(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な方法で磁場勾配コイルの温度を室温に維持できる方法を提供する。【解決手段】（１）感度を高めるために低温に冷却されるＮＭＲ検出コイル７、（２）ＮＭＲ検出コイルの外側に該コイルと同心状に配置され、室温付近に維持されながらパルス磁場勾配を内側に発生する磁場勾配コイル１０、（３）磁場勾配コイルの外側に配置され、室温に保たれた状態でＮＭＲ検出コイルと、磁場勾配コイルを大気から遮断し、それらを真空下に置く真空容器１、を備えたＮＭＲプローブにおいて、ＮＭＲ検出コイルと磁場勾配コイルの間に、低温と室温の中間の温度に設定された熱シールド４１を同心状に設けた。【選択図】図５
2010197055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）感度を高めるために低温に冷却されるＮＭＲ検出コイル、
（２）前記ＮＭＲ検出コイルの外側に該コイルと同心状に配置され、室温付近に維持されながらパルス磁場勾配を内側に発生する磁場勾配コイル、
（３）前記磁場勾配コイルの外側に配置され、室温に保たれた状態で前記ＮＭＲ検出コイルと前記磁場勾配コイルを大気から遮断し、それらを真空下に置く真空容器、
を備えたＮＭＲプローブにおいて、
前記ＮＭＲ検出コイルと前記磁場勾配コイルの間に、低温と室温の中間の温度に設定された熱シールドを同心状に設けたことを特徴とするＮＭＲプローブ。
【請求項２】
前記ＮＭＲ検出コイルと前記熱シールドとの間に同心状に配置され、低温に冷却されながら前記ＮＭＲ検出コイルが発生する高周波磁場を外側に対して遮蔽するＲＦシールドを設けたことを特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項３】
前記低温は、２５Ｋ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のＮＭＲプローブ。
【請求項４】
前記低温と室温の中間の温度は、２００Ｋ程度である特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項５】
前記熱シールドは、磁場勾配コイルが発生する磁場勾配パルスの透過を阻害しない厚さの導体箔、導体箔テープ、または導体線を表面に配置して外界の熱を伝熱することにより、前記低温と室温の中間の温度に保たれていることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項６】
前記熱シールドのボビンは、樹脂材料、またはセラミック材料で作られていることを特徴とする請求項５記載のＮＭＲプローブ。
【請求項７】
前記ＲＦシールドは、セラミック材料、石英ガラス、または樹脂材料などで作られた円筒体の表面に導体膜、または導体箔を配置して作られていることを特徴とする請求項２記載のＮＭＲプローブ。
【請求項８】
前記ＲＦシールドの表面に配置される導体膜または導体箔は、ＮＭＲの測定に用いられる高周波電流の表皮厚よりも厚く、磁場勾配コイルが発生する磁場勾配パルスの透過を阻害する厚さよりは薄いことを特徴とする請求項７記載のＮＭＲプローブ。
【請求項９】
前記ＲＦシールドは、真鍮箔またはリン青銅箔の表面に導電性の高い材料をメッキして作られていることを特徴とする請求項２記載のＮＭＲプローブ。
【請求項１０】
前記導電性の高い材料は金、銀、またはアルミであることを特徴とする請求項９記載のＮＭＲプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出部を冷却して使用するＮＭＲプローブに関し、特に、検出部の近傍に設けられる自己遮蔽型磁場勾配コイルの実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ装置は、試料に強力な磁場を印加して、試料中の核スピンを持った原子核の磁気モーメントに静磁場方向を軸とする歳差運動を惹起させた上で、静磁場方向に直交する向きの高周波磁場を印加して、原子核の磁気モーメントの歳差運動を励起し、その後、原子核の磁気モーメントの歳差運動が励起状態から基底状態に戻る際に放出されるＮＭＲ信号を、試料に固有な高周波磁界として観測する装置である。
