(57)【要約】【課題】小型で信頼性の高い超電導電磁石を得る。【解決手段】磁界を発生させる環状の超電導コイル１を収納し、この超電導コイル１を冷却する液体ヘリウム３を貯液する円筒状のヘリウム槽２と、このヘリウム槽２を包囲して配設された真空槽５との間に配置され、冷凍機８により冷却される熱シールド６、７により、ヘリウム槽２への輻射熱侵入を低減し、サービスポート１１からヘリウム槽２に液体ヘリウム３を追加注液するように構成され、超電導コイル１の中心位置をヘリウム槽２の断面を形成する外側の円の中心位置から下方向にずらした位置に配置して、従来のものに比べて液体ヘリウム３の下限レベル１０より上のヘリウム槽２の容積は同じでありながら、小型の超電導電磁石を得るようにしている。【選択図】                図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を発生させる環状の超電導コイル、中心線が平行になるように配置された外筒及び内筒を有し、上記外筒及び内筒の間に形成された環状空間に上記超電導コイルを収納し、上記環状空間に上記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯液するヘリウム槽、このヘリウム槽を包囲するように配設され、上記ヘリウム槽を真空断熱する真空槽、上記ヘリウム槽への輻射熱侵入を低減するように上記ヘリウム槽と上記真空槽との間に配置された熱シールド、この熱シールドを冷却する冷凍機、及び上記ヘリウム槽に上記液体ヘリウムを追加注液するサービスポートを備え、上記超電導コイルは、その中心線が上記ヘリウム槽の外筒の中心線に対し、これと平行でかつ下方向に偏位した位置に配置されていることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項２】
磁界を発生させる環状の超電導コイル、中心線が平行になるように配置された外筒及び内筒を有し、上記外筒及び内筒の間に形成された環状空間に上記超電導コイルを収納し、上記環状空間に上記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯液するヘリウム槽、このヘリウム槽を包囲するように配設され、上記ヘリウム槽を真空断熱する真空槽、上記ヘリウム槽への輻射熱侵入を低減するように上記ヘリウム槽と上記真空槽との間に配置された熱シールド、この熱シールドを冷却する冷凍機、及び上記ヘリウム槽に上記液体ヘリウムを追加注液するサービスポートを備え、上記超電導コイルは、その中心線が上記ヘリウム槽の外筒の中心線に対し、これと平行でかつ横方向に偏位した位置に配置されていることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項３】
磁界を発生させる環状の超電導コイル、中心線が平行になるように配置された外筒及び内筒を有し、上記外筒及び内筒の間に形成された環状空間に上記超電導コイルを収納し、上記環状空間に上記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯液するヘリウム槽、このヘリウム槽を包囲するように配設され、上記ヘリウム槽を真空断熱する真空槽、上記ヘリウム槽への輻射熱侵入を低減するように上記ヘリウム槽と上記真空槽との間に配置された熱シールド、上記真空槽の斜め上方に配置され、上記熱シールドを冷却する冷凍機、及び上記ヘリウム槽に上記液体ヘリウムを追加注液するサービスポートを備え、上記超電導コイルは、その中心線が上記ヘリウム槽の外筒の中心線に対し、これと平行でかつ上記冷凍機から離れるように斜め下方向に偏位した位置に配置されていることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項４】
磁界を発生させる環状の超電導コイル、中心線が平行になるように配置された外筒及び内筒を有し、上記外筒及び内筒の間に形成された環状空間に上記超電導コイルを収納し、上記環状空間に上記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯液するヘリウム槽、このヘリウム槽を包囲するように配設され、上記ヘリウム槽を真空断熱する真空槽、上記ヘリウム槽への輻射熱侵入を低減するように上記ヘリウム槽と上記真空槽との間に配置された熱シールド、この熱シールドを冷却する冷凍機、及び上記ヘリウム槽に上記液体ヘリウムを追加注液するサービスポートを備え、上記ヘリウム槽の下部に非磁性のスペーサを設けたことを特徴とする超電導電磁石。
【請求項５】
