JPH02237101A - 超電導磁場利用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超電導磁場利用装置に関し、特に極低温に維持
した超電導コイルを極低温に保ったまま、磁極間の磁場
利用空間を画定する容器を外部に取り出すことのできる
超電導磁場利用装置に関する．以下、主として放射光を
発生させる電子蓄積リングを例として説明する． ［従来の技術］ 電子蓄積リング（ＳＯＲ）は加速した電子を強磁場中に
閉じ込め、回転運動をさせることによって放射光を発生
させる．この加速電子を閉じこめるための強磁場形成に
超電導マグネットが用いられる．超電導マグネットは、
極低温に冷却された超電導コイルを含む． 第２図に従来の電子蓄積リングの代表的構造を概略的に
示す．上超電導コイル５１と下超電導コイル５２とはへ
ルムホルツコイル型に同軸に向い合って配置されている
．上超電導コイル５１に囲まれな領域内に環状の上磁極
５３か配置され、対称的に下超電導コイル５２に囲まれ
た領域内に環状の下磁極５４が配置されている．両磁極
５３、５４間に磁場によって周回軌道を描く電子を蓄積
するための環状の真空容器５５が配置されている．ヨー
ク５７が上超電導コイル５１と下超電導コイル５２とを
外側から取り囲み、さらに上下から上磁極５３、下磁極
５４を挾むように延在して磁気回路を形成している． 上超電導コイル５１、下超電導コイル５２に電流を流す
と両超電導コイル間に強い吸引力が助＜，そこで、両超
電導コイルと対抗する物理的な支持構造が必要である． 一方、真空容器５５は必要に応じて外部に取り出し、整
備、設定変更等を行う必要がある．まず、上下超電導コ
イル５１、５２間に働く力を支持するには、両超電導コ
イル５１、５２間に物理的支持部材を配置するのが好ま
しい．そこで、第３図（Ａ）、（Ｂ）、に示すように内
部支持ロッド５８ａ、５８ｂを用いて、上下超電導コイ
ル５１、５２を少なくとも数箇所で直接連結することが
望ましい．しかし、この構造では真空容器５５を外部に
取り出すことができない．真空容器５５を外に取り出せ
るようにするには、第４図に示すように、ヨーク５７を
水平中立面５６で分割することが望ましい．上側の超電
導コイル５１とヨーク５７ａを持上げることにより真空
容器５５を取り出すことができる．しかし、この方法で
は超電導コイル５１、５２の外部支持ロツド５９からの
熱の侵入が大きく、ヘリウムの消費量が大きくなる． このような事情は、電子蓄積装置に瀬らず、超電導磁場
利用装置に広く存在する． ［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来技術によれば、１対の超電導
コイル５１、５２間を物理的に支持すると、磁極５３、
５４間の真空容器５５が容易に取り出せず、真空容器５
５が取り出し易いようにヨーク５７を２分し、外部支持
部材５９によって各ヨーク５７ａ、５７ｂに超電導コイ
ル５１、５２を支持すると、外部支持部材５９からの熱
侵入が大きくなり、液体ヘリウムの消費が増大する間Ｕ
があった。

本発明の目的は、真空容器の取出しが容易でかつ外部か
ら超電導コイルへの支持部材を熱侵入の小さいものにす
ることができる超電導磁場利用装置を提供することであ
る． ［課題を解決するための手段〕 １対の超電導コイル間に内部支持部材を設け、この内部
支持部材を分割可能な構成とし、さらに各超電導コイル
に対して気密容器を形成できる気密部材を備える． さらに、内部支持部材を超電導コイルからも分割可能な
構成としてもよい． 第１図（Ａ）、（Ｂ）を参照して本発明の基本概念を説
明する．（Ａ》が全体の断面図、（Ｂ）が超電導コイル
切離し時の部分断面図である．１対の超電導コイル１、
２が１対の磁極３、４を取り巻き、磁極３、４間に磁場
を発生させる．真空容器５がこの磁場中に置かれ、この
内部で電子を蓄積すること等に磁場を利用する．超電導
