JPH10144521A - ３６０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石 - Google Patents
３６０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石Info
- Publication number
- JPH10144521A JPH10144521A JP29481696A JP29481696A JPH10144521A JP H10144521 A JPH10144521 A JP H10144521A JP 29481696 A JP29481696 A JP 29481696A JP 29481696 A JP29481696 A JP 29481696A JP H10144521 A JPH10144521 A JP H10144521A
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- JP
- Japan
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- magnetic field
- coil
- field generating
- helical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】長軸方向にヘリカルに３６０°回転する磁場を
生成する電磁石に置いて、電磁石を構成するコイルを分
離独立して巻き線することができる構造を得る。 【解決手段】ヘリカルの回転角が１８０°以下の複数の
二極磁場生成電磁石を、長軸方向に直列に配置するとと
もに、隣接する電磁石間に端部磁場補正用の補正コイル
２５を配置する。
生成する電磁石に置いて、電磁石を構成するコイルを分
離独立して巻き線することができる構造を得る。 【解決手段】ヘリカルの回転角が１８０°以下の複数の
二極磁場生成電磁石を、長軸方向に直列に配置するとと
もに、隣接する電磁石間に端部磁場補正用の補正コイル
２５を配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子の円形加
速器に係り、特に、３６０°ヘリカル回転する二極磁場
を生成する電磁石に関する。
速器に係り、特に、３６０°ヘリカル回転する二極磁場
を生成する電磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術はSpin Note AGS／RHIC／SN N
o.001 (January 19，1996）に記述されている。
o.001 (January 19，1996）に記述されている。
【０００３】ビーム進行方向に３６０°ヘリカル回転す
る二極磁場を生成する電磁石は、図２のように、コイル
がその長軸方向（ビーム進行方向）に沿って、３６０°
ヘリカル回転する構造になっている。Ｘ−Ｘ断面での磁
場の向き１５は、軸方向（ビーム進行方向と垂直な面
内）に沿ってヘリカル回転する磁場の向きを表してい
る。電磁石を構成する鞍型のコイル１２及び１３は、互
いに３６０°ねじり合わさる構造をしている。そのた
め、コイル１２，コイル１３は単独で製造しその後組み
合わせることができない。従って、コイルをチューブ１
４に直接巻く製法をとらなければならない。従来は、コ
イルの配置は、コイルを巻くチューブにあらかじめヘリ
カル状に溝を掘り、その溝に導線をはめ込むことによっ
て、コイルのヘリカル形状の成型及びコイル位置精度を
出していた。発生させる磁場が低い場合には本構造でも
十分であるが、加速器の要望により４Ｔ以上のヘリカル
磁場が必要な場合は、超伝導線でコイルを巻き線するこ
とが必要である。この場合、従来の構造では高負荷，高
精度のコイルを構成することはできなかった。
る二極磁場を生成する電磁石は、図２のように、コイル
がその長軸方向（ビーム進行方向）に沿って、３６０°
ヘリカル回転する構造になっている。Ｘ−Ｘ断面での磁
場の向き１５は、軸方向（ビーム進行方向と垂直な面
内）に沿ってヘリカル回転する磁場の向きを表してい
る。電磁石を構成する鞍型のコイル１２及び１３は、互
いに３６０°ねじり合わさる構造をしている。そのた
め、コイル１２，コイル１３は単独で製造しその後組み
合わせることができない。従って、コイルをチューブ１
４に直接巻く製法をとらなければならない。従来は、コ
イルの配置は、コイルを巻くチューブにあらかじめヘリ
カル状に溝を掘り、その溝に導線をはめ込むことによっ
て、コイルのヘリカル形状の成型及びコイル位置精度を
出していた。発生させる磁場が低い場合には本構造でも
十分であるが、加速器の要望により４Ｔ以上のヘリカル
磁場が必要な場合は、超伝導線でコイルを巻き線するこ
とが必要である。この場合、従来の構造では高負荷，高
精度のコイルを構成することはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の構造ではコイル
を単独で成型し、後から組み立てる方法をとることがで
きない。このため成型はコイルを巻き終わった後に、チ
ューブごと加熱して行われる。また、コイル位置は、チ
