【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔発明の技術分野〕
この発明は薄肉の断面形状の超電導線を巻枠に
巻回して構成した超電導ソレノイドコイルを備え
た超電導装置に関し、特に超電導ソレノイドコイ
ルの端部における局部的な磁界の上昇を抑制する
手段に関するものである。
〔従来の技術〕
従来この種の装置として一般的なものを第１図
及び第２図に示す。図において１は超電導ソレノ
イドコイルであり、超電導体２を安定化材３に埋
設して形成した比較的薄肉の断面形状を有する超
電導線４を巻枠５に巻回して円筒状に構成してい
る。６はこの超電導ソレノイドコイル１を収容す
るクライオスタツトである。
次に動作について説明する。円筒状の直径に対
してコイルの厚みの少ない薄肉の超電導ソレノイ
ドコイル１は、近年例えばCONSTRUCTION
AND TEST OF CELLO THIN−WALL
SOLENOID（1980年、Adv.Cryog.Eng.25）P175
〜P184）に見るように、高エネルギー物理学分
野で高運動量素粒子を相互に衝突させることによ
り素粒子を解明する、いわゆる粒子衝突装置に用
いられるもので、粒子の透過のよいように極力薄
肉に構成されている。更にその構成材料も超電導
体２以外は、アルミニウムやカーボンなどを主成
分とするものが用いられる粒子の透過がよいよう
に考慮が払われている。また超電導体２も必要以
上に断面積を大きくしないように極めて高電流密
度となつていることは当然である。この超電導ソ
レノイドコイル１を運転するときは、電流は超電
導線４の超電導体２だけに流れ、通常は安定化材
３には流れていない。安定化材３に流れるのは、
何らかの擾乱のために超電導が破れたときに電流
がバイパスし、例えば電気学会大学講座：超電導
工学（昭和49年、電気学会）P60〜P65に見るよ
うに再び超電導に復帰を促すためのものである。
、薄肉の超電導ソレノイドにおいては、超電導
体２は、その直径に比して極めて小さい断面を有
するために、特にその端部において高い磁界を発
生する。これは一種の端部効果で、これと類似の
現象は例えば電磁気学現象理論（昭和19年、竹山
説三著、丸善出版）P184に見られる。即ち、半
無限平面の端部で、
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to a superconducting device equipped with a superconducting solenoid coil constructed by winding a superconducting wire with a thin cross-sectional shape around a winding frame, and particularly to a superconducting device equipped with a superconducting solenoid coil constructed by winding a superconducting wire with a thin cross-sectional shape around a winding frame. It concerns means of suppression. [Prior Art] A conventional conventional device of this type is shown in FIGS. 1 and 2. In the figure, 1 is a superconducting solenoid coil, which is formed into a cylindrical shape by winding a superconducting wire 4 having a relatively thin cross-sectional shape formed by embedding a superconductor 2 in a stabilizing material 3 around a winding frame 5. . 6 is a cryostat that accommodates this superconducting solenoid coil 1. Next, the operation will be explained. In recent years, thin superconducting solenoid coils 1, which have a small coil thickness relative to the cylindrical diameter, have been developed in recent years, for example in CONSTRUCTION
AND TEST OF CELLO THIN−WALL
SOLENOID (1980, Adv.Cryog.Eng.25) P175
~P184), it is used in the field of high-energy physics to elucidate elementary particles by colliding high-momentum elementary particles with each other, so-called particle collision devices, and the walls are as thin as possible to allow good particle penetration. It is composed of Further, other than the superconductor 2, its constituent materials are mainly composed of aluminum, carbon, etc., so that particles can easily pass through them. Further, it is natural that the superconductor 2 has an extremely high current density so as not to increase its cross-sectional area more than necessary. When this superconducting solenoid coil 1 is operated, current flows only through the superconductor 2 of the superconducting wire 4, and normally does not flow through the stabilizing material 3. What flows into the stabilizing material 3 is
