(57)【要約】【課題】簡易な構成により、クエンチが発生した場合には蓄積された磁気エネルギを迅速に消費できる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および超電導コイルの保護方法を提供する。【解決手段】超電導磁石装置１は、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂと、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを冷媒と共に収納し冷却する冷却容器と、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに直列に接続して第１閉回路Ｃ１を構成して永久電流Ｉｐを流す永久電流スイッチ６と、第１閉回路Ｃ１とは別に超電導コイル２ｂ，４ａに直列に接続して第２閉回路Ｃ２１を構成するダイオードＤと、ダイオードＤに熱的に接続される熱電変換素子１０と、熱電変換素子１０と電気的に接続され、超電導コイル４ａに熱的に接続される電熱ヒータ１３とを有している。【選択図】図５
2015043358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの超電導コイルと、
前記超電導コイルを冷媒と共に収納し冷却する冷却容器と、
前記少なくとも一つの超電導コイルに直列に接続して第１閉回路を構成し前記超電導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチと、
前記第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列に接続して第２閉回路を構成するダイオードと、
前記ダイオードに熱的に接続される熱電変換素子と、
前記熱電変換素子と電気的に接続され、前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに熱的に接続される電熱ヒータと、
を有することを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】
前記熱電変換素子は、一端が前記ダイオードに熱的に接続し、他端が前記冷媒に熱的に接続しており、前記熱電変換素子の側面に断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。
【請求項３】
前記ダイオードは、前記超電導コイルの最下部よりも上側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。
【請求項４】
前記ダイオードは、前記超電導コイルの最下部よりも上側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の超電導磁石装置。
【請求項５】
前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。
【請求項６】
前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の超電導磁石装置。
【請求項７】
前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導磁石装置。
【請求項８】
前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導磁石装置。
【請求項９】
前記ダイオードおよび前記熱電変換素子は、前記超電導コイルに近接して配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超電導磁石装置と、
被検体を載置するベッドと、
前記ベッドを移動させ、前記被検体を前記超電導磁石装置が生成する均一磁場空間へ搬送する搬送装置と、
前記均一磁場空間に置かれた前記被検体からの核磁気共鳴信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴画像装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の超電導磁石装置と、
被検体を載置するベッドと、
前記ベッドを移動させ、前記被検体を前記超電導磁石装置が生成する均一磁場空間へ搬送する搬送装置と、
前記均一磁場空間に置かれた前記被検体からの核磁気共鳴信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴画像装置。
【請求項１２】
少なくとも一つの超電導コイルが直列に接続されて構成され永久電流を流す第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列にダイオードが接続されて構成される第２閉回路において、前記ダイオードに生じる熱を起電力に変換する熱電変換ステップと、
前記熱電変換ステップにおいて得られた起電力を用いて電熱ヒータを発熱させる発熱ステップと、
前記発熱ステップにおいて得られた前記電熱ヒータの熱により前記超電導コイルのうちの少なくとも一つにクエンチを誘発させるステップと、
を有することを特徴とする超電導コイルの保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および超電導コイルの保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、磁場を利用する装置、例えば磁気共鳴画像装置（以下、ＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置とも称する。）は、発生磁場の強度が高いほど生体の大部分を構成する水素原子核の核磁気共鳴（ＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)）現象が組織によって異なることを利用して、生体組織を画像化するものである。このような装置においては、共鳴の強さや、共鳴の時間的変化の速さが画像のコントラストとして現われるようになっている。
【０００３】
ＭＲＩ装置では、高画質の画像を得るために、撮像領域に磁場強度が高く時間的空間的に高い均一度を有する静磁場（均一磁場空間）を生成する必要がある。また、放射光施設で用いられる軌道を曲げるための偏向磁石においては、その磁場強度が高いほど曲げ角度が大きくなり、装置の小型化が可能となる。したがって、これらの装置は近年高磁場化する傾向にあり、しばしば超電導磁石装置が用いられる。
【０００４】
超電導磁石装置では、それに用いられる超電導コイルの超電導線材の一部が超電導状態から常電導状態へと転移（常電導転移）して磁場が消滅するクエンチが、発生する場合がある。このクエンチ発生時には、常電導転移により電気抵抗が生じた超電導コイルは、コイル電流（永久電流）が流れてジュール発熱し、このコイル電流を迅速に減衰させ、超電導コイルに蓄積された磁気エネルギを迅速に消費する。この場合、コイル電流（永久電流）の減衰に時間がかかると、超電導コイルに不均一な電磁力が作用するおそれがある。
【０００５】
したがって、従来から、NbTiやNb3Snなどの金属製の超電導コイルについてのクエンチに対する保護対策が行われている。
例えば、（ａ）クエンチが発生した場合、他の超電導コイルにクエンチが伝搬して回路中の対地電圧を過度に上昇させないように、超電導コイル群を複数の小さな閉回路に分割し、且つ各閉回路に直列に定電圧ダイオードを挿入して電圧上昇を抑制する方法がある。
