体４４２は、それぞれ、各パンケーキの構造板に埋め込まれてもよく、それによってその対向する側において構造板の平面と同一平面となる、またはわずかにその上に延在する。特に、接合体は、以下に説明するように、冷却板のために隣の空間を提供するため、構造板の上に延在してもよい。本明細書で開示されたモジュラー設計によれば、定型パンケーキの数は、所望の磁界を発生させるために、１以上の任意の数のパンケーキであることが可能である。
【0055】
[0071]図４Ａおよび図４Ｂの例では、複数の同一の定型パンケーキが、ＨＴＳテープで埋められたチャネルの交互の軸配向でともに積み重ねられ得る。この配置は、最も外側の２つのパンケーキの露出接合体間で、ＨＴＳテープのらせんと、マグネットアセンブリ４００の全パンケーキの嵌合されたＩＤ間およびＯＤ間接合体とを介した連続電気路を提供し得る。詳細には、パンケーキのうちの１つが、パンケーキのうちの第２のパンケーキの外径上の接合体に対して、その外径上の接合体によって電気的に結合され、パンケーキのうちの第１のパンケーキは、パンケーキのうちの第３のパンケーキの内径上の接合体に対して、その内径上の接合体によって電気的に結合される、交互ハウジングのパターンが繰り返され得る。例として、図４Ｂでは、第１のパンケーキ４１２の外径接合体と、第２のパンケーキ４１４の外径接合体は、電気的結合領域４４６を介して嵌合され、第１のパンケーキ４１２の内径接合体と、第３のパンケーキ４１０の内径接合体は、電気的結合４４４を介して嵌合される。パンケーキ間の接合体のより良好な電気接触を促進するために、製造時に、２つの隣り合って積み重ねられたパンケーキの接合体のそれぞれの嵌合面間に導電性の（例えば、インジウムの）ガスケットが挿入されてもよい。
【0056】
[0072]なお、図４Ｂにおいて、結合領域４４６は、パンケーキ４１２および４１４における接合体間に挿入された冷却板４５２の一部を含むことに留意されたい。図４Ａおよび図４Ｂの例示的なマグネットアセンブリにおいて、板間の外側接合体は、パンケーキの半分でのみ接触し、残りの半分は、パンケーキ間に挿入された冷却板を有する。この違いは、接合体が互いに接触していることを示す図４Ａの左側の接合体領域４０２と、その間に冷却板を有する接合体を示す図４Ａの右側の接合体領域４０２を比較すると明らかである。
【0057】
[0073]図４Ａおよび図４Ｂの例で、ＨＴＳテープの巻き線の電気経路は、最外部の２つの末端パンケーキ４３０および４３２によって完成する。末端パンケーキ４３０、４３２は、電気接触する定型パンケーキと同一の半径方向位置のＩＤまたはＯＤのいずれかに位置する唯一のリング形状接合体を有する一体化した構造板を呈する。すなわち、積み重ねられた板の最上部および積み重ねられた板の最下部の各パンケーキは、他の（定型）パンケーキの接合体に電気的に結合されるその外径またはその内径のいずれかに接合体を有する内面と、接合体を有さない平行な外面とを有する。
【0058】
[0074]図４Ａおよび図４Ｂの例で、両方の末端パンケーキ４３０、４３２は、ＯＤに、ただしそれらの内面のみに、それぞれの接合体４３４、４３６を有する。末端パンケーキ４３０、４３２のリング形状の接合体４３４、４３６は、同一の導体の導電性の板と連続的に接続され、半径方向で外向きに、通常はＨＴＳ電流リード（例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示すような導電体４０６）の方向に延在している。ＨＴＳテープスタックは、接合体のリングの内部から始まり、接合体の溝において３６０度のループを形成し、その後、拡張板の溝に入って収まる。それによって、パンケーキのそれぞれ（定型と末端の両方）は、その１つまたは複数の接合体によって、１つまたは２つの近くのパンケーキのいずれかの接合体に電気的に結合され、それにより、パンケーキのそれぞれにＨＴＳテープを含む動作電流路を形成する。
【0059】
[0075]いくつかの実施形態によれば、ＩＤおよびＯＤの接合体は、連続した円形リングの形状で実行されると上述したが、接合体は、代替として、不連続の板として構成され、それぞれのパンケーキからの拡張部として形成され、パンケーキを中心として位置決めされてもよく、それによってアセンブリにおいて嵌合し、上述したように、コールドマスアセンブリにおいて個々に、または一度に１つの接合体ずつ、または全てを一緒に加圧され、固定され得る。
【0060】
[0076]いくつかの実施形態によれば、パンケーキは、互いに独立しており、接合体でのみ電気動作のために接続されるため、個々のパンケーキの形状は、隣り合ったパンケーキの接合体が嵌合面を有する限り、異なることが可能である。一般に、コールドマスおよびＨＴＳ巻き線は、ソレノイドまたはレーストラックとして成形可能であり、またはそれらのいずれかとトポロジ的に合致する異なる形状を有することが可能である。したがって、パンケーキのうちの少なくとも２つは、異なるサイズまたは異なる形状を有してもよい。なお、当業者は、本明細書で開示された概念および技法から逸脱せずに、他のサイズまたは形状を考え出し得ることが予想される。
【0061】
[0077]いくつかの実施形態によれば、コールドマスは、接合体によってまだ埋められていない空間におけるパンケーキ間に挿入された熱伝導性（例えば、銅、アルミニウム、銀、金、グラファイトなど）の冷却板によって伝導冷却されてもよい。図４Ａおよび図４Ｂの例で、銅冷却板４５０は、隣り合った定型パンケーキ４２２と４２４との間に配置され、交互のパンケーキと冷却板のこの設計は、図示するように、マグネットアセンブリ４００全体において繰り返される。いくつかの実施形態では、銅冷却板は、パンケーキ間の電気的短絡を防止するように電気絶縁されてもよい。この絶縁は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または類似のものなどの電気絶縁体の層で各面を被覆し、その絶縁体を固化することによって実現され得る。なお、他のコーティングも使用され得ることを理解されたい。
