JPH03283678A - 超電導磁石装置の電流リード - 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〕 この発明は、真空断熱容器内で液体ヘリウム温度に冷却
された超電導コイルに、外部電源からの励磁電流を通流
するために超電導電磁石に設けられる直流リードに関す
る。

〔従来の技術〕

一般に超（４電磁石は、液体ヘリウム等の極低龜冷媒に
よって冷却されるため、液体窒素シールドや真望寺によ
って断熱された＾空萌熱ｄ器の内部に収納されている。

′＃Ｌ訛り一ドは、極低幅に保持された超電導コイルに
常温部からの電力ｒ通流するもので、−収に導体に発生
するジュール熱と外部の常温部から内部の極低編部へ伝
４により侵入する熱倉世減するために、液体ヘリウムが
蒸発した低温のヘリウムガスを用いて冷却する方式がと
られている。したがって侵入熱が大さ丁ざると高価な液
体へリクムの消費量が多大となるため、侵入熱およびジ
ュール熱の低減が求められるとともに、励磁電流のオ／
・オフ弄の電流変化に際して電流リード間に作用する電
磁機械力に耐える剛性が求められる。

第２図は超電導磁石装置の一般的な構造を簡略化して示
′ｔ″四断面図でめる。図において、真空断熱容器１は
Ｊｃ堕ｄ指１Ａと、その蓋板部分にブービスボー）ＩＤ
倉介して連結されたヘリウム谷器１Ｂ、！−，Ａ全答器
全人６１人ウム容器１Ｂとで画成された高真空空間内に
配されて液体窓ＡＩＮによって冷却される液体窒素シー
ルドＩＣを持ち、かつ液体窒素シールド１Ｃやヘリウム
容器１Ｂが図示しない多層断熱層で覆われて真窒容器１
人側からの輻射熱全遮断することにより、ヘリウム容器
１Ｂへ・の侵入熱が極めて僅かになり、ヘリウム容器Ｉ
Ｋ収啓された液体ヘリウム１Ｈの気化損失が最小限に保
持される。

超電導コイル２はヘリウム容器１Ｂ内に液体ヘリウム１
ＨＫ浸漬した状態で収納されて液体ヘリウム温度（約４
．２Ｋ）に保持され、その両端末＃′ｉ接続リード４を
介して一対の電流リード６の下端部に接続される。電流
リード６はサービスボー）ＩＤｔ−通シ、その蓋板１Ｅ
に絶縁支持された状態でその上端部が外部に引き出され
、端子板３Ａが図太しない外部電源に導電Ｉ！続され、
電流リード３を介して超電導コイル２に直流入電ｔｌＬ
を供給して励磁すれば、超電導コイルは高磁界を発生す
るとともに、この状態で超電導コイル２の両端末を短絡
すれば、超電導コイルには永久電流が流れ、大きな電力
を磁気エネルギーとして蓄える超電導磁石装置としての
機能′ｆｒ発揮する。

第６図は第２図における電流リード３に示す横断面図で
あり、［ｆｉ’Ｊ−ド３は、金Ｉ４製の中空管６０内部
には複数条の導体５をちゅう密に挿入し、中空管６の外
周１＃は絶縁層７によって被接される。

また、複数の導体５相互間の縁間および導体と中空管と
の間の隙間はヘリウムガス１Ｇによる冷却通路８として
利用され、ヘリウム容器１Ｂ中で気化した低温のヘリウ
ムガス１Ｇが、電流リード３の下端から冷却通路８に入
シ、電流リードの上端から外部に放出されるか、あるい
は回収されることにより、導体５は低温のヘリウムガス
１Ｇによって冷却され、導体５内に励磁電流によって発
生するジュール熱が低減され、かつ外部からの侵入熱お
よびジュール熱の液体ヘリウム１Ｂ＠への伝導が阻止さ
れることによシ、液体ヘリウム１Ｈの気化狽失を低減す
ることができる。

