(57)【要約】  超伝導巻線の遮蔽電流による磁化を取り除き、超伝導巻線に通電される電流を均流化して、中心磁場の均一性を確保する超伝導磁石を提供する。超伝導体からなる超伝導巻線２と、超伝導巻線２の層の外側に超伝導巻線２と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる外側交流巻線４を有し、外側交流巻線４に交流電流を通電することで、超伝導巻線２に生じる遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向の交流磁場を印加して、磁化を取り除く。また、超伝導巻線２の層の内側に、超伝導巻線２と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる内側交流巻線７を有し、外側交流巻線４に通電される電流方向と内側交流巻線７に通電される電流方向とが相互に逆方向とする。選択図  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導体からなる超伝導巻線と、当該超伝導巻線に生じる遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向の交流磁場を印加する磁場印加手段とを備えることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の超伝導磁石において、
前記磁場印加手段が、前記交流磁場を印加すると共に、前記超伝導巻線の層の外側と内側とで流れる方向が逆方向となるような交流電流が通電される交流巻線を有することを特徴とする超伝導磁石。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超伝導磁石において、
前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線の層の外側に、前記超伝導巻線と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる外側交流巻線を有し、当該外側交流巻線に交流電流を通電することを特徴とする超伝導磁石。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の超伝導磁石において、
前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線の層の内側に、前記超伝導巻線と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる内側交流巻線を有し、前記外側交流巻線に通電される電流方向と前記内側交流巻線に通電される電流方向とが相互に逆方向であることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の超伝導磁石において、
前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線の巻き方向に対して直交する方向に、前記超伝導巻線の層を周回して巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる交流巻線を有し、当該交流巻線に交流電流を通電することを特徴とする超伝導磁石。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の超伝導磁石において、
前記超伝導巻線が、高温超伝導体からなるテープ状の巻線であることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の超伝導磁石において、
前記磁場印加手段が、印加する交流磁場を次第に減衰させることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の超伝導磁石において、
前記超伝導巻線の温度を所定の時間だけ上昇させる温度制御手段を備えることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項９】
請求項８に記載の超伝導磁石において、
前記温度制御手段が前記交流巻線であり、当該交流巻線と前記超伝導巻線とが密接した状態で配設されていることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の超伝導磁石において、
前記温度制御手段が、冷媒と共に前記超伝導磁石が収納されている筐体内の圧力を制御する圧力制御部を有することを特徴とする超伝導磁石。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の超伝導磁石を用いた核磁気共鳴装置であって、
前記磁場印加手段が、測定の対象となる対象物を測定する前に所定時間交流磁場を印加し、測定時には前記交流磁場を印加しないことを特徴とする核磁気共鳴装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の核磁気共鳴装置において、
