(57)【要約】【課題】  速やかに減磁する手段を備えた超電導素子で構成された超電導磁石装置を提供すること、およびその超電導磁石装置を備えたＭＲＩ装置を提供することである。【解決手段】  超電導コイル（３）および永久電流スイッチ（４）が接続されて構成された回路と、前記回路に並列接続された励磁電流源（２）と、前記永久電流スイッチ（４）を加熱するヒーター回路（８）と、を備え、前記永久電流スイッチ（４）は少なくとも一部に、複数の電流経路（７ａ、７ｂ）が並列接続に接続されて構成された部分を有し、前記複数の電流経路は、それぞれコイル形状部（１３ａ、１３ｂ）を有し、前記それぞれのコイル形状部（１３ａ、１３ｂ）は、同心上に配置され、かつ通電される電流の方向が異なることを特徴とする。【選択図】図２
2018086037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルおよび永久電流スイッチが接続されて構成された回路と、
前記回路に並列接続された励磁電流源と、
前記永久電流スイッチを加熱するヒーター回路と、
を備えた超電導磁石装置において、
前記永久電流スイッチは少なくとも一部に、複数の電流経路が並列接続に接続されて構成された部分を有し、
前記複数の電流経路は、それぞれコイル形状部を有し、
前記それぞれのコイル形状部は、同心上に配置され、かつ通電される電流の方向が異なる
ことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導磁石装置であって、
前記ヒーター回路は、前記ヒーター回路の電源電力を前記複数の電流経路のうちの一つに集中させて選択的に加熱する
ことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超電導磁石装置であって、
それぞれの前記コイル形状部は異なる内径の大きさを有する
ことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載の超電導磁石装置を備えた
ことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁石装置、およびそれを備えた磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ装置という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、均一な静磁場が形成された撮像空間に被検体を設置し、この被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体の物理的・化学的性質をあらわした画像を得るための装置である。現在主流のＭＲＩ装置は、超電導磁石装置によって静磁場を形成している。
【０００３】
超電導磁石装置の電気回路は、例えば、超電導コイルと、超電導コイルに電流を供給する励磁電流源と、永久電流運転するための閉回路を形成する永久電流スイッチを備えている。超電導コイルと永久電流スイッチは、超電導性を維持するために必要な冷却能力を有するクライオスタット内に備えられている。
【０００４】
超電導磁石装置を永久電流運転状態にするには、まず、永久電流スイッチをオフ（常伝導状態）にした状態で、励磁電流源から超電導コイルに電流を供給していく。超電導コイルの電流値が所望の値に到達した後、永久電流スイッチをオン（超電導状態）にして、励磁電流源の供給電流を減少させていき、ゼロにする。すると超電導コイルおよび永久電流スイッチからなる閉回路には、電流が実際上減衰することなく流れ続けることとなる。すなわち、超電導磁石装置は、外部から電流供給なしで磁場を保持し続ける永久電流運転状態となる。
【０００５】
強力な磁場発生源の近くに磁性体を持ち込むと、強力な磁力で磁性体が磁場発生源に吸引される。このような事態を避けるために、ＭＲＩ撮像室内への磁性体の持込みは禁止されている。しかし、万が一の場合に備え、超電導磁石装置を緊急に減磁できるようにしておく必要がある。
