(57)【要約】      （修正有）【課題】超伝導マグネットアセンブリの低温槽からの液体ヘリウムの蒸発速度を低下できるＮＭＲ装置を提供する。【解決手段】ＮＭＲ装置は、真空タンク１０２と冷凍ステージとを備える超伝導マグネットアセンブリ２７と、試料ヘッド部品９、１０を備えるＮＭＲ試料ヘッド１１と、２つの流入口及び２つの流出口を備える対向流熱交換器８と共に断熱ハウジング１内に配置された、動作温度が３５．４Ｋ未満の第２の冷却ステージ４及び動作温度が３５．４Ｋよりも高い第１の冷却ステージ３を有する冷凍機２と、第１の冷却ステージの熱交換器から対向流熱交換器の第１の流入口へと、第２の流出口から第２の冷却ステージの熱交換器へ、冷却試料ヘッド部品へ及び低温槽の真空部分の熱交換器２０２へと案内される冷媒と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空タンク（１０２）と１００Ｋ未満の動作温度で動作され得る冷凍ステージとを有する低温槽を備え、且つ前記低温槽の室温アクセス部（１０３）が係合する低温ボア（１０１）を備える超伝導マグネットコイルシステム（１１１）を備える、超伝導マグネットアセンブリ（２７）と、
動作中にもたらされる１００Ｋ未満の動作温度まで冷却される試料ヘッド部品（９、１０）を備えるＮＭＲ試料ヘッド（１１）と、
動作温度が３５．４Ｋ未満の第２の冷却ステージ（４）と、動作温度が前記第２の冷却ステージ（４）の前記動作温度よりも高い第１の冷却ステージ（３）とを有し、断熱ハウジング（１）内に配置された、少なくとも２段ステージの冷凍機（２）と、
前記断熱ハウジング（１）内でもたらされる２つの対向する冷媒流のための、２つの流入口（８．１ｅ、８．２ｅ）及び２つの流出口（８．１ａ、８．２ａ）を備える対向流熱交換器（８）と、
前記冷凍機（２）の前記第１の冷却ステージ（３）の熱交換器から、直接又は間接的に、前記対向流熱交換器（８）の前記第１の流入口（８．１ｅ）へと冷媒を案内する冷却ラインと、
前記対向流熱交換器（８）の前記第２の流出口（８．２ａ）から、直接又は間接的に、前記冷凍機（２）の前記第２の冷却ステージ（４）の熱交換器へと冷媒を案内する冷却ラインと、
冷却試料ヘッド部品（９、１０）へ、又は冷却試料ヘッド部品（９、１０）の熱交換器へ、冷媒を案内する冷却ラインと、
前記低温槽の真空部分の熱交換器（２２、２０２）へ冷媒を案内する冷却ラインと、
を備える、ＮＭＲ装置であって、
冷却ラインが、前記対向流熱交換器（８）の前記第２の流出口（８．２ａ）から直接、あるいは、前記対向流熱交換器（８）の前記第２の流出口（８．２ａ）から、前記冷凍機（２）の前記第２の冷却ステージ（４）の少なくとも１つの熱交換器を介して、及び／又は冷却試料ヘッド部品（９）を介して、もしくは冷却試料ヘッド部品（９）の熱交換器を介して間接的に、前記低温槽の真空部分の熱交換器（２０２）へ、又は前記低温槽のヘリウムタンク（１０５）の懸架管にある熱交換器（２０５）へ、冷媒を案内し、そこから直接、あるいは前記冷凍機（２）の前記第２の冷却ステージ（４）の少なくとも１つの熱交換器を介して、及び／又は冷却試料ヘッド部品（９）を介して、もしくは冷却試料ヘッド部品（９）の熱交換器を介して間接的に、前記対向流熱交換器（８）の前記第２の流入口（８．２ｅ）へ、冷媒を案内することで、前記ＮＭＲ装置の動作状態において、前記低温槽の真空部分の前記熱交換器（２０２）へ又は前記低温槽のヘリウムタンク（１０５）の前記懸架管にある前記熱交換器（２０５）へと流れ込む冷却回路の前記冷媒の吸入温度と、前記熱交換器（２０２、２０５）から出てくる前記冷媒のリターンフロー温度と、の両方を、前記冷凍機（２）の前記第１のステージ（３）の前記動作温度よりも少なくとも５Ｋ低くすることを特徴とするＮＭＲ装置。
【請求項２】
前記冷却回路は、断熱ハウジング（１）の外側に断熱冷却ラインを備えること、且つ前記低温槽の前記真空タンク（１０２）は、前記冷却回路の前記断熱冷却ラインの断熱真空部分から真空気密に密閉されることを特徴とする請求項１に記載のＮＭＲ装置。
【請求項３】
冷却試料ヘッド部品（９、１０）は、前記低温槽の前記室温アクセス部（１０３）の内側にある、前記ＮＭＲ試料ヘッド（１１）の別個の断熱タンク（２０１）に配置されること、且つ断熱冷却ラインは、前記冷凍機（２）の前記断熱ハウジング（１）と前記冷却試料ヘッド部品（９、１０）との間、又は前記冷却試料ヘッド部品（９、１０）の熱交換器と前記低温槽の真空部分における熱交換器（２２、２０２）との間に案内されることを特徴とする請求項１又は２に記載のＮＭＲ装置。
【請求項４】
前記冷却回路は、前記冷凍機（２）の前記第２の冷却ステージ（４）から、続けて、前記低温槽の真空部分の熱交換器（２０２）へ、次いで冷却試料ヘッド部品（９）へ又は冷却試料ヘッド部品（９）の熱交換器へ、冷媒を案内することを特徴とする請求項３に記載のＮＭＲ装置。
【請求項５】
前記冷却回路は、前記冷凍機（２）の前記第２の冷却ステージ（４）から、続けて、冷却試料ヘッド部品（９）へ又は冷却試料ヘッド部品（９）の熱交換器へ、次いで、前記低温槽の真空部分の熱交換器（２０２）へ、冷媒を案内することを特徴とする請求項３に記載のＮＭＲ装置。
【請求項６】
前記冷却回路は、前記冷凍機（２）の前記第２の冷却ステージ（４）から、冷却試料ヘッド部品（９）又は冷却試料ヘッド部品（９）の熱交換器と、前記低温槽の真空部分の熱交換器（２０２）との両方へ、並列に冷媒を案内することを特徴とする請求項３に記載のＮＭＲ装置。
【請求項７】
冷却試料ヘッド部品（９）は、少なくとも部分的に、前記超伝導マグネットコイルシステム（１１１）の前記低温ボア（１０１）と前記低温槽の前記室温アクセス部（１０３）との間の領域において、前記低温ボア（１０１）内へ、前記低温ボア（１０１）の半径方向内側であるが前記低温槽の前記室温アクセス部（１０３）の外側に配置され、且つ、前記冷却回路に接続される前記低温槽の真空部分において、熱伝導するという方法で、熱交換器（２０２）と接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のＮＭＲ装置。
【請求項８】
前記冷却回路に接続される前記低温槽の真空部分の熱交換器（２０２）は、熱伝導するという方法で、冷却試料ヘッド部品（９）と前記低温槽の冷凍ステージとの両方に接続されることを特徴とする請求項７に記載のＮＭＲ装置。