【0062】
[0078]銅冷却板４５０のそれぞれは、熱伝導性でもよく、冷却板を冷却装置に熱的に結合するために、パンケーキ間から電気絶縁体の層を介して端子へ渡るように配置され得る。図４Ａおよび図４Ｂの例で、銅冷却板４５０は、冷却装置の端子４７０と熱接触する端子４５２を有する。このように、パンケーキのそれぞれは、冷却板のうちの１つまたは２つのいずれかと隣り合っており、パンケーキが動作温度まで冷却可能とし、パンケーキがパンケーキで発生した熱を熱伝導によって冷却装置へ伝達可能とする。具体的には、各末端パンケーキは、冷却板のうちの１つと隣り合っており、各定型パンケーキは冷却板のうちの２つと隣り合っている。
【0063】
[0079]いくつかの実施形態によれば、ＨＴＳが構造隔壁の貫通接続スリットを貫通している場合、貫通接続におけるあらゆる間隙を埋めるために、ＨＴＳテープ以外の追加材料が供給されてもよい。この追加材料は、マグネットの動作中に圧力および／または他の力によって引き起こされた変形に起因するテープの劣化を軽減し得る。スリット中のＨＴＳテープは比較的薄い場合があるため、変形の影響を特に受けやすい場合があり、貫通接続に配置された「シミング」材料を追加することによって、そのような変形を回避し得る。
【0064】
[0080]図５は、いくつかの実施形態による、ＨＴＳテープに加えて、シムを備える貫通接続スリットの写真である。図５の例で、上板が取り除かれ、上記の様々な実施形態で説明するようにＨＴＳテープが隔壁内部および隔壁間に巻かれた状態のマグネットが示される。図５の例で、隔壁５２０は、ＨＴＳテープ巻き線の領域５１２からＨＴＳテープ巻き線の領域５１１を分離し、このＨＴＳテープは隔壁５２０のスリットを貫通する。図５の例で、隔壁５２０は図３Ｃに示すような種類のものであり、この隔壁は、ほぼ１回の全巻回を有するらせんの形状を有する。追加のシミング材料５２２および５２３は、ＨＴＳテープ５１８の巻回が隔壁５２０を通過する時に他のやり方で出現し得る間隙を埋めるために、隔壁のいずれかの側で挿入される。
【0065】
[0081]シミング材料５２２および５２３は、ＨＴＳテープの追加の小片、および／または導電性の材料の追加のストリップ（例えば、銅のストリップおよび／または鋼のストリップ）を含み得る。各種の材料の複数のストリップが必要に応じて挿入されてもよい（例えば、ＨＴＳテープの複数のストリップ、銅テープの複数のストリップ、および鋼テープの複数のストリップが、単一のシムまたは「共巻き」として全てがともに挿入されてもよい）。
【0066】
[0082]図６は、いくつかの実施形態によるマグネットを組み立てる方法のフローチャートである。例示を目的として、図７に示すようなマグネットの分解組立図に関連して方法６００が説明されるが、方法６００は、図７の特定の部品を用いたマグネットの組立に限定されないことを理解されたい。特に図７は、円形隔壁と、円形スロットを有する円形構造板とを図示するが、方法６００は、任意の適切な形状の隔壁および板（スロットのない板、または円形以外のスロットを含む）を用いて実践され得る。
【0067】
[0083]図７の要素に関して、図は、図４Ａおよび図４Ｂに示されるマグネットアセンブリ４００、または図２Ｂおよび図２Ｃのマグネット２００に含まれるパンケーキなど、完全な定型パンケーキ５００における構造的および電気的な構成要素の分解組立図を示す。図７に示される設計は、パンケーキを作製してＨＴＳテープスタックをパンケーキの構造板に巻く便利なプロセスを促進する。ＨＴＳテープスタックは、図４Ａおよび図４Ｂと関連して上述されたようなテープスタックでもよい。末端パンケーキの製造も同様であり、異なる点は以下で指摘される。
【0068】
[0084]パンケーキは、構造板７１０の下方において、内径接合体７２０を最初に設置してボルト留めすることによって組み立てられ得る。ＨＴＳスタックは、ＩＤ接合体７２０における溝に前もってはんだ付けされていてもよく、または、任意で、動作６０２での接合体の設置後に適切な位置にはんだ付けされてもよい。組立プロセスにおけるこの段階で、ＩＤ接合体７２０の外側の半径方向の空間は開放されており、特に、下部構造板７１０のスロットに設置されている隔壁はない。
【0069】
[0085]動作６０４で、積み重ねられたＨＴＳテープは、その後、単一の面においてＩＤ接合体７２０から外向きに、すなわちカセットリールにテープが巻かれるのと同様にして巻かれ得る。この「リール間」の手法によって作製されるＨＴＳテープのリールからパンケーキへの巻き線は、巻き線プロセスを大幅に単純化する。巻き線は、堆積された半径方向の構造が第１の隔壁７３０のスロット７１２に到達するまで継続する。
【0070】
[0086]任意で、第１の隔壁７３０は、下部構造板７１０に固定されるのではなく、巻き線プロセス中に挿入可能でもよい。そのような場合、隔壁は、動作６０６でＩＤ接合体７２０の周りへのＨＴＳテープの巻き線中の適切なタイミングで第１の隔壁スロット７１２に挿入されてもよい。そのような場合、隔壁７３０は、下部構造板７１０のスロット７１２に挿入されてもよく、それによってテープと隔壁７３０との間の間隙は可能な限り小さくなる。円形（管状）の巻き線の場合、これは、上記の間隙を最小限にする最良の方位角位置に、すなわち、動作６０８でＨＴＳテープの円周方向の巻き線がスロット７１２にまさに達した位置にその貫通接続を配置するために隔壁７３０を回転させることによって実現される。
【0071】
[0087]動作６１０で、上述した任意の局所共巻き材料（例えば、銅、鋼および／またはＨＴＳテープ）が遷移領域におけるキンクの形成を軽減するＨＴＳテープスタックは、隔壁７３０における間隙を通って隔壁７３０の外径へ駆動されてもよく、その後、隔壁７３０は、スロット７１２内で回転され、隔壁７３０内部の容積がテープで全体的に埋められるまで、貫通接続を通ってテープを送る。この時、隔壁７３０は適切な位置に保持され、隔壁７３０の外側の周りで「リール間」巻き線が継続する。
【0072】