前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線に通電する電流値を変更するときに前記交流磁場を印加することを特徴とする核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心磁場が均一化された超伝導磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、核磁気共鳴装置等に用いられる超伝導磁石の巻線には、一般的にＮｂＴｉの多芯線が用いられている（図１６を参照）。このＮｂＴｉ多芯線は、１つのフィラメントの径が数μｍ〜数十μｍと小さいため、巻線の磁化も小さいが、ＮｂＴｉ多芯線の冷媒には液体ヘリウム（大気圧下沸点が約４Ｋ）が用いられる。この液体ヘリウムは、資源に乏しいため高価であると共にいずれは枯渇してしまう危険性がある。【０００３】
そこで、資源が豊富な液体水素（大気圧下沸点が約２０Ｋ）や液体窒素（大気圧下沸点が約７７Ｋ）でも超伝導化が可能な超伝導体を利用した核磁気共鳴装置等の研究、開発が進められているが、これらの超伝導体を用いた超伝導線は、一般的に図１７に示すようなテープ形状をしており、超伝導層の幅が数ｍｍ程度、厚さが数μｍ〜数百μｍ程度である。したがって、このような超伝導線を巻線に用いた場合は、巻線の磁化が非常に大きくなり、遮蔽電流により巻線を流れる電流が均一ではなく、中心磁場の均一性が損なわれてしまう。【０００４】
一方、非特許文献１−４には、直流横磁場に垂直な交流磁場が印加された場合に、直流磁場方向の磁化Ｍが、交流磁場の周期的変化に伴って漸近的に変化し、交流磁場の振幅がある値より大きくなると、定常状態では磁化Ｍが消失する異常横磁場効果について開示されている。また、非特許文献５、６には、テープ状の超伝導線においても、異常横磁場効果が確認されることが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kazuo Funaki and Kaoru Yamafuji, "Abnormal Transverse-Field Effects in Nonideal Type II Superconductors I. A Linear Array of Monofilamentary Wires", Japanese Journal of Applied Physics, Vol.21, No.2, Feb. 1982, pp.299-304
【非特許文献２】Kazuo Funaki, Teruhide Nidome and Kaoru Yamafuji, "Abnormal Transverse-Field Effects in Nonideal Type 2 Superconductors. II. Influence of Dimention Ratios in a Superconducting Ribbon", Japanese Journal of Applied Physics, Vol.21, No.8, Aug. 1982, pp.1121-1126
【非特許文献３】Kazuo Funaki, Minoru Noda and Kaoru Yamafuji, "Abnormal Transverse-Field Effects in Nonideal Type 2 Superconductors. III. A Theory for an AC-Induced Decrease in the Semi-Quasistatic Magnetization Parallel to a DC Bias Field ", Japanese Journal of Applied Physics, Vol.21, No.11, Nov. 1982, pp.1580-1587
【非特許文献４】船木和夫・新留照英・山藤馨，”超電導単芯線の通電時における異常横磁界効果”，九大工学集報，Vol.56, No.1, Jan. 1983, pp.45-51
【非特許文献５】Ernst Helmut Brandt and Grigorii P.Mikitik, "Why an ac Magnetic Field Shifts the Irreversibility Line in Type-II Superconductors", Physical Review Letters, Vol.89, No.2, July 2002, 027002
【非特許文献６】Ernst Helmut Brandt and Grigorii P.Mikitik, "Shaking of the critical state by a small transverse ac field can cause rapid relaxation in superconductors", Superconductor Science and Technology, Vol.17, No. 2, Feb. 2004, pp.S1-S5