【０００３】
ＮＭＲ信号は、通常、きわめて微弱であるため、その検出感度を高めるため、検出部が組み込まれたＮＭＲプローブに低温ガスの配管を設け、検出部を極低温に冷却することによって、ＮＭＲ装置の熱雑音を減らし、ＮＭＲ装置を高感度化することが行なわれている。
【０００４】
従来のＮＭＲプローブと、静磁場を発生する超伝導磁石との位置関係を、図１に示す。図中、Ａは超伝導磁石である。超伝導磁石Ａの内部には、超伝導線により、主コイルＢが巻回されている。主コイルＢは、通常、液体ヘリウム等を蓄えることができる図示しない断熱容器中に置かれ、極低温に冷却されている。ＮＭＲプローブＣは、このような磁石の外側に配置される鍔状のベース部６０と、磁石の穴（ボア）に挿入される筒状部６１とで構成され、筒状部６１は、通常、この超伝導磁石Ａの中心軸に沿って貫通された筒状のボアＤの内部に向けて、下側の開口部から上方向に向けて挿入される。
【０００５】
次に、従来のＮＭＲプローブの構造を図２に示す。図２（ａ）はＮＭＲプローブの全体構成、図２（ｂ）は自己遮蔽型の磁場勾配コイルである。図中１０１は冷凍機真空容器である。冷凍機断熱容器真空容器１０１に、ＧＭ冷凍機１０２が設けられている。１０９、１１０はそれぞれＧＭ冷凍機１０２を動かすために必要な高圧、および低圧ヘリウムガス配管である。１０３、１０４はプローブに送るヘリウムガスを冷却するため、冷凍機１０２の第１ステージおよび第２ステージに設けられた熱交換器である。１０５は往きと帰りのヘリウムガスの熱交換器である。プローブを冷却するためのヘリウムガスは、ヘリウムガス配管１０６より供給されて、ヘリウムガス配管１０７で回収される。
【０００６】
ヘリウムガス配管１０６、１０７、１０９、１１０は、それぞれ図示しないヘリウムガス圧縮機に接続されている。冷凍機１０２とプローブのヘリウムガス配管は、フレキシブルトランスファーライン２０で接続される。熱交換器１０４は、プローブに低温ヘリウムガスを供給するヘリウムガス配管２１に接続される。プローブからヘリウムガスを回収するヘリウムガス配管２２は、熱交換器１０５を経由して、ヘリウムガス配管１０７に接続されている。
【０００７】
プローブは、内部の構成要素を冷却するため、断熱真空容器１に納められている。ヘリウムガス配管２１、２２は、熱交換器５に接続されている。熱交換器５は、フレーム４に熱接触している。
【０００８】
図中、検出コイル７は、ひとつのコイルのように図示しているが、実際には照射コイルと観測コイルなど複数のコイルで構成される。ＲＦ（高周波）シールド８は、筒状の導電性部材であり、検出コイル７が発生する高周波磁場がそれより外部へ漏洩しないように、遮蔽を行なっている。電気回路６は、検出コイル７の同調整合回路や複同調回路であり、バリコン、コンデンサ、コイルなどで構成されている。実際にはバリコンを調整するためのシャフトが必要だが、図示していない。
【０００９】
フレーム４に検出コイル７、ＲＦシールド８、電気回路６を取り付けて、それらを冷却する。電気回路６は、同軸ケーブル１６により、コネクター１７を経由して、図示していないＮＭＲ分光器に接続される。
【００１０】
フレーム４は、固定のため、円筒状断熱部材３に取り付けられている。フレーム４は、断熱真空容器１の内側に取り付けられた支柱１４の上部のピン１５に刺され、上下に動かせるよう仮止めされた後に、円筒状断熱部材３を介して蓋２に固定される（特許文献１）。
【００１１】
