(57)【要約】【課題】アクティブシールド方式の磁場発生装置において、クエンチ発生時における漏洩磁場の増大を抑制する。【解決手段】磁場発生装置１は、第２シールドコイル５０及び第２シールドコイル保護回路６０を有する。第２シールドコイル保護回路６０には、双方向ダイオード６１が含まれており、双方向ダイオードのオン電圧Ｖｏｎは、（i）メインコイル保護回路３０及び第１シールドコイル２０の、励磁又は消磁における磁場変化に起因した電磁誘導によって、第２シールドコイルに発生する起電力Ｖｍよりも大きく設定され、且つ、（ii）メインコイル１０又は第１シールドコイル２０のクエンチ発生時における磁場変化に起因した電磁誘導によって、第２シールドコイル５０に発生する起電力Ｖｑ以下に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブシールド方式によって漏れ磁場を低減する磁場発生装置（１）であって、
超電導コイルから成るメインコイル（１０）と、
超電導コイルから成り、前記メインコイルの径方向外側に前記メインコイルと同心に配置され、前記メインコイルに対して電気的に直列に接続された第１シールドコイル（２０）と、
前記メインコイルに対して電気的に並列に接続され、クエンチ発生時に前記メインコイルを保護するメインコイル保護回路（３０）と、
前記第１シールドコイルに対して電気的に並列に接続され、クエンチ発生時に前記第１シールドコイルを保護する第１シールドコイル保護回路（４０）と、
超電導コイルから成り、前記第１シールドコイルの径方向外側に、前記第１シールドコイルと同心に配置された第２シールドコイル（５０）と、
前記第２シールドコイルの両端を短絡するように、前記第２シールドコイルに対して電気的に接続された第２シールドコイル保護回路（６０）と、を備え、
前記第２シールドコイル保護回路には、双方向ダイオード（６１）が含まれており、
前記双方向ダイオードのオン電圧は、（i）前記メインコイル及び第１シールドコイルの、励磁又は消磁における磁場変化に起因した電磁誘導によって、前記第２シールドコイルに発生する起電力よりも大きく設定され、且つ、（ii）前記メインコイル又は前記第１シールドコイルのクエンチ発生時における磁場変化に起因した電磁誘導によって、前記第２シールドコイルに発生する起電力以下に設定されていることを特徴とする磁場発生装置。
【請求項２】
前記第２シールドコイルの軸方向長さが、前記メインコイル及び前記第１シールドコイルの、軸方向に関する最大の長さ以上であることを特徴とする、請求項１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、ＭＲＩ装置として用いられる磁場発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルに通電して強磁場を発生させると、コイルの周囲に漏洩磁場が生じる。特に、医療用のＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置は、病院内に設置されるものであるため、その漏洩磁場（漏洩磁束密度）は小さいことが望ましい。
【０００３】
ＭＲＩ装置周辺の機器や人体に対する漏洩磁場の影響を軽減するため、従来、磁場発生装置は、漏洩磁場を低減するように構成されている。特許文献１には、このような磁場発生装置の例として、アクティブシールド方式の装置が記載されている。アクティブシールド方式とは、磁場発生用超電導コイル（メインコイル）の外側に、メインコイルとは逆向きの磁場を発生する超電導コイル（シールドコイル）を設け、シールドコイルの外側に生じるメインコイルの磁場を、シールドコイルの磁場によって弱めることにより、漏洩磁場を低減する方式である。
【０００４】
アクティブシールド方式のＭＲＩ装置においては、ある基準位置で測定される漏洩磁場（漏洩磁束密度）が、設定値以下となるように調整される。この設定値を、「設定漏洩磁場」とする。設定漏洩磁場は、通常、（漏洩磁場が最大となる位置において）５×１０−４Ｔ（５ガウス）程度の小さい値に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７７１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
医療用のＭＲＩ装置においては、一般に、超電導コイルに蓄積されるエネルギーが大きく（１ＭＪ以上）、クエンチ発生時にはコイルが損傷を受けるおそれがある。そのため、ＭＲＩ装置の超電導コイルには、クエンチ発生時における損傷を防止するための保護回路が設けられる。この保護回路は、超電導コイルに対して、抵抗器、ダイオード、サイリスタなどを接続することによって形成される。
【０００７】