磁界を発生させる環状の超電導コイル、中心線が平行になるように配置された外筒及び内筒を有し、上記外筒及び内筒の間に形成された環状空間に上記超電導コイルを収納し、上記環状空間に上記超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯液するヘリウム槽、このヘリウム槽を包囲するように配設され、上記ヘリウム槽を真空断熱する真空槽、上記ヘリウム槽への輻射熱侵入を低減するように上記ヘリウム槽と上記真空槽との間に配置された熱シールド、この熱シールドを冷却する冷凍機、及び上記真空槽の上方に配置され、上記ヘリウム槽に上記液体ヘリウムを追加注液するサービスポートを備え、上記ヘリウム槽の上部に非磁性の仕切板を設けたことを特徴とする超電導電磁石。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の超電導電磁石を用いたことを特徴とするＭＲＩ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、小さいスペースに設置される超電導電磁石及びこの超電導電磁石を用いたＭＲＩ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水平型円筒状超電導電磁石では、ヘリウム槽内では超電導状態の超電導コイルが極低温の液体ヘリウムに浸かっている。ヘリウム槽の外側には輻射熱侵入を低減するための熱シールドが配置され、熱シールドの外側にはヘリウム槽を真空断熱するための真空槽が配置されている。真空槽内は真空排気されており、真空断熱により熱侵入を低減している。冷凍機は、熱シールドをそれぞれ約７０Ｋ（ケルビン）、約２０Ｋに冷却して輻射熱侵入を低減している。液体ヘリウムが減少して液面が下がった場合は、温度が上昇して超電導コイルがクエンチ（超電導状態でなくなる現象）するのを防止するため、サービスポートから液体ヘリウムを追加注液するようになっている。
このヘリウム槽は、円筒状で、この中に複数の環状の超電導コイルが配置されている。この場合に、超電導コイルの中心と、ヘリウム槽の円形断面の中心とは、同心になるように配置されていた。（特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２８３３２２号公報（第４〜６頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超電導電磁石は、以上のように構成されているので、液体ヘリウムが減少して液体ヘリウム液面が下がった場合に超電導コイルの超電導状態を保つため、極低温の液体ヘリウムに超電導コイルの一部が浸かっている必要があり、また、減少した液体ヘリウムを注液する間隔を一定期間以上とするため、一定量以上のヘリウム槽容積が必要となり、このため、超電導コイルの外径に合わせたヘリウム槽外径とすることができなかった。
そのため、超電導コイルの最下部とヘリウム槽の最底面までの間の液体ヘリウムが、実使用上の有効液量としては活用できない問題があった。
また、超電導コイルが発生する磁場の影響で冷凍機の駆動モータが動作しなくなるため、超電導コイルと冷凍機の距離をある程度以上離す必要があり、超電導電磁石が小型化できない問題があった。
また、液体ヘリウムを注液する場合には、注液初期に温度の高いヘリウムガスがヘリウム槽内に流入して超電導コイルがクエンチするのを防止するため、サービスポートと超電導コイルの距離を離す必要があり、超電導電磁石が小型化できなかった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型で信頼性の高い超電導電磁石を得ることを第一の目的とする。
また、小型で信頼性の高い超電導電磁石を用いたＭＲＩ装置を得ることを第二の目的にしている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる超電導電磁石においては、磁界を発生させる環状の超電導コイル、中心線が平行になるように配置された外筒及び内筒を有し、外筒及び内筒の間に形成された環状空間に超電導コイルを収納し、環状空間に超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯液するヘリウム槽、このヘリウム槽を包囲するように配設され、ヘリウム槽を真空断熱する真空槽、ヘリウム槽への輻射熱侵入を低減するようにヘリウム槽と真空槽との間に配置された熱シールド、この熱シールドを冷却する冷凍機、及びヘリウム槽に液体ヘリウムを追加注液するサービスポートを備え、超電導コイルは、その中心線がヘリウム槽の外筒の中心線に対し、これと平行でかつ下方向に偏位した位置に配置されているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１による超電導電磁石について図１を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による超電導電磁石を示す断面図であり、図１（ａ）は、縦断面図、図１（ｂ）は、側断面図である。