【請求項９】
前記冷却回路に接続される少なくとも２つの熱交換器（２２、２０２）が前記低温槽の真空部分に設けられ、前記冷却回路に接続される前記低温槽の真空部分の熱交換器（２２）から来る前記冷却回路の前記冷媒の前記リターンフロー温度は、前記冷凍機（２）の前記第１の冷却ステージ（３）の前記動作温度よりも高いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＮＭＲ装置。
【請求項１０】
前記冷却回路に接続される熱交換器（２２、２０２、２０５）は、前記低温槽の真空部分に又は前記低温槽のヘリウムタンク（１０５）の懸架管に配置され、熱伝導するという方法で、放射シールド（２１、１１０）又は冷媒タンク（１８、１０５）を備える前記低温槽の冷凍ステージに接続されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＮＭＲ装置。
【請求項１１】
前記超伝導マグネットコイルシステム（１１１）は、前記低温槽の前記断熱真空部分に直接配置されること、並びに、前記冷却回路に接続される前記低温槽の真空部分の熱交換器（２０２）は、熱伝導するという方法で、前記超伝導マグネットコイルシステム（１１１）に接続され、前記超伝導マグネットコイルシステム（１１１）は、超伝導材料ＭｇＢ２、又はＨＴＳ（ＢＳＣＣＯ、ＲｅＢＣＯ）を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＮＭＲ装置。
【請求項１２】
冷却試料ヘッド部品（９、１０）は、前記低温槽の前記室温アクセス部（１０３）の内側にある、別個の断熱タンク（２０１）に配置されること、前記低温槽は、超伝導マグネットコイルシステム（１１１）を受け入れるためのヘリウムタンク（１０５）と、第１の放射シールド（１１０）及び窒素タンク（１８）又は第２の放射シールド（２１）と、を備えること、並びに、前記冷却回路は、前記低温槽の前記真空タンク（１０２）を通して、前記低温槽の真空部分の少なくとも２つの熱交換器（２２、２０２）へ案内され、前記冷却回路に接続される第１の熱交換器（２０２）は、熱伝導するという方法で、前記第１の放射シールド（１１０）に接続され、前記熱交換器（２０２）から来る前記冷媒の前記リターンフロー温度は、前記冷凍機（２）の前記第１のステージ（３）の前記動作温度よりも低く、前記冷却回路に接続される第２の熱交換器（２２）は、熱伝導するという方法で、前記窒素タンク（１８）に又は前記第２の放射シールド（２１）に接続され、前記熱交換器（２２）から来る前記冷媒の前記リターンフロー温度は、前記冷凍機（２）の前記第１のステージ（３）の前記動作温度よりも高いこと、を特徴とする請求項１乃至６、９、及び１０のいずれか１項に記載のＮＭＲ装置。
【請求項１３】
冷却試料ヘッド部品（９、１０）は、前記低温槽の前記室温アクセス部（１０３）の内側にある、別個の断熱タンク（２０１）に配置されること、前記低温槽は、超伝導マグネットコイルシステム（１１１）を受け入れるためのヘリウムタンク（１０５）と、放射シールド（１１０）及び窒素タンク（１８）と、を備えること、前記冷却回路は、前記低温槽の前記真空タンク（１０２）を通して、熱伝導するという方法で、前記放射シールド（１１０）に接続される前記低温槽の真空部分にある熱交換器（２０２）へ案内されること、前記熱交換器（２０２）から来る前記冷媒の前記リターンフロー温度は、前記冷凍機（２）の前記第１のステージ（３）の前記動作温度よりも低く、並びに、前記冷却回路に接続される第２の熱交換器（１９、２０３）は、前記窒素タンク（１８）に又は前記窒素タンク（１８）と連通するタンク（２０４）に配置され、前記熱交換器（１９、２０３）から来る前記冷媒の前記リターンフロー温度は、前記冷凍機（２）の前記第１のステージ（３）の前記動作温度よりも高いこと、を特徴とする請求項１乃至６、９、及び１０のいずれか１項に記載のＮＭＲ装置。
【請求項１４】
前記冷却試料ヘッド部品（９、１０）は、ＨＦ共振器及び／又はプリアンプを備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＮＭＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＭＲ装置であって、真空タンクと１００Ｋ未満の動作温度で動作され得る冷凍ステージとを有する低温槽を備え、且つ低温槽の室温アクセス部が係合する低温ボアを備える超伝導マグネットコイルシステムを備える、超伝導マグネットアセンブリと、動作中にもたらされる１００Ｋ未満の動作温度まで冷却される試料ヘッド部品を備えるＮＭＲ試料ヘッドと、動作温度が３５．４Ｋ未満の第２の冷却ステージと、動作温度が第２の冷却ステージの動作温度よりも高い第１の冷却ステージとを有し、断熱ハウジング内に配置された、少なくとも２段ステージの冷凍機と、断熱ハウジング内でもたらされる２つの対向する冷媒流のための、２つの流入口及び２つの流出口を備える対向流熱交換器と、冷凍機の第１の冷却ステージの熱交換器から、直接又は間接的に、対向流熱交換器の第１の流入口へと冷媒を案内する冷却ラインと、対向流熱交換器の第２の流出口から、直接又は間接的に、冷凍機の第２の冷却ステージの熱交換器へと冷媒を案内する冷却ラインと、冷却試料ヘッド部品へ、又は冷却試料ヘッド部品の熱交換器へ、冷媒を案内する冷却ラインと、低温槽の真空部分の熱交換器へ冷媒を案内する冷却ラインと、を備える、ＮＭＲ装置に関する。
【０００２】
この種のアセンブリは、例えば特許文献１（文献［１］）から知られている。
【０００３】
本発明は、超伝導マグネットコイルシステムを冷却するための、また、ＮＭＲ試料ヘッドの部品を冷却するための低温システムの分野に関し、例えば、磁気共鳴分光法（ＮＭＲ）又は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）で使用するための低温システムの分野に関する。しかしながら、本発明の適用可能性は、上記分野に限定されない。
【背景技術】
【０００４】
