(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング用超伝導マグネット・コイルで使用するための超伝導磁気シールド付きジョイントであって、
第１の超伝導導体の複数の巻回部を含む超伝導マグネット・コイルであって、該巻回部は当該コイル内に周囲磁場を提供するようにコイル巻型に巻き付けられている、超伝導マグネット・コイルと、 前記第１の超伝導導体の端部に第２の超伝導導体の端部を接続しているジョイントと、 前記ジョイントの周囲に配置した中空のチューブ・シールドと、を備え、 前記チューブは前記ジョイントのそれぞれの端部を越えて前記中空のシールドの内径に等しい距離だけ延びる超伝導材料であり、また、前記チューブは、前記ジョイントを前記周囲磁場から遮蔽し、前記チューブと前記超伝導導体の間のスペースが鋳造ＰｂＢｉ合金で充満されていること、を特徴とする超伝導磁気シールド付きジョイント。
【請求項２】
前記第１及び第２の超伝導導体が互いに積み重なっており、これらの延伸する各端部が結合されて前記ジョイントを形成している、請求項１に記載の超伝導ジョイント。
【請求項３】
前記の結合された接続部分における電流が、互いに反対方向に流れている、請求項１又は２に記載の超伝導ジョイント。
【請求項４】
前記ジョイントが、中空のシリンダであり、前記シールドが前記ジョイントを囲繞している閉じた端部を有している、請求項１乃至３のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項５】
前記ジョイントがピグテール・ワイヤ・ジョイントであり、かつ前記超伝導導体が複数のストランドからなるリボン状導体である、請求項１乃至４のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項６】
前記ストランドが互いに接合されており、かつ該得られた接合が前記シールド用シリンダ内に配置されている、請求項５に記載の超伝導ジョイント。
【請求項７】
前記シールドの前記ジョイントを越える延長部分の前記シールドの内径に対する比が、０．５から１．５までの範囲にあり、
前記シールドは、その長さが概ね１．６インチであると共に、前記ジョイントの各々の端部を越えて概ね０．１６インチ延びている、請求項１乃至６のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項８】
超伝導マグネット内で使用する超伝導導体のジョイントを前記超伝導マグネットが発生した磁場から遮蔽する超伝導磁気シールドであって、 前記超伝導ジョイントを遮蔽するために前記ジョイントに重ねられている超伝導チューブを備え、 前記チューブが前記ジョイントの両側で前記チューブの概ね内径の距離だけ延びており、かつ前記チューブと前記超伝導導体の間のスペースが鋳造ＰｂＢｉ合金で充満されていること、を特徴とする超伝導磁気シールド。
【請求項９】
前記チューブが０．１インチ厚のＮｂＴｉである、請求項８に記載の超伝導磁気シールド。
【請求項１０】
前記導体がピグテール・ジョイント及びツイスト・ジョイントから選択されるジョイント内で結合されており、前記導体がＮｂＴｉであり、前記チューブの軸方向の長さが１．５インチを超えている、請求項８又は９に記載の超伝導磁気シールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング（以下「ＭＲＩ」という）に使用するタイプの超伝導マグネットに対する巻線コイルに使用する導体に対する超伝導ジョイントに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ＭＲＩ超伝導マグネットで使用するための超伝導コイルの巻線では、巻線機に供給するスプール上の超伝導導体は頻繁にその端部に到達し、新たなスプールからその端部に超伝導体をスプライス(splice)または接合する必要が生じる。しかし、超伝導マグネット導体を接続するための現行のジョイントまたは接合では、長さ方向に長く連続する超伝導体と比べた場合、超伝導動作の劣化したジョイント領域が生じている。超伝導ジョイントが生じさせる磁場の均一性は、画像作成域の均一性を乱し、これにより画像化品質を劣化させるような均一性となる。その一例は、１．５テスラの臨界磁場を有する鋳造ＰｂＢｉジョイントである。このため、超伝導ジョイントは、マグネット・コイル・アレイのうち、そのジョイントの曝露される磁場がより小さくて冷却がより良好である領域（すなわち臨界未満であり要求があまり厳しくない領域）に製作されるのが通常である。こうした制約は、製造の観点からは不都合であり、極めて望ましくない。さらに、こうしたジョイントは、超伝導電流の通電を劣化させ、画像作成体積内に望ましくない磁場高調波を発生させ、さらに、導線の動きやクエンチの誘導、あるいは望ましくない超伝導作用の中断などのリスクを増加させることがある。こうしたジョイントはさらに、製作に費用がかかり、設計の自由度を阻害する。例えば、マグネット設計において、満足のゆく均一性を達成するために逆向き電流の巻回部(turn)のポケットを必要とする場合、低磁場領域までの導線の引き回しのためにこの技法を使用することができないことがある。さらに、超伝導マグネット内に多数のコイルや細分コイルをもつ導線の引き回しは、こうしたジョイントの使用に関してさらに不利な制約を与える。
【０００３】
さらにまた、超伝導ジョイントは電気抵抗を小さくして、ジョイント部の加熱やパワーの損失を回避する必要がある。
【０００４】
上述の配慮と制約の対立により、不満足な超伝導ジョイントしか得られておらず、そのジョイントは多くの多様な用途に適さない結果となっている。このため、超伝導ジョイントの改良を目標とし、超伝導マグネットの設計及び製作で生じるジョイントに対する多様な多くの要件に適した超伝導ジョイントを得るための多くの研究開発がなされてきた。
