(57)【要約】【課題】安定した静磁場を低コストで生成できる超伝導回路等を提供する。【解決手段】永久電流スイッチ１２をオン状態からオフ状態に切り替えて、超伝導コイル用電源１４から供給される電流を超伝導コイル１１，１１に流す第１モードと、永久電流スイッチ１２をオフ状態からオン状態に切り替え、さらに、超伝導コイル１１，１１及び超伝導線１２ｂを含む第２閉回路Ｋ２と超伝導コイル用電源１４との電気的接続を維持した状態で、超伝導コイル１１，１１に定格電流を流す第２モードと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に直列接続されて、前記直流電源とともに第１閉回路をなす超伝導コイルと、
ヒータ、及び前記ヒータの付近に配置される超伝導線を有し、前記超伝導線が前記超伝導コイルに並列接続される永久電流スイッチと、を備える超伝導回路であって、
前記永久電流スイッチをオン状態からオフ状態に切り替えて、前記直流電源から供給される電流を前記超伝導コイルに流す第１モードと、
前記永久電流スイッチをオフ状態からオン状態に切り替え、さらに、前記超伝導コイル及び前記超伝導線を含む第２閉回路と前記直流電源との電気的接続を維持した状態で、前記超伝導コイルに定格電流を流す第２モードと、を含むこと
を特徴とする超伝導回路。
【請求項２】
前記第２モードにおいて、前記永久電流スイッチの前記超伝導線に流れる電流は、前記超伝導コイルに流れる電流の１／１０以下であること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導回路。
【請求項３】
前記第２閉回路から前記直流電源側に延びる超伝導性の配線と、前記直流電源に接続される常伝導線と、が常伝導接続されていること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導回路。
【請求項４】
前記第２閉回路は、前記超伝導コイルを含む超伝導性の第１配線と、前記超伝導線を含む超伝導性の第２配線と、が常伝導接続されてなること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導回路。
【請求項５】
前記第２閉回路を構成する超伝導性の配線と、前記直流電源に接続される常伝導線と、が常伝導接続されていること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導回路。
【請求項６】
前記永久電流スイッチに代えて、前記超伝導コイルと略同一の温度環境下で使用される常伝導スイッチを用いること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導回路。
【請求項７】
前記永久電流スイッチの前記超伝導線に直列接続される保護用の限流器を備え、
前記超伝導線及び前記限流器を含む直列接続体が、前記超伝導コイルに並列接続されること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導回路。
【請求項８】
前記永久電流スイッチの前記超伝導線に対して保護用に並列接続されるコンデンサ、抵抗、ダイオード、又はサイリスタを備えること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導回路。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の超伝導回路を備えること
を特徴とする磁場発生装置。
【請求項１０】
前記磁場発生装置は、磁気共鳴イメージング装置であること
を特徴とする請求項９に記載の磁場発生装置。
【請求項１１】
前記磁場発生装置は、核磁気共鳴装置であること
を特徴とする請求項９に記載の磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導回路、及びこれを備える磁場発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超伝導回路の駆動方法として、主に２つの方法が知られている。
第１の方法は、超伝導コイル及び永久電流スイッチを含む閉回路に所定の永久電流を流した状態で、前記した閉回路を外部の直流電源から物理的に切り離す方法である。この第１の方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。すなわち、特許文献１には、「基本構成回路１０Ａは、超伝導マグネット１とスイッチ４とで構成される閉回路３０上に、閉回路３０の電流ループを切るための主回路スイッチ５を」備える構成について記載されている。
【０００３】
