JPH09205016A - 超電導マグネットシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱的に高安定で、かつ時間的な磁場均一度の高
い超電導マグネットシステムを提供することを目的とす
る。 【解決手段】酸化物超電導体からなる永久電流スイッチ
素子，超電導マグネットおよびそれらの接続部で構成さ
れる超電導マグネットシステムであって、永久電流モー
ドの回路の電気抵抗が、１０^-9Ω以下である。 【効果】超電導マグネットのより大きな磁場中におけ
る、より高い熱的安定性を持った永久電流モード運転が
可能となる。熱式永久電流スイッチの小型化を図り、そ
の永久電流スイッチにおける、より小さい投入熱量によ
るスイッチＯＦＦ動作とより高速のスイッチＯＮ動作が
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導マグネット
システムおよびそれを構成する超電導コイルあるいは永
久電流スイッチ等の超電導素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】より大きな磁場をよりコンパクトな電磁
石を用いて発生させるには、常電導体に比べ極めて高い
電流密度が得られる超電導マグネットを用いるのが有効
である。しかも、この超電導マグネットを永久電流モー
ドで運転することは、発生磁場の安定度の向上，電流リ
ードのジュール発熱をなくすことによる冷却効率の向
上、あるいは運転中の励磁電源の切り放しによる装置の
コンパクト化などのメリットを生む。超電導マグネット
の永久電流モード運転には、永久電流スイッチが必要で
あり、これには、熱式，磁界式，電流式等のスイッチン
グ方式のものがある。最も一般的に利用されている熱式
永久電流スイッチには、スイッチオフ時の電気抵抗を大
きくするための、キュプロニッケルＣｕＮｉ等の比抵抗
の高い金属母材中にニオブチタンＮｂＴｉ等の超電導線
を埋め込んだ線材を、ヒータ線とともにソレノイド無誘
導巻きコイル状に巻いて作られる素子が用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来より、金属系超電
導線材を用いて作られた永久電流スイッチは、用いられ
る超電導体の超電導臨界温度Ｔｃが低く、金属母材の熱
伝導度が小さいため、僅かな擾乱による発熱でも容易に
急激な常電導転移（クエンチ現象）を起こし易く、スイ
ッチオン時の安定性に問題があった。複数の永久電流ス
イッチ素子の並列接続により、永久電流スイッチのクエ
ンチによるマグネットシステムのクエンチの可能性を低
減することができるが、この場合、スイッチが大きくな
ってしまう上に、十分なスイッチＯＦＦ時の電気抵抗を
得るために個々の素子のスイッチＯＦＦ時の電気抵抗を
大きくしなければならない。

【０００４】また、酸化物超電導コイルと従来の金属系
超電導体を用いた永久電流スイッチを接続するには、半
田接続を用いなければならないが、接続抵抗の低減に限
界がある上に、半田付けの加熱によって酸化物超電導体
の超電導性が劣化することがあるという問題もある。し
たがって、永久電流スイッチを、よりＴｃの高い酸化物
超電導体を用いて作製することにより、安定性を向上さ
せ、かつ、良好な低抵抗接続を得ることが考えられる。
しかしながら、酸化物超電導体を用いて永久電流スイッ
チを作製した場合、従来の永久電流スイッチと同様の液
体ヘリウム中での動作を考えると、その大きな温度マー
ジンにより高安定であるが故に、熱式のスイッチングに
は非常に大きな熱が必要となり、液体ヘリウムへの大き
な熱侵入が問題となる、あるいは、一度加熱されてスイ
ッチＯＦＦとなった素子を再び冷却してスイッチＯＮと
するためにより長い時間がかかり、高速のスイッチＯＮ
動作が行えない、等の問題がある。また、磁界式のスイ
ッチングは、永久電流スイッチ素子用に利用できるほど
の高い臨界電流密度Ｊｃを示す酸化物超電導体が、何れ
も液体ヘリウム温度近傍では従来の金属系超電導体を凌
駕するほどの高い臨界磁場を有することから非常に困難
である。

【０００５】また、酸化物超電導線材の被覆材あるいは
基材として一般に用いられている銀が高い電気伝導性を
持つため、永久電流スイッチのオフ時に必要な電気抵抗
を得るには、非常に長い線材が必要となる。例えば、２
０〜３０Ｋの温度において１mm² 程度の銀被覆材断面積
を持つ銀シース線材で、１Ω程度の電気抵抗を発生させ
るには、キロメートルオーダーの長さの線材が必要であ
り、非現実的である。さらに、永久電流スイッチ素子と
なるコイルは、常電導接続を含まない超電導コイルか、
もしくは実際上それに近い極低抵抗のコイルでなくては
ならないので、多層パンケーキコイルのような接続部を
多く含むコイルを永久電流スイッチ素子として用いるの
も極めて困難である。

【０００６】本発明は、これらの課題を鑑みなされたも
のであり、高安定な永久電流スイッチを備えた超電導マ
グネットシステムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するべく検討を重ねた結果、以下の発明に至った。

【０００８】上記目的を達成するため、本発明において
は、超電導マグネットシステムを酸化物超電導体からな
る永久電流スイッチ素子と酸化物超電導体からなる超電
導マグネットとそれらを電気的に接続する接続部とを用
いて構成し、永久電流モード運転時の回路の全電気抵抗
が１０^-9Ω以下とする。

【０００９】本発明の超電導マグネットシステムを構成
する永久電流スイッチ素子は、無誘導巻きコイルである
ことを特徴とする。該無誘導巻きコイルには、スイッチ
OFFに必要な抵抗値が得られるだけの導体寸法を有して
いれば、いずれのコイル形状でも適用できる。代表的な
コイル形状として、無誘導巻きソレノイドコイルおよび
無誘導巻きパンケーキコイルが挙げられる。

【００１０】本発明の超電導マグネットシステムの永久
電流スイッチ素子を構成する超電導線材としては、永久
電流スイッチＯＦＦ時に超電導体が常電導転移する際
に、より高い電気抵抗を与えるものが望ましく、例とし
ては、金，白金，マグネシウム，ニッケルのうちの少な
くとも一つの元素を含む銀基合金により被覆された酸化
物超電導線材が挙げられる。

【００１１】本発明の超電導マグネットシステムにおい
ては、永久電流スイッチ素子が加熱用ヒータを備え、該
加熱用ヒータにより永久電流スイッチ素子を昇温するこ
とにより、永久電流スイッチをＯＦＦにする。また、マ
グネットシステム運転時に該永久電流スイッチ素子が受
ける磁場は、マグネットシステム中の該永久電流スイッ
チ素子以外の超電導部分および永久電流スイッチＯＮ時
の該永久電流スイッチ素子自身の超電導部分の臨界電流
密度と超電導状態の安定性が、マグネットシステムの運
転に必要なだけ確保できる範囲内で、できるだけ高い方
がよい。例として、永久電流スイッチ素子を構成する超
電導体としてＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xを用いる場合、Ｂ
ｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xの不可逆臨界磁場（ある温度にお
いて、超電導体の輸送臨界電流密度が０でない領域と、
超電導状態ではあっても輸送臨界電流が０である領域の
境界となる磁場）が温度の低下とともに増加し、特に３
０Ｋ以下の温度で急激に増大して１Ｔをこえる特性を有
することから、永久電流スイッチ素子を１Ｔ以上の外部
磁場中で使用すると、３０Ｋ以下の温度でスイッチをＯ
ＦＦにすることができる。温度４.２Ｋ ，外部磁場１Ｔ
の条件下におけるＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xの輸送臨界電
流密度は、温度４.２Ｋ ，外部磁場０Ｔの場合に比べ
て、磁場の方向がＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_xの結晶のｃ軸
に垂直な場合で２０％，平行な場合でも５０％低下する
程度なので、例えば１Ｔの外部磁場中では、比較的高い
スイッチＯＮ時の高臨界電流密度と比較的小さいヒータ
投入熱量によるスイッチＯＦＦ動作が、両立できること
になる。

