JP3279031B2 - Superconducting electromagnet device for charged particles and charged particle storage ring - Google Patents
Superconducting electromagnet device for charged particles and charged particle storage ringInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は超電導コイルを用いて
磁界を発生させ、荷電粒子を所期の軌道に規正して導く
部分などに適用する荷電粒子用超電導電磁石に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting electromagnet for charged particles which is applied to a portion which generates a magnetic field by using a superconducting coil and guides the charged particles to an intended orbit.
【0002】[0002]
【従来の技術】図24は例えばMicroelectr
onic Engineering11(1990)2
25ー228ページに示された従来の荷電粒子用超電導
電磁石の一例、すなわち、電子蓄積リング用超電導偏向
電磁石の鳥瞰図、図25は図24の中央部分の縦断面
図、図26は図24の水平方向の断面図、図27はコイ
ルの形状を示す斜視図である。図において、1は超電導
線をバナナ形に巻き回し両端部をはね上げた形状の一対
の超電導コイル、2は上記の一対の超電導コイル1を一
定の間隔を設けて上下ほぼ対称になるように収納したコ
イル容器、3は上記超電導コイル1の上下対称な面にバ
ナナ形コイルの偏向(曲げ)半径に沿って外側が開口す
るようにコイル容器2の中央部に設けた長方形断面で形
成された真空の電子ビーム通路、4はコイル容器2の周
囲を覆い輻射熱を遮る熱シールド、5は以上の構成部分
を収納する真空槽、6はコイル容器2を真空槽に断熱的
に支持する断熱支持部材、7はコイル容器2に液体ヘリ
ウムを供給するヘリウム供給ポート、8は上記真空槽5
の直線軌道側の壁面を貫通して電子ビーム通路3に電子
ビームを導くビーム入口ポート、9は電子ビーム通路3
から真空槽5を貫通して電子ビームを取り出すビーム出
口ポート、10は電子ビーム通路3の軌道の接線方向に
真空槽5を貫通して適当な間隔で設置した複数の放射光
ポート、11は以上のように構成された超電導電磁石で
ある。図28は上記のように構成された超電導電磁石1
1を電子蓄積リングに適用した一例であり、図におい
て、超電導電磁石11はレーストラック形のビーム軌道
を構成するように2台を一定の距離を隔てて対称に設置
してあり、12は線形加速器やシンクロトロン(図示し
ない)等により所定のエネルギーに加速された電子を周
回軌道に導くビーム入射器、13は高周波空洞、14は
超電導電磁石と直線部の各構成機器をそれぞれ連結する
直線部ビームダクトである。複数の放射光ポート10の
端部はそれぞれ延長ビームダクト等を介して接続され途
中若しくは終端で真空を封止できるようにしている。
(図示しない)。2. Description of the Related Art FIG.
onic Engineering 11 (1990) 2
An example of the conventional superconducting electromagnet for charged particles shown on pages 25 to 228, that is, a bird's-eye view of a superconducting deflection electromagnet for an electron storage ring, FIG. 25 is a longitudinal sectional view of a central portion of FIG. 24, and FIG. FIG. 27 is a perspective view showing the shape of the coil. In the figure, 1 is a pair of superconducting coils having a shape in which a superconducting wire is wound in a banana shape and both ends are flipped up. The coil container 3 has a rectangular cross section provided at the center of the coil container 2 so that the outside is open along the deflection (bending) radius of the banana coil on the vertically symmetric surface of the superconducting coil 1. An electron beam path, 4 a heat shield covering the periphery of the coil container 2 and blocking radiant heat, 5 a vacuum tank containing the above components, 6 a heat insulating support member for supporting the coil container 2 in a vacuum tank in an adiabatic manner, 7 Is a helium supply port for supplying liquid helium to the coil container 2, and 8 is the vacuum tank 5
A beam entrance port for guiding an electron beam to the electron beam path 3 through the wall surface on the side of the straight orbit of the electron beam path 9;
A beam exit port for extracting an electron beam through the vacuum chamber 5 from the plurality of radiation light ports 10 disposed at appropriate intervals through the vacuum chamber 5 in a tangential direction of the trajectory of the electron beam passage 3; It is a superconducting electromagnet constituted as follows. FIG. 28 shows a superconducting electromagnet 1 configured as described above.
In this figure, two superconducting electromagnets 11 are installed symmetrically at a fixed distance from each other so as to form a racetrack-shaped beam trajectory, and 12 is a linear accelerator. Beam injector for guiding electrons accelerated to a predetermined energy by a laser or a synchrotron (not shown) into a circular orbit, 13 is a high-frequency cavity, 14 is a linear beam duct that connects a superconducting electromagnet and each component of the linear section. It is. The ends of the plurality of synchrotron radiation ports 10 are respectively connected via extended beam ducts or the like, so that a vacuum can be sealed in the middle or at the end.
(Not shown).
【0003】つぎに動作について説明する。まず、超電
導電磁石11の真空槽5を真空ポンプ(図示しない)を
用いて所定の真空度まで排気する。つぎに、コイル容器
2にヘリウム供給ポート7から液体ヘリウムを供給して
超電導コイル1を所定の温度に冷却する。超電導コイル
1は超電導状態(電気抵抗が0の状態)になると、外部
の励磁電源(図示しない)を介して通電することにより
所期の磁界を発生させることができる。この超電導電磁
石11を図28に示す電子蓄積リング適用したときの動
作はつぎのとおりである。線形加速器またはシンクロト
ロンにより所定のエネルギーに加速された電子はビーム
入射器12からリングの周回軌道に入射される。この高
エネルギー電子ビームは直線部ビームダクト14からビ
ーム入口ポート8、電子ビーム通路3およびビーム出口
ポート9を経てレーストラック軌道上を周回する。この
電子は一定量を蓄積すると入射を止め、後は引き続き高
周波空洞などの共振器を働かせて失われたエネルギーを
補充しつつ長時間の運転を継続する。ここで電子は超電
導電磁石の偏向磁界中で180度に曲げられるとき軌道
の接線方向に制動放射すなわちシンクロトロン放射光を
発する。このシンクロトロン放射光は複数の放射光ポー
ト10から取り出され、X線リソグラフィやX線回折な
ど原子、分子レベルの各種計測などに広く利用される。
ここで、電子ビーム(高エネルギーに加速された蓄積電
子の束)が周回する軌道上に残留気体分子があると、こ
の残留気体分子に加速電子が衝突してエネルギーが減衰
したりまたは散乱を起こして周回軌道から飛び出すなど
して消失し、蓄積寿命が短かくなる。このため、電子ビ
ームの蓄積寿命を考慮して、通常、電子ビーム通路3内
は10-9Torrオーダーの超高真空にしている。一
方、液体ヘリウムにより冷却された超電導コイル1は真
空により断熱するが残留ガスの分子伝導による熱授受を
考慮するとき断熱性能を保証するために必要な真空度は
10-6Torrオーダーであれば十分である。上記の超
電導電磁石11では電子ビームを通す電子ビーム通路3
と超電導コイルの断熱真空部すなわち真空槽5の真空が
連通した構成になっている。Next, the operation will be described. First, the vacuum chamber 5 of the superconducting electromagnet 11 is evacuated to a predetermined degree of vacuum using a vacuum pump (not shown). Next, liquid helium is supplied to the coil container 2 from the helium supply port 7 to cool the superconducting coil 1 to a predetermined temperature. When the superconducting coil 1 enters a superconducting state (state in which the electric resistance is 0), it can generate an intended magnetic field by being energized through an external excitation power supply (not shown). The operation when the superconducting electromagnet 11 is applied to the electron storage ring shown in FIG. 28 is as follows. The electrons accelerated to a predetermined energy by the linear accelerator or the synchrotron are incident on the orbit of the ring from the beam injector 12. This high-energy electron beam orbits from the straight section beam duct 14 through the beam entrance port 8, the electron beam passage 3 and the beam exit port 9 on a race track orbit. When a certain amount of these electrons accumulates, the injection is stopped, and after that, a long-time operation is continued while continuously operating a resonator such as a high-frequency cavity to supplement the lost energy. Here, the electrons emit bremsstrahlung or synchrotron radiation in the tangential direction of the orbit when bent by 180 degrees in the deflection magnetic field of the superconducting electromagnet. The synchrotron radiation is extracted from the plurality of radiation ports 10 and is widely used for various measurements at the atomic and molecular levels such as X-ray lithography and X-ray diffraction.
Here, if there are residual gas molecules on the orbit around which the electron beam (a bundle of accumulated electrons accelerated to high energy) orbits, the accelerated electrons collide with the residual gas molecules, resulting in energy attenuation or scattering. It disappears by jumping out of the orbit and the accumulated life is shortened. For this reason, in consideration of the storage life of the electron beam, the inside of the electron beam path 3 is usually set to an ultra-high vacuum of the order of 10 -9 Torr. On the other hand, the superconducting coil 1 cooled by liquid helium is insulated by vacuum, but when heat transfer by molecular conduction of the residual gas is taken into consideration, the degree of vacuum necessary to guarantee the heat insulating performance is sufficient if the degree of vacuum is of the order of 10 -6 Torr. It is. In the superconducting electromagnet 11, the electron beam path 3 for passing the electron beam
And the adiabatic vacuum part of the superconducting coil, that is, the vacuum of the vacuum tank 5 is communicated.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来の電子蓄積リング
用超電導電磁石は以上のように断熱真空部と電子ビーム
通路の真空が連通した構成になっているので断熱空間部
を形成する壁面、特に超電導コイルを含む冷却面はクラ
イオポンプ作用の働きで残留ガス分子の吸着平衡の状態
が保たれており、ここに熱的外乱が加わると平衡状態が
崩れ吸着ガスの一部が脱離して、真空槽5の真空度が劣
化することがあり、これにともなって電子ビーム通路3
内の超高真空が維持できなくなり電子ビームの蓄積寿命
が著しく低下することがある。また、運転中に電子ビー
ム入口ポート、出口ポートおよび放射光ポートから外部
に接続されている何れかのビームラインで真空が破れる
と、超電導電磁石の真空槽に直接影響を及ぼし、断熱性
が維持できなくなると、液体ヘリウムの異常蒸発、さら
には超電導コイルのクエンチ(超電導状態から常電導状
態への転移)にいたり、超電導電磁石として機能しなく
なるなどの欠点があった。As described above, the conventional superconducting electromagnet for the electron storage ring has a structure in which the adiabatic vacuum section and the vacuum of the electron beam passage communicate with each other. The cooling surface including the coil is kept in a state of adsorption equilibrium of residual gas molecules by the action of a cryopump, and when thermal disturbance is applied thereto, the equilibrium state is broken and a part of the adsorbed gas is desorbed, and the vacuum chamber 5, the degree of vacuum of the electron beam path 3 may be deteriorated.
In such a case, an ultra-high vacuum cannot be maintained, and the storage life of the electron beam may be significantly reduced. In addition, if the vacuum breaks in any of the beam lines connected to the outside from the electron beam entrance port, exit port, and synchrotron radiation port during operation, the vacuum chamber of the superconducting electromagnet is directly affected, and heat insulation can be maintained. When it disappears, there are drawbacks such as abnormal evaporation of liquid helium, quench of the superconducting coil (transition from superconducting state to normal conducting state), and failure to function as a superconducting electromagnet.
【0005】[0005]
【発明の目的】この発明はかかる問題を解消するために
なされたもので、電子ビームが通る部分の真空を常に超
高真空に保持してビームを安定に導くとともに、超電導
電磁石の外部に連なるビームライン側での真空破壊が断
熱真空に影響を及ぼさないような構造の超電導電磁石を
提供することを目的とする。また、本発明においては、
超電導コイルの低温部分への侵入熱を減じ液体ヘリウム
の蒸発量の少ないクライオスタットを提供することおよ
び万一超電導コイルのクエンチ等により磁界が急激に変
化しても熱シールド等構成部材に渦電流が誘起されにく
い構造にし熱シールド部材自身の温度上昇や電磁力によ
る変形などを生じない超電導電磁石を提供することを目
的としている。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problem. The present invention is directed to a method for stably guiding a beam by always maintaining a vacuum at a portion where an electron beam passes through an ultra-high vacuum, and a beam connected to the outside of a superconductive magnet. An object of the present invention is to provide a superconducting electromagnet having a structure in which vacuum breakage on the line side does not affect adiabatic vacuum. In the present invention,
To provide a cryostat that reduces the amount of heat infiltrated into the low-temperature portion of the superconducting coil and reduces the amount of liquid helium evaporated. Also, even if the magnetic field changes suddenly due to the quench of the superconducting coil, eddy currents are induced in components such as the heat shield. It is an object of the present invention to provide a superconducting electromagnet having a structure that is not easily deformed and does not cause a temperature rise of the heat shield member itself or deformation due to electromagnetic force.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は超電導
電磁石の電子ビームが通る部分に独立の真空空間を形成
するビームチェンバーを設置し真空槽を貫通するビーム
入口および出口ポート部分に真空シールを備えたフラン
ジ継ぎ手を介して開口するようにし荷電ビームを導くよ
うにした。According to a first aspect of the present invention, there is provided a beam chamber which forms an independent vacuum space in a portion of a superconducting electromagnet through which an electron beam passes, and a vacuum seal is provided at a beam inlet and an outlet port which penetrate a vacuum chamber. The opening was opened through a flange joint provided with a, and a charged beam was guided.
【0007】請求項2の発明はビームチェンバーの外周
壁に複数の放射光ポートを設け放射光ポートが真空槽を
貫通する部分に真空シールを備えたフランジ継ぎ手を介
して開口するようにし、シンクロトロン放射光を取り出
せるようにした。According to a second aspect of the present invention, there is provided a synchrotron wherein a plurality of radiation ports are provided on the outer peripheral wall of the beam chamber, and the radiation ports are opened through a flange joint provided with a vacuum seal at a portion penetrating the vacuum chamber. Synchrotron radiation can be extracted.
【0008】請求項3の発明はビームチェンバーを複数
の断熱支持部材を介して超電導コイルユニット上に断熱
的に支持するようにするとともにビームチェンバーに連
通する複数のダクトが真空槽を貫通する部分に伸縮可能
なフレキシブル継ぎ手を設けた。According to a third aspect of the present invention, the beam chamber is adiabatically supported on the superconducting coil unit via a plurality of heat insulating support members, and a plurality of ducts communicating with the beam chamber pass through the vacuum chamber. A flexible joint that can expand and contract is provided.
【0009】請求項4の発明はビームチェンバーを複数
の断熱支持部材で超電導コイル上に支持するさいに基準
となる位置1カ所若しくは2カ所をほぼ固定的に支持す
るとともにビームチェンバーの加温または超電導コイル
の冷却によって生ずる熱膨張・収縮による変位を断熱支
持部材の摺動および曲げ変位で吸収しビームチェンバー
と超電導コイルの相対位置をほぼ同じ状態に保持できる
ようにした。According to a fourth aspect of the present invention, when the beam chamber is supported on the superconducting coil by a plurality of heat-insulating support members, one or two reference positions are substantially fixedly supported, and the beam chamber is heated or superconducting. Displacement due to thermal expansion and contraction caused by cooling of the coil is absorbed by sliding and bending displacement of the adiabatic support member, so that the relative positions of the beam chamber and the superconducting coil can be maintained in substantially the same state.