第２の方法は、前記した永久電流スイッチを省略し、電流が非常に安定した直流電源から超伝導コイルに継続的に直流電流を供給する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０７４０９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている第１の方法には、次のような欠点がある。すなわち、永久電流スイッチに大電流を流すためには、永久電流スイッチが有する超伝導線の断面積を大きくする（つまり、超伝導線を太くする）ことを要する。また、前記した超伝導線をヒータで加熱して常伝導転移させて必要な抵抗を発生させるためには、超伝導線の長さを充分に確保することを要する。その結果、永久電流スイッチの大型化を招き、ひいては、超伝導回路を含む装置の大型化・高コスト化を招くという事情がある。
【０００６】
一方、前記した第２の方法では、直流電源の電流安定度が、超伝導コイルにおける静磁場の安定度に直接影響するため、第１の方法ほどの高い磁場安定性を確保することが困難である。また、直流電源は、通常、外部から供給される交流電力が電源回路によって直流電力に変換されたものであるため、直流電流に所定のリップルが含まれることが多い。したがって、直流電流の時間的な安定性が非常に高い直流電源を得るためのコストが高くなるという事情がある。
【０００７】
そこで、本発明は、安定した静磁場を低コストで生成できる超伝導回路等を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するために、本発明は、永久電流スイッチをオン状態からオフ状態に切り替えて、直流電源から供給される電流を超伝導コイルに流す第１モードと、前記永久電流スイッチをオフ状態からオン状態に切り替え、さらに、前記超伝導コイル及び超伝導線を含む第２閉回路と前記直流電源との接続を維持した状態で、前記超伝導コイルに定格電流を流す第２モードと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、安定した静磁場を低コストで生成できる超伝導回路等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超伝導回路の回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る超伝導回路に関するタイムチャートである。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態に係る超伝導回路の起動モード（第１モード）において、超伝導コイルが励磁されている途中の電流の流れを示す説明図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態に係る超伝導回路の定格運転モード（第２モード）において、超伝導回路の電流の流れを示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る超伝導回路の回路図である。
【図５】本発明の第３実施液体に係る超伝導回路の回路図である。
【図６】本発明の第４実施液体に係る超伝導回路の回路図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の説明図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る核磁気共鳴装置の説明図である。
【図９】本発明の第１の変形例に係る超伝導回路の回路図である。
【図１０】本発明の第２の変形例に係る超伝導回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
≪第１実施形態≫
＜超伝導回路の構成＞
図１は、第１実施形態に係る超伝導回路１０の回路図である。
なお、図１では、超伝導物質を含む配線等を太い実線で図示し、常伝導物質を含む配線等を細い実線で図示している。前記した「超伝導性物質」とは、極低温の超伝導臨界温度以下において電気抵抗が略ゼロになる（つまり、超伝導現象を起こす）物質である。このような超伝導物質として、例えば、ニオブチタン（ＮｂＴｉ）、ニオブスズ（Ｎｂ３Ｓｎ）等の低温超伝導体を用いることができる。その他、超伝導性物質として、二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）、イットリウム（Ｙ）系、ビスマス（Ｂｉ）系等の高温超伝導体を用いてもよい。また、前記した「常伝導物質」とは、例えば、銅であり、超伝導現象を起こさない物質である。
【００１２】
超伝導回路１０は、超伝導コイル用電源１４（直流電源）及び超伝導コイル１１，１１を含む第１閉回路Ｋ１において、所定の永久電流（超伝導現象によって半永久的に流れる電流）を流すことで、超伝導コイル１１，１１に安定した静磁場を発生させる回路である。