また導体５としては、ステンレス鋼朦、マンガン綱巌、
あるいはニッケルクロム＠−などの高剛性、低熱伝導性
を有する金属線材を心材として、その表面を綱や銅合金
などの熱的、電気的良導体号公報参照）。また、高剛性
、低熱伝導性金属線と熱的、電気的良導体からなる導体
とを互いに混合して中全・θ内に挿入した電流リードが
同−出願人等によってすでに虎来されている。（％開昭
６２−１４２３７９号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術においては、中空管に収納する導体を複数条に
分ｍｕしｓ相互の間＃！１１１１を低温のヘリウムガス
の冷却通路として利用したことにより、導体の冷Ｒ１六
面積が増大し、したがって導体の冷却効率を改善してジ
ュール熱の発生量そのものを低減できるとともに、常ｍ
１ｔｔ＋＋から極低温側への侵入熱を低減することがで
きる。また、導体の−ｔｆｌｌｋ　ｊｌｌ　ＩＩｍとし
て′＃Ｌ流リードの剛性を増したことにより、電流リー
ドの耐゛鉦４ＪＲ機械力性症ケ同上できる利点が得られ
る。しかしながら、Ｍｉ電導コイルの励磁電流が増力口
した場合、必要な冷却表面積を確保する定めに導体数を
増す必要があるが、多数条の導体を中空管にちゅう密に
挿入することが困難になるため、導体の条数に制約が生
じ、実際には冷却前面積を十分大きくすることが困難に
なり、これに伴って常温側から極低温側への侵入熱が増
大し、液体ヘリウムの気化損失が増力口してｆｉ４隣的
不利益を生ずる欠点があった。また機械的剛性を増すた
めに鋼材の使用量を増した場合、これを４体とともに収
納する中空管の径が大型化するという問題が生ずる。

この発明の目的は、熱損失および侵入熱が少く、耐電磁
機械力性能に優れ、かつ構成が簡素な導体部を有する電
流リードを得ることにある。

〔課題をＭ決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、Ａ窒断
熱谷器内に設けられたへりラム８器にサービスポートを
介して挿入され、前記ヘリウム容器に液体ヘリウムとと
もに収納された超電導コイルに外部電源からの励磁電流
を通流する電流リードであって、剛性ｔ′有する低熱伝
導性金属材からなる棒状の心材、およびこの心材の表面
にら旋状に巻装された酸化物系超電導体とからなる導体
部と、この導体部との間にヘリウムガスの冷却通路とな
る間隙を保持して前記心材と同軸状に配された中空管と
を備えてなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、ステンレス鋼、マンガン鋼、
ニクロム鋼など低温でも高い剛性と低熱伝導性を有する
１本の棒状の鋼材を心材とし、その表面に酸化物超電導
体をら旋状に巻装して導体部を構成し、かつこの導体部
を憶う中空管との間に低温のヘリウムガスが流通する冷
却通路を保持するよう構成したことにより、超電尋挽象
を示す臨界温度Ｔｃが液体窒素の洲点温度（約７７Ｋ）
程度と高い酸化物超電導体の温度を冷却通路を通る低温
のヘリウムガスによって臨界温度以下に冷却することが
可能にな夛、常電導体を用いた従来の導体部に比べてジ
ュール熱が大幅に低減され、したがって大電流化に対応
して従来増力口した侵入熱を大幅に低減する機能が得ら
れる。また、導体部を支持する心材が剛性の高い棒状ま
た杖中臣の棒状に形成されることにより、大電流化に対
応して増大する電磁機械力に十分耐える機能を容易に得
ることができるとともに、導体部の構造が簡素化され几
ことによって導体部を中空管に容易に挿入できる組立加
工の容易性が得られる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になる超電導磁石装置の電流
リードの要部を示す破砕断面図である。

図において、電流リード５ｏは、丸い棒状の心材５２お
よび心材３２の外周に密接してら旋状に巻装された酸化
物系超電導体３３とからなる導体部５１と、導体部３１
との間にヘリウムガス１Ｇによる冷却通ｗＩ３８となる
間隙を保持して心材６２と同軸状に配された中空管５６
とで構成され、中金管３６の外周面は必要に応じて絶縁
層５６によって被覆される。

心材３１としては、低温においても高い剛性と低熱伝導
性とを保持するステンレスｍ、マンカン鋼、あるいはニ
クロム鋼などの丸棒または中仝の丸棒が用いられ、その
径はｔ流す−ドに作用する機械的な外力や電磁機械力を
考慮して許容たわみ量以下となるよう決められる。また
、酸化物超電導体３３としては、イツトリウム系、ビス
マス系などの銅酸化物高温超電導体や、バリウム系酸化
物超電導体など、臨界温度Ｔｃが８０Ｋに近い高Ｔｃ材
料が適している。さらに、中空管３６は心材３２と同様
にステンレス鋼管が用いられ、冷却通路３８内には心材
３２と中空管３６とに係合して間隙長を保持する図示し
ない間隔材が設けられる。