このような装置において、メインコイル又はシールドコイルでクエンチが発生すると、メインコイルで発生する磁場と、シールドコイルで発生する磁場とのバランスが崩れ、（基準位置において）装置の漏洩磁場が設定漏洩磁場よりも大きくなる。しかし、上記のように、ＭＲＩ装置においては、漏洩磁場をできるだけ抑制する必要があり、クエンチ発生時であっても、漏洩磁場が設定漏洩磁場を超えないことが望まれる。
【０００８】
特許文献１に開示された超電導電磁石装置では、メインコイル用の保護回路と、シールドコイル用の保護回路とで、各回路の電流減衰の時定数が同等となるように、各回路の抵抗器の電気抵抗値が設定されている。具体的には、各回路の抵抗器の抵抗値の比率と、各回路のインダクタンスの比率とが、同等になるように設定されている。当技術により、メインコイル及びシールドコイルに流れる電流が、クエンチ発生時の前後で維持される。
【０００９】
特許文献１の技術では、各抵抗器の抵抗値が、一定値として設定されている。従って、この技術は、クエンチ発生時の磁場変化が一定である場合にのみ有効となる。
しかし、クエンチ発生時における各コイルの磁場変化は、一定ではなく、クエンチの発生原因や発生位置などによって異なる。そのため、特許文献１の技術を用いて、クエンチ発生時における漏洩磁場の増大を抑制することは困難である。
【００１０】
（課題）
本発明が解決しようとする課題は、アクティブシールド方式の磁場発生装置において、クエンチ発生時における漏洩磁場の増大を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記の課題を解決するために、本発明に係る磁場発生装置は、アクティブシールド方式によって漏れ磁場を低減するものであり、超電導コイルから成るメインコイルと、超電導コイルから成り、前記メインコイルの径方向外側に前記メインコイルと同心に配置され、前記メインコイルに対して電気的に直列に接続された第１シールドコイルと、前記メインコイルに対して電気的に並列に接続され、クエンチ発生時に前記メインコイルを保護するメインコイル保護回路と、前記第１シールドコイルに対して電気的に並列に接続され、クエンチ発生時に前記第１シールドコイルを保護する第１シールドコイル保護回路と、超電導コイルから成り、前記第１シールドコイルの径方向外側に、前記第１シールドコイルと同心に配置された第２シールドコイルと、前記第２シールドコイルの両端を短絡するように、前記第２シールドコイルに対して電気的に接続された第２シールドコイル保護回路と、を備える。
前記第２シールドコイル保護回路には、双方向ダイオードが含まれており、前記双方向ダイオードのオン電圧は、（i）前記メインコイル及び第１シールドコイルの、励磁又は消磁における磁場変化に起因した電磁誘導によって、前記第２シールドコイルに発生する起電力よりも大きく設定され、且つ、（ii）前記メインコイル又は前記第１シールドコイルのクエンチ発生時における磁場変化に起因した電磁誘導によって、前記第２シールドコイルに発生する起電力以下に設定されている。
【００１２】
この構成では、アクティブシールド方式により、第１シールドコイルの外側に生じるメインコイルの磁場が、第１シールドコイルの磁場によって弱められ、漏洩磁場（磁束密度）が低減される。
また、この構成では、アクティブシールド方式の磁場発生装置に、第２シールドコイルが設けられており、第２シールドコイルは、電磁誘導により、漏洩磁場の増大を抑制する。そのため、メインコイル又は第１シールドコイルにおいてクエンチが発生した場合に、そのクエンチの発生位置や発生原因によらず、磁場発生装置から漏洩する磁場の増大を抑制することができる。
また、本構成では、メインコイル又は第１シールドコイルでのクエンチ発生時には、双方向ダイオードに電流が流れるため、クエンチ発生時には、第２シールドコイルが機能する。一方、メインコイル及び第１シールドコイルの励消磁（励磁又は消磁）の際には、双方向ダイオードに電流が流れないため、励消磁の際に、第２シールドコイルは機能しない。そのため、第２シールドコイルによって磁場を乱されることなく、安定した励消磁を行なうことが可能となる。
【００１３】
なお、「超電導コイル」は、超電導物質から成る線材を、ソレノイド状（円筒状）に巻くことによって形成されている。超電導コイルの材料としては、ニオブチタン（ＮｂＴｉ）、ニオブスズ（Ｎｂ３Ｓｎ）その他の高温超電導物質などを用いることができる。
【００１４】
「メインコイル保護回路」、及び、「第１シールドコイル保護回路」のそれぞれは、導体及び抵抗体からなる。この抵抗体としては、抵抗器、ダイオード、サイリスタなどを利用できる。
【００１５】
メインコイル保護回路と、第２シールドコイル保護回路とが、完全に独立していてもよいし、メインコイル保護回路と、第２シールドコイル保護回路とで、導体の一部が重複していてもよい。