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記非特許文献１−６に記載の技術は、１本の線材もしくは複数の短尺試料線材の１次元配列に対して異常横磁場効果があることを示すものであり、超伝導線を巻回した超伝導磁石における中心磁場の均一性を確保する技術ではない。【０００７】
本発明は、超伝導巻線の遮蔽電流による磁化を取り除き、超伝導巻線に通電される電流を均流化して、中心磁場の均一性を確保する超伝導磁石等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示する超伝導磁石は、超伝導体からなる超伝導巻線と、当該超伝導巻線に生じる遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向の交流磁場を印加する磁場印加手段とを備えるものである。【０００９】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、超伝導体からなる超伝導巻線に生じる遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向の交流磁場を印加するため、遮蔽電流による磁化を取り除くことができ、超伝導磁石の中心磁場を均一にすることができるという効果を奏する。【００１０】
本願に開示する超伝導磁石は、前記磁場印加手段が、前記交流磁場を印加すると共に、前記超伝導巻線の層の外側と内側とで流れる方向が、相互に逆方向となるような交流電流が通電される交流巻線を有するものである。【００１１】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、超伝導巻線の層の外側と内側とで流れる方向が、相互に逆方向となるような交流電流が通電される交流巻線を有するため、外側の交流巻線により生じる内側の交流巻線の内部の磁場を、内側の交流巻線の磁場で打ち消すことができ、インダクタンスを小さくして、小さい電源で動作することが可能になるという効果を奏する。【００１２】
本願に開示する超伝導磁石は、前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線の層の外側に、前記超伝導巻線と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる外側交流巻線を有し、当該外側交流巻線に交流電流を通電するものである。【００１３】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、超伝導巻線の層の外側に、前記超伝導巻線と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる外側交流巻線を有し、当該外側交流巻線に交流電流を通電するため、超伝導巻線の遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向に交流磁場を印加することができ、遮蔽電流による磁化を取り除いて超伝導磁石の中心磁場を均一にすることができるという効果を奏する。【００１４】
本願に開示する超伝導磁石は、前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線の層の内側に、前記超伝導巻線と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる内側交流巻線を有し、前記外側交流巻線に通電される電流方向と前記内側交流巻線に通電される電流方向とが相互に逆方向であるものである。【００１５】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、超伝導巻線の層の内側に、前記超伝導巻線と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる内側交流巻線を有し、前記外側交流巻線の電流方向と前記内側交流巻線の電流方向とが相互に逆方向であるため、内側交流巻線内部における外側交流巻線の磁場を、内側交流巻線の磁場で打ち消すことができ、インダクタンスを小さくして、小さい電源で動作することが可能になるという効果を奏する。【００１６】
