Design of sector magnets for RIKEN superconducting ring cyclotron

Abstract

Six superconducting sector magnets are to be used in RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research) Superconducting Ring Cyclotron (SRC). A detailed design of the main and trim superconducting coils has been finished. Mechanical stress and deformation of the main coil vessel caused by the coil's electromagnetic force were analyzed, and the dimensions of the coil vessel were fixed. One of the most serious points of the design is how to control and how to support the huge electromagnetic force exerted on the superconducting coils. In this design, a cold-pole arrangement has been adopted to give a mechanical support against the huge magnetic force of the main coil. The cold-pole arrangement reduced the ampere-turn and magnetic force, compared with a warm-pole arrangement. Another important point of the design is how to prevent the coil quench. In this design, a cryogenic stabilization method has been applied on the main and trim superconducting coils to avoid coil quench. As the result of this method, the average current density of the main and trim superconducting coils were designed to be 34 A/sq mm and 39 A/sq mm, respectively.

RIKEN(理化学研究所)の超伝導リングサイクロトロン(SRC)には6台の超伝導セクタ電磁石が使われることになっている。主およびトリム超伝導コイルの詳細設計は終了している。コイルの電磁力によって生じる主コイル容器の機械的応力と変形を解析し、コイル容器の寸法を固定した。設計の最も難しい点の1つは超伝導コイルに影響力を及ぼす大きな電磁力を制御する方法と電磁力を支える方法である。この設計では、冷磁極配列を採用して主コイルの大きな磁力に対する機械的支持を与えた。冷ポール配列は温磁極配列に比べてアンペア回数と磁力を減らした。設計のもう1つの重要な点はコイルクエンチを回避する方法である。この設計では、コイルクエンチを避けるために、主およびトリム超伝導コイルに低温安定化法を応用した。この方法の結果として、主およびトリム超伝導コイルの平均電流密度が、それぞれ34A/平方ミリメートルと39A/平方ミリメートルになるように設計した。