ューブに３６０°ヘリカル回転する溝に導体をはめ込む
ことによって確保するが、溝を加工する場合、溝が３６
０°ヘリカル回転しているために精度よく加工すること
ができない。従って高いコイル位置精度の確保が難し
い。コイル位置精度は、電磁石の作る磁場性能に直結し
ているため、良質の二極磁場を生成することができな
い。
を単独で成型し、後から組み立てる方法をとることがで
きない。このため成型はコイルを巻き終わった後に、チ
ューブごと加熱して行われる。また、コイル位置は、チ
ューブに３６０°ヘリカル回転する溝に導体をはめ込む
ことによって確保するが、溝を加工する場合、溝が３６
０°ヘリカル回転しているために精度よく加工すること
ができない。従って高いコイル位置精度の確保が難し
い。コイル位置精度は、電磁石の作る磁場性能に直結し
ているため、良質の二極磁場を生成することができな
い。
【０００５】また導体として、超伝導線を使用する場
合、コイル周方向に直接加圧できない、即ち、コイル周
方向のプリストレスを十分に加えることができない。従
って、磁場発生時の導体の動きを抑制できないため、励
磁中のワイヤムーブ（導体の動き）によりクエンチ（超
伝導喪失）し、高負荷率運転が不可能となる。また導体
の動きにより高磁場成分が発生し、磁場性能を満たすこ
とができなくなっている。
合、コイル周方向に直接加圧できない、即ち、コイル周
方向のプリストレスを十分に加えることができない。従
って、磁場発生時の導体の動きを抑制できないため、励
磁中のワイヤムーブ（導体の動き）によりクエンチ（超
伝導喪失）し、高負荷率運転が不可能となる。また導体
の動きにより高磁場成分が発生し、磁場性能を満たすこ
とができなくなっている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、ヘリカル回
転角が１８０°以下である電磁石を直列に組み合わせ
て、軸方向に３６０°回転する磁場を生成することによ
って解決される。
転角が１８０°以下である電磁石を直列に組み合わせ
て、軸方向に３６０°回転する磁場を生成することによ
って解決される。
【０００７】ヘリカル回転角が１８０°より小さな回転
角を持つヘリカル回転二極磁場生成電磁石は、回転角が
小さいことにより電磁石を構成する二つのコイルを別々
に製造して後から組み合わせて製造することができる。
直接チューブに巻かないために、ヘリカル回転角を持た
ない二極電磁石の製法が応用できる。例えば成型時に治
具を用いてコイルの巻き位置精度を出すことができ、こ
れにより良質の二極磁場を生成することができる。さら
に超伝導線を用いる場合には、コイル周方向に対して直
接プリストレスをかけることができるので、磁場発生時
の導体の動きを抑制でき、臨界電流密度が、５Ｔの磁
場、４.２Ｋにおいて１７００Ａ／mm2、負荷率８０％以
上の高負荷率での運転が可能になる（図３）。特にヘリ
カル回転角が１２０°以下のコイルで構成する場合は上
下の加圧によりコイル周方向にプリストレスがかけられ
るので合理的である。
角を持つヘリカル回転二極磁場生成電磁石は、回転角が
小さいことにより電磁石を構成する二つのコイルを別々
に製造して後から組み合わせて製造することができる。
直接チューブに巻かないために、ヘリカル回転角を持た
ない二極電磁石の製法が応用できる。例えば成型時に治
具を用いてコイルの巻き位置精度を出すことができ、こ
れにより良質の二極磁場を生成することができる。さら
に超伝導線を用いる場合には、コイル周方向に対して直
接プリストレスをかけることができるので、磁場発生時
の導体の動きを抑制でき、臨界電流密度が、５Ｔの磁
場、４.２Ｋにおいて１７００Ａ／mm2、負荷率８０％以
上の高負荷率での運転が可能になる（図３）。特にヘリ
カル回転角が１２０°以下のコイルで構成する場合は上
下の加圧によりコイル周方向にプリストレスがかけられ
るので合理的である。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の実施例を説
明する。
明する。
【０００９】図１は３６０°ヘリカル回転二極磁場生成
電磁石の全体図であり、主要部分は３台の１２０°ヘリ
カル回転二極磁場生成電磁石によって構成される。
電磁石の全体図であり、主要部分は３台の１２０°ヘリ
カル回転二極磁場生成電磁石によって構成される。
【００１０】１１はチューブ７，１２０°ヘリカル回転
コイル９，１０を横から見た図である。１台の１２０°
ヘリカル回転二極磁場生成電磁石は１２０°ヘリカル回
転するコイル９，１０，チューブ７，コイル位置を決定
するブロックカラー８，コイルを固定するカラー６から
成る。この１２０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石を
直列に３台並べることによって３６０°ヘリカル回転す
る二極磁場を生成する。３台のヘリカル回転二極磁場生
成電磁石は、ヨーク５により一まとめに固定される。さ
らに、超伝導導体を低温に保つための液体ヘリウムシー
ルド１と液体窒素シールド２，真空容器３の中に組み込
まれる。真空容器３は架台４により支える。図４はコイ