コイル１、２は液体ヘリウムを用いて極低温に冷却され
る．但し、極低温冷却用の液体ヘリウム、液体窒素のシ
ステム系統は図示していない．上ヨーク７、下ヨーク８
はそれぞれ上磁極３、下磁極４に連続し、水平中立面６
で互いに接触して磁気回路を横成する．上超電導コイル
１、下超電導コイル２の間には上、下内部支持部材９、
１０が設けられ、両超電導コイル１、２に電流を流し、
吸引力が働いた時に、その吸引力に対向して両超電導コ
イル１、２を支持する．この内部支持部材９、１０６使
用時には極低温になる．これら極低温になる部分を囲ん
でクライオスタットゲース１４、１５が設けられている
．このクライオスタットケースは両超電導コイル１、２
に対応して上クライオスタットケース部１４と下クライ
オスタットゲース部１５に分離できる．超電導コイル１
、２はまた位置決め部材１６、１７によってヨーク７、
８に支持され、その位置を定めている． クライオスタットケースを分離した時に、内部支持部材
９、１０も分離し、さらに上下内部支持部材９、１０か
ら張り出した第２シール部材２０、２１が上、下クライ
オスタットゲース部１４、１５から張り出しな第１シー
ル部材１８、１９とそれぞれ係合し、上下別個に気密真
空容器を形成できる． 第１図（Ｂ）に上側を示すように、さらに超電導コイル
１を引上げることにより、超電導コイル１と内部支持部
材９も切り離され、内部支持部材９は極低温から分離さ
れる．なお、下側も同様である． ［作用］ まず装置を組立てた使用時は、超電導コイル１、２間に
内部支持部材９、１０が挿入されて超電導コイル１、２
間の吸引力に対して物理的支持を与えている．このなめ
超電導コイル１、２とヨークとの間の位置決め部材（外
部支持部材）１６、１７は熱伝導の小さい断面積の小さ
なもので足りる．このため、外部より極低温部への熱の
流入を低減できる． 上、下ヨーク７、８が分離でき、ヨーク分離と共に上下
超電導コイル１、２も分離できるので真空容器５の取り
出しが容易である． さらに、内部支持部材９、１０が超電導コイル１、２と
の係合を解除できる構成を持つときは、分＾【時の極低
温部への熱の流入をさらに低減できる． ［実施例コ 第５、６、７図を参照して、本発明の実施例を説明する
． 第５図は、第１図に示すような超電導磁場利用装置の部
分断面図である． 上磁極３と下磁極４どの間に真空容器５が配置されてい
る．上磁極３、４間を、水平中立面６で接続した上ヨー
ク７と下ヨーク８が磁気回路的に接続している．上、下
ヨーク７、８及び真空容器５を貫いて上、下超電導コイ
ルユニット２９、３０が配置されている． 上超電導コイル１はコイルゲース２３内に密封され、液
体ヘリウムで冷却されている．上下のコイルユニット２
９、３０はほぼ対称的な構成を有する．ここでは上側の
コイルユニット２９について説明する．コイルケース２
３の上には位置決め部材である外部支持ロッド１６ａが
収り付けられ上端で上ヨーク７に固定される．コイルケ
ース２３の下には内部支持部材である内部支持ロッド９
ａが取り付けられ、装置の水平中立面６で下コイルユニ
ット３０の内部支持ロッドｌＯａ（図示せず）と接触し
ている．通電時に上下コイル１、２に働く吸引力は内部
支持ロツド９ａ、１０ａで受け持ち、外部支持ロヅドｉ
６ａは上コイルユニット２９を上ヨーク７に固定するた
めのもので支持力は小さい． 内部支持ロッド９ａとコイルケース２３との間の係合部
には、コンタクトフィンガ３１が設けられている．完全
な係合を達成する前にコンタクトフィンガを介して部分
的な熱的、ないし機械的係合を行う． コイルゲース２３の周囲には熱シールド板２５が取り付
けられ、その外側の上クライオスタットケース１４から
の熱侵入を小さくする作用をする．１層で図示するが、
温度の異なる複数の層で楕成するのが好ましい． 外部支持ロッド１６ａの上端には調整機構が取り付けら
れ、コイルケース２３を上クライオスタットゲース１４
に対し、相対的に上下できる，内部支持ロツド９ａには
