(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温超電導材料により円筒形状に形成され、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で印加磁場を捕捉することにより、捕捉磁場を発生する外側超電導体と、高温超電導材料により円筒形状に形成され、前記外側超電導体の内周側に前記外側超電導体と同軸的に配置された内側超電導体と、を有する超電導体と、
前記外側超電導体と前記内側超電導体をそれぞれ超電導遷移温度以下の温度に冷却する冷却装置と、
を備え、
前記内側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ１）に対する周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ１）の比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）が、前記外側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ２）に対する周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ２）の比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）よりも、１に近くなるように、前記内側超電導体が形成されている、超電導磁場発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導磁場発生装置において、
前記比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）が、０．５以上であり且つ２以下である、超電導磁場発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超電導磁場発生装置において、
前記外側超電導体及び前記内側超電導体が、層状の結晶構造を持つ高温超電導体により形成されており、前記外側超電導体の結晶構造の層に垂直な方向が前記外側超電導体の軸方向に一致し、前記内側超電導体の結晶構造の層に垂直な方向が前記内側超電導体の径方向に一致する、超電導磁場発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記冷却装置は、前記外側超電導体の内周空間内に同軸的に配設された円筒部を有する円筒基材を備え、
前記内側超電導体は、前記円筒部から冷熱を受けとることによって冷却されるように構成される、超電導磁場発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超電導磁場発生装置において、
前記冷却装置は、前記外側超電導体の一方の端面に対面配置されるコールドヘッドを備え、
前記円筒基材は、前記円筒部の外周面から径外方に放射状に延設された固定部を有し、
前記固定部が前記外側超電導体の一方の端面と前記コールドヘッドとに挟まれることにより、前記円筒基材が前記コールドヘッドにより冷却されるとともに前記コールドヘッドに固定される、超電導磁場発生装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の超電導磁場発生装置において、
前記内側超電導体は、前記円筒部の外周面上又は内周面上に膜状に形成されてなる、超電導磁場発生装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記内側超電導体は、膜状に形成された超電導体であって前記円筒部の外周面上又は内周面上に周方向に沿って巻かれることにより円筒形状に形成されるとともに周方向における両端部が付き合わされている第１内側超電導層と、膜状に形成された超電導体であって前記第１内側超電導層上に周方向に沿って巻かれることにより円筒形状に形成されるとともに周方向における両端部が付き合わされている第２内側超電導層とを有し、
前記第１内側超電導層の周方向における両端部及びその間の領域と、前記第２内側超電導層の周方向における両端部及びその間の領域が、周方向において異なった位置に配置するように、前記第１内側超電導層の周方向における両端部の位置及び前記第２内側超電導層の周方向における両端部の位置が定められている、超電導磁場発生装置。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記内側超電導体は、膜状に形成されるとともに、前記円筒部の外周面上又は内周面上に周方向に一回りよりも長く巻きつけられている、超電導磁場発生装置。
【請求項９】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記内側超電導体は、膜状に形成されるとともに前記円筒部の軸方向長さよりも短い幅を有する第１内側超電導薄帯及び第２内側超電導薄帯を有し、
前記第１内側超電導薄帯は、前記円筒部の外周面上又は内周面上に、前記円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻かれ、
前記第２内側超電導薄帯は、前記円筒部の外周面上又は内周面上に螺旋状に巻かれた前記第１内側超電導薄帯上に、前記円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻かれ、
前記円筒部の外周面上又は内周面上に螺旋状に巻かれている前記第１内側超電導薄帯の側縁の位置と、前記第１内側超電導薄帯上に螺旋状に巻かれている前記第２内側超電導薄帯の側縁の位置とが一致しないように、前記第１内側超電導薄帯及び前記第２内側超電導薄帯が螺旋状に巻かれている、超電導磁場発生装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記超電導体に磁場が印加されているときにおける前記内側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｉは、前記外側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｏ以上である、超電導磁場発生装置。