超伝導マグネットコイルシステムは、超伝導体の転移温度未満の温度を保つために、低温槽内で動作させる。一般的に、低温槽は、１つ以上の低温タンクが内部に配置された真空タンクを有し、各低温タンクには、冷媒（例えば、液体ヘリウム又は液体窒素）が収容される。最低温の低温タンク内に、超伝導マグネットコイルシステムを設置する。これにより、超伝導マグネットコイルシステムは、極めて温度安定性高く、一様に冷却される。浴内で冷却されるこの種のシステムは、例えばＮＭＲ分光計において一般的である。これらのシステムでは、低温タンクへの熱流入によってどうしても冷媒が絶えず蒸発するため、定期的にタンクに冷媒を補充しなければならない。あるいは、低温槽の冷凍機によって冷媒を凝縮する場合もあれば、超伝導マグネットコイルシステム及び／又は低温槽の１つ以上の放射シールドを冷凍機の冷却ステージに熱的に取り付けることによって、冷却する場合もある。
【０００５】
ＮＭＲ試料ヘッドを設置するために、低温槽の真空タンクには、一般的に、超伝導マグネットコイルシステムの低温ボア内に室温アクセス部が設けられる。ＮＭＲ試料ヘッドを室温で動作させると信号の質に支障があることから、冷却部品を備えるＮＭＲ試料ヘッドが使用される。この種のＮＭＲ低温試料ヘッドの様々な設計が知られている。普通、ＮＭＲ低温試料ヘッドは、取り外し可能とするために、低温槽の室温アクセス部に取り付けられ、このケースでは、冷却部品は、別個の断熱タンクに配置され、冷却回路によって冷却される。しかしながら、低温槽の断熱真空部分に少なくとも部分的に固定して取り付けられたＮＭＲ低温試料ヘッドもまた知られている。
【０００６】
従来技術
超伝導マグネットコイルシステムを冷却するための様々な低温システム及びＮＭＲ試料ヘッドの部品を冷却するための様々な低温システムが知られ、これらの違いは、特に、測定機器ベースのユニットにおけるマグネットアセンブリとＮＭＲ試料ヘッドとの機械的な一体化に関し、また、マグネットコイルシステム及びＮＭＲ試料ヘッドを冷却するための低温システムの部品の共用に関する。
【０００７】
特許文献２（文献［２］）、特許文献３（文献［３］）、特許文献４（文献［４］）及び特許文献５（文献［５］）は、マグネットアセンブリの低温槽の室温アクセス部に取り外し可能であるように取り付けられたＮＭＲ低温試料ヘッドを備えるアセンブリを開示している。
【０００８】
特許文献３、特許文献４及び特許文献５では、ＮＭＲ低温試料ヘッドとマグネットアセンブリの低温槽の部品とは、共通の冷凍機によって冷却される。
【０００９】
特許文献３及び特許文献４では、超伝導マグネットアセンブリの低温槽からのヘリウムガスを、低温槽のヘリウムガス流出口において、冷凍機によって凝縮する。冷凍機はまた、熱交換器によって、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路を冷却する。特許文献５では、冷凍機が、ネック管において超伝導マグネットアセンブリの低温槽に取り付けられる。ネック管は、低温槽のヘリウムタンクに連通する。ネック管からのヘリウムガスは、冷却回路を通じて、ＮＭＲ低温試料ヘッドへ案内される。ヘリウムガスは、ネック管の下端（最低温）において凝縮され、低温槽のヘリウムタンク内へ流れ戻る。
【００１０】
これらの３つのアセンブリは、冷凍機の最低温ステージを液体ヘリウムの沸点（４．２Ｋ）未満で動作させなければならないために、冷却コストが高い点で不利であり、また、冷凍機が低温槽のヘリウムガス流出口に直接取り付けられるために、冷凍機の振動が低温槽に伝わる点で不利である。振動は、ＮＭＲ測定に影響を与える場合がある。
【００１１】
特許文献２では、ＮＭＲ低温試料ヘッドは、マグネットアセンブリの低温槽の冷凍槽（例えば、窒素タンク）に熱的に接続される冷却回路によって冷却される。このアセンブリは、低温槽の低温液体消費が増える点で不利である。
【００１２】
特許文献６（文献［６］）に係るアセンブリは、超伝導マグネットアセンブリの低温槽の真空タンクに設置されるＮＭＲ低温試料ヘッドを備える。このアセンブリは、マグネットアセンブリ及びＮＭＲ低温試料ヘッドがもはや機械的にモジュール式ではない点で不利である。ＮＭＲ低温試料ヘッドを（例えば、故障の場合に）交換するためには、又はＮＭＲ低温試料ヘッドの機能範囲に様々な要件を課すＮＭＲ測定を行うためには、低温槽の真空部分を壊さなければならない。したがって、ＮＭＲ試料ヘッドを変えるには、超伝導マグネットコイルシステムを放電し、マグネットアセンブリを加熱する必要がある。
【００１３】
最後に、特許文献１に係るアセンブリは、以下の特徴を有するＮＭＲ装置を開示している。
−超伝導マグネットアセンブリ
−真空タンクを備える低温槽
−低温槽の室温アクセス部が係合する低温ボアを備える超伝導マグネットコイルシステム
−室温アクセス部内の又は低温ボア内のＮＭＲ低温試料ヘッド
−１００Ｋ未満の動作温度に冷却された試料ヘッド部品を備えるＮＭＲ低温試料ヘッド
−動作温度が３０Ｋ未満である最低温冷却ステージを有する少なくとも２段ステージの冷凍機
−低温槽から空間的に隔てられるように、真空排気された断熱ハウジングに別個に配置された冷凍機
−断熱ハウジングとＮＭＲ低温試料ヘッドとの間に断熱冷却ラインを備える冷却回路
【００１４】
２段ステージの冷凍機は、断熱ハウジングに配置され、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路を熱交換器によって冷却し、低温槽の窒素タンクからの窒素ガスを凝縮するために、又は超伝導マグネットアセンブリの低温槽の放射シールドを冷却するために、第１の（より温度が高い）冷却ステージに余剰冷却能力をもたらす。このアセンブリは、冷凍機の冷却能力を、液体ヘリウムなどの、より低い沸点の低温流体の蒸発速度を下げるために使用できない点で不利であり、それは、冷凍機の第１の冷却ステージの温度が、そのためには高過ぎるためである（約３５Ｋ）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】（文献［１］）欧州特許第１６５５６１６号明細書、米国特許出願公開第２００６／００９６３０１号明細書
【特許文献２】（文献［２］）米国特許出願公開第２０１２／０２４２３３５号明細書
【特許文献３】（文献［３］）米国特許出願公開第２００７／０１０７４４５号明細書
【特許文献４】（文献［４］）米国特許出願公開第２００５／０２０２９７６号明細書
【特許文献５】（文献［５］）米国特許出願公開第２００６／０１３０４９３号明細書
【特許文献６】（文献［６］）米国特許出願公開第２０１２／０３１９６９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