【0010】請求項5の発明はビームチェンバーの側面
に複数の支持金具を設けここに断熱支持部材を取付超電
導コイル上に支持するようにした。According to a fifth aspect of the present invention, a plurality of support members are provided on the side surface of the beam chamber, and a heat insulating support member is mounted on the support member to support the superconducting coil.
【0011】請求項6の発明はビームチェンバーを複数
の多重円筒断熱カラムで支持する構成とした。According to a sixth aspect of the present invention, the beam chamber is supported by a plurality of multiple cylindrical adiabatic columns.
【0012】請求項7の発明はビームチェンバーのほぼ
全周を覆う輻射熱の遮蔽材を一体化して取り付けたもの
を超電導コイルに組み込むようにした。According to a seventh aspect of the present invention, a superconducting coil is provided with an integrated radiation heat shielding material covering substantially the entire circumference of the beam chamber.
【0013】請求項8の発明はビームチェンバーの断熱
材として多層積層断熱材をビームチェンバーに直巻きし
さらにその周囲にビームチェンバーから複数の断熱支持
棒により全体を覆う熱シールドを一体化して設置するよ
うにした。According to an eighth aspect of the present invention, a multilayer laminated heat insulating material is wound directly around the beam chamber as a heat insulating material for the beam chamber, and a heat shield entirely covered by a plurality of heat insulating support rods from the beam chamber is integrally provided therearound. I did it.
【0014】請求項9の発明はビームチェンバーと熱シ
ールドおよび熱シールド相互間を支持する断熱支持棒の
部材を可撓性を有する繊維強化樹脂の積層板、積層棒、
積層パイプ等にした。According to a ninth aspect of the present invention, the member of the beam chamber and the heat shield and the heat insulating support rod for supporting the heat shield between each other are laminated with a fiber-reinforced resin laminate, a laminate rod, and the like.
A laminated pipe was used.
【0015】請求項10の発明はビームチェンバーの熱
シールド部材のうち超電導コイルが作る主磁界の磁束と
ほぼ平行な方向の面を覆う部材に非磁性の熱伝導率の大
きい金属板を、磁束と交錯する方向の面を覆う部材に非
磁性の電気抵抗の大きな金属板でそれぞれ構成するよう
にした。According to a tenth aspect of the present invention, a non-magnetic metal plate having a large thermal conductivity is provided on a member for covering a surface in a direction substantially parallel to a magnetic flux of a main magnetic field formed by a superconducting coil among heat shield members of a beam chamber. The members covering the surfaces in the intersecting direction are each formed of a nonmagnetic metal plate having a large electric resistance.
【0016】請求項11の発明は熱シールドを非磁性で
電気抵抗の大きな金属の薄板に非磁性で熱伝導率の大き
い金属の伝熱帯板を適当な間隔を設けて配し接着剤で貼
り付け一体化したシールド板で構成するようにした。According to the eleventh aspect of the present invention, the heat shield is disposed on a thin plate of a non-magnetic metal having a high electric resistance at a suitable interval with a non-magnetic metal conductive plate having a high thermal conductivity and attached with an adhesive. It was made up of an integrated shield plate.
【0017】請求項12の発明はビームチェンバーから
複数のビームダクトを真空槽の各ポートを貫通して取り
出すとき、それぞれのポートに中継フランジを設けこの
中継フランジを介してビームチェンバーに連通するビー
ムダクトおよび真空槽の真空をそれぞれ個々に真空のシ
ールを行うようにした。According to a twelfth aspect of the present invention, when a plurality of beam ducts are taken out of the beam chamber through each port of the vacuum chamber, a relay flange is provided at each port and the beam duct communicates with the beam chamber via the relay flange. And the vacuum in the vacuum chamber was individually vacuum-sealed.
【0018】請求項13の発明はビームチェンバーの壁
面に冷却ジャケット若しくは冷却管を設け汎用冷凍機の
冷媒または低温液化ガスを循環させて冷却するようにし
た。According to a thirteenth aspect of the present invention, a cooling jacket or a cooling pipe is provided on a wall surface of the beam chamber to circulate a refrigerant or a low-temperature liquefied gas of a general-purpose refrigerator to cool the beam.
【0019】[0019]
【作用】上記請求項1の発明のように構成された超電導
電磁石では、真空槽内に電子ビームを通すビームチェン
バーを独立に設置したので、超電導コイル部に熱的な擾
乱等が加わって真空槽内の真空度が劣化してもビームチ
ェンバー内に影響を及ぼすことがなく超高真空を保持し
て電子ビームを導くことができる。また、逆にビームチ
ェンバー側の真空が劣化しても超電導コイルの断熱真空
にも影響を及ぼさないので、液体ヘリウムの異常な蒸発
を生ずることなどなくクライオスタットの運転が安定に
行える。In the superconducting electromagnet constructed as in the first aspect of the present invention, since the beam chamber for passing an electron beam is independently installed in the vacuum chamber, thermal disturbances and the like are applied to the superconducting coil portion and the vacuum chamber Even if the degree of vacuum in the inside deteriorates, the electron beam can be guided while maintaining an ultra-high vacuum without affecting the inside of the beam chamber. Conversely, even if the vacuum on the beam chamber side deteriorates, it does not affect the adiabatic vacuum of the superconducting coil, so that the cryostat can be stably operated without abnormal evaporation of liquid helium.
【0020】請求項2の発明ではビームチェンバーから
ビーム軌道の接線方向に複数のビームダクトを設け真空
槽のポートを貫通する部分にそれぞれ真空シールを備え
るようにしたので、真空槽側の真空度が変化しても影響
を受けることなくビームチェンバー内を超高真空状態に
維持して所期のビームを取り出すことができる。According to the second aspect of the present invention, a plurality of beam ducts are provided in the tangential direction of the beam orbit from the beam chamber, and a vacuum seal is provided at a portion penetrating through the port of the vacuum chamber. The desired beam can be extracted by maintaining the inside of the beam chamber in an ultra-high vacuum state without being affected by the change.
【0021】請求項3の発明ではビームチェンバーを断
熱支持部材を介して超電導コイルユニット上に摺動する
ように設置するとともにビームチェンバーから複数のビ
ームダクトが真空槽を貫通する部分にフレキシブル継ぎ
手を介して取り出すようにしたのでビームチェンバーと
超電導コイルユニットとの位置ズレおよび構成部材の熱
膨張または熱収縮に伴う応力の発生をなくしてビームチ
ェンバーと超電導コイルユニットの間隔を一定に保持し
て設置できる。According to the third aspect of the present invention, the beam chamber is installed so as to slide on the superconducting coil unit via the heat insulating support member, and a plurality of beam ducts pass through the vacuum chamber from the beam chamber via a flexible joint. To take it out,
The gap between the beam chamber and the superconducting coil unit can be kept constant without dislocation from the superconducting coil unit and generation of stress due to thermal expansion or contraction of components.
【0022】請求項4の発明ではビームチェンバーを超
電導コイルユニット上に1カ所または2カ所を固定的に
断熱支持するとともに別の複数の断熱支持部材を当接若
しくは僅かな隙間を設けて支持するようにしたので支持
部分の位置ズレや熱伸び差に伴う応力を開放するととも
にビームチェンバーと超電導コイルユニットの相対的な
基準位置をほぼ一定に保持できる。According to a fourth aspect of the present invention, the beam chamber is fixedly insulated and supported at one or two places on the superconducting coil unit, and another plurality of heat insulating support members are abutted or supported with a slight gap. As a result, it is possible to relieve the stress caused by the misalignment of the support portion and the difference in thermal elongation and to keep the relative reference position of the beam chamber and the superconducting coil unit almost constant.
【0023】請求項5の発明ではビームチェンバーの側
面に複数の支持金具を設け、この支持金具を介して断熱
支持部材を取り付けるようにしたので超電導コイルユニ
ットの支持面までの断熱支持部材の取付スパンが長くと
れる。また、断熱支持部材の取付作業スペースが広が
る。According to the fifth aspect of the present invention, a plurality of support members are provided on the side surface of the beam chamber, and the heat-insulating support members are mounted via the support members. Therefore, the mounting span of the heat-insulating support members up to the support surface of the superconducting coil unit is provided. Can be taken for a long time. Further, the work space for mounting the heat insulating support member is increased.
【0024】請求項6の発明ではビームチェンバーを複
数の多重円筒断熱カラムを介して超電導コイル上に設置
したので設置空間が狭い所でも所定の断熱距離を確保で
き断熱支持部材自身の熱伝導による侵入熱を十分小さく
できる。According to the sixth aspect of the present invention, since the beam chamber is installed on the superconducting coil via a plurality of multiple cylindrical heat insulating columns, a predetermined heat insulating distance can be secured even in a narrow installation space, and the heat insulating support member itself invades by heat conduction. Heat can be reduced sufficiently.
【0025】請求項7の発明ではビームチェンバーに予
め輻射熱の遮蔽部材を一体化したものを断熱支持部材を
介して超電導コイルユニットに組み合わせるようにした
ので施工が確実かつ簡便にできる。According to the seventh aspect of the present invention, since the radiation chamber is integrally combined with the radiation heat shielding member in advance with the superconducting coil unit via the heat insulating support member, the construction can be performed reliably and easily.
【0026】請求項8の発明ではビームチェンバーに多
層積層断熱材を巻き回し、この周囲をほぼ覆うように熱
シールドを断熱支持棒を介して一体化したものを超電導
コイルユニットに組み合わせるようにしたので組立の状
態を常に目視で確認できる。また、外形寸法を順次実測
して組み立の微調整が確実にできるので相互の熱接触を
防止できる。According to the eighth aspect of the present invention, a multi-layer laminated heat insulating material is wound around a beam chamber, and a heat shield integrated through a heat insulating support rod so as to substantially cover the periphery thereof is combined with the superconducting coil unit. The state of assembly can always be checked visually. In addition, since the external dimensions are sequentially measured and fine adjustment of the assembly can be reliably performed, mutual thermal contact can be prevented.
【0027】請求項9の発明ではビームチェンバーと熱
シールドおよび熱シールド相互間を支える複数の断熱支
持棒を繊維強化樹脂の積層棒、積層パイプなどにより可
撓性を備えたものにしたので組立時の僅かな寸法誤差、
熱膨張および収縮に伴う伸び差を弾性変形により吸収で
きる。また、断熱支持棒のこの弾性変形させることによ
り熱シールド自身の応力の上昇を緩和できるので熱シー
ルドの変形に伴う接触を防止できる。In the ninth aspect of the present invention, the plurality of heat-insulating support rods supporting the beam chamber, the heat shield, and the heat shield are made flexible by a laminated rod of fiber reinforced resin, a laminated pipe, or the like. Slight dimensional error,
The difference in elongation due to thermal expansion and contraction can be absorbed by elastic deformation. In addition, the elastic deformation of the heat-insulating support rod can alleviate an increase in stress of the heat shield itself, thereby preventing contact due to deformation of the heat shield.
【0028】請求項10の発明では超電導コイルが作る
磁界に平行な面のシールド部材を熱抵抗の小さな非磁性
の金属板とし、磁界と交錯する面の部材を電気抵抗の大
きな非磁性の金属の薄板にしたので超電導コイルのクエ
ンチ等による磁界の急峻な変化があっても熱シールドに
誘起される渦電流は小さく熱シールド自身の電磁力によ
る変形を抑制できる。また、磁束と交錯する面のシール
ド部材は熱抵抗の小さい部材を伝熱路として熱シールド
を冷却することができる。According to the tenth aspect of the present invention, the shield member on the surface parallel to the magnetic field formed by the superconducting coil is a non-magnetic metal plate having a small thermal resistance, and the member on the surface intersecting with the magnetic field is formed of a non-magnetic metal having a large electric resistance. Since the thin plate is used, even if there is a sharp change in the magnetic field due to the quench of the superconducting coil or the like, the eddy current induced in the heat shield is small and deformation of the heat shield itself due to electromagnetic force can be suppressed. Further, the shield member on the surface intersecting with the magnetic flux can cool the heat shield by using a member having a small thermal resistance as a heat transfer path.
【0029】請求項11の発明では熱シールド部材とし
て電気抵抗の大きな非磁性の金属の薄板に熱抵抗の小さ
な非磁性金属の伝熱帯板を接着剤で貼り合わせたものに
したので超電導コイルのクエンチ等による急峻な磁界変
化があっても熱シールドに部材に流れる渦電流を小さく
できシールド板自身に働く電磁力を小さくして変形を抑
えることができる。また、シールド板は伝熱帯板の端部
を冷熱源に接続して熱伝導により冷却することができ
る。According to the eleventh aspect of the present invention, as the heat shield member, a non-magnetic metal conductive plate having a low thermal resistance is bonded to a thin non-magnetic metal plate having a high electrical resistance with an adhesive. Even when there is a steep magnetic field change due to the above, the eddy current flowing through the member in the heat shield can be reduced, and the electromagnetic force acting on the shield plate itself can be reduced to suppress deformation. The shield plate can be cooled by heat conduction by connecting the end of the tropical plate to a cold heat source.
【0030】請求項12の発明では超電導コイルユニッ
トにビームチェンバーを一体化して真空槽に装着すると
きビームチェンバーの継ぎ手フランジと真空槽の貫通ポ
ート部分に中継フランジを介して接続するようにしたの
で、この部分にガス放出率の小さな材料を適用でき上記
ビームチェンバーと連通する部分の超高真空到達を容易
にすることができる。また、ビームチェンバーを超電導
電磁石の真空槽に装着するとき、中継フランジを外せる
ので作業空間が広がり組立が容易にできる。According to the twelfth aspect of the invention, when the beam chamber is integrated with the superconducting coil unit and mounted on the vacuum chamber, the beam chamber is connected to the joint flange of the beam chamber and the through port of the vacuum chamber via a relay flange. A material having a small outgassing rate can be applied to this portion, and it is possible to easily reach an ultra-high vacuum in a portion communicating with the beam chamber. Also, superconducting the beam chamber
Conductive when attached to the vacuum vessel of the magnet can be easily assembled wider working space since Hazuseru relay flange.
【0031】請求項13の発明ではビームチェンバーの
壁面を冷却できるようにしたので輻射熱および断熱支持
部材介しての熱伝導による超電導コイルユニットへの侵
入熱を抑え超電導コイルの寒剤である液体ヘリウムの蒸
発損を減らすことができる。According to the thirteenth aspect of the present invention, since the wall surface of the beam chamber can be cooled, radiant heat and heat entering the superconducting coil unit due to heat conduction through the heat insulating support member are suppressed, and liquid helium, which is a cryogen for the superconducting coil, is evaporated. Loss can be reduced.