真空断熱容器１を上下に貫通したパイプ１３は、検出コイル７付近または全体が高周波磁場が透過できるように、非電導性材料、例えば石英ガラスなどで作られている。パイプ１３には、プローブ上部からホルダー１２により支えられてＮＭＲ試料管１１が差し込まれる。パイプ１３下部からは、温度調節のため、空気などの温度可変ガスが入り、図示されていないが、ＮＭＲ試料管１１とパイプ１３の間を流れてから外部へ排気される。
【００１２】
試料に短いパルス磁場勾配を印加するための自己遮蔽型磁場勾配コイル１０は、蓋２に取り付けられて、ＲＦシールド８の外側に位置するように取り付けられている。図２（ｂ）に自己遮蔽型磁場勾配コイルの概略図を示す。円筒状の２つのコイルボビン３０、３２に被覆電線３１、３３を巻き付けて、それぞれ内側コイル、外側コイルを構成する。
【００１３】
これら２つのコイルを直列接続して電流を流すことで、コイル中心付近に磁場勾配を発生させる。ただし、コイル外側には磁場は発生しない。そのため、外側の導電性部材（例えば、断熱真空容器１など）に渦電流が発生しないので、立上りと立下りの速いパルス磁場勾配が得られる。
【００１４】
超伝導磁石のボアに入る標準的なプローブの筒状部は、外径４０ｍｍ程度である。それに実装される自己遮蔽型磁場勾配コイルの寸法は、一例を上げれば内径２８ｍｍ、内側コイルと外側コイルのボビンの厚みは１ｍｍ程度である。
【００１５】
磁場勾配コイル１０は、低温となるＲＦシールド８、検出コイル７、フレーム４に接近して取り付けられている。磁場勾配コイル１０の温度が低下すると、電線３１、３３の絶縁被膜が損傷してしまい、短絡を起こす可能性がある。また、ボビン３０、３２が冷却されて大きな熱収縮を起こすと、それ自体が変形したり、電線の被膜を損傷する可能性がある。
【００１６】
そのため、室温に維持された蓋２と熱接触させて、温度が低下することを防ぐ必要があり、そのために高い熱伝導率が必要である。また、パルス磁場勾配の発生を阻害しないように渦電流が流れない非導電材料である必要がある。そのため、ボビン３０、３２はアルミナなどのセラミック材料で製作する。
【００１７】
この例では、プローブを冷却した際に、低温となる検出コイル７、ＲＦシールド８、フレーム４に隣接する磁場勾配コイル１０は熱を奪われるが、ボビン３０、３２がセラミック製で、室温に維持された蓋２と熱接触しているので、磁場勾配コイル１０は室温付近に保たれる。その結果、磁場勾配コイル１０の被覆電線３１、３３が絶縁不良を起こさないので、立上りと立下りの速い磁場勾配パルスが得られる。
【００１８】
次に、従来の別のＮＭＲプローブの例を図３に示す。構成は、図２とほぼ同じである。磁場勾配コイル１０をガラスエポキシ（ガラス繊維を含んだエポキシ樹脂）やベークライトなどの樹脂材料で製作した場合であり、図のように、蓋２に付けた熱伝導部材３５で磁場勾配コイル１０を覆って室温に保つ。熱伝導部材３５と磁場勾配コイル１０の間は熱抵抗を小さくする必要があるので、互いにモールド材などで隙間無く接着する。
【００１９】
この例では、プローブを冷却した際に、熱伝導部材３５により磁場勾配コイル１９はほぼ室温に保たれるので、ボビン３０、３２は低温により熱収縮による変形を起こさず、被覆電線３１、３３は絶縁不良を起こさないので、立上りと立下りの速い磁場勾配パルスが得られる。
【００２０】
次に、従来の更に別のＮＭＲプローブの例を図４に示す。例えば図２、３のように磁場勾配コイルが正常に動作しても、図２、３のＲＦシールド８に発生する渦電流によりパルス磁場勾配の速い立上り、立下りが阻害される場合がある。それは、ＲＦシールド８が石英ガラスなどの絶縁材料に１０μｍ厚程度の銅箔を巻き付けて構成されているために、低温、例えば２５Ｋ程度まで冷却されると電気抵抗が減少する。そのため、パルス磁場勾配が印加された際に発生する渦電流の減衰時間が長くなり、パルス磁場勾配の立上り、立下りが長くなってしまうからである。本例では、従って、ＲＦシールド８を省略した構成にしている。
【００２１】