逆に言えば、本発明の目的は、低温槽に超伝導マグネットコイルシステムを備え、且つＮＭＲ低温試料ヘッドを備える、冒頭に述べたタイプのＮＭＲ装置の改良であって、最も簡素な技術的手段を用いて、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路を冷却する冷凍機の余剰冷却能力を使用して、超伝導マグネットアセンブリの低温槽からの液体ヘリウムの蒸発速度を低下できるように、又は無冷媒低温槽で超伝導マグネットコイルシステムを冷却できるように、改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本目的は、本発明により、驚くほど簡素且つ効果的な仕方で、容易に利用可能な技術的手段を用いて達成される。すなわち、超伝導マグネットアセンブリの、低温槽の真空部分又は低温槽のヘリウムタンクの懸架管に配置された熱交換器が、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路の一部において冷却回路に接続され、冷却回路において、冷媒が冷凍機の第２の冷却ステージに熱を運び、これは、対向流熱交換器によって、冷媒が熱を冷凍機の第１の冷却ステージに運ぶ部分から区切られる。特に、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路の冷却ラインが、対向流熱交換器の第２の流出口から直接、あるいは、対向流熱交換器の第２の流出口から、冷凍機の第２の冷却ステージの少なくとも１つの熱交換器を介して、及び／又は冷却試料ヘッド部品を介して、もしくは冷却試料ヘッド部品の熱交換器を介して間接的に、低温槽の真空部分の熱交換器へ、又は低温槽のヘリウムタンクの懸架管にある熱交換器へ冷媒を案内し、そこから直接、あるいは冷凍機の第２の冷却ステージの少なくとも１つの熱交換器を介して、及び／又は冷却試料ヘッド部品を介して、もしくは冷却試料ヘッド部品の熱交換器を介して間接的に、対向流熱交換器の第２の流入口へ、冷媒を案内することで、ＮＭＲ装置の動作状態において、低温槽の真空部分の熱交換器へ又は低温槽のヘリウムタンクの懸架管にある熱交換器へと流れ込む冷却回路の冷媒の吸入温度と、この熱交換器から出てくる冷媒のリターンフロー温度と、の両方を、冷凍機の第１のステージの動作温度よりも少なくとも５Ｋ低くする。
【００１８】
本発明の動作モード及び従来技術を上回る利点
よって、本発明は、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路が超伝導マグネットアセンブリの低温槽からの熱出力を吸収して冷凍機の第２の冷却ステージに案内できる、ＮＭＲ装置を提案する。このようにして、超伝導マグネットコイルシステムを受け入れ、且つ冷却するためのヘリウムタンクを備える低温槽では、例えば、ヘリウムタンクの周囲に配置された放射シールドを、一般的に１０Ｋ〜３０Ｋの温度まで冷却する冷却回路を用いて、ヘリウムタンクからのヘリウムの蒸発速度を著しく低下できる。必要な冷却能力をヘリウムの沸点未満の温度で備える必要はもはやないため、ヘリウムの蒸発を完全に抑制しないことが有利である。よって、低温槽上に冷却機を配置しなければならない、ヘリウムを凝縮するためのアセンブリとは対照的に、より好ましい冷凍機を使用することができ、冷凍機と低温槽との直接の機械的接触が必要ではなくなる。その結果、超伝導マグネットアセンブリへの振動の伝達を低減できる。
【００１９】
使用される超伝導体の超伝導転移温度が、１０Ｋの温度よりも高ければ、放射シールドの代わりに、無冷媒低温槽の断熱真空部分に直接配置されたマグネットコイルアセンブリを冷却することもできる。これは、例えば、高温超伝導体（ＨＴＳ）又は二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）を含む超伝導マグネットコイルシステムで当てはまる。
【００２０】
加えて、冷媒のリターンフロー温度が、冷凍機の第１のステージの動作温度よりも高い冷却回路によって、低温槽のさらなる冷凍ステージをも冷却できる。
【００２１】
発明の好ましい実施形態
特に好ましい本発明の実施形態では、冷却回路が、断熱ハウジングの外側に断熱冷却ラインを備え、且つ低温槽の真空タンクが、冷却回路の断熱冷却ラインの断熱真空部分から真空気密に密閉される。このことにより、冷却回路において真空が破壊された場合に、低温槽の断熱真空部分が壊れることが防止される。
【００２２】
本発明に係るＮＭＲ装置のさらなる好ましい実施形態では、冷却試料ヘッド部品が、低温槽の室温アクセス部の内側にある別個の断熱タンクに配置され、且つ断熱冷却ラインが、冷凍機の断熱ハウジングと冷却試料ヘッド部品との間、又は冷却試料ヘッド部品の熱交換器と低温槽の真空部分における熱交換器との間に案内される。冷却する試料ヘッド部品と低温槽の部品とを、装置の観点から互いに別個の断熱真空部分に配置することにより、ＮＭＲ装置のモジュール性が本質的に一層高くなり、したがって、例えば、ＮＭＲ試料ヘッドを変えるために低温槽の断熱真空部分を壊すことなく、ＮＭＲ試料ヘッドを変えることができる。
【００２３】
本実施形態の有利な発展は、冷却回路が、冷凍機の第２の冷却ステージから、続けて、低温槽の真空部分の熱交換器へ、次いで冷却試料ヘッド部品へ又は冷却試料ヘッド部品の熱交換器へ、冷媒を案内することを特徴とする。
【００２４】
あるいは、さらなる実施形態では、冷却回路の冷媒が、冷凍機の第２の冷却ステージから、続けて、冷却試料ヘッド部品へ又は冷却試料ヘッド部品の熱交換器へ、次いで、低温槽の真空部分の熱交換器へ案内される。これらの２つの代替的な実施形態によって、冷却回路がもたらす最低温度を使用して、冷却試料ヘッド部品又は低温槽の冷凍ステージのいずれかを最適に冷却できる。
【００２５】
他の有利な発展は、冷却回路が、冷凍機の第２の冷却ステージから、冷却試料ヘッド部品又は冷却試料ヘッド部品の熱交換器と、低温槽の真空部分の熱交換器との両方へ、並列に冷媒を案内することを特徴とする。これらの実施形態によって、冷却試料ヘッド部品を冷却するための仕方と、低温槽の冷凍ステージを冷却するための仕方との両方と同じ仕方で、冷却回路がもたらす最低温度を確実に使用できる。
【００２６】
