JP6517112B2 - Superconducting lead structure - Google Patents

Superconducting lead structure Download PDF

Info

Publication number
JP6517112B2
JP6517112B2 JP2015168176A JP2015168176A JP6517112B2 JP 6517112 B2 JP6517112 B2 JP 6517112B2 JP 2015168176 A JP2015168176 A JP 2015168176A JP 2015168176 A JP2015168176 A JP 2015168176A JP 6517112 B2 JP6517112 B2 JP 6517112B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead
superconducting
electrode
electrode block
superconducting lead
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015168176A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017045895A (en
Inventor
鶴留 武尚
武尚 鶴留
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2015168176A priority Critical patent/JP6517112B2/en
Publication of JP2017045895A publication Critical patent/JP2017045895A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6517112B2 publication Critical patent/JP6517112B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

本発明は、超伝導リード構造体に関するものである。   The present invention relates to superconducting lead structures.

従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の超伝導リード構造体が知られている。この超伝導リード構造体は、テープ状の超伝導リードと、超伝導リードの両端部に接合される電極と、超伝導線材と電極とを含むリード本体を所定の電極間距離となるように位置決めした状態で収容する補強部材と、を備えている。   Conventionally, as a technology in such a field, a superconducting lead structure described in Patent Document 1 below is known. The superconducting lead structure positions the lead body including the tape-like superconducting lead, the electrodes joined to both ends of the superconducting lead, the superconducting wire and the electrode to have a predetermined distance between the electrodes. And a reinforcing member to be accommodated in the closed state.

特開2015-032612号公報JP, 2015-032612, A

上記のように、補強部材で超伝導リードをカバーすることにより、超伝導リードに対する不用意な機械的ダメージが避けられる。この場合、補強部材は電気絶縁性を有することが必要であるが、絶縁材料は一般的に超伝導リードに比較して非常に高い熱膨張率を示すので、超伝導リードと補強部材との熱膨張率の相違によって、冷却時或いは温度変動時にはリード本体に熱応力が発生する可能性がある。そして、この熱応力に起因して電極や超伝導リードに損傷が発生する可能性がある。   As described above, by covering the superconducting lead with the reinforcing member, careless mechanical damage to the superconducting lead can be avoided. In this case, the reinforcing member needs to have electrical insulation, but since the insulating material generally exhibits a very high coefficient of thermal expansion as compared to the superconducting lead, the heat between the superconducting lead and the reinforcing member Due to the difference in expansion coefficient, thermal stress may occur in the lead body during cooling or temperature change. Then, the thermal stress may cause damage to the electrode and the superconducting lead.

本発明は、超伝導リードをカバーすると共に、熱変動に伴う電極及び超伝導リードの損傷の可能性を低減する超伝導リード構造体を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a superconducting lead structure that covers the superconducting lead and reduces the possibility of electrode and superconducting lead damage due to thermal fluctuations.

本発明の超伝導リード構造体は、超伝導コイルに電流を供給する超伝導リード構造体であって、電流の経路上に設けられた第1電極及び第2電極と、第1電極と第2電極との間に架け渡され第1電極と第2電極とを電気的に接続する超伝導リードと、少なくとも第1電極と第2電極との間の領域の一部において超伝導リードを包囲する絶縁性のリード保護部と、を備え、リード保護部は、一端側が第1電極に対して固定され、他端側は第2電極に対しては非拘束状態とされている。   The superconducting lead structure of the present invention is a superconducting lead structure for supplying a current to a superconducting coil, and includes a first electrode and a second electrode provided on a current path, a first electrode, and a second electrode. A superconducting lead which is bridged between the electrodes and electrically connects the first electrode and the second electrode, and which surrounds the superconducting lead at least in part of the region between the first electrode and the second electrode The lead protective portion has one end side fixed to the first electrode and the other end side unconstrained to the second electrode.

この超伝導リード構造体では、リード保護部が第2電極には非拘束状態であるので、超伝導リードの熱変形によって第1電極と第2電極との間の距離が変動しても、その変動にリード保護部が追従する必要がない。よって、リード保護部と超伝導リードとの熱膨張率の相違に起因する熱応力の発生が抑えられ、熱変動による超伝導リードの損傷の可能性が低減する。   In this superconducting lead structure, since the lead protection portion is in a non-constrained state to the second electrode, even if the distance between the first electrode and the second electrode changes due to the thermal deformation of the superconducting lead, There is no need for the lead protector to follow the change. Therefore, the generation of thermal stress due to the difference in the thermal expansion coefficient between the lead protection portion and the superconducting lead is suppressed, and the possibility of damage to the superconducting lead due to thermal fluctuation is reduced.

