(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの中心軸が同一線上になるように配置された複数の酸化物超電導バルク体と、
複数の前記酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、
を備えるバルクマグネット構造体であって、
複数の前記酸化物超電導バルク体は、円柱状酸化物超電導バルク体またはリング状酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかを含み、
少なくとも一組の隣り合う酸化物超電導バルク体が、前記中心軸方向に離隔しており、前記バルクマグネット構造体の内部に前記中心軸が通過する空間を有し、
前記空間は、前記バルクマグネット構造体の側周部の一部から前記側周部の他の一部にかけて、前記中心軸と垂直な方向に、貫通している、
バルクマグネット構造体。
【請求項２】
複数の酸化物超電導バルク体と、
複数積層された前記酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、
前記酸化物超電導バルク体とともに積層されるスペーサーと、
を備えるバルクマグネット構造体であって、
複数の前記酸化物超電導バルク体は、円柱状酸化物超電導バルク体またはリング状酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかを含み、
前記スペーサーは、側周部の一部から他の一部にかけて貫通するように形成される空間を有し、当該空間が少なくとも前記バルクマグネット構造体の中心軸が通過するように積層され、当該空間は、前記バルクマグネット構造体の側周部の一部から前記側周部の他の一部にかけて、前記積層される酸化物超電導バルク体の積層方向と垂直な方向に、貫通している、
バルクマグネット構造体。
【請求項３】
複数の酸化物超電導バルク体と、
複数積層された前記酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、
空間と、を備えるバルクマグネット構造体であって、
複数の前記酸化物超電導バルク体は、リング状酸化物超電導バルク体を含み、
前記空間は、バルクマグネット構造体により磁場空間を形成することができ、試料および/または装置を載置することができ、バルクマグネット構造体の外部に、積層方向と垂直な方向と、積層方向との、２つの方向で、連通することができる、
バルクマグネット構造体。
【請求項４】
前記複数の酸化物超電導バルク体は、リング状酸化物超電導バルク体を含み、前記空間は、前記バルクマグネット構造体の外部に、前記中心軸方向または前記積層方向で、連通することができる、請求項１又は２に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項５】
前記空間は、前記バルクマグネット構造体の積層方向の中央部分に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項６】
前記スペーサーは、非超電導バルク体により形成され、
前記非超電導バルク体の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、請求項２、４、５のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項７】
前記空間と前記バルクマグネット構造体の積層方向に隣接する前記酸化物超電導バルク体のうち少なくとも一方は、前記リング状酸化物超電導バルク体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項８】
前記円柱状酸化物超電導バルク体のうち少なくとも１つは、円柱状酸化物超電導バルク体と平面補強板とが交互に配置された積層体である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項９】
前記リング状酸化物超電導バルク体のうち少なくとも１つは、リング状酸化物超電導バルク体と平面リングとが交互に配置された積層体である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項１０】
前記リング状酸化物超電導バルク体は、内部に内周補強リングを備える、請求項９に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項１１】
前記リング状酸化物超電導バルク体と前記内周補強リングとの間に、第２内周補強リングを備える、請求項１０に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項１２】
前記酸化物超電導バルク体と前記外周補強リングとの間に、第２外周補強リングを備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項１３】
前記酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５（ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素。６．８≦ｙ≦７．１）が分散された組織を有する酸化物を含んでなる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
【請求項１４】
真空容器内に収容された請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体と、
前記バルクマグネット構造体を冷却する冷却装置と、
前記バルクマグネット構造体の温度を調整する温度制御装置と、
を含む、ＮＭＲ用マグネットシステム。
【請求項１５】
前記バルクマグネット構造体を構成する前記酸化物超電導バルク体は着磁された状態である、請求項１４に記載のＮＭＲ用マグネットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルクマグネット構造体及びＮＭＲ用バルクマグネットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥは、希土類元素）相中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５相が分散した酸化物超電導バルク体（所謂ＱＭＧ（登録商標）バルク体）は、高い臨界電流密度（以下、「Ｊｃ」と示すこともある。）を有するために、磁場中の冷却やパルス着磁により励磁され、強力な磁場を発生できる超電導バルクマグネットとして使用可能である。【０００３】
強磁場を必要とする応用分野として、例えばＮＭＲ（Nuclear  Magnetic  Resonance）、ＭＲＩ（Magnetic  Resonance  Imaging）がある。いずれに使用される超電導バルクマグネットにも数Ｔの強磁場とｐｐｍオーダーの高い均一性とが必要とされる。【０００４】
酸化物超電導バルク体を用いたＮＭＲ応用に関しては、例えば特許文献１〜６および非特許文献１、２に記載された小型（例えば卓上）ＮＭＲへの応用が挙げられる。これらの小型ＮＭＲ応用の基本的な技術思想は、次のようなものである。着磁用マグネットとして使用される従来のＮＭＲ用超電導マグネットは、超電導線材を使用し、比較的大型であり、ｐｐｍオーダーの高均一性を有し、かつ、高強度の磁場を発生することができる。従来のＮＭＲ用超電導マグネットの室温ボアの内部には複数個のリング状酸化物超電導バルク体が積層されてなるバルクマグネット構造体が配置される。このバルクマグネット構造体を高均一磁場中で超電導状態に冷却し、印加磁場を取り除くことにより、従来のＮＭＲ用超電導マグネットにより発生した均一磁場がバルクマグネット構造体に複写（コピー）される。【０００５】
このような小型ＮＭＲへの応用では、通常、ワイドボア（室温ボア径８９ｍｍ）のＮＭＲ用超電導マグネットが着磁用マグネットとして用いられる。これに合わせて、外径６０ｍｍ程度、内径３０ｍｍ程度のリング状酸化物超電導バルク体が組み合わせられて使用される。このときの着磁温度は、４０Ｋ程度とかなり低温で、十分に高い臨界電流密度（Ｊｃ）が得られる条件で着磁が行われている。これは、リング状酸化物超電導バルク体の断面内の超電導電流が断面全体を流れる状態（フル着磁状態）ではなく、部分的にしか超電導電流が流れていない状態（非フル着磁状態）とすることで、余裕をもってＮＭＲ用超電導マグネット内の強磁場をコピーできるようにしている。さらに、着磁後は、リング状酸化物超電導バルク体内にコピーした磁場の時間的な安定性を確保するために、着磁温度からさらに冷却して小型ＮＭＲ用のマグネットとしている。【０００６】
ここで、特許文献１〜６および非特許文献１、２の着磁方法に着目すると、例えば特許文献１には、リング状酸化物超電導バルク体を積層したバルクマグネットを有するＮＭＲシステムにおける、パルス着磁または静磁場着磁による着磁方法が開示されている。特許文献２には、リング状酸化物超電導バルク体を積層したバルクマグネットを有するＮＭＲシステムにおいて、中央部分の磁場強度分布が磁場中心部を挟んで磁場強度のピークを有するようにして着磁する着磁方法が開示されている。【０００７】
また、特許文献３および非特許文献１には、均一な静磁を印加し着磁する着磁方法が記載されている。かかる着磁方法では、円筒形状で磁化率の大きい超電導バルクの両端面に円筒形状で磁化率の小さい超電導バルクを同軸状に配設することにより構成された円筒形状の超電導体を有する超電導磁場発生装置を用いている。例えば特許文献３に開示された超電導磁場発生装置によれば、超電導バルクの磁化率と形状を一定の条件を満たすように設計することにより、超電導体の軸方向における磁場強度が均一な捕捉磁場を、超電導体のボア内に形成することができるとされている。【０００８】
特許文献４には、円筒形状の超電導バルクからなる超電導体の周囲に配置された補正コイルを有する超電導磁場発生装置が開示されている。かかる超電導磁場発生装置によれば、超電導体に磁場を印加して着磁する際に補正コイルで印加磁場を補正することにより、超電導体の軸方向における磁場強度が均一な捕捉磁場を、超電導体のボア内に形成することができるとされている。【０００９】
特許文献５には、円筒形状であって軸方向における中央部分の内径が端部分の内径よりも大きくなるように形成された超電導体を有する超電導磁場発生装置が開示されている。かかる超電導磁場発生装置によれば、円筒形状の超電導体の軸方向における中央部分の内径を端部分の内径よりも大きくしたことにより、超電導体の磁化により生じる不均一な磁場を相殺するような磁場が超電導体のボア内に流れる。特許文献５では、こうして不均一な磁場が除去されることにより、超電導体の軸方向における磁場強度が均一な捕捉磁場を超電導体のボア内に形成することができるとされている。【００１０】
特許文献６および非特許文献２には、リング状酸化物超電導バルク体を積層したバルクマグネットの内側に高い臨界電流密度Ｊｃを有するテープ線材を螺旋状に巻き付けた筒を挿入することで、軸方向に対して垂直な磁場成分を打ち消し均一な磁場を得る着磁方法が開示されている。【００１１】
一方、小型ＮＭＲへの応用においては、バルクマグネット構造体のコンパクトな空間に非常に強力な磁場を閉じ込めることになる。このため、超電導バルク体内部に大きな電磁応力が作用することになる。この電磁応力は、閉じ込められた磁場が広がるように作用するのでフープ応力とも呼ばれる。５〜１０Ｔ級の強磁場の場合には、電磁応力が超電導バルク体の自身の材料機械強度を超えることもあり、その結果、超電導バルク体が破損するおそれがある。超電導バルク体が破損すると、超電導バルク体は強磁場を発生することができなくなる。【００１２】
このような電磁力による超電導バルク体の破損を防止するために、例えば特許文献７には、超電導バルクマグネットを、円柱状の超電導バルク体とこれを囲む金属リングにより構成することが開示されている。このような構成にすることにより、冷却時に金属リングによる圧縮応力が超電導バルク体に加わり、その圧縮応力が電磁応力を軽減する効果を有するため、超電導バルク体の割れを抑制することができる。このように、特許文献７には、円柱状の超電導バルク体の破損が防止できることが示されている。【００１３】
また、超電導バルク体の破損を防止するための超電導バルク体の他の構成例として、例えば特許文献８には、六角形の超電導バルク体を７個組み合わせて、その周囲に繊維強化樹脂等からなる補強部材配置し、さらにその外周にはステンレスやアルミ等の金属からなる支持部材が配置された超電導磁場発生素子が開示されている。特許文献９には、結晶軸のｃ軸方向の厚さが０．３〜１５ｍｍのリング状バルク超電導体を積層した酸化物超電導バルクマグネットが開示されている。特許文献１０には、外周および内周が補強された複数のリング状超電導体を積層した超電導バルク磁石が開示されている。特許文献１１には、半径方向に多重リング構造を有する超電導体を積層した超電導バルク磁石が開示されている。特許文献１２には、一つのバルク体の外周および上下面が補強されたバルク磁石が開示されている。【００１４】
また、試料の交換が容易なＮＭＲ分析装置用マグネットの構成例として、例えば特許文献１３では、巻回された導電体によって磁場空間が形成されるＮＭＲ分析装置用マグネットにおいて、２つの同様の巻回コイルを中心軸を共通にしてある間隔を設けて構成し、この間隔から磁場空間へのアクセスが可能である、と開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−００６０２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９１５８号公報
【特許文献３】特開２００８−０３４６９２号公報
【特許文献４】特開２００９−１５６７１９号公報
【特許文献５】特開２０１４−０５３４７９号公報
【特許文献６】特開２０１６−６８２５号公報
【特許文献７】特開平１１−３３５１２０号公報
【特許文献８】特開平１１−２８４２３８号公報
【特許文献９】特開平１０−３１０４９７号公報
【特許文献１０】特開２０１４−７５５２２号公報
【特許文献１１】国際公開第２０１１／０７１０７１号
【特許文献１２】特開２０１４−１４６７６０号公報
【特許文献１３】特開２００４−３０９２０８号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】仲村高志等：低温工学  ４６巻３号  ２０１１年
【非特許文献２】Ｈｉｒｏｙｕｋｉ  Ｆｕｊｉｓｈｉｒｏ  ｅｔ  ａｌ；  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ２８（２０１５）０９５０１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、これらの特許文献１〜１２および非特許文献１、２に開示された超電導バルク体等では、バルクマグネット構造体により形成される均一磁場空間を利用できる広さが限られていた。また、当該空間へのアクセスがバルクマグネット構造体の軸方向からに限られていたため、バルクマグネット構造体の使用態様に制約があった。具体的な例としては、従来のソレノイド型のバルクマグネットの構成では、円筒状の側面を加工することはできず、上下面からしか内部の均一磁場空間にアクセスできないため、以下の３つの問題が生じていた。1）ＮＭＲ分析装置用のアンテナは鞍型、鳥かご型と云うような形態をとる必要があり、信号の検出効率が低くなっていた。2）冷凍機のコールドヘッド上に配置する必要があるため、試料の出し入れの動きが往復運動となり機構が複雑であった。3）同様に冷凍機のコールドヘッド上に配置する必要があるため、試料への光を照射しながらの計測が困難であった。特許文献１３に開示された超電導線材を巻いたコイルで構成されるマグネットでは、軸方向と異なる方向からのアクセスが可能であるが、中心磁場強度の低下が大きくなり、また、均一磁場を発生させるために逆向きの磁場を発生させるコイルを必要とする場合が生じる。【００１８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、バルクマグネット構造体の更なる使用態様を実現することが可能であり、かつ、より広い均一磁場空間を利用可能な、新規かつ改良されたバルクマグネット構造体、および、当該バルクマグネット構造体を用いたＮＭＲ用マグネットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、水平方向（軸方向と垂直な方向）から測定部にアクセスが可能とする必要があるが、これまで、水平方向から測定部アクセスさせるためには、引例１３のように、部分的に開口させる手法がとられてきた。
しかしながら、発明者らは鋭意検討の結果、部分的な開口は磁場の乱れを生じさせ、精緻な測定ができないという問題があることを知見し、少なくとも一組の隣り合う酸化物超電導バルク体を中心軸方向に離隔させることで、水平方向からのアクセスを可能にすることに加えて、酸化物超電導バルク体が離隔しているにも関わらず、より広い均一磁場空間を実現することが可能であることを見出して、発明を為すに至った。上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、それぞれの中心軸が同一線上になるように配置された複数の酸化物超電導バルク体と、複数の前記酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、を備えるバルクマグネット構造体であって、複数の前記酸化物超電導バルク体は、円柱状酸化物超電導バルク体またはリング状酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかを含み、少なくとも一組の隣り合う酸化物超電導バルク体が、前記中心軸方向に離隔しており、前記バルクマグネット構造体の内部に前記中心軸が通過する空間を有し、前記空間は、前記バルクマグネット構造体の側周部の一部から前記側周部の他の一部にかけて、前記中心軸と垂直な方向に、貫通している、バルクマグネット構造体が提供される。