本発明のさらなる特に好ましい実施形態では、冷却試料ヘッド部品が、少なくとも部分的に、超伝導マグネットコイルシステムの低温ボアと低温槽の室温アクセス部との間の領域において、低温ボア内へ、低温ボアの半径方向内側であるが低温槽の室温アクセス部の外側に配置され、且つ、冷却回路に接続される低温槽の真空部分において、熱伝導するという方法で、熱交換器と接続される。冷却試料ヘッド部品を、超伝導マグネットコイルアセンブリの低温槽の断熱真空部分に設置することにより、超伝導マグネットコイルシステムの低温ボアとＮＭＲ試料ヘッドの内側の試料チャンバとの間の領域における空間が節約される。さらに、このようにして、アセンブリ及び冷却回路は、装置の観点から簡素化され、その結果、冷却回路の冷却能力の損失も低下する。この種類の本実施形態は、同じＮＭＲ試料ヘッドを用いて、ＮＭＲ装置を永続的に動作させる場合に特に有利である。
【００２７】
これらの実施形態の好ましい発展では、冷却回路に接続される低温槽の真空部分の熱交換器が、熱伝導するという方法で、冷却ＮＭＲ試料ヘッド部品と低温槽の冷凍ステージとの両方に接続される。これにより、冷却試料ヘッド部品及び冷却する低温槽の冷凍ステージの両方の最適な冷却が可能になる。
【００２８】
本発明のさらなる有利な実施形態は、冷却回路に接続される少なくとも２つの熱交換器が低温槽の真空部分に設けられ、冷却回路に接続される低温槽の真空部分の熱交換器から来る冷却回路の冷媒のリターンフロー温度が、冷凍機の第１の冷却ステージの動作温度よりも高いことを特徴とする。これらのアセンブリでは、冷凍機の第２の冷却ステージの冷却能力だけでなく、冷凍機の第１の（より温度が高い）冷却ステージの冷却能力も使用して、低温槽の冷凍ステージを冷却できる。特に、例えば、低温槽の窒素タンクからの窒素ガスを凝縮でき、あるいは、放射シールドを３５Ｋ〜８０Ｋの温度まで冷却できる。
【００２９】
さらに好ましい実施形態では、冷却回路に接続される熱交換器が、低温槽の真空部分に又は低温槽のヘリウムタンクの懸架管に配置され、熱伝導するという方法で、放射シールド又は冷媒タンクを備える低温槽の冷凍ステージに接続される。これらの実施形態は、低温槽が超伝導マグネットコイルシステムを受け入れるためのヘリウムタンクを一般的に備え、このヘリウムタンクが放射シールドによって囲まれ、そして放射シールドが窒素タンクによって囲まれる（ヘリウム−窒素浴低温槽）、低温超伝導体から構成される超伝導マグネットコイルシステムを備えるマグネットアセンブリに特に有利である。この種のアセンブリでは、熱交換器を、低温槽の真空部分に配置することで、放射シールドに熱的に接触させ得る。冷媒が熱を冷凍機の第２の冷却ステージに運ぶ、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路の一部において、熱交換器が冷却回路に接続される場合、放射シールドは、一般的に、１０Ｋ〜３０Ｋの温度まで冷却される。その結果、ヘリウムの蒸発速度を、冷却回路へのこの接続をもたない低温槽と比較して著しく低下させられる。
【００３０】
ヘリウム−窒素浴低温槽では、ヘリウムガス流を使用して放射シールドを冷却するために、好ましくは、放射シールドに熱的に接触するための手段で、ヘリウムタンクの懸架管に取り付けられ、その懸架管はまた、気化したヘリウムガスのための流出口として作用する。低温試料ヘッドの冷却回路に接続される熱交換器は、この点でヘリウムタンクの懸架管に取り付けられ得、この点で、熱交換器は、放射シールドを冷却できる。低温槽の真空部分における熱交換器の構成と比較すると、熱交換器のこの構成の利点は、例えば、既存のヘリウム−窒素浴低温槽をこれで改良できることである。これらの実施形態のさらなる変形例では、低温試料ヘッドの冷却回路に接続される、低温槽の真空部分における熱交換器を窒素タンクに取り付けることで、該窒素タンクを７７Ｋ未満の温度まで冷却するようにし、その結果、タンクからの窒素の蒸発を防ぐ。
【００３１】
本発明の有利な実施形態では、超伝導マグネットコイルシステムが、低温槽の断熱真空部分に直接配置され、且つ冷却回路に接続される低温槽の真空部分の熱交換器が、熱伝導するという方法で、超伝導マグネットコイルシステムに接続され、超伝導マグネットコイルシステムが、超伝導材料ＭｇＢ２、又はＨＴＳ（ＢＳＣＣＯ、ＲｅＢＣＯ）を含むことを特徴とする。これらのアセンブリでは、低温槽の真空部分の熱交換器において達成され得る３０Ｋ未満の温度は、超伝導マグネットアセンブリにとって特に有利である。これは、言及した超伝導材料が、これらの温度で既に超伝導状態であり得るからであり、ひいては、より複雑な、液体ヘリウム浴を用いた冷却を、省略可能であるからである。
【００３２】
代替的な実施形態では、冷却試料ヘッド部品が、低温槽の室温アクセス部の内側にある、別個の断熱タンクに配置され、低温槽が、超伝導マグネットコイルシステムを受け入れるためのヘリウムタンクと、第１の放射シールド及び窒素タンク又は第２の放射シールドと、を備え、冷却回路が、低温槽の真空タンクを通して、低温槽の真空部分の少なくとも２つの熱交換器へ案内され、冷却回路に接続される第１の熱交換器が、熱伝導するという方法で、第１の放射シールドに接続され、熱交換器から来る冷媒のリターンフロー温度が、冷凍機の第１のステージの動作温度よりも低く、冷却回路に接続される第２の熱交換器が、熱伝導するという方法で、窒素タンクへ又は第２の放射シールドに接続され、熱交換器から来る冷媒のリターンフロー温度が、冷凍機の第１のステージの動作温度よりも高い。これらの実施形態は、有利なことに、市販のＮＭＲ低温試料ヘッド及びその冷却回路上で構築される。さらに、上記実施形態は、特に、低温超伝導体から構成される超伝導マグネットコイルシステムを冷却するための、超伝導マグネットアセンブリの低温槽の従来の設計を使用する。特別な利点は、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路の冷凍機の両方の冷却ステージからの余剰冷却能力を使用して、低温槽を冷却することである。
【００３３】