また、（ｂ）クエンチ発生時に、超電導コイルのクエンチが発生していない箇所にもクエンチを発生させて、ある特定の超電導コイルへの電力流入の集中を防止し、蓄積された磁気エネルギを他の超電導コイルでも迅速に消費するための保護回路を設ける方法がある。（ｂ）の方法のうちで従来からよく用いられる方法の一つに、超電導コイルと電熱ヒータが並列に接続され、超電導コイルにクエンチが検出されたとき、超電導コイルを流れる電流が電熱ヒータへ転流し、その入熱によって他のコイル群に連鎖的にクエンチを誘発させることでエネルギ消費を分散させて超電導コイルを保護する方法がある。
【０００６】
しかし、（ｂ）の方法では、コイル電流が電熱ヒータに直接流れ込むため、超電導磁石装置が大型化してコイル電流が大きくなると電熱ヒータを過熱させるおそれがある。この対策として、電熱ヒータの物量を大型化し、想定される電熱ヒータへ流れ込む最大電流量でも過熱しない設計は可能である。しかし、超電導磁石装置が大型化すると電熱ヒータの物量も増大し、電熱ヒータの設置のための支持構造物も大型化するため、極低温領域への熱侵入量が増大するおそれがある。またコスト増大の要因ともなる。
【０００７】
電熱ヒータの物量の増大を回避しながら電熱ヒータの過熱を防止する技術として、特開２０１１−７１５１５号公報（特許文献１）には、電熱ヒータと直列にヒューズを挿入し、電熱ヒータの電流定格よりも低い或る特定の電流レベルでヒューズを溶断して、電熱ヒータの損傷を防止する技術が提案されている（特許文献１の段落［００２４］、［００２５］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−７１５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、クエンチ発生後に超電導磁石装置を再稼働するためにはヒューズを交換する必要があり、超電導磁石装置の外部の室温側に、ヒューズ交換用ポートを設置することが不可欠である。このため、極低温状態にある超電導コイルと室温状態にあるヒューズとを電気的に接続するための特別の機構が必要となり、装置が煩雑になるという課題がある。
【００１０】
また、電熱ヒータへのコイル電流の転流量を制限するために、電熱ヒータと並列に定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）を接続する方法もある。この方法によれば、電熱ヒータに印加される電圧の上限値が制限されるため、過大な電流の流入による電熱ヒータの過熱を防止することができる。しかしながら、超電導磁石装置が大型化して電熱ヒータおよび定電圧ダイオードを備える回路素子の数が増えると、それらと直列に接続された永久電流スイッチの両端に印加する電圧が、永久電流スイッチの耐電圧を上回るおそれがある。この場合、永久電流スイッチを保護する機構が別途必要となり、装置が煩雑になるという課題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成により、クエンチが発生した場合には蓄積された磁気エネルギを迅速に消費できる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および超電導コイルの保護方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る超電導磁石装置は、少なくとも一つの超電導コイルと、前記超電導コイルを冷媒と共に収納し冷却する冷却容器と、前記少なくとも一つの超電導コイルに直列に接続して第１閉回路を構成し前記超電導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチと、前記第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列に接続して第２閉回路を構成するダイオードと、前記ダイオードに熱的に接続される熱電変換素子と、前記熱電変換素子と電気的に接続され、前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに熱的に接続される電熱ヒータと、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る磁気共鳴画像装置は、前記超電導磁石装置と、被検体を載置するベッドと、前記ベッドを移動させ、前記被検体を前記超電導磁石装置が生成する均一磁場空間へ搬送する搬送装置と、前記均一磁場空間に置かれた前記被検体からの核磁気共鳴信号を処理する処理装置と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る超電導コイルの保護方法は、少なくとも一つの超電導コイルが直列に接続されて構成され永久電流を流す第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列にダイオードが接続されて構成される第２閉回路において、前記ダイオードに生じる熱を起電力に変換する熱電変換ステップと、前記熱電変換ステップにおいて得られた起電力を用いて電熱ヒータを発熱させる発熱ステップと、前記発熱ステップにおいて得られた前記電熱ヒータの熱により前記超電導コイルのうちの少なくとも一つにクエンチを誘発させるステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構成により、クエンチが発生した場合には蓄積された磁気エネルギを迅速に消費できる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および超電導コイルの保護方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置が適用されたＭＲＩ装置を模式的に示す外観斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。
【図３】互いに逆極性に並列接続される一対のダイオード部を備えたダイオードユニットとその周辺の模式図である。
【図４】熱電変換素子の作動原理を説明するための概念図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置の回路図である。
【図６】熱電ヒータの発熱によるクエンチ誘発動作を示すフローチャートである。
【図７】ダイオード、ダイオード冷却用銅板、および熱電変換素子の斜視図である。
【図８】銅の熱伝導率と温度との関係を示す図である。
【図９】銅の比熱と温度との関係を示す図である。
【図１０】ダイオードへの通電開始からのダイオード冷却用銅板の温度の時間的変化を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る超電導磁石装置の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の上側部分を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る超電導磁石装置の回路図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る超電導磁石装置の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