その結果、本例ではＲＦシールド８がないので、立上りと立下りの速い磁場勾配パルスが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特許第４１３３７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
〔従来技術の問題点１〕
セラミック製ボビンを用いた場合、ボビンが高価になり、扱いにくく、破損しやすいという問題がある。例えば、ボビンをアルミナなどのセラミック材料で製作することは、加工技術上困難である。また、電線の位置精度が悪いと、漏洩磁場が大きくなり、パルス磁場の立上り、立下り時間が長くなってしまう。また、加工コストが高く、割れやすいので扱いにくい。
【００２４】
〔従来技術の問題点２〕
ガラスエポキシ製ボビンを用いた場合、熱伝導部材でコイルを覆い、室温部材に熱接触させて室温に保つ。しかし実際には、真空断熱容器内に実装されているので、コイルとその熱伝導部材の間は、隙間がないようにモールド材などで埋める必要がある。
【００２５】
このモールド材などで前述のような薄肉のボビンで構成されたコイルと熱伝導部材を広範囲に付けると、モールド材の硬化によりコイルが歪んでしまう。歪んだ自己遮蔽型磁場勾配コイルでは、設計どおりの磁場を発生できないので、漏洩磁場が大きくなる。そのため、コイル外側の導電性部材に渦電流が発生して、パルス磁場の立上り、立下り時間が長くなってしまう。
【００２６】
また、低温となるＲＦシールドと磁場勾配コイルは近接しているので、コイルを室温近くに保つためには、室温である蓋とコイルとの間の熱抵抗を小さくする必要がある。しかし、そのための熱伝導部材には、パルス磁場勾配を阻害しないために、渦電流の減衰が遅くなる厚い銅箔などは使用できない。代わりに絶縁被覆銅線をコイルの軸方向に沿って並べることも考えられるが、必要な熱伝導を得ることは寸法上困難である。また、この方法でも熱接触のためにモールドが必要であり、それに起因するコイルの歪みは避けられない。
【００２７】
〔従来技術の問題点３〕
ＲＦコイルを省略した場合、検出コイル７と磁場勾配コイル１０との誘導結合により、検出コイル７の電気的損失が増加するため、検出コイル７のＱ値が低下する。その結果、ＮＭＲの検出感度が低下してしまう。また、磁場勾配コイル１０の構成部品であるボビン３０、３２や被覆電線３１、３３からＮＭＲバックグラウンド信号が出てしまう。
【００２８】
本発明は、上述した点に鑑み、ＮＭＲプローブの性能を落とすことなく、簡単な方法で磁場勾配コイルの温度を室温に維持できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲプローブは、
（１）感度を高めるために低温に冷却されるＮＭＲ検出コイル、
（２）前記ＮＭＲ検出コイルの外側に該コイルと同心状に配置され、室温付近に維持されながらパルス磁場勾配を内側に発生する磁場勾配コイル、
（３）前記磁場勾配コイルの外側に配置され、室温に保たれた状態で前記ＮＭＲ検出コイルと前記磁場勾配コイルを大気から遮断し、それらを真空下に置く真空容器、
を備えたＮＭＲプローブにおいて、
前記ＮＭＲ検出コイルと前記磁場勾配コイルの間に、低温と室温の中間の温度に設定された熱シールドを同心状に設けたことを特徴としている。
【００３０】
また、前記ＮＭＲ検出コイルと前記熱シールドとの間に同心状に配置され、低温に冷却されながら前記ＮＭＲ検出コイルが発生する高周波磁場を外側に対して遮蔽するＲＦシールドを設けたことを特徴としている。
【００３１】
また、前記低温は、２５Ｋ以下であることを特徴としている。
【００３２】
また、前記低温と室温の中間の温度は、２００Ｋ程度である特徴としている。
【００３３】
また、前記熱シールドは、磁場勾配コイルが発生する磁場勾配パルスの透過を阻害しない厚さの導体箔、導体箔テープ、または導体線を表面に配置して外界の熱を伝熱することにより、前記低温と室温の中間の温度に保たれていることを特徴としている。
【００３４】
