(57)【要約】      （修正有）【課題】電流リードのネックチューブへの着脱作業を容易にし、取扱いが難しい折れ曲がり式の電流リードの使用必要性を抑制する超電導マグネット装置を提供する。【解決手段】ヘリウム槽３０から真空容器６０の上面６０ｔよりも上に延びるネックチューブ７０を備える。真空容器６０の上面６０ｔからネックチューブ７０の上端７０ｔまでの距離Ｌｎを、真空容器６０の底面６０ｂから上面６０ｔまでの距離Ｌａの１／１０以上かつ３／１０以下とする。超電導マグネット装置の上端から天井面までの距離が大きくなり、電流リードのネックチューブへの着脱作業用スペースが広くなるので作業性が向上する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
前記超電導コイルおよび液体ヘリウムを収容するヘリウム槽と、
前記ヘリウム槽を収容する真空容器と、
前記ヘリウム槽から前記真空容器の上面よりも上に延びるネックチューブと、
を備え、
前記真空容器の前記上面から前記ネックチューブの上端までの距離は、前記真空容器の底面から前記上面までの距離の１／１０以上かつ３／１０以下である、
超電導マグネット装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、超電導マグネット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超電導マグネット装置がある（例えば特許文献１の図１）。特許文献１に記載の超電導マグネット装置では、首管（１２ａ）（ネックチューブ）に電流リード（２０）が差し込まれる。しかし、首管（１２ａ）上端から天井（１０１）（天井面）までの間隔（Ｌ）が狭く、首管（１２ａ）に電流リード（２０）を差し込めない場合がある。
【０００３】
特許文献１及び２には、折れ曲がり式の電流リードが記載されている（例えば特許文献１の図５、図６）。この折れ曲がり式の電流リードにより、ネックチューブ上端から天井面までの間隔が狭くても、電流リードを首管に差し込むことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９５６０９号公報
【特許文献２】特開２００７−７３６５３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、折れ曲がり式の電流リードは取扱いが難しい。折れ曲がり式の電流リードをネックチューブに差し込む作業には、作業者の高度な技術が必要となる。また、折れ曲がり式の電流リードは、構造が複雑であり、信頼性が不足する場合がある。
【０００６】
そこで本考案は、電流リードのネックチューブへの着脱作業を容易にでき、折れ曲がり式の電流リードを使用する必要性を抑制できる、超電導マグネット装置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】
【０００７】
本考案の超電導マグネット装置は、超電導コイルと、前記超電導コイルおよび液体ヘリウムを収容するヘリウム槽と、前記ヘリウム槽を収容する真空容器と、前記ヘリウム槽から前記真空容器の上面よりも上に延びるネックチューブと、を備える。前記真空容器の前記上面から前記ネックチューブの上端までの距離は、前記真空容器の底面から前記上面までの距離の１／１０以上かつ３／１０以下である。
【考案の効果】
【０００８】
上記構成により、電流リードのネックチューブへの着脱作業を容易にでき、折れ曲がり式の電流リードを使用する必要性を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】超電導マグネット装置の断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して超電導マグネット装置１について説明する。
【００１１】