本願に開示する超伝導磁石は、前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線の巻き方向に対して直交する方向に、前記超伝導巻線の層を周回して巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる交流巻線を有し、当該交流巻線に交流電流を通電するものである。【００１７】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、超伝導巻線の巻き方向に対して直交する方向に、超伝導巻線の層を周回して巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる交流巻線を有し、当該交流巻線に交流電流を通電するため、超伝導巻線の遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向に交流磁場を印加することができ、遮蔽電流による磁化を取り除いて超伝導磁石の中心磁場を均一にすることができるという効果を奏する。また、超伝導巻線の外側と内側とで、必然的に電流の向きを逆向きにすることができるため、外側の交流巻線により生じる内側の交流巻線の内部の磁場を、内側の交流巻線の磁場で打ち消すことができ、インダクタンスを小さくして、小さい電源で動作することが可能になるという効果を奏する。【００１８】
本願に開示する超伝導磁石は、前記超伝導巻線が、高温超伝導体からなるテープ状の巻線である。【００１９】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、高温超伝導体からなるテープ状の巻線であるため、高価で資源が乏しい液体ヘリウムを用いる必要がなく、安価で豊富な資源を有効的に活用することができるという効果を奏する。【００２０】
本願に開示する超伝導磁石は、前記磁場印加手段が、印加する交流磁場を次第に減衰させるものである。【００２１】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、印加する交流磁場を次第に減衰させるため、異常横磁場効果による交流磁場方向の磁化を小さくすることができ、超伝導磁石の中心磁場への影響を最小限に抑えることができるという効果を奏する。【００２２】
本願に開示する超伝導磁石は、前記超伝導巻線の温度を所定の時間だけ上昇させる温度制御手段を備えるものである。【００２３】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、超伝導巻線の温度を所定の時間だけ上昇させる温度制御手段を備えるため、超伝導巻線の温度を所定の時間だけ上昇させ、それにより臨界電流密度が若干小さくなり、臨界電流密度が小さくなった直後に再び冷却されることで、臨界電流密度が大きくなり、量子化磁束線の熱揺動に対する影響を抑制することができる。その結果、量子化磁束線が熱揺動により動いてしまう磁束クリープを格段に抑制することができ、中心磁場の均一度を長時間にわたり保持できるという効果を奏する。【００２４】
本願に開示する超伝導磁石は、前記温度制御手段が前記交流巻線であり、当該交流巻線と前記超伝導巻線とが密接した状態で配設されているものである。【００２５】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、交流巻線と超伝導巻線とが密接した状態で配設されているため、交流巻線で発生する熱が超伝導巻線に伝わることにより超伝導巻線の温度を所定の時間だけ上昇させ、それにより臨界電流密度が若干小さくなり、臨界電流密度が小さくなった直後に再び冷却されることで、臨界電流密度が大きくなり、量子化磁束線の熱揺動に対する影響を抑制することができる。その結果、量子化磁束線が熱揺動により動いてしまう磁束クリープを格段に抑制することができ、中心磁場の均一度を長時間にわたり保持できるという効果を奏する。【００２６】
本願に開示する超伝導磁石は、前記温度制御手段が、冷媒と共に前記超伝導磁石が収納されている筐体内の圧力を制御する圧力制御部を有するものである。【００２７】
このように、本願に開示する超伝導磁石においては、温度制御手段が、冷媒と共に前記超伝導磁石が収納されている筐体内の圧力を制御することで、筐体内の冷媒の温度を上昇させて超伝導巻線の温度を所定の時間だけ上昇させ、それにより臨界電流密度が若干小さくなり、臨界電流密度が小さくなった直後に再び冷却されることで、臨界電流密度が大きくなり、量子化磁束線の熱揺動に対する影響を抑制することができる。その結果、量子化磁束線が熱揺動により動いてしまう磁束クリープを格段に抑制することができ、中心磁場の均一度を長時間にわたり保持できるという効果を奏する。【００２８】
本願に開示する核磁気共鳴装置は、前記超伝導磁石を用いた核磁気共鳴装置であって、前記磁場印加手段が、測定の対象となる対象物を測定する前に所定時間交流磁場を印加し、測定時には前記交流磁場を印加しないものである。【００２９】
このように、本願に開示する核磁気共鳴装置においては、測定の対象となる対象物を測定する前に所定時間交流磁場を印加し、測定時には前記交流磁場を印加しないため、測定時に交流磁場の影響を受けることがなく、正確な測定を実現することができるという効果を奏する。【００３０】