This is to bypass the current when superconductivity is broken due to some kind of disturbance, and to encourage the return to superconductivity as shown in, for example, IEICE University Lecture: Superconductivity Engineering (1976, Institute of Electrical Engineers of Japan), pages 60 to 65. . In a thin-walled superconducting solenoid, the superconductor 2 has an extremely small cross section compared to its diameter, and therefore generates a high magnetic field, especially at its ends. This is a kind of edge effect, and a phenomenon similar to this can be seen, for example, in Electromagnetic Phenomena Theory (1944, by Seizo Takeyama, published by Maruzen Publishing), page 184. That is, at the edge of the semi-infinite plane,
〔発明の概要〕[Summary of the invention]
この発明は以上のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、超電導ソレノイド
コイルの端部側の超電導線の配置を中央部側より
も疎に配置して電流密度を下げることにより、磁
界の上昇を抑制し、超電導特性が得られる超電導
装置を提供することを目的としている。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第３図は超電導ソレノイドコイル１１の端部
における超電導線４１の配置を示し、１１ａ，１
１ｂは超電導ソレノイドコイル１１の端部側、中
央部側、４１ａ，４１ｂは超電導線４１の端部
側、中央部側であり、端部側４１ａは中央部側４
１ｂより疎に配置、即ち、線材間隔を離して配置
されている。５１は超電導線４１の端部側４１ａ
の間隔を保つためのスペーサである超電導線４１
の端部側４１ａ，４１ｂはそれぞれ超電導体２１
ａ，２１ｂ、安定化材３１により構成されてい
る。第４図は導体における経験磁界の定性的な模
様を示し、ａは超電導線４１の端部側４１ａがな
いときの磁界の強さを軸方向の位置の関数として
示したもので、Ｅ点が超電導線４１の最先端に当
る。また、ｂは間隔を離して配置したターンの超
電導線４１の端部側４１ａの示す同じく磁界の強
さで、ｃがａとｂの合成の磁界の強さである。
このようにして局部磁界が弱められることの効
果は定性的に次のように説明される。即ち、もし
第３図で疎に配置した超電導線４１の端部側４１
ａがないと仮定した場合の超電導体上の磁界の強
さは定性的には第４図ａのようになると考えられ
る。即ち、Ｅ点においてはその点から図上左側の
導体の示す磁界が全部集積されており、そのため
に最大値Ｂを示すものと解釈してよい。Ｅ点より
も右側に導体を配置することによりその導体の呈
する磁界は逆向きとなり、このＥ点の極大値を打
消すことにはなるが、単に密に導体を配置しただ
けではＥ点を移動しただけで問題の解決にはなら
ない。従つて等価的に磁界を弱めながら同様な効
果を出すには導体を疎に配置するのがよい。その
磁界が超電導線４１の端部側４１ａの示す磁界ｂ
で示されている。これを合成とするとｃのように
なり、超電導線４１の終端のE1点における磁界
B1は超電導線４１の端部側４１ａがないときの
Ｅ点の磁界Ｂよりも小さなものとなる。このとき
元の磁界Ｂは勿論Ｂよりも小さなB2となつてい
る。従つて超電導線４１の端部側４１ａの疎の具
合や長さを適宜調整することにより、或はその疎
の程度を軸方向に可変することによりB2とB1を
等しいものにすることも可能となり、このような
配置をとることにより、超電導ソレノイドコイル
１１の設計をバランスのとれたものとすることが
できる。このように端部効果による導体経験磁界
を低減でき、超電導安定性が上昇する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば超電導ソレノ
イドコイルの端部側の超電導線の配置を中央部側
よりも疎に配置して電流密度を下げるように構成
したので、磁界の上昇を抑制することができ、超
電導安定性が上昇するため、装置全体が容易な手
段で、安価にかつ安定度の高い超電導装置が得ら
れる効果がある。
This invention was made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional method, and by arranging the superconducting wires on the end side of the superconducting solenoid coil sparser than on the center side to lower the current density. The object of the present invention is to provide a superconducting device that suppresses the increase in magnetic field and provides superconducting properties. [Embodiment of the Invention] An embodiment of the invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows the arrangement of the superconducting wire 41 at the end of the superconducting solenoid coil 11, 11a, 1
1b is the end side and center side of the superconducting solenoid coil 11, 41a and 41b are the end side and center side of the superconducting wire 41, and the end side 41a is the center side 4.
