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公開番号2025084813
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2025025739,2024064599
出願日2025-02-20,2019-12-23
発明の名称装置、磁石、及び製作方法
出願人マサチューセッツインスティテュートオブテクノロジー,コモンウェルス・フュージョン・システムズ・エルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01F 6/06 20060101AFI20250527BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】単純な製作技法を使用して、堅牢な高磁場超伝導磁石を構築するための手段並びに商業化に向けて良好にスケーリングするモジュール式構成要素を可能なものにする概念、システムおよび技法を提供する。
【解決手段】磁場磁石組立体100は、溝135を有する導電性板であるスパイラル溝付き板110と、溝内に配設され、スパイラル形状を有する高温超伝導体(HTS)テープ積重体150と、を備える。溝はまた、スパイラル形状を有し、導電性板は、金属または金属合金を含む。加えて、冷却剤チャンネルを備える。
【選択図】図1B
特許請求の範囲【請求項１】
溝を有する導電性板と、
前記溝内に配設される高温超伝導体（ＨＴＳ）テープ積重体であって、スパイラル形状を有する、ＨＴＳテープ積重体と
を備える装置。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記溝は、スパイラル形状を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導電性板は、金属または金属合金を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
冷却剤チャンネルをさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記冷却剤チャンネルは、前記溝内に配設される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記冷却剤チャンネルは、前記溝の外側に配設される、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記ＨＴＳテープ積重体は、非絶縁ＨＴＳテープ積重体である、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記ＨＴＳテープ積重体は、複数の巻回を含み、前記導電性板は、前記複数の巻回のそれぞれの巻回の間の電気接続部を設ける、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記溝内にシムまたはブラダをさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記導電性板は、第１の導電性板であり、前記溝は、第１の溝であり、前記ＨＴＳテープ積重体は、第１のＨＴＳテープ積重体であり、前記装置は、
第２の溝を有する第２の導電性板と、
前記第２の溝内に配設される第２のＨＴＳテープ積重体であって、スパイラル形状を有する、第２のＨＴＳテープ積重体と
をさらに備え、
前記第１のＨＴＳテープ積重体は、前記第２のＨＴＳテープ積重体に電気的に結合される、
請求項１から９のいずれかに記載の装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
[0001]当技術分野において知られているように、高磁場超伝導磁気装置（ｈｉｇｈ－ｆｉｅｌｄｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｓ）の製作のための既存の手法は、（１）ＩＴＥＲのトロイダル磁場磁気装置に対して用いられているような低温超伝導体（ＬＴＳ）ケーブル・イン・コンジット導体（ＣＩＣＣ）設計、および、（２）レイヤー巻き（ｌａｙｅｒ－ｗｏｕｎｄ）コイルまたはスパイラル巻き（ｓｐｉｒａｌ－ｗｏｕｎｄ）「パンケーキ」コイル組立体へと直接的に巻かれる高温超伝導体（ＨＴＳ）テープに基づくＨＴＳ設計を含む。ＨＴＳ導体に基づくＣＩＣＣに類する手法が、さらには追い求められている。
続きを表示（約 2,900 文字）【０００２】
[0002]ＣＩＣＣ手法において、コンジットは、巻線部（ｗｉｎｄｉｎｇｐａｃｋ）から電気的に絶縁される。冷却剤は、コンジットの内側を流れるように制約される。巻線部および外部支持殻の形状が、電流径路および冷却剤径路の形状を規定する。ＩＴＥＲトロイダル磁場コイルの例に対して、巻線部および外部支持殻は、Ｄ形状を有するように設けられる。巻線部および外部殻構造は、主として、高磁場磁石により発生させられるローレンツ力を内包することに対して責任を負う（すなわち、巻線部および殻は、ローレンツ荷重を支持しなければならない）。磁石クエンチ事象（高い信頼性で、および、外部保護システムによって損傷を減ずるのに十分な先行時間を伴って検出されなければならない）の事例において、貯蔵される磁気エネルギーは、磁石端子においての外部抵抗体内へと捨てられる。かくして、ＣＩＣＣ内の電流は、超伝導体内の通常の域を避け、代わりに、銅安定化材内へと流れる。
【０００３】