【請求項１１】
高温超電導材料により円筒形状に形成された外側超電導体と、高温超電導材料により円筒形状に形成され、前記外側超電導体の内周側に前記外側超電導体と同軸的に配置された内側超電導体と、を有する超電導体を用いて磁場を発生する超電導磁場発生方法であって、
前記外側超電導体及び前記内側超電導体の軸方向に沿って前記内側超電導体の内周空間に磁束が通るように、前記外側超電導体及び前記内側超電導体に磁場を印加する磁場印加工程と、
前記磁場印加工程にて磁場が印加された前記外側超電導体及び前記内側超電導体を、前記外側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｏと前記内側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｉのうちいずれか低い方の温度以下の目標温度まで冷却する冷却工程と、
前記目標温度に冷却されている前記外側超電導体及び前記内側超電導体に印加されている磁場を取り除くことにより、印加されていた磁場を前記超電導体に捕捉させる磁場捕捉工程と、
を含み、
前記内側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ１）に対する周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ１）の比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）の大きさが、前記外側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ２）と周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ２）との比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）の大きさよりも、より１に近くなるように、前記内側超電導体が形成されている、超電導磁場発生方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の超電導磁場発生方法において、
前記冷却工程の実施中に実施される工程であって、前記外側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｏと前記内側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｉのうちのいずれか高い温度よりも僅かに高い温度である超電導直前温度Ｔｓまで前記内側超電導体及び前記外側超電導体が冷却されたときに、前記内側超電導体の内周空間に、前記内側超電導体の軸方向及び径方向における磁場強度が均一な磁場空間が形成されるように、前記外側超電導体及び前記内側超電導体に印加されている磁場を調整する磁場調整工程をさらに含む、超電導磁場発生方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の超電導発生装置を備える核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁場発生装置、超電導磁場発生方法、及び核磁気共鳴装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、強い磁場中に置かれた試料に電磁波を印加したときに発生する原子核スピン（磁気モーメント）のエネルギーの共鳴現象である。核磁気共鳴装置（ＮＭＲ装置）は、斯かる共鳴現象を利用して試料の構造を解析する機器である。磁場強度が大きい程、ＮＭＲ信号の感度と分解能が高くなるため、ＮＭＲ装置には強い磁場を発生するための磁場発生装置が備えられる。
【０００３】
強磁場を発生する磁場発生装置として、超電導体を着磁させることにより磁場を発生する超電導磁場発生装置が開発されている。また、超電導磁場発生装置に備えられる超電導体としては、超電導遷移温度が高く、且つ冷却が比較的容易な高温超電導体が好ましく用いられる。
【０００４】
ＮＭＲ装置によって試料の分子構造を解析するに当たり、試料が磁場中に置かれる。このとき場所によって磁場強度のばらつきが大きいと、得られるＮＭＲスペクトルがブロードとなり、試料の分子構造を適切に識別することができない。よって、ＮＭＲ装置に用いられる超電導磁場発生装置は、強磁場を発生することができ、且つ試料の測定空間の磁場強度が均一な磁場（均一磁場）を形成することができるように構成されているのが好ましい。
【０００５】
なお、高分解能ＮＭＲ測定のためには、１ｐｐｍ以下の磁場の均一性が要求される。１ｐｐｍ以下の極めて均一性が高い磁場は、通常、超電導磁場発生装置に複数のシムコイル（磁場補正コイル）を追加することにより達成され得る。言い換えれば、超電導磁場発生装置により発生させられる磁場の均一性は、最低でも、シムコイルによる補正が可能なｐｐｍオーダーでなければならない。
【０００６】
ＮＭＲ装置に用いられる超電導磁場発生装置に備えられる超電導体は、例えば円筒形状に形成される。この場合、円筒形状の超電導体の内周空間（ボア）内に、磁束が軸方向に通る磁場が発生するように、外部磁場発生装置により磁場（印加磁場）が超電導体に印加される。そして、磁場を印加したまま超電導体を超電導遷移温度以下の温度にまで冷却する。冷却完了後、外部磁場発生装置により発生されている印加磁場を取り除く。すると、印加磁場を維持するように超電導体が着磁され、超電導体内に超電導電流が誘起される。こうして超電導体内に超電導電流が流れることにより、超電導体のボア内に、軸方向に磁束が通る磁場（捕捉磁場）が形成される。捕捉磁場が形成されている超電導体のボア内には試料が置かれる空間（室温ボア空間）が形成される。室温ボア空間に配置された試料に電磁波を与えることにより、試料から微弱な電磁波が発せられる。この電磁波を検出することで、ＮＭＲスペクトルが得られる。