超伝導リード構造体の具体的な構成として、リード保護部の他端と第2電極との間には間隙が形成されていることとしてもよい。   As a specific configuration of the superconducting lead structure, a gap may be formed between the other end of the lead protection portion and the second electrode.

また、本発明の超伝導リード構造体は、第1電極に取り付けられ第1電極を冷却する熱アンカー部を更に備えることとしてもよい。このように、第1電極が熱アンカー部により冷却される構成において、上述の構成が有効である。   Further, the superconducting lead structure of the present invention may further include a thermal anchor portion attached to the first electrode to cool the first electrode. As described above, in the configuration in which the first electrode is cooled by the thermal anchor portion, the above-described configuration is effective.

また、リード保護部の一端側が、第1電極と熱アンカー部との間に挟みこまれていることとしてもよい。本来、第1電極と熱アンカー部との電気的な絶縁を図る必要があるところ、上記構成によれば、第1電極と熱アンカー部との間の絶縁材をリード保護部が兼ねることができる。   In addition, one end side of the lead protection portion may be sandwiched between the first electrode and the thermal anchor portion. Essentially, it is necessary to electrically insulate the first electrode from the thermal anchor portion. According to the above configuration, the lead protection portion can also serve as the insulating material between the first electrode and the thermal anchor portion. .

本発明によれば、超伝導リードをカバーすると共に、熱変動に伴う電極及び超伝導リードの損傷の可能性を低減する超伝導リード構造体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a superconducting lead structure that covers the superconducting lead and reduces the possibility of damage to the electrode and the superconducting lead due to thermal fluctuations.

本発明の実施形態に係る超伝導リード構造体が適用されるサイクロトロンを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a cyclotron to which a superconducting lead structure according to an embodiment of the present invention is applied. 超伝導リード構造体の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a superconducting lead structure. 超伝導リード構造体及び熱シールド筒を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a superconducting lead structure and a heat shield pipe | tube. 変形例に係るリード保護部の下端付近を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows lower end vicinity of the lead | read | reed protection part which concerns on a modification. 他の変形例に係るリード保護部の下端付近を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the lower end vicinity of the lead | read | reed protection part which concerns on another modification.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same parts or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

図1に示されるサイクロトロン1は、本実施形態に係る超伝導リード構造体が用いられるものであり、平面視において鉛直な中心軸線Cを中心とする円形を呈する。図1において、中心軸線Cよりも左側は、中心軸線Cと荷重支持体12とを含む鉛直平面に沿った断面を示し、中心軸線Cよりも右側は、中心軸線Cと電流導入部20とを含む鉛直平面に沿った断面を示す。   The cyclotron 1 shown in FIG. 1 uses the superconducting lead structure according to the present embodiment, and exhibits a circular shape centered on a vertical central axis C in a plan view. 1, the left side of the central axis C shows a cross section along the vertical plane including the central axis C and the load support 12, and the right side of the central axis C shows the central axis C and the current introducing portion 20. It shows a cross section along the vertical plane that it contains.

図1に示されるように、サイクロトロン1は、イオン源(不図示)から荷電粒子を加速空間G内に供給し、加速空間G内の荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する横置きの円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子(重イオン)などが挙げられる。サイクロトロン1は、例えば荷電粒子線治療用の加速器として用いられる。   As shown in FIG. 1, the cyclotron 1 supplies charged particles from an ion source (not shown) into the acceleration space G, accelerates the charged particles in the acceleration space G, and outputs a charged particle beam. It is a circular accelerator. Examples of charged particles include protons and heavy particles (heavy ions). The cyclotron 1 is used, for example, as an accelerator for charged particle beam therapy.

サイクロトロン1は、イオン源の他に、超伝導電磁石装置5を備えている。超伝導電磁石装置5は、ポール3,4と、ヨーク6と、超伝導コイル7,8と、コイル支持枠(コイル支持体)9と、真空容器10と、を有する。   The cyclotron 1 includes a superconducting electromagnet device 5 in addition to the ion source. The superconducting electromagnet device 5 has poles 3 and 4, a yoke 6, superconducting coils 7 and 8, a coil support frame (coil support) 9, and a vacuum vessel 10.