【００１２】本発明の超電導マグネットシステムにおけ
る超電導マグネットは、酸化物超電導体からなり、例と
して、金，白金，マグネシウム，ニッケルのうちの少な
くとも一つの元素を含む銀基合金もしくは銀により被覆
された酸化物超電導線材を用いて作製されたソレノイド
コイルやパンケーキコイルが挙げられる。

【００１３】本発明の超電導マグネットシステムにおい
て、該永久電流スイッチ素子、該接続部および該超電導
マグネットを構成する超電導体は、化学式、（Ｂｉ_y，
Ｐｂ_1-y)_1.5-2.2Ｓｒ_1.5-2.2Ｃａ_0.5-1.3Ｃｕ_1.5-2.3Ｏ
_7-9 ，（Ｂｉ_y，Ｐｂ_1-y)_1.5-2.2Ｓｒ_1.5-2.2Ｃａ
_1.5-2.3Ｃｕ_2.5-3.3Ｏ_9-11 、ここで、０.１≦ｙ≦１.
０、ＬｎＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_6.5-7.2 、ここで、ＬｎはＹもし
くは希土類元素から選ばれた一種または複数の元素、
（Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_1.5-2.2（Ｓｒ
_1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2Ｃｕ_0.5-1.3Ｏ_5-7 ，（Ｔｌ
_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_1.5-2.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ
_y4)_1.5-2.2Ｃａ_0.5-1.3Ｃｕ_1.5-2.3Ｏ_7-9 ，（Ｔｌ
_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_1.5-2.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ
_y4)_1.5-2.2Ｃａ_1.5-2.3Ｃｕ_2.5-3.3Ｏ_9-11 ，（Ｔｌ
_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ
_y4)_1.5-2.2Ｃｕ_0.5-1.3Ｏ_4-6 ，（Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ
_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2Ｃａ
_0.5-1.3Ｃｕ_1.5-2.3Ｏ_6-8 ，（Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂ
ｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2Ｃａ
_1.5-2.3Ｃｕ_2.5-3.3Ｏ_8-10 ，（Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1
Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2Ｃａ
_2.5-3.2Ｃｕ_3.5-4.3Ｏ_10-12 、ここで、０≦ｙ１≦０.
９，０≦ｙ２≦０.１，０≦ｙ１≦０.５，０≦ｙ１＋ｙ
２＋ｙ３≦１.０，０≦ｙ４≦１.０、で表される組成の
酸化物超電導体の中から選ばれたいずれかよりなり、該
超電導マグネットシステムが複数の種類の超電導体を含
んでも良いが、該接続部のより低い接続抵抗を得るため
には、用いられる超電導体は、同一種類であることが望
ましい。ただし、該永久電流スイッチ素子および該超電
導マグネットを熱処理以外の方法により接続して該接続
部を形成する場合、例えば半田付けにより接続を行う場
合は、この限りではない。

【００１４】本発明の超電導マグネットシステムを構成
する超電導体が液体の冷媒を用いた浸漬冷却により冷却
される場合においては、該超電導マグネットシステムは
冷媒液面の高さをモニタするための液面センサを備え、
該冷媒液面の調節により該永久電流スイッチ素子を該冷
媒液面上に露出させる過程、ヒータにより該永久電流ス
イッチ素子を加熱し、該永久電流スイッチ素子を構成す
る超電導体を常電導転移させる、あるいは極めて臨界電
流密度の低い状態にして永久電流スイッチをＯＦＦにす
る過程、該超電導マグネットに通電してマグネットを励
磁する過程、ヒータによる加熱をやめ、該冷媒液面の調
節により、該永久電流スイッチ素子を該冷媒液面下に浸
漬し、該永久電流スイッチ素子を冷却して永久電流スイ
ッチをＯＮにする過程、該超電導マグネットへの通電を
やめて該超電導マグネットシステム内に永久電流ループ
を形成する過程、を順次経て永久電流モード運転に入る
ことを特徴とする。該冷媒の例として、液体ヘリウムが
挙げられる。

【００１５】ここで、永久電流スイッチ素子は、その超
電導部分の縦，横，高さの各寸法のうち、高さ方向の寸
法が最小となるように配置されることが望ましい。例え
ば、径方向の寸法（外径）に対してコイル巻き中心軸の
方向の寸法（高さ）が明らかに小さいパンケーキコイル
を永久電流スイッチ素子として用いる場合、永久電流ス
イッチ素子は、パンケーキ巻き中心軸が鉛直方向に向く
ように配置されることが望ましい。

【００１６】また、本発明の超電導マグネットシステム
を構成する超電導体が液体の冷媒を用いた浸漬冷却によ
り冷却される場合においては、該超電導マグネットシス
テムは、永久電流スイッチ素子近傍の冷媒液面のみを上
下させることにより、該永久電流スイッチ素子の昇温，
冷却を行うことを特徴とする。

【００１７】例として、永久電流スイッチ素子および超
電導マグネットを納める空間を部分的に仕切る仕切と該
仕切により仕切られた各々の空間のガス圧を調節するた
めのバルブを備えた超電導マグネットシステムにおい
て、永久電流スイッチＯＮ時には、両バルブを開いて
（あるいは調節して）該永久電流スイッチ素子および該
超電導マグネットを納める各々の空間の冷媒液面を該永
久電流スイッチ素子および該超電導マグネットの上端よ
り上位に維持し、永久電流スイッチをＯＦＦにする際に
は、該永久電流スイッチ素子を納める空間側のバルブの
みを閉じた（あるいは絞った）状態で加熱用ヒータを発
熱させ、該永久電流スイッチ素子近傍の冷媒液面のみを
素子の下端以下まで下げて素子を昇温し、スイッチをＯ
ＦＦにする、というシステム構成および動作方法が挙げ
られる。

【００１８】他の例として、永久電流スイッチ素子およ
び超電導マグネットが各々別の容器中にあり、さらに二
つの容器内の該永久電流スイッチ素子および該超電導マ
グネットを納める空間が液体ヘリウム液面下で連結され
ており、両方、もしくは片方の容器が、該空間のガス圧
を調節するためのバルブを備える超電導マグネットシス
テム、あるいは、永久電流スイッチ素子の側面および上
面を覆うカバーと、該カバーから該永久電流スイッチ素
子，接続部および超電導マグネットを納める容器外へと
伸びるガス放出管とを備え、且つ、該ガス放出管が該カ
バーおよび該ガス放出管内のガス圧を調節するためのバ
ルブを備える超電導マグネットシステムにおいても、同
様の動作方法で永久電流スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作が
可能である。