【０００６】
緊急減磁するためには、永久電流運転している閉回路の一部を常伝導化させ、抵抗を発生させて電流を減衰させればよい。超電導コイルのインダクタンスをＬ、回路の抵抗値をＲ、電流をＩ、電流の時間微分をｄＩ／ｄｔとすると、電流は次の微分方程式に従い減衰する。
【０００７】
【数１】
2018086037.tif 000003
【０００８】
上式から、回路に発生する抵抗Ｒが大きいほど、電流の減衰速度ｄＩ／ｄｔは大きくなり、速やかな減磁が実現できる。
【０００９】
ニオブチタン（ＮｂＴｉ）に代表される低温超電導線材を用いた低温超電導磁石は、一般に、ヒーターで超電導コイルを加熱して常伝導転移させることで緊急減磁する。一部が常伝導転移すると、その部分のジュール熱により周囲も常伝導化して抵抗領域が拡大していくため、速やかに電流が減衰する。
【００１０】
超電導コイルではなく、永久電流スイッチをヒーターで加熱して常伝導転移させる緊急減磁方法もある。永久電流スイッチは、オフ状態とオン状態の抵抗差を大きくするために、超電導コイルより抵抗率の大きい常伝導材料が線材の安定化材として使用されている。そのため、超電導コイルよりも永久電流スイッチをヒーター加熱した方が効率よく抵抗が発生できる。
【００１１】
比較的超電導転移温度が高い二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）線材や酸化物超電導線材を用いた高温超電導磁石においても、回路の一部を低温超電導素子で構成し、この素子を減磁に利用する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１４７３７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１のように、高温超電導磁石装置の回路の一部を低温超電導素子で構成すると、高温超電導素子の動作温度よりも低い温度領域を確保しなければ動作しなくなる。従って、高温超電導素子のみで回路を構成した場合と比較して、冷却構造が複雑化する上、冷却能力のより大きな冷凍機が必要となる。そのため、高温超電導磁石装置は、全て高温超電導素子で構成することが望ましい。
【００１４】
一般に高温となるほど物質の比熱は大きくなる。例えば、低温超電導磁石の運転温度を４Ｋ、高温超電導磁石の運転温度を２０Ｋと想定すると、線材の安定化材として使用される銅の比熱は、それぞれの温度環境下において約７０倍の違いを生ずるになる。従って、同じ出力条件のヒーターで加熱した場合、１Ｋの温度上昇に要する時間が最大で７０倍となる。また、高温超電導磁石は超電導転移温度が高いがゆえに、永久電流回路の一部をヒーターで強制的に常伝導転移させても、ジュール熱による抵抗領域の拡大が遅いため、電流の減衰も遅くなる。
【００１５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、速やかに減磁する手段を備えた超電導素子で構成された超電導磁石装置を提供すること、およびその超電導磁石装置を備えたＭＲＩ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するにあたって本発明は様々な実施形態を有するが、その一例として、本発明を適用した超電導磁石装置は「超電導コイルおよび永久電流スイッチが接続されて構成された回路と、前記回路に並列接続された励磁電流源と、前記永久電流スイッチを加熱するヒーター回路と、を備え、前記永久電流スイッチは少なくとも一部に、複数の電流経路が並列接続に接続されて構成された部分を有し、前記複数の電流経路は、それぞれコイル形状部を有し、前記それぞれのコイル形状部は、同心上に配置され、かつ通電される電流の方向が異なること」を特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、速やかに減磁する手段を備えた超電導素子で構成された超電導磁石装置を提供すること、およびその超電導磁石装置を備えたＭＲＩ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＭＲＩ装置の一例を示す図である。