ル９，１０とチューブ７の拡大図とコイル断面内の磁場
方向を示す。１７は円筒状に組み合わさっている、コイ
ル９，１０，チューブ７を軸方向に切って展開した図で
ある。コイル断面での磁場の向き１６はコイル９，コイ
ル１０がヘリカルに回転するのに合わせて回転し、１２
０°回転する磁場を作り出している。この３６０°ヘリ
カル回転二極磁場生成電磁石は直流電源により励磁運転
する。またコイル導体の超伝導状態を維持するための冷
却系と、断熱の為の真空排気系が必要である（図５）。
コイル９，１０を横から見た図である。１台の１２０°
ヘリカル回転二極磁場生成電磁石は１２０°ヘリカル回
転するコイル９，１０，チューブ７，コイル位置を決定
するブロックカラー８，コイルを固定するカラー６から
成る。この１２０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石を
直列に３台並べることによって３６０°ヘリカル回転す
る二極磁場を生成する。３台のヘリカル回転二極磁場生
成電磁石は、ヨーク５により一まとめに固定される。さ
らに、超伝導導体を低温に保つための液体ヘリウムシー
ルド１と液体窒素シールド２，真空容器３の中に組み込
まれる。真空容器３は架台４により支える。図４はコイ
ル９，１０とチューブ７の拡大図とコイル断面内の磁場
方向を示す。１７は円筒状に組み合わさっている、コイ
ル９，１０，チューブ７を軸方向に切って展開した図で
ある。コイル断面での磁場の向き１６はコイル９，コイ
ル１０がヘリカルに回転するのに合わせて回転し、１２
０°回転する磁場を作り出している。この３６０°ヘリ
カル回転二極磁場生成電磁石は直流電源により励磁運転
する。またコイル導体の超伝導状態を維持するための冷
却系と、断熱の為の真空排気系が必要である（図５）。
【００１１】図４のコイル９とコイル１０はヘリカル回
転角が１２０°であり、図６に示す１２０°マンドレル
１９とヘリカルに捻れているセンターポスト１８を用い
て巻き線を行う。導線２０をセンターポスト２１８に沿
って適当なテンションをかけながら巻き線を行う。巻き
線後のコイルの成型を図７に示す。成型時は１２０°の
ヘリカル回転角をもつ押し治具を用いて行う。コイルの
断面位置はセンターカラー２３により決定される。押し
治具、センターカラーはＭＣ旋盤により加工する。押し
治具２４とセンターカラー２３はＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−
Ｃ断面に示すように軸方向に沿ってコイルと同じ回転角
でヘリカルに回転している。矢印２１方向に圧力を加え
ることにより、押し治具２４を通してコイル２２の周方
向に直接圧力を加えることができる。つまり、１２０°
以下のヘリカル回転角の場合は、上下方向の加圧でコイ
ル周方向のプリストレスを加えることが可能である。超
伝導線の化合物接着層をウォームブロック内に組み込ま
れているヒータを用いて、温度をコントロールしながら
高温硬化させコイルを成型する。
転角が１２０°であり、図６に示す１２０°マンドレル
１９とヘリカルに捻れているセンターポスト１８を用い
て巻き線を行う。導線２０をセンターポスト２１８に沿
って適当なテンションをかけながら巻き線を行う。巻き
線後のコイルの成型を図７に示す。成型時は１２０°の
ヘリカル回転角をもつ押し治具を用いて行う。コイルの
断面位置はセンターカラー２３により決定される。押し
治具、センターカラーはＭＣ旋盤により加工する。押し
治具２４とセンターカラー２３はＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−
Ｃ断面に示すように軸方向に沿ってコイルと同じ回転角
でヘリカルに回転している。矢印２１方向に圧力を加え
ることにより、押し治具２４を通してコイル２２の周方
向に直接圧力を加えることができる。つまり、１２０°
以下のヘリカル回転角の場合は、上下方向の加圧でコイ
ル周方向のプリストレスを加えることが可能である。超
伝導線の化合物接着層をウォームブロック内に組み込ま
れているヒータを用いて、温度をコントロールしながら
高温硬化させコイルを成型する。
【００１２】電磁石を直列に配列したことにより、隣接
する１２０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石の端部の
影響で不正磁場が生じる。図８に二極磁場を生成する補
正コイルを用いて磁場補正を行う例を示す。補正コイル
は２台の１２０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石の連
結部分に配置される。矢印２７は補正コイル２６が置か
れているＣ−Ｃ断面において、補正コイル２５が作り出
す磁場の向きを示している。Ｄ，ＥはＣ−Ｃ断面図に置
いて、Ｄ方向，Ｅ方向からみたときの電流の向きを示し
ている図である。矢印２８，２９はそれぞれの端部での
電流の流れる向きを示している。矢印２６は補正コイル
２５に流れる電流の向きを示している。補正コイルの電
流は電磁石端部の電流と逆向きに流し、端部電流のつく
る磁場を打ち消す役割をはたす。以上は、電磁石のヘリ