[0088]いくつかの実施形態によれば、第１の隔壁７３０ならびに他の隔壁７４０および７５０は、図３Ａ、図３Ｂ、または図３Ｃのいずれかに示すように、または貫通接続を有する他の構成を使用して、ＨＴＳテープスタックが貫通する貫通接続スリットを備える。
【0073】
[0089]動作６０４と任意で動作６０６、ならびに動作６０８および６１０の処理は、巻き線が外径接合体７６０の位置に到達するまで各隔壁７３０、７４０および７５０に対して繰り返されてもよい。その設置後、ＨＴＳテープスタック（共巻きを有する）は、ＯＤ接合体７６０における間隙に挿入され、はんだ付けされる。巻き線と隔壁７３０、７４０、７５０または接合体７２０、７６０との間の潜在的な間隙は、銅または鋼の個体によるシムが入れられてもよく、または１つまたは複数の薄テープシムで構成されてもよい。このように、各定型パンケーキの内部はモノリシックとなってもよく、ＨＴＳテープスタックは、半径方向力に対して適切な位置に固定される。
【0074】
[0090]いくつかの実施形態によれば、隔壁７３０、７４０、７５０のそれぞれは、ＨＴＳテープ巻き線の最上部の上に延在してもよく、すなわち、隔壁７３０、７４０、７５０は、巻かれたＨＴＳテープをわずかに上回る高さを有し得る。そのような場合、上部構造板で最終的に覆われる前に、巻かれたＨＴＳテープの上方の空間にインジウムの層が追加され得る。最終的に、ＨＴＳテープ、隔壁、および接合体の最上部と同一平面で上部構造板７７０が設置される。設置中に、隔壁７３０、７４０、７５０は、下部構造板７１０のスロット７１２、７１４、７１６と同一の半径方向位置に存在する、上部構造板７７０の下側のスロットに挿入され、それにより、動作中に蓄積された半径方向力に対して隔壁への支持を提供する。
【0075】
[0091]末端パンケーキの作製は、ＯＤ接合体７６０および銅拡張板の挿入と、接合体の溝へのＨＴＳテープスタックのはんだ付けとを含み得る。
【0076】
[0092]したがって、磁界を生成するために巻かれたテープを保持するためのハウジングが開示される。このハウジングは、１つまたは複数の第１の円形スロット７１２、７１４、７１６を有する第１の構造板７１０を備える。ハウジングは、さらに、１つまたは複数の隔壁７３０、７４０、７５０を備えており、そのような隔壁のそれぞれは、隔壁の内径から隔壁の外径へテープを巻くための貫通接続を有する。各隔壁７３０、７４０、７５０は、第１の円形スロットのうちの対応スロットに挿抜可能および回転可能に挿入される。すなわち、スロットが円形であり、隔壁がスロット内に収納されるように設計されているため、隔壁は、有益なことに、各スロット内で回転可能であり、それによってそれらの貫通接続は、所望の方位角位置を有し、巻き線を容易にする、すなわち、スロットにおいて貫通接続を回転させて、隔壁内部の容積全体がテープで確実に埋められるようにする。ハウジングは、さらに、１つまたは複数の第２のスロットを有する第２の構造板７７０を備えており、各隔壁が第２のスロットのうちの対応スロットに挿抜可能に挿入される。隔壁７３０、７４０、７５０のうちの１つは、図３Ａ～図３Ｃに示される構成３１０、３２０、または３３０のいずれか、または隔壁の一方の側から他方の側へ巻かれたテープを渡すことを容易にする任意の他の構成に従って貫通接続スリットを有し得る。
【0077】
[0093]すなわち、マグネットを形成するために伝導性テープを巻く方法が開示される。方法６００は、１つまたは複数の円形スロット７１２、７１４、７１６を有する表面を有し、その内径に第１の電気的接合体７２０を有する第１の構造板７１０を設けるステップを含む。この方法は、次に、任意で、第１の電気的接合体７２０に伝導性テープが物理的および電気的に結合される動作６０２を含む。方法は、動作６０４に進み、伝導性テープが円形スロット（例として円形スロット７１２）のうちの１つに到達するまで、第１の構造板７１０の表面上に伝導性テープを円状に巻く。次に、方法は、任意で、円形スロット７１２の１つに、貫通接続スリットを有する隔壁（例として隔壁７３０）を挿抜可能に挿入される動作６０６を含み、ここで隔壁７３０は、円形スロット７１２の１つの内部で任意で回転されてもよく、それによってその貫通接続が、巻かれた伝導性テープの方位角位置と整列する。方法は動作６０８に進み、ＨＴＳテープは貫通接続スリットと整列され（隔壁を回転させる、または他のやり方による）、その後、動作６１０で、第１の構造板７１０の表面上に、貫通接続を通って隔壁７３０の外径の周りに伝導性テープが巻かれ、それにより伝導性テープと隔壁７３０との間の間隙を最小限にする。
【0078】
[0094]上記方法は、続けて、１つまたは複数の円形スロットの各追加スロットに対して（例として、隔壁７４０および７５０を使用して、それぞれ追加円形スロット７１４および７１６に対して）、動作６０４～６１０を繰り返してもよい。第１の構造板７１０がその外径に第２の電気的接合体（例として接合体７６０）を有する場合、上記方法は、伝導性テープを第２の電気的接合体７６０に物理的および電気的に結合するステップを含み得る。上記方法は、巻かれた伝導性テープに隣り合ってインジウムの層を追加するステップをさらに含み得る。
【0079】
[0095]方法６００は、いくつかの実施形態では、第２の円形スロットを有する表面を有する第２の構造板（例として、板７７０）をさらに設けて、巻かれた伝導性テープと同一平面に第２の構造板７７０を配置することによって、隔壁（この場合、隔壁７３０）が第２の円形スロットに挿抜可能に挿入されることによって、完全な構造的ハウジングと巻かれたテープとを有するパンケーキを作製し得る。なお、第２の構造板が追加隔壁（例として、隔壁７４０および７５０）を収容するスロットを有してもよく、第２の構造板７７０を配置することは、さらに、それらの追加隔壁を第２の構造板の対応スロットに挿抜可能に挿入し得ることを理解されたい。上述したように、伝導性テープは、銅、鋼、または銅および鋼の両方と共巻きされる。
【0080】