超電導マグネット装置１は、ＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance：核磁気共鳴）装置や、ＮＭＲを利用したＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：核磁気共鳴画像法）装置に用いられる。超電導マグネット装置１は、床面（図示なし）と天井面Ｃとの間に配置される。超電導マグネット装置１の底部は、支持部材（図示なし）を介して床面（図示なし）に支持される。超電導マグネット装置１は、クライオスタット構造を備える。超電導マグネット装置１は、筒部１０と、超電導コイル２０と、電極２１と、ヘリウム槽３０と、輻射シールド４０と、窒素槽５０と、真空容器６０と、ネックチューブ７０と、を備える。ネックチューブ７０には、電流リード８０が差し込まれる。超電導マグネット装置１の外形は、略円柱状（円柱状）であり、中心軸の方向は上下方向（鉛直方向）である。なお、外形が略円柱状であるとともに中心軸の方向が上下方向である点は、ヘリウム槽３０、輻射シールド４０、窒素槽５０、及び真空容器６０についても同様である。
【００１２】
筒部１０は、ＮＭＲによる分析の対象物（サンプル）が内側に配置される筒（管、ボア）である。筒部１０は、超電導マグネット装置１の中心軸に沿い、上下方向に延びる。
【００１３】
超電導コイル２０は、巻枠（図示なし）と、巻枠に巻き回された超電導線材（図示なし）と、を備えるものである。超電導線材は、例えば金属系超電導線材であり、また例えば酸化物系超電導線材である。超電導コイル２０は、筒部１０の径方向外側に配置される。超電導コイル２０は、電気が供給されることで超電導磁石になる。
【００１４】
電極２１は、電流リード８０と電気的に接続される端子である。電極２１は、超電導コイル２０に電気的に接続される。
【００１５】
ヘリウム槽３０は、超電導コイル２０と、電極２１と、液体ヘリウム３１と、を収容する（外側から覆う、外側から囲む）容器である。ヘリウム槽３０は、ヘリウム槽３０の内部の上部でヘリウムガスを収容する。ヘリウム槽３０の材質は、非磁性材料であり、例えばアルミニウムやステンレスなどである（材質が例えばアルミニウムやステンレスである点は、後述する窒素槽５０および真空容器６０も同様である）。
【００１６】
液体ヘリウム３１中には、超電導コイル２０の全体および電極２１が浸される。液体ヘリウム３１は、後述する液体窒素５５に比べ、希少であり単価が高い。そのため、液体ヘリウム３１は、液体窒素５５に比べ、できるだけ蒸発させないように長持ちさせることが重要であり、例えば補充間隔は４〜６ヶ月などである。液体ヘリウム３１の温度は約４Ｋである。
【００１７】
輻射シールド４０は、超電導マグネット装置１外部から、ヘリウム槽３０や超電導コイル２０に伝わる熱を抑制する（この熱を抑制するという点は、後述する窒素槽５０および真空容器６０も同様である）。輻射シールド４０は、超電導マグネット装置１外部から（真空容器６０から、窒素槽５０から）ヘリウム槽３０に伝わる輻射熱を遮る（抑制する）、遮蔽物（シールド容器）である。輻射シールド４０は、ネックチューブ７０を介してヘリウムガスにより冷やされるシールド（ガスクールドシールド、ＧＣＳ）である。輻射シールド４０は、ヘリウム槽３０を収容する。輻射シールド４０は、ヘリウム槽３０との間に真空の隙間をあけて配置される。輻射シールド４０の材質は、例えばアルミニウムや銅などである。輻射シールド４０の温度は、例えば約５０Ｋである。
【００１８】
窒素槽５０は、輻射シールド４０と（ヘリウム槽３０と）、液体窒素５５と、を収容する。窒素槽５０の上面を上面５０ｔとする。窒素槽５０は、内側部５１と、外側部５３と、を備える。内側部５１は、輻射シールド４０を（ヘリウム槽３０を）収容する部分である。
【００１９】
外側部５３は、液体窒素５５を収容する部分（容器）である。外側部５３は、内側部５１の径方向外側に設けられる。外側部５３には、蒸発した窒素を再凝縮（再液化）させる窒素再凝縮装置（図示なし）と、再凝縮させた液体窒素５５を外側部５３に供給する自動供給装置（図示なし）と、が接続されてもよい。