【００１８】
〔第１実施形態〕
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１が適用された磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ装置）１００について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１が適用されたＭＲＩ装置１００を模式的に示す外観斜視図である。ＭＲＩ装置１００は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体（図示せず、以下同じ）の断層画像を得るものである。
【００１９】
図１に示すように、ＭＲＩ装置１００は、被検体にＮＭＲ現象を誘起してＮＭＲ信号を受信するための各種装置を収容するガントリ１０１、被検体を載置するベッド１０２、このベッド１０２に載置された被検体を均一磁場空間Ｆ（図２参照）へ搬送する搬送装置１０３、ガントリ１０１内の各種装置を制御する電源や各種制御装置を収納した制御装置１０４、検出されたＮＭＲ信号を処理するコンピュータ等の処理装置１０５、処理されたＮＭＲ信号に基づき断層画像を表示する表示装置１０６等を含み、それぞれ電源・信号線１０７で接続されている。
【００２０】
ガントリ１０１は、均一磁場を生成する超電導磁石装置１（図２参照）を内部に備えている。ガントリ１０１、ベッド１０２、および搬送装置１０３は、高周波電磁波と静磁場を遮蔽する図示しないシールドルーム内に配置されており、制御装置１０４、処理装置１０５、および表示装置１０６は、シールドルーム外に配置されている。
【００２１】
図２は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。
図２に示すように、ダイオードユニット５の中に、ダイオードＤ（図３に示すダイオードＤ１〜Ｄ６の総称）と、ダイオード冷却用銅板７（図３に示すダイオード冷却用銅板７ａ〜７ｈの総称）と、熱電変換素子１０とが備えられている。図２中のｚ軸は、超電導磁石装置１の円筒形状の外形の中心軸に略一致している。
【００２２】
超電導磁石装置１は、ｚ軸上の原点（中心）Ｏ近傍に均一磁場空間（目標磁場空間）Ｆを生成するための超電導主コイル（超電導コイル）２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂが均一磁場空間Ｆ以外に生成した磁場が超電導磁石装置１外へ漏洩することを抑制するための超電導シールドコイル（超電導コイル）４ａ，４ｂと、を有している。
【００２３】
超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂは、ｚ軸を中心軸として同軸となるように配置されている。超電導主コイル２ａと２ｂは、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面（図示せず）に対して対称に配置されている。同様に、超電導主コイル３ａと３ｂは、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面（図示せず）に対して対称に配置されている。また、超電導シールドコイル４ａと４ｂは、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面（図示せず）に対して対称に配置されている。超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂには、一定の電流（永久電流）が流され、超電導シールドコイル４ａ，４ｂには、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂとは逆方向の前記一定の電流（永久電流）が流される。
【００２４】
なお、これらの超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂは、電磁力、漏洩磁場、最大経験磁場、磁場均一度、および磁場強度を許容範囲内に抑えるように、位置、形状、および設置個数の変更が可能である。例えば図２の例では、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの総数を４個としているが、この限りではなく、５個以上であってもよい。
【００２５】
また、超電導磁石装置１は、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと、超電導シールドコイル４ａ，４ｂとを、冷媒２４と共に収納し、冷却する円筒形状の冷却容器２１と、この冷却容器２１を覆うように形成された円筒形状の輻射シールド２２と、冷却容器２１と輻射シールド２２を囲繞し、内部を真空にした真空容器２３とを有している。冷媒２４としては、例えば、液体ヘリウム等の液化した冷媒を用いることができ、冷却容器２１内の超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂとを、４．２Ｋ程度の極低温に保ち、超電導状態に維持することができる。なお、この冷媒２４と輻射シールド２２とを冷却するために図示しない冷凍機を設けてもよい。
【００２６】
また、超電導磁石装置１は、冷却容器２１内に、一対のダイオード部５ａ，５ｂ（図３参照）を備えたダイオードユニット５を有している。ダイオードユニット５は、ダイオードＤと、該ダイオードＤで発生した熱を放熱させダイオードＤを冷却するためのダイオード冷却用銅板７とを有している。ダイオード冷却用銅板７は、ダイオードＤに圧接している。
【００２７】
そして、超電導磁石装置１は、ダイオードＤで発生した熱を熱電変換素子１０を介して冷媒２４に伝熱する。熱電変換素子１０を流れる熱がダイオードＤ側から冷媒２４側への一方向の流れとなるように、熱電変換素子１０は、ダイオードＤ側および冷媒２４側の両端部以外の側面が断熱材１５（図４参照）で覆われている。
【００２８】
熱電変換素子１０は、ダイオード冷却用銅板７を介さずに直接ダイオードＤに熱的に接触していてもよい。また、図２の例では、熱電変換素子１０に電気配線１４を介して電気的に接続された電熱ヒータ１３は、超電導シールドコイル（超電導コイル）４ａに熱的に接続しているが、これに限られない。電熱ヒータ１３は、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、および超電導シールドコイル４ａ，４ｂのいずれに接続されていてもよい。なお、熱電変換素子１０に生じる起電力により電熱ヒータ１３が加熱される作動原理については後記する。
【００２９】
また、電気配線１４は、図２では模式的に１本の線で描かれているが、実際には熱電変換素子１０と電熱ヒータ１３とを直列に接続する閉回路を構成するために、換素子１０と電熱ヒータ１３との間を２本の導線でつないでいる（図３および図４参照）。この電気配線１４としては、ツイスト線もしくは同軸線を用いることが、磁気的な影響を排除できる観点から好ましい。
【００３０】
図３は、互いに逆極性に並列接続される一対のダイオード部５ａ，５ｂを備えたダイオードユニット５とその周辺の模式図である。