【００１３】
図１に示すように、超伝導回路１０は、超伝導コイル１１，１１と、永久電流スイッチ１２と、超伝導導体１３（超伝導性の配線）と、超伝導コイル用電源１４と、を備えている。また、超伝導回路１０は、前記した構成の他に、常伝導導体１５（常伝導線）と、高温超伝導パワーリード１６と、永久電流スイッチヒータ用電源１７と、常伝導スイッチ１８と、を備えている。
【００１４】
超伝導コイル１１，１１は、超伝導物質を含むコイルである。図１に示す例では、２つの超伝導コイル１１，１１が直列接続されている。また、超伝導コイル１１，１１は、超伝導コイル用電源１４に直列接続されて、この超伝導コイル用電源１４とともに第１閉回路Ｋ１（図１に示す環状の一点鎖線）をなしている。
【００１５】
永久電流スイッチ１２は、ヒータ１２ａ、及びこのヒータ１２ａの付近に配置される超伝導線１２ｂを有している。また、図１に示すように、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂは、超伝導コイル１１，１１に並列接続されている。
【００１６】
そして、超伝導線１２ｂをヒータ１２ａで加熱し、超伝導線１２ｂの温度が所定の超伝導臨界温度よりも高くなると、超伝導線１２ｂが超伝導状態から常伝導状態に転移する（つまり、永久電流スイッチ１２がオフ状態になる）。その後、ヒータ１２ａによる加熱を止めて、超伝導臨界温度以下になるまで超伝導線１２ｂを冷却すると、この超伝導線１２ｂが超伝導状態に転移する（つまり、永久電流スイッチ１２がオン状態になる）。
【００１７】
なお、超伝導コイル１１，１１及び超伝導線１２ｂを含む閉回路（図１に示す環状の二点鎖線）を「第２閉回路Ｋ２」という。また、超伝導コイル用電源１４及び超伝導線１２ｂを含む閉回路（図１に示す環状の破線）を「第３閉回路Ｋ３」という。
【００１８】
超伝導導体１３は、超伝導コイル１１，１１等の接続に用いられる超伝導性の配線である。図１に示すように、超伝導コイル１１，１１、及び超伝導線１２ｂが、超伝導導体１３を介して環状に順次接続されることで、第２閉回路Ｋ２が形成されている。そして、この第２閉回路Ｋ２から超伝導コイル用電源１４側に延びる超伝導性の配線１３ａと、超伝導コイル用電源１４に接続される常伝導導体１５と、が常伝導接続されている。具体的には、図１の接続箇所Ｐに示すように、超伝導性の配線１３ａと、常伝導導体１５と、がはんだ付け等によって常伝導接続されている。
【００１９】
超伝導線１２ｂと、超伝導コイル１１，１１と、は図１の接続箇所Ｑに示すように、超伝導導体１３を介して超伝導接続されている。なお、「超伝導接続」とは、圧接やスポット溶接の他、超伝導半田等による超伝導導体同士の接続方法である。
【００２０】
なお、超伝導コイル１１，１１及び永久電流スイッチ１２は、断熱性の筐体であるクライオスタットＦに収容されている。このクライオスタットＦは、内部が略真空になっており、冷凍機或いは液体のヘリウム、窒素、水素、アルゴン等を用いて、その内部に擁する低温部を所定の超伝導臨界温度以下に冷却するようになっている。
【００２１】
超伝導コイル用電源１４は、超伝導コイル１１，１１を励磁するための直流電源である。超伝導コイル用電源１４は、前記したように、超伝導コイル１１，１１に直列接続されて、第１閉回路Ｋ１の一部を構成している。なお、超伝導コイル用電源１４の電源電流は可変である。
【００２２】
常伝導導体１５は、次に説明する高温超伝導パワーリード１６を介した電気的接続を行うための常伝導性の配線であり、第１閉回路Ｋ１の一部を構成している。
【００２３】
高温超伝導パワーリード１６は、断熱性を維持しつつ、自身を介して大電流を流すための接続部材である。高温超伝導パワーリード１６は、クライオスタットＦに設けられた孔（図示せず）に差し込まれた状態で固定されている。このような高温超伝導パワーリード１６の構成材料として、例えば、二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）や、イットリウム（Ｙ）系、ビスマス（Ｂｉ）系等の高温超伝導体を用いることができる。
【００２４】
永久電流スイッチヒータ用電源１７は、永久電流スイッチ１２のヒータ１２ａに電力を供給するための直流電源である。
常伝導スイッチ１８は、ヒータ１２ａに電力を供給するか否かを切り替えるスイッチである。図１に示すように、永久電流スイッチヒータ用電源１７、常伝導スイッチ１８、及びヒータ１２ａは、環状に順次接続されている。
【００２５】
＜超伝導回路の駆動方法＞
図２は、超伝導回路１０に関するタイムチャートである（適宜、図１を参照）。