ポール3,4は、超伝導コイル7,8の中心軸線(超伝導コイル7,8の巻き中心軸)C方向に離間して配置されている。なお、サイクロトロン1は、中心軸線Cが鉛直になるように配置され使用される。ポール3は、加速空間Gより上方に配置された上ポールであり、ポール4は、加速空間Gより下方に配置された下ポールである。また、ポール3,4間には、電極(ディ電極、不図示)が設けられている。この電極に高周波を付与することで、電場が形成される。   The poles 3 and 4 are spaced apart in the central axis line of the superconducting coils 7 and 8 (central axis of winding of the superconducting coils 7 and 8) C. The cyclotron 1 is used by being disposed so that the central axis C is vertical. The pole 3 is an upper pole disposed above the acceleration space G, and the pole 4 is a lower pole disposed below the acceleration space G. Further, an electrode (di electrode, not shown) is provided between the poles 3 and 4. By applying a high frequency to this electrode, an electric field is formed.

ヨーク6は、中空の円盤型のブロックであり、その内部にポール3,4及び真空容器10が配置されている。ヨーク6は、超伝導コイル7,8及びポール3,4で生成した磁力線が外部に漏れないようにするためのものである。   The yoke 6 is a hollow disk-shaped block, in which the poles 3 and 4 and the vacuum vessel 10 are disposed. The yoke 6 is for preventing the lines of magnetic force generated by the superconducting coils 7 and 8 and the poles 3 and 4 from leaking to the outside.

上側の超伝導コイル7は、中心軸線Cを中心としてポール3の外周を覆うように巻かれ、下側の超伝導コイル8は、ポール4の外周を覆うように巻かれている。超伝導コイル7および超伝導コイル8は、中心軸線C方向に並んで配置されコイル支持枠9に収容されている。超伝導コイル7,8は、超伝導線材を巻回した構成のコイル本体を有しており、超伝導線材として高温超伝導線材を用いてよい。高温超伝導線材として、酸化物超伝導体(例えばBi2223、Bi2212、Y123)や、MgB2等を用いてよい。なお、超伝導線材として低温超伝導線材を用いてもよい。超伝導コイル7,8は、例えば、内周側に内枠(または内巻枠)が設けられておらず、コイル(線材及び線材を固着する接着材)の内周面が他の部材によって接着・固定されていない空芯コイルである。コイル支持枠9は荷重支持体12を介してヨーク6に固定され支持されている。荷重支持体12は、中心軸線Cを中心として周方向に例えば4箇所に配置されている。   The upper superconducting coil 7 is wound around the central axis C so as to cover the outer periphery of the pole 3, and the lower superconducting coil 8 is wound so as to cover the outer periphery of the pole 4. The superconducting coil 7 and the superconducting coil 8 are disposed side by side in the central axis C direction and accommodated in the coil support frame 9. The superconducting coils 7 and 8 have a coil body of a configuration in which a superconducting wire is wound, and a high temperature superconducting wire may be used as the superconducting wire. As the high temperature superconducting wire, an oxide superconductor (for example, Bi2223, Bi2212, Y123), MgB2 or the like may be used. A low temperature superconducting wire may be used as the superconducting wire. In the superconducting coils 7 and 8, for example, the inner frame (or the inner winding frame) is not provided on the inner peripheral side, and the inner peripheral surface of the coil (the wire and the adhesive for fixing the wire) is bonded by another member -It is an air core coil which is not fixed. The coil support frame 9 is fixed to and supported by the yoke 6 via the load support 12. The load supports 12 are disposed at, for example, four locations in the circumferential direction around the central axis C.

真空容器10は、中心軸線Cを中心として円環状に延びるコイル収容部10aと、コイル収容部10aに連通して上下に延びる円筒状の支持体収容部10bと、コイル収容部10aに連通して上方に延びる円筒状の電極収容部10cと、を有する。コイル収容部10aには、コイル支持枠9に装着された状態の超伝導コイル7,8が収容されている。支持体収容部10bには、上記の荷重支持体12が収容されている。電極収容部10cには、外部から超伝導コイル7,8に電流を導入するための電流導入部20が収容されている。なお、サイクロトロン1は、正負一対の電流導入部20を備えるが、図1の断面上にはそのうちの1つの電流導入部20のみが現れている。一対の電流導入部20は、互いに同様の構成を備えているので、以下では、1つの電流導入部20の構成のみを各図に示して説明し、重複する説明を省略する。   The vacuum vessel 10 communicates with the coil accommodating portion 10a extending annularly around the central axis C, the cylindrical support accommodating portion 10b communicating with the coil accommodating portion 10a and extending vertically, and the coil accommodating portion 10a. And a cylindrical electrode storage portion 10c extending upward. The superconducting coils 7 and 8 attached to the coil support frame 9 are accommodated in the coil accommodating portion 10a. The load support 12 described above is accommodated in the support accommodating portion 10 b. The electrode accommodating portion 10 c accommodates a current introducing portion 20 for introducing a current to the superconducting coils 7 and 8 from the outside. The cyclotron 1 is provided with a pair of positive and negative current introducing parts 20, but only one of the current introducing parts 20 appears on the cross section of FIG. Since the pair of current introducing units 20 have the same configuration, in the following, only the configuration of one current introducing unit 20 is shown and described in each drawing, and the overlapping description is omitted.