【００１６】
（２）また、本発明に係る上記（１）の磁場発生装置においては、前記第２シールドコイルの軸方向長さが、前記メインコイル及び前記第１シールドコイルの、軸方向に関する最大の長さ以上であってもよい。
【００１７】
この構成では、第２シールドコイルが十分な長さを有するため、漏洩磁場の増大が、第２シールドコイルによって確実に抑制される。
【００１８】
また、本発明に係る磁場発生装置においては、超電導コイルの冷却方式として、冷媒を用いる方式が好ましい。この場合において、超電導コイルは、冷媒が注入された冷媒槽内に配置される。
また、メインコイル、第１シールドコイル、及び第２シールドコイルは、配置効率等の点から、同一の冷却槽内に配置されることが好ましい。
【００１９】
また、ＭＲＩ装置に要求され、且つ、ＭＲＩ装置用の磁場発生装置として好適な磁場均一度を満たすために、メインコイル及び第１シールドコイルは、複数のコイルから構成されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁場発生装置の電気回路図である。
【図２】図１のコイル群の断面図である。
【図３】図２のＥ―Ｅ’断面図である。
【図４】図１の磁場発生装置における、クエンチ発生時の漏洩磁場の変化を示すグラフである。
【図５】従来の磁場発生装置における、クエンチ発生時の漏洩磁場の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図１乃至図４を用いて説明する。なお、以下の説明における上下方向は、図中における上下方向であるとする。また、図２は、図３のＧ−Ｇ’断面図に相当する。
【００２２】
（全体構成）
まず、磁場発生装置１の全体構成について説明する。磁場発生装置１は、ＭＲＩ装置として用いられる。また、磁場発生装置１においては、（i）アクティブシールド方式によって漏洩磁場の低減が図られ、さらに、（ii）クエンチに起因する漏洩磁場の増大が、第２シールドコイル５０によって抑制される。
【００２３】
磁場発生装置１は、第１回路５、及び、第２回路６から成る。第１回路５は、メインコイル１０、第１シールドコイル２０、メインコイル保護回路３０、第１シールドコイル保護回路４０、永久電流スイッチ７１、電源７２を有する。また、第２回路６は、第２シールドコイル５０、及び、第２シールドコイル保護回路６０を有する。第１回路５及び第２回路６は、電気的には分離しているが、両回路のコイルを介して、磁気的に接続されている。
【００２４】
磁場発生装置１には、コイル群（メインコイル１０の５つのコイル、第１シールドコイル２０の２つのコイル、及び、第２シールドコイル５０）が含まれる。コイル群に含まれるコイルは、超電導コイルである。すなわち、メインコイル１０、第１シールドコイル２０、及び第２シールドコイル５０は、超電導物質の線材から成る。
【００２５】
永久電流スイッチ７１には電源７２が並列に接続されている。また、永久電流スイッチ７１は、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０に対して並列に接続されており、また、電源７２も同様に、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０に対して並列に接続されている。
【００２６】
（第１回路）
第１回路５について説明する。上記のように、第１回路５には、メインコイル１０、第１シールドコイル２０、メインコイル保護回路３０、第１シールドコイル保護回路４０、永久電流スイッチ７１、及び電源７２が含まれる。
【００２７】
（メインコイル及び第１シールドコイル）
メインコイル１０には、５つのコイル（コイル１０ａ、コイル１０ｂ、コイル１０ｃ、コイル１０ｄ、及びコイル１０ｅ）が含まれており、また、第１シールドコイル２０には、２つのコイル（コイル２０ａ及びコイル２０ｂ）が含まれている。メインコイル１０及び第１シールドコイル２０は、冷却槽（図示せず）内において、液体冷媒（又はガス冷媒）を用いて、転移温度以下に冷却されている。
【００２８】
メインコイル１０は、軸方向Ｃ（図２の矢印Ｃ方向参照）が上下方向に一致するように配置されている。また、メインコイル１０の内側に発生する磁場Ｂ０の方向は、軸方向Ｃに平行である。メインコイル１０の軸方向長さはＬｍであり、第１シールドコイル２０の軸方向長さはＬ１である（図２参照）。また、ＬｍはＬ１よりも大きい。なお、コイル長さの関係については、このようなものには限られない。また、軸方向Ｃは、水平方向に一致していてもよい。
【００２９】
第１シールドコイル２０の内径は、メインコイル１０の最大外径よりも大きい。そして、第１シールドコイル２０は、メインコイル１０の径方向Ｄ（図の矢印Ｄ方向参照）に関して、メインコイル１０の外側に配置されている。すなわち、メインコイル１０は、第１シールドコイル２０の内部に配置されている（図２参照）。