【0032】[0032]
実施例1.図1は請求項1ないし請求項2の発明の一実
施例を示す荷電粒子用超電導電磁石の中央部の縦断面
図、図2は図1の水平断面図である。図において1、
4、5、6、7および10は従来装置と同一または相当
部分である。夫々の図に説明のための座標軸も示した。
20は超電導コイル1を収納する上部コイル容器、21
は超電導コイル1を上記20と対称に収納する下部コイ
ル容器、22は上部コイル容器20と下部コイル容器2
1を電子の周回軌道およびシンクロトロン放射光を取り
出す空間部を確保するために装着した低温電磁力支持体
で上下の超電導コイル1間に働く電磁力を支持するもの
である。23は上記20、21および22を一体化して
なる超電導コイルユニット、24は上記超電導コイルユ
ニット23の垂直方向の荷重を支持するZ軸断熱支持
材、25は水位平方向の不平衡電磁力を支持するX軸断
熱支持材、26は上部コイル容器20と下部コイル容器
21および低温断熱支持体22とにそれぞれ適当な間隔
を保持して挿入した電子の周回軌道を備えたビームチェ
ンバー、27はビームチェンバー26の両端部に真空シ
ールを備え真空槽5のビーム入口ポート8およびビーム
出口ポート9にそれぞれ接続するフランジ継ぎ手、28
はビームチェンバー26の外周壁からシンクロトロン放
射光を取り出すために真空槽5の複数の放射光ポート1
0にそれぞれ真空シールを介して連通するように設けた
複数の放射光ダクトAである。Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a central portion of a charged particle superconducting electromagnet according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a horizontal sectional view of FIG. In the figure, 1,
4, 5, 6, 7 and 10 are the same or corresponding parts to the conventional device. Coordinate axes for explanation are also shown in each figure.
20 is an upper coil container for storing the superconducting coil 1, 21
Is a lower coil container for storing the superconducting coil 1 symmetrically with the above 20; 22 is an upper coil container 20 and a lower coil container 2
Reference numeral 1 denotes a low-temperature electromagnetic force support mounted to secure a space for taking out the orbit of the electrons and the synchrotron radiation, and supports the electromagnetic force acting between the upper and lower superconducting coils 1. 23 is a superconducting coil unit obtained by integrating the above 20, 21 and 22; 24 is a Z-axis heat insulating support member for supporting the load in the vertical direction of the superconducting coil unit 23; 25 is a member for supporting unbalanced electromagnetic force in the horizontal plane. X-axis heat-insulating support member, 26 is a beam chamber provided with orbital trajectories of electrons inserted into the upper coil container 20, the lower coil container 21, and the low-temperature heat-insulating support member 22 at appropriate intervals, respectively, and 27 is a beam chamber. 26, flange joints provided with vacuum seals at both ends and connected to the beam inlet port 8 and the beam outlet port 9 of the vacuum chamber 5, respectively;
Are a plurality of synchrotron radiation ports 1 of the vacuum chamber 5 for extracting synchrotron radiation from the outer peripheral wall of the beam chamber 26.
A plurality of synchrotron radiation ducts A provided so as to communicate with each other via a vacuum seal.
【0033】31は超電導コイルの外部への漏れ磁界を
減らすために真空槽5の外側にほぼ全周を取り囲むよう
に設けた磁気シールド、32は真空槽5の外壁面から磁
気シールド31を貫通してシンクロトロン放射光を導く
放射光ダクトB、33は放射光ダクトBの開口端を遮断
できるように設けた真空ゲート弁である。34は磁気シ
ールド31の上方に設けた液体ヘリウム溜、35は真空
槽5と真空部分を連通して設けた液体ヘリウム溜の周り
を真空断熱するヘリウム溜真空槽、36は液体ヘリウム
溜34と上部コイル容器20を連通するヘリウム配管
A、37は液体ヘリウム溜34と下部コイル容器21を
同様に連通するヘリウム配管Bである。Numeral 31 denotes a magnetic shield provided so as to surround almost the entire periphery of the vacuum chamber 5 in order to reduce a leakage magnetic field to the outside of the superconducting coil. Numeral 32 penetrates the magnetic shield 31 from the outer wall surface of the vacuum chamber 5. The radiation light ducts B and 33 for guiding the synchrotron radiation light are vacuum gate valves provided so as to block the open ends of the radiation light duct B. Reference numeral 34 denotes a liquid helium reservoir provided above the magnetic shield 31; 35, a helium reservoir vacuum tank that vacuum-insulates around the liquid helium reservoir, which is provided so as to communicate the vacuum tank 5 with a vacuum portion; Helium pipes A and 37 which communicate the coil container 20 are helium pipes B which similarly communicate the liquid helium reservoir 34 and the lower coil container 21.
【0034】つぎに動作について説明する。真空槽5は
従来装置と同様に真空ポンプ(図示しない)を用いて所
定の真空度に真空引きする。この場合、低温部の断熱に
必要な真空度10ー6Torrオーダーが得られればよ
い。所定の真空度になると超電導コイル1は液体ヘリウ
ム溜34からヘリウム配管A35およびヘリウム配管B
36から液体ヘリウムを供給して所定の温度に冷却し、
外部の励磁電源(図示しない)を接続して超電導コイル
1を励磁して所期の磁界を発生させる。Next, the operation will be described. The vacuum chamber 5 is evacuated to a predetermined degree of vacuum using a vacuum pump (not shown) as in the conventional apparatus. In this case, only to be obtained vacuum degree of 10 over 6 Torr orders necessary for heat insulation of the low temperature portion. When a predetermined degree of vacuum is reached, the superconducting coil 1 moves from the liquid helium reservoir 34 to the helium pipe A35 and the helium pipe B.
Liquid helium is supplied from 36 and cooled to a predetermined temperature,
An external excitation power supply (not shown) is connected to excite superconducting coil 1 to generate a desired magnetic field.
【0035】この超電導電磁石11を従来装置と同様に
電子蓄積リングに適用するとき、超電導コイルユニット
23に一体化して組み込んだビームチェンバー26は直
線部ビームダクト14を介してビーム入射器12および
高周波空洞13などとそれぞれ連結してリング一周を独
立の真空ドーナツとして形成する。この真空ドーナツ部
は超高真空ポンプ(図示しない)を用いて10ー10 To
rrオーダーの真空度が得られるように真空引きする。
この状態でビーム入射器12から入射される高エネルギ
ーに加速された電子ビームは直線部ビームダクト14か
ら超電導電磁石のビーム入口ポート8、ビームチェンバ
ー26、ビーム出口ポート9を経て周回するようにな
る。ここで、超電導電磁石11の真空槽5の断熱用真空
と独立にビームチェンバー26の超高真空部を設けたの
で超電導コイル側の熱的擾乱などによって真空槽5の真
空度が劣化してもビームチェンバー26内部の真空は影
響を受けることがなく所定の真空度に維持して電子ビー
ムを長時間安定に周回させることができる。また、真空
槽5全体を超高真空にする必要がなくなるので、超高真
空部の体積を大巾に減少させることができ、真空排気が
容易になるという利点もある。When the superconducting electromagnet 11 is applied to the electron storage ring in the same manner as the conventional apparatus, the beam chamber 26 integrated with the superconducting coil unit 23 is connected to the beam injector 12 and the high-frequency cavity via the linear beam duct 14. 13 and the like to form an independent vacuum donut around the ring. This vacuum donut part is 10-10 To using an ultra-high vacuum pump (not shown).
Vacuum is applied to obtain a degree of vacuum of the rr order.
In this state, the electron beam accelerated to high energy incident from the beam injector 12 circulates from the linear beam duct 14 through the beam entrance port 8, the beam chamber 26, and the beam exit port 9 of the superconducting electromagnet. Here, since the ultrahigh vacuum section of the beam chamber 26 is provided independently of the vacuum for insulation of the vacuum chamber 5 of the superconducting electromagnet 11, even if the degree of vacuum in the vacuum chamber 5 is deteriorated due to thermal disturbance on the side of the superconducting coil, the beam is not changed. The vacuum inside the chamber 26 is maintained at a predetermined degree of vacuum without being affected, and the electron beam can stably circulate for a long time. In addition, since it is not necessary to make the entire vacuum chamber 5 ultra-high vacuum, there is an advantage that the volume of the ultra-high vacuum section can be greatly reduced, and vacuum evacuation becomes easy.
【0036】また、逆にビームチェンバー26を大気に
開放しても真空槽5の真空度に影響を及ぼすことがない
ので、ビームチェンバー26の真空に係わりなく超電導
電磁石11の運転を行うことができる。Conversely, even if the beam chamber 26 is opened to the atmosphere, the degree of vacuum of the vacuum chamber 5 is not affected, so that the superconducting electromagnet 11 can be operated regardless of the vacuum of the beam chamber 26. .
【0037】また、放射光を取り出す放射光ダクトA2
8をビームチェンバー26の側壁面から真空槽5の放射
光ポート10に直結するようにして、ビームチェンバー
26と共通の真空を形成するようにしたので放射光を効
率よく導き出すことができる。また、放射光ダクトB3
2側から大気の流入等が生じても上記と同様に超電導コ
イル1側の真空槽5の真空度に影響を及ぼすことはない
ので超電導電磁石11の運転を安定に行える。A radiation light duct A2 for extracting radiation light
8 is directly connected to the radiation light port 10 of the vacuum chamber 5 from the side wall surface of the beam chamber 26 to form a common vacuum with the beam chamber 26, so that radiation light can be efficiently extracted. Also, the radiation light duct B3
Even if the inflow of air from the second side occurs, the degree of vacuum of the vacuum chamber 5 on the superconducting coil 1 side is not affected similarly to the above, so that the operation of the superconducting electromagnet 11 can be stably performed.
【0038】実施例2.図3は請求項3の一実施例を示
す平面図、図4は図3の(A−A)部分の断面図であ
る。上記実施例1ではビームチェンバー26の両端部の
フランジ継ぎ手27および複数の放射光ダクトA28を
それぞれ真空槽5のビーム入口ポート8、ビーム出口ポ
ート9および複数の放射光ポート10に直結する構造に
したが本実施例の41はビームチェンバーの両端部にそ
れぞれ備えた伸縮可能な第1のベローズ継ぎ手、42は
複数の放射光ダクトの真空槽5側の放射光ポート10に
接続する部分にそれぞれ設けた伸縮可能な第2のベロー
ズ継ぎ手、43はビームチェンバー26を超電導コイル
1に断熱的に支持するように設けた第1の断熱支持部材
である。断熱支持部材43は断熱性材料から成り、ビー
ムチェンバー26に固定されていて、コイル容器20、
21には摺動可能に当接またはわずかな隙間を持たせて
挿入されている。この第1の断熱支持部材43はビーム
チェンバーの形状・寸法や重量等によって支点を1個ま
たは複数個適当に設ければよい。このような構成にする
ことによって超電導コイルユニット23とビームチェン
バー26の上下の間隔をほぼ一定に保持でき、熱接触を
防止できる。また、ビームチェンバー26と真空槽5と
をフレキシブルなベローズ継ぎ手41および42を介し
て接続したのでビームチェンバー26と超電導コイルユ
ニット23とが寸法誤差や熱膨張などによる位置ズレを
生じてもベローズ部分でこの変位を許容でき第一の断熱
支持部材43に過大な応力が加わることがないようにし
ている。この実施例では断熱支持部材43をビームチェ
ンバー26に固定したが、逆にコイル容器20、21に
固定し、ビームチェンバー26に摺動可能に当接させて
もよい。Embodiment 2 FIG. FIG. 3 is a plan view showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line (AA) of FIG. In the first embodiment, the flange joint 27 and the plurality of radiation light ducts A28 at both ends of the beam chamber 26 are directly connected to the beam inlet port 8, the beam exit port 9 and the plurality of radiation light ports 10 of the vacuum chamber 5, respectively. However, in this embodiment, 41 is a first bellows joint which can be extended and contracted respectively provided at both ends of the beam chamber, and 42 is provided at a portion of the plurality of radiation light ducts connected to the radiation light port 10 on the vacuum tank 5 side. An extendable second bellows joint 43 is a first heat-insulating support member provided so as to adiabatically support the beam chamber 26 on the superconducting coil 1. The heat insulating support member 43 is made of a heat insulating material, is fixed to the beam chamber 26, and
21 is slidably abutted or inserted with a slight gap. The first heat-insulating support member 43 may be provided with one or more fulcrums depending on the shape, size and weight of the beam chamber. With such a configuration, the vertical distance between the superconducting coil unit 23 and the beam chamber 26 can be maintained substantially constant, and thermal contact can be prevented. In addition, since the beam chamber 26 and the vacuum chamber 5 are connected via the flexible bellows joints 41 and 42, even if the beam chamber 26 and the superconducting coil unit 23 are displaced due to dimensional errors, thermal expansion, etc., the bellows portion is not used. This displacement can be tolerated so that excessive stress is not applied to the first heat insulating support member 43. Although the heat insulating support member 43 is fixed to the beam chamber 26 in this embodiment, the heat insulating support member 43 may be fixed to the coil containers 20 and 21 and slidably contact the beam chamber 26.
【0039】実施例3.図5は請求項4の発明の一実施
例を示す部分断面図である。上記実施例2では超電導コ
イルユニット23とビームチェンバー26の間隔をほぼ
一定に保持できるように第一の断熱支持部材43を配し
たが、本実施例の44は前記断熱部材43のうちの一部
のものであって下部コイル容器21上に水平面内での摺
動距離を制限されて断熱支持する第2の断熱支持部材で
ある。第2の断熱支持部材44としては第1の断熱支持
部材43のうち中央部の対称軸付近のものを選択する。
他の複数点は図3に示すものと同様に第一の断熱支持部
材43を用いてビームチェンバー26側と固定的に結合
し超電導コイルユニット23側を当接若しくは僅かな隙
間を設けて摺動可能に支持する。このような構成にする
ことによって超電導コイルユニット23とビームチェン
バー26との位置ずれ量が制限されるので間隔をほぼ一
定に保持できるとともに超電導コイルユニット23とビ
ームチェンバー26の水平面内での相対位置をほぼ基準
の位置に保持でき、電子ビームを安定に周回させること
ができる。また、超電導コイルユニット23の冷却時の
熱収縮およびビームチェンバー26のベーキングの際の
熱膨張によるそれぞれの変位に備えて第2の断熱支持部
材の超電導コイル側を制限範囲内で摺動できるようにし
たので、各構成部材の内部応力の上昇を抑制できる。本
実施例の第2の断熱支持部材44はビームチェンバー2
6に固定したが、逆にコイル容器20、21に固定し、
ビームチェンバー26に制限付き摺動可能としてもよ
い。Embodiment 3 FIG. FIG. 5 is a partial sectional view showing an embodiment of the fourth aspect of the present invention. In the second embodiment, the first heat-insulating support member 43 is disposed so that the distance between the superconducting coil unit 23 and the beam chamber 26 can be maintained substantially constant. And a second heat-insulating support member for heat-insulating and supporting the lower coil container 21 with a limited sliding distance in a horizontal plane. As the second heat-insulating support member 44, one of the first heat-insulating support members 43 near the center of symmetry axis is selected.