なお、酸化物超電導バルク体は、円柱状酸化物超電導バルク体またはリング状酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかを含んでいる。したがって、酸化物超電導バルク体の中心軸とは、当該円柱形状またはリング形状の中心軸に相当するものであり、当該酸化物バルク体の積層方向に平行な方向に延在するものであってよい。
バルクマグネット構造体は、その内部に空間を有している。当該空間は、バルクマグネット構造体により磁場空間を形成することができ、試料および/または装置を載置することができ、バルクマグネット構造体の外部に（積層方向と垂直な方向で）連通することができる。また、前記の酸化物超電導バルク体の中心軸は、当該空間を通過する。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の酸化物超電導バルク体と、複数積層された前記酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、前記酸化物超電導バルク体とともに積層されるスペーサーと、を備えるバルクマグネット構造体であって、複数の前記酸化物超電導バルク体は、円柱状酸化物超電導バルク体またはリング状酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかを含み、前記スペーサーは、側周部の一部から他の一部にかけて貫通するように形成される空間を有し、当該空間が少なくとも前記バルクマグネット構造体の中心軸が通過するように積層され、当該空間は、前記バルクマグネット構造体の側周部の一部から前記側周部の他の一部にかけて、前記積層される酸化物超電導バルク体の積層方向と垂直な方向に、貫通している、バルクマグネット構造体が提供される。
なお、バルクマグネット構造体は、酸化物超電導バルク体を積層して構成されるものである。したがって、バルクマグネット構造体の中心軸は、酸化物超電導バルク体の中心軸に相当するものであってよい。酸化物超電導バルク体の中心軸については、上述したとおりである。なお図２５ａを参照すると、バルクマグネット構造体の中心軸とは、紙面の上下に描画されている一点鎖線に相当し、バルクマグネット構造体の積層方向はこの中心軸に平行である。上下の酸化物超電導バルク体の間が、当該空間に相当し、酸化物超電導バルク体の中心軸は、当該空間を通過する。
【００２１】
本発明のある観点によれば、複数の酸化物超電導バルク体と、複数積層された前記酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、空間と、を備えるバルクマグネット構造体であって、複数の前記酸化物超電導バルク体は、リング状酸化物超電導バルク体を含み、前記空間は、バルクマグネット構造体により磁場空間を形成することができ、試料および/または装置を載置することができ、バルクマグネット構造体の外部に、積層方向と垂直な方向と、積層方向との、２つの方向で、連通することができる、バルクマグネット構造体が提供される。
【００２２】
前記複数の酸化物超電導バルク体は、リング状酸化物超電導バルク体を含み、前記空間は、前記バルクマグネット構造体の外部に、前記中心軸方向または前記積層方向で、連通していてもよい。
【００２３】
前記空間は、前記バルクマグネット構造体の積層方向の中央部分に配置されてもよい。【００２４】
前記スペーサーは、非超電導バルク体により形成され、前記非超電導バルク体の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。【００２５】
前記空間と前記バルクマグネット構造体の積層方向に隣接する前記酸化物超電導バルク体のうち少なくとも一方は、前記リング状酸化物超電導バルク体であってもよい。【００２６】
前記円柱状酸化物超電導バルク体のうち少なくとも１つは、円柱状酸化物超電導バルク体と平面補強板とが交互に配置された積層体であってもよい。【００２７】
前記平面補強板を構成する材質の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、および／または、前記材質の室温での引張強度が８０ＭＰａ以上であってもよい。【００２８】
前記リング状酸化物超電導バルク体のうち少なくとも１つは、リング状酸化物超電導バルク体と平面リングとが交互に配置された積層体であってもよい。【００２９】
前記平面リングを構成する材質の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、および／または、前記材質の室温での引張強度が８０ＭＰａ以上であってもよい。【００３０】
前記リング状酸化物超電導バルク体は、内部に内周補強リングを備えてもよい。【００３１】
前記内周補強リングを構成する材質の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、および／または、前記材質の室温での引張強度が８０ＭＰａ以上であってもよい。【００３２】
前記リング状酸化物超電導バルク体と前記内周補強リングとの間に、第２内周補強リングを備えてもよい。【００３３】
前記第２内周補強リングを構成する材質の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、および／または、前記材質の室温での引張強度が８０ＭＰａ以上であってもよい。【００３４】
前記酸化物超電導バルク体と前記外周補強リングとの間に、第２外周補強リングを備えてもよい。【００３５】
前記外周補強リングまたは前記第２外周補強リングの少なくともいずれかを構成する材質の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、および／または、前記材質の室温での引張強度が８０ＭＰａ以上であってもよい。【００３６】
前記酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５（ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素。６．８≦ｙ≦７．１）が分散された組織を有する酸化物を含んでもよい。【００３７】
前記バルクマグネット構造体を構成する複数の前記酸化物超電導バルク体の積層方向の少なくとも一端には、前記少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体が配置されてもよい。【００３８】
前記バルクマグネット構造体を構成する複数の前記酸化物超電導バルク体の積層方向の少なくとも一端から前記バルクマグネット構造体の積層方向の中央部分にかけて、複数の前記リング状酸化物超電導バルク体が連続して積層されてもよい。【００３９】
前記バルクマグネット構造体を構成する複数の前記酸化物超電導バルク体の積層方向の一端には、前記少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体が配置され、前記積層方向の他端には、前記少なくとも１つの円柱状酸化物超電導バルク体が配置されてもよい。【００４０】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、真空容器内に収容された上記記載のバルクマグネット構造体と、前記バルクマグネット構造体を冷却する冷却装置と、前記バルクマグネット構造体の温度を調整する温度制御装置と、を含む、ＮＭＲ用マグネットシステムが提供される。【００４１】
前記バルクマグネット構造体を構成する前記酸化物超電導バルク体は着磁された状態であってもよい。【００４２】
前記真空容器の側部には、試料挿入口が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように本発明によれば、バルクマグネット構造体の更なる使用態様を実現することが可能であり、かつ、より広い均一磁場空間を利用可能である。基本的には、軸方向の上下から磁場を形成する場合、軸と垂直となる前後方向と左右方向が外部空間とフリーにアクセスできることから、測定試料、電波の照射コイル、アンテナコイル、磁場補正コイル（室温シム）の形状および配置の自由度が増大する。具体的な例としては、[発明が解決しようとする課題]（[００１７]）の記載に対応して、1）試料 がソレノイド型検出アンテナを貫くような位置関係にし易く、コイルの形状と試料の位置関係によって決定される信号検出効率を向上でき、従来のＮＭＲ分析装置よりも高感度の計測が可能となる。2）側面からの一方向の連続的な試料の移動だけで試料の交換ができ、測定効率が向上できる。3）軸方向（磁場方向）および軸と垂直方向から試料空間にアクセスできるようにすることで、光活性のある試料への光の照射および散乱光、透過光の観測が容易になる。以上の様な使用態様の実現が本発明の効果の一例としてあげられる。これらの効果は、水平方向（軸方向と垂直方向）からのアクセスが可能なことにより生じるものであるが、水平方向からのアクセスを可能にしようとする場合、磁場の均一性の実現が困難であった。本発明によれば、水平方向からのアクセスを可能にすることに加えて、より広い均一磁場空間を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態に係るＮＭＲ用バルクマグネットシステムの外観を示す概略図である。
【図２】同実施形態に係るＮＭＲ用バルクマグネットシステムの概略構成を示す説明図である。
【図３】リング状酸化物超電導バルク体の外観図および断面図を示す説明図である。
【図４Ａ】着磁条件１での酸化物超電導バルク体の電流分布及び磁場分布の概念図である。
【図４Ｂ】着磁条件２での酸化物超電導バルク体の電流分布及び磁場分布の概念図である。
【図４Ｃ】着磁条件３での酸化物超電導バルク体の電流分布及び磁場分布の概念図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第１方向からの視点）である。
【図５Ｂ】同実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第２方向からの視点）である。
【図５Ｃ】同実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（スペーサーを用いない場合）である。
【図６Ａ】同実施形態に係るスペーサーの一例を示す概略図である。
【図６Ｂ】同実施形態に係るスペーサーの変形例を示す概要図である。
【図７】同実施形態に係る第２容器の一例を示す概略図である。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第１方向からの視点）である。
【図８Ｂ】同実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第２方向からの視点）である。
【図９Ａ】本発明の第３の実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第１方向からの視点）である。
【図９Ｂ】同実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第２方向からの視点）である。
【図１０Ａ】本発明の第４の実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第１方向からの視点）である。
【図１０Ｂ】同実施形態に係るバルクマグネット構造体の一例を示す断面図（第２方向からの視点）である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るＮＭＲ用バルクマグネットシステムの外観を示す概略図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係るＮＭＲ用バルクマグネットシステムの概略構成を示す説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る第２容器の一例を示す概略図を示す。
【図１４】リング状積層体の第１構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図１５Ａ】リング状積層体の第２構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａに示すバルクマグネットの部分断面図を示す。
【図１５Ｃ】同構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１５Ｄ】同構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１６】リング状積層体の第３構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図１７】リング状積層体の第４構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図１８Ａ】リング状積層体の第５構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図１８Ｂ】同構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１８Ｃ】同構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１８Ｄ】同構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１８Ｅ】同構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１９Ａ】リング状積層体の第６構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１９Ｂ】同構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットの変形例の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図１９Ｃ】同構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットの変形例の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図２０】リング状積層体の第７構成例に係るリング状積層体を構成するリング状バルク体の結晶学的方位の揺らぎを示す説明図である。
【図２１Ａ】リング状積層体の第８構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図２１Ｂ】同構成例に係るリング状積層体を構成するリング状バルク体の一例の平面図を示す。
【図２１Ｃ】同構成例に係るリング状積層体を構成するリング状バルク体の一例の平面図を示す。
【図２１Ｄ】同構成例に係るリング状積層体を構成するリング状バルク体の一例の平面図を示す。
【図２２】円柱状積層体の第１の構成例に係る円柱状積層体により構成されるバルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図２３】円柱状積層体の第２の構成例に係る円柱状積層体により構成されるバルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【図２４Ａ】実施例４に係るバルクマグネット構造体を示す断面図（第１方向からの視点）である。
【図２４Ｂ】同実施例に係るバルクマグネット構造体を示す断面図（第２方向からの視点）である。
【図２５】比較例と本発明例での超電導電流密度の相違を表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４６】
＜酸化物超電導バルク体の構成＞
まず、本発明の実施形態で用いる酸化物超電導バルク体に関して説明する。本実施形態で用いる酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５相（２１１相）等に代表される非超電導相が分散した組織を有するものであってもよく、好ましくは、非超電導相が微細分散した組織を有するもの（所謂ＱＭＧ（登録商標）材料）が望ましい。ここで、単結晶状というのは、完璧な単結晶でなく、小傾角粒界等の実用に差し支えない欠陥を有するものも包含するという意味である。ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ相（１２３相）及びＲＥ２ＢａＣｕＯ５相（２１１相）におけるＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる希土類元素及びそれらの組み合わせで、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄを含む１２３相は１：２：３の化学量論組成から外れ、ＲＥのサイトにＢａが一部置換した状態になることもある。また、非超電導相である２１１相においても、Ｌａ、Ｎｄは、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕとは幾分異なり、金属元素の比が非化学量論的組成であったり、結晶構造が異なっていたりすることが知られている。
【００４７】
前述のＢａ元素の置換は、臨界温度を低下させる傾向がある。また、より酸素分圧の小さい環境においては、Ｂａ元素の置換が抑制される傾向にある。
【００４８】
１２３相は、２１１相とＢａとＣｕとの複合酸化物からなる液相との包晶反応、
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）  →  １２３相
によりできる。そして、この包晶反応により、１２３相ができる温度（Ｔｆ：１２３相生成温度）は、ほぼＲＥ元素のイオン半径に関連し、イオン半径の減少に伴いＴｆも低くなる。また、低酸素雰囲気及びＡｇ添加に伴い、Ｔｆは低下する傾向にある。