【００３０】
また、第１シールドコイル２０は、メインコイル１０と同心に配置されており、メインコイル１０の中心軸（図２の一点鎖線参照）は、第１シールドコイル２０の中心軸に一致する。また、第１シールドコイル２０の軸方向は、メインコイル１０の軸方向Ｃと一致している。なお、径方向Ｄは、軸方向Ｃに対して垂直である。
【００３１】
第１シールドコイル２０は、メインコイル１０に対して電気的に直列に接続されている。具体的には、メインコイル１０の５つのコイルは直列に接続され、また、第１シールドコイル２０の２つのコイルは直列に接続され、さらに、メインコイル１０、及び、第１シールドコイル２０が、電気的に直列に接続されている（図１参照）。
【００３２】
磁場発生装置１においては、アクティブシールド方式により、第１シールドコイル２０の外への磁場漏洩が抑制される。具体的には、径方向Ｄに関して第１シールドコイル２０の外側に生じた、メインコイル１０の磁場は、当該磁場とは反対向きの、第１シールドコイル２０の磁場によって弱められる。
そして、磁場発生装置１においては、装置の漏洩磁場（漏洩磁束密度）が、ある基準位置において、設定値（設定漏洩磁場）以下となるように調整される。そして、通常運転時には、装置の漏洩磁場は、（この基準位置において）設定漏洩磁場に維持される。
【００３３】
（メインコイル保護回路）
メインコイル保護回路３０は、メインコイル１０に対して電気的に並列に接続されている。メインコイル保護回路３０は、メインコイル１０においてクエンチが発生した時に、メインコイル１０を保護する。
【００３４】
メインコイル保護回路３０は、５つの回路（回路３０ａ、回路３０ｂ、回路３０ｃ、回路３０ｄ、及び回路３０ｅ）から成り、この５つの回路（セクション）は、メインコイル１０に含まれる５つのコイルのそれぞれに対応している。また、メインコイル保護回路３０の、５つの回路のそれぞれは、抵抗器（抵抗器３１ａ、抵抗器３１ｂ、抵抗器３１ｃ、抵抗器３１ｄ、又は抵抗器３１ｅ）、及び、導体から成る。メインコイル１０でクエンチが発生した時には、抵抗器に電流が流れるため、メインコイル１０の損傷を防ぐことができる。
【００３５】
（第１シールドコイル保護回路）
第１シールドコイル保護回路４０は、第１シールドコイル２０に対して電気的に並列に接続されている。第１シールドコイル保護回路４０は、第１シールドコイル２０においてクエンチが発生した時に、第１シールドコイル２０を保護する。
【００３６】
第１シールドコイル保護回路４０は、２つの回路（回路４０ａ及び回路４０ｂ）から成り、この２つの回路（セクション）は、第１シールドコイル２０に含まれる２つのコイルのそれぞれに対応している。また、第１シールドコイル保護回路４０の、２つの回路のそれぞれは、抵抗器（抵抗器４１ａ又は抵抗器４１ｂ）、及び、導体から成る。第１シールドコイル２０でクエンチが発生した時には、抵抗器に電流が流れるため、第１シールドコイル２０の損傷を防ぐことができる。
【００３７】
（永久電流スイッチについて）
次に、永久電流スイッチ７１を使った磁場発生装置１の運転について説明する。
まず、電源７２を用いてメインコイル１０及び第１シールドコイル２０に流す電流を増やしている間は、永久電流スイッチ７１をオフ（永久電流スイッチ７１の超電導線の加熱により、永久電流スイッチ７１に電気抵抗が発生している状態）にしておく。
メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の電流が定格値に達したら、永久電流スイッチ７１をオン（冷却により永久電流スイッチ７１を超電導状態にした状態）にする。これにより、永久電流スイッチ７１にも電流が流れる。
この状態で、電源７２の電流をゼロまで下げ、その後、電源７２を回路から切り離すと、永久電流スイッチ７１、メインコイル１０、及び第１シールドコイル２０を含む閉回路に、電流が流れ続ける。
【００３８】
（第２回路）
次に、第２回路６について説明する。上記のように、第２回路６には、第２シールドコイル５０及び第２シールドコイル保護回路６０が含まれる。第２回路６は、第１回路５とは別に設けられ、且つ、閉回路となっている。
【００３９】
（第２シールドコイル）
第２シールドコイル５０について説明する。第２シールドコイル５０の軸方向長さＬ２は、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の、軸方向Ｃに関する最大の長さ（すなわちＬｍ）よりも大きい（図２参照）。また、第２シールドコイル５０は、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の上端から下端までの範囲を覆うように配置されている。第２シールドコイル５０は、液体冷媒（又はガス冷媒）を用いて、転移温度以下に冷却されている。また、メインコイル１０、第１シールドコイル２０、及び第２シールドコイル５０は、同一の冷却槽内に配置されている。