また、真空容器10には、超伝導コイル7,8を冷却するための冷凍機13が接続されている。冷凍機13は、例えば、GM冷凍機であり、超伝導コイル7,8を例えば4Kに冷却することができる。冷凍機は、GM冷凍機(Gifford-McMahon cooler)に限定されず、例えばスターリング冷凍機を始めその他の冷凍機でもよい。   Further, a refrigerator 13 for cooling the superconducting coils 7 and 8 is connected to the vacuum vessel 10. The refrigerator 13 is, for example, a GM refrigerator, and can cool the superconducting coils 7 and 8 to, for example, 4K. The refrigerator is not limited to the GM refrigerator (Gifford-McMahon cooler), and may be, for example, a Stirling refrigerator or another refrigerator.

電極収容部10cの上面には、電流を導入するための入力端子15が、真空容器10の外部に露出するように設けられている。電流導入部20は、超伝導コイル7,8に電流を導く超伝導リード構造体25と、超伝導リード構造体25と入力端子15とを接続する銅板23とを備えている。外部の電源から入力端子15を通じて入力される電流は、銅板23及び超伝導リード構造体25を介して超伝導コイル7,8に送られる。超伝導リード構造体25の一部は、熱シールド筒27の内側に収納されている。熱シールド筒27は、電極収容部10c内に収容されており、電極収容部10cの途中の高さの位置まで延びる円筒形状をなしている。熱シールド筒27は、冷凍機13の低温ヘッド(図示せず)に接続されており、熱シールド筒27は約50Kに冷却されている。熱シールド筒27は、例えば銅からなる。   An input terminal 15 for introducing a current is provided on the upper surface of the electrode housing portion 10 c so as to be exposed to the outside of the vacuum vessel 10. The current introducing unit 20 includes a superconducting lead structure 25 for guiding current to the superconducting coils 7 and 8, and a copper plate 23 for connecting the superconducting lead structure 25 and the input terminal 15. The current input from the external power source through the input terminal 15 is sent to the superconducting coils 7 and 8 through the copper plate 23 and the superconducting lead structure 25. A part of the superconducting lead structure 25 is housed inside the heat shield cylinder 27. The heat shield cylinder 27 is housed in the electrode housing portion 10c, and has a cylindrical shape extending to a position halfway along the electrode housing portion 10c. The heat shield cylinder 27 is connected to a low temperature head (not shown) of the refrigerator 13, and the heat shield cylinder 27 is cooled to about 50K. The heat shield cylinder 27 is made of, for example, copper.

続いて、図2及び図3を参照しながら超伝導リード構造体25について説明する。超伝導リード構造体25は、電流経路上に設けられた第1電極ブロック31(第1電極)と、第2電極ブロック32(第2電極)と、超伝導リード35と、を有している。更に超伝導リード構造体25は、鉛直支柱37を有している。第1電極ブロック31の上端部には、前述の銅板23の下端部が接続されている。第2電極ブロック32の下端部は、他の電極類を介して超伝導コイル7,8に接続されている。第1電極ブロック31と、第2電極ブロック32とは、銅製であり平面視で四角形を呈する。第1電極ブロック31と第2電極ブロック32とは、ステンレス製の鉛直支柱37で連結されている。超伝導リード35は、鉛直支柱37に平行に延び、第1電極ブロック31と第2電極ブロック32との間に架け渡され、第1電極ブロック31と第2電極ブロック32とを電気的に接続している。超伝導リード35は、ビスマス系等の超伝導材料からなる。   Subsequently, the superconducting lead structure 25 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The superconducting lead structure 25 has a first electrode block 31 (first electrode) provided on a current path, a second electrode block 32 (second electrode), and a superconducting lead 35. . The superconducting lead structure 25 further includes a vertical support 37. The upper end of the first electrode block 31 is connected to the lower end of the copper plate 23 described above. The lower end portion of the second electrode block 32 is connected to the superconducting coils 7 and 8 through other electrodes. The first electrode block 31 and the second electrode block 32 are made of copper and have a square shape in plan view. The first electrode block 31 and the second electrode block 32 are connected by a vertical support post 37 made of stainless steel. The superconducting lead 35 extends parallel to the vertical support column 37, is bridged between the first electrode block 31 and the second electrode block 32, and electrically connects the first electrode block 31 and the second electrode block 32. doing. The superconducting lead 35 is made of a superconducting material such as bismuth.