【図２】実施例１における超電導磁石の電気回路図である。
【図３】実施例１における永久電流スイッチ内の電流経路の模式図である。
【図４】電流経路の模式図である。
【図５】従来例の電気回路図である。
【図６】図５とは異なる従来例の電気回路図である。
【図７】実施例２における超電導磁石の回路図である。
【図８】実施例２における永久電流スイッチ内の電流経路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以降で、本発明を実施するための形態を、各図を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、磁気共鳴撮像装置の一例を示す図である。図１（ａ）は、磁気共鳴撮像装置の斜視図、図１（ｂ）は、超電導磁石装置を示す断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、磁気共鳴撮像装置１０１は、撮像領域１０９に均一な磁場を生成する超電導磁石装置１と、撮像対象（例えば被検者）を撮像領域１０９に支持する寝台１８０と、超電導磁石装置１や寝台１８０等の稼働を制御する制御部１７０とを備えている。図１に示す超電導磁石装置１は、いわゆる、垂直磁場方式、開放型の装置である。
【００２２】
これら磁気共鳴撮像装置１０１を構成する機器のうち、超電導磁石装置１の詳細は後述するものとし、他の機器、具体的には制御部１７０や寝台１８０について説明する。
【００２３】
制御部１７０は、表示部１７１と、操作部１７２とを備えている。制御部１７０は、信号線を介して超電導磁石装置１や寝台１８０と接続されている。表示部１７１は、操作情報や、撮像されたＭＲＩ画像等を表示する装置である。操作部１７２は、磁気共鳴撮像装置１の起動、運転、停止等を操作するために備えられており、キー、ロータリスイッチなどによってオペレータによる操作を受け付ける。
【００２４】
寝台１８０は、駆動部１８１と、天板１８２とを備えている。駆動部１８１は、天板１８２の水平方向の移動を駆動する装置である。天板１８２は、磁気共鳴撮像装置１０１により被検部を撮像される被検者が横たわる場所である。撮像領域１０９においてＭＲＩ画像を撮像された被検者は、駆動部１８１が天板１８２を所定距離移動させた後、次の断層のＭＲＩ画像を撮像される。このような動作を繰り返すことによって、連続した断面を三次元的に表すＭＲＩ画像が得られる。
【００２５】
制御部１７０は、操作部１７２が超電導磁石装置１の起動の操作を受けると、超電導磁石装置１を駆動し、撮像領域１０９に均一な磁場を生成させる。また、制御部１７０は、操作部１７２が寝台１８０の駆動の操作を受けると、寝台１８０を移動させて、寝台１８０に横たわる被検者を撮像領域１０９に進入させ、所定の被検部が撮像領域１０９に位置するように水平移動させることができる。そして、撮像を終えると、寝台１０８を移動させて、寝台１０８に横たわる被検者を撮像領域１０９から退出させる。
【００２６】
次に磁気共鳴画像装置１０１の主要機器である超電導磁石装置１について詳細に説明する。
【００２７】
本実施例の超電導磁石装置１は、大きく二つの部分から構成され、これらは上下に対向して配置されている。それぞれの部分に対応する部材は、円盤状の磁極１０４Ｕおよび磁極１０４Ｌ、トーラス状のコイル格納容器１０５Ｕおよびコイル格納容器１０５Ｌであり、符号の「Ｕ」「Ｌ」は上下の意味を示している。また、以降において特に上下の区別なく、磁極やコイル格納容器について説明する場合は、ＵとＬの表記を省略する。
【００２８】