図３に示すように、ダイオード部５ａは、複数（図３の例では３個）のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３と、複数（図３の例では４枚）のダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと、加圧装置８と、を有している。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３それぞれを、ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄで挟むように、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３とダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとが交互に積層（スタック）されている。これらは、加圧装置８によって積層方向に加圧され、隣接するダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３とダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとは圧接している。これにより、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、ダイオード冷却用銅板７ｂ，７ｃを介して、電気的に同じ方向に直列に接続している。また、ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の電極として機能し、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を流れる電流は、ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに対して流れ込んだり、流れ出たりする。ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に熱的に接続している。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に電流が流れ、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３が発熱すると、その熱は、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３からダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを伝導して除熱される。
【００３１】
また、ダイオード部５ｂは、複数のダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６と、複数のダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈと、加圧装置８と、を有している。ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６それぞれを、ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈで挟むように、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６とダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈとが交互に積層されている。これらは、加圧装置８によって積層方向に加圧され、隣接するダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６とダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈとは圧接している。これにより、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６は、ダイオード冷却用銅板７ｆ，７ｇを介して、電気的に同じ方向に直列に接続している。また、ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈは、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６の電極として機能し、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６を流れる電流は、ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈに対して流れ込んだり、流れ出たりする。ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈは、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６に熱的に接続している。ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６に電流が流れ、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６が発熱すると、その熱は、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６からダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈを伝導して除熱される。
【００３２】
そして、ダイオード冷却用銅板７ａと７ｅが、ノードｎ４において接続されている。ダイオード冷却用銅板７ｂと７ｆが、ノードｎ３において接続されている。ダイオード冷却用銅板７ｃと７ｇが、ノードｎ２において接続されている。ダイオード冷却用銅板７ｄと７ｈが、ノードｎ１において接続されている。これにより、ダイオードＤ１とＤ４は、互いに逆極性に並列接続されている。ダイオードＤ２とＤ５は、互いに逆極性に並列接続されている。ダイオードＤ３とＤ６は、互いに逆極性に並列接続されている。そして、ダイオードＤ１とＤ４の並列接続と、ダイオードＤ２とＤ５の並列接続と、ダイオードＤ３とＤ６の並列接続とが、直列接続されている。
【００３３】
ここでは、熱電変換素子１０が、ダイオード冷却用銅板７ａを介してダイオードＤ１に熱的に接続されている。
【００３４】
図４は、熱電変換素子１０の作動原理を説明するための概念図である。
図４に示すように、熱電変換素子１０は、一端がダイオードＤ（図２参照）にダイオード冷却用銅板７を介して熱的に接続し、他端が冷媒２４に熱的に接続している。また、熱電変換素子１０の側面に断熱材１５が設けられている。すなわち、熱電変換素子１０は、ダイオードＤにダイオード冷却用銅板７を介して熱的に接続する側の端部（熱端部）およびその反対側の端部（冷端部）以外の側面を断熱材１５で覆っている。このような構成によれば、高温側であるダイオード冷却用銅板７を介したダイオードＤの熱を低温側である冷媒２４に一方向に無駄なく伝熱させることができ、より確実に起電力を発生させることができる。断熱材１５の材料としては、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等を用いることができる。
【００３５】