【００２０】
液体窒素５５は、液体ヘリウム３１に比べ、長持ちさせる必要性が低い（例えば補充間隔が２週間など）。液体窒素５５の温度は約７７Ｋなどである。
【００２１】
真空容器６０は、窒素槽５０を（輻射シールド４０を、ヘリウム槽３０を）収容する。真空容器６０と窒素槽５０とは一体的に形成されてもよい。真空容器６０の内部は高真空に保持される（超高真空に保持されてもよい）。真空容器６０は、窒素槽５０との間に隙間をあけて配置される。真空容器６０を構成する面には、底面６０ｂと上面６０ｔとがある。
【００２２】
上面６０ｔの形状は、例えばドーム状であり、真空容器６０の径方向内側（中心軸に近い側）ほど上面６０ｔの高さが高い形状である。
【００２３】
ネックチューブ７０は、電流リード８０が通される管（筒）である。ネックチューブ７０は、ヘリウム槽３０に液体ヘリウム３１を補充するための管や、ヘリウム槽３０からヘリウムガスを抜くための管でもある。なお、ネックチューブ７０は、電流リード８０が通されるためにのみ用いられてもよい。ネックチューブ７０は、ヘリウム槽３０の内部と、真空容器６０の外部（超電導マグネット装置１の外部）と、を連通する。ネックチューブ７０は、ヘリウム槽３０の上面から、真空容器６０の上面６０ｔよりも上に延びる。ネックチューブ７０は、上下方向に延びる。ネックチューブ７０は、輻射シールド４０と、窒素槽５０と、真空容器６０と、を貫通する。ネックチューブ７０は、電流リード８０と電極２１との接続のために、電極２１の直上に配置される。ネックチューブ７０は、ヘリウム槽３０の破裂防止のために（冗長性を持たせるために）、複数本（図１では２本）設けられる。ネックチューブ７０の内部の断面積（上下方向に直交する断面の面積）が小さいほど、また、ネックチューブ７０の長さ（上下方向長さ）が長いほど、超電導マグネット装置１外部の温度（室温）がヘリウム槽３０に伝わりにくくなり、液体ヘリウム３１が蒸発しにくくなる。ネックチューブ７０の上端を上端７０ｔとする。ネックチューブ７０は、外管７１と、内管７３と、を備える。
【００２４】
外管７１の下端は、真空容器６０の上面に固定される。
【００２５】
内管７３の上端部は、外管７１の上端部の内面に固定される。内管７３は、窒素槽５０の上面５０ｔに固定される。内管７３と窒素槽５０との固定位置（窒素熱アンカ位置）は、液体ヘリウム３１の蒸発量ができるだけ小さくなるように設定される。内管７３は、輻射シールド４０に固定される。内管７３の下端は、ヘリウム槽３０の上面に固定される。内管７３は、真空容器６０に対して、ヘリウム槽３０を支持する（吊り下げる）。
【００２６】
電流リード８０は、外部電源（図示なし）と超電導コイル２０とを電気的に接続する。電流リード８０は、内管７３に差し込み可能である。電流リード８０は、電極２１に対して着脱可能である。超電導マグネット装置１の上端（上端７０ｔ）と天井面Ｃとの間は、電流リード８０の着脱のための作業用スペースとなる。
【００２７】
（ネックチューブ７０の長さ）
真空容器６０の上面６０ｔからネックチューブ７０の上端７０ｔまでの距離を距離Ｌｎとする。上記「距離」は、超電導マグネット装置１の中心軸方向（上下方向）における距離である（以下の「距離」について同様）。距離Ｌｎは、次の［条件ａ］を満たし、さらに［条件ｂ］を満たしてもよい。
［条件ａ］真空容器６０の底面６０ｂから上面６０ｔまでの距離（真空容器６０の全高、又はほぼ全高）を距離Ｌａとする。距離Ｌｎは、距離Ｌａの１／１０以上かつ３／１０以下である。
［条件ｂ］電極２１の上端からネックチューブ７０の上端７０ｔまでの距離（電流リード８０の必要長さにほぼ相当）を距離Ｌｂとする。距離Ｌｎは、距離Ｌｂの３／１０以上かつ１／２以下である。