カル回転角１２０°の直列配置により説明したが、ヘリ
カル回転角９０°の電磁石を４直列に配置することによ
っても同様な効果が得られる。
する１２０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石の端部の
影響で不正磁場が生じる。図８に二極磁場を生成する補
正コイルを用いて磁場補正を行う例を示す。補正コイル
は２台の１２０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石の連
結部分に配置される。矢印２７は補正コイル２６が置か
れているＣ−Ｃ断面において、補正コイル２５が作り出
す磁場の向きを示している。Ｄ，ＥはＣ−Ｃ断面図に置
いて、Ｄ方向，Ｅ方向からみたときの電流の向きを示し
ている図である。矢印２８，２９はそれぞれの端部での
電流の流れる向きを示している。矢印２６は補正コイル
２５に流れる電流の向きを示している。補正コイルの電
流は電磁石端部の電流と逆向きに流し、端部電流のつく
る磁場を打ち消す役割をはたす。以上は、電磁石のヘリ
カル回転角１２０°の直列配置により説明したが、ヘリ
カル回転角９０°の電磁石を４直列に配置することによ
っても同様な効果が得られる。
【００１３】３６０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石
は、製作効率上同じヘリカル回転角を持つコイルにより
構成された方がよい。またコイル端部での不正磁場の影
響を少なくするためには１コイル当たりのヘリカル回転
角は大きな方がよい。このことからコイル１台当たりの
ヘリカル回転角は一般には１２０°が最適であると考え
られる。
は、製作効率上同じヘリカル回転角を持つコイルにより
構成された方がよい。またコイル端部での不正磁場の影
響を少なくするためには１コイル当たりのヘリカル回転
角は大きな方がよい。このことからコイル１台当たりの
ヘリカル回転角は一般には１２０°が最適であると考え
られる。
【００１４】
【発明の効果】上下コイルを分離独立して製作可能とし
たために、各コイルを従来の二極電磁石の製法を応用し
て成型することができる。これにより、コイル断面での
コイル位置精度を確保し、良質の二極磁場を生み出す３
６０°ヘリカル二極磁場生成電磁石を製作することがで
きる。またコイル導体として超伝導導体を用いる場合、
適当なプリストレスを加えることが可能となり、高負荷
率で運転が可能な360°ヘリカル二極磁場生成超伝導電
磁石を製作することができる。
たために、各コイルを従来の二極電磁石の製法を応用し
て成型することができる。これにより、コイル断面での
コイル位置精度を確保し、良質の二極磁場を生み出す３
６０°ヘリカル二極磁場生成電磁石を製作することがで
きる。またコイル導体として超伝導導体を用いる場合、
適当なプリストレスを加えることが可能となり、高負荷
率で運転が可能な360°ヘリカル二極磁場生成超伝導電
磁石を製作することができる。
【図１】本発明の一実施例の説明図。
【図２】従来技術の説明図。
【図３】本電磁石のロードラインの特性図。
【図４】本発明の電磁石の説明図。
【図５】３６０°ヘリカル回転二極磁場発生電磁石運転
の為に必要な系のブロック図。
の為に必要な系のブロック図。
【図６】ヘリカル回転角が１２０°である二極磁場生成
電磁石用コイルの巻き線用治具の説明図。
電磁石用コイルの巻き線用治具の説明図。
【図７】ヘリカル回転角が１２０°である二極磁場生成
電磁石用コイルの成型法の説明図。
電磁石用コイルの成型法の説明図。
【図８】電磁石連結部での、補正コイルと電磁石端部の
電流の向きの説明図。
電流の向きの説明図。
７…チューブ、９，１０…１２０°ヘリカル回転コイ
ル、２５…補正コイル、２６，２８，２９…電流の向
き、２７…磁場の向き。
ル、２５…補正コイル、２６，２８，２９…電流の向
き、２７…磁場の向き。
Claims (7)
- 【請求項１】コイルを固定するチューブと、その長軸方
向にヘリカルに３６０°回転するヘリカル回転二極磁場
を生成するコイルを有する電磁石において、ヘリカル回
転角が１８０°より小さい二極磁場生成コイルをその長
軸方向に複数配置することを特徴とする３６０°ヘリカ
ル回転二極磁場生成電磁石。 - 【請求項２】請求項１において、コイル線材として化合
物接着層を持つフィルムで被覆された超伝導線材を巻き
線する３６０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、加圧キ
ュア時に前記化合物接着層を高温層で硬化させコイルの
成型を行い、コイル周方向の位置精度が０.１mm 以内，
径方向位置精度０.０５mm 以内である３６０°ヘリカル
回転二極磁場生成電磁石。 - 【請求項４】請求項１，請求項２または請求項３におい
て、超伝導線として、複数本の超伝導素線を束ね全体を
一層の周上でツイストし、矩形に成型した物を用いるヘ
リカル回転二極磁場生成電磁石。 - 【請求項５】請求項１，請求項２，請求項３または請求
項４において、臨界電流密度が４Ｔ以上の磁場、４.２
Ｋで１７００Ａ／mm2 、負荷率８０％以上で運転可能で