さらなる代替的な実施形態は、冷却試料ヘッド部品が、低温槽の室温アクセス部の内側にある、別個の断熱タンクに配置され、且つ低温槽が、超伝導マグネットコイルシステムを受け入れるためのヘリウムタンクと、放射シールド及び窒素タンクと、を備え、冷却回路が、低温槽の真空タンクを通して、熱伝導するという方法で、放射シールドに接続される低温槽の真空部分にある熱交換器へ案内され、この熱交換器から来る冷媒のリターンフロー温度が、冷凍機の第１のステージの動作温度よりも低く、並びに、冷却回路に接続される第２の熱交換器が、窒素タンクに又は窒素タンクと連通するタンクに配置され、熱交換器から来る冷媒のリターンフロー温度が、冷凍機の第１のステージの動作温度よりも高いことを特徴とする。これらの実施形態は、有利なことに、市販のＮＭＲ低温試料ヘッド及びその冷却回路上で構築される。さらに、上記実施形態は、特に、低温超伝導体から構成される超伝導マグネットコイルシステムを冷却するための、超伝導マグネットアセンブリの低温槽の従来の設計を使用する。特別な利点は、ＮＭＲ低温試料ヘッドの冷却回路の冷凍機の両方の冷却ステージからの余剰冷却能力を使用して、低温槽を冷却することである。冷却回路に接続される第２の熱交換器を、低温槽の窒素タンクに又は窒素タンクに連通するタンクに取り付けることは、該熱交換器を低温槽の真空部分の熱交換器に取り付けることと比較すると、装置の観点から有利な簡素化である。さらに、このアセンブリは、既存の低温槽を改良するのに特に適する。
【００３４】
最後に、冷却試料ヘッド部品が、ＨＦ共振器及び／又はプリアンプを備えると、これも極めて有利である。冷却は、ＮＭＲ試料ヘッドのこれらの２つの部品における信号の質に対して特に有利な効果を有する。
【００３５】
本発明を図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＮＭＲ装置の概略図であって、超伝導マグネットアセンブリ２７と、ＮＭＲ試料ヘッド１１と、冷凍機２を受け入れるための断熱ハウジング１と、低温槽の真空部分の熱交換器２０２、窒素タンク１８に連通するタンク２０４の熱交換器２０３、及びＮＭＲ試料ヘッド１１への接続部によって例として示される３つの冷却連結インターフェースと、を備えるＮＭＲ装置の概略図である。
【図２】ＮＭＲ装置の冷却回路の一実施形態の概略図である。本冷却回路では、冷媒流が、いずれの場合においても２つの温度レベルに亘って分配され、より低い温度レベルにおいて超伝導マグネットアセンブリ２７の放射シールド１１０と冷却試料ヘッド部品９とが冷却され、より高い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品１０が冷却されるのに加えて、超伝導マグネットアセンブリ２７の窒素タンク１８に連通するタンク２０４において窒素が凝縮される。
【図３】ＮＭＲ装置の冷却回路の一実施形態の概略図である。本冷却回路では、冷媒流が、いずれの場合においても２つの温度レベルに亘って分配され、より低い温度レベルにおいて超伝導マグネットアセンブリ２７の放射シールド１１０と冷却試料ヘッド部品９とが冷却され、より高い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品１０が冷却されるのに加えて、超伝導マグネットアセンブリ２７の窒素タンク１８の窒素が凝縮される。熱交換器１９が、窒素タンク１８に配置される。
【図４】ＮＭＲ装置の冷却回路の一実施形態の概略図である。本冷却回路では、冷媒流が、いずれの場合においても２つの温度レベルに亘って分配され、より低い温度レベルにおいて超伝導マグネットアセンブリ２７の放射シールド１１０と冷却試料ヘッド部品９とが冷却され、より高い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品１０と、加えて、超伝導マグネットアセンブリ２７の第２の放射シールド２１とが冷却される。
【図５】ＮＭＲ装置の冷却回路の一実施形態の概略図である。本冷却回路では、冷媒流が、いずれの場合においても２つの温度レベルに亘って分配され、より低い温度レベルにおいて超伝導マグネットアセンブリ２７の超伝導マグネットコイルシステム１１１と冷却試料ヘッド部品９とが冷却され、より高い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品１０と、加えて、超伝導マグネットアセンブリ２７の第２の放射シールド２１とが冷却される。
【図６】ＮＭＲ装置の冷却回路の一実施形態の概略図である。本冷却回路では、冷媒流が、いずれの場合においても２つの温度レベルに亘って分配され、より低い温度レベルにおいて超伝導マグネットアセンブリ２７の放射シールド１１０と冷却試料ヘッド部品９とが冷却され、より高い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品１０と、加えて、熱交換器２２とが冷却される。熱交換器２２は、窒素が窒素タンク１８において凝縮するように、窒素タンク１８と熱的に接触する。
【図７】ＮＭＲ装置の冷却回路の一実施形態の概略図である。本冷却回路では、冷媒流が、より高い温度レベルにのみに亘って分配され、冷媒流が、続けて（直列に）、より低い温度レベルの部品を通して流れる。まず、より低い温度レベルにおいて、超伝導マグネットアセンブリ２７の放射シールド１１０と、次いで冷却試料ヘッド部品９とが冷却され、そして、より高い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品１０が冷却されるのに加えて、超伝導マグネットアセンブリ２７の窒素タンク１８に連通するタンク２０４において窒素が凝縮される。
【図８】ＮＭＲ装置の冷却回路の一実施形態の概略図である。本冷却回路では、冷媒流が、より高い温度レベルにのみに亘って分配され、冷媒流が、続けて（直列に）、より低い温度レベルの部品を通して流れる。まず、より低い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品９と、次いで超伝導マグネットアセンブリ２７の放射シールド１１０とが冷却され、そして、より高い温度レベルにおいて、冷却試料ヘッド部品１０が冷却されるのに加えて、超伝導マグネットアセンブリ２７の窒素タンク１８に連通するタンク２０４において窒素が凝縮される。
【図９】流入口８．１ｅ及び８．２ｅと流出口８．１ａ及び８．２ａとを備える対向流熱交換器８を示す図である。
【図１０】ＮＭＲ装置の超伝導マグネットアセンブリ２７及びＮＭＲ試料ヘッド１１の一実施形態の概略図である。ＮＭＲ試料ヘッド１１の冷却試料ヘッド部品９、１０が、低温槽の真空部分に配置され、該試料ヘッドが、低温槽の真空タンク１０２を真空気密となるように閉鎖し、また、ＮＭＲ試料ヘッド１１の冷却試料ヘッド部品９の位置までだけ低温槽の室温ボア１０３が軸方向に形成される。