[0003]高電圧電気絶縁に対する必要性と組み合わされる、銅安定化材および冷却剤チャンネル（ｃｏｏｌａｎｔｃｈａｎｎｅｌ）をコンジット内に有することの必要性は、磁石設計を複雑にするものであり、なぜならば、これらの要素は、構造的に弱く、それにもかかわらず、それらの要素は、巻線部内で相当量の体積を占有するからである。加うるに、ＣＩＣＣに基づく磁気装置に対する製作工程は、素線／テープの撚り合わせ、これらの部分要素を一緒に覆うこと、および、ＣＩＣＣを巻線部内へと曲げて挿入することを含む、多くのステップを必然的に含んで、長く、骨の折れるものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]本概要は、詳細な説明において下記でさらに説明される、単純化された形式での概念の選択物を紹介するために提供されるものである。本概要は、請求される主題の主要または本質的な、特徴または組み合わせを識別することを意図されず、本概要は、請求される主題の範囲を制限するために使用されることも意図されない。
【０００５】
[0005]本明細書において説明されるのは、従来技術製作技法と比較して相対的に単純である製作技法を使用して、堅牢な高磁場超伝導磁石を構築するための手段、および、商業化に向けて良好にスケーリングするモジュール式構成要素を可能なものにする、概念、システム、構造、および技法である。非絶縁（ｎｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）高温超伝導テープ（ＨＴＳ）を利用し、強化される（および理想的には、最適化される）冷却剤径路を可能なものにする－結果的に生じる磁石組立体は、本来的に、構造的に強い。このことは、ＨＴＳテープ技術によって利用可能な高い磁場の高い程度の利用（および理想的には、最大利用）を可能にする。加うるに、本明細書において説明される概念は、クエンチエネルギーを安全に散逸させ、一方で同時に、受け入れ可能な磁石充電時間を得るために
、テープ積重体、および、包囲する上部構造の中のクエンチ誘導電流分布の制御を可能なものにする。最終的な結果物は、クエンチ障害状況に対して受動的に保護される、構造的および熱的に堅牢な高磁場磁石組立体である。
【０００６】
[0006]実施形態において、説明される概念は、核融合発電施設（例えば、小型核融合発電施設）においての、および、高エネルギー物理学用途においての使用のための高磁場磁石の商業化を容易にし得る。しかしながら、本明細書において提供される説明を読む後で、当業者は、開示される概念が、高磁場磁石を使い得る広い範囲の他の用途においての使用（例えば、広い範囲の産業用の使用）に対して一般的に適用可能であるということを、たやすく察知することになる。そのような用途は、医学および生命科学分野においての用途（例えば、磁気共鳴画像法および分光法）；化学、生化学、および生物学分野においての用途（例えば、核磁気共鳴（ＮＭＲ）、ＮＭＲ分光法、電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）、およびフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ－ＩＣＲ））；粒子加速器および検出器においての用途（例えば、放射線療法に対する機器においてなど、保健医療用途においての使用に対する）；高温水素プラズマの発生および制御のためのデバイスにおいての用途；輸送機関の境域においての用途；電力発生および変換の境域においての用途；重工業においての用途；兵器および防衛においての用途；ならびに、高エネルギー粒子物理学の境域においての用途を含むが、それらに制限されない。
【０００７】
[0007]本明細書において説明される概念の１つの態様によれば、高磁場磁石組立体は、複数の導電性板を含み、複数の導電性板の各々は、内に設けられるスパイラル溝を有し、上記複数の導電性板は、第１の最も外方の表面と、第２の反対向きの最も外方の表面とを有する一体式パンケーキ組立体を形成するように配設される（例えば、積重される）。高磁場磁石組立体は、上記第１および第２の導電性板の溝により形成されるチャンネル内に配設される非絶縁（ＮＩ）ＨＴＳテープ積重体をさらに含む。実施形態において、ＨＴＳ積重体は、非絶縁材料、絶縁材料、または半導電材料の、１つまたは組み合わせを備え得る、共巻き（ｃｏ－ｗｉｎｄ）材料を含み得る。実施形態において、チャンネルは、２つ以上の積重体を内包するように、適するようにサイズ設定され得るものであり、任意選択で機械的に板と係合することができる別個の構造が、積重体の間に配置される。チャンネルは、パンケーキ組立体の第１の最も外方の表面上の第１の開口部と、パンケーキ組立体の第２の反対側の最も外方の表面上の第２の開口部とを有する。ＮＩＨＴＳテープ（および、含まれるときの共巻き積重体）は、ＮＩＨＴＳテープ（および共巻き積重体）が、パンケーキ組立体の第１の最も外方の表面から、パンケーキ組立体の第２の反対側の最も外方の表面への経路を形成するように、チャンネル内に連続的に配設される。
【０００８】
[0008]実施形態において、スパイラル溝付き板の対（例えば、上部板および下部板）が、一体式ダブルパンケーキ組立体を形成するように積重される。
【０００９】
[0009]実施形態において、２つの同一のスパイラル溝付き板が、背部を向かい合わせて組み立てられ、絶縁材料が、それらの板の間に挿入される、または、他の形で配設される。共巻きを伴う１つまたは複数のＨＴＳテープ積重体が、上部板上の内に向かうスパイラル、下部板までのらせん、および、下部板上の外に向かうスパイラルを整える溝内へと配設される。
【００１０】
[0010]実施形態において、高磁場磁石組立体は、所望される（および理想的には、最適化される）磁石クエンチ挙動をもたらすように選択される、共巻き材料と、表面被覆物とを含むことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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