The other plural points are fixedly connected to the beam chamber 26 side by using the first heat insulating support member 43 in the same manner as that shown in FIG. 3, and the superconducting coil unit 23 is abutted or slid with a slight gap. Support as much as possible. With such a configuration, the amount of displacement between the superconducting coil unit 23 and the beam chamber 26 is limited, so that the distance can be maintained substantially constant, and the relative position of the superconducting coil unit 23 and the beam chamber 26 in the horizontal plane can be determined. The electron beam can be held almost at the reference position, and the electron beam can stably circulate. In addition, the superconducting coil side of the second heat insulating support member can be slid within a limited range in preparation for respective displacements due to thermal contraction during cooling of the superconducting coil unit 23 and thermal expansion during baking of the beam chamber 26. Therefore, it is possible to suppress an increase in the internal stress of each component. The second heat insulating support member 44 of the present embodiment is the beam chamber 2
6, but fixed to coil containers 20 and 21 on the contrary,
The beam chamber 26 may be limitedly slidable.
【0040】実施例4.図6は請求項4の発明の他の一
実施例を示す平面図、図7は図6の(A−A)部分の断
面図である。上記実施例3においてはビームチェンバー
26を第2の断熱支持部材44を介して下部コイル容器
21上に位置を固定するように支持したが、図におい
て、45はこの第2の断熱支持部材44をビームチェン
バー26の平面図上におけるほぼ対称なX軸上に備え、
このX軸の延長上の適当な間隔をおいた位置にX軸に平
行な方向に±数ミリメートルの変位を許容しかつX軸に
直角方向の変位を拘束する第3の断熱支持部材である。
46はビームチェンバー26に固定して取り付けた断熱
支持軸、47は断熱支持軸46の支点から適当な間隔を
おいて下部コイル容器21上に固定して取り付けた支
柱、48は上記断熱支持軸46の先端部と支柱47の軸
端とをそれぞれの支点で回転可能に連結する連結部材で
ある。このような構成にすることによってビームチェン
バー26の取付平面内の回転位置ズレを拘束できるので
超電導コイルユニット23の相対的な基準位置がほぼ固
定して上記の実施例3の場合より電子ビームを安定に周
回させることができ、またビームチェンバーの熱膨張に
よる変位等を許容することができる。Embodiment 4 FIG. FIG. 6 is a plan view showing another embodiment of the invention of claim 4, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line (AA) of FIG. In the third embodiment, the beam chamber 26 is supported via the second heat insulating support member 44 so as to fix the position on the lower coil container 21. In the drawing, reference numeral 45 denotes the second heat insulating support member 44. The beam chamber 26 is provided on a substantially symmetric X-axis on a plan view,
A third heat-insulating support member that allows a displacement of ± several millimeters in a direction parallel to the X-axis at a position at an appropriate interval on the extension of the X-axis and restricts displacement in a direction perpendicular to the X-axis.
Reference numeral 46 denotes a heat-insulating support shaft fixedly attached to the beam chamber 26; 47, a post fixedly mounted on the lower coil container 21 at an appropriate distance from a fulcrum of the heat-insulation support shaft 46; Is a connecting member for rotatably connecting the front end of the support member 47 and the shaft end of the support column 47 at respective fulcrums. With this configuration, the rotational position deviation in the mounting plane of the beam chamber 26 can be restrained, so that the relative reference position of the superconducting coil unit 23 is almost fixed, and the electron beam is more stable than in the case of the third embodiment. The beam chamber can be displaced due to thermal expansion.
【0041】実施例5.図8は請求項5の発明の一実施
例を示すビームチェンバー26の断熱支持部材の部分断
面図である。図において、51はビームチェンバー8の
側面に設けた複数の支持金具であり、この複数の支持金
具51に第1および第2の断熱支持部材43、44の一
端をそれぞれ固定して取り付け、もう一方の端部を超電
導コイルユニット23に固定または当接させるようにし
たので、断熱支持部材の断熱距離を長くできビームチェ
ンバー26から第一および第2の断熱支持部材43、4
4を介して超電導コイルユニット23への熱伝導による
侵入熱を低減化できる。また、断熱支持部材の取付部の
空間を広くとれるので断熱支持部の組立が容易になる。Embodiment 5 FIG. FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the heat insulating support member of the beam chamber 26 according to an embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 51 denotes a plurality of support fittings provided on the side surface of the beam chamber 8. One end of each of the first and second heat-insulating support members 43 and 44 is fixed and attached to the plurality of support fittings 51. Are fixed or abutted to the superconducting coil unit 23, so that the heat insulating distance of the heat insulating support member can be increased, and the first and second heat insulating support members 43, 4
4, heat entering the superconducting coil unit 23 due to heat conduction can be reduced. In addition, since the space for the mounting portion of the heat insulating support member can be widened, the heat insulating support portion can be easily assembled.
【0042】実施例6.図9は請求項6の発明の一実施
例を示す断面図である。52は円筒形の断熱材を複数個
同心状に配置し円筒部材相互間を熱的に離間させるとと
もに隣あった円筒の端部を交互に折り返し接続した多重
断熱支持カラムであり、複数個の多重円筒カラム52の
一端をビームチェンバー26側にそれぞれ固定し、もう
一端をそれぞれ超電導コイルユニット23上に当接若し
くは固定して設置するようにしたので、各支持部の断熱
距離が長くなり、断熱支持部材の熱伝導による侵入熱量
を大幅に低減化できる。また、断熱支持部材の軸方向の
剛性を大きくしてかつ軸直角方向のバネ定数を小さくで
きるのでビームチェンバー26の重量は剛的に支持して
変位を抑えるとともに水平方向には熱膨張および収縮に
よる変位を当該部材自身の弾性変形により吸収して断熱
支持部分に発生する応力を緩和できる。Embodiment 6 FIG. FIG. 9 is a sectional view showing an embodiment of the sixth aspect of the present invention. Reference numeral 52 denotes a multiple heat insulating support column in which a plurality of cylindrical heat insulating materials are concentrically arranged, the cylindrical members are thermally separated from each other, and the ends of adjacent cylinders are alternately turned back and connected. One end of the cylindrical column 52 is fixed to the beam chamber 26 side, and the other end is abutted or fixed on the superconducting coil unit 23, respectively. The amount of heat that penetrates due to heat conduction of the member can be greatly reduced. In addition, since the axial rigidity of the heat insulating support member can be increased and the spring constant in the direction perpendicular to the axis can be reduced, the weight of the beam chamber 26 is rigidly supported to suppress displacement, and also due to thermal expansion and contraction in the horizontal direction. The displacement is absorbed by the elastic deformation of the member itself, so that the stress generated in the heat insulating support portion can be reduced.
【0043】実施例7.図10は請求項7の発明の一実
施例を示す斜視図、図11は図10の中央部(A面)の
断面図である。図において、54はビームチェンバー2
6のほぼ全周を覆うように設けた輻射熱の遮蔽手段であ
り、金属板等で構成されている。この輻射熱の遮蔽手段
54はビームチェンバー26を超電導コイルユニット2
3と組み合わせる前に予めビームチェンバー26に一体
化したものとし、これを上記実施例のように超電導コイ
ルユニット23に組み合わせる際、輻射熱の遮蔽手段5
4と超電導コイルユニット23は熱的に絶縁させて取り
付ける。このようにビームチェンバー26に輻射熱の遮
蔽手段54を設けることによりビームチェンバー26か
ら超電導コイルユニット23への輻射熱の侵入量を小さ
くできるが、予め輻射熱の遮蔽手段54をビームチェン
バー26に一体化して取り付けるようにしたので、施工
が非常にやり易くなり、しかも組立状態の最終寸法を確
認して超電導コイルユニット23に組み合わせられるの
で、超電導コイルユニット23との接触を防止して、断
熱性能を確実に発揮させることができる。Embodiment 7 FIG. FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment of the seventh aspect of the present invention, and FIG. 11 is a sectional view of a central portion (A plane) of FIG. In the figure, 54 is the beam chamber 2
Radiation heat shielding means provided so as to cover almost the entire circumference of 6, and is made of a metal plate or the like. The radiation heat shielding means 54 connects the beam chamber 26 to the superconducting coil unit 2.
Before combining with the superconducting coil unit 23 as in the above-described embodiment, it is necessary to integrate the beam into the beam chamber 26 before combining with the superconducting coil unit 23.
4 and the superconducting coil unit 23 are attached while being thermally insulated. By providing the radiant heat shielding means 54 in the beam chamber 26 in this manner, the amount of radiant heat entering from the beam chamber 26 to the superconducting coil unit 23 can be reduced. However, the radiant heat shielding means 54 is integrated and attached to the beam chamber 26 in advance. As a result, the construction becomes very easy, and the final dimensions of the assembled state are confirmed and combined with the superconducting coil unit 23, so that the contact with the superconducting coil unit 23 is prevented and the heat insulation performance is reliably exhibited. be able to.
【0044】実施例8.図12は請求項8の発明の一実
施例を示すビームチェンバーの断面図である。本実施例
では実施例7の輻射熱遮蔽手段を多重積層断熱材55お
よび金属板で構成した熱シールド56で構成している。
図において、55はアルミを蒸着したマイラーシート等
の輻射率の小さい反射材とナイロンネット等の熱伝導率
の小さい断熱用スペーサーを交互に数層〜数10層積ね
合わせて一体化したものをビームチェンバー26の超電
導コイルユニット23に対する面のほぼ全周を覆うよう
に直に巻き回して取り付けた多重積層断熱材、56は多
重積層断熱材55の外側を覆うように設けた熱シールド
であり、分割した部材をボルト等で結合する構造にして
あり、57は上板、58は下板、59は側板である。6
0は熱シールドをビームチェンバー26と一定の間隔を
保持して断熱的に支持するようにした複数の断熱支持棒
である。このように構成にすることによってビームチェ
ンバー26と熱シ−ルド56のそれぞれの部材が平衡す
る温度、ビームチェンバー26と熱シールド56の間に
確保できる隙間に応じて最適な層数を調整して多重積層
断熱材を設置することができ、また熱シールド56は多
重積層断熱材55の最終の仕上がり状態を確認した後に
相対位置を調整して取り付けられるので断熱施工を確実
に行うことができる。本実施例では、輻射熱遮蔽手段5
4を多重積層断熱材55および熱シールド56の両方で
構成したが、どちらか一方で構成してもよい。Embodiment 8 FIG. FIG. 12 is a sectional view of a beam chamber according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the radiant heat shielding means of the seventh embodiment is constituted by a multi-layer heat insulating material 55 and a heat shield 56 constituted by a metal plate.
In the figure, 55 is a laminate in which several layers to several tens of layers of a reflective material having a low emissivity such as a mylar sheet on which aluminum is deposited and a heat insulating spacer having a small thermal conductivity such as a nylon net are alternately stacked. A multi-layered heat insulating material wound and attached directly so as to cover almost the entire circumference of the surface of the beam chamber 26 with respect to the superconducting coil unit 23, a heat shield 56 provided so as to cover the outer side of the multi-layered heat insulating material 55, The divided members are connected by bolts or the like, 57 is an upper plate, 58 is a lower plate, and 59 is a side plate. 6
Reference numeral 0 denotes a plurality of heat-insulating support rods that support the heat shield in a heat-insulating manner while maintaining a predetermined interval from the beam chamber 26. With this configuration, the optimum number of layers is adjusted according to the temperature at which the respective members of the beam chamber 26 and the heat shield 56 are balanced, and the gap that can be secured between the beam chamber 26 and the heat shield 56. A multi-layered heat insulating material can be installed, and the heat shield 56 can be mounted by adjusting the relative position after confirming the final finished state of the multi-layered heat insulating material 55, so that heat insulation can be reliably performed. In this embodiment, the radiation heat shielding means 5
4 is constituted by both the multi-layered heat insulating material 55 and the heat shield 56, but may be constituted by either one.
【0045】実施例9. 図13は請求項8の発明の他の実施例を示すビームチェ
ンバーの断面図である。実施例8においては多重積層断
熱材55をビームチェンバー26に直に巻きまわした
が、61はビームチェンバー26と多重積層断熱材55
の間に設けた耐熱性断熱部材である。Embodiment 9 FIG. FIG. 13 is a sectional view of a beam chamber according to another embodiment of the invention. In the eighth embodiment, the multi-layer heat insulating material 55 is directly wound around the beam chamber 26.
It is a heat-resistant heat insulating member provided between them.
【0046】通常、ビームチェンバー26の内部を超高
真空にするのに真空壁面の残留ガスを放出させるベーキ
ングを短時間で行うベーキング用ヒーター62がビーム
チェンバー26壁面に設置されており、加熱作業のさい
に多重積層断熱材55が高温部に直接接触すると、溶け
たり、焦げたりすることが起こり断熱性能を著しく低下
させることがある。耐熱性断熱部材61はこれに備えた
ものであり、ガラス繊維のテープまたはクロス、カプト
ン等の耐熱性の高いプラスチックシート、ガラスエポキ
シ樹脂の積層板等をビームチェンバー26の加熱温度を
考慮して適当なものを用いる。このように構成にするこ
とによって、ビームチェンバー26を加熱しても多重積
層断熱材55の劣化を生ずることがないので所要の断熱
性能を維持できる。Normally, a baking heater 62 is installed on the wall of the beam chamber 26 for performing baking for releasing the residual gas from the vacuum wall in a short time to make the inside of the beam chamber 26 an ultra-high vacuum. When the multi-layered heat insulating material 55 comes into direct contact with the high-temperature portion, it may be melted or burnt, which may significantly lower the heat insulating performance. The heat-resistant heat insulating member 61 is provided with the heat-resistant heat-insulating member 61. A heat-resistant plastic sheet such as a glass fiber tape or cloth, Kapton, a laminated plate of glass epoxy resin, or the like is suitably used in consideration of the heating temperature of the beam chamber 26. Use a suitable one. With this configuration, even if the beam chamber 26 is heated, the multi-layered heat insulating material 55 does not deteriorate, so that the required heat insulating performance can be maintained.
【0047】実施例10.図14は請求項8の発明の他
のもう一つの実施例であり、多重積層断熱材の施工状態
を示す斜視図である。図において、63はビームチェン
バー26の外表面をほぼ2分割して取り付けた第1の多
重積層断熱材、64はビームチェンバー26の残り半分
を第一の多重積層断熱材63と隣あう部分に適当な隙間
を設けて取り付けた第2の多重積層断熱材である。Embodiment 10 FIG. FIG. 14 is a perspective view showing another embodiment of the invention of claim 8 and showing a construction state of a multi-layered heat insulating material. In the figure, reference numeral 63 denotes a first multi-layered heat insulating material in which the outer surface of the beam chamber 26 is divided into almost two parts, and 64 denotes a portion where the other half of the beam chamber 26 is adjacent to the first multi-layered heat insulating material 63. It is a second multi-layered heat insulating material attached with a large gap.