図２の上から順に、常伝導スイッチ１８のＯＮ／ＯＦＦ、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂの温度、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに流れる電流、超伝導コイル１１，１１に流れる電流、及び、電源電流（超伝導コイル用電源１４の電流）を示している。
【００２６】
（１．初期状態、永久電流スイッチ：オン）
図２に示す時刻ｔ０〜ｔ１の初期状態では、常伝導スイッチ１８がＯＦＦ状態であり、また、電源電流は略ゼロである。永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂの温度は、所定の超伝導臨界温度Ｔｃ以下の設定温度Ｔｂになっており、図示はしないが、永久電流スイッチ１２は「オン状態」になっている。しかしながら、前記したように、超伝導コイル用電源１４からは電源電流が供給されていないため、超伝導コイル１１，１１や永久電流スイッチ１２には電流がほとんど流れていない。
【００２７】
なお、図２では図示を省略しているが、超伝導コイル１１，１１の温度は、初期状態であるか否かに関わらず、ほぼ常に超伝導臨界温度以下（つまり、超伝導状態）になっている。
【００２８】
（２．永久電流スイッチ：オフ）
超伝導コイル用電源１４からの電流を変化（増加又は減少）させる際には、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂを超伝導状態から常伝導状態に転移させる。具体的には、操作者（又は、図示しない制御装置）が、常伝導スイッチ１８をオンに切り替える。
【００２９】
なお、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂのインダクタンスは、超伝導コイル１１，１１のインダクタンスに比べて非常に小さい。したがって、仮に永久電流スイッチ１２がオン状態のままで、超伝導コイル用電源１４の電流を変化させると、この電流が超伝導コイル１１，１１には流れず、そのほとんどが永久電流スイッチ１２に流れる。したがって、超伝導コイル用電源１４から超伝導コイル１１，１１への電流を変化させる際には、永久電流スイッチ１２を常伝導状態に転移させる（オフ状態にする）ようにしている。このように、永久電流スイッチ１２をオン状態からオフ状態に切り替えて、超伝導コイル用電源１４から供給される電流を超伝導コイル１１，１１に流すモードを「起動モード（第１モード）」という。
なお、起動モードへの移行には、熱的な性質によって決まる遷移のために所定の時間を要する。また、ここでは便宜的に「起動モード」と呼ぶが、超伝導コイル１１，１１に通電する電流を変更、或いはゼロにして通電を終了する場合にも、この「起動モード」にしてから超伝導コイル用電源１４の電流値を変更するようにしている。
【００３０】
常伝導スイッチ１８がオンに切り替えられてヒータ１２ａに電流が流れると、ヒータ１２ａ付近に配置された超伝導線１２ｂが加熱される。そして、超伝導線１２ｂの温度が超伝導臨界温度Ｔｃを超えると（時刻ｔ２を参照）、超伝導線１２ｂが常伝導状態に転移する。つまり、永久電流スイッチ１２がオフ状態に切り替わる。一方、超伝導コイル１１，１１は、前記したように、超伝導臨界温度Ｔｃ以下の超伝導状態で維持されている。
【００３１】
（３．超伝導コイルの励磁）
その後、時刻ｔ３〜ｔ４において超伝導コイル用電源１４の電流（電源電流）は、操作者等の操作によって、ゼロから所定の定格電流Ｉ１まで徐々に上昇される。インダクタンスに起因する時間遅れはあるものの、時刻ｔ３〜ｔ５において、超伝導コイル１１，１１に流れる電流も徐々に増加し、所定の定格電流Ｉ１に達する。
【００３２】
なお、時刻ｔ３〜ｔ４にかけて、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂには、電源電流と、超伝導コイル１１，１１に流れる電流と、の差分に相当する微少な電流Ｉ２が流れている。
【００３３】
図３Ａは、起動モード（第１モード）において、超伝導コイル１１，１１が励磁されている途中（図２の時刻ｔ３〜ｔ４）の電流の流れを示す説明図である。
図３Ａの一点鎖線の矢印で示すように、超伝導コイル用電源１４及び超伝導コイル１１，１１を含む第１閉回路Ｋ１に所定の電流が流れ、この電流が徐々に大きくなる（図２の「電源電流」等を参照）。また、図３Ａの破線矢印に示すように、超伝導コイル用電源１４及び超伝導線１２ｂを含む第２閉回路Ｋ２を介して、電流値Ｉ２（図２の時刻ｔ３〜ｔ４）の微少な電流が流れる。
【００３４】
（４．永久電流スイッチ：オン）