【００４０】
第２シールドコイル５０の内径は、第１シールドコイル２０の外径よりも大きい。そして、第２シールドコイル５０は、第１シールドコイル２０の径方向Ｄに関して外側に配置されている。
【００４１】
また、第２シールドコイル５０は、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０と同心に配置されており、第２シールドコイル５０の中心軸は、メインコイル１０の中心軸（図２の一点鎖線参照）に一致する。また、第２シールドコイル５０の軸方向は、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の軸方向Ｃと一致している。
【００４２】
磁場発生装置１において、メインコイル１０又は第１シールドコイル２０にクエンチが生じた場合に、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の磁場バランスが崩れ、第１シールドコイル２０の外部の基準位置における漏洩磁場が、設定漏洩磁場を超えて大きくなることがある。この場合においても、この磁束の変化を打ち消すように、第２シールドコイル５０に誘導起電力が発生し、その結果、第２シールドコイル５０の外側における漏洩磁場の増大が抑制される。
【００４３】
（第２シールドコイル保護回路）
第２シールドコイル保護回路６０について説明する。第２シールドコイル保護回路６０は、第２シールドコイル５０の両端を短絡するように、第２シールドコイル５０に対して電気的に接続されている。これにより、第２回路６が閉回路となっている。また、第２シールドコイル保護回路６０は、双方向ダイオード６１、及び、導体から成る。
【００４４】
（双方向ダイオード）
次に、双方向ダイオード６１について説明する。双方向ダイオード６１は、第２シールドコイル保護回路６０に含まれる。また、双方向ダイオード６１には、２つのダイオード（ダイオード６１ａ及びダイオード６１ｂ）が含まれており、これらの２つのダイオードは、互いに逆向きに配置されている（図１参照）。２つのダイオードは同一部品であり、これらのオン電圧Ｖｏｎは同一である。
【００４５】
双方向ダイオード６１のオン電圧Ｖｏｎは、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の励消磁（励磁又は消磁）における磁場変化に起因した電磁誘導によって、第２シールドコイル５０に発生する起電力（誘導電流を生じさせる電位差）よりも大きく設定されている。
また、双方向ダイオード６１のオン電圧Ｖｏｎは、メインコイル１０又は第１シールドコイル２０におけるクエンチ発生時における磁場変化に起因した電磁誘導によって、第２シールドコイル５０に発生する起電力以下に設定されている。
【００４６】
このように、双方向ダイオード６１のオン電圧Ｖｏｎは、励消磁の際に発生する誘導起電力（変化する場合には最大起電力）よりも大きく、且つ、クエンチ発生時に発生する誘導起電力以下となるように設定されている。そのため、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の励消磁の際には、双方向ダイオード６１に電流が流れないが、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０においてクエンチが発生した際には、双方向ダイオード６１に電流が流れる。
なお、オン電圧Ｖｏｎは、ダイオード６１ａ及びダイオード６１ｂのそれぞれのオン電圧に相当する。
【００４７】
ここで、双方向ダイオード６１のオン電圧Ｖｏｎの設定に関して、より詳しく説明する。第２シールドコイル５０に生じる誘導起電力（磁束の変化を打ち消す方向に生じる起電力）の大きさは、磁場変化率に比例する（ファラデーの電磁誘導の法則参照）。
そこで、クエンチ発生時及び励消磁時の磁場変化率（単位時間当たりの磁場変化量）を比較する。まず、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の励磁（又は消磁）には、１時間程度の時間を要する。一方、クエンチ発生時には、超電導コイル（メインコイル１０又は第１シールドコイル２０）は、数秒程度で常伝導状態になる。そのため、クエンチ発生時には、超電導コイルの磁場変化が数秒で完了してしまう。また、励消磁の際と、クエンチ発生時とで、磁場変化量（変化幅）は同程度である。