あるヘリカル回転二極磁場生成電磁石。 - 【請求項６】請求項１，請求項２，請求項３，請求項４
または請求項５において、３６０°ヘリカル回転二極磁
場生成電磁石を構成する二極磁場生成コイルのヘリカル
回転角が１２０°以下である３６０°ヘリカル回転二極
磁場生成電磁石。 - 【請求項７】請求項１，請求項２，請求項３，請求項
４，請求項５または請求項６において、直列に配置した
電磁石間に、補正コイルを配置する３６０°ヘリカル回
転二極磁場生成電磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29481696A JPH10144521A (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | ３６０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29481696A JPH10144521A (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | ３６０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10144521A true JPH10144521A (ja) | 1998-05-29 |
Family
ID=17812633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29481696A Pending JPH10144521A (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | ３６０°ヘリカル回転二極磁場生成電磁石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10144521A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7350559B2 (en) * | 2002-12-16 | 2008-04-01 | Energetics Technologies, Llc | Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum |
| KR20230119191A (ko) | 2021-03-23 | 2023-08-16 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 초전도 코일 장치, 초전도 가속기 및 입자선 치료 장치 |
| JP2024539649A (ja) * | 2021-10-20 | 2024-10-29 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 共振器、線形加速器構成、及び回転励磁器を有するイオン注入システム |
-
1996
- 1996-11-07 JP JP29481696A patent/JPH10144521A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7350559B2 (en) * | 2002-12-16 | 2008-04-01 | Energetics Technologies, Llc | Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum |
| US7381238B2 (en) | 2002-12-16 | 2008-06-03 | Energetics Technologies, L.L.C. | System and method of electromagnetic influence on electroconducting continuum |
| US7449143B2 (en) | 2002-12-16 | 2008-11-11 | Energetics Technologies, L.L.C. | Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum |
| US7675959B2 (en) | 2002-12-16 | 2010-03-09 | Energetics Technologies, Llc | Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum |
| KR20230119191A (ko) | 2021-03-23 | 2023-08-16 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 초전도 코일 장치, 초전도 가속기 및 입자선 치료 장치 |
| JP2024539649A (ja) * | 2021-10-20 | 2024-10-29 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 共振器、線形加速器構成、及び回転励磁器を有するイオン注入システム |
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