超伝導コイル１１，１１に定格電流Ｉ１の電流が流れ始めてからしばらく経って、超伝導コイル１１，１１の磁場が安定した後、図２の時刻ｔ６において、常伝導スイッチ１８がオフに切り替えられ、ヒータ１２ａに電流が流れなくなる。その結果、超伝導線１２ｂの温度は、液体ヘリウム等による冷却によって、超伝導臨界温度Ｔｃよりも低い所定の設定温度Ｔｂまで低下する。その結果、超伝導線１２ｂが、常伝導状態から超伝導状態に転移する。すなわち、永久電流スイッチ１２がオフ状態からオン状態に切り替わる（図２のの時刻ｔ７）。
【００３５】
図３Ｂは、定格運転モード（第２モード）において、超伝導回路１０の電流の流れを示す説明図である。なお、図３Ｂでは、電源電流が変動せずに（図２の時刻ｔ６〜ｔ８）、定格電流Ｉ１の電源電流が超伝導コイル１１，１１に供給されている状態を示している。
【００３６】
図２の時刻ｔ６以後に示すように、永久電流スイッチ１２をオン状態に切り替えても、超伝導線１２ｂにはほとんど電流が流れない。この超伝導線１２ｂに比べてインダクタンスが非常に大きい超伝導コイル１１，１１には既に定格電流Ｉ１が流れ、安定した静磁場が生成されているからである。磁束保存の法則より、この静磁場を保つように、超伝導コイル用電源１４からの電源電流がそのまま超伝導コイル１１，１１に流れ続ける。
【００３７】
このように、永久電流スイッチ１２をオフ状態からオン状態に切り替え、さらに、第２閉回路Ｋ２と超伝導コイル用電源１４との電気的接続を維持した状態で、超伝導コイル１１，１１に定格電流Ｉ１を流すモードを「定格運転モード（第２モード）」という。この定格運転モードにおいて永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに流れる電流は、通常、超伝導コイル１１，１１に流れる電流の１／１０以下である。
【００３８】
ちなみに、超伝導コイル用電源１４の電源電流にリップルが含まれていることもある。例えば、図２の時刻ｔ８〜ｔ９に示すように、定格電流Ｉ１よりも一時的に電源電流が大きくなることがある。このように電源電流が一時的に変化しても、前記した磁束保存の法則により、超伝導コイル１１，１１には一定の定格電流Ｉ１の電流が流れ続ける。そして、電源電流と超伝導コイル１１，１１に流れる定格電流Ｉ１との間の差分に相当する正の電流が、第３閉回路Ｋ３を介して超伝導線１２ｂに流れる。
【００３９】
一方、図２の時刻ｔ９〜ｔ１０に示すように、定格電流Ｉ１よりも一時的に電源電流が小さくなることもある。このような場合には、電源電流と超伝導コイル１１，１１に流れる定格電流Ｉ１との差分に相当する負の電流が、第３閉回路Ｋ３を介して超伝導線１２ｂに流れる。このように、前記した差分に相当するリップル電流が、永久電流スイッチ１２を介して超伝導コイル用電源１４に帰還する。その一方で、超伝導コイル１１，１１では、電源電流のリップルの有無に関わらず一定の定格電流Ｉ１が流れ続けるため、安定した磁場が維持される。
【００４０】
＜効果＞
第１実施形態によれば、超伝導コイル用電源１４と超伝導コイル１１，１１との電気的接続を維持した状態で、永久電流スイッチ１２がオンに切り替えられる。これによって、永久電流スイッチ１２には定格電流Ｉ１に対する変動分の微少な電流（いわゆるリップル電流）が流れ、大電流が流れることはほとんどない。つまり、第１実施形態では、背景技術で説明した第１の方法（永久電流スイッチを用いる方法）と、第２の方法（永久電流スイッチを用いずに電源駆動する方法）と、の間の中間的な方法を採っている。これによって、超伝導コイル１１，１１に一定の定格電流Ｉ１を流して安定的な磁場を維持しつつ、定格電流Ｉ１に対する変動分だけを永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに逃がすことができる。
【００４１】
また、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに流れる電流は微少であるから、その断面積が小さくて済み、ヒータ１２ａによる加熱を考慮した超伝導線１２ｂの長さも比較的短くて済む。したがって、永久電流スイッチ１２の小型化・小電流容量化を図ることができる。これによって、永久電流スイッチ１２に要するコストを削減し、ひいては、超伝導回路１０に要するコストを削減できる。さらに、永久電流スイッチ１２の熱容量を小さくできるため、永久電流スイッチ１２のオン／オフの切替えに要する時間を短縮できる。
【００４２】
また、前記したように、電源電流にリップルが含まれていても、リップル分に相当する電流が永久電流スイッチ１２を介して超伝導コイル用電源１４に還流する。したがって、リップルが非常に小さい高性能な直流電源を用いる必要がないため、超伝導回路１０に要するコストを大幅に削減できる。