本願に開示する核磁気共鳴装置は、前記磁場印加手段が、前記超伝導巻線に通電する電流値を変更するときに前記交流磁場を印加するものである。【００３１】
このように、本願に開示する核磁気共鳴装置においては、超伝導巻線に通電する電流値を変更するときに前記交流磁場を印加するため、測定環境が変わって電流値が変更された場合であっても、遮蔽電流による磁化を取り除いて超伝導磁石の中心磁場を均一にすることができ、正確な測定を実現することができるという効果を奏する。すなわち、電流値が変更された場合には、超伝導磁石がリセットされて再び遮蔽電流が流れてしまうが、交流磁場を印加することで、遮蔽電流による磁化を取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第１の斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る超伝導磁石におけるテープ線材の遮蔽電流と磁化方向を示す第１の図である。
【図３】第１の実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第１の断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る超伝導磁石におけるテープ線材の遮蔽電流と磁化方向を示す第２の図である。
【図５】第１の実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第２の斜視図である。
【図６】第１の実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第２の断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る超伝導磁石における外側交流巻線と内側交流巻線の磁場分布を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る超伝導磁石における巻線の斜視図である。
【図９】第２の実施形態に係る超伝導磁石における巻線の断面図である。
【図１０】その他の実施形態に係る超伝導磁石における巻線の断面図である。
【図１１】本発明の実施例に係る超伝導磁石のシミュレーションモデルを示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係る超伝導磁石のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施例に係る超伝導磁石の試作コイルの構造を示す図である。
【図１４】本発明の実施例に係る超伝導磁石の実験結果を示す第１の図である。
【図１５】本発明の実施例に係る超伝導磁石の実験結果を示す第２の図である。
【図１６】従来の多芯線を用いた場合の超伝導磁石を示す図である。
【図１７】従来のテープ線を用いた場合の超伝導磁石を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。【００３４】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る超伝導磁石について、図１ないし図７を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第１の斜視図、図２は、本実施形態に係る超伝導磁石におけるテープ線材の遮蔽電流と磁化方向を示す第１の図、図３は、本実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第１の断面図、図４は、本実施形態に係る超伝導磁石におけるテープ線材の遮蔽電流と磁化方向を示す第２の図、図５は、本実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第２の斜視図、図６は、本実施形態に係る超伝導磁石における巻線の第２の断面図、図７は、本実施形態に係る超伝導磁石における外側交流巻線と内側交流巻線の磁場分布を示す図である。【００３５】
本実施形態に係る超伝導磁石１は、超伝導体からなる超伝導巻線２と、超伝導巻線２の層の外側に、超伝導巻線２の中心軸３と同軸で巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる外側交流巻線４と、超伝導巻線２に直流電流を通電する直流電源部５と、外側交流巻線４に交流電流を通電する交流電源部６とを備える。【００３６】
超伝導巻線２は超伝導体からなるものであればよく、ここでは特に、Ｂｉ−２２２３銀シーステープ線やＹ系又は希土類系薄膜導体等の高温超伝導線からなる巻線であるとする。これらの線材を用いて超伝導磁石を形成する場合、典型的には、超伝導層の幅が数ｍｍ（例えば、Ｂｉ−２２２３線材が４ｍｍ程度、Ｙ−１２３線材が１０ｍｍ程度）、厚さが数μｍ〜数百μｍ（例えば、Ｂｉ−２２２３線材が２００μｍ程度、Ｙ−１２３線材が１μｍ程度）のテープ状であり、巻回して電流ＩDC（＝輸送電流とする）を通電すると巻線自身の遮蔽電流による磁化により中心磁場の均一性が損なわれてしまう。【００３７】