【図１１】ＮＭＲ装置の超伝導マグネットアセンブリ２７及びＮＭＲ試料ヘッド１１の一実施形態の概略図である。室温ボア１０３が途切れておらず、ＮＭＲ試料ヘッド１１の断熱タンク２０１が室温ボア１０３の内側に配置され、超伝導マグネットアセンブリ２７が窒素タンク１８を備える。
【図１２】ＮＭＲ装置の超伝導マグネットアセンブリ２７及びＮＭＲ試料ヘッド１１の一実施形態の概略図である。室温ボア１０３が途切れておらず、ＮＭＲ試料ヘッド１１の断熱タンクが室温ボア１０３の内側に配置され、超伝導マグネットアセンブリ２７が第２の放射シールド２１を備える。
【図１３】ＮＭＲ装置の超伝導マグネットアセンブリ２７、ＮＭＲ試料ヘッド１１及び冷却回路の一実施形態の概略図である。冷媒流が、２つの温度レベルで超伝導マグネットアセンブリ２７に案内され、より低い温度レベルにおいて超伝導マグネットアセンブリ２７の放射シールド１１０が冷却され、より高い温度レベルにおいて、超伝導マグネットアセンブリ２７からの気化した窒素が凝縮され、放射シールド１１０が超伝導マグネットアセンブリ２７のヘリウムタンク１０５の懸架管に配置される熱交換器２０５によって冷却される。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００３８】
図２は、例として、一実施形態における冷媒流のトポロジを概略的に示している。続く図３〜図８は、この基本設計を他の用途用に変えたものである。
【００３９】
構造は、４つの機能ユニットを備え、具体的には、冷凍機２と、冷却されるべき部品（以下、「冷却する部品」と呼ぶ）と、コンプレッサと、熱交換器を備える流体ラインと、を備える。図面の左側に、冷凍機２を、その第１及び第２の冷却ステージ３、４と共に示す。右側には、例として、冷却する４つの部品１１０、９、１０及び２０４を示す。上記部品のうちの２つはそれぞれ、ほぼ第１及び第２の冷却ステージ３、４の温度である。冷却ステージ３、４のそれぞれを、そこから空間的に分離された冷却する部品１１０、９、１０、２０４に熱的に連結する冷媒を循環させることによって冷却を行う。この連結は、冷媒が流れる熱交換器によって、又は部品が冷媒に直接接触することによって、達成される。流体は、例えば冷凍機２のコンプレッサでもある、室温のコンプレッサを通して運ばれ、そこから少量の部分流が迂回する。２つの対向流熱交換器は、同様に極めて重要であり、個々の部品が３つの異なる温度レベルで動作できるようにし、具体的には、室温においてコンプレッサを、中間温度において第１の冷却ステージ３及び冷却する部品のうちのより温度が高い２つの部品１０、２０４を、最低温度において第２の冷却ステージ４及び冷却する部品のうちのより温度が低い２つの部品１１０、９を動作できるようにする。
【００４０】
コンプレッサから始まり、冷媒は、まず、該冷媒を第１の冷却ステージ３の温度よりも高いが同じオーダー内の温度にする対向流熱交換器を通過する。この段階で、冷媒は、対向流熱交換器８によって、第２の冷却ステージ４の温度よりも高いが同じオーダー内の温度に到達する前に、第１の冷却ステージ３の温度に冷却され、さらにこの段階で、次いで、冷媒は、第２の冷却ステージ４の温度まで冷却される。このようにして、冷媒は、冷却回路の最低温点に到達し、その後、冷却回路の枝路を通過する。この枝路では、冷媒が最終的に室温に再度達し、コンプレッサの低圧側へ案内されて戻されるまで、該冷媒が、冷却する部品及び対向流熱交換器において熱を吸収する。異なる実施形態では、冷却する部品によって、又はトポロジ的にどのように冷媒を案内するかによって、冷却回路のこの枝路は異なる。本ケースでは、同じ温度段階にある２つの部品が直列又は並列に接続され得る。
【００４１】
図２に示す変形例では、全ての変形例に存在する冷却試料ヘッド部品９、１０の他に、第１の放射シールド１１０を２つの温度レベルのうちのより低い温度レベルまで冷却することと、窒素タンク１８に連通するタンク２０４において窒素を凝縮するために熱交換器２０３を冷却することとがさらに示されている。冷媒流によって、第１の放射シールド１１０を２つの温度レベルのうちのより低い温度レベルまで冷却することにより、従来の低温槽アセンブリと比較して、放射シールドの温度を下げ、その結果、超伝導マグネットアセンブリ２７のヘリウムの蒸発速度を低下させることができ、ひいては、液体ヘリウムの補充間隔を延ばすことができる。
【００４２】
真空技術の観点から、全体構造は、それぞれ真空排気され、断熱ハウジング１、低温槽の真空タンク１０２、及びＮＭＲ試料ヘッド１１の断熱タンク２０１によって囲まれた、３つの空間に分割できる。図面において、これらの真空部分は、連通するものとして簡単に示されている。しかしながら、該真空部分はまた、真空技術の観点から空間を機能的に分離可能にする、バルブ、フィードスルー及び／又は流体連結部などの構造手段を用いて形成され得る。同様に、断熱ハウジング１と、低温槽の真空タンク１０２及び／又はＮＭＲ試料ヘッド１１の断熱タンク２０１と、の間の連通ラインのパイプ状の断熱真空部分もまた、真空技術の観点から、例えば、バルブ、フィードスルー又は流体連結部によって分離され得る空間として形成できる。
【００４３】
図２では、第１の放射シールド１１０と冷却試料ヘッド部品９とはそれぞれ、熱交換器に簡単に連結されている。これらの２つの熱交換器は、ほぼ同じ温度レベルにある。例えば図１０に示すように超伝導マグネットアセンブリ２７とＮＭＲ試料ヘッド１１とを一体化した設計のケースでは、第１の放射シールド１１０と冷却試料ヘッド部品９とはまた、共に単一の熱交換器２０２に連結され得る。この場合、第２の熱交換器は省略される。
【００４４】
図３は、図２の変形例であり、このケースでは、窒素タンク１８に連通する別個のタンク２０４で窒素が凝集されるのではなく、窒素は、窒素タンク１８で直接凝縮される。
【００４５】
図４は、図２の変形例であり、ここでは、超伝導マグネットアセンブリ２７の窒素タンク１８に代えて、第２の放射シールド２１が配置されている。
【００４６】