さらに、永久電流スイッチ１２の小型化・小電流容量化を図ることで、オフ時のヒータ入熱を減らすことができ、ひいては、超伝導コイル１１，１１の冷却に要するコストを低減できる。
【００４３】
≪第２実施形態≫
第２実施形態は、第２閉回路Ｋ２（図４参照）と常伝導導体１５とが常伝導接続される点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他（超伝導回路１０Ａの駆動方法や電流の流れ方等）については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００４４】
図４は、第２実施形態に係る超伝導回路１０Ａの回路図である。
図４に示す例では、第２閉回路Ｋ２を構成する超伝導導体１３（超伝導性の配線）と、超伝導コイル用電源１４（直流電源）に接続される常伝導導体１５（常伝導線）と、が常伝導接続されている。より詳しく説明すると、超伝導コイル１１と超伝導線１２ｂとの間の接続箇所Ｐにおいて、超伝導導体１３と常伝導導体１５とが常伝導接続（はんだ付け等）されている。このような構成でも、第１実施形態と同様の作用・効果が奏される。
【００４５】
＜効果＞
第２実施形態によれば、接続箇所Ｑにおける超伝導接続を、いわゆる２線接続（超伝導コイル１１側の配線と、超伝導線１２ｂ側の配線と、の２線間の超伝導接続）にすることができる。したがって、いわゆる３線接続で超伝導接続を行う第１実施形態（図１の接続箇所Ｑを参照）に比べて、超伝導接続の接続作業が行いやすく、低コスト化を図ることができる。
【００４６】
≪第３実施形態≫
第３実施形態は、超伝導コイル１１，１１を含む超伝導性の第１配線１３ｃ（図５参照）と、超伝導線１２ｂを含む超伝導性の第２配線１３ｄ（図５参照）と、が常伝導接続される点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他（超伝導回路１０Ｂの駆動方法や電流の流れ方等）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００４７】
図５は、第３実施形態に係る超伝導回路１０Ｂの回路図である。
図５に示す第２閉回路Ｋ２は、前記したように、超伝導コイル１１，１１、及び、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂを含む閉回路である。図５に示すように、超伝導コイル１１，１１を含む超伝導性の第１配線１３ｃと、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂを含む超伝導性の第２配線１３ｄと、が常伝導接続されることで、第２閉回路Ｋ２が形成されている。
【００４８】
＜効果＞
第３実施形態によれば、超伝導線１２ｂの両端が常伝導接続されていることで、電流のリップル成分に関して、常伝導接続の抵抗値で決まる時定数に応じた減衰効果が得られる。つまり、常伝導接続された接続箇所Ｐ１，Ｐ１が一種のローパスフィルタとして機能する。これによって、超伝導コイル１１，１１に流れる電流を安定させ、ひいては、超伝導コイル１１，１１における静磁場の安定化を図ることができる。
【００４９】
≪第４実施形態≫
第４実施形態に係る超伝導回路１０Ｃ（図６参照）は、第３実施形態で説明した永久電流スイッチ１２（図５参照）を常伝導スイッチ１９（図６参照）に置き換えた構成になっている。なお、その他（超伝導回路１０Ｃの駆動方法や電流の流れ方等）については、第３実施形態と同様である。したがって、第３実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００５０】
図６は、第４実施形態に係る超伝導回路１０Ｃの回路図である。
図６に示すように、超伝導コイル１１，１１を含む超伝導性の第１配線１３ｃと、常伝導スイッチ１９が設けられた常伝導性の配線１３ｅと、が接続箇所Ｐ１において常伝導接続されることで、第２閉回路Ｋ２が形成されている。なお、常伝導スイッチ１９は、機械式のスイッチであってもよいし、また、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子であってもよい。常伝導スイッチ１９のオン／オフのタイミングは、第１実施形態等で説明した永久電流スイッチ１２（図１参照）のオン／オフのタイミングと同様である。
【００５１】
なお、常伝導スイッチ１９は、クライオスタットＦに収納され、超伝導コイル１１，１１と略同一の温度環境下（極低温環境下）で使用される。これによって、常伝導スイッチ１９のオン抵抗を通常よりも低くすることができる。したがって、電源電流に含まれるリップルを、第３閉回路Ｋ３を介して、超伝導コイル用電源１４に適切に還流させることができる。
【００５２】
＜効果＞