【００４９】
単結晶状の１２３相中に２１１相が微細分散した材料は、１２３相が結晶成長する際、未反応の２１１粒が１２３相中に取り残されるためにできる。すなわち、酸化物超電導バルク体は、
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）  →  １２３相＋２１１相
で示される反応によりできる。
【００５０】
酸化物超電導バルク体中の２１１相の微細分散は、Ｊｃ向上の観点から極めて重要である。Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量添加することで、半溶融状態（２１１相と液相からなる状態）での２１１相の粒成長を抑制し、結果的に材料中の２１１相が約１μｍ程度に微細化される。添加量は、微細化効果が現れる量及び材料コストの観点から、Ｐｔで０．２〜２．０質量％、Ｒｈで０．０１〜０．５質量％、Ｃｅで０．５〜２．０質量％が望ましい。添加されたＰｔ、Ｒｈ、Ｃｅは１２３相中に一部固溶する。また、固溶できなかった元素は、ＢａやＣｕとの複合酸化物を形成し、材料中に点在することになる。
【００５１】
また、マグネットを構成するバルク酸化物超電導体は、磁場中においても高い臨界電流密度（Ｊｃ）を有する必要がある。この条件を満たすには、超電導的に弱結合となる大傾角粒界を含まない単結晶状の１２３相である必要がある。さらに高いＪｃ特性を有するためには、磁束の動きを止めるためのピンニングセンターが必要となる。このピンニングセンターとして機能するものが微細分散した２１１相であり、より細かく多数分散していることが望ましい。先に述べたように、Ｐｔ、ＲｈやＣｅは、この２１１相の微細化を促進する働きがある。また、ピンニングサイトとして、ＢａＣｅＯ３、ＢａＳｉＯ３、ＢａＧｅＯ３、ＢａＳｎＯ３等の可能性が知られている。また、２１１相等の非超電導相は、劈開し易い１２３相中に微細分散することによって、超電導体を機械的に強化し、バルク材料として成り立たす重要な働きをも担っている。
【００５２】
１２３相中の２１１相の割合は、Ｊｃ特性及び機械強度の観点から、５〜３５体積％が望ましい。また、材料中には、５０〜５００μｍ程度のボイド（気泡）を５〜２０体積％含むことが一般的であり、さらにＡｇ添加した場合、添加量によって１〜５００μｍ程度のＡｇ又はＡｇ化合物図２３を０体積％超２５体積％以下含む。
【００５３】
また、結晶成長後の材料の酸素欠損量（ｘ）は、０．５程度で半導体的な抵抗率の温度変化を示す。これを各ＲＥ系により３５０℃〜６００℃で１００時間程度、酸素雰囲気中においてアニールすることにより酸素が材料中に取り込まれ、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下となり、良好な超電導特性を示す。この時、超電導相中には双晶構造ができる。しかしながら、この点を含めここでは単結晶状と呼ぶことにする。
【００５４】
なお、本明細書における「酸化物超電導バルク体」とは、上述した超電導体の特性を発現するための酸化物の微細組織を有する酸化物超電導バルク体を一部または全部に含む酸化物超電導バルク体を意味する。例えば、当該「酸化物超電導バルク体」は、全体が酸化物超電導体からなるバルク体（すなわち「バルク体」）、および酸化物超電導バルク体と非超電導バルク体との組み合わせからなる積層体（すなわち「積層体」）を含み得る。
【００５５】
本明細書において「バルク体」は原則として酸化物超電導バルク体を意味するものとして説明するが、「バルク体」と「積層体」とを特に区別する必要がない場合、これらを総称して「バルク体」と記載することもある。なお、単に「バルク体」等と記載する場合、これらの形状（リング状または円柱状）については限定されない。
【００５６】
次に、本実施形態に係るバルクマグネット構造体を用いたＮＭＲ用バルクマグネットシステムについて説明する。
【００５７】
＜ＮＭＲ用バルクマグネットシステムの構成＞
図１および図２は、本実施形態に係るＮＭＲ用バルクマグネットシステム１（以下、単に「システム１」とも記載する）の外観を示す概略図および概略構成を示す説明図である。図１および図２に示すように、本実施形態に係るシステム１は、内部にバルクマグネット構造体５０が収容される真空断熱容器１０と、冷却装置２０と、温度制御装置３０とを含んで構成される。
【００５８】
バルクマグネット構造体５０は、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で、真空断熱容器１０内に配置されている。これにより、バルクマグネット構造体５０は、冷却装置２０と熱的に接続され、冷却装置２０により冷却可能な状態とされている。また、コールドヘッド２１には、バルクマグネット構造体５０の温度を上昇させるためのヒーター２３が設けられている。さらに、真空断熱容器１０内には、容器内温度を測定する１または複数の温度センサ（図示せず。）を設置してもよい。温度センサは、例えば、真空断熱容器１０上部や、バルクマグネット構造体５０が載置されるコールドヘッド２１付近に設置してもよい。また、バルクマグネット構造体５０をコールドヘッド２１の上に配置後、バルクマグネット構造体５０の周囲に輻射断熱シート（例えば、アルミ蒸着フィルムおよびスペーサーの積層体等）を巻きつけることは、断熱条件の向上の観点から望ましい（図示せず）。
【００５９】
冷却装置２０は、バルクマグネット構造体５０を冷却する装置である。冷却装置２０としては、例えば、液体ヘリウムもしくは液体ネオン等の冷媒、ＧＭ冷凍機（Gifford-McMahon  cooler）、またはパルスチューブ冷凍機等を用いることができる。冷却装置２０は、温度制御装置３０により制御され駆動する。温度制御装置３０は、着磁の各工程に応じてバルクマグネット構造体５０の温度が所望の温度となるように冷却装置２０を制御する。
【００６０】
また、図１および図２に示す真空断熱容器１０は、第１容器１０ａ、第２容器１０ｂおよび第３容器１０ｃにより構成されている。各容器には他の容器と接続するためのフランジが設けられ、接続されるフランジの間には、真空密閉のため、Ｏリング１１等のシール材が適宜設けられる。これらのフランジは、ネジ止め等で結合される（図示せず）。また、図１に示すように、第２容器１０ｂの内部には空間４０（５２ｃ）が設けられる。この空間４０（５２ｃ）は、第２容器１０ｂの側面に設けられる試料挿入口から内側にかけて設けられ、外部空間と連通し、真空断熱容器１０内の真空断熱層とは連通しない。すなわち、空間４０（５２ｃ）は、システム１の外部からバルクマグネット構造体５０により形成される磁場空間に試料等を載置するために設けられるものである。また、図１および図２に示した空間４０は第２容器１０ｂを水平方向に貫通しているが、本発明はかかる例に限定されず、空間４０は貫通していなくてもよい。
【００６１】
なお、バルクマグネット構造体５０の中心軸方向に垂直な方向のうち、空間４０を外部空間と連通する試料挿入口から当該軸へ向かう方向を第１方向Ｄ１とし、方向Ｄ１と直交し、当該軸へ向かう方向を第２方向Ｄ２とする。
【００６２】
＜着磁プロセス＞
次に、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０の着磁プロセスの例について、図３および図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。なお、バルクマグネット構造体５０に対する着磁は、例えば、筒状の超電導マグネットを収容してなる磁場発生装置により行われ得る。このような磁場発生装置は、いわゆる着磁ステーションに設けられており、上記のシステム１に含まれるバルクマグネット構造体５０が着磁ステーションにおいて着磁された後に、システム１は使用者に供給される。
【００６３】
ここでは、例えば図３に示すようなリング状の酸化物超電導バルク体７０についての着磁状態を、いくつかの着磁条件で考える。図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれの着磁条件において、常伝導状態のバルクマグネット構造体に印加されていた磁場をバルクマグネット構造体が超電導状態となるまで冷却し、その後、印加磁場を取り除く基本的な着磁工程でのバルクマグネット構造体内の着磁状態を示している。図４Ａ〜図４Ｃには、図３に示した軸方向及び半径方向での酸化物超電導バルク体７０の断面７２を用いて、超電導電流が流れていない領域７２ａと超電導電流が流れている領域７２ｂとを示しており、合わせてその断面での臨界電流密度分布及び磁場分布を示している。
【００６４】
ここで、磁場分布の均一性評価指標としては、ある領域における平均磁場強度に対する最大磁場強度と最小磁場強度との差分の割合を、ｐｐｍで表示したものを用いる。ＭＲＩ用マグネットでは、磁場分布を均一化したい領域（すなわち、磁場均一化領域）において、印加磁場分布の均一性評価指標としてｐｐｍオーダー程度と高い磁場均一度を要求されることが多い。これに対して、ＮＭＲやＭＲＩの高均一度の磁場発生を主な目的としない磁場発生装置が発生可能な磁場の均一度は比較的不均一であり、磁場均一化領域において要求される磁場均一度は、印加磁場分布の均一性評価指標として１００ｐｐｍ以上であることが多い。
【００６５】
なお、ある点の磁場強度は、ホール素子、または、高感度の磁場測定装置（例えば、テスラメーター（Ｍｅｔｒｏｌａｂ社製））、及びＮＭＲ信号の半値幅等に基づき、概ね求めることができる。また、最大磁場強度及び最小磁場強度は、ある領域における最も高い磁場強度値、及び、最も低い磁場強度値であり、平均磁場強度は、最大磁場強度と最小磁場強度の平均値である。
【００６６】
（着磁条件１：Ｔ＝Ｔｓ、Ｂａ＝Ｂ１）
まず、着磁条件１として、常伝導状態のリング状酸化物超電導バルク体を磁場Ｂ１中に置き、超電導転移温度（Ｔｃ）以下の温度Ｔｓに冷却した後、印加磁場を徐々に減らすようにした。このときの酸化物超電導バルク体内の超電導電流の分布および磁場分布を図４Ａに示す。状態Ａは減磁前の状態であり、酸化物超電導バルク体内には超電導電流は流れていない。印加磁場を徐々に低下させると、状態Ｂに示すように、リング状酸化物超電導バルク体内には、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）の値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂが外周部分から現れる。さらに印加磁場を低下させた後、印加磁場をゼロとすると、状態Ｃに示すように、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂがさらに内側に広がる。着磁条件１では、状態Ｃに示すように、印加磁場がゼロになったときにも酸化物超電導バルク体断面の内側に超電導電流が流れていない領域７２ａが存在する。このような状態を、以下、「非フル着磁状態」と称する。
【００６７】
（着磁条件２：Ｔ＝Ｔｈ（Ｔｈ＞ＴＳ）、Ｂａ＝Ｂ１）
次に、着磁条件２は、印加磁場は着磁条件１と同一であるが、酸化物超電導バルク体を着磁条件１での温度ＴＳよりも高い温度Ｔｈとした。着磁条件１に対し温度が高く、臨界電流密度Ｊｃが低い着磁条件２では、図４Ｂに示すように、減磁前の状態である状態Ａでは、着磁条件１と同様、酸化物超電導バルク体内には超電導電流は流れていない。印加磁場を徐々に低下させると、状態Ｂに示すように、リング状酸化物超電導バルク体内には、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）の値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂが外周部分から現れる。このとき、着磁条件１よりも早く内側まで超電導電流が流れる領域７２ｂが現れる。そして、さらに印加磁場を低下させた後、印加磁場をゼロとした状態Ｃでは、酸化物超電導バルク体の断面全体に超電導電流が流れるようになる。このような状態を、以下、「フル着磁状態」と称する。
【００６８】
（着磁条件３：Ｔ＝ＴＳ、Ｂａ＝Ｂ２（Ｂ２＞Ｂ１））
一方、着磁条件３は、着磁温度は着磁条件１と同一であるが、印加磁場を着磁条件１よりも高くした。このような着磁条件では、図４Ｃに示すように、減磁前の状態である状態Ａでは、着磁条件１、２と同様、酸化物超電導バルク体内には超電導電流は流れていない。印加磁場を徐々に低下させると、状態Ｂに示すように、リング状酸化物超電導バルク体内には、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）の値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂが外周部分から現れる。このとき、着磁条件２と同様、着磁条件１よりも早く内側まで超電導電流が流れる領域７２ｂが現れる。そして、さらに印加磁場を低下させた後、印加磁場をゼロとした状態Ｃでは、酸化物超電導バルク体の断面全体に超電導電流が流れ、フル着磁状態となっている。
【００６９】
また、酸化物超電導バルク体断面内の磁束密度の勾配に着目すると、図４Ｂ及び図４Ｃより、磁束密度の勾配は臨界電流密度Ｊｃに比例することがわかる。
【００７０】
なお、図４Ａ〜図４Ｃでは、臨界電流密度Ｊｃは温度に対し一定（すなわち、変化しない）ものとして３つの着磁条件を示したが、実際には、対数的に時間と共に低下し得る。そのため、リング状酸化物超電導バルク体内に捕捉された磁束は、時間と共に低下することになる。このように時間と共に徐々に低下する現象はクリープと呼ばれている。
【００７１】
しかしながら、着磁条件１のように非フル着磁状態になっている場合は、クリープにより臨界電流密度Ｊｃが低下していく場合においても、臨界電流密度Ｊｃが低下する分、まだ超電導電流が流れていない領域に超電導電流が流れるようになる。そのため、酸化物超電導バルク体内部の磁束は、電流分布が変化する分、極僅かに低下するに留まる。
【００７２】
一方、着磁条件２、３の場合では、クリープによって臨界電流密度Ｊｃが低下した分がすべて酸化物超電導バルク体内の磁束密度の変化に繋がり、磁場のクリープが大きく表れる。
【００７３】
さらに、図４Ａ〜図４Ｃでは、軸方向に十分に長いリング状酸化物超電導バルク体の概念図を示したが、実際の軸方向の長さは有限である。そのため、軸方向の端部に位置するバルクマグネットの一方は、隣接するバルクマグネットが存在しないため、急激に磁場が低下するとともに、磁場勾配が大きくなる。そうすると、大きな臨界電流が流れ、これにより臨界電流が流れる領域が内周側に流れるようになり、酸化物超電導バルク体断面内の臨界電流密度Ｊｃ分布は上下の端部でより内側に入り込んだ分布になり、また、上下の端部で捕捉された磁場強度も低下する。
【００７４】
バルクマグネット構造体５０に対する実際の着磁プロセスにおいては、上述したクリープ、並びに断面端部における臨界電流密度Ｊｃの分布の変化および磁場強度の低下減少を考慮したうえで、所望の着磁状態となるように着磁プロセスが制御される。
【００７５】
以上、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０の着磁プロセスの例について説明した。
【００７６】
以下、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０の具体的な構成例について説明する。
【００７７】
＜第１の実施形態＞
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ａの一例を示す断面図である。図５Ａは第１方向Ｄ１から見た断面図であり、図５Ｂは第２方向Ｄ２から見た断面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ａは、複数の円柱状バルク体５１ａ〜５１ｆからなるバルク体部５１Ａと、バルク体５１ａ〜５１ｃとバルク体５１ｄ〜バルク体５１ｆとの間の空間５２ｃ、４０（スペーサー５２によって形成されてもよい）と、各バルク体５１ａ〜５１ｆの外周にそれぞれ嵌合された外周補強リング５３ａ〜５３ｆからなる外周補強リング部５３Ａとを含んでなる。各外周補強リング５３ａ〜５３ｆと各バルク体５１ａ〜５１ｆとの接合には、半田を用いることが好ましい。この場合、予め各バルク体５１ａ〜５１ｆの外周面上に銀を成膜して、半田の乗りを良くするとともに電気的な接触抵抗を低減させておくことがさらに好ましい。なお、以下の説明では、バルク体と外周補強リングとが一体となった構成を「バルクマグネット」と記載することがある。
【００７８】
バルクマグネット構造体５０Ａは、各バルク体５１ａ〜５１ｆの中心軸を揃えて積層し構成されている。各バルク体５１ａ〜５１ｆの外径は、設計上、同一であることが望ましい。また、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、バルク体５１ａ、５１ｂ、５１ｅ、５１ｆの軸方向の厚みは、バルク体５１ｃおよび５１ｄの軸方向の厚みより大きくてもよいが、かかる厚みは特に限定されない。また、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示すバルク体の積層数は例示であり、その数は特に限定されない。
【００７９】
本実施形態に係るスペーサー５２は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、バルク体５１ａ〜５１ｃと、バルク体５１ｄ〜バルク体５１ｆの間に配置するように各バルク体とともに積層される。すなわち、スペーサー５２は、バルクマグネット構造体５０Ａの積層方向の中央部分に配置されている。また、スペーサー５２に対応する位置に、第２容器１０ｂが配置されている。