【０００７】
試料の分析精度を向上させるため、円筒形状の超電導体のボア内に形成される捕捉磁場は、図２１に示すように軸対称な磁場強度分布（すなわち円筒形状の超電導体の中心軸に垂直ないずれの方向から見ても同一な磁場強度分布）であって、中央部分（試料が置かれる空間）の磁場強度が均一であるのがよい。こうした捕捉磁場を得るためには、着磁された超電導体内を流れる超電導電流が、円筒形状の超電導体の中心軸を中心として周方向に流れる円電流でなければならない。つまり、超電導体の軸方向に直交する断面により表されるリング形状と同心円状の超電導電流ループが超電導体内に形成されることが、超電導体のボア内に軸対象な磁場強度分布であって中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成するために必要である。ところが、使用する超電導体の材料組織或いは超電導特性が不均一である場合、そのことによって超電導電流ループが同心円形状とは異なる歪な形状に形成される。すなわち超電導電流ループが乱れる。超電導電流ループが乱れた場合、超電導体のボア内の磁場の軸対称性が崩れるとともに均一性が悪化するため、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の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はできない。よって、超電導体の材料組織及び超電導特性は均一であるのがよい。
【０００８】
ところで、高温超電導体として、溶融法により作製されたＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素）の超電導バルクが良く知られている。しかしながら、このような超電導バルクは、超電導電流ループを乱す以下のような特性（以下、不均一特性と言う）を有する。
（１）超電導バルクは、超電導体上に載置された種結晶から単結晶成長させることにより作製されるため、結晶成長境界を有する。例えば、超電導体上に結晶構造のｃ面が接するように載置された種結晶から結晶成長させて超電導バルクを作製した場合、上から見て種結晶を中心に十字状に結晶成長するため、十字状の結晶成長境界が超電導バルクに形成される。このようにして形成された超電導バルクを着磁した場合、超電導バルク内に形成される超電導電流ループの形状が、隣接する結晶成長境界をつなぐような四角形状となる。つまり、超電導電流が結晶成長境界部分で外側に膨らむように流れることによって超電導電流ループが乱れ、同心円状の超電導電流ループが形成されない。その結果、超電導体のボア内に形成される捕捉磁場の軸対称性が崩れるとともに均一性が悪化する。
（２）高温超電導体としての超電導バルクは、単結晶の超電導相内に非超電導相が微細に分散しているような組織構造を有する。非超電導相は強力な磁場を捕捉するピン止め点を形成するが、非超電導相のサイズや分布にばらつきがあり、そのようなばらつきによって超電導バルク内に形成される超電導電流ループが乱れる。
（３）超電導バルクは、空孔、不要な析出物、マイクロクラックの存在、結晶性の乱れ等の、材料組織の不均一性を有する。斯かる材料組織の不均一性により、超電導バルク内に形成される超電導電流ループが乱れる。
（４）超電導バルクは、超電導特性（超電導遷移温度Ｔｃ、臨界電流密度Ｊｃ等）の局所的なばらつきを有する。これによっても、超電導電流ループが乱れる。
【０００９】
従って、超電導磁場発生装置に備えられる高温超電導体に超電導バルクを使用する場合、上記した不均一特性によって超電導電流ループが乱れるため、印加磁場が均一であっても、円筒形状の超電導体のボア内に均一な捕捉磁場を形成することが難しい。
【００１０】
特許文献１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開示する。特許文献１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。
【００１１】
特許文献２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を開示する。特許文献２に開示された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。
【００１２】
特許文献３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を開示する。特許文献３に開示された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。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−０３４６９２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５６７１９号公報
【特許文献３】特開２０１４−０５３４７９号公報
【発明の概要】
【００１４】
（発明が解決しようとする課題）
特許文献１乃至３に記載された超電導磁場発生装置によれば、超電導体のボア内の軸方向における磁場強度の均一性を高めることができるものの、周方向における磁場強度の均一性を高めることは、原理的にできない。このため、超電導体のボア内、特にボアの中央部分に形成される試料の測定空間（室温ボア空間）の磁場強度を十分に均一にすることができない。そこで、本発明は、円筒形状の超電導体の内周空間（ボア）内の磁場強度の均一性をより高めることができる超電導磁場発生装置、超電導磁場発生方法及び、そのような超電導磁場発生装置が用いられる核磁気共鳴装置を提供することを、目的とする。
【００１５】
（課題を解決するための手段）