第４実施形態によれば、永久電流スイッチ１２（図５参照）に代えて常伝導スイッチ１９を用いることで、オン／オフの切替えの高速化を図ることができる。また、永久電流スイッチ１２（図５参照）を用いる場合に比べて、低コスト化を図ることができる。
【００５３】
≪第５実施形態≫
第５実施形態では、第１実施形態で説明した超伝導回路１０を備える磁気共鳴イメージング装置２０（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ、図７参照）について説明する。
【００５４】
図７は、第５実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置２０の説明図である。
図７に示すオープン型の磁気共鳴イメージング装置２０（磁場発生装置）は、核磁気共鳴現象を利用して、生体内部の状態を画像化する装置である。
【００５５】
図７に示すように、磁気共鳴イメージング装置２０は、一方の超伝導コイル１１（図１参照）を収納する上側真空容器２１と、他方の超伝導コイル１１（図１参照）を収納する下側真空容器２２と、を備えている。また、磁気共鳴イメージング装置２０は、前記した構成の他に、上側真空容器２１の下面に設置される上側遮音容器２３と、下側真空容器２２の上面に設置される下側遮音容器２４と、被検者Ｍが体を横たえる寝台２５と、この寝台２５を搬送する搬送機２６と、を備えている。
なお、図７では図示を省略したが、上側真空容器２１と下側真空容器２２との間には、鉛直方向に延びる中空の支持柱が一本あるいは複数本設けられている。また、図７に示す磁気共鳴イメージング装置２０の構成は一例であり、これに限定されるものではない。
【００５６】
＜効果＞
第５実施形態によれば、前記した超伝導回路１０（図１参照）を磁気共鳴イメージング装置２０に搭載することで、被検者Ｍの生体内部の状態を鮮明な画像として表示できる。
【００５７】
≪第６実施形態≫
第６実施形態では、第１実施形態で説明した超伝導回路１０を備える核磁気共鳴装置３０（Nuclear Magnetic Resonance：ＮＭＲ、図８参照）について説明する。
【００５８】
図８は、第６実施形態に係る核磁気共鳴装置３０の説明図である。
核磁気共鳴装置３０（磁場発生装置）は、核磁気共鳴によるスペクトルに基づいて、物質を構成する原子の結合状態等を観測する装置である。
図８示す核磁気共鳴装置３０は、第１実施形態で説明した超伝導回路１０（図１参照）が収納する筐体３１の他に、プローブ３２と、ストロークメータ３３と、コンピュータ３４と、を備えている。外形円柱状を呈する筐体３１の中心軸線上には、検体を入れるサンプル管（図示せず）が設置され、このサンプル管を取り囲むように超伝導コイル１１（図１参照）が配置されている。
【００５９】
そして、サンプル管（図示せず）に入っている検体からの核磁気共鳴信号がプローブ３２によって検出され、この核磁気共鳴信号がストロークメータ３３によって解析されるようになっている。なお、コンピュータ３４は、筐体３１内の超伝導回路１０（図１参照）を制御したり、ストロークメータ３３を制御したりする機能を有している。
【００６０】
＜効果＞
第６実施形態によれば、前記した超伝導回路１０（図１参照）を核磁気共鳴装置３０に搭載することで、物質を構成する原子の結合状態等を精密に観測できる。
【００６１】
≪変形例≫
以上、本発明に係る超伝導回路１０等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
【００６２】
図９は、第１の変形例に係る超伝導回路１０Ｄの回路図である。
図９に示すように、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに直列接続される保護用の限流器Ｇを設けてもよい。この限流器Ｇは、超伝導導体を使用したものであってもよく、また、自身を流れる電流が所定値以上になった場合に抵抗値が高くなる特性を有している。そして、超伝導線１２ｂ及び限流器Ｇを含む直列接続体が、超伝導コイル１１，１１に並列接続されている。これによって、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに過電流が流れることを確実に防止できる。
【００６３】
図１０は、第２の変形例に係る超伝導回路１０Ｅの回路図である。
図１０に示すように、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに対して保護用に並列接続されるコンデンサＨを設けてもよい。これによって、超伝導コイル用電源１４の電流に含まれるリップル（交流成分）を、コンデンサＨを介して超伝導コイル用電源１４に還流させることができる。したがって、電流のリップルに伴う悪影響が超伝導コイル１１，１１及ぶことを防止し、超伝導コイル１１，１１に一定の直流電流を流すことができる。