[0096]図８は、図４Ａ～図４Ｂに示されるマグネットアセンブリ４００などのマグネットアセンブリで使用され得る末端パンケーキ８００の斜視図である。末端パンケーキ８００は、構造板８０２と、導電体８０６を介してマグネットアセンブリとの間で電流を運ぶために使用される単一の電気的接合体８０４とを含む。末端パンケーキ８００は、その外径に沿った電気的接合体８０４とともに示される。上述したように、さらに、その内径に沿って、例えば、奇数の定型パンケーキを有するマグネットアセンブリで使用される単一の接合体を有する末端パンケーキを設けることが企図される。そのような代替の末端パンケーキは、外部回路への結合のために、内径から半径方向で外向きに導電体を必要とする場合があり、当業者は、そのような導体を作製する手法を理解すると思われる。
【0081】
[0097]連続したパンケーキ間電気路は、その全長にわたって、スタックの内径と外径との間で交互になるため、それに応じて成形された２種類の銅冷却板が存在する。したがって、図９は、例えば、図４Ｂに示されるような電気結合４４４におけるパンケーキ４１０と４１２との間の接続、ならびにパンケーキ４１４と４１６との間、パンケーキ４１８と４２０との間、およびパンケーキ４２２と４２４との間の同様の接続間など、電気結合界面９１０によって図示されるようにその内径に沿って嵌合されるパンケーキ間で使用される銅冷却板９００を示す。特に、銅冷却板４５０は、図９の銅冷却板９００として実施され得る。なお、末端パンケーキがその内径に沿ってリング形状の電気的接合体を有し定型パンケーキと嵌合する設計において、銅冷却板９００または同様の設計の板は、界面において使用されるべきであることを理解されたい。
【0082】
[0098]同様に、図１０は、例えば、図４Ｂに示されるような電気結合４４６におけるパンケーキ４１２と４１４との間の接続、ならびにパンケーキ４１６と４１８との間、およびパンケーキ４２０と４２２との間の同様の接続など、電気結合界面１０１０によって図示されるようにその外径に沿って嵌合されるパンケーキ間で使用される銅冷却板１０００を示す。特に、銅冷却板４５４は、図１０の銅冷却板１０００として実施され得る。末端パンケーキ４３０および４３２のそれぞれが単一のリング形状の接合体を有する図４Ａおよび図４Ｂの例示的な設計において、銅冷却板１０００は、パンケーキ４３０と４１０との間、およびパンケーキ４２４と４３２との間の結合のために使用され得る。
【0083】
[0099]なお、奇数の定型パンケーキを有する設計において、一方の末端パンケーキは、その内径に沿って電気的接合体を有し、他方の末端パンケーキは、その外径に沿って電気的接合体を有することを理解されたい。そのような場合、第１の末端パンケーキは、銅冷却板９００と隣り合っており、第２の末端パンケーキは、銅冷却板１０００と隣り合っている。
【0084】
[00100]いくつかの実施形態によれば、マグネットアセンブリが真空状態の時に熱伝導性を高め、ＨＴＳテープが取り入れられたパンケーキの冷却を促進するために、パンケーキのうちの１つと、隣り合って積み重ねられた冷却板との間に、熱伝導性の部材が挿入され得る。例として、その熱伝導性部材は、インジウムフォイルでもよく、または英国マンチェスター州のＭ＆Ｉ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｌｉｍｉｔｅｄによるアピエゾン（登録商標）Ｎグリースなどの極低温高真空グリース、または導電線のメッシュでもよい。
【0085】
[00101]図４Ａ～図４Ｂに示されるマグネットアセンブリ４００の作製を完了するために、動作要件に適切な数を有する定型および末端パンケーキが、上述したように絶縁銅冷却板とともに積み重ねられ、中間冷却板を用いたパンケーキのスタックは、その内径およびその外径の両方においてボルトによってともに連結され得る。任意で、マグネットアセンブリ４００は、スタックの最上部および最下部に追加構造板４８０、４８２を含み、それらは互いにボルト留めされ、積み重ねられた板は、代わりに（または追加して）それらのさらなる構造板４８０、４８２によってともに加圧される。その後の時点で、マグネットアセンブリ４００は、締め付けボルトを取り外して個々のパンケーキを分離することによって、分解され得る。その後、必要に応じて、異なる動作磁界を実現するために、コールドマスが、より多いまたはより少ない定型パンケーキを用いて再度組み立てられ得る。したがって、マグネットアセンブリ４００の設計は、有益なことに、モジュラーと伝導冷却との両方が可能で、組立および分解が容易になることと、図４Ａおよび図４Ｂに示される実施形態において１０個のパンケーキと９個の冷却板の使用が例に過ぎないこととを理解されたい。
【0086】
[00102]したがって、複数の冷却板（そのうちの冷却板４５０および４５４は例）を含み、冷却板のそれぞれが冷却板を冷却装置４７０に熱的に結合するための端子（例えば、端子４５２）を有するマグネットアセンブリ４００が開示される。図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、複数のパンケーキおよび複数の冷却板が交互にスタックに配置され、スタックにおけるパンケーキのそれぞれは、スタックにおける１つまたは２つのいずれかの近くのパンケーキの接合体に対してその１つまたは複数の接合体によって電気的に結合され、それにより、パンケーキのそれぞれにおいてＨＴＳテープを含むスタックを通る動作電流路を形成し、パンケーキのそれぞれは、冷却板のうちの１つまたは２つのいずれかと隣り合って熱的に結合される。
【0087】