【0048】ビームチェンバー26の周囲を覆う多重積
層断熱材の各層が図10に示すようにそれぞれほぼ一面
体に形成された状態では、ビームチェンバー26内に荷
電粒子を周回させるときアルミの蒸着層に渦電流が流れ
各種ビーム計測モニターの検出感度に影響を及ぼした
り、また、超電導コイル1がクエンチしたときには大き
な渦電流が流れ、多重積層断熱材55自身の温度が上昇
することがある。上記のように分割することによって渦
電流ループを縮少し、計測モニターのノイズを低下させ
ることができる。また、超電導コイル1のクエンチ時の
温度の上昇も緩和できる。In a state where the layers of the multi-layered heat insulating material covering the periphery of the beam chamber 26 are each formed substantially in a plane as shown in FIG. 10, when the charged particles are circulated in the beam chamber 26, the aluminum vapor deposition layer is formed. An eddy current flows, which affects the detection sensitivity of various beam measurement monitors, and when the superconducting coil 1 is quenched, a large eddy current flows, and the temperature of the multi-layered heat insulating material 55 itself may rise. The division as described above can reduce the eddy current loop and reduce the noise of the measurement monitor. In addition, a rise in temperature during quench of superconducting coil 1 can be reduced.
【0049】なお、多重積層断熱材の分割数および分割
片の形状は渦電流のループを考慮して適当な分割数およ
び形状にすればよい。The number of divisions and the shape of the divided pieces of the multi-layered heat insulating material may be appropriately determined in consideration of the eddy current loop.
【0050】実施例11.図12において請求項9の発
明の1実施例について説明する。図において、60はビ
ームチェンバー26と熱シールドを断熱的に支持する複
数の断熱支持棒であるが、この断熱支持棒60を繊維強
化樹脂の積層板、積層棒またはパイプにより構成し断熱
支持棒の軸方向荷重は剛的に支持し、軸の両支点間に働
く水平方向の力は支持棒の弾性変形により吸収できるよ
うに数ミリメートルの変位を許容できるようにする。こ
のような構成にすることによって、ビームチェンバー2
6と熱シールド56を組立るとき水平方向の僅かな位置
ズレは各断熱支持棒60自身の弾性変形により吸収でき
る。また、ビームチェンバー26のベーキングのさいの
熱膨張および熱シールド56の冷却過程における熱収縮
等による伸縮差も上記と同様に各断熱支持棒60自身の
弾性変形により吸収できるので断熱支持棒60を介して
過大な応力が発生することがなく、したがって、熱シー
ルド56の熱応力等による変形、さらにはこの変形に伴
う接触を防止することができる。Embodiment 11 FIG. Referring to FIG. 12, one embodiment of the present invention will be described. In the figure, reference numeral 60 denotes a plurality of heat-insulating support rods for supporting the beam chamber 26 and the heat shield in a heat-insulating manner. The axial load is rigidly supported, and a displacement of several millimeters is allowed so that the horizontal force acting between the two fulcrums of the shaft can be absorbed by the elastic deformation of the support rod. With such a configuration, the beam chamber 2
When the heat shield 6 and the heat shield 56 are assembled, a slight positional deviation in the horizontal direction can be absorbed by the elastic deformation of each of the heat insulating support bars 60 itself. Further, a difference in expansion and contraction due to thermal expansion during baking of the beam chamber 26 and thermal contraction in the cooling process of the heat shield 56 can be absorbed by the elastic deformation of each heat insulating support rod 60 itself in the same manner as described above. Therefore, no excessive stress is generated, and therefore, deformation of the heat shield 56 due to thermal stress or the like, and further, contact caused by this deformation can be prevented.
【0051】実施例12.図12において請求項10の
発明の一実施例を説明する。図においてビームチェンバ
ー26を覆う熱シールド56は上板57と、下板58
と、2枚の側板59の部材で構成されているが、上板5
7および下板58を非磁性で電気抵抗の大きな金属板、
例えばオーステナイト系ステンレス鋼板を、側板59を
非磁性で熱伝導率の高い金属板、例えば純アルミ板等で
構成する。Embodiment 12 FIG. FIG. 12 illustrates an embodiment of the tenth aspect of the present invention. In the figure, the heat shield 56 covering the beam chamber 26 is composed of an upper plate 57 and a lower plate 58.
And two side plates 59, but the upper plate 5
7 and the lower plate 58 are a non-magnetic metal plate having a large electric resistance,
For example, an austenitic stainless steel plate is used, and the side plate 59 is made of a non-magnetic metal plate having high thermal conductivity, for example, a pure aluminum plate.
【0052】この場合の動作について説明する。超電導
コイル1はビームチェンバー26の上下方向に磁束が貫
通するように配置されており、超電導コイル1を励磁し
て高磁界を発生させている状態でクエンチを起こすと急
峻な磁界変化により熱シールド56の各構成部材に渦電
流が流れ、各部材にはこの渦電流に比例した大きさの電
磁力が働く。渦電流は磁束と交錯する面積に比例し、構
成部材の比抵抗率に逆比例するため、広い面積で磁束が
交錯する上板57および下板58に高抵抗のステンレス
部材を適用して超電導コイルクエンチ時の渦電流に伴う
電磁力を部材自身の許容応力を越えないようにしてい
る。一方、側板59は磁力線の向きに略平行に配置し磁
束と交錯する面積が上記上板57および下板58に比べ
て非常に小さく渦電流による電磁力は無視できるので熱
伝導率の高い純アルミ(電気抵抗が小さい)を適用し、
ここを伝熱路として上板57および下板58を冷却でき
るようにしている。この場合側板59の中央部に鉛直方
向のスリットを入れると、伝熱路を確保しながら電気的
ループを切離すことができる。The operation in this case will be described. The superconducting coil 1 is arranged so that a magnetic flux penetrates in the vertical direction of the beam chamber 26. When the superconducting coil 1 is excited to generate a high magnetic field and quench occurs, the heat shield 56 An eddy current flows through each component, and an electromagnetic force having a magnitude proportional to the eddy current acts on each member. Since the eddy current is proportional to the area where the magnetic flux intersects, and is inversely proportional to the specific resistivity of the constituent members, a high-resistance stainless steel member is applied to the upper plate 57 and the lower plate 58 where the magnetic flux intersects over a wide area. The electromagnetic force caused by the eddy current during the quench is prevented from exceeding the allowable stress of the member itself. On the other hand, the side plate 59 is arranged substantially parallel to the direction of the magnetic force lines, and the area intersecting with the magnetic flux is very small as compared with the upper plate 57 and the lower plate 58, and the electromagnetic force due to the eddy current can be ignored. (Low electrical resistance)
This is used as a heat transfer path so that the upper plate 57 and the lower plate 58 can be cooled. In this case, if a vertical slit is formed in the center of the side plate 59, the electric loop can be separated while securing the heat transfer path.
【0053】実施例8及至12において熱シールド56
の上板57若しくは下板58と側板59とはそれぞれ重
ね合わせて複数のボルトで締結するようにしているが、
上記部材が接触する面にポリエチレン、ポリイミド等の
シート、フィルムまたは粘着テープを挟み込むようにし
てもよい。このようにすることによって、上板57若し
くは下板58と側板59とを電気的に絶縁できるのでこ
の部材間の渦電流ループを切り離すことができる。In Examples 8 to 12, the heat shield 56 was used.
Although the upper plate 57 or the lower plate 58 and the side plate 59 are overlapped and fastened with a plurality of bolts,
A sheet, film, or adhesive tape of polyethylene, polyimide, or the like may be sandwiched between the surfaces contacting the above members. By doing so, the upper plate 57 or the lower plate 58 and the side plate 59 can be electrically insulated, so that the eddy current loop between these members can be cut off.
【0054】実施例13.図15は請求項10の他の実
施例を示す熱シールドの斜視図である。実施例12おい
ては上板57および下板58をそれぞれ1枚で構成した
が、65は複数に分割し一定の間隔を保持して取り付け
た分割上板、66は上記上板65と同様に分割して取り
付けた分割下板である。このようにそれぞれの上板およ
び下板を複数に分割して取り付けることにより各分割片
に流れる渦電流が小さくなり超電導コイルのクエンチ時
にシールド部材自身に働く電磁力と発熱を軽減できる。Embodiment 13 FIG. FIG. 15 is a perspective view of a heat shield according to another embodiment of the present invention. In the twelfth embodiment, the upper plate 57 and the lower plate 58 are each composed of one sheet. However, 65 is a divided upper plate which is divided into a plurality of parts and attached with a fixed interval, and 66 is the same as the upper plate 65 described above. It is a divided lower plate divided and attached. By dividing the upper plate and the lower plate into a plurality of pieces, the eddy current flowing through each of the divided pieces is reduced, and the electromagnetic force and heat generated on the shield member itself when the superconducting coil is quenched can be reduced.
【0055】実施例14.図16は請求項10の他のも
う1つの実施例を示す熱シールド板の平面図である。図
において、図16(A)は熱シールド56の上板57お
よび下板58にそれぞれビーム軌道と直行する方向にそ
れぞれ交互に位置をずらせて設けた複数の切り欠きであ
る。このように切り欠きを入れることにより、板に流れ
る渦電流は上記実施例13と同等の効果を保持して上板
57および下板58をそれぞれ1つの部材として扱える
ので部品の組立が容易にできる。図16(B)は熱シー
ルド56の上板57若しくは下板58の周辺を残してビ
ームの軌道方向および直交する方向にそれぞれ適当な間
隔で適当数の切り欠きを設けたものである。このように
周辺に縁を設けることにより変形しないので部品の取扱
いが容易になり、また、組立を高精度に行える。Embodiment 14 FIG. FIG. 16 is a plan view of a heat shield plate according to another embodiment of the present invention. In FIG. 16, (A) shows a plurality of cutouts provided in the upper plate 57 and the lower plate 58 of the heat shield 56, each of which is alternately shifted in a direction perpendicular to the beam path. By forming the notch in this way, the eddy current flowing through the plate can maintain the same effect as in the thirteenth embodiment, and the upper plate 57 and the lower plate 58 can be treated as one member each, so that the assembly of parts can be facilitated. . FIG. 16B shows a structure in which a suitable number of cutouts are provided at appropriate intervals in the beam trajectory direction and the direction orthogonal to the beam except for the periphery of the upper plate 57 or the lower plate 58 of the heat shield 56. Providing the peripheral edge as described above does not cause deformation, so that parts can be easily handled and assembly can be performed with high accuracy.
【0056】実施例15.図17は請求項11の発明の
一実施例を示す熱シールドの斜視図および部分断面図、
図18は図17の中央部分(A面)の断面図である。図
において熱シ−ルド56の上板57および下板58は実
施例12のものと同様に構成した非磁性のステンレス
板、67は適当な大きさに切断し複数個を上記上板57
若しくは下板58上に適当な間隔に配置した熱伝導率の
大きな金属板、例えば銅の伝熱帯板、68は上板57若
しくは下板58と複数の伝熱帯板67を貼り合わせる接
着剤、69は伝熱帯板67の接着面が剥離しないように
適当な間隔で設けた複数の固定ネジである。この固定ネ
ジ69は電気絶縁と断熱性を考慮してポリカーボネート
やガラスエポキシ樹脂の積層棒等を用いる。Embodiment 15 FIG. FIG. 17 is a perspective view and a partial cross-sectional view of a heat shield according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view of the central portion (A surface) of FIG. In the drawing, the upper plate 57 and the lower plate 58 of the heat shield 56 are non-magnetic stainless steel plates constructed in the same manner as in the twelfth embodiment, and 67 is cut into a suitable size and a plurality is cut out.
Alternatively, a metal plate having a large thermal conductivity, such as a copper tropical plate, disposed at an appropriate interval on the lower plate 58, 68 is an adhesive for bonding the upper plate 57 or the lower plate 58 and a plurality of tropical plates 67, 69 Are a plurality of fixing screws provided at appropriate intervals so as to prevent the adhesive surface of the tropical plate 67 from peeling off. As the fixing screw 69, a laminated rod of polycarbonate or glass epoxy resin is used in consideration of electric insulation and heat insulation.
【0057】このように、上板57若しくは下板58と
伝熱帯板67とを薄い接着層で形成することにより電気
的に絶縁若しくは大きな電気抵抗層を形成できるので伝
熱帯板67の部材寸法および取付間隔を適当に選ぶこと
により渦電流ループを小さくして超電導コイル1がクエ
ンチしたときに誘起される電磁力を十分小さくすること
ができる。また、伝熱帯板67と上板57若しくは下板
58との接着層の厚みは0.1〜0.2ミリメートル若
しくはそれ以下にできるのでここでの熱抵抗は十分小さ
い。このような構成にすることによって超電導コイルの
クエンチ時の熱シールドの電磁力による変形を抑え、か
つ、熱シールドの上板57および下板58は伝熱帯板6
7の一端を冷却することにより伝熱帯板67を伝熱路と
して熱伝導により冷却を行うことがことができる。この
場合、伝熱帯板67を中央部で2分すると、伝熱路を確
保しながら渦電流ループの形成を避けることができる。As described above, by forming the upper plate 57 or the lower plate 58 and the tropical plate 67 with a thin adhesive layer, it is possible to electrically insulate or form a large electric resistance layer. By appropriately selecting the mounting interval, the eddy current loop can be reduced, and the electromagnetic force induced when the superconducting coil 1 is quenched can be sufficiently reduced. Further, the thickness of the adhesive layer between the tropical plate 67 and the upper plate 57 or the lower plate 58 can be 0.1 to 0.2 mm or less, so that the thermal resistance here is sufficiently small. With this configuration, deformation of the heat shield due to electromagnetic force at the time of quench of the superconducting coil is suppressed, and the upper plate 57 and the lower plate 58 of the heat shield are connected to the tropical plate 6.
By cooling one end of 7, cooling can be performed by heat conduction using the heat transfer plate 67 as a heat transfer path. In this case, if the tropic plate 67 is divided into two parts at the center, the formation of an eddy current loop can be avoided while securing a heat transfer path.
【0058】また、上記の上板57若しくは下板58と
伝熱帯板67の接着部にガラスの細い繊維やクロスをマ
ット状に敷いて接着剤68で固めるようにしてもよい。
このようにすることにより、上板57若しくは下板58
と伝熱帯板67が直接接触することを防止できるので電
気絶縁が確実にできる。Further, a thin fiber or cloth of glass may be laid in a mat shape on an adhesive portion between the upper plate 57 or the lower plate 58 and the tropical plate 67 and solidified with an adhesive 68.
By doing so, the upper plate 57 or the lower plate 58
And the tropical plate 67 can be prevented from directly contacting each other, so that electrical insulation can be ensured.
【0059】上記実施例15においては熱シールド56
の側板60をアルミニウムなどの熱伝導率の高い部材を
組み合わせるようにしたが、伝熱路が伝熱帯板67によ
り十分に確保できる場合は、非磁性で電気抵抗の大きな
金属板で熱シールド全体を覆う構成にしてもよい。In the fifteenth embodiment, the heat shield 56
The side plate 60 is made of a member having a high thermal conductivity such as aluminum, but if the heat transfer path can be sufficiently secured by the tropical plate 67, the entire heat shield is made of a non-magnetic metal plate having a large electric resistance. It may be configured to cover.
