(57)【要約】【課題】軸方向座標の高次の磁場に対する補正能力が高い超電導シムコイル群を備えた均一磁場発生装置の提供。【解決手段】計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備えた均一磁場発生装置において、半径方向位置が超電導メインコイル群と計測空間との間で、かつ、超電導メインコイル群を構成する各コイルとは異なる軸方向位置に、超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルを設置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備えた均一磁場発生装置において、
半径方向位置が前記超電導メインコイル群と前記計測空間との間で、かつ、前記超電導メインコイル群を構成する各コイルとは異なる軸方向位置に、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルを設置することを特徴とする均一磁場発生装置。
【請求項２】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルを、８テスラ以上の高磁場中で機能させる請求項１に記載の均一磁場発生装置。
【請求項３】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、１４テスラ以上の上部臨界磁場を持つ超電導線材からなる請求項１に記載の均一磁場発生装置。
【請求項４】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルがＮｂ３Ｓｎ超電導線材からなる請求項１に記載の均一磁場発生装置。
【請求項５】
計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備えた均一磁場発生装置において、
前記超電導シムコイル群には中心軸からの距離の異なる複数のコイルが含まれることを特徴とする均一磁場発生装置。
【請求項６】
計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備える均一磁場発生装置において、
前記超電導シムコイル群が前記計測空間の中心から１０ｍｍの範囲内に、軸方向座標の４次に比例する磁場成分を０．０１ガウス以上発生させる能力を有することを特徴とする均一磁場発生装置。
【請求項７】
計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備える均一磁場発生装置において、
前記超電導シムコイル群が前記計測空間の中心から１０ｍｍの範囲内に、軸方向座標の６次に比例する磁場成分を０．０００１ガウス以上発生させる能力を有することを特徴とする均一磁場発生装置。
【請求項８】
前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生する請求項１〜７のいずれかに記載の均一磁場発生装置。
【請求項９】
前記超電導シムコイル群の各コイルに通電する電流値を独立制御することで、複数の次数の磁場成分を同時に補正する請求項８に記載の均一磁場発生装置。
【請求項１０】
前記超電導メインコイル群が、軸方向の間隙を介して対向する第一の超電導メインコイル群と第二の超電導メインコイル群とからなる請求項１〜９のいずれかに記載の均一磁場発生装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の均一磁場発生装置を用いたことを特徴とする核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は均一磁場発生装置に関し、特に、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置として利用される均一磁場発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＮＭＲ装置の斜視図を図６に、模式断面図を図７にそれぞれ示す。斜視図においては、内部構造が分かるように１／４だけ切り欠いている。
【０００３】
ＮＭＲ装置は、一般に、磁場の高い均一度を実現するために、計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群１〜３、該超電導メインコイル群が発生する前記磁場の不均一を補正する超電導シムコイル群４ａ〜４ｆ、および、前記超電導メインコイル群と前記超電導シムコイル群が、発生する略均一な磁場をさらに精密に補正する常温シムコイル群５を備える。
【０００４】
前記超電導シムコイル群４ａ〜４ｆは、前記超電導メインコイル群１〜３から分離した電気回路を構成しており、前記超電導シムコイル群を流れる電流値は、前記超電導メインコイル群を流れる電流値とは独立に決定できる。なお、図７の模式断面図においては、各コイルを支持する巻枠の表示を省略した。
【０００５】
前記超電導メインコイル群は、共通の中心軸を持つ複数のコイルから構成される。該超電導メインコイル群の中心軸付近には、試料を入れた試験管６およびプローブ７を挿入するポートが貫通しており、前記試験管は上方から、前記プローブは下方から、それぞれ挿入される。
【０００６】
前記プローブにはＮＭＲ信号の検出アンテナ８が備えられている。前記検出アンテナは、前記超電導メインコイル群が発生する磁場（中心軸と平行な方向）に対して垂直な方向の磁場に、感度を有している必要があり、従来は、鞍型または鳥籠型の検出アンテナが用いられていた。
【０００７】
図６および図７に示すように、従来のＮＭＲ装置においては、超電導シムコイル群４ａ〜４ｆは、全て超電導メインコイル群１〜３の外側に設置されている。従って、超電導シムコイル群が経験する磁場は、２２テスラと云う現時点での最高中心磁場を達成しているＮＭＲ装置であっても、８テスラ以下にとどまる。そのため上部臨界磁場（臨界電流密度がゼロになる磁場）の低い、ＮｂＴｉ超電導線材を使うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の従来技術によると、次のような問題があった。即ち、計測空間と超電導シムコイル群が離れているため、超電導シムコイル群が計測空間に発生できる磁場の大きさには上限がある。特に、軸方向座標の高次（４次以上）に比例する磁場成分を、効率的に発生させることはできない。従って、超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する場合がある。