磁極１０４やコイル格納容器１０５の配置や支持構造は、例えば以下の態様が採用される。コイル格納容器１０５Ｕおよびコイル格納容器１０５Ｌは、磁極１０４Ｕおよび磁極１０４Ｌよりも撮像領域１０９の近傍となるように設置し、磁極１０４Ｕおよび磁極１０４Ｌからそれぞれ支持する。また磁極１０４Ｕおよび磁極１０５Ｌは、ヨーク１０３の上下から水平方向に張り出している張出部によって支持される。したがって、この支持構造を水平方向から見ると、Ｃ字形状のヨーク１０３の両端部に磁極１０４、コイル格納容器１０５が取り付けられたようなものとなる。なおコイル格納容器１０５はヨーク１０３から支持するように構成してもよい。また、磁極１０４の撮像空間１０９に面した側には、磁場の調整を行うための部材（シム部材）や傾斜磁場を形成するコイル等が配置されているが、図１では省略している。
【００２９】
磁極１０４やコイル格納容器１０５の材質や構造は、例えば以下のような例が採用できる。磁極１０４はそれぞれ鉄製とし、例えば、一般構造用圧延鋼材等に代表される透磁率が高い鋼材によって形成される。また磁極１０４は、図１（ｂ）に示すように、コイル格納容器１０５を撮像領域９の方向から嵌めこむことのできるような形状を有していてもよい。コイル格納容器１０５の内部では、図１（ｂ）に示すように、超電導線１２４が略円環状の巻枠（ボビン）１４０に捲回されている。このようにして超電導コイルが形成され、それぞれのコイル格納容器１０５の内部に格納されている。また、通常、コイル格納容器１０５は、内部が真空引きされて真空容器として機能するようになっている。
【００３０】
コイル格納容器１０５Ｕとコイル格納容器１０５Ｌとの間に存在する空間は、ＭＲＩ画像が撮像される撮像領域１０９となる。ＭＲＩ画像を撮影する際には、超電導コイルが撮像領域１０９の中心を通過する中心軸１１０に沿って均一な静磁場を生成し、不図示の照射コイル等から高周波パルスが照射される。
【００３１】
次に、図２および図３を用いて、実施例１における超電導磁石装置１の構成について、機械的な構造、配置関係に加えて、電気回路の観点から捉えた場合も交えて説明する。
【００３２】
図２は、超電導磁石装置１の電気回路図である。超電導磁石装置１の電気回路の基本構成は、励磁電流源２に対して、超電導コイル３、永久電流スイッチ４および保護抵抗５が並列接続されたものである。なお、ここでいう超電導コイル３とは、図１（ｂ）に示した、超電導線１２４によって形成されたものである。超電導コイル３および永久電流スイッチ４は、クライオスタット１２の内部に設置されており、冷凍機を用いた伝導冷却または液体ヘリウム浸漬冷却などによって冷却されている（冷却機構は図示していない）。なお超電導コイル３は、一つまたは直列に接続された複数個の超電導コイルをまとめてあらわしているものであって、超電導コイル３の設置数は一つに限られない。また、コイル格納容器１０５は、クライオスタット１２の一部に相当する。
【００３３】
本実施例の永久電流スイッチ４は、特徴として、並列接続された電流経路７ａ、７ｂを有し、これらの電流経路７ａ、７ｂがコイル形状をなし、それぞれのコイル形状の部分（コイル形状部）が同心円的に配置されるものとなっている。この配置関係によって得られる利点は後述するものとし、以降では、まず永久電流スイッチ４の全体構成、そして超電導磁石装置１の運転手順について説明する。
【００３４】
本実施例の永久電流スイッチ４は温度によってオン・オフが切り替えられるものであって、ヒーター回路８が取り付けられている。ヒーター回路８は、ヒーター電源９に対して、ヒーター抵抗１０ａ、１０ｂが並列接続されたものであり、ヒーター抵抗１０ａを構成するヒーター線は、熱の伝導効率の観点から、コイル状に電流経路７ａと共巻されていることが望ましい。同様の理由により、ヒーター抵抗１０ｂを構成するヒーター線も、コイル状に電流経路７ｂと共巻されていることが望ましい。また、ヒーター回路８は、ヒーター電源９をヒーター回路８から切り離すヒータースイッチ１１ａと、ヒーター抵抗１０ｂをヒーター回路８から切り離すヒータースイッチ１１ｂを有し、加熱のオン・オフをそれぞれ個別に切り替えることができるように構成される。
【００３５】