超伝導リード35は、薄板状をなし機械的強度も比較的小さいので、超伝導リード35は物理的に保護されることが好ましい。このため、超伝導リード構造体25は、少なくとも第1電極ブロック31と、第2電極ブロック32との間の領域において超伝導リード35を包囲するリード保護部41を備えている。リード保護部41は、例えばGFRP(ガラス繊維強化プラスチック)等の電気絶縁性の材料からなる。リード保護部41は、超伝導リード35に平行な方向に延びる四角筒状をなし、リード保護部41の中空部に超伝導リード35及び鉛直支柱37が収容されている。リード保護部41の上端部が第1電極ブロック31に固定されており、リード保護部41の上端部の内周面が第1電極ブロック31の外周面に接している。   The superconducting lead 35 is preferably in the form of a thin plate and relatively low in mechanical strength, so it is preferable that the superconducting lead 35 be physically protected. For this reason, the superconducting lead structure 25 is provided with a lead protection portion 41 surrounding the superconducting lead 35 in the region between at least the first electrode block 31 and the second electrode block 32. The lead protection portion 41 is made of, for example, an electrically insulating material such as GFRP (glass fiber reinforced plastic). The lead protective portion 41 has a rectangular cylindrical shape extending in a direction parallel to the superconducting lead 35, and the superconducting lead 35 and the vertical support 37 are accommodated in the hollow portion of the lead protective portion 41. The upper end portion of the lead protection portion 41 is fixed to the first electrode block 31, and the inner peripheral surface of the upper end portion of the lead protection portion 41 is in contact with the outer peripheral surface of the first electrode block 31.

第1電極ブロック31に対するリード保護部41の固定方法としては、後述するように、他の部材と一緒にボルト止めされてもよく、接着剤等を用いてもよい。リード保護部41は、第1電極ブロック31の4つの側面にそれぞれ固定された4枚の断熱板材41aの組み合わせによって形成されている。また、リード保護部41は第1電極ブロック31から第2電極ブロック32に向けて下方に延びており、リード保護部41の下端は第2電極ブロック32に対しては非拘束状態とされている。非拘束状態とは、第2電極ブロック32が超伝導リード35の延在方向に変位した場合にリード保護部41の下端が追従して変位しない状態であり、第2電極ブロック32とリード保護部41の下端とがそれぞれ独立して超伝導リード35の延在方向に変位可能である状態を言う。   As a method of fixing the lead protecting portion 41 to the first electrode block 31, as described later, it may be bolted together with other members, or an adhesive may be used. The lead protection portion 41 is formed of a combination of four heat insulating plate members 41 a fixed to four side surfaces of the first electrode block 31. Further, the lead protection portion 41 extends downward from the first electrode block 31 toward the second electrode block 32, and the lower end of the lead protection portion 41 is in a non-restraint state with respect to the second electrode block 32. . In the unconstrained state, when the second electrode block 32 is displaced in the extending direction of the superconducting lead 35, the lower end of the lead protective portion 41 follows and is not displaced, and the second electrode block 32 and the lead protective portion In this state, the lower end of 41 is independently displaceable in the extending direction of the superconducting lead 35.

非拘束状態の具体的な構成として、リード保護部41の長さは、リード保護部41の下端が第2電極ブロック32に達しないような長さに設定されている。そして、図3に示されるように、リード保護部41の上端部を第1電極ブロック31に固定したときに、リード保護部41の下端と第2電極ブロック32の上端との間に上下方向の間隙Aが形成され、リード保護部41と第2電極ブロック32とは非接触である。   As a specific configuration of the non-restraint state, the length of the lead protection portion 41 is set such that the lower end of the lead protection portion 41 does not reach the second electrode block 32. Then, as shown in FIG. 3, when the upper end portion of the lead protection portion 41 is fixed to the first electrode block 31, the vertical direction between the lower end of the lead protection portion 41 and the upper end of the second electrode block 32 is A gap A is formed, and the lead protection portion 41 and the second electrode block 32 are not in contact with each other.