熱電変換素子１０として、ここではネルンスト効果を利用した直方体のネルンスト素子が使用される。図４に示す直方体のネルンスト素子の長さＬ、幅Ｗとして、熱流束を長さＬ方向に、磁場（磁束密度Ｂ）を奥行き方向（図４の紙面に垂直な方向）にそれぞれ印加した場合、ネルンスト素子の幅Ｗ方向に起電力Ｖｎが誘起される。したがって、熱電変換素子１０の設置姿勢は、図２および図３では単に図面に表示し易い向きに設定されているが（以降の図においても同様）、熱電変換素子１０に誘起される起電力Ｖｎの方向を考慮して設定する必要がある。
【００３６】
なお、熱電変換素子１０は、必ずしもネルンスト素子に限定されるものではなく、例えばゼーベック効果を利用するゼーベック素子、あるいはネルンスト効果とゼーベック効果の双方を利用する素子であってもよい。
【００３７】
図５は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１の回路図である。
図５に示すように、超電導磁石装置１においては、ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続と、ダイオードＤ２とＤ５の互いに逆極性の並列接続と、ダイオードＤ３とＤ６の互いに逆極性の並列接続とが、直列接続されている。また、超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂとが、直列接続されている。超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂの直列接続に、永久電流スイッチ６が直列接続して、第１閉回路Ｃ１を構成している。この第１閉回路Ｃ１に、永久電流Ｉｐを流すことができる。超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂの直列接続に対して、ダイオードＤ１とＤ４の並列接続とダイオードＤ２とＤ５の並列接続とダイオードＤ３とＤ６の並列接続との直列接続が、並列接続されている。
【００３８】
永久電流スイッチ６の両端には、直流電源１８とスイッチ１９の直列接続を、着脱可能に接続することができる。超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂと、ダイオードＤ１〜Ｄ６と、永久電流スイッチ６とが、冷却容器２１（図２参照）内に配置され、冷却されている。直流電源１８とスイッチ１９は、冷却容器２１（真空容器２３、図２参照）の外に配置されている。
【００３９】
そして、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、超電導シールドコイル４ａ，４ｂ、直流電源１８、およびスイッチ１９からなる閉回路で、超電導コイル群が励磁される。永久電流スイッチ６は、付設されるヒータをオフにすることで閉となる。励磁が終了した後、スイッチ１９を開とすることで、永久電流スイッチ６と超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂとからなる第１閉回路Ｃ１を形成し、永久電流Ｉｐが第１閉回路Ｃ１を流れる。
【００４０】
図５に示すように、超電導主コイル２ｂと、超電導シールドコイル４ａとが、直列接続されている。超電導主コイル２ｂと、超電導シールドコイル４ａとは、図２に示すように、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面を挟むようにその両側に配置され、位置的に離れている。このため、超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの間の相互インダクタンスは小さくなっている。図５に示すように、超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの直列接続に、ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続が、直列接続して、第２閉回路Ｃ２１が構成されている。ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続の両端のノードｎ３とｎ４に、超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの直列接続が接続している。
【００４１】
また、超電導主コイル２ａと、超電導シールドコイル４ｂとが、直列接続されている。超電導主コイル２ａと、超電導シールドコイル４ｂとは、図２に示すように、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面を挟むようにその両側に配置され、位置的に離れている。このため、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの間の相互インダクタンスは小さくなっている。図５に示すように、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの直列接続に、ダイオードＤ３とＤ６の互いに逆極性の並列接続が、直列接続して、第２閉回路Ｃ２３が構成されている。ダイオードＤ３とＤ６の互いに逆極性の並列接続の両端のノードｎ１とｎ２に、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの直列接続が接続している。
【００４２】
また、超電導主コイル３ａと３ｂとが、直列接続されている。超電導主コイル３ａと３ｂとは、図２に示すように、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする前記対称面を挟むようにその両側に配置され、位置的に近接している。このため、超電導主コイル３ａと３ｂの間の相互インダクタンスは大きくなっている。図５に示すように、超電導主コイル３ａと３ｂの直列接続に、ダイオードＤ２とＤ５の互いに逆極性の並列接続が、直列接続して、第２閉回路Ｃ２２が構成されている。ダイオードＤ２とＤ５の互いに逆極性の並列接続の両端のノードｎ２とｎ３に、超電導主コイル３ａと３ｂの直列接続が接続している。
【００４３】
次に、図２、図５および図６を主に参照して、前記したように構成されたＭＲＩ装置１００の超電導磁石装置１においてクエンチが発生した場合の作用について説明する。
図６は、熱電ヒータ１３の発熱によるクエンチ誘発動作を示すフローチャートである。
【００４４】
永久電流Ｉｐは、正常時には、第１閉回路Ｃ１を流れるが、例えばクエンチが超電導主コイル２ｂまたは超電導シールドコイル４ａで発生すると、超電導主コイル２ｂまたは超電導シールドコイル４ａの両端に電圧が発生し、永久電流Ｉｐの一部は、第２閉回路Ｃ２１を流れ、ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続に流れ込む。この並列接続に流れ込む永久電流Ｉｐの流れの方向に対して、ダイオードＤ１は順方向に接続され、ダイオードＤ４は逆方向に接続されている。すなわち、クエンチ時に、永久電流Ｉｐの一部は、ノードｎ４から、ダイオードＤ１（とＤ４の互いに逆極性の並列接続）を経由して、ノードｎ３へ流れるが、その流れの方向に対して、ダイオードＤ１は順方向に接続され、ダイオードＤ４は逆方向に接続されている。そして、その順方向に接続されているダイオードＤ１に、熱電変換素子１０が熱的に接続されている。熱電変換素子１０を含む回路は、第２閉回路Ｃ２１とは別の経路で構成されており、電熱ヒータ１３を介して超電導シールドコイル４ａに熱が流入する。
【００４５】