【０００５】
【発明の概要】
したがって、上述の問題を克服した、または最小限にした、超伝導ジョイントが特に必要である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、ピグテールを撚り合わせてジョイントを形成し、このジョイントの周囲に中空の超伝導スリーブを配置した超伝導マグネット・コイル・ジョイントが提供される。この超伝導スリーブは、スリーブの内径の半分の距離だけジョイントの両側に延びている。このスリーブは、コイルの主磁場を遮断し超伝導電流容量の劣化を最小限とするために、ニオブ・チタンなどの安定化超伝導材料である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び２を参照すると、ニオブ・チタン（ＮｂＴｉ）製の６０×９０ミルのリボンまたはテープ状をした複数の隣接する巻回部１２、１４及び１６が、スプール（図示せず）から巻き付けられ超伝導マグネット・コイル１０を形成している。巻回部１２、１４及び１６は、互いに隣同士に巻き付けられコイル巻型８上に支持され、マグネット・コイル１０の層１８などの層を形成している。コイル巻型８は、フィラメント巻ガラス・エポキシにより製作される。層１８の導体１２の上に積み重なっている超伝導層または超伝導導体２０の端部３０は、導体１２の端部２２に結合しジョイント５０を形成させる（以下で詳細に説明する）。導体の結合はコイルの巻き付けに使用するスプールからの導体２０が端部に到達した際に超伝導マグネット・コイル１０の巻き付け（巻装）を継続させるために必要となる。
【０００８】
導体１２及び２０のそれぞれの端部２２及び３０は溶融スズ中に浸漬させてＮｂＴｉ導体に共通に関連する銅の基質(matrix)を溶出させ、これにより導体を構成している複数のスズ被覆の「ピグテール(pigtail) 」またはＮｂＴｉストランド３２及び４０が提供される。次いで、ストランド３２及び４０を互いに撚り合わせ、導体１２及び２０のそれぞれの端部２２及び３０を電気的に接続することにより、図２で最もよく示されるように、協同してジョイント５０を形成する。
【０００９】
次いで、高温または低温の超伝導材料製の中空チューブまたはキャニスター・シールド３４を超伝導ジョイント５０の周囲に配置させる。実施の一形態では、シールド３４は、内側半径が０．０８インチ、外側半径が０．１８７５インチ、長さが１．６２５インチのニオブ・チタン（ＮｂＴｉ）とした。すなわち、シールド３４の軸方向の長さは概ね、ジョイント５０の長さにシールド３４の内径の２倍を加えた長さである。このシールドは、各端部においてシールドの内径に少なくとも等しい距離だけジョイントを越えて延びている。シールド３４のジョイント５０を越える延長部分のシールド３４の内径に対する比は、０．５から１．５まで、あるいはこれ以上の範囲とすることが好ましい。
【００１０】
導体１２及び２０の周りの中空のシリンダ３４の内部に鉛・ビスマス（ＰｂＢｉ）合金３５を流し込んで、オープンスペースを満たしてよい。
【００１１】
動作時には、コイル巻回部１２、１４、１６及び２０を含むマグネット・コイル１０が超伝導状態にあるとき、シールド用シリンダ３４は超伝導状態にある。マグネット・コイル１０が磁場までランプアップ(ramp-up) されるのに伴い、シールド用シリンダでの初期磁束鎖交が維持され、チュープ状のシールド３０によりボア３６の外部磁場が超伝導ジョイント５０から遮断される。互いに積み重なっている上記の接合または結合された導体１２及び２０に流れる電流の方向は、図１の矢印２６及び２８に示すように互いに反対方向である。この逆方向電流により生じる反対の磁場効果は、ボア３６内の主磁場画像作成域に対するジョイント５０の影響を相殺し又は最小限にする傾向がある。これにより、超伝導ジョイント５０は、５テスラまで、あるいはこれ以上の周囲外部磁場内にあっても、概ねゼロ磁場で動作できる。このため、ＰｂＢｉの電流搬送能力が増加する。
【００１２】
この超伝導ジョイント５０は、超伝導マグネット１０のボア３６内で４テスラの外部磁場３６の存在下で、シリンダ・シールド３４内の内部磁場を２テスラに保持し、ボア３６の画像作成体積内で４．７百万分率（ｐｐｍ）の容認可能な不均一性を有していることが知られている。１０ｐｐｍの不均一性という通常限界は容認可能である。
【００１３】
チュープ状の超伝導シールド３０内のスペース３５には、溶融した鉛・ビスマスを充満させることがあり、こうするとストランド３２及び４０の銅部分からスズが溶出される。さらに、チュープ状シールド３０は、ストランド３２及び４０の端部を越えて配置させ、ストランド３２及び４０をその内部に位置させるようにした閉じた端部を有することがある。次いで、ジョイント５０は、鉛・ビスマスを使用して直接シールド用シリンダ内に鋳造することができる。
【００１４】
本発明について、その特定の好ましい実施形態に関して記載してきたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、製造に関し、部品の配置及び組み合わせに関し、並びに使用する材料の種類に関して多くの変形や詳細を実施することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を例示するための超伝導マグネット・ジョイントの破断斜視図である。
【図２】  図１の一部分の拡大図である。
【符号の説明】
８  コイル巻型
１０  超伝導マグネット・コイル
１２、１４、１６、２０  コイルの巻回部
１８  層
２２  導体１２の端部
３０  導体２０の端部
３２、４０  ストランド
３４  シールド用シリンダ
３５  スペース
３６  ボア
５０  超伝導ジョイント
【図１】
0004767468.tif 000002
【図２】
0004767468.tif 000003