[00103]マグネットアセンブリ４００の動作に関して、動作電流は、導体における所与の動作温度および最大磁界に特化したＨＴＳテープスタックの通電容量によって定義され得る。ピーク磁界は巻回間で異なるため、任意で、スタックにおけるテープの数を変化させることによって、ＨＴＳテープスタックの傾斜をもたらしてもよい。これは、マグネットアセンブリ４００におけるテープの総量を減少させる上で役立つ。説明のため、磁界がＩＤにおいて高くＯＤにおいて低いため、ＨＴＳテープの臨界電流は、外径（ＯＤ）よりも内径（ＩＤ）の法が小さい。その差を補償するために、ＩＤではより多くのテープが必要であり、すなわちＨＴＳテープスタックは「傾斜」がつけられる。これは、最大の必要数のテープを用いてＩＤにおいて巻き線を開始し、その後、所与の半径方向位置においてテープのいくつかを終端させることによって実現され、これは上述したように巻き線のプロセスにおいて行われ得る。なお、この簡略化した説明はテープ面に対する磁界の方向への臨界電流の依存性の原因を明らかにしていないが、本開示に関しては十分であることに留意されたい。
【0088】
[00104]マグネットアセンブリ４００を動作させるために、非制御クエンチとともに、充電、定常状態、低速および高速放電という、いくつかの公称モードが存在する。それらのモードのそれぞれを以下に説明する。
【0089】
[00105]充電および低速放電モードは、外部電源（不図示）によって制御された輸送電流を変化させることによって行われる。絶縁ケーブルが巻かれた従来のマグネットとは異なり、非絶縁マグネットの充電は非常に長くかかり、誘導電圧駆動の巻回間電流共有および結果的な加熱によって駆動される。充電速度ｄｌ／ｄｔが速いほど、それらの放射状の電流が強くなり、コールドマス構造およびＨＴＳテープの温度上昇を避けるために、構造内部に蓄積されたより大きな抵抗加熱パワーが伝導冷却によって除去される必要がある。充電を速めるために、このマグネットアセンブリ４００では、最も高い許容値で最も温かい位置（すなわち冷却源から最も離れた位置）で測定された温度を維持するために、充電速度が制御されて動的に調整され得る。最も高い許容温度は、ピーク磁界と温度との電流組み合わせに関して、臨界電流に対する輸送電流の近似によって定義される。
【0090】
【0091】
[00107]高速な放電は、緊急の状況においてマグネットアセンブリ４００の電流と磁界を零に駆動するために使用される。これは、電流供給回路を開放することによって実現される。この動作は、軸方向で最も外側のパンケーキの半径方向で最も外側の巻回において強力な誘導渦電流をトリガし、マグネットアセンブリ４００における磁束を保護する傾向にある。外径接合体４０２は、それらの電流の便利な周回経路を形成し、巻き線の縁に沿って実質的に均一な加熱を促進する。この熱線は、マグネットアセンブリ４００内に半径方向でより深く伝搬し、パンケーキ全体がクエンチされるまでＨＴＳテープの巻回を１つずつクエンチする。この時、輸送電流の大部分が、その経路を、らせんＨＴＳテープの巻き線に方位的に沿う経路から構造板とＨＴＳテープ自体（例えば、米国インディアナ州ココモのＨａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．のハステロイ（登録商標）ニッケル系合金などの耐食合金でもよい）の基板とを含むより高抵抗の経路を半径方向で介する経路へ変化させる。クエンチされたパンケーキの損失磁束は、次のパンケーキによって得られ、それにおいて同様のプロセスをトリガする。このプロセスは、全パンケーキがクエンチされるまで続き、全ての保存された電磁エネルギーが熱の形態でコールドマスに蓄積される。
【0092】
[00108]マグネットをクエンチするこの方法の利点は、クエンチが開始され、予測可能な、非常に均一に伝搬し、局所的な過熱箇所を形成しないことである。これは、基本的に、誘導電流のための経路を形成する接合体に起因して実現される。クエンチ時間は、マグネットアセンブリ４００のサイズに応じて決定され、非常に高速で、１秒未満となることが予想される。これは、外部抵抗器を介して電流をダンプすることによってクエンチされる、本発明が属する分野で知られている絶縁マグネットとは異なる。この場合、クエンチ時間は、端子電圧によって定義され、通常非常に長い。非絶縁マグネットにおけるクエンチの顕著な特徴は、マグネットを備える構成要素間で生成される１Ｖ以下のオーダの低電圧である。この特徴は、要件を絶縁まで顕著に減少させ、上述した絶縁手法の使用を可能とする。
【0093】
[00109]制御されていないクエンチは、何らかの理由で輸送電流が臨界電流を超える、クエンチ開始帯の局所的な形成によって通常発生する。非絶縁マグネットにおいて、本設計を含めて、この状況は、直列巻き線電流の一部を局所的に放射状に再分散させ、それによって磁束分布を変化させ、制御されたクエンチによる緊急遮断のための上述した条件と同様の条件を創出する。銅接合体の形態における銅クラッディングは、同様の目的を満たし、本設計において、より制御されたクエンチ伝搬に繋がり、結果としてより均一なジュール加熱となる。あるいは、十分な冷却パワーがあれば、常伝導帯は、超伝導状態に戻ることができる。
【0094】
[00110]いくつかの実施形態によれば、マグネットアセンブリのコールドマスは、断熱真空によって囲まれ、クライオスタットに封入されてもよく、熱輻射シールドがクライオスタット壁とコールドマスとの間に挿入される。伝導冷却は、極低温液体の連続流を利用するクライオクーラ、クライオ冷蔵庫、熱交換器によって、または他の従来使用されてきた手法で実現され得る。ただし、一般に、冷却装置は、コールドマスで生成された熱エネルギーのためのヒートシンクとして動作する。さらに、冷却装置は、その断熱とともに、マグネットのコールドマスの動作温度への冷却をもたらし、マグネットアセンブリの充電／放電を促進し、動作中、さらに必要に応じて輸送中にマグネットアセンブリを物理的に支持する。
【0095】
[00111]これに関連して、図１１Ａは、冷却装置１１１０の一部に結合されるマグネットアセンブリ１１００の破断図であり、図１１Ｂは、マグネットアセンブリ１１００を囲む異なる熱保護層を強調した部分１１１０を示す図である。マグネットアセンブリ１１００は、例えば、図４Ａおよび図４Ｂのマグネットアセンブリ４００でもよい。
【0096】