【００１９】本発明の超電導マグネットシステムの製造
方法は、酸化物超電導体からなる永久電流スイッチ素子
と酸化物超電導体からなる超電導マグネットを、熱処理
により電気的に接続し、永久電流モード運転時の回路の
全電気抵抗を１０^-9Ω以下にすることを特徴とする。

【００２０】本発明による超電導マグネットシステムに
おいては、永久電流スイッチ素子に、従来の金属系超電
導体に比べて、擾乱に対する超電導状態の安定性が高い
酸化物超電導体を用いるので、スイッチＯＮ時の高い熱
的安定性が得られる。

【００２１】また、その高い熱的安定性により、永久電
流スイッチ素子の並列化によるクエンチ回避を図る必要
がないことから、永久電流スイッチを構成する永久電流
スイッチ素子の数を減らし、スイッチＯＦＦ時の永久電
流スイッチ素子１個当たりの電気抵抗も小さくできるの
で、永久電流スイッチを小型化することができる。

【００２２】本発明による超電導マグネットシステムに
おいては、永久電流モード運転時の回路の全電気抵抗が
１０^-9Ω以下と非常に低いので、実質的に永久電流と言
って良いほど、極めて磁場減衰速度の小さいマグネット
の運転が可能である。従って、本発明の超電導マグネッ
トシステムは、ＮＭＲ，ＭＲＩ，ＳＭＥＳあるいは磁気
浮上列車用マグネットなど、永久電流モード運転が不可
欠もしくは有効なあらゆるシステムに適用され、システ
ムの（特に熱的な）高安定化を図り得る。

【００２３】本発明による超電導マグネットシステムに
おいて、永久電流スイッチ素子の冷却に液体の冷媒を用
いる場合は、スイッチＯＦＦ時に永久電流スイッチ素子
が冷媒液面上にあり、スイッチＯＮ時にはバルブの開閉
による素早い冷媒液面調節による冷却を行うので、より
小さい投入熱量によるスイッチＯＦＦ動作とより高速の
スイッチＯＮ動作が可能となる。

【００２４】本発明による超電導マグネットシステムに
おいては、永久電流スイッチ素子が、その超電導体部分
の縦，横，高さの各寸法のうち、高さ方向の寸法が最小
となるように配置されるので、スイッチＯＦＦ前後の冷
媒液面の変化量が小さく、ヒータ加熱による冷媒の蒸発
量が少ないため、より小さい投入熱量によるスイッチＯ
ＦＦ動作とより高速のスイッチＯＮ動作が可能となる。

【００２５】本発明による超電導マグネットシステムに
おいて、永久電流スイッチ素子にパンケーキ型コイルを
用いる場合は、素子の縦方向の寸法が小さく且つ冷却の
効率が良いので、とりわけ小さい投入熱量によるスイッ
チＯＦＦ動作と高速のスイッチＯＮ動作が可能となる。

【００２６】本発明による超電導マグネットシステムに
おいては、磁場中で作動させることにより、より小さい
投入熱量によってスイッチを切ることができるため、従
来の金属系超電導線材を用いた永久電流スイッチの場合
のように、安定性を確保するために外部磁場のより小さ
い位置に永久電流スイッチを設置する必要がなく、永久
電流スイッチと永久電流スイッチが接続される超電導装
置との間の接続リードをより短くすることができる。

【００２７】また、本発明の超電導マグネットシステム
においては、酸化物超電導線材の被覆材として、銀に比
べて比抵抗の大きな銀基合金を用いて、永久電流スイッ
チ素子に用いる酸化物超電導線材を短くすることによ
り、酸化物超電導線材を用いた永久電流スイッチの製作
を容易にすると同時に、永久電流スイッチの小型化を可
能にする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を示す。

【００２９】（実施例１）図１は、本発明による超電導
マグネットシステムの構成を示す図である。

【００３０】システムは、永久電流スイッチ１，接続部
２，超電導マグネット３，マグネット励磁用電流リード
４およびヒータ用電流リード５より構成されている。永
久電流スイッチ１は、酸化物超電導導体が無誘導巻きさ
れた超電導コイルであり、外周に素子加熱用のヒータ線
が同じく無誘導巻きで巻かれている。ヒータ線には、電
流を流すためのヒータ用電流リード５が接続されてい
る。超電導マグネット３は、同じく酸化物超電導導体か
らなる超電導コイルである。永久電流スイッチ１および
超電導マグネット３から延びる各２本ずつの酸化物超電
導導体は、永久電流スイッチ１と超電導マグネット３の
間にある接続部２において、互いに接続されており、さ
らに、接続された往復一対の酸化物超電導導体の各々に
は、マグネット励磁用電流リード４が接続されている。
ここで、永久電流スイッチ１は、超電導マグネット３よ
り上に配置されている。

【００３１】この超電導マグネットシステムの運転手順
の一例を以下に示す。

【００３２】まず、マグネットシステムの励磁過程の例
を順を追って示す。永久電流スイッチ１，接続部２およ
び超電導マグネット３の全体を冷媒中に浸漬し、システ
ムの超電導体を超電導状態にする。続いて、永久電流ス
イッチ１のヒータ線にヒータ用電流リード５を通じて電
流を流し、永久電流スイッチ１を加熱する。冷媒が蒸発
して冷媒液面が低下し、永久電流スイッチ１の全体が冷
媒液面上に出て、素子の超電導導体が十分に昇温し、永
久電流スイッチがＯＦＦになるまでヒータ線への通電を
続ける。その後、マグネット励磁用電流リード４を介し
て超電導マグネット３に直流電流を通電する。超電導マ
グネット３への通電電流を一定に保った状態でヒータ線
への通電を止め、再び冷媒を永久電流スイッチ１の全体
が冷媒中に浸かるまで注入して、永久電流スイッチ１を
冷却し、永久電流スイッチをＯＮにする。その後、超電
導マグネット３への通電電流を下げて通電を止め、定期
的に冷媒を注入してシステムを冷却し続ける。この時点
で、永久電流スイッチ１，接続部２および超電導マグネ
ット３の間に電流ループが形成され、超電導マグネット
３は、ループを流れる電流値に比例する大きさの磁場を
発生する。磁場は、この電流ループの電気抵抗値に応じ
た速度で減衰する。

【００３３】次にマグネットシステムの消磁過程の例を
示す。まず、超電導マグネット３の発生する磁場より、
電流ループを流れる電流値を見積もり、それに等しい大
きさの直流電流をマグネット励磁用電流リード４を介し
て外部より通電する。次に励磁過程と同じ手順で永久電
流スイッチ１の加熱，昇温を行い、永久電流スイッチを
再びＯＦＦにする。続いて外部からの通電電流を下げて
から、永久電流スイッチ１の加熱を止める。

【００３４】上記運転手順で行ったある運転試験におい
て、電流ループ形成時に超電導マグネット３の発生する
磁場が、マグネット励磁用電流リード４を介した超電導
マグネット３への通電を止めてから１／ｅに減衰するま
で電流ループを維持したところ、１／ｅとなるまでに要
した時間（減衰時定数）τは、約１.４×１０⁵秒であっ
た。また、永久電流スイッチ１は無誘導巻きコイルであ
り、超電導マグネット３のインダクタンスが、１.０×
１０^-4Ｈであるため、システムに電流ループを形成した
ときの回路のインダクタンスＬは１.０×１０^-4Ｈ であ
る。電流ループの全電気抵抗Ｒは、τ＝Ｌ／Ｒの関係か
ら、０.７１×１０^-9Ω 以下であると見積もられた。