以上のような永久電流スイッチ４を備えた超電導磁石装置１は、次の運転手順に沿って永久電流運転モードへと遷移する。まず、クライオスタット１２の内部にある超電導コイル３と永久電流スイッチ４を冷却して超電導状態とする。次に、ヒータースイッチ１１ａ、１１ｂをオンにし、ヒーター電源９からヒーター抵抗１０ａ、１０ｂに通電して電流経路７ａ、７ｂを加熱によって常伝導化させる（永久電流スイッチ４をオフにする）。その後、励磁電流源２から電流Ｉ０を供給する。このとき、永久電流スイッチ４がオフになっているため、超電導コイル３に流れる電流Ｉ１は電流Ｉ０に等しくなる。電流Ｉ０が目標値に到達した後に、ヒータースイッチ１１ａ、１１ｂをオフにして、電流経路７ａ、７ｂへの加熱を停止する。電流経路７ａ、７ｂが十分に冷却されて超電導状態になってから（永久電流スイッチ４がオンになってから）、励磁電流源２を操作して電流Ｉ０を減少させていき、最終的に電流Ｉ０をゼロにして励磁電流源スイッチ６をオフにし、励磁電流源２を切り離す。ここまでの動作に関し、本実施例の特徴的な構成である永久電流スイッチ４に流れる電流について、図３を用いてより詳細に説明する。
【００３６】
図３は、電流経路７ａ、７ｂの空間的位置関係を示す模式図である。電流経路７ａは、略中空円筒状のコイル形状部１３ａを有している。同様に、電流経路７ｂも、略中空円筒状のコイル形状部１３ｂを有している。コイル形状部１３ｂは、コイル形状部１３ａの内側に配置されている。そして、コイル形状部１３ａとコイル形状部１３ｂは、互いに逆向きの電流が流れる方向に巻線されている。
【００３７】
ここで図２に示す回路が上述した手順にそって動作するとき、超電導コイル３に流れる電流Ｉ１、永久電流スイッチ４に流れる電流Ｉ２、電流経路７ａに流れる電流Ｉａ、および電流経路７ｂに流れる電流Ｉｂには、（２）式の関係が成立し、超電導コイル３と永久電流スイッチ４とで永久電流回路が形成される。
【００３８】
【数２】
2018086037.tif 000004
【００３９】
この永久電流回路において、励磁電流源２からの電流供給を停止したときの電流Ｉａおよび電流Ｉｂについて検討する。検討にあたって、電流経路７ａの自己インダクタンスをＬａ、電気抵抗をＲａ、電流経路７ｂの自己インダクタンスをＬｂ、電気抵抗をＲｂ、電流経路７ａと電流経路７ｂの相互インダクタンスをＭａｂとおく。なお、ＲａおよびＲｂは、永久電流スイッチ４をオンにしたとしても、超電導コイル３と永久電流スイッチ４の接続抵抗が存在するため厳密にはゼロにならない。しかし、およそ１０のマイナス１２乗Ωと極めて小さいため無視できるものとなる。そしてＬａやＬｂを巻数や内径および外径によって調整して、０．１ｍＨ以上の大きさにしておけば、励磁電流源２からの電流供給を停止したとき、電流Ｉａおよび電流Ｉｂは、（３）式（４）式に示されるように、電流Ｉ１に対して自己インダクタンスと相互インダクタンスで決定される配分を乗じた大きさとなる。
【００４０】
【数３】
2018086037.tif 000005
【００４１】
【数４】
2018086037.tif 000006
【００４２】
以下、簡単のため、実施例１では、
【００４３】
【数５】
2018086037.tif 000007
【００４４】
とする。すると以下の（６）式、（７）式が成立する。
【００４５】
【数６】
2018086037.tif 000008
【００４６】
【数７】
2018086037.tif 000009
【００４７】
従って、電流経路７ａと電流経路７ｂは、材質が同じであれば太さも等しい超電導線によって形成されることが必要となる。
【００４８】
ここで、上述の永久電流開路において無限時間が経過した後には、電流Ｉ１は（３）式と（４）式に示す配分比から
【００４９】
【数８】
2018086037.tif 000010
【００５０】
と抵抗の逆比に再分配される。この再分配状態へ至るために要する時間は、実施例１のＭａｂが、図３に示す配置関係通電方向を有することから負の値となるため、したがって電流Ｉａ、Ｉｂが（３）式および（４）式に示す比から（８）式に示す比に配分されるまでに要する現実的な時間τのオーダーは
【００５１】
【数９】
2018086037.tif 000011
【００５２】