以上から、クエンチ発生時の磁場変化率は、励消磁の際の磁場変化率よりも大きい。その結果として、クエンチ発生時に生じる誘導起電力Ｖｑの方が、励消磁の際に発生する誘導起電力Ｖｍよりも大きい。そして、オン電圧Ｖｏｎは、次式を満たすように設定されている。
Ｖｍ ＜ Ｖｏｎ ≦ Ｖｑ        （式１）
【００４８】
このように、磁場発生装置１では、励消磁の際に第２シールドコイル５０が機能しないので、安定した励消磁が可能となる。次に、第２シールドコイル５０を励消磁の際に機能させない理由について説明する。
励消磁中に第２シールドコイル５０が機能すると、第２シールドコイル５０に誘導電流が流れ、ＭＲＩ装置に必要な磁場強度、及び磁場均一度が得られなくなる。
そのため、磁場発生装置１の構成では、第２シールドコイル５０が、クエンチ発生時にのみ機能し、励消磁の際には機能しないようになっている。
【００４９】
また、第２シールドコイル５０でクエンチが発生した時には、双方向ダイオード６１に電流が流れるため、第２シールドコイル５０の損傷を防ぐことができる。
【００５０】
（動作例）
次に、磁場発生装置１の動作例について説明する。ここでは、一例として、メインコイル１０のコイル１０ｅにクエンチが発生した場合について説明する。
【００５１】
通常運転時には、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の磁場のバランスが維持されている。その結果、磁場発生装置１においては、第１シールドコイル２０の外側の、基準位置での磁場が、設定漏洩磁場を超えないように維持されている。
【００５２】
ここで、コイル１０ｅにクエンチが発生すると、コイル１０ｅが常伝導状態になり、コイル１０ｅの電気抵抗が急激に増大する。このため、コイル１０ｅを流れる電流は急激に減少し、抵抗器３１ｅに流れる電流が増大する。これにより、コイル１０ｅが保護される。
【００５３】
また、コイル１０ｅにクエンチが発生した場合には、メインコイル１０のコイル１０ｅを流れる電流が、クエンチ発生前（通常運転時）に比べて減少するため、電磁誘導により、第１シールドコイル２０を流れる電流が増大する。このため、クエンチ発生時には、第１シールドコイル２０で発生する磁場と、メインコイル１０で発生する磁場とのバランスが崩れ、これにより、第１シールドコイル２０の外側の、基準位置における磁場が、設定漏洩磁場よりも増大する。
【００５４】
このときに、この磁束の変化を打ち消すように、第２シールドコイル５０に誘導起電力が発生する。その結果、第２シールドコイル５０の外側における、漏洩磁場の増大が抑制される。
【００５５】
また、メインコイル保護回路３０及び第１シールドコイル保護回路４０の各抵抗器の抵抗値は、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の各コイルの、クエンチ発生時における抵抗値よりも十分に小さく設定されている。そのため、メインコイル１０又は第１シールドコイル２０でクエンチが発生したときには、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０に蓄積されたエネルギーのほとんどは、抵抗器で消費される。
【００５６】
なお、ここではメインコイル１０のコイル１０ｅにおいてクエンチが発生した場合について説明したが、第１シールドコイル２０（コイル２０ａ又はコイル２０ｂ）でクエンチが発生した場合にも同様に、第１シールドコイル２０の外側の磁場が増大し、また、磁場発生装置１の構成により漏洩磁場の増大が抑制される。
また、コイル１０ａ〜コイル１０ｄにおいてクエンチが発生した場合にも同様に、本構成により漏洩磁場の増大が抑制される。
【００５７】
（従来の磁場発生装置における漏洩磁場変化）
次に、従来のアクティブシールド方式の磁場発生装置（図１の回路から、第２回路６を除いたもの）における漏洩磁場変化について、図５を用いて説明する。
【００５８】
図５は、従来の磁場発生装置の外側（第１シールドコイルの外側）の、ある基準位置における漏洩磁場の時間変化を示している。また、図５の縦軸（漏洩磁場）は、絶対値であるとする。図に示すように、通常運転時（安定状態）における、この基準位置での設定漏洩磁場は５×１０−４Ｔ（５ガウス）となっている。
【００５９】
例えば、メインコイルでクエンチが発生すると、メインコイルを流れる電流が減少し、電磁誘導により、シールドコイル（第１シールドコイル）に流れる電流が増大する。そのため、シールドコイルの磁場が、通常運転時よりも大きくなり、メインコイル及びシールドコイルにおける磁場が乱される（すなわち、磁場のバランスが崩れる）。その結果、図５に示すように、メインコイルでクエンチが発生すると、漏洩磁場が、設定漏洩磁場よりも増大する。
【００６０】