また、前記熱シールドのボビンは、樹脂材料、またはセラミック材料で作られていることを特徴としている。
【００３５】
また、前記ＲＦシールドは、セラミック材料、石英ガラス、または樹脂材料などで作られた円筒体の表面に導体膜、または導体箔を配置して作られていることを特徴としている。
【００３６】
また、前記ＲＦシールドの表面に配置される導体膜または導体箔は、ＮＭＲの測定に用いられる高周波電流の表皮厚よりも厚く、磁場勾配コイルが発生する磁場勾配パルスの透過を阻害する厚さよりは薄いことを特徴としている。
【００３７】
また、前記ＲＦシールドは、真鍮箔またはリン青銅箔の表面に導電性の高い材料をメッキして作られていることを特徴としている。
【００３８】
また、前記導電性の高い材料は金、銀、またはアルミであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３９】
本発明のＮＭＲプローブによれば、
（１）感度を高めるために低温に冷却されるＮＭＲ検出コイル、
（２）前記ＮＭＲ検出コイルの外側に該コイルと同心状に配置され、室温付近に維持されながらパルス磁場勾配を内側に発生する磁場勾配コイル、
（３）前記磁場勾配コイルの外側に配置され、室温に保たれた状態で前記ＮＭＲ検出コイルと前記磁場勾配コイルを大気から遮断し、それらを真空下に置く真空容器、
を備えたＮＭＲプローブにおいて、
前記ＮＭＲ検出コイルと前記磁場勾配コイルの間に、低温と室温の中間の温度に設定された熱シールドを同心状に設けたので、
ＮＭＲプローブの性能を落とすことなく、簡単な方法で磁場勾配コイルの温度を室温に維持できる方法を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来のＮＭＲ装置を示す図である。
【図２】従来の冷却型ＮＭＲプローブの一例を示す図である。
【図３】従来の冷却型ＮＭＲプローブの別の例を示す図である。
【図４】従来の冷却型ＮＭＲプローブの別の例を示す図である。
【図５】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブの一実施例を示す図である。
【図６】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブに用いられる熱シールドの一実施例を示す図である。
【図７】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブに用いられる熱シールドの別の実施例を示す図である。
【図８】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブの別の実施例を示す図である。
【図９】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブの別の実施例を示す図である。
【図１０】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブの別の実施例を示す図である。
【図１１】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブに用いられるＲＦシールドの一実施例を示す図である。
【図１２】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブに用いられるＲＦシールドの別の実施例を示す図である。
【図１３】本発明にかかる冷却型ＮＭＲプローブに用いられるＲＦシールドの別の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００４２】
図５に本実施例の検出コイル付近の概略図を示す。図示されていない部分は従来技術の図２、図３と同様である。
【００４３】
プローブは、内部の構成要素を冷却するため、断熱真空容器１に納められている。ヘリウムガス配管２１、２２は熱交換器５に接続されている。熱交換器５はフレーム４に熱接触している。