【0060】実施例16.図19は請求項11の発明の
他の一実施例を示す熱シールドの斜視図である。実施例
16においては伝熱帯板68をビームチェンバー26の
ビーム軌道と平行な方向に設置したが、70はビームチ
ェンバー26のビーム軌道と直交する方向に設けた伝熱
帯板である。このように構成することによって側板60
を伝熱路にして上板58および下板59を冷却できるの
で熱抵抗が小さくなる分シールドの平均温度を下げるこ
とができる。Embodiment 16 FIG. FIG. 19 is a perspective view of a heat shield according to another embodiment of the present invention. In the sixteenth embodiment, the tropical plate 68 is installed in a direction parallel to the beam trajectory of the beam chamber 26, but 70 is a tropical plate provided in a direction orthogonal to the beam trajectory of the beam chamber 26. With this configuration, the side plate 60
Can be used as a heat transfer path to cool the upper plate 58 and the lower plate 59, so that the average temperature of the shield can be reduced by the reduction in thermal resistance.
【0061】実施例17.図20は請求項12の発明の
一実施例を示す断面図であり、図において、71はビー
ムチェンバー26の両端部に設けた第1のベローズ継ぎ
手41(図3参照)の伸縮部を構成する第1のベロー
ズ、72は第1のベローズ継ぎ手71の端面に2条のシ
ール溝を備えた第1のフランジ、73は真空槽5のビー
ム入口ポート8若しくはビーム出口ポート9にそれぞれ
上記第1のフランジ72とを連結する中継フランジ、7
4は第一のフランジの2条のシール溝の内側に装着した
第1の真空シール、75は2条のシール溝の外側に装着
した第2の真空シール、76は中継フランジ73を貫通
して上記第1のフランジ72とを第1の真空シール74
および第2の真空シール75に必要なシール面圧をあた
え締結する複数の固定用ボルト、77はビーム入り口ポ
ート8若しくはビーム出口ポート9と中継フランジ73
とをシールする第3の真空シールである。ここで、中継
フランジ73は超高真空のビームダクトの一部分を構成
することを考慮して放出ガス率の低い材料、例えばオー
ステナイト系ステンレス鋼の真空溶解材等を用いる。こ
の様な構成は、放射光ポート10にも適用できる。Embodiment 17 FIG. FIG. 20 is a cross-sectional view showing an embodiment of the twelfth aspect of the present invention. In the figure, reference numeral 71 designates an extendable portion of a first bellows joint 41 (see FIG. 3) provided at both ends of the beam chamber 26. The first bellows 72 is a first flange provided with two sealing grooves on the end face of the first bellows joint 71, and the first bellows 73 is connected to the beam inlet port 8 or the beam outlet port 9 of the vacuum chamber 5. A relay flange for connecting to the flange 72, 7
4 is a first vacuum seal mounted inside the two seal grooves of the first flange, 75 is a second vacuum seal mounted outside the two seal grooves, and 76 is through the relay flange 73. The first vacuum seal 74 is connected to the first flange 72.
And a plurality of fixing bolts 77 for providing and fastening the necessary sealing surface pressure to the second vacuum seal 75, and a plurality of fixing bolts 77 are provided between the beam entrance port 8 or the beam exit port 9 and the relay flange 73.
And a third vacuum seal for sealing the vacuum seal. Here, the relay flange 73 is made of a material having a low outgassing rate, for example, a vacuum melting material of austenitic stainless steel in consideration of forming a part of an ultra-high vacuum beam duct. Such a configuration can be applied to the radiation light port 10.
【0062】このように構成することによって、第1の
フランジ72の第1の真空シール74はビームチェンバ
ー内部の超高真空側を、第2の真空シール75は真空槽
5の断熱真空側をそれぞれ独立にシールするので、それ
ぞれの系を真空引きしてヘリウムリーク試験を行うとき
いずれも大気側からヘリウムガスを吹きつけることがで
きる。従って、真空部分、特に超高真空側の真空排気に
おいて排気しにくいガスの一種であるヘリウムガスの流
入を防止できるので超高真空が容易に達成できるように
なる。また、超高真空を形成する部分にのみ放出ガスの
少ない材料を適用し、超高真空を必要としない真空槽5
には純鉄などの磁性材を適用することにより磁気シール
ドの一部を形成でき超電導電磁石の設計を合理的に行う
ことができる。With this configuration, the first vacuum seal 74 of the first flange 72 is on the ultra-high vacuum side inside the beam chamber, and the second vacuum seal 75 is on the adiabatic vacuum side of the vacuum chamber 5. Since the sealing is performed independently, the helium gas can be blown from the atmosphere side when performing a helium leak test by evacuating each system. Therefore, the inflow of helium gas, which is a kind of gas that is difficult to be evacuated in the vacuum portion, particularly in the vacuum evacuation on the ultrahigh vacuum side, can be prevented, so that ultrahigh vacuum can be easily achieved. In addition, a material that emits a small amount of gas is applied only to a portion where an ultra-high vacuum is formed, and a vacuum chamber 5 that does not require an ultra-high vacuum
By using a magnetic material such as pure iron, a part of the magnetic shield can be formed, and the superconducting electromagnet can be designed rationally.
【0063】実施例18.図21は請求項12の発明の
他の一実施例を示す断面図である。上記実施例17にお
いては第1のフランジ72に2重の真空シールを備えた
が、図において、第1のフランジ72に第1の真空シー
ルのみを備え、その変わりに中継フランジ73の複数の
固定ボルト76のボルト頭の座グリ部分にそれぞれもう
1段の座付きネジ穴を設け、78はこのネジ穴の座面に
それぞれ装着した複数のパッキン、79はこのパッキン
78に当接させ適当な面圧を加えて真空をシールする沈
めボルトである。このように構成することによって第1
のフランジの第2の真空シールを無くしたのでフランジ
の外形を小さくできるとともにシールの締め付け力が減
る分フランジの強度設計において余裕ができ、フランジ
のサイズを一回り小さくすることができる。Embodiment 18 FIG. FIG. 21 is a sectional view showing another embodiment of the twelfth aspect of the present invention. In Embodiment 17 described above, the first flange 72 is provided with a double vacuum seal, but in the figure, the first flange 72 is provided with only the first vacuum seal, and instead, a plurality of fixings of the relay flange 73 are performed. A countersunk screw hole is provided in the counterbored portion of the bolt head of the bolt 76, and a plurality of packings 78 are respectively mounted on the seating surfaces of the screw holes, and 79 is brought into contact with the packing 78 to provide an appropriate surface pressure. A submerged bolt that seals the vacuum by adding With this configuration, the first
Since the second vacuum seal of the flange is eliminated, the outer shape of the flange can be reduced and the tightening force of the seal can be reduced, so that there is a margin in designing the strength of the flange, and the size of the flange can be reduced one size.
【0064】実施例19. 図22は請求項12の発明の他のもう一つの一実施例を
示す断面図である。上記実施例19および実施例20に
おいては中継フランジ73の端面が真空槽5の内壁面よ
り外側になるようにしたが、図22においては中継フラ
ンジ73の端面を真空槽5の内壁面より内側に突き出す
ようにしている。このような構成にすることによって、
ビームチェンバー26を真空槽5に装着するときベロー
ズ継ぎ手の第1のベローズ71を圧縮してビームチェン
バー26の第1のフランジ72の端面と真空槽5の内壁
面との間に隙間を設けて挿入するさいに中継フランジ7
3を外した状態で十分な間隔が確保でき組立作業がやり
易くなる。また、第1のベローズは伸縮量を短いもの、
すなわち、ベローズの山数の少ない物にすることができ
る。Embodiment 19 FIG. FIG. 22 is a sectional view showing another embodiment of the twelfth aspect of the present invention. In Embodiments 19 and 20, the end face of the relay flange 73 is located outside the inner wall surface of the vacuum vessel 5, but in FIG. 22, the end face of the relay flange 73 is located inside the inner wall face of the vacuum vessel 5. I stick it out. With such a configuration,
When the beam chamber 26 is mounted on the vacuum chamber 5, the first bellows 71 of the bellows joint is compressed and inserted with a gap provided between the end face of the first flange 72 of the beam chamber 26 and the inner wall surface of the vacuum chamber 5. Relay flange 7
A sufficient interval can be ensured in a state where 3 is removed, and the assembling work becomes easier. In addition, the first bellows has a short amount of expansion and contraction,
That is, a bellows having a small number of peaks can be obtained.
【0065】実施例20.図23は請求項13の発明の
一実施例を示す超電導電磁石の断面図である。図におい
て、81はビームチェンバー26の外壁面に当接して設
けた複数の冷却ジャケット、82は分散して配置した冷
却ジャケット81の連絡管、83は真空槽5を貫通して
断熱的に導いた冷媒配管、84はフロン等を冷媒に用い
た汎用冷凍機である。Embodiment 20 FIG. FIG. 23 is a sectional view of a superconducting electromagnet according to an embodiment of the present invention. In the figure, 81 is a plurality of cooling jackets provided in contact with the outer wall surface of the beam chamber 26, 82 is a connecting pipe of the cooling jacket 81 arranged in a distributed manner, and 83 is adiabatically guided through the vacuum chamber 5. The refrigerant pipe 84 is a general-purpose refrigerator using Freon or the like as a refrigerant.
【0066】上記のように構成されたものにおいては、
ビームチェンバー26の冷却ジャケット81に超電導電
磁石11の真空槽5の外側に備えた汎用冷凍機84から
冷媒配管83を介してフロンなどの冷媒を循環させるよ
うにしてビームチェンバー26を所定の温度、例えば、
−15℃から−30℃程度に冷却するようにしたもので
ある。このような構成にすることによりビームチェンバ
ー26の壁面から4Kに冷却保持している超電導コイル
ユニット23への侵入熱を軽減できるのでこれに伴って
超電導コイル1を4Kに冷却している液体ヘリウムの蒸
発損失を減ずることができる。また、ビームチェンバー
26の壁温を下げることによりビームチェンバー26の
内壁面からの放出ガス量が減るので超高真空の到達圧力
を下げることができる。In the structure configured as described above,
The beam chamber 26 is cooled to a predetermined temperature, for example, by circulating a refrigerant such as chlorofluorocarbon through a refrigerant pipe 83 from a general-purpose refrigerator 84 provided outside the vacuum chamber 5 of the superconducting electromagnet 11 in the cooling jacket 81 of the beam chamber 26. ,
The cooling is performed from -15 ° C to about -30 ° C. By adopting such a configuration, the heat entering the superconducting coil unit 23, which is cooled and held at 4K from the wall surface of the beam chamber 26, can be reduced, so that the liquid helium that cools the superconducting coil 1 to 4K can be reduced. Evaporation loss can be reduced. Also, by lowering the wall temperature of the beam chamber 26, the amount of gas released from the inner wall surface of the beam chamber 26 is reduced, so that the ultimate pressure of ultra-high vacuum can be reduced.
【0067】上記の実施例においてはビームチェンバー
26の壁面に冷却ジャケットを設けて冷却するようにし
たが壁面の形状に合わせて適当な間隔を設けて直接冷却
配管を当接させて巻き回すようにしてもよい。In the above embodiment, the cooling is provided by providing a cooling jacket on the wall surface of the beam chamber 26. However, the cooling pipe is directly contacted and wound around at an appropriate interval according to the shape of the wall surface. You may.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、荷電粒子を通すビームチェンバーを超電導コイルの
真空槽内に独立に設けるようにしたので、運転中に超電
導コイル側に熱的な擾乱等による真空度の変化が生じて
もビームチェンバーの内部を所期の超高真空に保持でき
る。これによりビームチェンバー内を周回する高エネル
ギーの荷電ビームの残留ガス分子との衝突、散乱等の荷
電ビームの不安定性要因を抑制でき、蓄積荷電ビームを
長時間安定に周回させることができる。また、ビームチ
ェンバーを大気に開放しても超電導コイルの断熱真空に
影響を及ぼさないので、ビームチェンバー側の真空に係
わりなく超電導電磁石の運転を安定に行うことができる
等の効果がある。As described above, according to the first aspect of the present invention, the beam chamber through which the charged particles pass is provided independently in the vacuum chamber of the superconducting coil. Even if the degree of vacuum changes due to various disturbances or the like, the interior of the beam chamber can be maintained at the desired ultra-high vacuum. As a result, the instability factors of the charged beam circulating in the beam chamber, such as collision and scattering with the residual gas molecules, can be suppressed, and the accumulated charged beam can be circulated stably for a long time. Further, since the adiabatic vacuum of the superconducting coil is not affected even if the beam chamber is opened to the atmosphere, there is an effect that the operation of the superconducting electromagnet can be stably performed regardless of the vacuum on the beam chamber side.
【0069】また、請求項2の発明においては、複数の
放射光ダクトをビームチェンバーの側面から超電導コイ
ルユニットと熱的に絶縁して真空槽を貫通する部分に真
空シールを備えて放射光を取り出せるようにしたので、
超電導コイル側の真空度が変化しても放射光ダクト内部
への影響を受けることがなく、シンクロトロン放射光を
安定に取り出すことができる。また、放射光ダクト側を
大気に開放しても超電導コイルの断熱真空部の真空を劣
化させることがないので超電導電磁石は放射光ダクト系
の真空に係わりなく運転が行える等の効果がある。According to the second aspect of the present invention, a plurality of radiation light ducts are thermally insulated from the side surface of the beam chamber with the superconducting coil unit, and the radiation light can be extracted by providing a vacuum seal at a portion penetrating the vacuum chamber. So,
Even if the degree of vacuum on the side of the superconducting coil changes, the synchrotron radiation can be stably extracted without being affected by the inside of the radiation light duct. In addition, since the vacuum of the adiabatic vacuum portion of the superconducting coil is not deteriorated even if the radiation light duct side is opened to the atmosphere, the superconducting electromagnet can be operated irrespective of the vacuum of the radiation light duct system.
【0070】請求項3の発明においては、ビームチェン
バーを超電導コイル容器壁面上に一定の間隔を保って断
熱支持部材により断熱的に支持しかつビームチェンバー
の複数のポートが真空槽の壁面を貫通する部分にそれぞ
れ伸縮自在なベローズ継ぎ手を備えるようにしたので、
荷電粒子のビーム軌道に沿わせてビームチェンバーを設
置でき荷電粒子を安定に周回させる効果を奏する。According to the third aspect of the present invention, the beam chamber is adiabatically supported on the wall surface of the superconducting coil container by a heat insulating support member at a predetermined interval, and a plurality of ports of the beam chamber pass through the wall surface of the vacuum chamber. Each part has an elastic bellows joint, so
The beam chamber can be installed along the charged particle beam trajectory, and the charged particle can be circulated stably.
【0071】請求項4の発明においては、ビームチェン
バーを支持する断熱支持部材のうち超電導コイル容器と
の相対的な基準となる位置を1カ所若しくは2カ所を固
定的に支持するとともに超電導コイルユニットとの間隔
をほぼ一定になるように複数点を断熱的に支持するよう
にしたので超電導コイルとビームチェンバーとの相対位
置および平行度を略一定に保持して荷電粒子を安定に周
回させることができる。According to the fourth aspect of the present invention, one or two of the heat-insulating supporting members for supporting the beam chamber, which serve as a reference relative to the superconducting coil container, are fixedly supported at one or two positions. Are adiabatically supported at a plurality of points so that the distance between the superconducting coils and the beam chamber is substantially constant, so that the charged particles can stably circulate while maintaining the relative position and the parallelism between the superconducting coil and the beam chamber substantially constant. .