更に超伝導リード構造体25は、第1電極ブロック31と熱シールド筒27との熱的な接続を仲介する熱アンカー部43を備えている。熱アンカー部43は例えば銅からなる。熱アンカー部43はL字状をなす部材であり、熱アンカー部43の水平片の底面が熱シールド筒27の上面に固定される。そして、熱アンカー部43の鉛直片の側面が、断熱板材41aを介して第1電極ブロック31の側面に固定される。すなわち、熱アンカー部43と第1電極ブロック31との間に断熱板材41aの上端部が挟み込まれている。例えば、熱アンカー部43が、断熱板材41aを貫通するボルト等によって第1電極ブロック31の側面に締結されることで、熱アンカー部43及び断熱板材41aが第1電極ブロック31に対して固定される。この場合、ボルトは電気絶縁性の材料からなる。   Furthermore, the superconducting lead structure 25 includes a thermal anchor portion 43 that mediates the thermal connection between the first electrode block 31 and the thermal shield cylinder 27. The heat anchor portion 43 is made of, for example, copper. The heat anchor portion 43 is an L-shaped member, and the bottom surface of the horizontal piece of the heat anchor portion 43 is fixed to the top surface of the heat shield cylinder 27. Then, the side surface of the vertical piece of the thermal anchor portion 43 is fixed to the side surface of the first electrode block 31 via the heat insulating plate 41 a. That is, the upper end portion of the heat insulating plate 41 a is sandwiched between the thermal anchor portion 43 and the first electrode block 31. For example, the heat anchor portion 43 and the heat insulation plate 41 a are fixed to the first electrode block 31 by fastening the heat anchor portion 43 to the side surface of the first electrode block 31 with a bolt penetrating the heat insulation plate 41 a. Ru. In this case, the bolt is made of an electrically insulating material.

この構成により、第1電極ブロック31は、断熱板材41a及び熱アンカー部43を通じて熱シールド筒27と同等の温度(約50K)に冷却される。その一方、第1電極ブロック31と熱アンカー部43との間には断熱板材41aが介在しているので、第1電極ブロック31と熱アンカー部43とが電気的には絶縁され、超伝導コイル7,8への供給電流が熱シールド筒27側にリークすることが避けられる。   With this configuration, the first electrode block 31 is cooled to a temperature (about 50 K) equivalent to that of the heat shield cylinder 27 through the heat insulating plate 41 a and the heat anchor portion 43. On the other hand, since the heat insulating plate 41a is interposed between the first electrode block 31 and the thermal anchor portion 43, the first electrode block 31 and the thermal anchor portion 43 are electrically insulated, and the superconducting coil It is avoided that the supply current to 7 and 8 leaks to the heat shield cylinder 27 side.

以上の超伝導リード構造体25による作用効果について説明する。   The operation and effect of the superconducting lead structure 25 described above will be described.

超伝導リード構造体25では、リード保護部41の存在により、超伝導リード35に対する不用意な機械的ダメージが避けられる。また、リード保護部41の上端(一端)のみが第1電極ブロック31に固定され、リード保護部41の下端(他端)は第2電極ブロック32には非拘束状態である。この構成により、超伝導リード35の熱変形によって第1電極ブロック31と第2電極ブロック32との間の距離が変動しても、その変動にリード保護部41が追従する必要がない。よって、リード保護部41と超伝導リード35との熱膨張率の相違に起因する熱応力の発生が抑えられ、熱変動による超伝導リード35の損傷の可能性が低減する。また、リード保護部41の熱膨張率を考慮する必要がないので、リード保護部41の材料選択の幅を広くすることができる。   In the superconducting lead structure 25, the presence of the lead protection portion 41 avoids inadvertent mechanical damage to the superconducting lead 35. Further, only the upper end (one end) of the lead protection portion 41 is fixed to the first electrode block 31, and the lower end (the other end) of the lead protection portion 41 is in a non-restraint state to the second electrode block 32. With this configuration, even if the distance between the first electrode block 31 and the second electrode block 32 changes due to the thermal deformation of the superconducting lead 35, the lead protection unit 41 does not have to follow the change. Accordingly, the occurrence of thermal stress due to the difference in the thermal expansion coefficient between the lead protection portion 41 and the superconducting lead 35 is suppressed, and the possibility of damage to the superconducting lead 35 due to thermal fluctuation is reduced. In addition, since it is not necessary to consider the thermal expansion coefficient of the lead protection portion 41, the range of material selection of the lead protection portion 41 can be broadened.