【００３５】（実施例２）図２は、本発明による超電導
マグネットシステムの構成の概略図である。

【００３６】クライオスタット１１内の液体ヘリウム１
２中に超電導マグネット１３と永久電流スイッチ素子１
４が納められている。超電導マグネット１３と永久電流
スイッチ素子１４とは、超電導線で接続され、さらにそ
の接続部とクライオスタットの外部にあるコイル励磁用
電源１５がマグネット励磁用電流リード１６を介して接
続されている。永久電流スイッチ素子１４は、ヒータ用
電流リード１７，１８を介してヒータ用電源１９と接続
された永久電流スイッチ加熱用ヒータ２０，２１を備え
る。また、クライオスタット１１には、液体ヘリウム液
面計２２が取り付けられている。

【００３７】図３に超電導マグネット１３と永久電流ス
イッチ素子１４の構造の詳細を示す。

【００３８】図３の永久電流スイッチ素子１４は、ステ
ンレス製のボビン３２，無誘導巻コイル３３，ヒータ線
３４および含浸材３５より構成され、超電導マグネット
１３は、ステンレス製のボビン３７，ソレノイドコイル
３８および含浸材３９より構成される。永久電流スイッ
チ素子１４と超電導マグネット１３の間は、ステンレス
製のスペーサー４０によってボビン３２と３７が接続さ
れる形で隔てられている。無誘導巻コイル３３とソレノ
イドコイル３８の超電導導体同士は、スペーサー４０の
表面において、オーバーラップするように重ね巻きさ
れ、界面に塗布された銀ペーストを介して接続されてい
る。この接続部分では、導体表面の絶縁材テープは取り
除かれている。さらにマグネット励磁用電流リード１６
が、無誘導巻コイル３３とソレノイドコイル３８の接続
部でこれらと接続されている。なお、これらの超電導線
材の焼結とリード線の接続は、全て、永久電流スイッチ
素子１４および超電導マグネット１３全体ごと電気炉中
にて、酸素中、８７８℃で１０分間と５％酸素−窒素混
合ガス中、８００℃で２０時間の熱処理することにより
なされた。また、上記の熱処理を行った後、ヒータ線３
４の巻き付け、ヒータ線５６を巻き付けたヒータ線巻き
付けボビン５５の挿入、および永久電流スイッチ素子１
４と超電導マグネット１３の含浸材３５，３９を用いた
コーティングを行った。

【００３９】図３のソレノイドコイル３８の作製に用い
たＢｉ系超電導導体５１の断面構成を図４に示す。導体
は、超電導体コア６３およびシース材６４からなるテー
プ状線材６１と、テープ状絶縁材６２により構成されて
いる。

【００４０】以下に、Ｂｉ系超電導導体５１およびソレ
ノイドコイル３８の作製工程を示す。外径６mm，内径５
mmの銀パイプに酸化物超電導体Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x
の粉末を充填し、パイプの両端を潰して封じた。これに
外径が１.０mm になるまで伸線加工を加え、適当な長さ
に切断したものを１９本束ねて、外径６mm，内径5.2mm
の銀もしくは銀合金パイプに挿入し、同様にパイプの両
端を潰して封じた。さらに、これに外径が０.７mm にな
るまで伸線加工を加え、圧延することにより幅２mm，厚
さ０.１２５mm の１９芯テープ状線材６１を得た。この
線材４本を重ねて線材束とし、これに、厚さ０.２〜０.
２５mmのアルミナ製のテープ状絶縁材６２を、線材束の
上面から隣合う線材束の下面へと両者の側面を隔てつつ
階段状に渡るように、併せ巻きしながらステンレス製の
ボビン３７にソレノイド状に巻き付けて、ソレノイドコ
イル３８を成型した。

【００４１】導体の巻きはじめ部分は、ボビン３７の上
部に設けた導体折り返しガイド５３にそって、所定の曲
率で折り返され、導体の巻き終わり部分に重なる形で同
じ方向で無誘導巻コイル３３との接続部へ導かれてい
る。

【００４２】図３の無誘導巻コイル３３の作製に用いた
Ｂｉ系超電導導体５２の構成は、シース材６４に銀−金
合金（Ａｇ−１０ａｔ％Ａｕ）を用いていることを除い
て図４に示したＢｉ系超電導導体５２と同一である。導
体の巻きはじめ部分は、ボビン３２の上部に設けた導体
折り返しガイド５４にそって、所定の曲率で折り返され
ている。

【００４３】また、比較例として、永久電流スイッチ素
子１４と同一の構成の永久電流スイッチ素子と、超電導
マグネット１３と等しいインダクタンスＬを有する、Ｎ
ｂ−Ｔｉ超電導線材を用いたソレノイドコイルとをＰｂ
−Ｓｎ半田により接続した、比較用マグネットシステム
を製作した。

【００４４】超電導導体を構成する超電導線材に用いた
シース材，銀（Ａｇ）および銀−金合金（Ａｇ−１０ａ
ｔ％Ａｕ)の４.２Ｋにおける電気抵抗値の磁場依存性を
測定した結果を図５に示す。外部磁場０、および２０Ｔ
における銀−金合金（Ａｇ−１０ａｔ％Ａｕ）の電気抵
抗率は、それぞれ１.７×１０^-6、および２.０×10^-6μ
Ω・cmである。本実施例では、永久電流スイッチ素子の
無誘導巻きコイル３３に用いた線材長は、約１３ｍだっ
たので、スイッチＯＦＦ時の線材の常電導抵抗は、外部
磁場なしの条件で見積もっても１Ω以上となり、永久電
流スイッチの動作に十分なＯＦＦ抵抗が得られることが
わかる。このＯＦＦ抵抗値は、システムを２０Ｔもしく
はそれ以上の磁場中で用いても増大することはあっても
低下することはない。また、図５から、シース材として
銀を用いると、２０Ｔの外部磁場をかけて磁気抵抗を利
用したとしても、同様のコイル構成では本実施例より２
桁以上低いＯＦＦ抵抗しか得られないことがわかる。

【００４５】図６に、本発明の超電導マグネットシステ
ムについて、実施例１に示した様な運転手順で行った。
励磁，消磁試験のデータを図６示す。図６は、ヒータ投
入熱量，超電導マグネット１３および永久電流スイッチ
素子１４の表面温度，コイル励磁用電源の電源電流およ
び超電導マグネット１３のコイル中心における発生磁場
の経時変化を示している。図６より、完全な永久電流ス
イッチの動作とそれに伴うシステムの永久電流モード運
転が行われたことがわかる。