このときの遮蔽電流による磁化を図２に示す。図２に示すように、テープ線材の一端から他端に向けて輸送電流ＩDCが流れており、超伝導巻線２のテープ幅広面内に遮蔽電流ＩMが流れる。この遮蔽電流ＩMによりテープ面に垂直な方向に磁化（＝ＭVとする）して、超伝導磁石１の中心磁場の均一性が損なわれてしまう。なお、この場合、テープ線材の一端から他端に正味流れる輸送電流ＩDCと閉じたループ電流である遮蔽電流ＩMとは区別することができない。【００３８】
本実施形態では、図１７や図２に示すようなテープ面に垂直方向の磁化を取り除くために、図３に示すように、超伝導巻線２に生じる遮蔽電流による磁化の方向に対して垂直方向に交流磁場を印加する。図３は、図１における矢印Ａの矢視図である。図３に示すように、テープ状の超伝導巻線２が複数ターン巻回されており、その外側に外側交流巻線４が巻回されている。超伝導巻線２の輸送電流ＩDCにより矢印ａの中心磁場ＢIが生じる。なお、図３では超伝導巻線２を１層のみ図示しているが、複数層に亘って巻回されていてもよい。【００３９】
外側交流巻線４により図１７や図２に示す磁化ＭVに対して垂直方向に、図３の矢印ｂが示す交流磁場ＢACを印加する。すなわち、外側交流巻線４に交流電流ＩACを通電することで交流磁場ＢACを印加する。超伝導巻線２に交流磁場ＢACが印加されることで、異常横磁場効果により、テープ面に垂直な方向の磁化ＭVが消失し、テープ面に平行な方向の磁化ＭPに変化する。【００４０】
この変化後の遮蔽電流による磁化を図４に示す。図４に示すように、異常横磁場効果により遮蔽電流ＩMがテープ線材の上面と下面に対で流れるようになり、磁化ＭVが消失し、テープ面に対して平行な磁化ＭPに変化する。このテープ面に平行な磁化ＭPは、超伝導磁石１の中心磁場の均一性に対して何ら影響を与えない。すなわち、輸送電流ＩDCによる超伝導磁石１の中心磁場ＢIを均一に保つことができる。【００４１】
なお、外側交流巻線４は、超伝導体からなる巻線でもよいし、非超伝導体からなる巻線でもよい。すなわち、超伝導巻線２の厚みと臨界電流密度、および輸送電流ＩDCに応じて決まる交流磁場の大きさ（下限値）が印加できるものであればよい。【００４２】
ここで、交流磁場の大きさに関してより具体的に説明する。異常横磁場効果における交流磁場の閾値（下限値）［Ｔ］について以下の式が成立する。【００４３】
【数１】
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【００４４】
μ０は真空透磁率、ＪＣは臨界電流密度、ＩＣは臨界電流、ＩＤＣは輸送電流であり、超伝導巻線２のテープの厚みをｄとする。すなわち、印加する交流磁場の閾値Ｂｔｈは、臨界電流密度ＪＣ、テープの厚みｄ、輸送電流ＩＤＣ（又は臨界電流に対する輸送電流で示される負荷率ＩＤＣ／ＩＣ）によって決まる。したがって、このＢｔｈが印加できるように外側交流巻線４を設計することで、本願発明を実現することができる。また、上述したように、高温超伝導線のテープの幅は数ｍｍ程度、厚みは数μｍ〜数百μｍと非常に薄いため、上記式から印加する交流磁場の値を微小にすることができる。【００４５】
また、外側交流巻線４への交流電流の通電は、常時行う必要がなく、輸送電流ＩDCとして規定の電流が通電された状態で所定時間（例えば、数秒〜数十秒又は数周期〜数千周期）通電するだけで、テープ面に垂直な方向の磁化ＭVをテープ面に平行な方向の磁化ＭPに変化させ、その状態を維持して超伝導磁石１の中心磁場ＢIを均一に保つことができる。本実施形態の超伝導磁石を測定等に用いる場合は、測定前に磁化ＭVを消失させておけばよい。【００４６】
さらに、交流電流を通電する際に電流値を次第に減衰させるようにしてもよい。すなわち、交流磁場印加後の磁化ＭPは、交流磁場の印加を停止したときの状態で維持されるため、交流電流を次第に減衰させることで、磁化ＭPの影響を最小限に抑えることができる。【００４７】
このように、超伝導巻線２に対して交流磁場を印加することで、超伝導磁石１の中心磁場を均一にすることが可能であるが、外側交流巻線４のインダクタンスが大きくなるため、大きな電源が必要となる場合がある。そこで、本実施形態においては、超伝導巻線２の内側に、外側交流巻線４の磁場を打ち消すための内側交流巻線７をさらに備える構成とすることもできる。【００４８】
図５は、内側交流巻線７を備えた場合の超伝導磁石１の斜視図であり、図６は、図５における矢印Ｂの矢視図である。図５、図６に示すように、超伝導磁石１は、超伝導巻線２の内側に、交流電源部６に接続する内側交流巻線７を備えており、外側交流巻線４に流れる電流と内側交流巻線７に流れる電流は向きが逆になるように制御される。つまり、図７に示すように、外側交流巻線４の内側に生じる磁場（図７（Ａ）を参照）のうち、内側交流巻線７の内側に生じる磁場（図７（Ｂ）参照）を相殺する（図７（Ｃ）を参照）ことができるため、インダクタンスを小さくすることができる。すなわち、小さい電源で電流を通電することができる。【００４９】