、第６図の部分拡大図に示すようにシール部材であるバ
ルブプレート２０ａが取り付けられバネ３３でコイルケ
ース２３に引き付けられている．上クライオスタットケ
ース１４には対応する位置にシール部材であるバルブシ
一ト１８ａが取り付けられている．バルブグレート２０
ａとバルブシ一ト１８ａとが係合すると気密状態を保つ
バルブが構成される．同様に、下側には、バルブプレー
ト４０とバルブシ一ト３８が設けられ、バルブを構成す
る．上クライオスタットゲース１４の下面当接部にはフ
ランジ３７が形成され、下クライオスタットケースのフ
ランジとの間でＯリングを利用して真空を保つ梢成を有
しているや 図示の場合、内部支持ロツド９ａを取り囲むクライオス
タットゲース１４は真空容器５に設けた連結用の孔３９
に入っている．真空容器に設ける孔３９は、例えば第７
図の平面図に示すように均等に分布した６箇所に設ける
．電子は矢印で示す方向から入射し、破線で示す軌道を
回る．この軌道経路上のハッチングで示す領域に各種機
器が設置される．前述の孔３９はこのハッチング領域を
避けて決定される．この孔は外縁に対し切欠かれた孔で
もよい．また真空容器の外径を小さくすることが可能な
ら切欠きも孔も不要である．第６図に示すように、支持
ロッド９ａの下端面に近い所にヒータと温度センサ２７
が取り付けられている．極低温であった内部支持ロッド
９ａを外気に露出するとき結露防止のため加熱するため
である． 第５〜７図に示す構成は、磁気回路が上下対称的な構造
で構成され、中央部で上下に分離できる．分離時にも超
電導コイルを極低温に維持できるので、ヘリウムの消費
を節約すると共に真空容器取り付け後の操作開始までの
時間を短縮できる．以下に真空容器５の取出し、組込み
の手順を簡単に説明する． 真空容器５を外部に取出す場合の手順は以下のようであ
る． １，外部支持ロッド１６を上部のｎ整機構を用いて上側
に引上げる．この操作により内部支持ロッド９ａに取り
付けられたバルプグレート２０ａ《第６図》はバルブシ
一ト１８ａに押し付けられる．これで上クライオスタッ
トゲース１４ｆｆｌに気密真空容器が形成される． ２．外部支持ロッド１６ａをさらに引上げるとコイルゲ
ース２３と内部支持ロツド９ａとが分離し、バネ３３で
互いに引合う状態になる．すなわち内部支持ロッド９ａ
が極低温から分講ｔされる．３．ヒータ２７で内部支持
ロッド９ａ下部を加熱し、室温に戻す．これで外気が触
れても結露しない状態になる． ４，上記操作を下側コイルユニットにも同様の手順で行
う．両バルブグレート２０ａ、４０はバルブシ一ト１８
ａ、３８と係合し、中間にバッファ空間４３を作る． ５．リーク弁３５を開き、バッファ空間４３を大気圧に
する． ６．上ヨーク７を持上げ真空容器５を取出す．真空容器
を取込む場合の手段は以下のようである． ｌ．真空容器５を組込む。

２．上ヨーク７を下げ、上クライオスタットゲース１４
の７ランジ部３７を下クライオスタットゲースの７ラン
ジ部と突合わせる． ３．バッファ空間４３を真空排気する．４．外部支持口
γド１６ａを下げ、内部支持ロツド９ａに取り付けたコ
ンタクトフィンガ３１をコイルゲース３２に接触させる
．さらに外部支持ロッド１６ａを下げるとバルブプレー
ト２０ａがバルブシ一ト１８ａから離れる．この際、内
部支持ロツド９ａとコイルゲース２３はコンタクトフィ
ンガ３１を介して部分的に機械的および熱的に接触して
いる． ５．ヒータ２７を切ると内部支持ロッド９ａはコンタク
トフィンガ３１とバネ３３を経由して冷却される．温度
センサで温度を検知する ６．内部支持ロッド９ａの温度がコイルケース２３の温
度に近付いた時点で外部支持ロッド１６ａを最終位置ま
で押し下げる． 以上説明したように本実施例によれば、低温部と連結し
ている外部支持ロッド１６ａの荷重は小さいので断面を
小さくでき、外部からの熱侵入の少ない超電導コイルが
できる．内部支持ロッドが上下分割可能で、超電導コイ