なお、例えば真空容器６０の上面６０ｔがドーム状の場合など、測る位置によって距離Ｌｎ及び距離Ｌａが異なる場合がある。この場合、上記条件を満たすべき距離Ｌｎは、最長の距離Ｌｎと最短の距離Ｌｎとの平均値（外管７１の上下方向長さの平均値）とする。また、上記条件を満たすべき距離Ｌａは、真空容器６０の底面６０ｂからネックチューブ７０の上端７０ｔまでの距離から、距離Ｌｎの平均値（外管７１の上下方向長さの平均値）を引いた値である。また、従来の超電導マグネット装置における距離Ｌｎは、距離Ｌａの約１／３以上であり、距離Ｌｂの約２／３以上である。
【００２８】
距離Ｌｎを従来よりも短くすると、ネックチューブ７０の上端７０ｔから窒素槽５０の上面５０ｔまでの距離が従来よりも短くなる。すると、ネックチューブ７０から窒素槽５０への熱伝導が従来よりも増える。すると、液体窒素５５の蒸発量が従来よりも増える場合がある。しかし、下記（ａ）〜（ｃ）の理由により、液体窒素５５の蒸発量が従来よりも増えても問題とはなりにくい。（ａ）液体窒素５５の蒸発量がどれだけの量になるかについては、液体窒素５５に加えられる輻射熱が支配的であり、ネックチューブ７０からの熱伝導による影響は（輻射熱よりも）少ない。（ｂ）液体窒素５５は（液体ヘリウム３１に比べ）安価である。（ｃ）上述した窒素再凝縮装置や自動供給装置を窒素槽５０に接続した場合は、液体窒素５５を窒素槽５０に自動的に供給できる。
【００２９】
（動作）
超電導マグネット装置１の動作には、電源駆動モードと、永久電源モードとがある。
【００３０】
電源駆動モードでは、外部電源（図示なし）により超電導コイル２０に電流が流される。このモードの詳細は次の通りである。電流リード８０がネックチューブ７０に差し込まれ、電流リード８０の先端部（下端部）と電極２１とが電気接続される。電流リード８０と電極２１とを介して、外部電源（図示なし）から超電導コイル２０に電気が供給されることで、超電導コイル２０に電流が流れる。
【００３１】
永久電流モードでは、超電導マグネット装置１内に形成された閉ループ（図示なし）により、超電導コイル２０に電流が流れる。このモードでは、電流リード８０は、電極２１から取り外されるとともにネックチューブ７０から取り外される。この理由は、永久電流モードでは電流リード８０による超電導コイル２０への給電の必要が無くなるため、また、電流リード８０からヘリウム槽３０への不要な熱進入を防止するためである。
【００３２】
（効果１）
次に、図１に示す超電導マグネット装置１による効果を説明する。超電導マグネット装置１は、超電導コイル２０と、超電導コイル２０および液体ヘリウム３１を収容するヘリウム槽３０と、ヘリウム槽３０および液体窒素５５を収容する窒素槽５０と、窒素槽５０を収容する真空容器６０と、ヘリウム槽３０から真空容器６０の上面６０ｔよりも上に延びるネックチューブ７０と、を備える。真空容器６０の上面６０ｔからネックチューブ７０の上端７０ｔまでの距離Ｌｎは、真空容器６０の底面６０ｂから上面６０ｔまでの距離Ｌａの１／１０以上かつ３／１０以下である。
【００３３】
この構成では、距離Ｌａに対する距離Ｌｎが、従来の超電導マグネット装置に比べて短い。よって、超電導マグネット装置１の上端（ネックチューブ７０の上端７０ｔ）から天井面Ｃまでの距離を大きくできる。よって、電流リード８０のネックチューブ７０への着脱の作業用スペースを広くできるので、この着脱作業を容易にできる。また、上端７０ｔから天井面Ｃまでの距離を大きくできるので、直線状の電流リード８０をネックチューブ７０に差し込める可能性が高まる、すなわち、折れ曲がり式の電流リードを使用する必要性を抑制できる。具体的には例えば、床面（図示なし）から天井面Ｃまでの高さが、一般的なオフィス等における高さ（例えば約２．４ｍなど）であっても、直線状の電流リード８０をネックチューブ７０に差し込める可能性が従来よりも高まる。
【符号の説明】
【００３４】
１  超電導マグネット装置
２０  超電導コイル
３０  ヘリウム槽
３１  液体ヘリウム
５０  窒素槽
５５  液体窒素
６０  真空容器
７０  ネックチューブ
【図１】
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