上述のように構成された電流リード５０を第２図につい
て丁でに説明した超電導磁石装置に取り付けた場合、ヘ
リウム容ａｌＢが包蔵する液体ヘリウム１Ｈが気化する
ことＫよって生じた低温のヘリウムガス１Ｇが電流リー
ド３０の下端から冷却通路３８に入り、低温のガス流に
よって導体部５１が酸化物超電導体３３の臨界湯度Ｔｏ
以下に効率よく冷却され、酸化＊超電導体３３の電気抵
抗はほとんど零に近くなる。したがって、この状！虎で
外部電源から超電導コイル２に励磁型Ｒ，を供給すると
、励磁電流のほとんどが導体部３１の酸化物超電導体５
５ｔ−通って流れることになり、常電導導体を用いた従
来の電流リード３に比べて導体部で発生するジュール熱
を顕著に低減でき、その分ヘリウムｄ器１Ｂの他低温部
への侵入熱を低減し、したがって液体ヘリウム１Ｈの気
化損失を低減することができる。また、ヘリウムガス１
Ｇが一時的に不足するなどの通流異常があっても、熱容
量の大きい心材３２がジュール熱および侵入熱を吸収し
て酸化物超電導体３３をその臨界温度Ｔｃ以下に保持す
るよう機能するので、励磁電流の通流状態を安定して保
持する機能が得られる。

また、１本の棒状に形成した心材が外力や！磁機械力に
耐える機械的強度を保持するとともに、導体部！＋１を
中空管に挿入する作業を容易化する機能を発揮する。こ
とに図示しない間隔片を例えば棒状の心材３２にねじ止
めするなど容易に形成でき、かつ導体部３１′ｆｔ中空
’１１５６に挿入する際。

酸化物超電導体３３が中空管３６と接触して損傷するこ
とを間隔片が防ぐ機能をはたすなどの利点も得られる。

Ｃ発明の効果〕 この発＃ＪＩＩ′ｉ前述のように、低源でも高い剛性お
よび低熱伝導性を持つ棒状の鋼材を心材とし、その表面
にら旋状に巻装した酸化物超電導体を導体として導体部
を構成し、かつ中空管との隙間を冷却通路として低温の
ヘリウムガスによシ導体部を冷却するよう構成した。そ
の結果、高ＴＯ材料である酸化物超電導体が低温のヘリ
ウムガスで効率よく冷却されて超電導状態となり、その
電気抵抗がほとんど零になることによって導体部に生ず
るジュール熱を常電導導体を用いた従来技術のそれに比
べて著しく低減することが可能になり、その分極低温部
への侵入熱全低減でき、かつヘリウムガスの通流量が一
時的に減少するようなことがあっても＃積熱容量の大き
い棒状の心材が熱を吸収して酸化物、Ｓｔ導体を超電導
状態に保持するので、液体ヘリウムの気化損失が少く、
かつ大電流の通流を安定して保持する機ｌｔｌ！全備え
た超電導磁石装置ｔを提供することができる。

また、１本の棒状に形成された心材が高い剛性全保持す
るので、＊ａの線材で構成される従来の導体部では得ら
れない機械的にＩｊＩｉ園な導体部を備えた電流リード
ｔ−提供できるとともに、飯化物超゛１導体の断面積が
常電導体からなる従来のそれに比べて著しく小さいので
、中空管の径を大きくすることなく大電流を通流できる
電流リード’ｔ”提供でき、したがって電流リードの大
電流化に貢献できる利点が得られる。

さらに、導体部が１本の棒状に形成されることによル、
複数の線材で構成される電流リードに比べて中空管への
挿入作業を大幅に容易化することができ、経断的利点が
得られるとともに、従来このことが原因で阻害されてい
た電流リードの大電流化を推進できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の夾ｍ例になる超電導磁石装置の電流
リードの要部を示す破砕断面図、第２図＃ｉ、超電導磁
石装置の一般的な構造を簡略化して示す断面図、第３図
は従来の電流リードを示す慣断面図である。 １・・・真空断熱容器、１人・・・真空容器、ｌＢ・・
・ヘリウム容器、１Ｃ・・・液体窒素シールド、１Ｄ・
・・サービスボー）、ＩＥ・・・蓋板、ｉＧ・・・ヘリ
ウムガス１Ｈ・・・液体ヘリウム、ＩＮ・・・液体窒素
、２・・・超電導コイル、３．３０・・・電流リード、
４川接続リード、５・・・導体、６．５６・・・中空管
、７．３７・・・絶縁層、８．５８・・・冷却通路、３
１・・・導体部、３２・・・心材、３３・・・酸化物超
電導体。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）真空断熱容器内に設けられたヘリウム容器にサービ
   スポートを介して挿入され、前記ヘリウム容器に液体ヘ
   リウムとともに収納された超電導コイルに外部電源から
   の励磁電流を通流する電流リードであって、剛性を有す
   る低熱伝導性金属材からなる棒状の心材、およびこの心
   材の表面にら旋状に巻装された酸化物系超電導体とから
   なる導体部と、この導体部との間にヘリウムガスの冷部
   通路となる間隙を保持して前記心材と同軸状に配された
   中空管とを備えてなることを特徴とする超電導磁石装置
   の電流リード。