【００４６】図７に、さらに本発明によるマグネットシ
ステムと、前記比較用マグネットシステムについて、長
時間の永久電流モード運転を行った際の、磁場減衰率Ｂ
／Ｂ₀ の経時変化を示す（ここで、Ｂはある時刻におけ
る発生磁場の磁束密度、Ｂ₀ は時刻０における発生磁場
の磁束密度である。）。Ｂが、Ｂ₀ 、減衰の時定数τお
よび時刻０からの経過時間ｔの関数、Ｂ＝Ｂ₀×ｅ−ｔ
／τ で表されるとみなせば、本発明によるマグネット
システムと比較用マグネットシステムのτは、各々約８
×１０⁵秒、および７×１０³秒と見積もられた。両シス
テムの超電導マグネットのインダクタンスＬは、ともに
２×１０^-4Ｈなので、各々のマグネットシステムの永久
電流ループ回路の全電気抵抗値は、２.５×１０^-10Ω以
下（本発明）および２.９×１０^-8Ω以下（比較例）で
あることが分かった。

【００４７】（実施例３）図８は、本発明による超電導
マグネットシステムの構成の概略図である。

【００４８】クライオスタット７１内の液体ヘリウム７
２中に超電導マグネット７３と永久電流スイッチ素子７
４が納められており、クライオスタット７１の内部は、
内部に真空断熱層を有する仕切８６により、二つに分割
されている。分割された二つの室は、各々、ガス圧調節
用バルブ８４，８５と液体ヘリウム液面計８２，８３を
備える。超電導マグネット７３と永久電流スイッチ素子
７４とは、超電導線で接続され、さらにその接続部とク
ライオスタットの外部にあるコイル励磁用電源７５がマ
グネット励磁用電流リード７６を介して接続されてい
る。永久電流スイッチ素子７４は、ヒータ用電流リード
７７を介してヒータ用電源７９と接続された永久電流ス
イッチ加熱用ヒータ８０を備える。ガス圧調節用バルブ
８４，８５を開放し、クライオスタット７１内のガス圧
を大気圧もしくはほぼそれに近い状態では、各室の液体
ヘリウム液面８７，８８は、図８に示すように同じ高さ
となっている。

【００４９】永久電流スイッチ素子７４を構成する無誘
導巻きコイルおよび超電導マグネット７３に用いた超電
導線材，導体構成およびコイル寸法は、各々実施例２と
同一のものとした。

【００５０】マグネットシステムの運転手順は、基本的
に実施例２と同様であるが、本実施例のシステムでは、
永久電流スイッチをＯＦＦにする際には、永久電流スイ
ッチ素子７４のある側の室のガス圧調節用バルブ８５を
閉じた状態で永久電流スイッチ加熱用ヒータ８０に通電
する。これにより、永久電流スイッチ素子７４を液体ヘ
リウム液面８８上に露出させるまでに蒸発させる液体ヘ
リウムの量は、仕切８６およびガス圧調節用バルブ８５
がない場合に比べて少なくなり、より少ないヒータ投入
熱による、より高速のスイッチＯＦＦ動作が可能となっ
た。永久電流スイッチＯＦＦ時の液体ヘリウムの液面の
状態を図９に示す。

【００５１】また、再び永久電流スイッチをＯＮにする
際には、液体ヘリウムを外部より供給すると同時にガス
圧調節用バルブ８５を開き、永久電流スイッチ素子７４
を速やかに冷却することができ、より高速のスイッチＯ
Ｎ動作が可能となった。

【００５２】（実施例４）図１０は、本発明による超電
導マグネットシステムの構成の概略図である。

【００５３】クライオスタット９１内の液体ヘリウム９
２中に超電導マグネット９３と永久電流スイッチ素子９
４が納められており、クライオスタット９１は二つのク
ライオスタットが液体ヘリウム液面下でクライオスタッ
ト連結部１０６を介して連結された構造になっている。
分割された二つの室は、各々、液体ヘリウム液面計１０
２，１０３と、ガス圧調節用バルブ１０４，１０５を備
える。超電導マグネット９３と永久電流スイッチ素子９
４とは、クライオスタット連結部１０６を通って超電導
線で接続され、さらにその接続部とクライオスタットの
外部にあるコイル励磁用電源９５がマグネット励磁用電
流リード９６を介して接続されている。永久電流スイッ
チ素子９４は、ヒータ用電流リード９７を介してヒータ
用電源９９と接続された永久電流スイッチ加熱用ヒータ
１００を備える。ガス圧調節用バルブ１０４，１０５を
開放し、クライオスタット９１内のガス圧を大気圧もし
くはほぼそれに近い状態にした時には、各室の液体ヘリ
ウム液面１０７，１０８は、図１０のように同じ高さと
なっている。

【００５４】永久電流スイッチ素子９４を構成する無誘
導巻きコイルおよび超電導マグネット９３に用いた超電
導線材，導体構成およびコイル寸法は、各々実施例２と
同一のものとした。

【００５５】マグネットシステムの運転手順は、基本的
に実施例２と同様であるが、本実施例のシステムでは、
永久電流スイッチをＯＦＦにする際には、永久電流スイ
ッチ素子９４のある側の室のガス圧調節用バルブ１０５
を閉じた状態で永久電流スイッチ加熱用ヒータ１００に
通電する。これにより、永久電流スイッチ素子９４を液
体ヘリウム液面１０８上に露出させるまでに蒸発させる
液体ヘリウムの量は、クライオスタットが分割されてい
ない場合に比べて少なくなり、より少ないヒータ投入熱
による、より高速のスイッチＯＦＦ動作が可能となっ
た。永久電流スイッチＯＦＦ時の液体ヘリウムの液面の
状態を図１１に示す。

【００５６】また、再び永久電流スイッチをＯＮにする
際には、液体ヘリウムを外部より供給すると同時にガス
圧調節用バルブ１０５を開き、永久電流スイッチ素子９
４を速やかに冷却することができ、より高速のスイッチ
ＯＮ動作が可能となった。

【００５７】（実施例５）図１２は、本発明による超電
導マグネットシステムの構成の概略図である。

【００５８】クライオスタット１１１内の液体ヘリウム
１１２中に超電導マグネット１１３と永久電流スイッチ
素子１１４が納められており、クライオスタット１１１
は、永久電流スイッチ素子１１４の側面および上面を覆
うように配置されたカバー１２６を備え、これによりク
ライオスタット１１１内の空間は、部分的に分割されて
いる。カバー１２６はその内部に真空断熱層をもち、さ
らにその側面には、永久電流スイッチ素子１１４の底面
より下の位置に貫通孔１２９が設けられている。

【００５９】カバー１２６により分割された二つの室
は、各々、液体ヘリウム液面計１２２，１２３と、ガス
圧調節用バルブ１２４，１２５を備える。超電導マグネ
ット１１３と永久電流スイッチ素子１１４とは、超電導
線で接続され、さらにその接続部とクライオスタットの
外部にあるコイル励磁用電源１１５がマグネット励磁用
電流リード１１６を介して接続されている。永久電流ス
イッチ素子１１４は、ヒータ用電流リード１１７を介し
てヒータ用電源１１９と接続された永久電流スイッチ加
熱用ヒータ１２０を備える。ガス圧調節用バルブ１２
４，１２５を開放し、クライオスタット１１１内のガス
圧を大気圧もしくはほぼそれに近い状態にした時には、
各室の液体ヘリウム液面１２７，１２８は、図１２のよ
うに同じ高さとなっている。