なお、図５において、漏洩磁場が増大した後に減少するのは、シールドコイルに流れる誘導電流が臨界電流を超えたために、シールドコイルにおいてもクエンチが発生し、メインコイル及びシールドコイルの両方に電流が流れなくなるためである。
【００６１】
ここでは、メインコイルでクエンチが発生した場合について説明したが、シールドコイルでクエンチが発生した場合にも、同様の磁場変化が生じる。
【００６２】
（本実施形態の磁場発生装置における漏洩磁場変化）
次に、磁場発生装置１における漏洩磁場変化について、図４を用いて説明する。図４は、磁場発生装置１の外側（第２シールドコイル５０の外側）の、ある基準位置（図２及び図３の点Ｆの位置）における漏洩磁場の時間変化を示している。また、図４の縦軸（漏洩磁場）は、絶対値であるとする。図に示すように、通常運転時における、点Ｆの位置での設定漏洩磁場は５×１０−４ Ｔ（５ガウス）となっている。
【００６３】
例えば、メインコイル１０でクエンチが発生すると、メインコイル１０を流れる電流が減少し、電磁誘導により、第１シールドコイル２０に流れる電流が増大する。そのため、第１シールドコイル２０の磁場が通常運転時よりも大きくなり、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０における磁場が乱される。すなわち、メインコイル１０で発生する磁場と、第１シールドコイル２０で発生する磁場とのバランスが崩れる。その結果、第１シールドコイル２０の外側であって、且つ、第２シールドコイル５０の内側の位置（図３の点Ｈの位置）における磁場が、通常運転時に比べて増大する。この際に、第２シールドコイル５０に誘導電流が流れ、その結果、第２シールドコイル５０には、増大した漏洩磁場を抑制するように磁場が生じる。そのため、図４に示すように、クエンチ発生後に、基準位置（点Ｆの位置）において、漏洩磁場が増大することなく、設定漏洩磁場（５×１０−４Ｔ）のままで維持される。
【００６４】
磁場発生装置１の運転を継続すると、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０に流れる電流は、ゼロになるまで減衰する。それに伴い、第２シールドコイル５０に発生する誘導電流もそれに伴い減衰する。従って、図４に示すように、漏洩磁場は最終的にゼロになる。なお、この漏洩磁場の減少の原因は、メインコイル１０（又は第１シールドコイル２０）におけるクエンチの発生に、直接の関連は無い。
【００６５】
ここでは、メインコイル１０でクエンチが発生した場合について説明したが、第１シールドコイル２０でクエンチが発生した場合にも、同様の磁場変化が生じる。
【００６６】
（効果）
次に、本実施形態に係る磁場発生装置１により得られる効果について説明する。
磁場発生装置１は、アクティブシールド方式によって漏れ磁場を低減するものであり、５つの超電導コイル（コイル１０ａ、コイル１０ｂ、コイル１０ｃ、コイル１０ｄ、及びコイル１０ｅ）から成るメインコイル１０と、２つの超電導コイル（コイル２０ａ及びコイル２０ｂ）から成り、メインコイル１０の径方向外側にメインコイル１０と同心に配置され、メインコイル１０に対して電気的に直列に接続された第１シールドコイル２０と、メインコイル１０に対して電気的に並列に接続され、クエンチ発生時にメインコイル１０を保護するメインコイル保護回路３０（回路３０ａ、回路３０ｂ、回路３０ｃ、回路３０ｄ、及び回路３０ｅ）と、第１シールドコイル２０に対して電気的に並列に接続され、クエンチ発生時に第１シールドコイル２０を保護する第１シールドコイル保護回路４０（回路４０ａ及び回路４０ｂ）と、超電導コイルから成り、第１シールドコイル２０の径方向外側に、第１シールドコイル２０と同心に配置された第２シールドコイル５０と、第２シールドコイル５０の両端を短絡するように、第２シールドコイル５０に対して電気的に接続された第２シールドコイル保護回路６０と、を備える。
第２シールドコイル保護回路６０には、双方向ダイオード６１が含まれており、双方向ダイオード６１のオン電圧Ｖｏｎは、（i）メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の、励磁又は消磁における磁場変化に起因した電磁誘導によって、第２シールドコイル５０に発生する起電力Ｖｍよりも大きく設定され、且つ、（ii）メインコイル１０又は第１シールドコイル２０のクエンチ発生時における磁場変化に起因した電磁誘導によって、第２シールドコイル５０に発生する起電力Ｖｑ以下に設定されている。
【００６７】
この構成では、アクティブシールド方式により、第１シールドコイル２０の外側に生じるメインコイル１０の磁場が、第１シールドコイル２０の磁場によって弱められ、漏洩磁場（磁束密度）が低減される。