【００４４】
図中、７は検出コイルである。検出コイル７は、ひとつのコイルのように図示しているが、実際には照射コイルや観測コイルなど、複数のコイルで構成されている。ＲＦシールド８は、筒状の導電性部材である。検出コイル７が発生する高周波磁場が外側に向けて漏洩しないように遮蔽を行なっている。電気回路６は、検出コイル７の同調整合回路や、複同調回路で構成されている。
【００４５】
フレーム４に検出コイル７、ＲＦシールド８、電気回路６を取り付けて、それらを冷却する。電気回路６は、同軸ケーブル１６により、コネクター１７を経由して、図示していないＮＭＲ分光器に接続される。
【００４６】
フレーム４は、固定のため、円筒状断熱部材３に取り付けられている。フレーム４は、断熱真空容器１の内側に取り付けられた支柱１４の上部のピン１５に刺され、上下に動かせるよう仮止めされた後に、円筒状断熱部材３を介して蓋２に固定される。
【００４７】
熱シールド４１は、円筒の下側にリング状の鍔が付いた形をしていて、熱シールドボビン４３と銅箔４２で構成されている。熱シールドボビン４３は、短い磁場勾配パルスを阻害しないように、渦電流が発生しない絶縁材で製作される。例として、ガラスエポキシ、ベークライトなどの樹脂材料が挙げられる。
【００４８】
熱伝導性を高めるため、熱シールドボビン４３の内側に銅箔４２が貼り付けられている。銅箔４２も、短い磁場勾配パルスを阻害しないようにするために、渦電流の減衰時間が十分に短くなるよう、薄く作成することで電気抵抗値を大きくしている。例として、ＮＭＲ測定の場合、本実施例ではこの銅箔は低温にならないので、１０μｍ厚程度の薄さで十分である。尚、銅箔４２は、熱シールドボビン４３の外側であっても良い。また、銅以外の非磁性材料、たとえばアルミ箔のようなものであっても良い。
【００４９】
熱シールド４１は、上端は室温となる蓋２に固定され、同時に銅箔４２も蓋２に熱接触させる。熱シールド４１の円筒部分は、ＲＦシールド８と磁場勾配コイル１０の間に、それぞれ接触しないように取り付けられる。接触を避けることが困難な場合は、点接触のスペーサを入れて、十分な熱抵抗を確保する。
【００５０】
熱シールド４１の下部のリング状鍔部は、磁場勾配コイル１０とフレーム４との間に、前述と同様に、それぞれ接触しないように配置させる。接触を避けることが困難な場合は、点接触のスペーサを入れて、十分な熱抵抗を確保する。
【００５１】
ここでは、磁場勾配コイル１０のボビン３０、３２（図２参照）を一般的なガラスエポキシやベークライトなどの樹脂材料で製作した場合について、動作を説明する。
【００５２】
まず、プローブが冷却されて、フレーム４に熱接触されている検出コイル７、ＲＦシールド８、電気回路６が低温になる。例として、フレーム４は２５Ｋ前後、またはそれ以下に保たれる。
【００５３】
磁場勾配コイル１０と低温となるフレーム４、検出コイル７、ＲＦシールド８との間に設けられている熱シールド４１は、室温である蓋２と熱接触されている銅箔４２による熱伝導作用により、温度があまり下がらない。例として、フレーム４が２５Ｋでも、熱シールド４１は２００Ｋ程度までしか下がらない。そのため、熱シールド４１と室温との温度差は１００Ｋ程度となるので、蓋２からの熱伝導作用により磁場勾配コイル１０はほぼ室温付近に保たれる。
【００５４】
磁場勾配コイル１０の温度が下がることがなく、室温付近に保たれるので、立上りと立下りの速いパルス磁場勾配が得られる。
【実施例２】
【００５５】
図６に本実施例の熱シールド４１を示す。他は、実施例１の図５と同様である。本実施例では、図のように、熱シールドボビン４３に銅箔テープ４５を互いに接触しないように、上部から円筒部分の内側、および鍔部に貼り付ける。尚、銅箔テープ４５は、熱シールドボビン４３の外側であっても良い。また、銅以外の非磁性材料、たとえばアルミ箔テープのようなものであっても良い。
【００５６】