さらに説明すると、熱電変換素子１０と熱的に接続されたダイオードＤ１を備える第２閉回路Ｃ２１の、超電導主コイル２ｂまたは超電導シールドコイル４ａにおいて、クエンチが発生した場合には、それにより生じる電圧上昇のために、第２閉回路Ｃ２１内に大きな電流が流れる。このため、ダイオードＤ１で発熱し、その熱が熱電変換素子１０を介して、冷媒２４に伝熱することで、熱電変換素子１０に起電力が発生する（図６のステップＳ１参照）。これにより、熱電変換素子１０と電気的に接続された電熱ヒータ１３でジュール熱が発生する（図６のステップＳ２参照）。超電導シールドコイル４ａで最初にクエンチが発生したときには、クエンチが発生した超電導シールドコイル４ａにおけるまだクエンチの発生していない箇所を電熱ヒータ１３のジュール熱で加熱し、クエンチを拡散させることができるので（図６のステップＳ３参照）、迅速に永久電流Ｉｐを減衰できる。また、超電導主コイル２ｂで最初にクエンチが発生したときには、超電導シールドコイル４ａを電熱ヒータ１３のジュール熱で加熱し、クエンチを拡散させることができるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰できる。なお、減衰した永久電流Ｉｐは、オーバーシュートして逆方向に流れようとするので、この逆方向の電流は、ダイオードＤ４を流れる。このときダイオードＤ４は発熱するが、この発熱のタイミングは、ダイオードＤ１の発熱のタイミングより当然遅れる。したがって、できるだけ早いタイミングで熱を超電導シールドコイル４ａに伝導するために、ここでは、ダイオードＤ１側に熱電変換素子１０を設けるようにしている。
【００４６】
超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａとは、前記したように両者間の相互インダクタンスが小さいので、クエンチ時の磁場変化を互いに伝達し難いが、クエンチ時における永久電流Ｉｐの変化を第２閉回路Ｃ２１において互いに伝達できクエンチを拡散させることができる。位置的に離れた超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの間で、クエンチを拡散できるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰でき、クエンチ時の漏洩磁場の広がりを抑制することができる。
【００４７】
また、図２に示すように、超電導シールドコイル４ａは、超電導主コイル２ａ，３ａと径方向に対向して配置され、超電導シールドコイル４ａと、超電導主コイル２ａ，３ａの間の相互インダクタンスは、大きくなっている。クエンチ時の磁場変化を互いに伝達し合うことで、クエンチを拡散させることができる。例えば、超電導シールドコイル４ａでクエンチが発生すれば、それによる磁場変化により、超電導主コイル２ａ、３ａへクエンチを拡散させることができる。
【００４８】
また、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂとは、前記したように両者間の相互インダクタンスが小さいので、クエンチ時の磁場変化を互いに伝達し難いが、クエンチ時における永久電流Ｉｐの変化を第２閉回路Ｃ２３において互いに伝達できクエンチを拡散させることができる。位置的に離れた超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの間で、クエンチを拡散できるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰でき、クエンチ時の漏洩磁場の広がりを抑制することができる。
【００４９】
永久電流Ｉｐは、正常時には、第１閉回路Ｃ１を流れるが、クエンチが超電導主コイル２ａまたは超電導シールドコイル４ｂで発生すると、超電導主コイル２ａまたは超電導シールドコイル４ｂの両端に電圧が発生し、永久電流Ｉｐの一部は、第２閉回路Ｃ２３を流れ、ダイオードＤ３（とＤ６の互いに逆極性の並列接続）に流れ込む。この並列接続に流れ込む永久電流Ｉｐの流れの方向に対して、ダイオードＤ３は順方向に接続され、ダイオードＤ６は逆方向に接続されている。なお、ダイオードＤ６には、永久電流Ｉｐが減衰して逆方向にオーバーシュートした電流が流れる。
【００５０】
また、超電導主コイル３ａと３ｂは、前記したように両者間の相互インダクタンスが大きいので、クエンチ時の磁場変化を互いに伝達することができ、クエンチを拡散させることができる。また、クエンチ時における永久電流Ｉｐの変化を第２閉回路Ｃ２２において超電導主コイル３ａと３ｂとで互いに伝達できクエンチを拡散させることができる。超電導主コイル３ａと３ｂの間で、クエンチを拡散できるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰させることができる。
【００５１】
永久電流Ｉｐは、正常時には、第１閉回路Ｃ１を流れるが、クエンチが超電導主コイル３ａまたは３ｂで発生すると、超電導主コイル３ａまたは３ｂの両端に電圧が発生し、永久電流Ｉｐの一部は、第２閉回路Ｃ２２を流れ、ダイオードＤ２（とＤ５の互いに逆極性の並列接続）に流れ込む。この並列接続に流れ込む永久電流Ｉｐの流れの方向に対して、ダイオードＤ２は順方向に接続され、ダイオードＤ５は逆方向に接続されている。なお、ダイオードＤ５には、永久電流Ｉｐが減衰して逆方向にオーバーシュートした電流が流れる。
【００５２】
（熱電変換素子の特性および電熱ヒータの発熱量）
次に、図４を参照して、本実施形態に係る熱電変換素子１０の熱的および電気的特性について説明し、電熱ヒータ１３での発熱量を具体的に見積もる。
熱電変換素子１０として、ここではネルンスト効果を利用した直方体のネルンスト素子を想定する。ネルンスト効果とは、導体や半導体を温度勾配とそれに直交する磁場の中に置いたとき、両者に垂直な方向に起電力を発生する現象である。超電導コイルの一部が常電導転移を開始したタイミングでは、超電導コイルが作る磁場が残っているため、かかる磁場を有効に利用できる。
【００５３】
図４に示す直方体の熱電変換素子（ネルンスト素子）１０の長さＬ、幅Ｗとして、熱流束を長さＬ方向に、磁場（磁束密度Ｂ）を奥行き方向（図４の紙面に垂直な方向）にそれぞれ印加した場合、ネルンスト素子の幅Ｗ方向に誘起される起電力Ｖｎは、下記式（１）で求められる。
Ｖｎ＝ＷＮＢ（Ｔｈ−Ｔｃ）／Ｌ                          （１）
ここで、Ｎはネルンスト係数、Ｔｈはダイオード冷却用銅板温度、Ｔｃは冷媒温度である。ネルンスト係数は、素子の物質によって異なる値をとり、所定の大きさと正負いずれかの符号をとる。
【００５４】
まず、ダイオード冷却用銅板７の温度を見積もる。
図７は、ダイオードＤ、ダイオード冷却用銅板７、および熱電変換素子１０の斜視図である。図８は、銅の熱伝導率と温度との関係を示す図である。図９は、銅の比熱と温度との関係を示す図である。
【００５５】
銅の熱伝導率および比熱は、図８および図９に示す、温度に依存した値を用いる。ダイオード冷却用銅板７は、図７に示す大きさとし、ダイオード冷却用銅板７の両面においてその中心にダイオードＤを設置する。ダイオードＤとしては、たとえばＷＥＳＴＣＯＤＥ社製Ｗ０９４４ＷＣ０４０を利用できる。超電導コイル電流が５００Ａ通電時に、ダイオード順方向降下電圧が１Ｖと仮定すると、電流と電圧の双方の積で表されるダイオードの発熱量は５００Ｗ／片面となる。ダイオード冷却用銅板７と冷媒２４との間の熱伝達率は、「低温工学ハンドブック」（内田老鶴圃新社発行）に記載の銅板温度１００Ｋ近傍での値５０ｋＷ／ｍ２で固定した。この場合、ダイオード冷却用銅板７への入熱量は片面で、５００Ｗ−５０×１０３Ｗ／ｍ２×０．１ｍ×０．０６ｍ＝２００Ｗであるから、両面で合計４００Ｗとなる。