図５は、図２の変形例であり、ここでは、超伝導マグネットコイルシステム１１１が使用され、超伝導マグネットコイルシステム１１１の動作温度は、冷凍機２の第２の冷却ステージ４の動作温度よりも高い。このケースでは、ヘリウム浴及びヘリウムタンク１０５を完全に省略でき、マグネットは、冷媒によって直接冷却され、例えば、熱交換器による熱伝導で冷却される。このケースでは、第１の放射シールド１１０は省略され、第２の放射シールド２１は、図４と同様に冷媒流によって冷却される。この変形例は、高温超伝導体又はＭｇＢ２超伝導体を含む使用に特に有利である。
【００４７】
図６は、図３の変形例であり、窒素凝縮用の冷却能力を提供するための熱交換器２２が、窒素タンク１８にではなく隣接する真空領域に収容され、冷却能力は、真空空間を画定する壁を通した熱伝導から得られる。
【００４８】
図７は、図２の変形例であり、より温度の低い部分の冷媒が、並列ではなく、直列（連続する）の２つのアーム部を通って流れる。この構成により、冷却回路のこの部分において、冷却する部品の温度勾配を達成できる。このことは、例えば、一方のアーム部によって流入する熱が他方よりもかなり少なく、システムの性能がこの点において安定且つ低い温度からより恩恵を受ける場合に有利である。
【００４９】
図８は、図７の変形例であり、冷媒が、直列に接続された冷却する部品を通って逆の順番で流れる。
【００５０】
図１０は、ＮＭＲ装置の超伝導マグネットアセンブリ２７及びＮＭＲ試料ヘッド１１の一実施形態の概略図である。ＮＭＲ試料ヘッド１１の冷却試料ヘッド部品９、１０が、低温槽の真空部分に配置され、上記試料ヘッドが、低温槽の真空タンク１０２を真空気密となるように閉鎖し、また、ＮＭＲ試料ヘッド１１の冷却試料ヘッド部品９の位置までだけ低温槽の室温ボア１０３が軸方向に形成される。このケースでは、超伝導マグネットコイルシステム１１１は、一般的にヘリウムが液体である場合のその動作温度に保たれたヘリウムタンク１０５内に配置される。
【００５１】
ヘリウムタンク１０５は第１の放射シールド１１０によって囲まれ、これによって、ヘリウムタンク１０５を、窒素タンク１８から入射する大半の放射熱から遮断し、ひいては、ヘリウム消費値の低減をもたらす。この第１の放射シールド１１０の温度が低いほど、ヘリウムタンク１０５からのヘリウムの蒸発速度が低下する。第１の放射シールド１１０は窒素タンク１８によって囲まれ、これによって、今度は、第１の放射シールド１１０を、低温槽の室温真空タンク１０２からの大半の入射熱から遮断する。
【００５２】
熱伝導及び対流による熱流入を防ぐために、低温槽の、ヘリウムタンク１０５、第１の放射シールド１１０、窒素タンク１８及び真空タンク１０２の間の全ての中間空間は、真空排気される（真空部分である）。超伝導マグネットコイルシステム１１１は、室温アクセス部１０３が係合する低温ボア１０１を備える。該アクセス部は、超伝導マグネットアセンブリの中央に測定試料を配置するために使用される。冷却試料ヘッド部品９は、この中央磁場領域と超伝導マグネットコイルシステム１１１との間に配置される。該冷却試料ヘッド部品９は、ラジオ周波数放射を試料に照射するため、且つ試料から返る信号を検出するために使用される。さらなる冷却試料ヘッド部品１０は、冷却試料ヘッド部品９の下に配置され、試料から来る極めて弱いラジオ周波数信号を処理するために使用され、その後、該信号は、ＮＭＲ分光計の他の部分に送信される。これらの２つの部品はＮＭＲ試料ヘッド１１の一部であって、ここでは、超伝導マグネットアセンブリ２７の断熱真空部分を画定する機能をさらに有する。
【００５３】
図１１は、ＮＭＲ装置の超伝導マグネットアセンブリ２７及びＮＭＲ試料ヘッド１１の一実施形態の概略図である。冷却試料ヘッド部品９、１０を備えるＮＭＲ試料ヘッド１１は、超伝導マグネットアセンブリ２７とは構造的に分離されている。本実施形態では、超伝導マグネットアセンブリ２７の構造は、途切れていない室温アクセス部１０３を有するように設計されている。ＮＭＲ試料ヘッド１１は、冷却試料ヘッド部品９、１０を受け入れるための断熱真空部分を有する断熱タンク２０１を備える。よって、超伝導マグネットアセンブリ２７及びＮＭＲ試料ヘッド１１は、真空技術の観点から、互いに完全に独立である。
【００５４】
図１２は、図１１の変形例であり、ここでは、超伝導マグネットアセンブリ２７の窒素タンク１８に代えて、第２の放射シールド２１が配置されている。
【００５５】
最後に、図１３は、図１の変形例であり、冷却回路は、超伝導マグネットアセンブリ２７のヘリウムタンク１０５懸架管を通って、ヘリウムタンクの懸架管の熱交換器２０５へ案内される。この熱交換器２０５は、第１の放射シールド１１０と熱的に密接する懸架管の場所に配置されることで、この場所において、冷却能力が効率的に連結され得るようにする。本実施形態では、既存の超伝導マグネットアセンブリ２７において改造設置できるが、これは、該アセンブリに対して構造的な変更を行う必要がないためである。
【符号の説明】
【００５６】
１  断熱ハウジング
２  冷凍機
３  冷凍機の第１の冷却ステージ
４  冷凍機の第２の冷却ステージ
８  対向流熱交換器
８．１ａ  対向流熱交換器の第１の流出口
８．１ｅ  対向流熱交換器の第１の流入口
８．２ａ  対向流熱交換器の第２の流出口
８．２ｅ  対向流熱交換器の第２の流入口
９  冷却試料ヘッド部品
１０  冷却試料ヘッド部品
１１  ＮＭＲ試料ヘッド
１８  窒素タンク
１９  窒素タンク内の熱交換器
２１  第２の放射シールド
２２  低温槽の真空部分の熱交換器
２７  超伝導マグネットアセンブリ
１０１  超伝導マグネットコイルシステムの低温ボア
１０２  低温槽の真空タンク
１０３  室温アクセス部
１０５  ヘリウムタンク
１１０  第１の放射シールド
１１１  超伝導マグネットコイルシステム
２０１  断熱タンク
２０２  低温槽の真空部分の熱交換器
２０３  窒素タンクと連通するタンク内の熱交換器
２０４  窒素タンクと連通するタンク
２０５  ヘリウムタンクの懸架管内の熱交換器
【図１】
2018059904.tif 000003
【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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【外国語明細書】
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