なお、図５Ｃに示すように、スペーサー５２を用いずに、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃと、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ｄ〜５３ｆとを、離隔してもよい。これは、第２容器１０ｂの上方のフランジを中心軸方向に張り出した形態として、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃを支持する等によって実現してもよい。この場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却可能である。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却してもよい。
【００８０】
図６Ａは、本実施形態に係るスペーサー５２の一例を示す概略図である。図６Ａに示すように、スペーサー５２は、２つの対向するスペーサー部材５２ａおよび５２ｂにより構成される。２つの対向するスペーサー部材５２ａおよび５２ｂの間には、少なくとも側周部の一部が開放された空間ＳＰ１が形成される。すなわち、スペーサー５２は、側周部の一部が開放され、当該側周部から内側にかけて開口部ＯＰ１およびＯＰ２を接続する空間ＳＰ２を形成する。このようなスペーサー部材５２ａおよび５２ｂは、例えば、図５Ａおよび図５Ｂで示すように、外周補強リングの外径と同一の径を有する円柱状の部材から、当該部材を端面の面内方向に貫通する部分を取り除くことにより形成されてもよい。
【００８１】
図７は、第２容器１０ｂの一例を示す概略図である。図７に示すように第２容器１０ｂは、上部フランジ１０ｂ１、円筒部１０ｂ２および下部フランジ１０ｂ３により構成される。円筒部１０ｂ２の上面および下面には上部フランジ１０ｂ１および下部フランジ１０ｂ３が接続される。円筒部１０ｂ２の内側には、円筒部１０ｂ２の側面に設けられる開口部１２ａと他方の開口部（不図示）とを接続する筒状の連絡部材１２が設けられる。連絡部材１２の内部には空間４０が形成される。連絡部材１２と円筒部１０ｂ２の間には収容空間１２ｂおよび１２ｃが形成されており、これらの空間は空間５２ｃまたはスペーサー部材５２ａおよび５２ｂを収容することができる。
【００８２】
図５Ａおよび図５Ｂを再度参照すると、第２容器１０ｂの収容空間１２ｂおよび１２ｃに収容されたスペーサー５２の内部には、直上および直下のバルク体５１ｃおよび５１ｄにより囲われる第１空間５２ｃが形成される。かかる第１空間５２ｃがバルクマグネット構造体５０Ａの中心軸（回転対称軸）を通過するように、スペーサー部材５２ａおよび５２ｂが配置される。つまり、かかるスペーサー５２は、バルクマグネット構造体５０Ａにおいて、スペーサー部材５２ａおよび５２ｂの円弧側の外側面が外周補強リング５３Ｃの外周面と連続するように、かつ、スペーサー部材５２ａおよび５２ｂの間の空間がバルクマグネット構造体５０Ａの中心軸を通過するように配置される。そして、第２容器１０ｂの連絡部材１２が第１空間５２ｃを縦断するように第２容器１０ｂが配置される。図５Ｃでは、スペーサー５２を用いておらず、より大きな空間５２ｃを利用することができる。
【００８３】
かかるバルクマグネット構造体５０Ａを外部磁場中で着磁した場合、着磁条件に応じて種々の磁場空間がバルクマグネット構造体５０Ａにより発生し得る。このような磁場空間の磁場分布は、印加する外部磁場の強度分布、バルクマグネット構造体５０Ａの冷却温度、空間５２ｃまたはスペーサー５２の軸方向の厚み、バルク体部５１Ａの外径もしくは積層条件等に応じて適宜調整される。
【００８４】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示したバルクマグネット構造体５０Ａの構成により、バルクマグネット構造体５０Ａの中央部分に形成される磁場空間に、バルクマグネット構造体５０Ａの軸方向からではなく、側方から（例えば、軸方向に直交する第１方向Ｄ１から）アクセスすることが可能となる。いわゆるスプリット型のバルクマグネット構造体を実現することができる。これにより、室温の磁場空間の使用態様を従来よりもさらに広げることが可能となる。例えば、バルクマグネット構造体５０ＡをＮＭＲ装置として用いる場合、空間４０に挿入する試料の種類および試料の挿入方法等を柔軟に設定することが可能となる。
【００８５】
また、かかる構成により、バルクマグネット構造体５０Ａの中央部分に形成される磁場空間の周囲の物理的な空間が広く形成される。これにより、当該磁場空間を使用するための作業空間を広く確保することができる。例えば、バルクマグネット構造体５０ＡをＮＭＲ装置として用いる場合、かかる作業空間に、補正磁場コイル、信号検出コイルまたは電磁波照射コイル等の各種装置をより高い自由度で配置することが可能となる。すなわち、ＮＭＲ装置として発揮される機能をより充実させることが可能となる。このように、バルクマグネット構造体の更なる使用態様を実現することが可能である。
基本的には、軸方向の上下から磁場を形成する場合、軸と垂直となる前後方向と左右方向が外部空間とフリーにアクセスできることから、測定試料、電波の照射コイル、アンテナコイル、磁場補正コイル（室温シム）の形状および配置の自由度が増大する。より具体的な例としては、1）試料 がソレノイド型検出アンテナを貫くような位置関係にし易く、コイルの形状と試料の位置関係によって決定される信号検出効率を向上でき、従来のＮＭＲ分析装置よりも高感度の計測が可能となる。2）側面からの一方向の連続的な試料の移動だけで試料の交換ができ、測定効率が向上できる。3）軸方向（磁場方向）および軸と垂直方向から試料空間にアクセスできるようにすることで、光活性のある試料への光の照射および散乱光、透過光の観測が容易になる。以上の様な使用態様の実現が本発明の効果の一例としてあげられる。これらの効果は、水平方向（軸方向と垂直方向）からのアクセスが可能なことにより生じるものであるが、水平方向からのアクセスを可能にしようとする場合、磁場の均一性の実現が困難であった。本発明によれば、水平方向からのアクセスを可能にすることに加えて、より広い均一磁場空間を実現することが可能である。
【００８６】
また、図６Ａに示したように、スペーサー５２の有する空間がスペーサー５２の側周部の一部から他の一部にかけて貫通するように形成されることにより、２つの方向から磁場空間にアクセスすることが可能となる。スペーサー５２を用いない場合、より大きな空間５２ｃが形成でき、アクセスがより容易である。よってバルクマグネット構造体５０Ａの利便性が向上する。
【００８７】
なお、本実施形態に係る空間５２ｃまたはスペーサー５２の形状は、要求される作業空間の大きさおよびバルク体５１Ｂ等の大きさ等に応じて適宜決定される。形成する空間が大きくなれば、上述した作業空間をさらに広く確保することが可能となるが、空間５２ｃまたはスペーサー５２と当接する上下のバルク体５１ｃ、５１ｄおよび外周補強リング５３ｃ、５３ｄとの接触面積が減少する。そうすると、コールドヘッド２１からバルクマグネット構造体５０Ａへの冷却効率が減少する。したがって、空間５２ｃまたはスペーサー５２の形状は、かかるバランスを鑑みて決定され得る。
【００８８】
例えば、本実施形態に係るスペーサー５２は、図６Ａに示したような分離された２つのスペーサー部材５２ａおよび５２ｂにより構成されていたが、かかる分離形態は図６Ａに示した例に限定されない。例えば、スペーサー５２は、３つ以上のスペーサー部材に分離されて構成されていてもよい。また、スペーサー５２は、リング状であってもよい。また、スペーサー５２を用いずに、より大きな空間５２ｃを形成することができる。
【００８９】
また、スペーサー５２は、図６Ｂに示すような形態であってもよい。図６Ｂは、本実施形態に係るスペーサー５２の変形例を示す概要図である。図６Ｂに示すように、スペーサー５２Ａは一の部材により構成され、側部に設けられた開口部ＯＰ３から内部にかけて形成される空間ＳＰ２を有する形態であってもよい。当該空間がバルクマグネット構造体５０Ａの積層構造においてバルクマグネット構造体５０Ａの中心軸を通過するように、スペーサー５２Ａは配置され得る。
【００９０】
また、スペーサー５２は、非超電導バルク体により形成されることが好ましい。かかる非超電導バルク体の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。具体的には、スペーサー５２は、高熱伝導度および高電気伝導度を有する銅、銅合金、アルミニウム、アルミ合金、銀、銀合金等の金属により形成されることが望ましい。
【００９１】
なお、このような図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示すバルクマグネット構造体５０Ａは、冷媒または冷凍機により冷却される。例えば、バルクマグネット構造体５０Ａは図２に示したようなコールドヘッド２１上に据え付けられ、真空断熱層を形成するための真空断熱容器１０が、バルクマグネット構造体５０Ａの周囲に設けられてもよい。また、外壁を二重構造にして、外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて、バルクマグネット構造体５０を冷却してもよい。バルクマグネット構造体５０Ａは、超電導体の臨界温度以上で外部磁場が印加された後、バルクマグネット構造体５０Ａが超電導状態となる所定の冷却温度まで冷却され、当該冷却温度に達した後、印加している外部磁場を下げることで、その内部に超電導電流が誘起されて着磁される。
【００９２】
通常、印加磁場の磁場中心をバルクマグネット構造体５０Ａの積層方向の中心に合わせるように着磁することで、印加磁場の磁場分布をバルクマグネット構造体５０Ａに再現することができる。この場合、着磁条件として、各バルク体の断面がフル着磁状態にならないような条件を用いることにより、印加磁場とほぼ等しい磁場分布をコピーすることが可能となる。したがって、上記条件に従って高均一度の高磁場を印加した場合、バルクマグネット構造体５０Ａ内に高均一度の高磁場が再現され得るので、ＮＭＲ用のマグネットとしての応用が可能となる。
【００９３】
＜第２の実施形態＞
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の第２の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｂの一例を示す断面図である。図８Ａは第１方向Ｄ１から見た断面図であり、図８Ｂは第２方向Ｄ２から見た断面図である。
【００９４】
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｂは、複数の円柱状バルク体５１ａ、５１ｂ、５１ｅ、５１ｆ、およびリング状バルク体５１ｃ、５１ｄからなるバルク体部５１Ｂと、バルク体５１ａ〜５１ｃとバルク体５１ｄ〜バルク体５１ｆとの間の空間５２ｃ、４０（スペーサー５２によって形成されてもよい）と、各バルク体５１ａ〜５１ｆの外周にそれぞれ嵌合された外周補強リング５３ａ〜５３ｆからなる外周補強リング部５３Ｂとを含んでなる。すなわち、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｂは、空間４０、５２ｃまたはスペーサー５２の直上および直下に配置されるバルク体がリング状バルク体５１ｃおよび５１ｄである点において、第１の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ａとは異なる。バルクマグネット構造体５０Ｂは、各バルク体５１ａ〜５１ｆの中心軸を揃えて積層し構成されている。スペーサー５２は、図６Ａに示した形状を有し、第１の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ａと同様にバルク体５１ａ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｆとともに積層される。なお、スペーサー５２を用いずに、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃと、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ｄ〜５３ｆとを、離隔してもよい。これは、図示されないが第１の態様と同様の第２容器１０ｂを用意し、その上方のフランジを中心軸方向に張り出した形態として、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃを支持する等によって実現してもよい。この場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却可能である。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却してもよい。
【００９５】
かかる構成により、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、バルクマグネット構造体５０Ｂの中央部分に、より広い空間を確保することが可能となる。具体的には、バルクマグネット構造体５０Ｂの中央部分に設けられる物理的な空間５２ｃは、さらにリング状バルク体５１ｃおよび５１ｄの内側の空間にまで拡張される。したがって、より広い作業空間を確保することができる。
【００９６】
なお、図８Ａおよび図８Ｂに示した例では、スペーサー５２の上部および下部にはそれぞれ一のリング状バルク体５１ｃ、５１ｄが設けられていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、スペーサー５２の上部または下部の少なくともいずれかにおいて、複数のリング状バルク体が連続して積層されていてもよい。また、空間５２ｃまたはスペーサー５２の上部または下部の一方にのみリング状バルク体が配置されていてもよい。また、図８Ａおよび図８Ｂに示すバルク体の積層数は例示であり、その数は特に限定されない。
【００９７】
＜第３の実施形態＞
また、強磁場の着磁により強磁場をバルクマグネット構造体内に発生させる場合、リング状バルク体および円柱状バルク体のいずれにも大きな電磁気力が作用し、その結果リング状バルク体や円柱状バルク体が割れるという問題も生じ得る。この場合、複数のバルクマグネットが積層されたバルクマグネット構造体では、端部に配置されたバルクマグネットの積層方向両端表面中央付近や内周表面付近に最も大きな応力が作用し得るので、破損が当該部分から最も生じやすい。そこで、このような最も大きな応力が作用する積層方向両端の超電導バルク体を、軸方向の厚みが小さい酸化物超電導バルク体と平面補強部材とを交互に積層させた積層体により構成し、これらをバルクマグネット構造体の端部に配置してもよい。
【００９８】
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の第３の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｃの一例を示す断面図である。図９Ａは第１方向Ｄ１から見た断面図であり、図９Ｂは第２方向Ｄ２から見た断面図である。
【００９９】
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｃは、円柱状積層体５１ａ、５１ｆ、円柱状バルク体５１ｂ、５１ｅ、およびリング状バルク体５１ｃ、５１ｄからなるバルク体部５１Ｃと、バルク体５１ａ〜５１ｃとバルク体５１ｄ〜バルク体５１ｆとの間の空間５２ｃ、４０（スペーサー５２によって形成されてもよい）と、各バルク体５１ａ〜５１ｆの外周にそれぞれ嵌合された外周補強リング５３ａ〜５３ｆからなる外周補強リング部５３Ｃとを含んでなる。すなわち、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｃは、バルクマグネット構造体５０Ｃの端部に配置されている円柱状バルク体が、円柱状積層体５１ａ、５１ｆである点において、第２の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｂとは異なる。バルクマグネット構造体５０Ｃは、各バルク体５１ａ〜５１ｆの中心軸を揃えて積層し構成されている。スペーサー５２は、図６Ａに示した形状を有し、第２の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｂと同様にバルク体５１ａ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｆとともに積層される。なお、スペーサー５２を用いずに、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃと、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ｄ〜５３ｆとを、離隔してもよい。これは、図示されないが第１の態様と同様の第２容器１０ｂを用意し、その上方のフランジを中心軸方向に張り出した形態として、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃを支持する等によって実現してもよい。この場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却可能である。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却してもよい。
【０１００】
円柱状積層体５１ａ（５１ｆ）は、軸方向の厚みが小さい円柱状酸化物超電導バルク体５１ａ１（５１ｆ１）と、平面補強板５１ａ２（５１ｆ２）とが交互に積層して構成されている。かかる円柱状積層体５１ａ、５１ｆがバルクマグネット構造体５０Ｃの端部に配置されることにより、大きな応力が作用し得る積層方向両端表面付近における機械的強度を十分に保持することが可能となる。また、さらに高い機械的強度を得るために、積層方向両端に以外に円柱状バルク体が配置される場合においても、軸方向の厚みが小さい円柱状酸化物超電導バルク体と平面補強板が交互に積層された円柱状積層体を用いることが望ましい。また、図９Ａおよび図９Ｂに示す円柱状積層体を構成する円柱状バルク体および平面補強板の積層数は例示であり、その数は特に限定されない。