なお、内側交流巻線７は、外側交流巻線４と同様に、超伝導体からなる巻線でもよいし、非超伝導体からなる巻線でもよい。また、それぞれの交流巻線を超伝導巻線２と同様にテープ状にすることで、巻回する手間を軽減することができ、製造工程を非常に効率化することができる。【００５０】
このように、内側交流巻線７の内部における外側交流巻線４の磁場を内側交流巻線７の磁場で打ち消すことができ、インダクタンスを小さくして、小さい電源で動作することが可能になる。【００５１】
（本発明の第２の実施形態）
本実施形態に係る超伝導磁石について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る超伝導磁石における巻線の斜視図、図９は、本実施形態に係る超伝導磁石における巻線の断面図である。【００５２】
なお、本実施形態において前記第１の実施形態と重複する説明については省略する。【００５３】
本実施形態に係る超伝導磁石１は、超伝導体からなる超伝導巻線２と、超伝導巻線２の巻き方向に対して直交する方向に、超伝導巻線２の層を周回して巻回された超伝導体又は非超伝導体からなる交流巻線８と、超伝導巻線２に直流電流を通電する直流電源部５と、交流巻線８に交流電流を通電する交流電源部６とを備える。【００５４】
図９は、図８における矢印Ｃの矢視図である。本実施形態では、図１７や図２に示すようなテープ面に垂直方向の磁化ＭVを取り除くために、図８、図９に示すように、超伝導巻線２の巻き方向と垂直な方向（超伝導巻線２の軸と同じ方向）に、超伝導巻線２の層を包含するように交流巻線８を巻回して交流電源部６に接続する。この交流巻線８に交流電流ＩACを通電することで図９の矢印ｃ（紙面に対して垂直方向の矢印）が示す交流磁場ＢACを印加し、異常横磁場効果により、テープ面に垂直な方向の磁化ＭVを消失させて、テープ面に平行な方向の磁化ＭPに変化させる。この磁化ＭPは、図４に示す磁化ＭPの矢印を、テープ面との平行を保ったまま９０度回転させたものであり、中心磁場の均一性に対して何ら影響を与えない。すなわち、第１の実施形態の場合と同様に輸送電流による中心磁場ＢIを均一に保つことができる。【００５５】
なお、ここでも交流巻線８は、超伝導体からなる巻線でもよいし、非超伝導体からなる巻線でもよい。すなわち、超伝導巻線２の厚みと臨界電流密度、および輸送電流ＩDCに応じて決まる交流磁場の大きさ（下限値）が印加できるものであればよい。【００５６】
また、交流巻線８への交流電流の通電は、常時行う必要がなく、輸送電流ＩDCとして規定の電流が通電された状態で、所定時間（例えば、数秒〜数十秒又は数周期〜数千周期）通電するだけでテープ面に垂直な方向の磁化ＭVをテープ面に平行な方向の磁化ＭPに変化させ、その状態を維持して中心磁場ＢIを均一に保つことができる。【００５７】
このように、超伝導巻線２に対して交流磁場を印加することで、超伝導磁石の中心磁場を均一にすることが可能となる。【００５８】
（その他の実施形態）
上記各実施形態における超伝導磁石１は、中心磁場の均一性を高く保つことが可能であることから、中心磁場の均一性が高精度に要求されるＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：核磁気共鳴法）やＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ：核磁気共鳴画像法）に用いることに適している。【００５９】
本発明に係る超伝導磁石をＮＭＲやＭＲＩに用いる場合、測定を行う前に超伝導巻線２に交流磁場を所定時間印加する処理を行うことで、磁化ＭVをＭpに変化させる。その後、交流磁場の印加を停止した状態で対象物の測定を行う。電流値が変更されない限りは、そのまま連続して他の対象物を測定することができる。測定環境が変わって、電流値の変更があった場合や、装置がリセットされた際には、再度交流磁場を所定時間印加して、磁化ＭVをＭpに変化させる。【００６０】
また、本発明に係る超伝導磁石１において、交流磁場が印加されることで超伝導巻線２の電流分布が変化し、量子化磁束線が動いて発熱が起こる。その発熱により、超伝導巻線２の温度が非常に短い時間だけ僅かに上昇し、臨界電流密度が若干小さくなる。そして、臨界電流密度が小さくなった直後に再び冷却されることで、臨界電流密度が大きくなり、量子化磁束線の熱揺動に対する影響を抑制することができる。その結果、量子化磁束線が熱揺動により動いてしまう磁束クリープを格段に抑制することができ、中心磁場の均一度を長時間にわたり保持できる付加的な利点も有する。【００６１】