図１において、磁界を発生させる複数の環状の超電導コイル１は、中心線が平行になるように配置された外筒２ａ及び内筒２ｂの間に形成される環状空間を有するヘリウム槽２に収納され、ヘリウム槽２内では超電導状態の超電導コイル１が極低温の液体ヘリウム３に浸かっている。ヘリウム槽２は、超電導コイル１を冷却する液体ヘリウム３を貯液すると共に、ヘリウムガス４を収納している。真空槽５が、ヘリウム槽２を真空断熱するようにヘリウム槽２を包囲して配設されている。真空槽５内は、真空排気され、真空断熱によりヘリウム槽２への熱侵入を低減している。このヘリウム槽２と真空槽５との間には、熱シールドとしての第１熱シールド６および第２熱シールド７が配設され、熱シールド６、７は、冷凍機８により冷却される。冷凍機は、熱シールドをそれぞれ約７０Ｋ（ケルビン）、約２０Ｋに冷却して輻射熱侵入を低減している。ヘリウム槽２は、サービスポート９により外部とつながれる。液体ヘリウム３が減少して液面が下がった場合は、温度が上昇して超電導コイルがクエンチ（超電導状態でなくなる現象）するのを防止するため、サービスポート９から液体ヘリウム３を追加注液するようになっている。下限レベル１０は、液体ヘリウム３が減少した場合に超電導コイル１と液体ヘリウム３が接触する最下面である下限レベルである。冷凍機８は、駆動モータ１１により駆動される。
【０００８】
次に、動作について説明する。
実施の形態１では、図１に示されるように、環状の超電導コイル１の中心線Ｂを、ヘリウム槽２の外筒の中心線Ａと平行に且つ下方向に偏位するように配置して、超電導コイル１の最下部とヘリウム槽２の最底部をほぼ等しい位置としている。これにより、液体ヘリウム３の液面が、ヘリウム槽２のほぼ最底部まで減少しても超電導コイル１の一部が液体ヘリウム３に浸かるようにしたものである。
また、ヘリウム槽２の液体ヘリウム３の下限レベル１０より上の容積を、従来の超電導コイルとヘリウム槽が同心である場合の液体ヘリウムの下限レベルより上の容積と、同じになるようにヘリウム槽２、熱シールド６、７、真空槽５を小さくしたものである。
【０００９】
実施の形態１によれば、従来のものに比べ、液体ヘリウム３の下限レベル１０より上のヘリウム槽の容積は同じでありながら、小型の超電導電磁石を実現することができる。
また、これにより、下限レベル１０以下の無駄な容積が小さくなることにより、経済的な超電導電磁石を実現することができる。
【００１０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２による超電導電磁石について図２、図３を参照して説明する。
図２は、この発明の実施の形態２による超電導電磁石を示す断面図である。
図２において、１〜１１は図１におけるものと同一のものである。図１とは、超電導コイル１の配置が異なる。
図３は、この発明の実施の形態２による超電導電磁石を用いたＭＲＩ装置を示す図である。
図３において、超電導電磁石設置室１２には、超電導電磁石のメンテナンス等に必要な作業スペース１３と、超電導電磁石がＭＲＩ装置に使用された場合に設置される患者を乗せるベッド１４とが配置される。ＭＲＩ装置の操作室１５から操作される。
【００１１】
実施の形態２は、図２のとおり、環状の超電導コイル１の中心線を、ヘリウム槽２の外筒の中心線と平行に且つ横方向に偏位するように配置して、超電導コイル１の中心線と真空槽５の最大幅部分までの片側距離を短くしたものである。
実施の形態２を利用すれば、図３のように超電導電磁石を設置する場合に、超電導電磁石の周りにメンテナンス等で必要なスペース１３を従来と同じだけ確保しても超電導コイル１の中心位置を超電導電磁石設置室１２の片側壁面に近づけることができる。
【００１２】
実施の形態２によれば、これにより、例えば超電導電磁石が、ＭＲＩ装置に使用された場合に、超電導コイル１の中心線を近づけた側にＭＲＩ装置の操作室１５を配置すると超電導コイル１の中心線と同軸上に設置される患者を乗せるためのベッド１４と操作室１５の間の距離が短くなり、従来の場合と比べて患者が近くなり、良く見えるという利点がある。
【００１３】
実施の形態３．
次に、実施の形態３による超電導電磁石について図４を参照して説明する。
図４は、この発明の実施の形態３による超電導電磁石を示す断面図である。
図４において、１〜１１は図１におけるものと同一のものである。図１とは、超電導コイルの配置が異なる。
【００１４】
実施の形態３は、環状の超電導コイル１の中心線を、ヘリウム槽２の外筒の中心線と平行に且つ斜め下方向に偏位するように配置して、従来の場合より、超電導コイル１の中心線と冷凍機８の距離を離すようにしたものである。
実施の形態３を利用すれば、冷凍機８が超電導電磁石の中心軸上から偏位した位置に配置されている場合に、超電導コイル１の中心線からより離れた位置に冷凍機８を配置できる。
冷凍機８には駆動モータ１１が使用されており、超電導コイル１の発生する磁場の影響で冷凍機８が動作しなくなるため、ある程度以上、超電導コイル１から離れた位置に冷凍機８を設置する必要があった。
【００１５】