【０１０１】
＜第４の実施形態＞
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の第４の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｄの一例を示す断面図である。図１０Ａは第１方向Ｄ１から見た断面図であり、図１０Ｂは第２方向Ｄ２から見た断面図である。
【０１０２】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｄは、円柱状積層体５１ａ、５１ｆ、円柱状バルク体５１ｂ、５１ｅ、およびリング状積層体５１ｃ、５１ｄからなるバルク体部５１Ｄと、バルク体５１ａ〜５１ｃとバルク体５１ｄ〜バルク体５１ｆとの間の空間５２ｃ、４０（スペーサー５２によって形成されてもよい）と、各バルク体５１ａ〜５１ｆの外周にそれぞれ嵌合された外周補強リング５３ａ〜５３ｆからなる外周補強リング部５３Ｄとを含んでなる。すなわち、本実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｄは、スペーサー５２の直上および直下に配置されているリング状バルク体が、リング状積層体５１ｃ、５１ｄである点において、第３の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｃとは異なる。バルクマグネット構造体５０Ｄは、各バルク体５１ａ〜５１ｆの中心軸を揃えて積層し構成されている。スペーサー５２は、図６Ａに示した形状を有し、第３の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｃと同様にバルク体５１ａ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｆとともに積層される。なお、スペーサー５２を用いずに、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃと、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ｄ〜５３ｆとを、離隔してもよい。これは、図示されないが第１の態様と同様の第２容器１０ｂを用意し、その上方のフランジを中心軸方向に張り出した形態として、上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｃを支持する等によって実現してもよい。この場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却可能である。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却してもよい。
【０１０３】
空間５２ｃまたはスペーサー５２の直上および直下は、空間５２ｃまたはスペーサー５２の上側または下側に積層されるバルク体の端部に相当する位置である。したがって、空間５２ｃまたはスペーサー５２の直上および直下におけるバルク体にも大きな電磁気力が作用し、その結果バルク体が割れるという問題も生じ得る。そこで、このような最も大きな応力が作用する空間５２ｃまたはスペーサー５２の直上および直下におけるバルク体を、軸方向の厚みが小さい酸化物超電導バルク体と平面補強部材とを交互に積層させた積層体により構成してもよい。
【０１０４】
リング状積層体５１ｃ（５１ｄ）は、軸方向の厚みが小さいリング状酸化物超電導バルク体５１ｃ１（５１ｄ１）と、平面補強リング５１ｃ２（５１ｄ２）とが交互に積層して構成されている。かかるリング状積層体５１ｃ、５１ｄが空間５２ｃまたはスペーサー５２の直上および直下に配置されることにより、大きな応力が作用し得る空間５２ｃまたはスペーサー５２との接触表面付近における機械的強度を十分に保持することが可能となる。また、さらに高い機械的強度を得るために、空間５２ｃまたはスペーサー５２の直上および直下以外にリング状バルク体が配置される場合においても、軸方向の厚みが小さいリング状酸化物超電導バルク体と平面補強リングが交互に積層されたリング状積層体を用いることが望ましい。また、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すリング状積層体を構成するリング状バルク体および平面補強リングの積層数は例示であり、その数は特に限定されない。
【０１０５】
＜第５の実施形態＞
上記の実施形態において、不都合の生じない範囲で、さらに以下の構成を加えてもよい。
【０１０６】
バルクマグネット構造体５０のバルク体の軸方向（積層方向と同義）の一端にはリング状バルク体５１ａが配置されており、リング状バルク体５１ａ〜５１ｃが連続的に積層されていてもよい。そして、リング状バルク体５１ａ〜５１ｃの内側には、外部空間と連通する空間が形成されていてもよい。一方で、バルクマグネット構造体５０のバルク体の軸方向の他端には円柱状バルク体５１ｅおよび５１ｆが積層して配置されていてもよい。図１１、図１２、図１３に、それぞれ、本実施形態に係るＮＭＲ用バルクマグネットシステムの外観を示す概略図、同実施形態に係るＮＭＲ用バルクマグネットシステムの概略構成を示す説明図、同実施形態に係る第２容器の一例を示す概略図を示す。
【０１０７】
バルクマグネット構造体５０を構成するバルク体として、リング状バルク体だけではなく円柱状バルク体を用いることにより、リング状バルク体のみによる構成と比較して以下の利点が挙げられる。すなわち、円柱状バルク体を用いることにより、リング状バルク体のように穴あけ加工をする必要がないため、低コストでバルクマグネット構造体５０を作成することができる。また、円柱状バルク体は、電磁気応力による割れの起点となり得る内周面を有しないため、割れによる破損が生じにくくなる。
【０１０８】
また、バルクマグネット構造体５０の軸方向の一端には、少なくとも１のリング状バルク体が配置され得る。かかる構成により、リング状バルク体の内側に形成される磁場空間に対して、Ｚ軸方向（積層軸方向）から試料等を挿入することが可能となる。このような磁場空間に磁場補正コイル、信号検出コイルおよび電磁波照射コイル等を含むプローブ等を設けることにより、試料等についてのＮＭＲ信号を検出することが可能となる。すなわち、ＮＭＲ用のマグネットとしての応用が可能となる。
【０１０９】
また、バルクマグネット構造体５０の軸方向の一端から中央部分にかけて、複数のリング状バルク体が連続して積層されていてもよい。かかる構成により、均一磁場空間が形成されやすいバルクマグネット構造体５０の中央部分の空間を利用することができる。例えば、かかるバルクマグネット構造体５０をＮＭＲ用のマグネットとして応用する場合、試料等を均一磁場空間に載置することが可能となる。
【０１１０】
また、バルクマグネット構造体５０の軸方向の他端には、少なくとも１の円柱状バルク体が配置され得る。かかる構成により、バルクマグネット構造体５０の端部により多くかかり得る磁場応力による割れへの耐性を高めることが可能となる。したがって、バルクマグネット構造体５０の破損を防止することが可能となる。
【０１１１】
＜積層体の構成例＞
（リング状積層体の構成例）
以下、図１０Ａおよび図１０Ｂに示した第４の実施形態に係るバルクマグネット構造体５０Ｄを構成するリング状積層体５１ｃ、５１ｄ、さらにバルク体５１ｂ〜５１ｆのいずれかを軸方向の厚みが小さいリング状酸化物超電導バルク体と平面補強リングとを交互に配置したときのリング状積層体の具体的構成例を、図１４〜図２１Ｄに基づき説明する。
【０１１２】
（第１構成例）
まず、図１４に基づいて、リング状積層体の第１構成例を説明する。図１４は、第１構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット１００を示す概略分解斜視図である。
【０１１３】
本構成例に係るバルクマグネット１００は、円板の中央部に貫通孔を有するリング状バルク体１１０と、円板の中央部に貫通孔を有するリング形状の平面補強リング１２０と、外周補強リング１３０とからなる。本実施形態では、リング状バルク体１１０として、３つのリング状バルク体１１２、１１４、１１６が設けられており、平面補強リング１２０として、２つの平面補強リング１２２、１２４が設けられている。リング状バルク体１１０と平面補強リング１２０とは、バルクマグネットのリングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば、酸化物超電導バルク体１１２、１１４の間に平面補強リング１２２が配置され、リング状バルク体１１４、１１６の間に平面補強リング１２４が配置されている。積層されたリング状バルク体１１０と平面補強リング１２０とは結合または接着され、その外周に中空の金属製の外周補強リング１３０が嵌合される。こうして中央が貫通した、バルクマグネットが形成される。
【０１１４】
中心軸線方向に積層されたリング状バルク体１１０と平面補強リング１２０との結合または接着は、例えば樹脂またはグリース等で行ってもよく、より望ましくは、より強固な結合力が得られる半田付けで行うのがよい。半田付けの場合、リング状バルク体１１０の表面にＡｇ薄膜をスパッタ処理等により製膜し、さらに１００℃〜５００℃でアニール処理することが望ましい。これにより、Ａｇ薄膜とリング状バルク体表面とがよくなじむ。半田自身にも熱伝導性を向上さる働きがあるため、半田付け処理は、熱伝導性を向上させバルクマグネット全体の温度を均一化させる観点からも望ましい。
【０１１５】
また、このとき、電磁気的な応力に対しての補強方法として、平面補強リング１２０としては、半田付けが可能なアルミ合金、Ｎｉ基合金、ニクロム、ステンレス等の金属が望ましい。さらには、線膨脹係数がリング状バルク体１１０と比較的近く、室温からの冷却の際に僅かにリング状バルク体１１０に圧縮応力を作用させるニクロムがさらに望ましい。一方、クエンチによる破壊防止の観点からは、平面補強リング１２０として、高熱伝導度および高電気伝導度を有する銅、銅合金、アルミニウム、アルミ合金、銀、銀合金等の金属が望ましい。なおこれらの金属は半田付けが可能である。さらには、無酸素銅、アルミニウム、銀が熱伝導度および電気伝導度の観点から望ましい。また、半田等で結合する際、気泡の巻き込み等を抑制し半田を均一に浸透させるため、細孔を有する平面補強リング１２０を用いることは有効である。
【０１１６】
このような高強度金属からなる平面補強リング１２０による補強により、全体としての熱伝導率化により、バルクマグネットとしての熱的安定性が増し、クエンチが発生しにくくなり、より低温領域すなわち高臨界電流密度Ｊｃ領域での高磁場着磁が可能となる。銅、アルミニウム、銀等の金属は、電気伝導度も高いことから、局所的に超電導特性を劣化させる揺籃が発生した場合、超電導電流を迂回させる作用が期待でき、クエンチ抑制効果があると考えられる。また、このとき、クエンチ抑制効果を高めるためには、リング状バルク体と高電気伝導の平面補強リングとの界面の接触抵抗が小さいことが望ましく、リング状バルク体の表面に銀皮膜を形成した後、半田等で接合することが望ましい。
【０１１７】
バルクマグネットの実際上の設計では、高強度金属からなる平面補強リング１２０を挿入する分、超電導材料の割合が減少するため、目的とする使用条件に合わせて、平面補強リング１２０の割合を決定すればよい。また、上記の観点から、平面補強リング１２０を、強度が高い高強度金属と熱伝導率が高い高強度金属とを複数それぞれの割合を決めて、組み合わせて構成することが望ましい。
【０１１８】
また、リング状バルク体１１０の常温引っ張り強度は６０ＭＰａ程度であり、また、平面補強リング１２０をリング状バルク体１１０に貼り付けるための半田の常温引っ張り強度は、通常８０ＭＰａ未満である。このことから、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上の平面補強リング１２０は、補強部材として有効である。そのため、平面補強リング１２０の強度は、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【０１１９】
さらに、熱伝導度が高い高強度金属の熱伝導率としては、超電導材料内で発生した熱の伝達、吸収の観点から、２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、平面補強リング１２０として、複数の種類の平面補強リングがリング状バルク体１１０の間に配置されている場合、当該平面補強リングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【０１２０】
また、外周補強リング１３０についても、クエンチ抑制効果を高めるために、高い熱伝導率を有する材質から形成してもよい。この場合、外周補強リング１３０には、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する外周補強リング１３０の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。
【０１２１】
また、外周補強リング１３０は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの外周補強リングを構成する。この場合、外周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【０１２２】
平面補強リング１２０および外周補強リング１３０の加工は、一般的な機械加工法で加工される。各リング形状のリング状バルク体１１０の内外周の中心軸は、発生磁場強度向上および均一性（または対称性）向上のため必要である。また、各リング状バルク体１１０の外周の直径および内周の直径は、設計事項であり、必ずしも一致させる必要はない。例えば、ＮＭＲまたはＭＲＩ用のバルクマグネットの場合、中心付近に磁場均一性を高めるためのシムコイル等を配置する必要が生じる場合がある。その際には、中心付近の内径を大きくし、シムコイル等を配置し易くすることが望ましい。また、外周の直径に関しても、中心部の磁場強度を増したり、均一性を向上させるため、外周部の直径を変化させ目的とする磁場強度や均一性を調整することは、有効である。
【０１２３】
外周補強リング１３０の形状（外周および内周）は、リング状バルク体１１０の外周面が外周補強リング１３０の内周面に密着していればよい。また、図１４には３枚のリング状バルク体からなるバルクマグネットの例を示したが、本発明の要旨は、比較的強度が低いリング状バルク体と高強度の平面補強リングとの複合材料化による高強度化であるため、より多く多層化することで複合化の効果が発揮される。リング状バルク体の厚さは、直径（外径）にも依存するが、１０ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは６ｍｍ以下であり、０．３ｍｍ以上である。バルクマグネット構造体内の端部に配置されるバルクマグネット１００の厚さは概ね３０ｍｍ以下である。リング状バルク体の厚さが０．３ｍｍ未満となると、酸化物超電導体の結晶性の揺らぎによる超電導特性の劣化が起こる。また、バルクマグネット構造体内の端部に配置されるバルクマグネット１００の厚さは概ね３０ｍｍ以下であり、仕様されるリング状バルク体の厚さは１０ｍｍ以下が望ましいため、リング状バルク体の枚数は、３枚以上が望ましく、さらに望ましくは５枚以上である。
【０１２４】
また、平面補強リングは、当該平面補強リングを含むバルクマグネット中の平面補強リングとリング状バルク体との割合を調整することにより当該バルクマグネットの強度を調整するものである。したがって、平面補強リングの厚みは、要求されるバルクマグネットの強度に応じて調整され得るものであり、２ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは１ｍｍ以下である。
【０１２５】
以上、本実施形態に係るリング状積層体の第１構成例について説明した。本構成例によれば、少なくとも積層されたリング状バルク体１１０の間に、平面補強リング１２０が配置される。特に引っ張り応力に対し、比較的低強度であるリング状バルク体１１０と平面補強リング１２０とを交互に積層させて複合材料化することで、その強度を高めることができる。さらに、平面補強リング１２０および外周補強リング１３０として熱伝導率の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、リング状バルク体１１０の破損を防止することができ、バルクマグネット内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が優れたバルクマグネット構造体を提供することができる。
【０１２６】
（第２構成例）
次に、図１５Ａ〜図１５Ｃに基づいて、本実施形態に係るリング状積層体の第２構成例を説明する。図１５Ａは、本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット２００を示す概略分解斜視図である。図１５Ｂは、図１５Ａに示すバルクマグネット２００の部分断面図を示す。図１５Ｃは、本構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネット２００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【０１２７】
本構成例に係るリング状積層体は、第１構成例に係るリング状積層体と比較して、中心軸線方向の端部に、平面補強リング２２０が設けられる点で相違する。図１５Ａに示すように、バルクマグネット２００は、リング状バルク体２１０と、平面補強リング２２０と、外周補強リング２３０とからなる。本構成例では、リング状バルク体２１０として、３つのリング状バルク体２１２、２１４、２１６が設けられており、平面補強リング２２０として、４つの平面補強リング２２１、２２３、２２５、２２７が設けられている。リング状バルク体２１０と平面補強リング２２０とは、リングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図１５Ａに示すように、リング状バルク体２１２、２１４の間に平面補強リング２２３が配置され、リング状バルク体２１４、２１６の間に平面補強リング２２５が配置されている。