The wires are arranged more sparsely than 1b, that is, the wires are spaced apart from each other. 51 is the end side 41a of the superconducting wire 41
The superconducting wire 41 is a spacer for maintaining the distance between
The end sides 41a and 41b of the superconductor 21
a, 21b, and a stabilizing material 31. Figure 4 shows the qualitative pattern of the empirical magnetic field in the conductor, and a shows the strength of the magnetic field as a function of the axial position when the end side 41a of the superconducting wire 41 is not present. This corresponds to the leading edge of the superconducting wire 41. Further, b is the strength of the magnetic field shown by the end side 41a of the superconducting wire 41 in turns arranged at intervals, and c is the strength of the combined magnetic field of a and b. The effect of weakening the local magnetic field in this way can be explained qualitatively as follows. That is, if the end side 41 of the superconducting wires 41 sparsely arranged in FIG.
The strength of the magnetic field on the superconductor, assuming that there is no a, is qualitatively considered to be as shown in Fig. 4a. That is, at point E, all the magnetic fields shown by the conductor on the left side of the diagram are integrated from that point, and therefore it can be interpreted as showing the maximum value B. By placing a conductor to the right of point E, the magnetic field exerted by the conductor will be in the opposite direction, canceling out the maximum value at point E, but simply placing the conductor densely will not move point E. Just doing that won't solve the problem. Therefore, in order to produce the same effect while equivalently weakening the magnetic field, it is better to arrange the conductors sparsely. The magnetic field is the magnetic field b indicated by the end side 41a of the superconducting wire 41
is shown. If this is combined, it will be as shown in c, and the magnetic field at point E at the end of superconducting wire 41
B 1 is smaller than the magnetic field B at point E when the end side 41a of the superconducting wire 41 is not present. At this time, the original magnetic field B is of course smaller than B2 . Therefore, B 2 and B 1 can be made equal by appropriately adjusting the degree of sparseness and length of the end side 41a of the superconducting wire 41, or by varying the degree of sparseness in the axial direction. By adopting such an arrangement, the superconducting solenoid coil 11 can be designed in a well-balanced manner. In this way, the magnetic field experienced by the conductor due to the end effect can be reduced, and the stability of the superconductor is increased. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the superconducting wires on the end side of the superconducting solenoid coil are arranged sparser than on the center side to lower the current density, so that the magnetic field is reduced. Since the rise can be suppressed and the superconducting stability increases, there is an effect that a superconducting device with high stability can be obtained at low cost with a simple means for the entire device.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は従来の超電導装置を示す断面側面図、
第２図は第１図Ａ部の拡大断面側面図、第３図は
この発明の一実施例による超電導配置を示す要部
拡大断面側面図、第４図はこの発明に係る超電導
ソレノイドコイルの端部磁界低減効果を示す特性
図である。
図において、１１は超電導ソレノイドコイル、
１１ａ，１１ｂは超電導ソレノイドコイルの端部
側、中央部側、４１は超電導線、４１ａ，４１ｂ
は超電導線の端部側、中央部側である。なお、図
中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Figure 1 is a cross-sectional side view showing a conventional superconducting device;
FIG. 2 is an enlarged sectional side view of part A in FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged sectional side view of essential parts showing a superconducting arrangement according to an embodiment of the invention, and FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the magnetic field reduction effect. In the figure, 11 is a superconducting solenoid coil;
11a and 11b are the end and center sides of the superconducting solenoid coil, 41 is a superconducting wire, 41a and 41b
are the end side and the center side of the superconducting wire. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.