また、第1電極ブロック31と熱アンカー部43との電気的な絶縁を図る必要があるところ、リード保護部41の上端部が、第1電極ブロック31と熱アンカー部43との間に挟みこまれる構成によれば、第1電極ブロック31と熱アンカー部43との間の絶縁材をリード保護部41が兼ねるので、部品点数の削減が図られる。   Further, since it is necessary to electrically insulate the first electrode block 31 and the thermal anchor portion 43, the upper end portion of the lead protection portion 41 is sandwiched between the first electrode block 31 and the thermal anchor portion 43. According to the configuration, since the lead protecting portion 41 doubles as the insulating material between the first electrode block 31 and the thermal anchor portion 43, the number of parts can be reduced.

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、以下に説明する変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。   The present invention can be carried out in various forms including various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, including the embodiments described above. Moreover, it is also possible to constitute the modification explained below using the technical matter described in the embodiment mentioned above. You may use combining the structure of each embodiment suitably.

例えば、リード保護部41を4枚の断熱板材41aで形成することは必須ではなく、四角筒状のリード保護部41が一体的に形成されてもよい。また、隣接する断熱板材41a同士の間に隙間が生じてもよい。   For example, it is not essential to form the lead protection part 41 by the four heat insulation board | plate materials 41a, and the square cylindrical lead protection part 41 may be integrally formed. In addition, a gap may be generated between the adjacent heat insulating plate members 41a.

また、リード保護部41を第2電極ブロック32に対して非拘束状態とする構成の例として、図4又は図5のような構造を採用してもよい。すなわち、図4に示されるように、リード保護部41の内周面と第2電極ブロック32の外周面との間に、径方向(超伝導リード35の延在方向に直交する方向)の間隙Bが形成されるようにしてもよい。また、図5に示されるように、リード保護部41の内周面と第2電極ブロック32の外周面とを摺接させ、熱変形時にはリード保護部41の内周面が第2電極ブロック32の外周面上を摺動するようにしてもよい。また、本発明の超伝導リード構造体は、超伝導サイクロトロンに限らず、他の超伝導電磁石を用いる装置(荷電粒子線治療装置の偏向電磁石、磁場印加チョクラルスキー法(MCZ)によるシリコン単結晶引き上げ装置等)へも適用可能である。   In addition, as an example of a configuration in which the lead protection portion 41 is in a non-restraint state with respect to the second electrode block 32, a structure as shown in FIG. 4 or FIG. That is, as shown in FIG. 4, a gap in the radial direction (direction orthogonal to the extending direction of the superconducting lead 35) between the inner peripheral surface of the lead protection portion 41 and the outer peripheral surface of the second electrode block 32. B may be formed. Further, as shown in FIG. 5, the inner peripheral surface of the lead protection portion 41 is in sliding contact with the outer peripheral surface of the second electrode block 32, and the inner peripheral surface of the lead protection portion 41 is the second electrode block 32 during thermal deformation. You may make it slide on the outer peripheral surface of. In addition, the superconducting lead structure of the present invention is not limited to a superconducting cyclotron, but is a device using another superconducting electromagnet (a deflection electromagnet of a charged particle beam therapy apparatus, a silicon single crystal by a magnetic field applied Czochralski method (MCZ) The present invention is also applicable to pulling devices and the like.

7,8…超伝導コイル、25…超伝導リード構造体、31…第1電極ブロック(第1電極)、32…第2電極ブロック(第2電極)、35…超伝導リード、41…リード保護部、43…熱アンカー部、A,B…間隙。   7, 8: superconducting coil, 25: superconducting lead structure, 31: first electrode block (first electrode), 32: second electrode block (second electrode), 35: superconducting lead, 41: lead protection Part, 43: thermal anchor part, A, B: gap.