と評価できる。接続抵抗の大きさは、約１０のマイナス１２乗Ωであるため、Ｌ〜１ｍＨならば
【００５３】
【数１０】
2018086037.tif 000012
【００５４】
となり、電流Ｉａ、Ｉｂの変化速度は極めて緩やかなものとなる。すなわち、実施例１では、事実上、（３）式や（４）式であらわされるインダクタンスによって決定された電流比にしたがって電流Ｉａおよび電流Ｉｂが安定的に流れ続け、超電導磁石装置１は永久電流運転を維持することができると理解される。
【００５５】
なお、Ｍａｂが正の値となると、（９）式でＬとＭａｂが打ち消しあうために、分配時間が大幅に減少してしまい、電流Ｉａ、Ｉｂの変化速度が無視できないものとなる。Ｍａｂの符号は負で、絶対値が大きいほど、電流が抵抗の逆比に分配される時間が長くなるため、図３に示す配置関係と通電方向の関係は、電流の安定性を高める上で望ましいものとなっていることが明らかである。また図３の配置は、コイル形状部１３ａとコイル形状部１３ｂの生成する磁場が、永久電流スイッチ４の外部で打ち消しあうため、漏洩磁場を小さくすることができるという利点もある。
【００５６】
なお電流Ｉａ、Ｉｂの変化速度の観点からは図４に示す例も考えられる。図４は、コイル形状部１３ｂとコイル形状部１３ａとを横に並べて配置した場合を示す。このような配置の場合は、Ｍａｂを負にするためには通電方向を同じ向きとすればよい。なお図４に示した配置では、コイル形状部１３ａとコイル形状部１３ｂの生成する磁場が、永久電流スイッチ４の外部で打ち消しあわず、漏洩磁場が大きくなるものの、コイル形状部１３ａとコイル形状部１３ｂとを同心円的に形成する必要がないため、製作効率の面では好ましい。
【００５７】
次に、実施例１の超電導磁石装置１に関し、緊急遮断（消磁）をかけるときの順序について説明する。消磁の際は、まず、ヒータースイッチ１１ａのみをオンにし、ヒータースイッチ１１ｂはオフのまま、ヒーター抵抗１０ａのみに通電する。こうすることで、ヒーター電源９から供給する電力をヒーター抵抗１０ａに集中させることができる。このため、ヒータースイッチ１１ａとヒータースイッチ１１ｂを同時にオンにした状態よりも、電流経路７ａの常伝導化に要する時間を短縮できる。
【００５８】
さらに、（６）の電流が電流経路７ｂに転流することを利用し、電流経路７ｂの常伝導化も高速化することが可能である。具体的には、転流によって電流経路７ｂを流れる電流が臨界電流を超えるようにすることで常伝導化を早めることができる。そのために、電流経路７ｂの超電導線材の断面積は、電流経路７ｂの臨界電流がＩ１以下になるように設計することが望ましい。また、転流に要する時間は事実上無視できるので、永久電流スイッチ４がオフになる時間は、電流経路７ａが常伝導化する時間に等しいと考えてよい。そして、保護抵抗５の大きさを、永久電流スイッチ４がオフになったときの抵抗値より小さくしておけば、永久電流スイッチ４がジュール熱で温度上昇し過ぎることを防ぐこともできる。
【００５９】
実施例１における永久電流スイッチ４に対して、比較例として、図５に永久電流スイッチ４の電流経路が並列されていない従来例の構成を挙げ、消磁に要する時間の違いを示す。比較例のように電流経路７ａが並列化されていない場合、通電させる電流量の関係から、図２の実施例と比較して電流経路７ａは二倍の太さが必要となる。その結果、電流経路７ａの一本あたりの熱容量も、図２の場合と比較してのおおよそ二倍になる。従って、ヒーター抵抗１０ａによる加熱によって電流経路７ａを常伝導化させるために必要な時間は、図５の例では実施例１の２倍時間となる。換言すると、実施例１の構成は、電流経路を並列化することによって熱容量を按分しており、永久電流スイッチ４をオフにするために要する時間を従来構成から半減したものとみなすことができる。
【００６０】