動作は、実施例１と同様である。すなわち、銅箔テープ４５が互いに接触しないように貼られているので、渦電流の減衰がより速くなる。その結果、立下りと立上りの速い磁場勾配パルスが得られる。
【実施例３】
【００５７】
図７に本実施例の熱シールド４１を示す。図のように、熱シールドボビン４３に銅線４６を互いに接触しないように、上部から円筒部分の内側、および鍔部に貼り付ける。銅線４６の代わりに被覆銅線を用いて、円筒部で隙間無く並べて貼り付けても良い。尚、銅線４６は、熱シールドボビン４３の外側であっても良い。また、銅以外の非磁性材料、たとえばアルミ線のようなものであっても良い。
【００５８】
動作は、実施例２と同様である。すなわち、銅線４６を使用しているので、渦電流の発生を抑えるとともに、高い熱伝導作用により、磁場勾配コイルを室温に保ちやすくなる。
【実施例４】
【００５９】
図８に本実施例を示す。熱シールドボビン４３と銅箔４２で構成された熱シールド４１で、磁場勾配コイル１０に接触しないよう、磁場勾配コイル１０全体を覆う。
【００６０】
動作は、実施例１と同様である。磁場勾配コイル１０全体が熱シールド４１に覆われるので、より均一に磁場勾配コイル１０の温度が室温付近に保たれる。
【実施例５】
【００６１】
図９に本実施例を示す。銅箔４２を貼り付けた、鍔がない円筒部だけの熱シールドボビン４３で構成された熱シールド４１をＲＦシールド８と磁場勾配コイル１０の間に設ける。そして、熱シールド４１に覆われていない磁場勾配コイル１０の下端とフレーム４との間に、十分な隙間を設ける。
【００６２】
動作は、実施例１と同様である。フレーム４に近い磁場勾配コイル１０の下端が熱シールド４１に覆われていないが、十分な隙間があるので、磁場勾配コイル１０の温度は室温付近に保たれる。
【実施例６】
【００６３】
図１０に本実施例を示す。磁場勾配コイル１０をより室温に保ち、通電時の発熱を放熱しやすくする目的で、磁場勾配コイル１０を室温に維持された蓋２と熱接触させる。その際に、熱伝導効率を高めるため、銅箔５０などを貼り付ける。銅箔５０の代わりに、銅箔テープや銅線などを貼り付けても良い。その場合、大きな熱伝導効率は必要ないので、薄い銅箔や細い電線で良く、これらを接着しても磁場勾配コイル１０が変形する心配はない。銅箔、銅箔テープ、銅線などは、磁場勾配コイル１０の内側、外側のどちら側に貼り付けても良い。また、銅以外の非磁性材料、たとえばアルミ箔やアルミ線のようなものであっても良い。
【００６４】
動作は、実施例１と同様である。磁場勾配コイル１０に通電した際、磁場勾配コイル１０自身の発熱が銅箔５０などを経由して放熱される。
【実施例７】
【００６５】
図１１に本実施例を示す。高熱伝導材料であって絶縁材でもあるアルミナなどで熱シールド４１を製作して、磁場勾配コイル１０とＲＦシールド８との間に取り付ける。
【００６６】
動作は、実施例１と同様である。熱シールド４１自体の熱伝導作用により、磁場勾配コイル１０の温度は室温付近に保たれる。
【実施例８】
【００６７】
図１２（ａ）（ｂ）に本実施例の構成とＲＦシールドの概略を示す。本実施例でも、実施例１〜７と同様の熱シールド４１を設ける。ただ、本実施例の特徴は、熱シールドではなく、ＲＦシールドにある。
【００６８】
図１２（ｂ）に示すように、本実施例のＲＦシールド８は、絶縁材料で熱伝導率が高い材料、例えばアルミナで作られたＲＦシールドボビン５３にメッキ５１を行なった部品である。ＲＦシールドボビン５３はフレーム４に熱接触させる。
【００６９】
メッキ５１の厚みは、低温下でもパルス磁場勾配印加時に発生する渦電流の減衰時間が十分短くなるように薄くする。例えば、銅メッキの場合、厚みは１μｍ程度が好ましい。
【００７０】
熱シールド４１の動作は、実施例１〜７と同様である。一方、ＲＦシールドボビン４３は熱伝導率が高いアルミナで製作されているので、フレーム４を経由してヘリウムガス熱交換器５により冷却される。その結果、メッキ５１が冷却されるので、その電気抵抗が下がり、検出コイルからのＲＦ磁場を遮蔽することに由来する電気的損失が軽減される。