[00112]断熱は、いくつかの形態で実現される。第１の形態は、例えば１０－４トル未満の圧力でもあり得る、クライオスタットを断熱真空へポンプ出力することを含む。第２の形態は、クライオスタット壁温度とコールドマス温度との間の何らかの中間温度まで冷却された熱輻射シールド１１２０をコールドマスの周りに設置することを含む。第３の形態は、図１１Ｂでより詳細に示す多層断熱材（ＭＬＩ）１１３０で、コールドマスおよび輻射シールド１１２０を包むことを含む。
【0097】
[00113]マグネットアセンブリ１１００および全コールドマスを囲む輻射シールド１１２０は、冷却の中間温度源と良好な熱接触を有する熱伝導性の金属、通常、銅を含む。この冷却源は、個別のクライオクーラ、またはマグネットを冷却するクライオクーラの第１の段、またはクライオ冷蔵庫からの液体窒素または極低温ガスなどの必要な温度および冷却パワーの任意の他の発生源、またはそれらの任意の組み合わせでもよい。
【0098】
[00114]輻射シールド１１２０の位置におけるフリンジ磁界と、マグネットクエンチ中の磁界の変化速度とに応じて、輻射シールド１１２０は、シールド１１２０の材料における渦電流を制限するため、さらにクエンチしているマグネットとシールド１１２０との間で相互作用するローレンツ力を制限するために一部１１２２が電気絶縁のために切断され得る。そのような力は、輻射シールド１１２０を変形、または破壊までする場合がある。シールド１１２０の熱伝導性材料は、同様の理由により、強い金属または非金属構造によって補強され得る。
【0099】
[00115]非常に高速で１秒未満のクエンチ発生時間は、本明細書で開示された非絶縁コイルに特化したものである。この時間において、コイル電流と、この電流によって生成される高磁界は、その動作値から零へ変化する。これらの変化は、結果として、輻射シールド１１２０において強いローレンツ力を発生させる可能性があり、非常に強力なので、上述したものと同様な一般的な手段は、クエンチ中にシールド１１２０の保全性を保護するのに十分ではない。
【0100】
[00116]ここで図１１Ｂを参照すると、開示される冷却装置において輻射シールド１１２０に作用する渦電流と力とを減少および制限するために、輻射シールド１１２０の伝導性材料（例えば、銅）は、少なくとも一部１１２２において狭いストリップに切断される。これらのストリップのサイズは、シールド１１２０の構造に対する許容できる力によって決定される。部分１１２２におけるストリップは、互いに電気絶縁される。例として、ストリップは、間に０．５～１．０ｍｍの絶縁間隙を有する１０ｍｍ幅の銅ストリップとして実施され得る。ストリップは、ファイバーグラスＧ１１－ＣＲなどの非導電性材料で形成され得る下に置かれたシールド構造１１２４に結合される。あるいは、クエンチ中に生成された力が許容する場合、下に置かれたシールド構造１１２４は、ステンレス鋼などの低導電性であるが強力な金属で形成され得る。
【0101】
[00117]部分１１２２における銅ストリップの、シールド１１２０の構造体１１２４への結合は、接着、リベット締め、またはねじ留めによって実現され得る。電気絶縁膜は、存在する場合にステンレス鋼体から銅ストリップを絶縁するために使用され得る。マグネットアセンブリ１１００の最上面および最下面の面に平行に輻射シールド１１２０へ取り付けられた任意のストリップは、シールド構造の外面に結合される必要がある。クエンチ中に、この位置では、ストリップがシールド構造へ、マグネットアセンブリ１１００に向かって押される。
【0102】
[00118]輻射シールド１１２０の少なくとも一部は、マグネットアセンブリ１１００から離れて位置し、磁界のレベルは、シールドの通常の設計を可能とする（すなわち、ストリップによって切断されない）。熱伝導性の銅ストリップは、囲んでいる真空における接合体の熱抵抗を低減するために、インジウムのシムまたアピエゾン（登録商標）Ｎグリースの適用により、シールドの熱伝導性の部分に結合される。
【0103】
[00119]変形例として、輻射シールド１１２０は、必要な形状の刷り込み銅ストリップを有するファイバーグラスのダッシュボードとして形成され得る。計装用線を配線するために、同様の回路基板が使用され得る。
【0104】
[00120]いくつかの実施形態では、温度降下と、温かいクライオスタット壁からの伝熱に起因するシールドに対する熱負荷を減少させるために、輻射シールド１１２０が多層断熱材（ＭＬＩ）１１３０で包まれる。ＭＬＩ１１３０は、クライオスタットの良好な熱的性能のために１０－５から１０－７トルの減圧の真空環境での断熱のために使用される。ＭＬＩ１１３０は、低放射率の輻射シールドと低熱伝導率のスペーサ材料との交互の層から成る。最も一般的に使用されている低放射率の輻射シールドは、シートの片側または両側に真空蒸着したアルミニウムコーティングを有するマイラー（登録商標）基板である。スペーサ材料は様々に異なることが可能で、最も一般的には、ポリエステルである。ＭＬＩ１１３０のブランケットは、例えば３２層など、多くの層から成ってもよく、多くの場合、２つのブランケットがシールドのより良好な断熱のために使用される。
【0105】
[00121]蒸着されたアルミニウムの厚さは、例えば３５０オングストローム、すなわち３．５＊１０－５ｍｍなど、非常に小さい。この例では、二重のアルミニウム処理された３２層を有するブランケットの中のアルミニウムの全体の厚さは、０．００２２４ｍｍである。同時に、蒸着材料は、およそ１０００以上の残留抵抗比（ＲＲＲ）を有する非常に高純度のアルミニウム（出版物で使用される表現に準じる）でもよい。ＲＲＲは、室温と約２０Ｋの極低温度とでの材料の抵抗の比率である。これらの特性は、輻射シールド１１２０の動作温度６０～８０Ｋにおいて、非電気絶縁マグネットのクエンチ中のＭＬＩブランケットにおける渦電流の複合効果が、輻射シールド１１２０に印加される有意の力を発生させることが可能であり、それをＭＬＩ１１３０のブランケットが包むことを意味する。この力は、輻射シールドを破損させる場合があり、さらにＭＬＩ１１３０も破損させる場合がある。