さらに、別の比較例として、図６に、電流経路７ａと７ｂが無誘導巻されていて、自己インダクタンスも相互インダクタンスもない場合を考える。図６の比較例では、はじめから（８）式に示したように、抵抗の逆比で電流が配分されるようになる。永久電流スイッチをオンにした状態では、抵抗ＲａやＲｂのオーダーは約１０のマイナス１２乗Ωと極めて小さいが、数倍程度のばらつきはあるために、電流経路７ａと７ｂの電流比を要求に即して設計することは困難である。すなわち、仮にＲａが１０のマイナス１２乗Ω、Ｒｂが１０のマイナス１３乗Ωとすると、電流経路７ｂには電流経路７ａの１０倍の電流が流れることになる。このような電流のアンバランスが生じても安定な永久電流運転をするためには、電流経路７ｂや電流経路７ａの臨界電流値をＩ１の２倍程度確保することが必要となる。しかし、このような余裕をみて電流経路７ａや電流経路７ｂを設計すると、一方の電流経路のみを集中して加熱して常伝導転移させ、転流して一方の電流経路に電流が集中しても臨界電流を超過させて常伝導化を引き起こすことができない。さらに、電流経路７ａや７ｂは臨界電流値の余裕をみたために断面積が大きくなるので、実施例１と比較して、熱容量が増加し、ヒーター加熱による常伝導化に要する時間も増加することになる。
【００６１】
以上みたように、実施例１では、永久電流スイッチ４が並列接続された電流経路７ａと７ｂで構成され、ヒーター回路８の電力を電流経路７ａに集中させることができるので、永久電流スイッチ４の一部を常伝導化させる時間が従来例よりも短縮される。さらに、電流経路７ａと電流経路７ｂがコイル形状部１３ａおよびコイル形状部１３ｂを持ち、各電流経路が自己インダクタンスを有し、さらに、コイル形状部１３ａの内側にコイル形状部１３ｂが配置され、コイル形状部１３ａとコイル形状部１３ｂに流れる電流の向きが逆向きのため、電流経路７ａと電流経路７ｂが負の磁気結合をしている。これによって、永久電流運転時に電流経路７ａと電流経路７ｂに配分される電流が設計できるので、電流経路７ａと電流経路７ｂの臨界電流値を、超電導コイルに流れる電流値程度に設計できる。すると、電流経路７ａのみを加熱して常伝導化させたとき、電流経路７ａから電流経路７ｂへの転流によって電流経路７ｂを常伝導化させることができる。転流の時間は実際上無視できるので、結局、電流経路７ａをヒーターによって常伝導化させる時間で永久電流スイッチ４をオフにすることができ、超電導磁石装置１を速やかに消磁することができる。特に上述の超電導磁石装置１において、超電導素子を全て高温超電導（例えばＭｇＢ２など）で構成した場合は、超電導線の一本当たりの熱容量は更に高まるため、先に説明した特徴を永久電流スイッチ４が有することによって、速やかな消磁を実現できるだけでなく、超電導線の焼損などを抑制し、機器の健全性を向上する上でも有用である。
【実施例２】
【００６２】
第二の実施例では、永久電流スイッチ４は、三列以上に並列化された電流経路を有する。
【００６３】
図７は、第二の実施例における超電導磁石装置１の電気回路図である。超電導磁石装置１の電気回路は、超電導コイル３、永久電流スイッチ４および保護抵抗５が接続された閉回路に励磁電流源２が並列に接続される。また永久電流スイッチ４は、その特徴的な構成として、一部が互いに並列接続された電流経路７ａ、７ｂ、７ｃを有する。電流経路７ａ、７ｂ、および７ｃは、実施例１と同様にそれぞれコイル形状部を有している。超電導コイル３および永久電流スイッチ４は、クライオスタット１２の内部に設置されており、冷凍機からの伝導冷却または液体ヘリウム浸漬冷却などによって冷却されている（冷却機構は図示していない）。
【００６４】
ヒーター回路８には、ヒーター電源９に、ヒーター抵抗１０ａ、１０ｂ、および１０ｃが並列接続されている。ヒーター抵抗１０ａを構成するヒーター線は、コイル状に電流経路７ａと共巻されている。同様に、ヒーター抵抗１０ｂを構成するヒーター線は、コイル状に電流経路７ｂと、ヒーター抵抗１０ｃを構成するヒーター線は、コイル状に電流経路７ｃと共巻されている。ヒーター回路８には、ヒーター電源９をヒーター回路８から切り離すヒータースイッチ１１ａと、ヒーター抵抗１０ｂおよび１０ｃをヒーター回路８から切り離すヒータースイッチ１１ｂを有している。
【００６５】