【００７１】
低温下でパルス磁場勾配を印加した際に、ＲＦシールド８にも渦電流が発生するが、ＲＦシールド８のメッキ５１が十分薄いため、渦電流の減衰が速いので、立上り立下りの速いパルス磁場勾配が得られる。
【００７２】
尚、補足すれば、磁場勾配コイルに流す電流は〜１００ｋＨｚ程度の周波数成分である。それに対して、検出コイルが発生する高周波磁場は数十ＭＨｚ以上である。従って、この周波数差を利用すれば、メッキ材料とその厚さを調整することにより、高周波磁場に対しては電気的損失が少なく、磁場勾配パルスに対しては渦電流の減衰時間を十分短くすることができる。
【００７３】
高周波の場合、表皮効果により表面付近しか電流が流れないので、メッキが表皮効果の深さより厚ければ、電気的損失が少ない。それに比較すると、〜１００ｋＨｚ程度の周波数の電流に対しては、その厚みは薄すぎるので、電気的抵抗が大きくなり、損失が増え、渦電流の減衰が速くなる。
【実施例９】
【００７４】
図１３に本実施例のＲＦシールドを示す。他の構成は実施例８と同様である。本実施例では、ＲＦシールドボビン５３を熱伝導率が低い石英ガラス、樹脂材料などで製作する。そして表面にメッキ５１を施し、メッキ５１の外側にテープ状の銅箔５２を貼り付ける。テープ状の銅箔５２の下端は、フレーム４に熱接触させる。
【００７５】
本実施例では、テープ状の銅箔５２によりメッキ５１が冷却されて、その電気抵抗が下がり、検出コイルからのＲＦ磁場を遮蔽することに由来する電気的損失が軽減される。また、パルス磁場勾配が印加された場合、テープ状の銅箔５０は円筒表面の一部を覆っているだけなので、渦電流の減衰時間は十分短く、立上り立下りの速いパルス磁場勾配が得られる。
【実施例１０】
【００７６】
実施例８、９の変形として、メッキの材料に銅ではなく、金、銀、アルミなども良い。また、メッキは無電解メッキ法、蒸着法など、手法は問わない。また、メッキはボビンの内側に行なっても良い。
【００７７】
ＲＦシールドに直接メッキする代わりに、真鍮箔などの金属箔を巻き付けても良い。その場合、真鍮箔に金、銀、アルミなど導電性の高い材料のメッキを行なえば、ＲＦ磁場を遮蔽することに由来する電気的損失を軽減することができる。
【００７８】
尚、真鍮は、低温下に置かれても、銅のように電気抵抗が小さくはならないので、渦電流の減衰時間が長くなることはない。この箔材には、真鍮の他に、リン青銅など低温下で電気抵抗が小さくならない材料が使用できる。
【００７９】
また、ＲＦシールドに直接メッキする代わりに、導電性の高いアルミや銅などをメッキしたポリイミド、ポリエステルなどの樹脂材料箔を巻き付けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
ＮＭＲ装置に広く利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１：断熱真空容器、２：蓋、３：円筒状断熱部材、４：フレーム、５：熱交換器、６：電気回路、７：検出コイル、８：ＲＦシールド、１０：磁場勾配コイル、１１：ＮＭＲ試料管、１２：ホルダー、１３：パイプ、１４：支柱、１５：ピン、１６：同軸ケーブル、１７：コネクター、２０：フレキシブルトランスファーライン、２１：ヘリウムガス配管、２２：ヘリウムガス配管、３０：コイルボビン、３１：被覆電線、３２：コイルボビン、３３：被覆電線、４１：熱シールド、４２：銅箔、４３：熱シールドボビン、４５：銅箔テープ、４６：銅線、５０：銅箔、５１：メッキ、５２：銅箔、５３：ＲＦシールドボビン、６０：ベース部、６１：筒状部、Ａ：超伝導磁石、Ｂ：主コイル、Ｃ：ＮＭＲプローブ、Ｄ：ボア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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