【0106】
[00122]高磁界、非電気絶縁マグネット冷却装置のために、ＭＬＩ１１３０のマイラー膜（または他の材料の膜）へのアルミニウムの堆積は、アルミニウム処理された膜の両側の異なる場所に位置する遮断物を有して行われる。それらの狭い遮断物は、アルミニウム処理された層をストリップに分割する際に必要な電気絶縁をもたらす。マグネットのクエンチ中に、それらの遮断物は、アルミニウム処理された膜における渦電流を制限し、シールド１１２０に印加されるローレンツ力を許容可能なレベルまで低減する。同時に、ＭＬＩ１１３０の熱的性能は、大幅に劣化していない。これは、アルミニウム膜における遮断物の微小な表面面積に起因し、二重のアルミニウム処理された膜において透明な場所がないためである。
【0107】
[00123]上記の説明は、コールドマスがドライの伝導冷却方式を使用して冷却されることを前提とする。あるいは、コールドマスは、クライオジェン貯留方式によって冷却されてもよく、その場合、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、水素などの極低温液体を含む密閉構造ケースによって囲まれる。後者の場合、当業者は、冷却装置設計におけるこの変更を実施するために、上述した特徴のいくつかを修正するやり方を理解するであろう。
【0108】
[00124]例示を目的として、図１２は、いくつかの実施形態による、例示的な被覆導体ＨＴＳテープの層の断面図である。以下の説明は、いくつかの実施形態では、マグネットまたはマグネットアセンブリ内に配置された上述のＨＴＳテープに適用可能である。希土類バリウム銅酸化物（「ＲＥＢＣＯ」）は、セラミック系ＨＴＳである。セラミック系ＨＴＳは１９８７年に最初に発見されたが、ＲＥＢＣＯのＨＴＳ伝導体の大規模製造は、依然として高性能を維持するＲＥＢＣＯの長尺ストランドを製造する際の困難性に起因し比較的最近まで可能でなかった。
【0109】
[00125]図１２は、被覆導体として作製されるＨＴＳテープ１２００の一例であり、ＨＴＳ層１２１０はＲＥＢＣＯの層である。上述したように、「ＲＥＢＣＯ」は、「ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ ｂａｒｉｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｏｘｉｄｅ」の頭字語である。本明細書で使用される場合、少なくともいくつかの場合、「ＲＥＢＣＯ」は、任意の希土類銅塩ＨＴＳをより一般的に指すために使用され得る。したがって、明示されない限り、バリウムはＲＥＢＣＯに存在してもよいが、その存在は必須ではない。ただし、図１２の例で、ＲＥＢＣＯ層はＨＴＳ層の一例として提供され、例示されている構造を特定のＨＴＳの使用に限定する意図はない。
【0110】
[00126]図１２の例で、例示的なテープ１２００は、さらに、バッファ層１２１２と、ハステロイ（登録商標）層１２１４と、それぞれがＲＥＢＣＯ層の上下両方に配置される銅層１２１６および銀層１２１８とを含む。この銅層は、「安定剤」層と呼ばれる場合がある。テープの例示的な寸法が図１２において示されており、テープは、およそ２～１２ｍｍの幅（Ｘ方向の大きさ）と、およそ０．１ｍｍの厚さ（Ｙ方向の大きさ）とを有する。
【0111】
[00127]いくつかの実施形態では、ＨＴＳテープは、１０、２０、４０、６０、８０、１００、１２０または１５０以上であるアスペクト比（厚さに対するテープの幅の比率である）を有し得る。いくつかの実施形態では、ＨＴＳテープは、１５０、１２０、１００、８０、６０、４０、２０または１０以下であるアスペクト比を有し得る。上記で言及した範囲の任意の適切な組み合わせ（例えば、６０以上および１００以下のアスペクト比）も可能である。
【0112】
[00128]いくつかの実施形態では、ＨＴＳテープは、０．００５ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、または０．２ｍｍ以上の厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、ＨＴＳテープは、０．５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、または０．０１ｍｍ以下の厚さを有し得る。上記で言及した範囲の任意の適切な組み合わせ（例えば、０．０１ｍｍ以上および０．１ｍｍ以下の厚さ）も可能である。
【0113】
[00129]図１３は、いくつかの実施形態による、核融合動力プラントの様々な構成要素を示す破断部分を有する動力プラントの三次元グラフィックである。核融合動力プラントは、上述したように作製されたマグネットまたはマグネットアセンブリを備え得る。図１３は、動力プラントの断面を示し、マグネットコイル１３１４と、中性子シールド１３１２と、中核領域１３１１とを含む。いくつかの実施形態によれば、マグネットコイル１３１４は、トロイダル磁場コイルでもよく、またはその一部を形成してもよい。いくつかの実施形態では、マグネットコイル１３１３は、上記で論じられ、説明されたように作製された超伝導マグネットから作製されてもよく、または他のやり方で含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、マグネットコイル１３１３は、中心ソレノイドおよび／または他のポロイダル磁界ソレノイド巻きコイルでもよく、またはその一部を形成してもよい。
【0114】