ルを上下別個の気密真空容器に収容できるので、磁場利
用のための真空容器を容易に取り出せる。

さらに、コイルユニットの上下接合部を大気に露出する
場合、内部支持ロツド９ａを極低温部と分離することに
より、内部支持ロッド９ａからの熱侵入を小さくできる
． 内部支持ロツド９ａ端面にヒータを設け、加熱すること
により端面の結露、凍結を防止できる．以上、実施例に
沿って説明したが、本発明はこれらに制限されるもので
はない．たとえば、種々の変形、変更、組み合わせなど
が可能であることは当業者に自明であろう． ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればヨークを分割して
真空容器を容易に外部に取出せる構造としつつ、超電導
コイル間に支持部材を設けて吸引力を支持できる． 真空容器取出し時には、上、下超電導コイルを極低温に
保ったまま、分離された真空気密容器内に上、下超電導
コイルを独立別個に収納できる．

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の基本概念を示し、（Ａ
）は使用時の超電導磁場利用装置の模式断面図、（Ｂ）
は切Ｍ時の模式部分断面図、第２図、第３図（Ａ）、（
Ｂ）、第４図は従来技術を説明するための超電導磁場利
用装置の模式断面図、 第５図は本発明の１実施例による超電導磁場利用装置を
示す断面図、 第６図は第５図の部分拡大図、 第７図は第５図に示す真空容器５の平面構造例を示す平
面図である． 図において、 １、２ ３、４ ７、８ ９、１０ ９ａ １４、１５ １６、１７ 超電導コイル 磁極 真空容器 中立面 ヨーク 支持部材 内部支持ロツド クライオスタットゲース 位置決め部材 １６ａ １　８、　１９ ２０、２１ ２９、　３０ １８ａ、　３８ ２０ａ、４０ 外部支持ロツド 第１シール部材 第２シール部材 コイルケース 熱シールド板 ヒータ及び温度センサ コイルユニット コンタクトフィンガ バネ リーク弁 フランジ バルブシ一ト バルブプレート 孔 バッファ空間 上超電導コイル 下超電導コイル 上磁極 下磁極 真空容器 ヨーク 支持ロッド 復代理人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）．磁場を利用する空間を画定する容器（５）と容
   器（５）内の少なくとも所定の領域に磁場を形成するた
   めの１対の磁極（３、４）とこれら磁極間を磁気的に接
   続するヨークとこれら磁極（３、４）を囲んで磁束を発
   生するための１対の超電導コイル（１、２）とを有する
   超電導磁場利用装置であって、 前記ヨークが各磁極（３、４）に接続する２つの部分（
   ７、８）に分離可能であり、 １端で前記１対の超電導コイル（１、２）に係合し、他
   端で互いに係合して前記超電導コイル間に働く吸引力を
   支持する１対の荷重支持部材（９、１０）と、 前記１対の荷重支持部材（９、１０）の各々とそれに隣
   接する前記超電導コイル（１、２）の１方を取り囲む１
   対のクライオスタットケース（１４、１５）であり、互
   いに係合して１つの真空容器を作ると共に、別にそれぞ
   れが気密シールを形成するための第１シール部材（１８
   、１９）を有する１対のクライオスタットケース（１４
   、１５）と、 前記１対の各荷重支持部材（９、１０）の相互に係合す
   る端部近傍から外に向かって形成され、前記第１シール
   部材と係合して気密シールを形成するための第２シール
   部材（２０、２１）と、 前記第１シール部材（１８、１９）間に形成され排気系
   との接続及び外気のリークを行うための弁部材（３５）
   と を有する超電導磁場利用装置。
2. （２）．前記荷重支持部材（９，１０）が、前記超電導
   コイル（１，２）との係合を解除できる構成を有してい
   る請求項１記載の超電動磁場利用装置。