【０１２８】
また、リング状バルク体２１２には、平面補強リング２２３が配置された側と反対側の面に平面補強リング２２１が設けられる。同様に、リング状バルク体２１６には、平面補強リング２２５が配置された側と反対側の面に平面補強リング２２７が設けられる。このとき、最端部の平面補強リング２２１およびもう一方の最端部の平面補強リング２２７と、外周補強リング２３０との位置関係は、図１５Ｂに示すように、平面補強リング２２１、２２７が外周補強リング２３０内に収まるようにしてもよい。あるいは、図１５Ｃに示すように、平面補強リング２２１、２２７の外径を外周補強リング２３０の外径と略同一として、外周補強リング２３０の端面を平面補強リング２２１、２２７で覆うようにしてもよい。
【０１２９】
積層されたリング状バルク体２１０と平面補強リング２２０とは結合または接着され、その外周に中空の金属製の外周補強リング２３０が嵌合される。こうして中央が貫通したバルクマグネットが形成される。なお、中心軸線方向に積層されたリング状バルク体２１０と平面補強リング２２０との結合または接着は、第１構成例に係るリング状積層体の場合と同様に行ってもよい。
【０１３０】
また、図１５Ａ〜図１５Ｃでは、バルクマグネット２００の中心軸線方向の両端部に、平面補強リング２２１、２２７を設ける例を示したが、必ずしも両端部に平面補強リング２２１、２２７を配置する必要はない。例えば図１５Ａの最上面にのみ平面補強リング２２１を配置したバルクマグネットの下に、図１５Ａの最下面にのみ高強度補強部材２２７を配置したバルクマグネットを配置することによって、全体として最上面および最下面の両方に平面補強リング２２１、２２７を配置したバルクマグネットを構成してもよい。
【０１３１】
以上、本実施形態に係るリング状積層体の第２構成例について説明した。本構成例によれば、積層されたリング状バルク体２１０の間および中心軸線方向の端部に、平面補強リング２２０が配置される。このようなリング状バルク体２１０と平面補強リング２２０とを交互に積層させて複合材料化することで、その強度を高めることができる。さらに、平面補強リング２２０および外周補強リング２３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、リング状バルク体２１０の破損を防止することができ、バルクマグネット内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が優れたバルクマグネット構造体を提供することができる。
【０１３２】
なお、図１５Ａ〜図１５Ｃでは、１つの外周補強リング２３０を設けた場合を示したが、本発明はかかる例に限定されず、例えば図１５Ｄに示すように、３つのリング状バルク体２１２、２１４、２１６に対応して分割された３つの外周補強リング２３１、２３２、２３３を設けてもよい。このとき平面補強リング２２１、２２３、２２５、２２７は、外周補強リング２３１、２３２、２３３と外径が揃うように、リング状バルク体２１２、２１４、２１６よりも半径方向に延設される。
【０１３３】
（第３構成例）
次に、図１６に基づいて、本実施形態に係るリング状積層体の第３構成例を説明する。図１６は、本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット３００を示す概略分解斜視図である。
【０１３４】
本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット３００は、図１６に示すように、リング状バルク体３１０と、平面補強リング３２０と、外周補強リング３３０とからなる。本構成例では、リング状バルク体３１０として、３つのリング状バルク体３１２、３１４、３１６が設けられており、平面補強リング３２０として、４つの平面補強リング３２１、３２３、３２５、３２７が設けられている。
【０１３５】
リング状バルク体３１０と平面補強リング３２０とは、リングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図１６に示すように、リング状バルク体３１２、３１４の間に平面補強リング３２３が配置され、リング状バルク体３１４、３１６の間に平面補強リング３２５が配置されている。また、リング状バルク体３１２には、平面補強リング３２３が配置された側と反対側の面に平面補強リング３２１が設けられる。同様に、リング状バルク体３１６には、平面補強リング３２５が配置された側と反対側の面に平面補強リング３２７が設けられる。なお、中心軸線方向に積層されたリング状バルク体３１０と平面補強リング３２０との結合または接着は、第１構成例に係るリング状積層体と同様に行ってもよい。
【０１３６】
本構成例に係るバルクマグネット３００を構成するリング状積層体は、第２構成例に係るリング状積層体と比較して、図１６の最上面または最下面の平面補強リング３２１、３２７のうち少なくともいずれか一方の厚みが、他の平面補強リング３２３、３２５の厚さに比べ厚くなっている。これは、着磁過程においてバルクマグネット３００の上面および下面の表面に最大応力がかかるためであり、この部分を十分に補強する必要がある。本実施形態に係るバルクマグネット３００のように、バルクマグネット３００の最上面または最下面の高強度補強部材３２１、３２７の厚みを大きくすることで、最大応力に耐え得る十分な強度を確保することができる。
【０１３７】
なお、第２構成例に係るリング状積層体と同様、例えば図１６の最上面にのみ平面補強リング３２１を配置したバルクマグネットおよび図１６の最下面にのみ高強度補強部材３２７を配置したバルクマグネットをバルクマグネット構造体に配置することによって、バルクマグネット構造体全体として最上面および最下面の両方に平面補強リング３２１、３２７を配置したバルクマグネット構造体を構成してもよい。
【０１３８】
（第４構成例）
次に、図１７に基づいて、本実施形態に係るリング状積層体の第４構成例を説明する。図１７は、本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット４００を示す概略分解斜視図である。
【０１３９】
本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット４００は、リング状バルク体４１０と、平面補強リング４２０と、外周補強リング４３０とからなる。第４のリング状積層体では、リング状バルク体４１０として、４つのリング状バルク体４１２、４１４、４１６、４１８が設けられており、平面補強リング４２０として、５つの平面補強リング４２１、４２３、４２５、４２７、４２９が設けられている。
【０１４０】
本構成例に係るバルクマグネット４００を構成するリング状積層体は、第１構成例〜第３構成例に係るリング状積層体と比較して、平面補強リング４２０の内径がリング状バルク体４１０の内径より小さくなっている。リング状バルク体４１０の内周面は、着磁過程において応力が集中する部分である。バルクマグネット４００に割れが発生する場合、この部分から発生することが多い。平面補強リング４２０の内径を小さくすることにより、リング状バルク体４１０の内周面からの亀裂の発生を抑制する効果を高めることができる。また、平面補強リング４２０の内径は、その上下の各リング状バルク体４１０の内径が異なる場合は、より小さい方の内径より小さくする必要がある。亀裂の起点となる部分を補強することによって亀裂に対する補強効果を高めることができる。リング状バルク体４１０の亀裂の起点は内周面にあり、特に上面あるいは下面と内周面との交点線部分を補強することが望ましい。したがって、平面補強リング４２０の内径を、内径が小さい方のリング状バルク体４１０より小さくすることで、内径が小さいリング状バルク体４１０を補強することができる。さらに、平面補強リング４２０および外周補強リング４３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。
【０１４１】
（第５構成例）
次に、図１８Ａ〜図１８Ｅに基づいて、本実施形態に係るリング状積層体の第５構成例を説明する。図１８Ａは、本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット５００を示す概略分解斜視図である。図１８Ｂ〜図１８Ｅは、本構成例に係るバルクマグネットの変形例であって、バルクマグネット５００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【０１４２】
本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット５００は、リング状バルク体５１０と、平面補強リング５２０と、外周補強リング５３０と、内周補強リング５４０とからなる。図１８Ａに示す例では、リング状バルク体５１０として、２つのリング状バルク体５１２、５１４が設けられており、平面補強リング５２０として、３つの平面補強リング５２１、５２３、５２５が設けられている。また、内周補強リング５４０として、２つの内周補強リング５４２、５４４が設けられている。
【０１４３】
本構成例に係るバルクマグネット５００を構成するリング状積層体は、第１構成例〜第４構成例に係るリング状積層体と比較して、リング状バルク体５１０の内周面を補強するための内周補強リング５４０が、リング状バルク体５１０の内周面に結合または接着されている点で相違する。内周補強リング５４０は、平面補強リング５２０とも結合または接着しているため、線膨脹係数がリング状バルク体５１０より大きな素材である場合にも、リング状バルク体５１０および平面補強リング５２０の内周面と強固に結合することができる。したがって、これらの内周面を補強することができ、割れを抑制する効果を有する。
【０１４４】
さらに、平面補強リング５２０、内周補強リング５４０および外周補強リング５３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。このとき、平面補強リング５２０および外周補強リング５３０は、第１構成例に係るリング状積層体と同様に構成することができる。また、内周補強リング５４０についても、クエンチ抑制効果を高めるために、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する内周補強リング５４０の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、内周補強リング５４０は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの内周補強リングを構成する。この場合、内周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【０１４５】
また、このとき、リング状バルク体５１０の内周面と内周補強リング５４０の外周面とを密着させることが望ましい。また、内周補強リング５４０と平面補強リング５２０との基本的な位置関係としては、例えば図１８Ｂに示すように、リング状バルク体５１０および平面補強リング５２０の内径を同一にして、１つの内周補強リング５４１を設けてもよい。
【０１４６】
あるいは、図１８Ｃに示すように、平面補強リング５２０の内径をリング状バルク体５１０の内径よりも僅かに小さくし、各リング状バルク体５１２、５１４、５１６の内周面にそれぞれ内周補強リング５４１、５４３、５４５を設け、各平面補強リング５２１、５２３、５２５の内径と内周補強リング５４１、５４３、５４５の内径とを同一とするようにしてもよい。内周補強リング５４０の肉厚が平面補強リング５２０の肉厚に対して大きい場合には、強度の観点から図１８Ｃに示す構成であることが望ましい。これにより、内周補強リング５４０と平面補強リング５２０との接触面積を大きくすることができ、内周補強リング５４０と平面補強リング５２０との接続部分の強度を高めることができる。また、リング状バルク体５１０の内周径が異なる場合には、作業性の観点から、図１８Ｄに示すように内周補強リング５４０が内周補強リング５４１、５４３、５４５のように分割されている方が望ましい。
【０１４７】
なお、図１８Ａ〜図１８Ｄでは、１つの外周補強リング５３０を設けた場合を示したが、本発明はかかる例に限定されず、例えば図１８Ｅに示すように、３つのリング状バルク体５１２、５１４、５１６に対応して分割された３つの外周補強リング５３１、５３２、５３３を設けてもよい。このとき平面補強リング５２１、５２３、５２５、５２７は、外周補強リング５３１、５３２、５３３と外径が揃うように、リング状バルク体５１２、５１４、５１６よりも半径方向に延設される。
【０１４８】
（第６構成例）
次に、図１９Ａ〜図１９Ｃに基づいて、本実施形態に係るリング状積層体の第６構成例を説明する。図１９Ａ〜図１９Ｃは、本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット６００およびその変形例の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【０１４９】
本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット６００は、リング状バルク体６１０と、平面補強リング６２０と、外周補強リング６３００と、第２外周補強リング６３１０と、内周補強リング６４００と、第２内周補強リング６４１０とからなる。図１９Ａに示す例では、リング状バルク体６１０として、５つのリング状バルク体６１１〜６１５が設けられており、平面補強リング６２０として、６つの平面補強リング６２１〜６２６が設けられている。さらに、各リング状バルク体６１１〜６１５の内周面および外周面には、第２外周補強リング６３１１〜６３１５および第２内周補強リング６４１１〜６４１５が設けられている。
【０１５０】
本構成例に係るバルクマグネット６００を構成するリング状積層体は、第１構成例〜第５構成例に係るリング状積層体と比較して、平面補強リング６２０の外周端部が第２外周補強リングと外周補強リングとで結合されている点、及び、平面補強リング６２０の内周端部が第２内周補強リングと内周補強リングとで結合されている点で相違する。ここで、第２外周補強リング、外周補強リング、第２内周補強リング及び内周補強リングは、金属を使用できるため、金属の平面補強リングと半田等により強固に接続することが可能である。したがって、二重構造を有する第２内周補強リング、内周補強リング、第２外周補強リング、外周補強リングにより側面および上下面の二方向からリング状バルク体６１１〜６１５を挟み込んで強固に結合することができる。この効果によりリング状バルク体６１０は、周囲の平面補強リング、第２内周補強リング、第２外周補強リングと強固に結合することができ、割れを抑制する顕著な効果を有する。
【０１５１】
さらに、平面補強リング６２０、二重構造の第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００および二重構造の外周補強リング６３００、第２外周補強リング６３１０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。このとき、平面補強リング６２０および外周補強リング６３００、第２外周補強リング６３１０は、第１構成例に係るリング状積層体と同様に構成することができる。また、第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００についても、クエンチ抑制効果を高めるために、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。
【０１５２】
また、第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００を構成する。この場合、第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００を構成する素材のうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【０１５３】
図１９Ｂに、図１９Ａの変形例として、外周のみ二重リング構造による平面補強リングの外周端部の側面および上下面からの結合した場合の一例を示す。設計上、内径を確保する必要がある場合等、平面補強リングの内周端部は内周補強リング内による上下面からのみ結合する場合も考えられるためである。また、同様に、図１９Ｃに内周のみ二重リング構造による平面補強リングの内周端部の側面および上下面からの結合した場合の一例を示す。設計上、外径の制約をある場合等、平面補強リングの外周端部は外周補強リングによる上下面からのみ結合する場合も考えられるためである。
【０１５４】
（第７構成例）
次に、図２０に基づいて、本実施形態に係るリング状積層体の第７構成例を説明する。図２０は、リング状バルク体６５０の結晶学的方位の揺らぎを示す説明図である。
【０１５５】
リング状バルク体６５０は単結晶材料であることから、結晶方位の異方性が捕捉磁束密度分布の乱れ（軸対称性からのズレ）として現れる。この結晶方位の異方性を平均化するために、リング状バルク体６５０の結晶方位をずらしながらリング状バルク体６５０を積層してもよい。
【０１５６】