【０００９】
超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する第一の事例は、ＮＭＲ装置の設置性を高めるために、超電導メインコイル群および超電導シムコイル群の軸方向長さを短くした場合である。超電導メインコイル群の軸方向長さを短くすると、一般に不整磁場が増えるので、超電導シムコイル群への要求が厳しくなる。
【００１０】
また、超電導シムコイル群の軸方向長さを短くすると、効率的に磁場を発生できる位置に所望の電流を配置できなくなるので、磁場補正能力が低下する。以上が重なることで、超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する。
【００１１】
超電導シムコイル群の磁場補正能力が不足する第二の事例は、高感度のソレノイド型検出アンテナを使用可能とするために、超電導メインコイル群を軸方向に分割し、その間隙から試料を入れた試験管を計測空間に挿入する装置構成（以後スプリット型と称する）にした場合である。
【００１２】
その場合、軸方向座標の高次に比例する不整磁場が従来よりも多く発生する。例えば、軸方向座標の４次成分は従来の約２５倍、６次成分は従来の約５０倍と見積もられる。これらの高次の磁場成分は、超電導メインコイル群の外側に設置した超電導シムコイル群では発生できない。なお、常温シムコイル群は高次の磁場成分を発生できるが、通電できる電流値の上限から磁場補正能力は一般に小さく、上記の不整磁場の補正はできない。
【００１３】
本発明の目的は、前記の欠点を解消するために、軸方向座標の高次の磁場に対する補正能力が高い超電導シムコイル群を備えた均一磁場発生装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の均一磁場発生装置は、計測空間に磁場を発生する超電導メインコイル群と、前記磁場の不均一を補正するための超電導シムコイル群とを備え、半径方向位置が前記超電導メインコイル群と前記計測空間との間で、かつ、前記超電導メインコイル群を構成する各コイルとは異なる軸方向位置に、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが設置されている。
【００１５】
なお、特開平１１−１９５５２７号公報によれば、補正コイル（本願明細書での超電導シムコイルに相当）が主磁石コイル（本願明細書での超電導メインコイルに相当）よりも、中心軸に近づいて位置している超電導磁石が開示されているが、そこでは補正コイルを主磁石コイルと同じ軸方向位置に設置しており、本発明とは異なる。
【００１６】
また、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルを、８テスラ以上の高磁場中で機能させる。
【００１７】
また、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、１４テスラ以上の上部臨界磁場を持つ超電導線材からなる。それは例えば、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材などである。
【００１８】
また、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群には、中心軸からの距離の異なる複数のコイルが含まれる。
【００１９】
また、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群が前記計測空間の中心から１０ｍｍの範囲内に、軸方向座標の４次に比例する磁場成分を０．０１ガウス以上発生させる能力を有する。
【００２０】
また、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群が前記計測空間の中心から１０ｍｍの範囲内に、軸方向座標の６次に比例する磁場成分を０．０００１ガウス以上発生させる能力を有する。
【００２１】
また、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生する。
【００２２】
また、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導シムコイル群の各コイルに通電する電流値を独立制御することで、複数の次数の磁場成分を同時に補正する。
【００２３】
さらにまた、本発明の均一磁場発生装置においては、前記超電導メインコイル群が、軸方向の間隙を介して対向する第一の超電導メインコイル群と第二の超電導メインコイル群とからなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
〔実施例  １〕
図１は、本実施例による均一磁場発生装置の模式断面図である。図７と同様に、各コイルを支持する巻枠は表示していない。図７に示した従来の装置に比べて、本実施例の装置は軸方向に短くなっている。その代わり超電導シムコイル群は、超電導メインコイル群１〜３の外側に設置された第一の超電導シムコイル群４ａ〜４ｆに加えて、前記超電導メインコイル群１〜３と、常温シムコイル群５の間に、第二の超電導シムコイル群９ａ〜９ｄが設置されている。
【００２６】
本装置を６００ＭＨｚ以上のＮＭＲ装置として用いるとすると、前記第二の超電導シムコイル群９ａ〜９ｄは、８テスラ以上の磁場中で機能することが要求される。そのため前記第二の超電導シムコイル群を構成するコイルは、上部臨界磁場が１４テスラ以上の超電導線材、例えばＮｂ３Ｓｎ超電導線材で作製する。
【００２７】
〔実施例  １〕