【００５６】
図１０は、ダイオードＤへの通電開始からのダイオード冷却用銅板７の温度の時間的変化を示す図である。図１０に示すダイオード冷却用銅板７の熱電変換素子１０近傍の温度、すなわちダイオード冷却用銅板７の熱電変換素子１０との接触部分の温度は、ダイオード冷却用銅板７の温度４Ｋを開始温度として、銅の比熱と熱伝導率を用いて計算され得る。図１０からわかるように、通電開始から約３０秒でダイオード冷却用銅板７の温度が１００Ｋを超えると試算される。そこで、通電開始後、つまり超電導コイルがクエンチしてから３０秒後の電熱ヒータ１３の発熱量を計算する。
【００５７】
図４を参照して、熱電変換素子（ネルンスト素子）１０としてＢｉ２Ｔｅ３を想定し、その大きさを、幅Ｗ＝１０ｍｍ、長さＬ＝１０ｍｍ、奥行き（奥行き方向（図４の紙面に垂直な方向）の寸法）ｔ＝１０ｍｍとする。この場合、Ｔｈ−Ｔｃ＝１００Ｋ、ネルンスト素子の奥行き方向の磁場４Ｔにおける電熱ヒータ１３（１０ｍΩ）での発熱量は、文献Ｊ．Ａdvanced Science, Vol9, No.3,4, ｐｐ．１６５−１７０（１９９７）を参照することにより約４．９Ｗとなる。これまでの経験から入熱２Ｗ（５０Ω、２００ｍＡ）でコイルクエンチを誘発できることがわかっているため、前記の条件で強制的にコイルクエンチさせることが可能である。
【００５８】
熱電変換素子１０は、ネルンスト素子として知られる、Ｓｂ、Ａｇ、ＰｂＴe、Ｂｉ２Ｔｅ３等を利用できる。熱電変換素子１０は、その体積を大きくすることで発生する起電力が大きくなるため、その体積を調整することで、クエンチを誘発するために必要な電熱ヒータ１３での発熱量を確保できる。また、超電導磁石装置１の定格運転状態からクエンチが発生した場合、ダイオードＤに流れる電流およびダイオード順方向降下電圧から発熱量が決まるために、熱電変換素子１０への流入熱量の見積もりが容易である。このため、熱電変換素子１０の健全性（熱に対する信頼性）を確保し、繰り返し動作が可能で、安定したクエンチ保護を実現できる。
【００５９】
発熱源として、ここではダイオードＤを用いたが、これに限られず、ダイオード以外の他の半導体素子や、抵抗体等を用いることができる。これらによっても、ダイオードＤを用いた場合と同様の効果を得ることができる。なお、ダイオードＤの発熱量は、順方向降下電圧値（ほぼ一定値）と電流値の積で表されるのに対し、抵抗体の発熱量（ジュール発熱量）は、抵抗値と電流値の二乗の積で表される。したがって、ダイオードＤの発熱量は、抵抗体のジュール発熱量に比べて、電流値変化に対する発熱量変化が小さい。このため、ダイオードＤを用いる方法は、幅広い電流域に対して変化幅は小さいが大きな発熱量が得られるので、励磁中の低電流時での電源遮断時には、抵抗体を用いる方法に比べて、より幅広い電流域で、必要な発熱量を確保することができる。
【００６０】
前記したように、第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００の超電導磁石装置１は、少なくとも一つの超電導コイルとしての６個の超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂと、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを冷媒２４と共に収納し冷却する冷却容器２１と、前記少なくとも一つの超電導コイルとしての６個の超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに直列に接続して第１閉回路Ｃ１を構成し超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに永久電流Ｉｐを流す永久電流スイッチ６と、第１閉回路Ｃ１とは別に超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル２ｂ，４ａに直列に接続して第２閉回路Ｃ２１を構成するダイオードＤと、ダイオードＤに熱的に接続される熱電変換素子１０と、熱電変換素子１０と電気的に接続され、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル４ａに熱的に接続される電熱ヒータ１３と、を有している。
【００６１】
そして、第１実施形態では、少なくとも一つの超電導コイルとしての６個の超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが直列に接続されて構成され永久電流を流す第１閉回路Ｃ１とは別に超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル２ｂ，４ａに直列にダイオードＤが接続されて構成される第２閉回路Ｃ２１において、ダイオードＤに生じる熱を起電力に変換する熱電変換ステップと、この熱電変換ステップにおいて得られた起電力を用いて電熱ヒータ１３を発熱させる発熱ステップと、この発熱ステップにおいて得られた電熱ヒータ１３の熱により超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル４ａにクエンチを誘発させるステップと、を有する超電導コイルの保護方法が実行される。
【００６２】
すなわち、第１実施形態では、熱電変換素子１０と熱的に接続されたダイオードＤを備える第２閉回路Ｃ２１の、超電導コイル２ｂまたは４ａにおいて、クエンチが発生した場合、それにより生じる電圧上昇のために第２閉回路Ｃ２１内に大きな電流が流れる。このため、ダイオードＤで発熱し、その熱が熱電変換素子１０を介して、冷媒２４に伝熱することで、熱電変換素子１０に起電力が発生する。これにより、熱電変換素子１０と電気的に接続された電熱ヒータ１３でジュール熱が発生して、超電導コイル４ａを加熱し、クエンチを拡散させることができるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰できる。
また、クエンチが発生した場合の熱電変換素子１０への流入熱量を容易に見積もることができるため、熱電変換素子１０の熱に対する信頼性を確保しつつ繰り返し動作が可能となり、安定したクエンチ保護を実現できる。
したがって第１実施形態によれば、簡易な構成により、クエンチが発生した場合には蓄積された磁気エネルギを迅速に消費できる超電導磁石装置１およびＭＲＩ装置１００を提供することができる。
【００６３】
〔第２実施形態〕
次に、図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る超電導磁石装置１ａについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る超電導磁石装置１ａの中心軸（対称軸）を含む縦断面図の上側部分を示す図である。
【００６４】