複数のリング状バルク体６５０を積層する際、相対的な結晶軸に関し、ｃ軸方向が各リングの内周軸と略一致するように配置すると同時にａ軸の方位をずらすことが望ましい。単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング状バルク体６５０は、一般に単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙの結晶方位に揺らぎを有している。ｃ軸方向の揺らぎの大きさは、±１５°程度あり、ここでいうｃ軸方向が各リングの内周軸と略一致するとは、単結方位のずれが±１５°程度あることを意味する。ａ軸をずらす角度は積層枚数にもよるが、１８０°、９０°等、４回対称にならない角度が望ましい。
【０１５７】
このように、リング状バルク体６５０の結晶方位をずらしながらリング状バルク体６５０を積層することで、結晶方位の異方性を平均化することができる。
【０１５８】
（第８構成例）
次に、図２１Ａ〜図２１Ｄに基づいて、本実施形態に係るリング状積層体の第８構成例を説明する。図２１Ａは、本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット７００の一例を示す概略分解斜視図である。図２１Ｂ〜図２１Ｄは、本構成例に係るリング状積層体を構成するリング状バルク体７１０の一例の平面図を示す。
【０１５９】
本構成例に係るリング状積層体により構成されるバルクマグネット７００は、第１構成例〜第７構成例に係るリング状積層体と比較して、酸化物超電導バルク体７１０が径方向に多重リング構造を有する点で相違する。多重リング構造とは、径方向に単一のリングではなく、複数のリングが同心円状に配置された構造をいう。例えば図２１Ｂに示すように、リング状バルク体７１０は、内径および外径の異なる、径方向の幅が略同一であるリング状バルク体７１０ａ〜７１０ｅを、径方向に所定の隙間７１３を設けて同心円状に配置した五重リング構造としてもよい。
【０１６０】
また、例えば図２１Ｃに示すように、リング状バルク体７１０は、内径および外径の異なるリング状バルク体７１０ａ〜７１０ｃを、径方向に所定の隙間７１３を設けて同心円状に配置した四重リング構造としてもよい。このとき、リング状バルク体７１０ｃの径方向の幅が、他のリング状バルク体７１０ａ、７１０ｂの径方向の幅よりも大きくともよい。各リングの幅は設計事項である。
【０１６１】
このような多重リング構造のリング状バルク体７１０を積層することによって、リング状バルク体７１０は、４回対称性を伴う結晶成長により超電導電流分布にも４回対称性が僅かに反映される傾向があるが、同心円の多重リング形状とすることで、着磁によって誘起される超電導電流の流路を軸対称に近づけるという作用が生ずる。この効果により、捕捉した磁場の均一性が向上する。このような特性を有するバルクマグネット７００は、特に高い磁場均一性が求められるＮＭＲやＭＲＩ応用に適している。
【０１６２】
また、リング状バルク体７１０は、例えば図２１Ｄに示すように、１つのリングに、同心円の円弧形状の隙間７１３を形成し、同一円周上にある隙間７１３の周方向に複数の継ぎ目７１５を設けるようにしてもよい。これにより、バルクマグネット７００の組み立て作業を簡便にすることができる。
【０１６３】
（円柱状積層体の構成例）
以上、第４の実施形態に係るリング状積層体の構成例について説明した。なお、第３および第４の実施形態に係る円柱状積層体は、上述したリング状積層体の各構成例と同様の構成を取ることができる。具体的には、図６〜図１５Ｄに示したような構成（内周補強リング、第２内周補強リングを除く）を円柱状積層体に対して適用することができる。以下、円柱状積層体の主な構成例について説明する。
【０１６４】
（第１構成例）
まず、図２２に基づいて、本実施形態に係る円柱状積層体の第１構成例を説明する。図２２は、本構成例に係る円柱状積層体により構成されるバルクマグネット８００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。図２２に示す円柱状積層体の積層構造は、図１５Ｂに示すリング状積層体の積層構造（すなわち、リング状積層体の第２構成例）に対応する。
【０１６５】
本構成例に係るバルクマグネット８００は、酸化物超電導体からなる円柱状バルク体８１０として３つの円柱状バルク体８１２、８１４、８１６が設けられており、平面補強板８２０として、４つの平面補強板８２１、８２３、８２５、８２７が設けられている。円柱状バルク体８１０と平面補強板８２０とは、円柱の中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図２２に示すように、円柱状バルク体８１２、８１４の間に平面補強板８２３が配置され、円柱状バルク体８１４、８１６の間に平面補強板８２５が配置されている。
【０１６６】
また、円柱状バルク体８１２には、平面補強板８２３が配置された側と反対側の面に平面補強板８２１が設けられる。同様に、円柱状バルク体８１６には、平面補強板８２５が配置された側と反対側の面に平面補強板８２７が設けられる。このとき、最端部の平面補強板８２１およびもう一方の最端部の平面補強板８２７と、外周補強リング８３０との位置関係は、図２２に示すように、平面補強板８２１、８２７が外周補強リング８３０内に収まるようにしてもよい。あるいは、平面補強板８２１、８２７の外径を外周補強リング８３０の外径と略同一として、外周補強リング８３０の端面を平面補強板８２１、８２７で覆うようにしてもよい。
【０１６７】
本構成例によれば、積層された円柱状バルク体８１０の間および中心軸線方向の端部に、平面補強板８２０が配置される。このような円柱状バルク体８１０と平面補強板８２０とを交互に積層させて複合材料化することで、リング状積層体と同様に、その強度を高めることができる。さらに、平面補強板８２０および外周補強リング８３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、円柱状バルク体８１０の破損を防止することができ、バルクマグネット内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が優れたバルクマグネット構造体を提供することができる。
【０１６８】
なお、図２２では、１つの外周補強リング８３０を設けた場合を示したが、本発明はかかる例に限定されず、例えば、複数の円柱状バルク体に対応して分割された複数の外周補強リングが設けられてもよい（図１５Ｄ参照）。このとき平面補強板は、外周補強リングと外径が揃うように、円柱状バルク体よりも半径方向に延設される。
【０１６９】
（第２構成例）
次に、図２３に基づいて本実施形態に係る円柱状積層体の第２構成例を説明する。図２３は、本構成例に係る円柱状積層体により構成されるバルクマグネット９００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【０１７０】
本構成例に係る円柱状積層体により構成されるバルクマグネット９００は、円柱状バルク体９１０と、平面補強板９２０と、外周補強リング９３００と、第２外周補強リング９３１０とからなる。図２３に示す例では、円柱状バルク体９１０として、３つの円柱状バルク体９１２、９１４、９１６が設けられており、平面補強板９２０として、４つの平面補強板９２１、９２３、９２５、９２７が設けられている。また、円柱状バルク体９１２、９１４、９１６の外周面には、第２外周補強リング９３１２、９３１４、９３１６が設けられている。
【０１７１】
本構成例に係るバルクマグネット９００を構成する円柱状積層体は、第１構成例に係る円柱状積層体と比較して、平面補強板９２０の外周端部が第２外周補強リングと外周補強リングとで結合されている点で相違する。ここで、第２外周補強リングおよび外周補強リングは、金属を使用できるため、金属の平面補強板と半田等により強固に接続することが可能である。したがって、二重構造を有する第２外周補強リングおよび外周補強リングにより側面および上下面の二方向から円柱状バルク体９１２、９１４、９１６を挟み込んで強固に結合することができる。この効果により円柱状バルク体９１０は、周囲の平面補強板および第２外周補強リングと強固に結合することができ、割れを抑制する顕著な効果を有する。
【０１７２】
（その他）
なお、リング状積層体と同様に、円柱状積層体を構成する平面補強板、外周補強リングおよび第２外周補強リングとして、熱伝導度の高い材料を用いることにより、クエンチの発生を抑制することができる。クエンチ抑制効果を高めるために、例えば、各部材として、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する平面補強板、外周補強リングおよび第２外周補強リングの熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。
【０１７３】
また、円柱状バルク体の常温引張強度は６０ＭＰａ程度であり、また、平面補強板を円柱状バルク体に貼り付けるための半田の常温引張強度は、通常８０ＭＰａ未満である。このことから、常温引張強度が８０ＭＰａ以上の平面補強板は、補強部材として有効である。そのため、平面補強板の強度は、常温引張強度が８０ＭＰａ以上であることが好ましい。バルクマグネットの実際上の設計では、高強度金属からなる平面補強板を挿入する分、超電導材料の割合が減少するため、目的とする使用条件に合わせて、平面補強板の割合を決定すればよい。また、上記の観点から、平面補強板を、強度が高い高強度金属と熱伝導率が高い高強度金属とを複数それぞれの割合を決めて、組み合わせて構成することが望ましい。
【実施例】
【０１７４】
以下に本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明の効果を実証するために行った例示にすぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１７５】
（実施例１）
実施例１では、上記の第１の実施形態に係るバルクマグネット構造体を作製し、当該バルクマグネット構造体を超電導マグネットにより着磁し、着磁させたバルクマグネット構造体の中心軸上の磁場分布を試料挿入口から挿入したプローブを用いて測定した。【０１７６】
まず、単結晶状のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された組織を有する外径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱状バルク体を４個、および、同様の組織を有する外径７０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状バルク体を２個作製した。これらの６個のバルク体をステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の外径９０ｍｍ、内径７０ｍｍの外周補強リングに嵌め込んだ。このとき、各バルク体と外周補強リングとの接合には半田を用いた。【０１７７】
また、厚さ１５ｍｍ、外径９０ｍｍのアルミ合金製の円柱部材を加工して、図６Ａに示したスペーサーを作製した。さらに、スペーサーを用いない場合の測定も行った。【０１７８】
次に、図５Ａおよび図５Ｂに示すようにバルク体等を積層してバルクマグネット構造体を作製し、当該バルクマグネット構造体を真空断熱容器内に格納した。具体的には、まずコールドヘッド２１上に厚さ２０ｍｍの円柱状バルクマグネットを２つ、および厚さ１０ｍｍの円柱状バルクマグネットを１つ積層して、第３容器１０ｃを配置した。次に、スペーサー５２を円柱状バルクマグネットの上に配置し、第２容器１０ｂを第３容器１０ｃの上に配置した。次に、スペーサー５２の上に厚さ１０ｍｍの円柱状バルクマグネットを１つ、厚さ２０ｍｍの円柱状バルクマグネットを２つ積層して、第１容器１０ａを第２容器１０ｂの上に配置した。スペーサーを用いない場合、第２容器１０ｂの上方のフランジを中心軸方向に張り出した形態として、上方のバルクマグネットを支持し、上方のバルクマグネットと、下方のバルクマグネットとを、離隔した(図５Ｃ参照)。各容器はそれぞれのフランジをねじ止めすることにより結合された。【０１７９】
バルクマグネット構造体をコールドヘッド上に固定して真空断熱容器内の真空断熱層を真空排気した後、１００Ｋに冷却した。そして、バルクマグネット構造体の中心軸が不図示の超電導マグネットの中心軸に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアに挿入した。その後、超電導マグネットの中心磁場が約５Ｔとなるように通電し、超電導マグネットを励磁した。なお、スペーサーを用いない場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却した。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却した。【０１８０】
超電導マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体を２５Ｋに冷却し、温度が安定した後、超電導マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った。着磁後、バルクマグネット構造体が固定された冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアから引き抜き、さらにバルクマグネット構造体を２５Ｋから２０Ｋに冷却した。その後、第２容器１０ｂの連絡部材１２の内部の空間にプローブを挿入し、磁場分布を測定した。【０１８１】
その結果、バルクマグネット構造体の積層方向の中心から軸方向に５ｍｍの範囲内の空間で、３０ｐｐｍの磁場均一性が得られていることが確認された。また、バルクマグネット構造体に破損は全く生じなかった。以上から、側方から磁場空間にアクセス可能ないわゆるスプリット型のバルクマグネット構造体に対しても、高い磁場均一性を有する強磁場を着磁させることが可能であることが確認された。また、磁場分布を測定するためのプローブの挿入は容易であり、精緻な測定が実現できた。すなわち、側方から磁場空間へのアクセスが容易であることも確認された。【０１８２】
（実施例２）
実施例２では、上記の第３の実施形態に係るバルクマグネット構造体を作製し、当該バルクマグネット構造体を超電導マグネットにより着磁し、着磁させたバルクマグネット構造体の中心軸上の磁場分布を試料挿入口から挿入したプローブを用いて測定した。【０１８３】
まず、単結晶状のＥｕＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＥｕ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された組織を有する外径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱状バルク体を２個、および、組織を有する外径７０ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリング状バルク体を２個作製した。そして、各バルク体をステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍまたは１０ｍｍの外周補強リングに嵌め込んだ。なお、各バルク体と外周補強リングとの接合には半田を用いた。【０１８４】
また、同様の組織を有する外径７０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状バルク体を８枚作製し、９枚の外径７０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのステンレス製平面補強板を円柱状バルク体と交互に積層して円柱状積層体を２個作製し、外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の外周補強リングに嵌め込んだ。このとき、外周補強リング、円柱状バルク体および平面補強体とは、半田によりそれぞれ接着した。かかる円柱状積層体は、２個作製された。【０１８５】
また、厚さ１５ｍｍ、外径９０ｍｍのアルミ合金製の円柱部材を加工して、図６Ａに示したスペーサーを作製した。さらに、スペーサーを用いない場合の測定も行った。【０１８６】
次に、図９Ａおよび図９Ｂに示すようにバルク体等を積層してバルクマグネット構造体を作製し、当該バルクマグネット構造体を真空断熱容器内に格納した。かかる組み立ては実施例１と同様であるため、説明を省略する。【０１８７】
バルクマグネット構造体をコールドヘッド上に固定して真空断熱容器内の真空断熱層を真空排気した後、１００Ｋに冷却した。そして、バルクマグネット構造体の中心軸が不図示の超電導マグネットの中心軸に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアに挿入した。その後、超電導マグネットの中心磁場が約６．５Ｔとなるように通電し、超電導マグネットを励磁した。なお、スペーサーを用いない場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却した。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却した。【０１８８】
超電導マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体を３０Ｋに冷却し、温度が安定した後、超電導マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った。着磁後、バルクマグネット構造体が固定された冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアから引き抜き、さらにバルクマグネット構造体を３０Ｋから２０Ｋに冷却した。その後、第２容器１０ｂの連絡部材１２の内部の空間にプローブを挿入し、磁場分布を測定した。【０１８９】
その結果、バルクマグネット構造体の積層方向の中心から軸方向に５ｍｍの範囲内の空間で、１５ｐｐｍの磁場均一性が得られていることが確認された。また、バルクマグネット構造体に破損は全く生じなかった。以上から、高い磁場均一性を有し、かつさらに強力な磁場をバルクマグネット構造体に安定して着磁させることが可能であることが確認された。また、磁場分布を測定するためのプローブの挿入は容易であり、精緻な測定が実現できた。すなわち、側方から磁場空間へのアクセスが容易であることも確認された。【０１９０】