図８は、電流経路７ａ、７ｂ、および７ｃの空間的位置関係を示す模式図である。電流経路７ａは、略中空円柱状のコイル形状部１３ａを有している。同様に、電流経路７ｂ、および７ｃも、略中空円柱状のコイル形状部１３ｂおよび１３ｃを有している。コイル形状部１３ｂと１３ｃは、コイル形状部１３ａの内側に配置されている。そして、コイル形状部１３ａとコイル形状部１３ｂおよびコイル形状部１３ｃには、互いに逆向きの電流が流れる方向に巻線されている。コイル形状部１３ｂとコイル形状部１３ｃには、同じ向きの電流が流れる方向に巻線されている。
【００６６】
電流経路を３並列以上にして、すべての磁気結合を負にし、かつ、永久電流スイッチの漏洩磁場を抑制するためには、第二の実施例のように、一つの電流経路のコイル形状部の内側に、その他の電流経路のコイル形状部を配置し、内側に配置したコイル形状部の電流の流れる向きと、外側に配置したコイル形状部に流れる電流の向きを逆向きにすればよい。
【００６７】
第二の実施例における超電導磁石装置の運転手順および緊急減磁手順は、第一の実施例における手順と同様である。第二の実施例では、電流経路の数を増やしたために第一の実施例よりも一つの電流経路の熱容量を減少させることができるので、ヒーター加熱で永久電流スイッチをオフにするのに要する時間がさらに短縮できる。
【００６８】
また永久電流スイッチの電流経路を並列にすることで熱容量が分割され、さらにヒーター回路も一つの電流経路を優先的に加熱できるスイッチを有するために、永久電流スイッチの一部を常伝導化する時間が短縮される。さらに、一つの電流経路の常伝導化によって他の電流経路に大きな電流が転流することになるので、他の電流経路をヒーターによる加熱なしで常伝導化させることができる。また、永久電流スイッチ内の並列されたすべての電流経路は互いに負の磁気結合をする空間配置になっているために、各電流経路には接続抵抗ではなくて自己インダクタンスと相互インダクタンスによって電流が配分されるようになるので、一つの電流経路を常伝導化させたときに他の電流経路に確実に過大きな電流を転流できるようになる。従って、確実に電流の転流で常伝導化を引き起こすことができる。また、永久電流スイッチ全体では磁場を打ち消す電流経路の配置になっているので、永久電流スイッチから外に漏洩する磁場を小さくすることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について具体的な例を挙げて説明したが、本発明の実施形態は上記に挙げた例に限られるものではなく、発明の要旨を越えない範囲において、必要に応じて構成は適宜変更することが可能である。例えば、永久電流スイッチ４の並列化は四列以上にしてもよいし、上述した永久電流スイッチ４はＭＲＩ装置に限らず、超電導加速器やその他の超電導応用機器に適用してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０１  ＭＲＩ装置
１０３  ヨーク
１０４Ｕ、１０４Ｌ  磁極
１０５Ｕ、１０５Ｌ  コイル格納容器
１０９  撮像領域
１２４  超電導線
１７０  制御部
１７１  表示部
１７２  操作部
１８０  寝台
１８１  駆動部
１８２  天板
１  超電導磁石装置
２  励磁電流源
３  超電導コイル
４  永久電流スイッチ
５  保護抵抗
６  励磁電流源スイッチ
７ａ、７ｂ、７ｃ  電流経路
８  ヒーター回路
９  ヒーター電源
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  ヒーター抵抗
１１ａ、１１ｂ  ヒータースイッチ
１２  クライオスタット
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  コイル形状部
【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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