図１１に示すように、第２実施形態は、ダイオードＤが超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの最下部よりも上側に配置されている点で、第１実施形態と異なっている。特に図１１では、ダイオードＤの少なくとも一部が超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの最上部よりも上側に配置されている。
【００６５】
このような第２実施形態によれば、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが冷却されて超電導状態にあるときに、ダイオードＤを液面２４ａから出したり、出しやすくしたりすることができる。クエンチ時には、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂやダイオードＤでの発熱により、冷媒２４が蒸発し、冷媒２４の液面２４ａは下降していき、ダイオードＤが液面２４ａより上に露出する。液化した冷媒２４中にダイオードＤがある場合に比べて、冷媒２４の液面２４ａからダイオードＤが露出した場合には、ダイオードＤの温度上昇はより顕著になるため、より迅速に電熱ヒータ１３の温度を上昇させ、すみやかにクエンチを誘発できる。
【００６６】
〔第３実施形態〕
次に、図１２を参照して、本発明の第３実施形態に係る超電導磁石装置１ｂについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る超電導磁石装置１ｂの回路図である。
【００６７】
図１２に示すように、第３実施形態は、電熱ヒータ１３ａ，１３ｂが、均一磁場空間Ｆ（図２参照）の中心Ｏを通り且つ超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの中心軸（ｚ軸）を法線とする対称面に対して、熱電変換素子１０と熱的に接続されたダイオードＤ１を備える第２閉回路Ｃ２１中の超電導コイル２ｂ，４ａと対称位置にある超電導コイル２ａ，４ｂに熱的に接続されている点で、第１実施形態と異なっている。
【００６８】
このような第３実施形態では、例えば超電導コイル４ａでクエンチが発生した場合、ダイオードＤ１は電流が流れて発熱し、熱電変換素子１０の一端が加熱されて起電力が発生する。これにより、電熱ヒータ１３ａ，１３ｂが加熱されて、超電導コイル２ａおよび／または超電導コイル４ｂが強制的にクエンチさせられる。したがって、クエンチが発生した超電導コイル４ａと対称位置にある超電導コイル２ａ，４ｂの電流の減衰を合わせることで、超電導磁石装置１に作用する電磁力の不均衡を抑制して、超電導磁石装置１の健全性（信頼性）を向上させることができる。
【００６９】
なお、図１２には、ダイオードＤ１に熱的に接続された熱電変換素子１０、および超電導コイル２ａ，４ｂにそれぞれ熱的に接続された電熱ヒータ１３ａ、１３ｂが描かれているが、この限りではない。例えば、熱電変換素子１０がダイオードＤ１に熱的に接続され、電熱ヒータが超電導コイル２ａと４ｂの一方に熱的に接続されていてもよい。また、熱電変換素子１０がダイオードＤ３に熱的に接続され、電熱ヒータ１３ａ、１３ｂが超電導コイル２ｂ，４ａにそれぞれ熱的に接続されていてもよい。
【００７０】
〔第４実施形態〕
次に、図１３を参照して、本発明の第４実施形態に係る超電導磁石装置１ｃについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１３は、本発明の第４実施形態に係る超電導磁石装置１ｃの中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。
【００７１】
図１３に示すように、第４実施形態は、ダイオードＤおよび熱電変換素子１０が、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの一つである超電導コイル４ａに近接して配置されている点で、第１実施形態と異なっている。
【００７２】
このような第４実施形態によれば、ダイオードＤおよび熱電変換素子１０は、超電導コイル４ａ近傍の磁場の高い位置に設置されることになる。ここで、前記した式（１）より、熱電変換素子（ネルンスト素子）１０が経験する磁場（磁束密度Ｂ）は、ネルンスト効果により誘導される起電力Ｖｎと比例する。したがって、熱電変換素子１０が超電導コイル４ａ近傍に設置されることにより、熱電変換素子１０が誘起する起電力Ｖｎを高めることができる。これにより、迅速に電熱ヒータ１３の温度を上昇させ、すみやかにクエンチを誘発できる。
【００７３】
なお、本発明は、前記した第１〜第４実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した第１〜第４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説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００７４】
例えば、熱電変換素子１０は、ダイオードＤ１〜Ｄ６の少なくとも一つに熱的に接続して設けられ得る。また、電熱ヒータ１３は、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの少なくとも一つに熱的に接続されて設けられ得る。
【００７５】
ただし、電熱ヒータ１３を用いてクエンチを誘発する対象となる超電導コイルとしては、磁気エネルギのより大きな超電導シールドコイル（超電導コイル）４ａ、４ｂや、超電導主コイル（超電導コイル）２ａ、２ｂを選択することが好ましい。その理由は、磁気エネルギの小さな超電導主コイル（超電導コイル）３ａ、３ｂでクエンチが発生した場合、フェイルセーフの考えのもと、磁気エネルギの大きな超電導コイル２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂをすみやかにクエンチさせることができ、全磁気エネルギを磁気エネルギの小さな超電導主コイル（超電導コイル）３ａ、３ｂで消費することとなるのを避けることができるからである。
【００７６】
また、前記した実施形態では、超電導磁石装置１は、ＭＲＩ装置１００に適用されているが、これに限定されるものではなく、例えば放射光施設で用いられる軌道を曲げるための偏向磁石に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１，１ａ〜１ｃ  超電導磁石装置
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ  超電導主コイル（超電導コイル）
４ａ，４ｂ  超電導シールドコイル（超電導コイル）
６      永久電流スイッチ
１０    熱電変換素子
１３，１３ａ，１３ｂ  電熱ヒータ
１５    断熱材
２１    冷却容器
２４    冷媒
１００  ＭＲＩ装置（磁気共鳴画像装置）
１０２  ベッド
１０３  搬送装置
１０５  処理装置
Ｃ１    第１閉回路
Ｃ２１〜Ｃ２３  第２閉回路
Ｄ（Ｄ１〜Ｄ６）  ダイオード
Ｆ      均一磁場空間
Ｉｐ    永久電流
Ｏ      中心
【図１】
2015043358.tif 000003
【図２】
2015043358.tif 000004
【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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