さらに、交流巻線に生じる熱が超伝導巻線２に移動することで、上記と同様の作用により量子化磁束線が熱揺動により動いてしまう磁束クリープを格段に抑制することができ、中心磁場の均一度を長時間にわたり保持できる。【００６２】
さらにまた、超伝導磁石１に対して外部から圧力を加えることで冷媒の温度を上げ（例えば、１℃〜２℃程度）、この冷媒の温度上昇が上記と同様に作用して、量子化磁束線が熱揺動により動いてしまう磁束クリープを格段に抑制し、中心磁場の均一度を長時間にわたり保持することが可能となる。【００６３】
本発明に係る超伝導磁石は図１０（Ａ）、（Ｂ）のような構成とすることもできる。つまり、超伝導巻線２を構成する複数の部位ごとに、個別に交流磁場を印加してもよい。一例として、図１０（Ａ）の場合は、３層からなる超伝導巻線２に対し、外側交流巻線４及び内側交流巻線７を１つの組として、１層ごとに交流磁場を印加するものである。こうすることで、よりインダクタンスを小さくすることができ、電源を小型化することができる。また、別の一例として、図１０（Ｂ）では、３層からなる超伝導巻線２に対し、交流巻線８を１層ごとに周回し、交流磁場を個別に印加するものである。【００６４】
なお、上記各実施形態において、交流巻線と直列にコンデンサ及び抵抗が接続された共振回路を形成することで、電源の容量を小さくするようにしてもよい。
【実施例】
【００６５】
（１）シミュレーション
本発明に係る超伝導磁石について、以下のシミュレーションを行った。図１１に数値解析モデルを示し、計算パラメータを表１に示す。図１１の数値解析モデルを用いて、テープ状の超伝導線に輸送電流Ｉzを通電し、外部の直流磁場Ｂy、交流磁場Ｂxを印加した場合の磁化Ｍx、Ｍyの時間変化を演算する。【００６６】
【表１】
2012157745.tif 000004
【００６７】
このシミュレーション結果を図１２に示す。図１２に示すように、磁化Ｍyは指数関数的に減少し、テープ状の超伝導線の電流が均流化していることがわかる。つまり、テープ面に垂直方向の磁化Ｍyが消失することが示されている。【００６８】
（２）実験
本発明に係る超伝導磁石について、以下の実験を行った。図１３に実験用に試作した超伝導磁石の中心から片側の断面図を示し、下記の表２に超伝導コイルの諸元、表３に銅コイルの諸元を示す。実験用の超伝導磁石は、ＧｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxの超伝導体からなる超伝導コイルの内側と外側に、超伝導コイルと同軸で銅線からなるコイルを巻回したものである。【００６９】
【表２】
2012157745.tif 000005
【００７０】
【表３】
2012157745.tif 000006
【００７１】
図１４及び図１５に実験結果を示す。図１４は、減磁過程と増磁過程における電流値に対する中心磁場の大きさを示し、図１５は、図１４における直線からのずれを示している。図１４（Ａ）及び図１５（Ａ）は、交流磁場を印加しなかった場合の結果であり、図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）は、交流磁場を印加した場合の結果である。図１４から明らかなように、交流磁場を印加することで履歴が消滅し直線的となっていることがわかる。また、図１５から明らかなように、図１４における交流磁場を印加した場合の直線からのずれは、０．１％程度以下の測定限界に近いレベルにまで向上していることがわかる。【００７２】
以上の実験結果から、本発明に係る超伝導磁石は、超伝導テープのテープ面に垂直な方向の磁化を消失させて、中心磁場を均一に保つことができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  超伝導磁石
２  超伝導巻線
３  中心軸
４  外側交流巻線
５  直流電源部
６  交流電源部
７  内側交流巻線
８  交流巻線
【図１】
2012157745.tif 000007
【図２】
2012157745.tif 000008
【図３】
2012157745.tif 000009
【図４】
2012157745.tif 000010
【図５】
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【図６】
2012157745.tif 000012
【図７】
2012157745.tif 000013
【図８】
2012157745.tif 000014
【図９】
2012157745.tif 000015
【図１０】
2012157745.tif 000016
【図１１】
2012157745.tif 000017
【図１２】
2012157745.tif 000018
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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