【0072】請求項5の発明においてはビームチェンバ
ーの側面に支持金具を設け、この支持金具に断熱支持部
材を取り付け超電導コイル容器の壁面上に断熱的に支持
するようにしたので断熱支持部材の取付スパンを長くす
ることができ断熱支持部材を介しての熱伝導による侵入
熱量を低減できる。また、設置スペースが広くとれ組立
の作業性が向上する等の効果を奏する。According to the fifth aspect of the present invention, a supporting member is provided on a side surface of the beam chamber, and a heat insulating supporting member is attached to the supporting member to support the heat insulating member on the wall surface of the superconducting coil container. The span can be lengthened, and the amount of heat penetrated by heat conduction through the heat insulating support member can be reduced. In addition, there is an effect that the installation space is widened and the workability of assembly is improved.
【0073】請求項6の発明においては、ビームチェン
バーの断熱支持部材を多重円筒断熱カラムで構成するよ
うにしたので、断熱距離を取付スパン長より2倍以上長
くとることができ断熱性能が大幅に改善できる。また、
断熱支持部材の軸方向を剛的に支持しかつ両端部の支点
において軸直角方向には数ミリメートルの変位を弾性変
形により吸収できるようにしたので、ビームチェンバー
と超電導コイル容器との間隔を一定に保持できるととも
にビームチェンバーのベーキング時の加熱および超電導
コイルの冷却の際の熱膨張・収縮に伴う変位を弾性変形
により吸収して熱応力を緩和できるなどの効果がある。According to the sixth aspect of the present invention, since the heat insulating support member of the beam chamber is constituted by a multiple cylindrical heat insulating column, the heat insulating distance can be made twice or more longer than the mounting span length, and the heat insulating performance is greatly improved. Can be improved. Also,
Since the axial direction of the heat insulating support member is rigidly supported and the displacement of several millimeters in the direction perpendicular to the axis at the fulcrum at both ends can be absorbed by elastic deformation, the distance between the beam chamber and the superconducting coil container is kept constant. In addition to the above, there is an effect that thermal stress can be reduced by elastic deformation to absorb displacement caused by heating and baking of the beam chamber and cooling and expansion of the superconducting coil during cooling.
【0074】請求項7の発明においては、ビームチェン
バーに熱輻射の遮蔽手段を予め一体化して取り付けるよ
うにしたので、施工が非常にやり易くなり、しかも組立
状態の最終寸法を確認して超電導コイルに組み合わせら
れるので熱接触等を防止して断熱性能を確保できる等実
用上の効果が大きい。According to the seventh aspect of the present invention, since the heat radiation shielding means is pre-integrated and attached to the beam chamber, the construction becomes very easy, and the final dimensions of the assembled state are confirmed before the superconducting coil is mounted. Since they can be combined, they have a large practical effect, such as preventing thermal contact or the like and ensuring heat insulation performance.
【0075】請求項8における発明においては、ビーム
チェンバーに多重積層断熱材を直に取り付けその周囲を
ほぼ取り囲むように熱シールドを設けて一体化したもの
を超電導コイルに組み合わせるようにしたので、断熱施
工が非常にやり易くなる。また、ビームチェンバーと熱
シールドの隙間に最適な層数を調整して多重積層断熱材
を設置し、その最終の仕上がり状態を確認してさらに熱
シールドの相対位置を調整して取り付けられるので所期
の断熱性能が確保できる、などの効果がある。In the invention according to the eighth aspect, the multi-layered heat insulating material is directly attached to the beam chamber, and a heat shield is provided so as to substantially surround the periphery thereof. Is very easy to do. In addition, the optimum number of layers is adjusted in the gap between the beam chamber and the heat shield, and the multi-layered heat insulating material is installed. The final finished state is checked, and the relative position of the heat shield is adjusted and installed. This has the effect that the heat insulation performance of the steel can be secured.
【0076】請求項9における発明はビームチェンバー
の熱シールドの支持する複数の断熱支持棒を繊維強化樹
脂の積層棒またはパイプを用いて軸方向を剛的に支持
し、軸両端部における軸直角方向には数ミリメートルの
変位を弾性変形により吸収できるようにしたので熱シー
ルドの自重を剛的に支持して、超電導コイル容器と熱シ
ールドの間隔を一定に保持して熱接触を防止できるとと
もに熱シールド板の収縮等による伸び差を断熱支持棒の
弾性変形により吸収できるので、熱シールドの支持部分
を介しての熱応力を緩和できシールド板自身の変形を抑
えることができこれによって熱接触を防止できる等の効
果がある。According to a ninth aspect of the present invention, a plurality of heat-insulating support rods supported by the heat shield of the beam chamber are rigidly supported in the axial direction by using a fiber-reinforced resin lamination rod or a pipe, and a direction perpendicular to the axis at both ends of the shaft is provided. Can absorb displacements of several millimeters by elastic deformation, so that the weight of the heat shield is rigidly supported, the distance between the superconducting coil container and the heat shield can be kept constant, preventing thermal contact and heat shielding. Since the difference in elongation due to the contraction of the plate can be absorbed by the elastic deformation of the heat insulating support rod, the thermal stress through the support portion of the heat shield can be reduced, and the deformation of the shield plate itself can be suppressed, thereby preventing thermal contact. And so on.
【0077】請求項10の発明においては超電導電磁石
の熱シールド部材のうち磁束と略交錯する方向の面を覆
うシールド板を非磁性の電気抵抗の大きな金属板を配置
し、磁束と略平行の面を覆うシールド板を非磁性の熱抵
抗の小さい金属板を配置するようにしたので、超電導コ
イルのクエンチ等により急峻な磁界変化が生じても熱シ
ールド部材に誘起される渦電流にともなう電磁力を小さ
く抑えてシールド板自身の変形を防止できる。また、熱
抵抗の小さい部材を伝熱路にして高抵抗の部材を冷却で
きるのでシールドの平均冷却温度を下げられる、等の効
果がある。According to the tenth aspect of the present invention, the shield plate for covering the surface of the heat shield member of the superconducting electromagnet in the direction substantially intersecting with the magnetic flux is provided by a non-magnetic metal plate having a large electric resistance, and the surface substantially parallel to the magnetic flux. A non-magnetic metal plate with a small thermal resistance is placed on the shield plate that covers the shield, so even if a steep magnetic field change occurs due to the quench of the superconducting coil, the electromagnetic force due to the eddy current induced in the heat shield member The deformation of the shield plate itself can be prevented by keeping it small. In addition, since a member having a small thermal resistance can be used as a heat transfer path to cool a member having a high resistance, the average cooling temperature of the shield can be reduced.
【0078】請求項11の発明においては熱シールド板
を非磁性で電気抵抗の大きな金属平板に非磁性で熱抵抗
の小さい適当な形状の金属の伝熱帯板を接着により一体
化した部材にしたので、超電導コイルのクエンチ時に磁
界の急激に変化しても熱シールドに流れる渦電流は小さ
く、したがって熱シールド自身に発生する電磁力を小さ
くできる。また、複数の伝熱帯板を熱シールド板に適当
に分散させて冷却できるので熱シールド全体を均等に冷
却することができるなどの効果がある。According to the eleventh aspect of the present invention, the heat shield plate is made of a non-magnetic metal plate having a large electric resistance and a non-magnetic metal plate having an appropriate shape having a small heat resistance is integrally formed by bonding. Even if the magnetic field changes abruptly when the superconducting coil is quenched, the eddy current flowing through the heat shield is small, so that the electromagnetic force generated in the heat shield itself can be reduced. Further, since a plurality of heat transfer plates can be appropriately dispersed and cooled in the heat shield plate, there is an effect that the entire heat shield can be uniformly cooled.
【0079】請求項12の発明においては真空槽と、こ
の真空槽内に荷電粒子を所定の軌道で導くように空間を
設けて配した超電導コイルユニットと、上記超電導コイ
ルユニットの空間に熱的に離間させ荷電粒子を導くビー
ムチェンバーとを備え、上記ビームチェンバーの壁面に
連通する複数のビームダクトが上記真空槽を貫通する部
分にそれぞれ中継フランジを設置し、この中継フランジ
のシール面と上記ビームチェンバーのビームダクト端面
および上記真空槽の貫通穴シール面とをそれぞれ真空シ
ールを介して連結するようにした荷電ビーム通す部分の
超高真空の達成を容易にすることができる。また、上記
の分割により、超高真空を必要としない真空槽に、純鉄
などの磁性材を用いて高磁場を発生する超電導コイルか
ら外部への漏れ磁場を抑える磁気シールドの一部に適用
でき、超電導電磁石の設計を合理的に行えるなどの効果
がある。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a vacuum chamber, a superconducting coil unit having a space provided in the vacuum chamber so as to guide charged particles along a predetermined trajectory; A beam chamber for guiding charged particles by separating the beam chamber, a plurality of beam ducts communicating with the wall surface of the beam chamber are respectively provided with relay flanges at portions penetrating the vacuum chamber, and a sealing surface of the relay flange and the beam chamber are provided. It is possible to easily achieve an ultra-high vacuum in a portion through which a charged beam passes so that the end face of the beam duct and the sealing face of the through-hole of the vacuum tank are connected via a vacuum seal. In addition, due to the above division, it can be applied to a part of a magnetic shield that suppresses a leakage magnetic field from a superconducting coil that generates a high magnetic field using a magnetic material such as pure iron to a vacuum chamber that does not require an ultra-high vacuum. This has the effect that the superconducting electromagnet can be designed rationally.
【0080】請求項13の発明においては、超電導コイ
ルと一体化したビームチェンバーを汎用の冷凍機の冷媒
または液化ガス等を循環させて簡便で信頼性の高い冷却
系を付加して冷却するようにしたので、超電導コイル側
への侵入熱を軽減し、高価な液体ヘリウムの蒸発量を低
減化できる効果がある。According to the thirteenth aspect of the present invention, a beam chamber integrated with a superconducting coil is circulated through a refrigerant or a liquefied gas of a general-purpose refrigerator to provide a simple and reliable cooling system for cooling. Therefore, there is an effect that heat entering the superconducting coil side can be reduced and the amount of expensive liquid helium evaporated can be reduced.
【図1】請求項1ないし請求項2の発明の一実施例によ
る荷電粒子用超電導電磁石の縦断面を示す図である。FIG. 1 is a view showing a longitudinal section of a charged particle superconducting electromagnet according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の水平断面を示す図である。FIG. 2 is a view showing a horizontal section of FIG. 1;
【図3】請求項3の発明の一実施例による超電導電磁石
を示す水平断面図である。FIG. 3 is a horizontal sectional view showing a superconducting electromagnet according to an embodiment of the present invention;
【図4】図3の(A−A)部分の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a portion (AA) in FIG. 3;
【図5】請求項4の発明の一実施例による荷電粒子用超
電導電磁石のビームチェンバーの断熱支持部の部分断面
図である。FIG. 5 is a partial sectional view of a heat insulating support portion of a beam chamber of a superconducting magnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図6】請求項4の他の一実施例による荷電粒子用超電
導電磁石のビームチェンバーの断熱支持構造部の平面図
である。FIG. 6 is a plan view of a heat insulating support structure of a beam chamber of a superconductive magnet for charged particles according to another embodiment of the present invention.
【図7】図6のビームチェンバーの断熱支持部の部分断
面(A−A)図である。FIG. 7 is a partial sectional view (AA) of a heat insulating support portion of the beam chamber of FIG. 6;
【図8】請求項5の一実施例による荷電粒子用超電導電
磁石のビームチェンバーの断熱支持構造部の断面図であ
る。FIG. 8 is a sectional view of a heat insulating support structure of a beam chamber of a superconductive magnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図9】請求項6の発明の一実施例による荷電粒子用超
電導電磁石のビームチェンバーの断熱支持部分の断面図
である。FIG. 9 is a sectional view of a heat-insulating support portion of a beam chamber of a superconducting electromagnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図10】請求項7の発明の一実施例による荷電粒子用
超電導電磁石のビームチェンバーの断熱構造を示す斜視
図である。FIG. 10 is a perspective view showing a heat insulating structure of a beam chamber of a superconducting magnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図11】図10の中央部分(A面)の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of a central portion (A surface) of FIG. 10;
【図12】請求項8、請求項9ないし請求項10の発明
の一実施例による荷電粒子用超電導電磁石の熱シールド
の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a heat shield of a superconducting magnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図13】請求項8の発明の他のもう一つの一実施例に
よる荷電粒子用超電導電磁石の熱シールドの断面図であ
る。FIG. 13 is a cross-sectional view of a heat shield of a charged particle superconducting electromagnet according to another embodiment of the present invention.
【図14】請求項8の発明の一実施例による荷電粒子用
超電導電磁石の多重積層断熱材の施工外観を示す斜視図
である。FIG. 14 is a perspective view showing an external appearance of a multi-layer heat insulating material for a superconducting electromagnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図15】請求項10の発明の他の一実施例による荷電
粒子用超電導電磁石の熱シールドの斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of a heat shield of a superconducting electromagnet for charged particles according to another embodiment of the present invention.
【図16】請求項10の発明の他のもう一つの実施例に
よる荷電粒子用超電導電磁石の熱シールド板の斜視図で
ある。FIG. 16 is a perspective view of a heat shield plate of a superconducting electromagnet for charged particles according to another embodiment of the present invention.
【図17】請求項11の発明の一実施例による荷電粒子
用超電導電磁石の熱シールドの斜視図および部分断面図
である。FIG. 17 is a perspective view and a partial cross-sectional view of a heat shield of a superconducting electromagnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図18】図17の中央部(A面)の部分断面図であ
る。18 is a partial cross-sectional view of a central portion (A surface) of FIG.
【図19】請求項11の発明の他の一実施例による荷電
粒子用超電導電磁石の熱シールドの斜視図である。FIG. 19 is a perspective view of a heat shield of a superconductive magnet for charged particles according to another embodiment of the eleventh aspect of the present invention.
【図20】請求項12の発明の一実施例による荷電粒子
用超電導電磁石のビームチェンバーの継ぎ手部の構造を
示す部分断面図である。FIG. 20 is a partial sectional view showing a structure of a joint portion of a beam chamber of a superconducting electromagnet for charged particles according to an embodiment of the present invention.
【図21】請求項12の発明の他の一実施例による荷電
粒子用超電導電磁石のビームチェンバーの継ぎ手部の構
造を示す部分断面図である。FIG. 21 is a partial sectional view showing a structure of a joint portion of a beam chamber of a superconducting electromagnet for charged particles according to another embodiment of the present invention.
【図22】請求項12の発明の他のもう一つの実施例に
よる荷電粒子用超電導電磁石のビームチェンバーの継ぎ
手部の構造を示す部分断面図である。FIG. 22 is a partial sectional view showing a structure of a joint portion of a beam chamber of a superconducting magnet for charged particles according to another embodiment of the twelfth aspect of the present invention.