【００６０】永久電流スイッチ素子１１４を構成する無
誘導巻きコイルおよび超電導マグネット１１３に用いた
超電導線材は、各々実施例２と同様のプロセスで加工し
た。ただし、線材のコアとなる超電導体として、Ｂｉ₂
Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x，Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xおよびＴ
ｌ₂Ｓｒ_1.6Ｂａ_0.4Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x を用いて３種類のマ
グネットシステムを製作した。また、ここでは、永久電
流スイッチ素子１１４を構成する無誘導巻きコイルおよ
び超電導マグネット１１３は、テープ状超電導線材４本
を厚さ０.１mm のアルミナ製の絶縁材テープとともにパ
ンケーキ状に併せ巻きして作製するパンケーキコイルと
した。線材の寸法は、実施例２と同一であり、コイルの
寸法は、外径４６mm，内径１６mm，高さ２mmである。

【００６１】マグネットシステムの運転手順は、基本的
に実施例２と同様であるが、本実施例のシステムでは、
永久電流スイッチをＯＦＦにする際には、ガス圧調節用
バルブ１２５を閉じた状態で永久電流スイッチ加熱用ヒ
ータ１２０に通電する。これにより、永久電流スイッチ
素子１１４を液体ヘリウム液面１２８上に露出させるま
でに蒸発させる液体ヘリウムの量は、カバー１２６がな
い場合に比べて少なくなり、より少ないヒータ投入熱に
よる、より高速のスイッチＯＦＦ動作が可能となった。
永久電流スイッチＯＦＦ時の液体ヘリウムの液面の状態
を図１３に示す。

【００６２】また、再び永久電流スイッチをＯＮにする
際には、液体ヘリウムを外部より供給すると同時にガス
圧調節用バルブ１２５を開き、永久電流スイッチ素子１
１４を速やかに冷却することができ、より高速のスイッ
チＯＮ動作が可能となった。Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_x，
Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xおよびＴｌ₂Ｓｒ_1.6Ｂａ_0.4Ｃ
ａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xを用いて作製した３種類のマグネットシス
テムについて、実施例２と同様の運転を行い、永久電流
スイッチの動作とそれに伴うシステムの永久電流モード
運転が可能であることが確認できた。測定した減衰時定
数τは、各々２.７×１０⁴秒，２.５×１０⁴秒、および
２.２×１０⁴秒であった。超電導マグネット１１３とし
て用いたパンケーキコイルのインダクタンスＬは、いず
れも２×１０^-5Ｈであったので、電流ループの全電気抵
抗は、各々７.４×１０^-10Ω，８.０×１０^-10Ω、およ
び９.１×１０^-10Ωと見積もられた。

【００６３】（実施例６）図１４は、本発明による超電
導マグネットシステムの構成の概略図である。

【００６４】クライオスタット１３１内に、ＧＭ冷凍機
１４１の第１ステージ１４２に取り付けられて冷却され
る永久電流スイッチ素子１３４と第２ステージ１４３に
取り付けられて冷却される超電導マグネット１３３とが
納められている。超電導マグネット１３３と永久電流ス
イッチ素子１３４とは、超電導線で接続され、さらにそ
の接続部とクライオスタットの外部にあるコイル励磁用
電源１３５がコイル用電流リード１３６を介して接続さ
れている。永久電流スイッチ素子１３４は、ヒータ用電
流リード１３７を介してヒータ用電源１３９と接続され
た永久電流スイッチ加熱用ヒータ１４０を備える。ま
た、クライオスタット１３１内の空間132は真空断熱層
となっている。

【００６５】永久電流スイッチ素子１３４を構成する無
誘導巻きコイルおよび超電導マグネット１３３に用いた
超電導線材，導体構成およびコイル寸法は、永久電流ス
イッチ素子１３４を構成する無誘導巻きコイルの内径を
大きくし、素子の線材長を約８ｍとした以外は、各々実
施例２と同一のものとした。永久電流スイッチ素子１３
４のＯＦＦ抵抗は、４割程度低下したものの、液体ヘリ
ウム冷却（実施例２の場合）から冷凍機冷却に冷却方式
を変えても、実施例２と同様の昇温，冷却，通電の手順
で同様の永久電流モード運転が可能であった。測定した
時定数τは、２.５×１０⁵秒、電流ループの全電気抵抗
は、０.８×１０^-9Ωであった。

【００６６】（実施例７）図１５は、本発明による超電
導マグネットシステムの構成の概略図である。

【００６７】図１５の永久電流スイッチ素子と超電導マ
グネットは、たとえば、図１６に示すような回路を構成
して使用される。図１６の回路において、永久電流スイ
ッチ素子１５１，超電導マグネット１５２および保護抵
抗１５３が、コイル励磁用電源１５４に対して並列に接
続されている。

【００６８】図１５の永久電流スイッチ素子１５１は、
ステンレス製のボビン１５５，無誘導巻コイル１５６，
ヒータ線１５７および含浸材１５８より構成され、超電
導マグネット１５２は、ステンレス製のボビン１５９，
ソレノイドコイル１６０および含浸材１６１より構成さ
れる。永久電流スイッチ素子１５１と超電導マグネット
１５２の間は、ステンレス製のスペーサ１６２で隔てら
れ、無誘導巻コイル１５６とソレノイドコイル１６０と
は、接続リード１６３を介して接続されており、さらに
マグネット励磁用電流リード１６４が、無誘導巻コイル
１５６と接続リード１６３の接続部でこれらと接続され
ている。なお、これらのリード線の接続は、全て、永久
電流スイッチ素子１５１および超電導マグネット１５２
全体ごと電気炉中で焼結熱処理することによりなされ
た。また、永久電流スイッチ素子１５１と超電導マグネ
ット１５２は、上記のリード線の接続のための熱処理を
行った後、外径５０mm，高さ２００mmの円筒状のステン
レス製のケース１６５内に収納され、一体化されてい
る。

【００６９】図１５の無誘導巻コイル１５６の作製に用
いたＢｉ系超電導導体の断面構成を図１７に示す。Ｂｉ
系超電導導体１６９は、４本の幅２mm，厚さ０.１２５m
m のＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ₈銀−金合金シーステープ状
多芯線材１６６と１本の補強用金属テープ１６７が、セ
ラミクス製の絶縁被覆材１６８で被覆された構造の、幅
４mm，厚さ２mmの超電導導体である。

【００７０】図１５のソレノイドコイル１６０，接続リ
ード１６３およびマグネット励磁用電流リード１６４の
作製に用いたＢｉ系超電導導体の断面構成を図１８に示
す。導体構成は、図１７に示したＢｉ系超電導導体１６
９と形状，寸法ともに同一だが、Ｂｉテープ状多芯線材
１７０のシース材には銀を用いてある。

【００７１】図１５の永久電流スイッチ素子１５１と超
電導マグネット１５２をバイアスコイル中に挿入し、図
１６に示した回路で液体ヘリウム浸漬条件での通電試験
を行った。バイアスコイルの発生する外部磁場の向き
は、超電導マグネット２の中心点において、超電導マグ
ネット２の中心軸に水平であり、その大きさは、２０Ｔ
であった。この条件で永久電流スイッチ１のヒータ線１
５７に通電して永久電流スイッチ素子１５１をオフに
し、超電導マグネット１５２に１００Ａの直流電流を通
電して超電導マグネット１５２を励磁し、永久電流スイ
ッチ素子１５１と超電導マグネット１５２が正常にオフ
動作することを確認した。このとき、超電導マグネット
１５２の中心点における磁場の大きさは、２０.２Ｔ で
あった。ここで、ヒータ線１５７への通電をやめて永久
電流スイッチ素子１５１をオンにし、励磁電源を切り放
した。この後、超電導マグネット１５２の発生磁場の減
衰状況をモニタしたが、９６時間までの試験で永久電流
スイッチ素子１５１のクエンチは確認されず、永久電流
スイッチが正常に動作することが確認された。