また、この構成では、アクティブシールド方式の磁場発生装置に、第２シールドコイル５０が設けられており、第２シールドコイル５０は、電磁誘導により、漏洩磁場の増大を抑制する。そのため、メインコイル１０又は第１シールドコイル２０においてクエンチが発生した場合に、そのクエンチの発生位置や発生原因によらず、磁場発生装置から漏洩する磁場の増大を抑制することができる。
また、本構成では、メインコイル１０又は第１シールドコイル２０でのクエンチ発生時には、双方向ダイオード６１に電流が流れるため、クエンチ発生時には、第２シールドコイル５０が機能する。一方、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の励消磁（励磁又は消磁）の際には、双方向ダイオード６１に電流が流れないため、励消磁の際に、第２シールドコイル５０は機能しない。そのため、第２シールドコイル５０によって磁場を乱されることなく、安定した励消磁を行なうことが可能となる。
【００６８】
また、磁場発生装置１においては、第２シールドコイル５０の軸方向長さＬ２が、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０の、軸方向に関する最大の長さＬｍ以上である。
この構成では、第２シールドコイル５０が十分な長さを有するため、漏洩磁場の増大が、第２シールドコイル５０によって確実に抑制される。
【００６９】
また、磁場発生装置１においては、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０のそれぞれが分割型コイルとなっており、それぞれには複数のコイルが含まれる。これにより、ＭＲＩ装置に要求される磁場均一度を満たすことが可能となる。
【００７０】
（他の実施形態について）
本発明の実施の形態は、上記の実施形態には限られない。例えば、双方向ダイオードに含まれるダイオードの数は、２つには限られない。例として、双方向ダイオードに、直列接続された４つのダイオードが含まれ、この内、２つのダイオードがある方向に向けて配置され、他の２つがこれとは逆の方向に向けて配置されていてもよい。この場合には、双方向ダイオードのオン電流の値は、２つのダイオードのオン電流の合計値となる。
【００７１】
また、上記の実施形態では、コイルの冷却方式が冷媒使用タイプであり、また、メインコイル１０、第１シールドコイル２０、及び第２シールドコイル５０の冷媒槽として、同一の冷媒槽が使用されている。しかし、それぞれのコイルが、対応した冷媒槽内に配置されていてもよい。また、コイルの冷却方式は、冷媒を用いない、冷凍機使用タイプであってもよい。
【００７２】
また、上記の実施形態においては、メインコイル１０及び第１シールドコイル２０が、それぞれ分割型コイルとなっており、複数のコイルから構成されている。これらは、それぞれ、分割型でなく、一つのコイルのみから構成されていてもよい。また、上記の実施形態では、第２シールドコイル５０が、一つのコイルから成るが、第２シールドコイルもまた、複数のコイルから構成されるもの（分割型コイル）であってもよい。
【００７３】
また、双方向ダイオードのオン電圧Ｖｏｎは、上記の式１を満たすように設定され、運転電流、磁場強度、測定空間のサイズなどにより変化するが、例えば、５〜１０［Ｖ］程度とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る磁場発生装置は、医療用のＭＲＩ装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１    磁場発生装置
５    第１回路
６    第２回路
１０    メインコイル
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ    メインコイルを構成するコイル
２０    第１シールドコイル
２０ａ、２０ｂ    第１シールドコイルを構成するコイル
３０    メインコイル保護回路
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ    メインコイル保護回路を構成する回路
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ    抵抗器
４０    第１シールドコイル保護回路
４０ａ、４０ｂ    第１シールドコイル保護回路を構成する回路
４１ａ、４１ｂ    抵抗器
５０    第２シールドコイル
６０    第２シールドコイル保護回路
６１    双方向ダイオード
６１ａ、６１ｂ    ダイオード
７１    永久電流スイッチ
７２    電源
【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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