図２は、本実施例による均一磁場発生装置の模式断面図である。図７と同様に、各コイルを支持する巻枠は表示していない。本実施例においては、超電導メインコイル群１〜３の外側に設置された第一の超電導シムコイル群４ａ〜４ｄに加えて、前記超電導メインコイル群１〜３と、常温シムコイル群５との間に、第二の超電導シムコイル群９ａ〜９ｄ、および、第三の超電導シムコイル群１０ａ〜１０ｄが設置されている。
【００２８】
実施例１と同様に、前記第二および第三の超電導シムコイル群を構成するコイルは、例えばＮｂ３Ｓｎ超電導線材からなる。
【００２９】
また、前記第二の超電導シムコイル群と前記第三の超電導シムコイル群とでは、中心軸からの距離が異なる。そのため、中心軸からの距離が異なる複数の超電導シムコイルに通電することで、所望の次数の磁場成分を効率良く発生させることができる。
【００３０】
さらには、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生するようにし、各コイルに通電する電流値を独立制御すれば、複数の次数の磁場成分を同時に補正できる。
【００３１】
〔実施例  ３〕
図３は、本実施例による均一磁場発生装置の模式断面図である。図７と同様に、各コイルを支持する巻枠は表示していない。本実施例においては、超電導メインコイル群１〜３と常温シムコイル群５との間に、超電導シムコイル群９ａ〜９ｄおよび１０ａ〜１０ｄが設置されている。
【００３２】
一方、前記超電導メインコイル群１〜３の外側には、超電導シムコイル群が設置されていない。それにより超電導シムコイル群の磁場補正能力は低下するが、もしそれでも能力不足に陥らないのであれば、本実施例のような構成にすることで、装置のさらなる小型化が実現できる。
【００３３】
〔実施例  ４〕
図４は、本実施例による均一磁場発生装置の模式断面図である。図７と同様に、各コイルを支持する巻枠は表示していない。本実施例の超電導メインコイル群は、第一の超電導メインコイル群１ａ〜３ａと第二の超電導メインコイル群１ｂ〜３ｂとが間隙を介して対向した、いわゆるスプリット型である。それに合わせて常温シムコイル群も軸方向に二分割されている（５ａおよび５ｂ）。
【００３４】
また、前記超電導メインコイル群の外側には、第一の超電導シムコイル群４ａ〜４ｄ、前記超電導メインコイル群と前記常温シムコイル群の間には、第二の超電導シムコイル群９ａ〜９ｄおよび第三の超電導シムコイル群１０ａ〜１０ｄがそれぞれ設置されている。
【００３５】
実施例２と同様に、前記第二および第三の超電導シムコイル群を構成するコイルは、例えばＮｂ３Ｓｎ超電導線材からなる。
【００３６】
また、中心軸からの距離が異なる複数の超電導シムコイルに通電することで、所望の次数の磁場成分を効率良く発生させることができる。さらには、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生するようにし、各コイルに通電する電流値を独立制御すれば、複数の次数の磁場成分を同時に補正できる。
【００３７】
〔実施例  ５〕
図５は、本実施例による均一磁場発生装置の模式断面図である。図７と同様に、各コイルを支持する巻枠は表示していない。本実施例においては、図４で示した実施例４の装置を横置きにし、試料を入れた試験管６を第一の超電導メインコイル群１ａ〜３ａと、第二の超電導メインコイル群１ｂ〜３ｂとの間隙から挿入する。
【００３８】
一方、プローブ７は、前記超電導メインコイル群の中心軸付近に設けたポートから挿入する。
【００３９】
前記プローブには、高感度のソレノイド型検出アンテナ１１が取り付けられている。その他は実施例４と同様である。即ち、常温シムコイル群は軸方向に二分割されている（５ａおよび５ｂ）。
【００４０】
また、前記超電導メインコイル群の外側には第一の超電導シムコイル群４ａ〜４ｄ、前記超電導メインコイル群と前記常温シムコイル群との間には第二の超電導シムコイル群９ａ〜９ｄ、および、第三の超電導シムコイル群１０ａ〜１０ｄがそれぞれ設置されている。
【００４１】
前記第二および第三の超電導シムコイル群を構成するコイルは、例えばＮｂ３Ｓｎ超電導線材からなる。また、中心軸からの距離が異なる複数の超電導シムコイルに通電することで、所望の次数の磁場成分を効率良く発生させることができる。
【００４２】
さらには、前記超電導シムコイル群の少なくとも１つのコイルが、複数の次数の磁場成分を同時に発生するようにし、各コイルに通電する電流値を独立制御すれば、複数の次数の磁場成分を同時に補正できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸方向座標の高次の磁場に対する補正能力が高い、超電導シムコイル群を備えた均一磁場発生装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１による均一磁場発生装置の模式断面図。
【図２】実施例２による均一磁場発生装置の模式断面図である。
【図３】実施例３による均一磁場発生装置の模式断面図である。
【図４】実施例４による均一磁場発生装置の模式断面図である。
【図５】実施例５による均一磁場発生装置の模式断面図である。
【図６】従来技術による均一磁場発生装置の斜視図である。
【図７】従来技術による均一磁場発生装置の模式断面図である。
【符号の説明】
１〜３，１ａ〜３ａ，１ｂ〜３ｂ…超電導メインコイル群、４ａ〜４ｆ，９ａ〜９ｄ，１０ａ〜１０ｄ…超電導シムコイル群、５，５ａ，５ｂ…常温シムコイル群、６…試験管、７…プローブ、８…鞍型検出アンテナ、１１…ソレノイド型検出アンテナ。
【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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【図６】
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【図７】
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