[00130]当業者は、本明細書で開示された概念、結果、および技法の他の実施形態を認識し得る。本明細書で記載される概念および技法もよって構成された超伝導マグネットが幅広い用途のために有益であり得ることが認識される。例えば、そのような一用途は、例えば、個体物理学、生理学、またはたんぱく質に対して核磁気共鳴（ＮＭＲ）研究を実行することである。他の用途は、小型の高磁界マグネットが必要とされる有機体またはその一部のメディカルスキャニングのために臨床的な磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）を実行することである。さらの他の用途は、大口径ソレノイドが必要とされる高磁界ＭＲＩである。さらに他の用途は、物理学、化学、および材料科学において磁気的研究を実行するためである。さらなる用途は、材料加工または調査のための粒子加速器、発電機、一般的に陽子線治療、放射線治療、および放射線発生のための医用加速器、超伝導エネルギー蓄積、磁気流体（ＭＨＤ）発電機、および採鉱、半導体作製、およびリサイクルなどの材料分離のためのマグネットにある。なお、上記の用途の列挙は徹底的なものではなく、本明細書で開示された概念、プロセス、技法がそれらの範囲から逸脱することなく適用されるさらなる用途が存在することを理解されたい。
【0115】
[00131]本明細書で使用される場合、「ＨＴＳ材料」または「ＨＴＳ超伝導体」という表現は、零の自己場において３０°Ｋを上回る臨界温度を有する超伝導材料を指す。
【0116】
[00132]このように、本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したが、様々な改変、修正、および改善は、当業者が容易に思いつくことを理解されたい。
【0117】
[00133]そのような改変、修正、および改善は、本開示の一部であることが意図され、本発明の趣旨および範囲内にあることが意図される。さらに、本発明の利点が示されるが、本明細書で説明される技術のそれぞれの実施形態が説明されたそれぞれの利点を含むわけではないことを理解されたい。いくつかの実施形態は、本明細書で有益であるとして説明されたいずれかの特徴を実施しない場合があり、いくつかの例で、説明された特徴のうちの１つまたは複数は、さらなる実施形態を実現するために実施され得る。したがって、上述の説明および図面は一例に過ぎない。
【0118】
[00134]上記の詳細な説明において、実施形態の様々な特徴は、本開示を合理化する目的で１つまたは複数の個々の実施形態においてともにグループ化される。本開示の方法は、請求項が本明細書で明示した特徴よりも多くの特徴を必要とするという意図を反映しているとして解釈されるべきではない。むしろ、新規の態様が、それぞれの開示される実施形態における全特徴よりも少ない特徴に存在する場合がある。
【0119】
[00135]本明細書で説明した技術の上述の実施形態は、多くの手法のうちのいずれかで実施され得る。本発明の様々な態様は、単独、組み合わせ、または上記で説明された実施形態で具体的に説明されていない様々な構成において使用されてもよく、したがって、その用途において上記の説明で記載され、または図面に示された詳細および構成要素の構成に限定されない。例えば、一実施形態で説明された態様は、他の実施形態で説明された態様と、任意のやり方で組み合わされ得る。
【0120】
[00136]また、本発明は、一例が提供された方法として具現化され得る。方法の一部として実行される動作は、任意の適切なやり方で順序が決定されてもよい。それに応じて、動作が図示される順序と異なる順序で実行され、例示的な実施形態における順次の動作として示される場合でも、いくつかの動作を同時に実行することを含み得る実施形態が構築され得る。
【0121】
[00137]さらに、いくつかの行動は、「ユーザ」によって実行されるとして説明される。なお、「ユーザ」は、単一個体である必要はなく、いくつかの実施形態では、「ユーザ」に起因する行動は、個人から成るチームおよび／またはコンピュータ支援ツールまたは他の機構と組み合わせた個人によって実行され得ることを理解されたい。
【0122】
[00138]請求項の要素を修飾するための請求項における「第１」、「第２」、「第３」などの順序を表す用語の使用は、方法の動作が実行される他の順序または時間的な順序に対する、１つの請求項の要素の何らかの優先度、優先順位または順序を単独で暗示するものではなく、請求項の要素を区別するために、特定の名称を有する１つの請求項要素を、（順序を表す用語の使用のために）同一の名称を有する他の要素から区別する表示としてのみ使用される。
【0123】
[00139]「およそ」および「約」という用語は、いくつかの実施形態では目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±５％以内、さらにいくつかの実施形態では目標値の±２％以内を意味するために使用され得る。「およそ」および「約」という用語は、目標値を含み得る。「ほぼ等しい」という用語は、いくつかの実施形態では互いに±２０％以内、いくつかの実施形態では互いに±１０％以内、いくつかの実施形態では互いに±５％以内、さらにいくつかの実施形態では互いに±２％以内である値を指すために使用され得る。
【0124】
[00140]「ほぼ」という用語は、いくつかの実施形態の比較測定の±２０％以内、いくつかの実施形態では±１０％以内、いくつかの実施形態では±５％以内、さらにいくつかの実施形態では±２％以内である値を指すために使用され得る。例えば、第２の方向に「ほぼ」垂直な第１の方向は、いくつかの実施形態では第２の方向とともに９０°の角度を形成する±２０％以内、いくつかの実施形態では第２の方向とともに９０°の角度を形成する±１０％以内、いくつかの実施形態では第２の方向とともに９０°の角度を形成する±５％以内、さらにいくつかの実施形態では第２の方向とともに９０°の角度を形成する±２％以内である第１の方向を指し得る。
【0125】
[00141]また、本明細書で使用される語法および用語は説明を目的としたものであり、限定するとしてみなされるべきではない。「含む」、「備える」、または「有する」、「含有する」、「伴う」、および本明細書におけるそれらの変形の使用は、その前に列挙される項目と、その等価物とともに、追加項目を包含することが意図される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】