【００７２】（実施例８）図１９は、実施例１５におけ
る永久電流スイッチ素子１５１と超電導マグネット１５
２に対応する永久電流スイッチ素子１７４，１７５と超
電導マグネット１７６を組み合わせた実施例における、
永久電流スイッチ素子と超電導マグネットの構成図であ
るが、ここでは、永久電流スイッチ素子１７４，１７５
を横置きとし、超電導マグネット１７６の中心軸に対し
て永久電流スイッチ素子１７４，１７５の中心軸が直交
する配置とした。この構成の永久電流スイッチについ
て、実施例７と同様の試験を行ったが、同様に正常な動
作が確認できた。また、スイッチをオフにするためのヒ
ータによる投入熱量は、実施例７の場合の１／２以下で
あった。

【００７３】

【発明の効果】本発明による超電導マグネットシステム
を用いると、超電導マグネットの、より大きな磁場中に
おける、より高い熱的安定性を持った永久電流モード運
転が可能となる。また、本発明によれば、酸化物超電導
体を用いた熱式永久電流スイッチの小型化を図り、か
つ、その永久電流スイッチにおける、より小さい投入熱
量によるスイッチＯＦＦ動作とより高速のスイッチＯＮ
動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるマグネットシステムの
構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例におけるマグネットシステムの
構成を示す図である。

【図３】本発明の実施例における酸化物超電導導体の構
成を示す図である。

【図４】本発明の実施例において用いた銀および銀−金
合金の４.２Ｋ における電気抵抗率の磁場依存性を示す
図である。

【図５】本発明の実施例における永久電流スイッチ素子
とソレノイドコイルの構成図である。

【図６】本発明の実施例におけるマグネットシステム運
転時のヒータ投入熱量，超電導マグネットおよび永久電
流スイッチ素子の表面温度，コイル励磁用電源の電源電
流および超電導マグネットのコイル中心における発生磁
場の経時変化を示す図である。