Claims (4)

超伝導コイルに電流を供給する超伝導リード構造体であって、
前記電流の経路上に設けられた第1電極及び第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に架け渡され前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続する超伝導リードと、
少なくとも前記第1電極と前記第2電極との間の領域の一部において前記超伝導リードを包囲する絶縁性のリード保護部と、を備え、
前記リード保護部は、
一端側が前記第1電極に対して固定され、他端側は前記第2電極に対しては非拘束状態とされ、
前記第1電極を冷却する熱アンカー部を更に備え、
前記リード保護部の前記一端側が、前記第1電極に接触するとともに、前記第1電極と前記熱アンカー部との間に挟みこまれている、超伝導リード構造体。
A superconducting lead structure for supplying current to a superconducting coil, wherein
First and second electrodes provided on the path of the current;
A superconducting lead which is bridged between the first electrode and the second electrode and electrically connects the first electrode and the second electrode;
An insulating lead protector surrounding the superconducting lead in at least a part of a region between the first electrode and the second electrode;
The lead protection unit is
One end side is fixed to the first electrode, and the other end side is unconstrained to the second electrode ,
It further comprises a thermal anchor for cooling the first electrode,
The superconducting lead structure , wherein the one end side of the lead protection portion is in contact with the first electrode and is sandwiched between the first electrode and the thermal anchor portion .
前記リード保護部の前記他端と前記第2電極との間には間隙が形成されている、請求項1に記載の超伝導リード構造体。   The superconducting lead structure according to claim 1, wherein a gap is formed between the other end of the lead protection portion and the second electrode. 前記熱アンカー部は、前記リード保護部の前記一端側に接触する、請求項1又は2に記載の超伝導リード構造体。 The superconducting lead structure according to claim 1 , wherein the thermal anchor portion is in contact with the one end side of the lead protection portion . 前記超伝導リードおよび前記リード保護部の他端側を収納する熱シールド筒をさらに有し、
前記熱アンカー部は、水平片および鉛直片を有するL字状をなし、前記水平片が前記熱シールド筒に固定され、前記鉛直片が前記リード保護部の前記一端側に接触する、請求項3に記載の超伝導リード構造体。
It further has a heat shield cylinder that accommodates the superconducting lead and the other end side of the lead protection unit,
The heat anchor portion has an L shape having a horizontal piece and a vertical piece, the horizontal piece is fixed to the heat shield cylinder, and the vertical piece contacts the one end side of the lead protection portion The superconducting lead structure according to claim 1.
JP2015168176A 2015-08-27 2015-08-27 Superconducting lead structure Active JP6517112B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015168176A JP6517112B2 (en) 2015-08-27 2015-08-27 Superconducting lead structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015168176A JP6517112B2 (en) 2015-08-27 2015-08-27 Superconducting lead structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017045895A JP2017045895A (en) 2017-03-02
JP6517112B2 true JP6517112B2 (en) 2019-05-22

Family

ID=58211944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015168176A Active JP6517112B2 (en) 2015-08-27 2015-08-27 Superconducting lead structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6517112B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05167110A (en) * 1991-12-12 1993-07-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd High-temperature superconducting current lead
JP4082747B2 (en) * 1995-03-30 2008-04-30 株式会社東芝 Oxide superconducting current lead and superconducting magnet device
JP2008251564A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Kyushu Univ High temperature superconducting current leads and methods for increasing critical current density

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017045895A (en) 2017-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8279030B2 (en) Method and apparatus for electrical, mechanical and thermal isolation of superconductive magnets
US8989827B2 (en) Superconducting magnet
US12073991B2 (en) Superconducting coil device and electric current introduction line
JP6517112B2 (en) Superconducting lead structure
US20160365183A1 (en) Superconducting magnet
JP6026146B2 (en) cyclotron
JP6208077B2 (en) Superconducting electromagnet
CN102262952A (en) Conduction cooling superconducting magnet device
JP2004356573A (en) Beam ammeter
JPS6119090B2 (en)
JP2013507753A (en) Method and apparatus for electrical, mechanical and thermal isolation of superconducting magnets
JP6388789B2 (en) Superconducting electromagnet
JP5980651B2 (en) Superconducting magnet
JPS6156851B2 (en)
JP2017162646A (en) Superconducting cyclotron and superconducting electromagnet device
JPS6119089B2 (en)
JP6392028B2 (en) Superconducting electromagnet
TWI881548B (en) Current lead-in wire and superconducting magnet device
JP6534630B2 (en) Superconducting electromagnet device
JPS6119091B2 (en)
JP6400387B2 (en) Superconducting electromagnet
KR102213910B1 (en) Insulation structure for super-conducting power apparatus
JP2016032504A (en) Magnetic resonance imaging device
JP2011200348A (en) Superconductive magnet device and magnetic resonance imaging apparatus
JPH07211540A (en) Superconducting magnet device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181108

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181127

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190115

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190416

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190417

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6517112

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150