超导磁铁装置、NMR装置及MRI装置的制作方法

本发明涉及产生高磁场并利用该磁场的超导磁铁装置，尤其涉及需要磁铁的高速切断，通过加热器进行切断动作的超导磁铁装置。

背景技术：

1、超导磁铁能够产生比永磁铁、常导磁铁高的磁场，因此被用作通过永磁铁等无法实现的研究用超高磁场磁体、nmr(nuclear magnetic resonance：核磁共振)那样的分析装置用的磁体、或者医疗用mri(magnetic resonance imaging：磁共振成像)用的磁体。

2、作为实用超导材料，利用了金属类的nbti、nb3sn等，但这些材料被称为低温超导材料(lts：low temperature superconductor)，在利用液氦的温度区域中利用。与此相对，表现出超导特性的临界温度高的高温超导材料(hts：high temperature superconductor)的实用化研究不断发展，近年来，开发了各种hts磁铁。作为高温超导材料，正在推进包含稀土类元素(y、gd等)的rebco、含有bi的bscco等铜氧化物超导材料、金属类材料的mgb2的实用化。

3、超导磁铁的使用方法是利用直流电阻为零的性质来流过比常导的导体大的电流，因此一般避免从超导状态急剧转变为常导状态的失超现象。高温超导材料的临界温度高，另外，利用其性质在比液体氦温度区域大得多的比热的温度区域运转，因此对于由紊流造成的向超导磁铁的热能输入而引起的失超，具有比lts磁铁大很多的失超能量裕度。

4、耐失超性高是hts的优点，但该性质有时会成为缺点。在mri等磁铁中，为了实现磁场稳定性而进行持续电流模式运转。在进行持续电流模式运转的情况下，超导磁铁的电路中不能存在电阻，电路形成电阻为零的超导环路。由于无法使电流流入超导环路，所以在持续电流模式磁铁中配备有被称为持续电流开关(pcs：persistent current switch)的能够切换超导状态和常导状态(电阻状态)的开关。

5、持续电流开关由超导线材构成，通常具备用于从超导状态转变为常导状态的加热器。通过向加热器投入能量来提高持续电流开关的温度从而实现电阻状态(即开关断开)，通过切断加热器来降低温度从而实现超导状态(即开关接通)。

6、在专利文献1中公开了由超导线圈、持续电流开关、保护电路以及励磁电源构成的一般的持续电流模式电路，持续电流开关通过持续电流开关开闭用加热器而被接通断开。并且，将保护电阻用作用于断开持续电流开关的加热器。

7、在进行持续电流模式运转的mri中，需要在紧急时迅速地切断磁场的功能。通过使pcs成为电阻状态(开关断开)，能够抽出磁铁的能量而使磁场消磁，但为了紧急消磁，需要迅速地切断开关。在持续电流模式运转的hts磁铁中，pcs绕线也使用hts线材，因此难以在短时间内使pcs成为电阻状态。

8、另外，在超导磁铁一旦失超的情况下，hts磁铁与lts磁铁相比具有容易烧损的性质。这是因为，由于hts具有难以失超的性质，因此常导区域不会迅速扩大，积蓄在磁铁中的能量集中在发生了失超的局部区域而转换为热，形成热点。

9、为了防止由热点的产生而引起的烧损，具有以下的磁铁的保护方法：在超导线圈设置被称为失超加热器的加热器，在发生失超时特意使超导的区域广泛地转移到常导状态从而扩大电阻区域。hts磁铁由于耐失超性高，难以通过失超加热器进行电阻区域的扩大。

10、在非专利文献1、非专利文献2中，在层叠由氧化物超导带线材卷绕而成的扁平线圈而构成的磁体中，在扁平线圈层之间插入失超加热器。另外，在非专利文献2中示出了用于驱动失超加热器的电池组。

11、现有技术文献

12、专利文献

13、专利文献1：日本特开平07-142773号公报

14、非专利文献

15、非专利文献1：m breschi et al.:“analysis of quench in the nhmfl rebcoprototype coils for the 32t magnet project”,may 2016superconductor scienceand technology 29(5)055002

16、非专利文献2：h.w.weijers et al.:“the nhmfl 32t superconductingmagnet”,https://indico.cern.ch/event/659554/contributions/2708372/attachments/1525993/2386079/3p1-01_huub_weijers_room_1.pdf

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、在以往的使用了nb系材料(nbti、nb3sn)超导体的超导磁铁中，这些材料的临界温度低，另外，在比热小的液体氦温度下使用，因此能够通过微小的加热器热输入容易地产生失超。另外，由加热器产生的失超的萌芽(常导区域)通过向线圈通电的电流产生的焦耳发热而急速扩大，能够使整个超导磁铁成为电阻状态。

3、另一方面，作为hts磁铁的材料特性，临界温度高，另外，由于在比热大很多的温度区域中使用，因此用于诱发失超的热量非常大，另外，常导区域的扩大速度(称为失超传播速度)慢，为了在超导线圈形成大的电阻区域，需要在广大的区域设置加热器，并且还需要投入用于使该区域升温的加热器能量。因此，hts磁铁为了进行高速切断，需要大的能量以进行常导转移，另外，为了瞬间投入能量，需要容量(w)大的加热器电源装置。

4、为了失超加热器而配备大容量的电源装置，始终处于待机状态是浪费的，因此在加热器用电源中利用电容器组是合理的。由此，预先充入使超导绕组部温度上升预定量的能量，在需要时放出，由此能够构成简便的加热器电源。

5、加热器能量的释放时间由时间常数τ(＝rc)决定，该时间常数τ由电容器组的电容c以及包含加热器和加热器通电电路电阻的电阻r来决定。为了高速切断，需要以极短的时间(0.1sec)放出电容器组的全部能量，因此要求时间常数为20～30msec。hts磁铁与lts磁铁相比需要大很多的能量，因此所需的电容器组的容量变大，因此电容c变大。

6、在加热器电路中，由于超导线圈设置在低温恒温器内的极低温中，因此为了降低经过加热器通电电路的来自外部的热输入，利用热阻大(因此电阻大)的康铜等导线，无法降低加热器通电电路的电阻。因此，在使用电容器组的情况下，hts磁铁无法进行高速的切断动作。

7、本发明是用于解决上述课题的发明，其目的在于提供一种能够使超导绕组高速地转移至常导的加热器装置，并提供一种能够进行超导磁铁的高速切断或能够防止超导绕组烧损的超导磁铁装置。

8、用于解决课题的手段

9、为了实现上述目的，本发明的超导磁铁装置具备：超导线圈，卷绕了超导线材；以及持续电流开关，其对于所述超导线圈用的励磁电源与所述超导线圈并联地电连接，所述励磁电源经由电流引线与所述超导线圈及所述持续电流开关电连接，所述持续电流开关具备用于从超导状态转变为常导状态的加热器及加热器驱动电源，从所述加热器驱动电源向所述加热器投入的电流经由所述电流引线的至少一部分流向加热器。关于本发明的其他方式，在后述的实施方式中进行说明。

10、发明效果

11、根据本发明，提供一种能够使超导绕组高速地转移至常导的加热器装置，能够进行超导磁铁的高速切断或能够防止超导绕组烧损。