【図７】本発明の実施例における超電導マグネットの発
生磁場の経時変化を示す図である。

【図８】本発明の実施例におけるマグネットシステムの
構成を示す図である。

【図９】本発明の実施例におけるマグネットシステムの
構成を示す図である。

【図１０】本発明の実施例におけるマグネットシステム
の構成を示す図である。

【図１１】本発明の実施例におけるマグネットシステム
の構成を示す図である。

【図１２】本発明の実施例におけるマグネットシステム
の構成を示す図である。

【図１３】本発明の実施例におけるマグネットシステム
の構成を示す図である。

【図１４】本発明の実施例におけるマグネットシステム
の構成を示す図である。

【図１５】本発明の実施例におけるマグネットシステム
の構成図である。

【図１６】本発明によるマグネットシステムの回路構成
図である。

【図１７】本発明の実施例における超電導導体の断面構
成図である。

【図１８】本発明の実施例における超電導導体の断面構
成図である。

【図１９】本発明の実施例におけるマグネットシステム
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…永久電流スイッチ、２…接続部、３，１３，７３，
９３，１１３，１３３…超電導マグネット、４，１６，
７６，９６，１１６，１３６…マグネット励磁用電流リ
ード、５，１７，１８，７７，９７，１１７，１３７…
ヒータ用電流リード、１１，７１，９１，１１１，１３
１…クライオスタット、１２，７２，９２，１１２…液
体ヘリウム、１４，７４，９４，１１４，１３４…永久
電流スイッチ素子、１５，７５，９５，１１５，１３５
…コイル励磁用電源、１９，７９，９９，１１９，１３
９…ヒータ用電源、２０，２１，８０,１００,１２０，
１４０…永久電流スイッチ加熱用ヒータ、２２，８２，
８３，１０２，１０３，１２２，１２３，…液体ヘリウ
ム液面計、３２，３７…ボビン、３３…無誘導巻コイ
ル、３４，５６…ヒータ線、３５，３９…含浸材、３８
…ソレノイドコイル、４０…スペーサー、５１，５２…
Ｂｉ系超電導導体、５３，５４…導体折り返しガイド、
５５…ヒータ線巻き付けボビン、６１…テープ状線材、
６２…テープ状絶縁材、６３…超電導体コア、６４…シ
ース材、８４，８５,１０４,１０５，１２４，１２５…
ガス圧調節用バルブ、８６…仕切、８７，８８，１０
７，１０８，１２７，１２８…液体ヘリウム液面、１０
６…クライオスタット連結部、１２６…カバー、１２９
…貫通孔、１３２…空間、１４１…ＧＭ冷凍機、142…
第１ステージ、１４３…第２ステージ、１５３…保護抵
抗、１６３…接続リード、１６５…ケース、１６６…Ｂ
ｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ₈銀−金合金シーステープ状多芯線
材、１６７…補強用金属テープ、１６８…絶縁被覆材、
１６９…Ｂｉ系超電導導体、１７０…Ｂｉテープ状多芯
線材。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化物超電導体からなる永久電流スイッチ
   素子と酸化物超電導体からなる超電導マグネットとそれ
   らを電気的に接続する接続部とから構成される超電導マ
   グネットシステムであって、永久電流モード運転時の回
   路の全電気抵抗が１０^-9Ω以下であることを特徴とする
   超電導マグネットシステム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の超電導マグネットシステ
   ムにおいて、該永久電流スイッチ素子が無誘導巻きコイ
   ルであることを特徴とする超電導マグネットシステム。
3. 【請求項３】請求項１，２のいずれかに記載の超電導マ
   グネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ素子が
   無誘導巻きソレノイドコイルであることを特徴とする超
   電導マグネットシステム。
4. 【請求項４】請求項１，２のいずれかに記載の超電導マ
   グネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ素子が
   無誘導巻きパンケーキコイルであることを特徴とする超
   電導マグネットシステム。
5. 【請求項５】請求項１，２のいずれかに記載の超電導マ
   グネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ素子
   が、金，白金，マグネシウム，ニッケルのうちの少なく
   とも一つの元素を含む銀基合金により被覆された酸化物
   超電導線材からなることを特徴とする超電導マグネット
   システム。
6. 【請求項６】請求項１，２のいずれかに記載の超電導マ
   グネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ素子が
   加熱用ヒータを備えることを特徴とする超電導マグネッ
   トシステム。
7. 【請求項７】請求項１，２のいずれかに記載の超電導マ
   グネットシステムにおいて、該超電導マグネットが、
   金，白金，マグネシウム，ニッケルのうちの少なくとも
   一つの元素を含む銀基合金もしくは銀により被覆された
   酸化物超電導線材からなることを特徴とする超電導マグ
   ネットシステム。
8. 【請求項８】請求項１，２のいずれかに記載の超電導マ
   グネットシステムにおいて、該超電導マグネットがソレ
   ノイドコイルであることを特徴とする超電導マグネット
   システム。
9. 【請求項９】請求項１，２のいずれかに記載の超電導マ
   グネットシステムにおいて、該超電導マグネットがパン
   ケーキコイルであることを特徴とする超電導マグネット
   システム。
10. 【請求項１０】請求項１，２のいずれかに記載の超電導
    マグネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ素
    子、該接続部および該超電導マグネットが、化学式、 （Ｂｉ_y，Ｐｂ_1-y)_1.5-2.2Ｓｒ_1.5-2.2Ｃａ_0.5-1.3Ｃｕ
    _1.5-2.3Ｏ_7-9 ，（Ｂｉ_y，Ｐｂ_1-y)_1.5-2.2Ｓｒ_1.5-2.2
    Ｃａ_1.5-2.3Ｃｕ_2.5-3.3Ｏ_9-11 、 ここで、０.１≦ｙ≦１.０、 ＬｎＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_6.5-7.2 、 ここで、ＬｎはＹもしくは希土類元素から選ばれた一種
    または複数の元素、 （Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_1.5-2.2（Ｓｒ
    _1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2Ｃｕ_0.5-1.3Ｏ_5-7 ，（Ｔｌ
    _1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_1.5-2.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ
    _y4)_1.5-2.2Ｃａ_0.5-1.3Ｃｕ_1.5-2.3Ｏ_7-9 ，（Ｔｌ
    _1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_1.5-2.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ
    _y4)_1.5-2.2Ｃａ_1.5-2.3Ｃｕ_2.5-3.3Ｏ_9-11 ，（Ｔｌ
    _1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ
    _y4)_1.5-2.2Ｃｕ_0.5-1.3Ｏ_4-6 ，（Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ
    _y1Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2 Ｃａ
    _0.5-1.3Ｃｕ_1.5-2.3Ｏ_6-8 ，（Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1Ｂ
    ｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2Ｃａ
    _1.5-2.3Ｃｕ_2.5-3.3Ｏ_8-10 ，（Ｔｌ_1-y1-y2-y3Ｐｂ_y1
    Ｂｉ_y2Ｈｇ_y3)_0.5-1.2（Ｓｒ_1-y4Ｂａ_y4)_1.5-2.2Ｃａ
    _2.5-3.2Ｃｕ_3.5-4.3Ｏ_10-12 、ここで、０≦ｙ１≦０.
    ９，０≦ｙ２≦０.１，０≦ｙ１≦０.５，０≦ｙ１＋ｙ
    ２＋ｙ３≦１.０，０≦ｙ４≦１.０、で表される組成の
    酸化物超電導体の中から選ばれたいずれかよりなること
    を特徴とする超電導マグネットシステム。
11. 【請求項１１】請求項７，８のいずれかに記載の超電導
    マグネットシステムであって、該接続部において、該永
    久電流スイッチ素子および該超電導マグネットから伸び
    た超電導線材が、互いにオーバーラップするように重ね
    られて接続されていることを特徴とする超電導マグネッ
    トシステム。
12. 【請求項１２】請求項１，２のいずれかに記載の超電導
    マグネットシステムにおいて、該超電導マグネットシス
    テムが冷媒液面の高さをモニタするための液面センサを
    備え、 該冷媒液面の調節により該永久電流スイッチ素子を該冷
    媒液面上に露出させる過程、 ヒータにより該永久電流スイッチ素子を加熱し、該永久
    電流スイッチ素子を構成する超電導体を常電導転移させ
    る、あるいは極めて臨界電流密度の低い状態にして永久
    電流スイッチをＯＦＦにする過程、 該超電導マグネットに通電してマグネットを励磁する過
    程、 ヒータによる加熱をやめ、該冷媒液面の調節により、該
    永久電流スイッチ素子を該冷媒液面下に浸漬し、該永久
    電流スイッチ素子を冷却して永久電流スイッチをＯＮに
    する過程、 該超電導マグネットへの通電をやめて該超電導マグネッ
    トシステム内に永久電流ループを形成する過程、を順次
    経て永久電流モード運転に入ることを特徴とする超電導
    マグネットシステム。
13. 【請求項１３】請求項１２に記載の超電導マグネットシ
    ステムにおいて、該冷媒が液体ヘリウムであることを特
    徴とする超電導マグネットシステム。
14. 【請求項１４】請求項１２，１３のいずれかに記載の超
    電導マグネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ
    素子が、その超電導部分の縦，横，高さの各寸法のう
    ち、高さ方向の寸法が最小となるように配置されている
    ことを特徴とする超電導マグネットシステム。
15. 【請求項１５】請求項１２，１３のいずれかに記載の超
    電導マグネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ
    素子が無誘導巻きパンケーキコイルであって、パンケー
    キ巻きの巻き中心軸が鉛直方向に対して平行であること
    を特徴とする超電導マグネットシステム。
16. 【請求項１６】請求項１２，１３のいずれかに記載の超
    電導マグネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ
    素子近傍の冷媒液面のみを上下させることにより、該永
    久電流スイッチ素子の昇温，冷却を行うことを特徴とす
    る超電導マグネットシステム。
17. 【請求項１７】請求項１２，１３のいずれかに記載の超
    電導マグネットシステムにおいて、該超電導マグネット
    システムが、該永久電流スイッチ素子および該超電導マ
    グネットを納める空間を部分的に仕切る仕切と該仕切に
    より仕切られた各々の空間のガス圧を調節するためのバ
    ルブを備えることを特徴とする超電導マグネットシステ
    ム。
18. 【請求項１８】請求項１２，１３のいずれかに記載の超
    電導マグネットシステムにおいて、該永久電流スイッチ
    素子および該超電導マグネットが各々別の容器中にあ
    り、二つの容器内の該永久電流スイッチ素子および該超
    電導マグネットを納める空間が冷媒液面下で連結されて
    おり、両方、もしくは片方の容器が、該空間のガス圧を
    調節するためのバルブを備えることを特徴とする超電導
    マグネットシステム。
19. 【請求項１９】請求項１２，１３のいずれかに記載の超
    電導マグネットシステムにおいて、該超電導マグネット
    システムが、該永久電流スイッチ素子の側面および上面
    を覆うカバーと、該カバーから該永久電流スイッチ素
    子，該接続部および該超電導マグネットを納める容器外
    へと伸びるガス放出管とを備え、且つ、該ガス放出管が
    該カバーおよび該ガス放出管内のガス圧を調節するため
    のバルブを備えることを特徴とする超電導マグネットシ
    ステム。
20. 【請求項２０】請求項１，２のいずれかに記載の超電導
    マグネットシステムにおいて、少なくとも永久電流スイ
    ッチをＯＦＦとする時に、該永久電流スイッチ素子の一
    部あるいは全体が、磁束密度１Ｔ以上の磁場中に存在す
    ることを特徴とする超電導マグネットシステム。
21. 【請求項２１】酸化物超電導体からなる永久電流スイッ
    チ素子と酸化物超電導体からなる超電導マグネットを、
    接続部における酸化物超電導体の結晶成長を伴う熱処理
    により電気的に接続し、永久電流モード運転時の回路の
    全電気抵抗を１０^-9Ω以下にすることを特徴とする超電
    導マグネットの製造方法。