JPH065644B2 - 荷電粒子偏向用超電導電磁石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、円形加速器、ストレージリング、SOR（シ
ンクロトロン軌道放射）装置、イオン注入装置等におい
て、荷電粒子を偏向させるのに用いる超電導電磁石に関
する。

〔技術背景とこの発明の課題〕

首記した如き装置に使う荷電粒子偏向用電磁石として
は、鉄心にコイルを巻いた常電導タイプのものが一般的
であるが、常電導方式では、小型でより強力な偏向用電
磁石を実現し難いことから、本発明者等は、この問題を
無くすべく、超電導ダイポール電磁石に、磁場の方向に
対して垂直方向に曲率を与えたものを考案し、特願昭60
-249285号により提案した。第４図はその一例を示した
もので、ビームダクト１の外周に２個のくら形超電導コ
イル２を対向して跨がせたくら形ダイポール電磁石に曲
率を与えてある。

ところで、超電導電磁石は、絶対零度近くの温度下にあ
つてはじめて超電導現象を示す。従つて、そのコイル
を、液体ヘリウム等の極低温冷媒液と共にクライオスタ
ツト内に収納する必要があるが、このときの冷却手段を
含めた電磁石の構造設計が悪いと、種々の不都合が生じ
てくる。例えば、第５図に示すように、荷電粒子通過軌
道（以下ではこれを粒子軌道と云う）３の外周をビーム
ダクト１で囲み、その外周に断熱層４，５に包まれた中
空環状の冷却槽６を同心的に配置し、この槽の内側の周
壁６ａ外周に超電導コイル２を取付ける構造は、比較的
容易に考えられるが、このように、断熱層を半径方向に
２重配置すると、電磁石の外径が大きくなつて設置スペ
ースや取扱い面で不利になる。

また、この場合、内側の断熱層４の厚さを考慮して、つ
まり、その厚さによつて増大した大きな空間を対象にし
て軌道３に所定の均一な磁場を出す必要があるので、コ
イル線材の電流密度やその線材にかゝる磁場等も大きく
なる。従つて、使用する超電導コイル線材への要求特性
も当然厳しくなる。

そこで、上述の問題対策として、第５図における断熱層
４を無くし、冷却槽６を粒子軌道３に接して配置するこ
とが考えられる。しかしながら、荷電粒子を磁場によつ
て偏向させる場合、偏向部において放射電磁波が発生す
る。例えば、電子を光速に近い速度で周回させるときに
は、電子の進行方向に対し垂直な偏向用磁場を印加した
個所で電子進行方向の接続方向にＸ線を主体とした放射
光が発生し、冷却槽が粒子軌道に接している場合には、
その放射光が冷却槽に衝突して熱エネルギーに代わり、
冷却槽の温度を上昇させる。その結果、冷却槽内に収納
された液体ヘリウム等の極低温冷媒液の蒸発が促進さ
れ、装置のランニングコストが高まつてくる。つまり、
単に冷却槽を粒子軌導に接して配置するだけでは、ラン
ニングコスト面での不利を解消し得ない。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、高磁場超電
導電磁石の小型化、高性能化、ランニングコストの低減
化の要求を同時に満たすことを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の諸問題に対処するため、この発明は、第１図乃至
第３図に示すように、荷電粒子を進行方向に垂直な磁場
により偏向させる超電導ダイポール電磁石において、中
心に位置した粒子軌道３の外周に、外側の周壁６ｂ外面
と、長手方向端壁６ｃ，６ｃ′外面とが断熱層７に覆わ
れる中空筒状のコイル冷却槽６を軌道３に接して同心配
置し、さらに、粒子軌道３内に、偏向の対象となる荷電
粒子の進行方向に対して接線方向に放射される電磁波を
衝突させるための遮蔽スペーサ８を、槽６に対して非接
触状態を配置している。６ａは、軌道３を囲つた槽６の
内側の周壁で、その外周面上に超電導コイル２が取付け
られる。

なお、遮蔽スペーサ８は、図のものは断面半円形である
が、放射電磁波の進行路を遮ぎるものであればよく、そ
の形状は特に限定されない。例えば、円筒スペーサ等で
もよい。

また、この遮蔽スペーサは、放射電磁波が原因となる冷
却槽６への熱侵入を低減することを目的としているの
で、銅、アルミニウム、鉄、ステンレスと云つた良伝熱
性の金属によつて形成し、その両端から熱を迅速に逃が
せるようにしておくのが望ましい。両端から熱を逃がす
方法としては、第２図に示すように、スペーサの両端
を、断熱層７の端壁６ｃ，６ｃ′を覆つた部分に連結す
ることが考えられる。この場合の断熱層７は、壁材が良
伝熱性の材料から成つていれば、真空断熱層、熱反射層
等でも構わないが、液体窒素等を冷却源とした自己冷却
能のある断熱層であると、スペーサの放熱が非常に良く
なる。

このほか、断熱層の壁材とは別体の放熱板を装置の外部
から粒子軌道部に臨ませてスペーサの両端を支持する方
法でも、スペーサの熱を逃がすことができる。

〔作用・効果〕

上述したこの発明の電磁石は、コイル冷却槽が粒子軌道
に接して設けられているので、内側に断熱層が存在しな
い分、冷却手段を含めた外径寸法を短縮することができ
る。

また、超電導コイルが粒子軌道に接近しているので、コ
イル負荷も小さくなり、さらに、そのためにコイルを小
型化できるので、全体の体積を一層小さくすることがで
きる。

さらに、粒子軌道内は高真空に保つ必要があるが、ビー
ムダクトでその真空を保つ第４図の構造と異なり、内外
二重の周壁を備える冷却槽によつて真空を維持するの
で、経済的に真空度をより高めることも可能になる。

また、遮蔽スペーサが放射電磁波のコイル冷却槽への衝
突を阻止し、上記電磁波による冷却槽の温度上昇を防止
するので、冷却槽への熱侵入量も低減し、槽内冷媒液の
無駄な蒸発も抑制されると云つた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電磁石の一例を示す斜視外観図、第
２図はその展開状態の側面視断面図、第３図は第２図の
III−III線に沿つた断面図、第４図は磁場の方向に対し
て垂直方向に極率を与えたダイポール超電導電磁石の斜
視図、第５図は冷却手段を含めた一般的に考えられる荷
電粒子偏向用超電導電磁石の断面図である。 ２…超電導コイル、３…粒子軌道、６…コイル冷却槽、
６ａ…内側の周壁、６ｂ…外側の周壁、６ｃ，６ｃ′…
端壁、７…断熱層、８…放射電磁波の遮蔽スペーサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子を進行方向に垂直な磁場により偏
   向させる超電導ダイポール電磁石において、中心に位置
   した荷電粒子通過軌道の外周に、外側の周壁外面と長手
   方向端壁外面とが断熱層に覆われる中空筒状のコイル冷
   却層を軌道に接して同心配置し、さらに、上記荷電粒子
   通過軌道内に、偏向の対象となる荷電粒子の進行方向に
   対して接線方向に放射される電磁波が衝突する遮蔽スペ
   ーサを、コイル冷却槽に対して非接触状態に配置したこ
   とを特徴とする荷電粒子偏向用超電導電磁石。
2. 【請求項２】上記遮蔽スペーサの両端が、コイル冷却層
   の端壁外面を覆う断熱層に連結されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第(1)項記載の荷電粒子偏向用超電
   導電磁石。