（実施例３）
実施例３では、上記の第４の実施形態に係るバルクマグネット構造体を作製し、当該バルクマグネット構造体を超電導マグネットにより着磁し、着磁させたバルクマグネット構造体の中心軸上の磁場分布を試料挿入口から挿入したプローブを用いて測定した。【０１９１】
まず、単結晶状のＥｕＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＥｕ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された組織を有する外径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱状バルク体を２個作製した。そして、各バルク体をステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの外周補強リングに嵌め込んだ。なお、各バルク体と外周補強リングとの接合には半田を用いた。【０１９２】
また、同様の組織を有する外径７０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状バルク体を８枚作製し、９枚の外径７０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのステンレス製平面補強板を円柱状バルク体と交互に積層して円柱状積層体を作製し、外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の外周補強リングに嵌め込んだ。このとき、外周補強リング、円柱状バルク体および平面補強体とは、半田によりそれぞれ接着した。かかる円柱状積層体は、２個作製された。【０１９３】
さらに、同様の組織を有する外径７０ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を６枚作製し、７枚の外径７０ｍｍ、内径３４ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのステンレス製平面補強リングをリング状バルク体と交互に積層してリング状積層体を作製し、外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ１５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の外周補強リングに嵌め込んだ。このとき、外周補強リング、リング状バルク体および平面補強リングとは、半田によりそれぞれ接着した。かかるリング状積層体は、２個作製された。【０１９４】
また、厚さ１５ｍｍ、外径９０ｍｍのアルミ合金製の円柱部材を加工して、図６Ａに示したスペーサーを作製した。さらに、スペーサーを用いない場合の測定も行った。【０１９５】
次に、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すようにバルク体等を積層してバルクマグネット構造体を作製し、当該バルクマグネット構造体を真空断熱容器内に格納した。かかる組み立ては実施例１と同様であるため、説明を省略する。【０１９６】
バルクマグネット構造体をコールドヘッド上に固定して真空断熱容器内の真空断熱層を真空排気した後、１００Ｋに冷却した。そして、バルクマグネット構造体の中心軸が不図示の超電導マグネットの中心軸に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアに挿入した。その後、超電導マグネットの中心磁場が約６．５Ｔとなるように通電し、超電導マグネットを励磁した。なお、スペーサーを用いない場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却した。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却した。【０１９７】
超電導マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体を５０Ｋに冷却し、温度が安定した後、超電導マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った。着磁後、バルクマグネット構造体が固定された冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアから引き抜き、さらにバルクマグネット構造体を５０Ｋから３５Ｋに冷却した。その後、第２容器１０ｂの連絡部材１２の内部の空間にプローブを挿入し、磁場分布を測定した。【０１９８】
その結果、バルクマグネット構造体の積層方向の中心から軸方向に５ｍｍの範囲内の空間で、１４ｐｐｍの磁場均一性が得られていることが確認された。また、バルクマグネット構造体に破損は全く生じなかった。以上から、高い磁場均一性を有し、かつさらに強力な磁場をバルクマグネット構造体に安定して着磁させることが可能であることが確認された。また、磁場分布を測定するためのプローブの挿入は容易であり、精緻な測定が実現できた。すなわち、側方から磁場空間へのアクセスが容易であることも確認された。【０１９９】
（実施例４）
実施例４では、図２４Ａおよび図２４Ｂに示すバルクマグネット構造体５０Ｅを作製し、当該バルクマグネット構造体を超電導マグネットにより着磁し、着磁させたバルクマグネット構造体の中心軸上の磁場分布を試料挿入口から挿入したプローブを用いて測定した。【０２００】
ここで、実施例４に係るバルクマグネット構造体５０Ｅの構成の一例について説明する。図２４Ａおよび図２４Ｂは、実施例４に係るバルクマグネット構造体５０Ｅの一例を示す断面図である。図２４Ａは第１方向Ｄ１から見た断面図であり、図２４Ｂは第２方向Ｄ２から見た断面図である。【０２０１】
図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、バルクマグネット構造体５０Ｅは、円柱状積層体５１ａ、５１ｆ、円柱状バルク体５１ｂ、５１ｅ、およびリング状積層体５１ｃ、５１ｄからなるバルク体部５１Ｅと、スペーサー５２と、各バルク体５１ａ〜５１ｆの外周にそれぞれ嵌合された外周補強リング５３ａ〜５３ｆからなる外周補強リング部５３Ｅと、リング状積層体５１ｃ、５１ｄの内側に嵌合される内周補強リング５５ｃ、５５ｄを含んでなる。バルクマグネット構造体５０Ｅは、各バルク体５１ａ〜５１ｆの中心軸を揃えて積層し構成されている。スペーサー５２は、図６Ａに示した形状を有し、各実施形態に係るバルクマグネット構造体５０と同様にバルク体５１ａ〜５１ｆおよび外周補強リング５３ａ〜５３ｆとともに積層される。【０２０２】
リング状積層体５１ｃ（５１ｄ）は、軸方向の厚みが小さいリング状酸化物超電導バルク体５１ｃ１（５１ｄ１）と、平面補強リング５１ｃ２（５１ｄ２）とが交互に積層して構成されている。さらに、リング状酸化物超電導バルク体５１ｃ１（５１ｄ１）と外周補強リング５３ｃ（５３ｄ）の間には第２外周補強リング５７ｃ（５７ｄ）が配置され、リング状酸化物超電導バルク体５１ｃ１（５１ｄ１）と内周補強リング５５ｃ（５５ｄ）との間には、第２内周補強リング５９が配置されている。かかるリング状積層体５１ａは、上記のリング状積層体の第６構成例に係る構成と同一である。【０２０３】
また、円柱状積層体５１ａ（５１ｆ）は、軸方向の厚みが小さい円柱状酸化物超電導バルク体５１ａ１（５１ｆ１）と、平面補強板５１ａ２（５１ｆ２）とが交互に積層して構成されている。さらに、円柱状酸化物超電導バルク体５１ａ１（５１ｆ１）と外周補強リング５３ａ（５３ｆ）の間には第２外周補強リング５７ａ（５７ｆ）が配置されている。かかる円柱状積層体５１ａ（５１ｆ）は、上記の円柱状積層体の第２構成例に係る円柱状積層体と同一である。【０２０４】
なお、図２４Ａおよび図２４Ｂに示す円柱状積層体を構成する円柱状バルク体および平面補強板の積層数、並びにリング状積層体を構成するリング状バルク体および平面補強リングの積層数は例示であり、その数は特に限定されない。【０２０５】
本実施例の説明に戻ると、まず、単結晶状のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された組織を有する外径７４ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱状バルク体を２個作製した。そして、各リング状バルク体をステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の外径８４ｍｍ、内径７４ｍｍ、厚さ２０ｍｍの外周補強リングに嵌め込んだ。なお、各リング状バルク体と外周補強リングとの接合には半田を用いた。【０２０６】
また、同様の組織を有する外径７０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状バルク体を８枚、外径７４ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのステンレス製平面補強板を９枚、外径７４ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ２ｍｍのステンレス製第２外周補強リングを８個作製し、これらを外径８４ｍｍ、内径７４ｍｍ、厚さ２０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製外周補強リングの内側に図１９に示す構成となるように配置した。このとき、円柱状バルク体、平面補強板、外周補強リング、および第２外周補強リングは、半田によりそれぞれ接着した。本実施例では、かかる円柱状バルク体を２個作製した。【０２０７】
さらに、同様の組織を有する外径７０ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を６枚、外径７４ｍｍ、内径３３ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのステンレス製平面補強リングを７枚、外径７４ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚さ２ｍｍのステンレス製第２外周補強リングを６個、外径３５ｍｍ、内径３３ｍｍ、厚さ２ｍｍのステンレス製第２内周補強リングを６個作製し、これらを外径８４ｍｍ、内径７４ｍｍ、厚さ１６ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製外周補強リングおよび外径３３ｍｍ、内径３１ｍｍ、厚さ１６ｍｍのステンレス製内周補強リングの間に図１９に示す構成となるよう配置した。このとき、リング状バルク体、平面補強リング、外周補強リング、内周補強リング、第２外周補強リングおよび内周補強リングは、半田によりそれぞれ接着した。本実施例では、かかるリング状バルク体を２個作製した。【０２０８】
また、厚さ１５ｍｍ、外径９０ｍｍのアルミ合金製の円柱部材を加工して、図６Ａに示したスペーサーを作製した。さらに、スペーサーを用いない場合の測定も行った。【０２０９】
次に、図２４Ａおよび図２４Ｂに示すようにバルク体等を積層してバルクマグネット構造体を作製し、当該バルクマグネット構造体を真空断熱容器内に格納した。かかる組み立ては実施例１と同様であるため、説明を省略する。【０２１０】
バルクマグネット構造体をコールドヘッド上に固定して真空断熱容器内の真空断熱層を真空排気した後、１００Ｋに冷却した。そして、バルクマグネット構造体の中心軸が不図示の超電導マグネットの中心軸に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアに挿入した。その後、超電導マグネットの中心磁場が約６．５Ｔとなるように通電し、超電導マグネットを励磁した。なお、スペーサーを用いない場合、下方のバルク体部５１ｄ〜５１ｆは、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で冷却した。上方のバルク体部５１ａ〜５１ｃは、外壁を二重構造にして、二重の外壁間に真空断熱層を設けた上で、冷媒（ヘリウムガス等）を用いて冷却した。【０２１１】
超電導マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体を５０Ｋに冷却し、温度が安定した後、超電導マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った。着磁後、バルクマグネット構造体が固定された冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアから引き抜き、さらにバルクマグネット構造体を５０Ｋから３５Ｋに冷却した。その後、第２容器１０ｂの連絡部材１２の内部の空間にプローブを挿入し、磁場分布を測定した。【０２１２】
その結果、バルクマグネット構造体の積層方向の中心から軸方向に５ｍｍの範囲内の空間で、１４ｐｐｍの磁場均一性が得られていることが確認された。また、バルクマグネット構造体に破損は全く生じなかった。以上から、高い磁場均一性を有し、かつさらに強力な磁場をバルクマグネット構造体に安定して着磁させることが可能であることが確認された。また、磁場分布を測定するためのプローブの挿入は容易であり、精緻な測定が実現できた。すなわち、側方から磁場空間へのアクセスが容易であることも確認された。【０２１３】
（比較例）
バルクマグネットのかわりに超電導線材を単純に巻いたコイルを用いた場合、このコイルマグネットの構造体の寸法（内径、外径、軸方向の長さ）を実施例１と同様の条件で、着磁した場合の磁場分布を計算した。この時、各コイルマグネットの線材の両端部は超電導接合が完全に形成されており、同様の条件で着磁した場合、コイルマグネット内に永久電流が流れ、この永久電流によりこのコイルマグネットが着磁される状況となる。計算の結果、マグネット構造体の積層方向の中心から軸方向に５ｍｍの範囲内の空間で、磁場不均一度は、１００００ｐｐｍ以上であり、きわめて不均一な分布となった。
このような、線材をコイル化したマグネットと本発明のバルクマグネットとの根本的な大きな違いは、線材を巻いたコイルマグネットでは、コイルマグネット内の周方向を流れる超電導電流密度は、マグネットのどの断面で一定であるのに対し、バルクマグネットでは、図４Ａから図４Ｃを用いて詳細に説明した様に、バルクマグネット内の周方向を流れる超電導電流密度は、マグネットの断面で大きく異なっている。フル着磁状態の場合でさえも、電流密度に磁場依存性があるため、電流密度は一定ではない。図２５は、比較例と本発明例での超電導電流密度の相違を模式的に表したものである。図２５（ａ）は、本発明例のバルクマグネットを離隔して着磁した態様であり、ハッチングされた領域に超電導電流が流れており、ハッチングされていない領域では超電導電流が流れていない。図２５（ｂ）は、比較例のコイルマグネットに着磁した場合であり、コイル（断面）の全領域で超電導電流が流れている。
このように、バルクマグネットでは、電流分布の自由度がある分、コイルマグネットに対して減磁前の捕捉磁場分布を保つ機能が高くなる。【０２１４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２１５】
１        ＮＭＲ用バルクマグネットシステム
１０      真空断熱容器
１０ａ    第１容器
１０ｂ    第２容器
１０ｃ    第３容器
１１      Ｏリング
１２      連絡部材
２０      冷却装置
２１      コールドヘッド
２３      ヒーター
３０      温度制御装置
５０      バルクマグネット構造体
５１      バルク体（積層体）
５１ａ    リング状積層体
５１ａ１  リング状酸化物超電導バルク体
５１ａ２  平面補強リング
５１ｇ    円柱状積層体
５１ｇ１  円柱状酸化物超電導バルク体
５１ｇ２  平面補強板
５２      スペーサー
５２ａ    スペーサー部材
５２ｂ    スペーサー部材
５３      外周補強リング
５５      内周補強リング
５７      第２外周補強リング
５９      第２内周補強リング
１００    バルクマグネット
１１０    リング状バルク体
１２０    平面補強リング
１３０    外周補強リング
２００    バルクマグネット
２１０    リング状バルク体
２２０    平面補強リング
２３０    外周補強リング
３００    バルクマグネット
３１０    リング状バルク体
３２０    平面補強リング
３３０    外周補強リング
４００    バルクマグネット
４１０    リング状バルク体
４２０    平面補強リング
４３０    外周補強リング
５００    バルクマグネット
５１０    リング状バルク体
５２０    平面補強リング
５３０    外周補強リング
５４０    内周補強リング
６００    バルクマグネット
６１０    リング状バルク体
６２０    平面補強リング
６５０    リング状バルク体
７００    バルクマグネット
７１０    リング状バルク体
８００    バルクマグネット
８１０    円柱状バルク体
８２０    平面補強板
８３０    外周補強リング
９００    バルクマグネット
９１０    円柱状バルク体
９２０    平面補強板
６３００  外周補強リング
６３１０  第２外周補強リング
６４００  内周補強リング
６４１０  第２内周補強リング
９３００  外周補強リング
９３１０  第２外周補強リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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