実施の形態３によれば、超電導コイル１の中心線と冷凍機８の距離を変えずに超電導電磁石を小型化できると共に、超電導電磁石をＭＲＩ装置に使用した場合に、超電導コイルの中心線を近づけた側にＭＲＩ装置の操作室を配置すると、患者を乗せるためのベッドと操作室の間の距離を短くすることができる。
【００１６】
実施の形態４．
次に、実施の形態４による超電導電磁石について図５を参照して説明する。
図５は、この発明の実施の形態４による超電導電磁石を示す断面図である。
図５において、１〜１１は図１におけるものと同一のものである。超電導コイル１の最下部とヘリウム槽２の最底部のスペースに非磁性のスペーサ１６が配置されている。
【００１７】
実施の形態４は、超電導コイル１の最下部とヘリウム槽２の最底部のスペースに非磁性のスペーサ１６（例えば発泡ポリスチレン）を配置したものである。
実施の形態４を利用すれば、非磁性の絶縁物であるスペーサ１６を超電導コイル１の近傍に配置しても超電導コイル１の性能に影響を与えることはないので、ヘリウム槽２の下限レベル１０以下の無駄なスペースにたまる液体ヘリウム３の容積を少なくすることができる。
【００１８】
実施の形態４によれば、超電導コイル１の最下部とヘリウム槽２の最底部のスペースに非磁性のスペーサ１６を配置することにより、高価な液体ヘリウム３の使用量を少なくでき、経済的な超電導電磁石を実現することができる。
【００１９】
実施の形態５．
次に、実施の形態５による超電導電磁石について図６を参照して説明する。
図６は、この発明の実施の形態５による超電導電磁石を示す断面図である。
図６において、１〜１１は図１におけるものと同一のものである。非磁性の仕切板１７は、ヘリウム槽２内の超電導コイル１の上部の空間に配置される。
【００２０】
実施の形態５は、ヘリウム槽２内の超電導コイル１の上部の空間に非磁性の仕切板１７を配置したものである。
実施の形態５を利用すれば、液体ヘリウム３をサービスポート９から注液する場合に、流入する温度の高いヘリウムガス４が直接超電導コイル１に当たらないので、超電導コイル１のクエンチ防止となり、サービスポート９と超電導コイル１の距離を狭くすることができる。
【００２１】
実施の形態５によれば、ヘリウム槽２内の超電導コイル１の上部の空間に非磁性の仕切板１７を配置したので、サービスポート９と超電導コイル１の距離を狭くすることができ、小型で信頼性の高い超電導電磁石を実現することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、磁界を発生させる環状の超電導コイル、中心線が平行になるように配置された外筒及び内筒を有し、外筒及び内筒の間に形成された環状空間に超電導コイルを収納し、環状空間に超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを貯液するヘリウム槽、このヘリウム槽を包囲するように配設され、ヘリウム槽を真空断熱する真空槽、ヘリウム槽への輻射熱侵入を低減するようにヘリウム槽と真空槽との間に配置された熱シールド、この熱シールドを冷却する冷凍機、及びヘリウム槽に液体ヘリウムを追加注液するサービスポートを備え、超電導コイルは、その中心線がヘリウム槽の外筒の中心線に対し、これと平行でかつ下方向に偏位した位置に配置されているので、従来のものに比べ、液体ヘリウムの超電導コイルと接触する下限レベルより上のヘリウム槽の容積は同じでありながら、小型にした超電導電磁石を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による超電導電磁石を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２による超電導電磁石を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による超電導電磁石を用いたＭＲＩ装置を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３による超電導電磁石を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４による超電導電磁石を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態５による超電導電磁石を示す断面図である。
【符号の説明】
１  超電導コイル
２  ヘリウム槽
３  液体ヘリウム
４  ヘリウムガス
５  真空槽
６  熱シールド
７  熱シールド
８  冷凍機
９  サービスポート
１０  下限レベル
１１  駆動モータ
１２  超電導電磁石設置室
１３  作業スペース
１４  ベッド
１５  ＭＲＩ装置の操作室
１６  スペーサ
１７  仕切板
【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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