なお、図１０に示すコンデンサＨに代えて、保護用の抵抗（図示せず）を設けてもよい。つまり、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに抵抗を並列接続してもよい。これによって、例えば、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂで断線等が生じても、リップル分の電流が抵抗を介して超伝導コイル用電源１４に還流する。
また、図１０に示すコンデンサＨに代えて、超伝導コイル用電源１４の正側にアノードが接続され、負側にカソードが接続される保護用のダイオード（図示せず）を超伝導線１２ｂに並列接続してもよい。また、このダイオードの極性は逆向きであってもよいし、その両方向を並列に同時に接続してもよい。このダイオードの電圧クランプ機能によって、超伝導回路１０を適切に保護できる。
また、図１０に示すコンデンサＨに代えて、超伝導コイル用電源１４の正側にアノードが接続され、負側にカソードが接続される保護用のサイリスタ（図示せず）を超伝導線１２ｂに並列接続してもよい。また、このサイリスタの極性は逆向きであってもよいし、その両方向を並列に同時に接続してもよい。このサイリスタを介して、所定のタイミングで電流の導通・非導通を切り替えることで、超伝導回路１０を適切に保護できる。
なお、前記したコンデンサＨ、抵抗、ダイオード、及びサイリスタを適宜に組み合わせて接続された接続体を、永久電流スイッチ１２の超伝導線１２ｂに並列接続してもよい。
【００６４】
また、第１実施形態では、永久電流スイッチ１２（図１参照）の超伝導線１２ｂに接続される配線が超伝導性である構成について説明したが、これに限らない。第２閉回路Ｋ２における時定数を所望の値以上にすることが可能であれば（つまり、第２閉回路Ｋ２の抵抗値を小さくすることが可能であれば）、超伝導線１２ｂに接続される配線の一部又は全部を常伝導導体にしてもよい。なお、第２〜第４実施形態についても同様のことがいえる。
【００６５】
また、第５実施形態では、オープン型の磁気共鳴イメージング装置２０（図７参照）について説明したが、これに限らない。例えば、トンネル型等の他種類の磁気共鳴イメージング装置にも第５実施形態を適用できる。
【００６６】
また、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第４実施形態で説明した常伝導スイッチ１９（図６参照）を、第１又は第２実施形態に適用することも可能である。
また、第２実施形態の超伝導回路１０Ａ（図４参照）を、第５実施形態の磁気共鳴イメージング装置２０（図７参照）に搭載してもよい。同様に、第３又は第４実施形態と、第５実施形態と、を組み合わせることもできる。
【００６７】
また、例えば、第２実施形態の超伝導回路１０Ａ（図４参照）を、第６実施形態の核磁気共鳴装置３０（図８参照）に搭載してもよい。同様に、第３又は第４実施形態と、第６実施形態と、を組み合わせることもできる。
【００６８】
また、超伝導回路１０等が搭載される「磁場発生装置」として、第５実施形態では磁気共鳴イメージング装置２０（図７参照）について説明し、また、第６実施形態では核磁気共鳴装置３０（図８参照）について説明したが、これに限らない。例えば、単結晶引上げ装置等、他の「磁場発生装置」にも、第１〜第４実施形態の超伝導回路１０等を適用できる。
【００６９】
また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【００７０】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  超伝導回路
１１    超伝導コイル
１２    永久電流スイッチ
１２ａ  ヒータ
１２ｂ  超伝導線
１３    超伝導導体（超伝導性の配線）
１３ａ  配線（超伝導性の配線）
１３ｃ  第１配線
１３ｄ  第２配線
１３ｅ  配線
１４    超伝導コイル用電源（直流電源）
１５    常伝導導体（常伝導線）
１６    高温超伝導パワーリード
１７    永久電流スイッチヒータ用電源
１８，１９  常伝導スイッチ
２０    磁気共鳴イメージング装置
３０    核磁気共鳴装置
Ｆ      クライオスタット
Ｇ      限流器
Ｈ      コンデンサ
Ｋ１    第１閉回路
Ｋ２    第２閉回路
Ｋ３    第３閉回路
【図１】
2018164028.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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