【図23】請求項13の発明の一実施例による荷電粒子
用超電導電磁石を示す断面図である。FIG. 23 is a sectional view showing a superconductive magnet for charged particles according to an embodiment of the present invention;
【図24】従来の荷電粒子用超電導電磁石の一例を示す
電子蓄積リング用偏向電磁石の鳥瞰図である。FIG. 24 is a bird's-eye view of a deflection electromagnet for an electron storage ring, showing an example of a conventional charged particle superconducting electromagnet.
【図25】図24の中央部分の縦断面図である。FIG. 25 is a vertical sectional view of a central portion of FIG. 24;
【図26】図24の電子ビーム軌道における水平断面図
である。26 is a horizontal sectional view of the electron beam trajectory shown in FIG. 24.
【図27】図25の超電導コイル部分の形状外観を示す
斜視図である。FIG. 27 is a perspective view showing a shape and appearance of a superconducting coil portion in FIG. 25;
【図28】従来の荷電粒子用超電導電磁石の適用の一例
を示す電子蓄積リングの構成概念図である。FIG. 28 is a conceptual diagram of a configuration of an electron storage ring showing an example of application of a conventional superconductive magnet for charged particles.
1 超電導コイル 2 コイル容器 3 電子ビーム通路 4 熱シールド 5 真空槽 6 断熱支持部材 7 ヘリウム供給ポート 8 ビーム入口ポート 9 ビーム出口ポート 10 複数の放射光ポート 11 超電導電磁石 12 ビーム入射器 13 高周波空洞 14 直線部ビームダクト 20 上部コイル容器 21 下部コイル容器 22 低温電磁力支持体 23 超電導コイルユニット 24 Z軸断熱支持材 25 X軸断熱支持材 26 ビームチェンバー 27 フランジ継ぎ手 28 放射光ダクトA 31 磁気シールド 32 放射光ダクトB 33 真空ゲート弁 34 液体ヘリウム溜 35 ヘリウム真空槽 36 ヘリウム配管A 37 ヘリウム配管B 41 第1のベローズ継ぎ手 42 第2のベローズ継ぎ手 43 第1の断熱支持部材 44 第2の断熱支持部材 45 第3の断熱支持部材 46 断熱支持軸 47 支柱 48 連結部材 51 複数の支持金具 52 多重断熱支持カラム 54 輻射熱の遮蔽手段 55 多重積層断熱材 56 熱シールド 57 上板 58 下板 59 側板 60 第1の断熱支持棒 61 高温断熱部材 62 シースヒータ 63 第1の多重積層断熱材 64 第2の多重積層断熱材 65 分割上板 66 分割下板 67 伝熱帯板 68 接着剤 69 固定ネジ 70 伝熱帯板B 71 第1のベローズ 72 第1のフランジ 73 中継フランジ 74 第1の真空シール 75 第2の真空シール 76 固定用ボルト 77 第3の真空シール 78 複数のパッキン 79 沈めボルト 81 冷却ジャケット 82 連絡管 83 冷媒配管 84 汎用冷凍機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Superconducting coil 2 Coil container 3 Electron beam passage 4 Heat shield 5 Vacuum tank 6 Thermal insulation support member 7 Helium supply port 8 Beam entrance port 9 Beam exit port 10 Plural radiation ports 11 Superconducting electromagnet 12 Beam injector 13 High frequency cavity 14 Straight line Part beam duct 20 Upper coil container 21 Lower coil container 22 Low temperature electromagnetic force support 23 Superconducting coil unit 24 Z-axis heat insulating support 25 X-axis heat insulating support 26 Beam chamber 27 Flange joint 28 Synchrotron duct A 31 Magnetic shield 32 Synchrotron radiation Duct B 33 Vacuum gate valve 34 Liquid helium reservoir 35 Helium vacuum tank 36 Helium pipe A 37 Helium pipe B 41 First bellows joint 42 Second bellows joint 43 First heat insulating support member 44 Second heat insulating support member 45 First 3 breaks Supporting member 46 Insulating support shaft 47 Supporting column 48 Connecting member 51 Plural support fittings 52 Multiple insulating supporting columns 54 Radiation heat shielding means 55 Multiple laminated heat insulating material 56 Heat shield 57 Upper plate 58 Lower plate 59 Side plate 60 First heat insulating support rod 61 High temperature heat insulating member 62 Sheath heater 63 First multi-layer heat insulator 64 Second multi-layer heat insulator 65 Split upper plate 66 Split lower plate 67 Tropical plate 68 Adhesive 69 Fixing screw 70 Tropical plate B 71 First bellows 72 First flange 73 Relay flange 74 First vacuum seal 75 Second vacuum seal 76 Fixing bolt 77 Third vacuum seal 78 Plural packings 79 Sunk bolt 81 Cooling jacket 82 Communication pipe 83 Refrigerant pipe 84 General-purpose refrigerator
フロントページの続き (72)発明者 竹内 敏恵 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 山本 俊二 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 山田 忠利 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 中村 史朗 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 尾原 昭徳 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 守田 正夫 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 横山 彰一 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 下畑 賢司 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 稲口 隆 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 妹尾 和威 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平6−140190(JP,A) 特開 平6−132118(JP,A) 特開 平4−73988(JP,A) 特開 平4−71199(JP,A) 特開 平5−109497(JP,A) 特開 平3−30298(JP,A) 特開 平3−29303(JP,A) 特開 昭62−193100(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 7/04 H05H 13/04 Continued on front page (72) Inventor Toshie Takeuchi 8-1-1, Tsukaguchi-Honcho, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor Shunji Yamamoto 8-1-1, Tsukaguchi-Honmachi, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Tadatoshi Yamada 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor Shiro Nakamura 8-1-1, Tsukaguchi Honmachi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Akinori Ohara 8-1-1, Tsukaguchi-Honcho, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor, Masao Morita 8-1-1, Tsukaguchi-Honmachi, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Shoichi Yokoyama 8-1-1, Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor Kenji Shimohata 8-1-1, Tsukaguchi Honmachi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Takashi Inaguchi Tsukaguchi Amagasaki 8-1-1, Mitsubishi-cho, Central Research Laboratory Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Kazutake Senoo 8-1-1, Tsukaguchi-Honmachi, Amagasaki-shi Mitsubishi Electric Corporation Central Research Laboratory (56) References JP-A-6 JP-A-140190 (JP, A) JP-A-6-132118 (JP, A) JP-A-4-73988 (JP, A) JP-A-4-71199 (JP, A) JP-A-5-109497 (JP, A) JP-A-3-30298 (JP, A) JP-A-3-29303 (JP, A) JP-A-62-193100 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05H 7/04 H05H 13/04
Claims (14)
対の超電導コイルと、 前記一対の超電導コイルを夫々液体ヘリウムとともに一
対のコイル容器に収納して成り、前記真空槽内に断熱し
て配置された超電導コイルユニットと、 前記超電導コイルユニットの一対のコイル容器の間の空
間に断熱して配置され、荷電粒子を通過させるビームチ
ェンバーと、 前記ビームチェンバーが前記真空槽を貫通する部分に真
空シールを備えた継ぎ手を設けて開口し、真空槽の真空
空間とビームチェンバー内の真空空間とを独立させたこ
とを特徴とする荷電粒子用超電導電磁石装置。1. A vacuum vessel, a pair of superconducting coils provided in the vacuum vessel and forming a trajectory of charged particles, and a pair of superconducting coils housed in a pair of coil containers together with liquid helium, respectively. A superconducting coil unit disposed insulated in the vacuum chamber; a beam chamber disposed insulated in a space between a pair of coil containers of the superconducting coil unit to pass charged particles; and A superconducting electromagnet apparatus for charged particles, characterized in that a joint provided with a vacuum seal is provided at a portion penetrating a vacuum chamber and opened, and a vacuum space of the vacuum chamber and a vacuum space of a beam chamber are made independent.
荷電粒子軌道の接線方向に放射光を取出す放射光ダクト
を設け、該放射光ダクトが前記真空槽を貫通する部分に
真空シールを備えた継ぎ手を設けて開口し、真空槽の真
空空間とビームチェンバー内の真空空間とを独立させた
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子用超電導電磁
石装置。2. A joint provided with a radiation duct for extracting radiation in a tangential direction of a charged particle trajectory on a side wall of an outer peripheral portion of the beam chamber, and having a vacuum seal at a part where the radiation light duct penetrates the vacuum chamber. 2. The superconducting electromagnet device for charged particles according to claim 1, wherein the vacuum space in the vacuum chamber and the vacuum space in the beam chamber are made independent.
内に断熱支持する断熱支持部材と、 前記超電導コイルユニットの一対のコイル容器相互間に
発生する電磁力を支持する電磁力支持体と、 前記ビームチェンバーを前記超電導コイルの一対のコイ
ル容器の間の空間に断熱支持する複数の断熱支持部材
と、 前記ビームチェンバーの両端部または/および前記放射
光ダクトが前記真空槽を貫通する部分に真空シールを備
えるとともに伸縮自在な継ぎ手を備え、 前記ビームチェンバーを断熱支持する断熱支持部材は水
平面内で摺動可能としたことを特徴とする請求項1また
は2記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。3. A heat insulating support member for thermally supporting the superconducting coil unit in the vacuum chamber, an electromagnetic force support for supporting an electromagnetic force generated between a pair of coil containers of the superconducting coil unit, and the beam. A plurality of heat insulating support members for thermally insulating the chamber in a space between a pair of coil containers of the superconducting coil; and a vacuum seal at both ends of the beam chamber or / and at a portion where the radiation light duct penetrates the vacuum chamber. The superconducting electromagnet device for charged particles according to claim 1 or 2, further comprising a joint that is provided with a telescopic joint, wherein the heat-insulating support member that thermally supports the beam chamber is slidable in a horizontal plane.
数の断熱支持部材のうち、1または2箇所のものについ
て摺動を可能とする範囲を限定することにより、ビーム
チェンバーの位置の変動を制限したことを特徴とする請
求項3に記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。4. A variation in the position of the beam chamber is limited by limiting a range in which one or two of the plurality of heat insulating support members for thermally insulating the beam chamber can slide. 請 characterized by
The superconducting electromagnet device for charged particles according to claim 3 .
支持金具を設け、該支持金具に前記ビームチェンバーの
断熱支持部材を支持したことを特徴とする請求項第1及
至4のいずれかに記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。5. The beam chamber according to claim 1, wherein a plurality of support members are provided on a side surface of the beam chamber, and the heat-insulating support members of the beam chamber are supported on the support members. Superconducting electromagnet device for charged particles.
多重円筒断熱カラムで構成されたことを特徴とする請求
項1及至5のいずれかに記載の荷電粒子用超電導電磁石
装置。6. The superconducting electromagnet device for charged particles according to claim 1, wherein the heat-insulating support member of the beam chamber is constituted by a multiple cylindrical heat-insulating column.
ルユニットに相対する面のほぼ全面を覆う輻射熱遮蔽手
段を該ビームチェンバーに一体化して設けたことを特徴
とする請求項1及至6のいずれかに記載の荷電粒子用超
電導電磁石装置。7. The beam chamber according to claim 1, wherein a radiation heat shielding means for covering substantially the entire surface of the beam chamber facing the superconducting coil unit is provided integrally with the beam chamber. Superconducting magnet device for charged particles.
バーのほぼ全面を覆い、その内部に該ビームチェンバー
を断熱支持する断熱支持部材を備えた金属板箱体から成
る熱シールドまたは前記ビームチェンバーに巻回され前
記熱シールドから離間した多重積層断熱材の少くとも一
方から成ることを特徴とする請求項1及至7のいずれか
に記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。8. The heat shield comprising a metal plate box provided with a heat insulating support member for thermally insulating and supporting the beam chamber, wherein the radiation heat shielding means covers substantially the entire surface of the beam chamber, and is wound around the beam chamber. The superconducting electromagnet device for charged particles according to any one of claims 1 to 7, wherein the superconducting magnet device for charged particles is made of at least one of a plurality of laminated heat insulating materials separated from the heat shield.
に支持する断熱支持部材が可撓性を有する繊維強化樹脂
の積層板、積層棒または積層パイプから成ることを特徴
とする請求項8に記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。Wherein said beam chamber laminates of the fiber reinforced resin having a heat-insulating support member flexible for supporting the heat shield, charged according to claim 8, characterized in that it consists of stacked bar or stack pipe Superconducting electromagnet device for particles.
主磁界と交叉する方向の部材をオーステナイト系ステン
レス鋼板で構成し、前記主磁界と平行な方向の部材を純
アルミ板で構成したことを特徴とする請求項8または9
に記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。10. An austenitic stainless steel member of the heat shield in a direction crossing the main magnetic field of the superconducting coil.
Constituted by less steel, pure said main magnetic field in a direction parallel member
10. The structure according to claim 8 , wherein the structure is made of an aluminum plate.
A superconducting electromagnet device for charged particles according to claim 1.
ステナイト系ステンレス鋼板で構成し、このオーステナ
イト系ステンレス鋼板に純アルミ板を電気的に絶縁して
接合させたことを特徴とする請求項8及至10のいずれ
かに記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。11. Oh the at least a portion of said heat shield
Composed of austenitic stainless steel, the austenite
The superconducting electromagnet device for charged particles according to any one of claims 8 to 10 , wherein a pure aluminum plate is electrically insulated and joined to a lithium-based stainless steel plate .
貫通するビームダクト部分にそれぞれ中継フランジを設
け、前記中継フランジと前記ビームチェンバーのビーム
ダクト端面をシールする真空フランジと、前記中継フラ
ンジと前記真空槽の貫通穴とをシールする真空シールと
をそれぞれ備えたことを特徴とする請求項1及至11の
いずれかに記載の荷電粒子用超電導電磁石装置。12. A relay flange is provided on each of the beam duct portions of the beam chamber penetrating the vacuum chamber, a vacuum flange for sealing the relay flange and a beam duct end face of the beam chamber, the relay flange and the vacuum chamber. The superconducting electromagnet device for charged particles according to any one of claims 1 to 11, further comprising a vacuum seal for sealing the through hole of the superconducting charged particle.
ャケットもしくは冷却管から成る冷却部を設け、該冷却
部と前記真空槽の外部に設けた冷凍機を前記真空槽を貫
通する断熱配管で連結したことを特徴とする請求項1及
至12のいずれかに記載の荷電粒子用超電導電磁石装
置。13. A cooling section comprising a cooling jacket or a cooling pipe provided on a wall surface of the beam chamber, and the cooling section and a refrigerator provided outside the vacuum tank are connected by a heat insulating pipe penetrating the vacuum tank. The superconducting electromagnet device for charged particles according to any one of claims 1 to 12, characterized in that:
荷電粒子用超電導電磁石を用いたことを特徴とする荷電
粒子蓄積リング。14. A charged, characterized in that using the superconducting electromagnet charged particles according to any one of claims 1及至13
Particle storage ring.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33538493A JP3279031B2 (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Superconducting electromagnet device for charged particles and charged particle storage ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33538493A JP3279031B2 (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Superconducting electromagnet device for charged particles and charged particle storage ring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH07192898A JPH07192898A (en) | 1995-07-28 |
| JP3279031B2 true JP3279031B2 (en) | 2002-04-30 |
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ID=18287950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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- 1993-12-28 JP JP33538493A patent/JP3279031B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH07192898A (en) | 1995-07-28 |
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