本発明は、高温超電導材料により円筒形状に形成され、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で印加磁場を捕捉することにより、捕捉磁場を発生する外側超電導体と、高温超電導材料により円筒形状に形成され、外側超電導体の内周側に外側超電導体と同軸的に配置された内側超電導体と、を有する超電導体と、外側超電導体と内側超電導体をそれぞれ超電導遷移温度以下の温度に冷却する冷却装置と、を備え、内側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ１）に対する周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ１）の比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）が、外側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ２）に対する周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ２）の比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）よりも、１に近くなるように、内側超電導体が形成されている、超電導磁場発生装置を提供する。ここで、円筒形状の超電導体（外側超電導体及び内側超電導体）の軸方向における臨界電流密度とは、超電導体内をその軸方向に沿って流れる超電導電流の臨界電流密度を意味し、周方向における臨界電流密度とは、超電導体内をその周方向に沿って流れる超電導電流の臨界電流密度を意味し、径方向における臨界電流密度とは、超電導体内をその径方向に沿って流れる超電導電流の臨界電流密度を意味する。
【００１６】
円筒形状の超電導体に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃは、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚと、径方向における臨界電流密度Ｊｃｒと、周方向における臨界電流密度Ｊｃθとによって、表される。ここで、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚに対する周方向における臨界電流密度Ｊｃθの比（Ｊｃθ／Ｊｃｚ）は、円筒周面内における臨界電流密度の均一性を表す。比（Ｊｃθ／Ｊｃｚ）が１に近いほど、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が高いことを示す。
【００１７】
本発明に係る超電導磁場発生装置は、円筒形状の外側超電導体と、その内周側に同軸配置された円筒形状の内側超電導体とを備え、且つ、内側超電導体を流れる超電導電流の臨界電流密度に関する比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）が、外側超電導体を流れる超電導電流の臨界電流密度に関する比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）よりも１に近くなるように、外側超電導体と内側超電導体が構成されている。つまり、内側超電導体の円筒周面内における臨界電流密度の均一性が、外側超電導体の円筒周面内における臨界電流密度の均一性よりも高い。
【００１８】
円筒周面内における臨界電流密度の均一性が高い場合、超電導電流は、円筒周面内にて、任意の位置に、任意な形状の超電導電流ループを描くことができる。例えば、中心軸に対して傾斜するように中心軸周りを周方向に沿って流れる超電導電流により形成される超電導電流ループ、或いは、中心軸の周りを回ることなく周方向における一部の領域のみを流れる超電導電流により形成される超電導電流ループを形成することができる。また、任意の形状の超電導電流ループを円筒周面内に形成することができる。
【００１９】
従って、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が高い内側超電導体の任意位置にて任意形状の超電導電流ループが形成されることにより、任意の方向に磁束が通る任意の強度の磁場が形成され得る。
【００２０】
このような内側超電導体の特性を利用して、不均一な捕捉磁場を補正することができる。具体的に言うと、超電導体のボア内に磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な磁場が印加された外側超電導体及び内側超電導体を超電導遷移温度以下の温度にまで冷却し、その状態で印加磁場を取り除くと、外側超電導体内に超電導電流が誘起される。すなわち外側超電導体が着磁される。外側超電導体内における超電導電流の誘起により外側超電導体に超電導電流ループが形成される。外側超電導体に超電導電流ループが形成されることによって捕捉磁場が形成される。また、外側超電導体の不均一特性に起因して外側超電導体内に形成される超電導電流ループが乱れた場合、超電導体（内側超電導体）のボア内に形成される捕捉磁場の軸対称性が崩れるとともに均一性が悪化する。しかし、本来捕捉磁場は、印加磁場を再現するように形成されるため、外側超電導体に超電導電流ループが形成されることにより再現された捕捉磁場が印加磁場と異なる場合、その差分の磁場に応じて内側超電導体内に超電導電流が誘起される。ここで、上述したように、内側超電導体は、その円筒周面内にて自由に超電導電流を流すことができ、それにより任意の方向に磁束が通る任意の強度の磁場を形成することができる。つまり、差分の磁場がどのような磁場であっても、その磁場に応じた磁場が形成されるように、内側超電導体内の円筒周面内の任意の位置にて任意形状の超電導電流ループが形成される。その結果、不均一な捕捉磁場が補われ、超電導体（内側超電導体）のボア内に形成される捕捉磁場の軸対称性及び均一性が保たれる。よって、本発明によれば、外側超電導体に超電導バルクを用いた場合であっても、超電導体の軸方向、周方向及び径方向における磁場強度の均一性が高い捕捉磁場、すなわち、従来よりも一層均一性が高い捕捉磁場を、超電導体（内側超電導体）のボア内に形成することができる。
【００２１】
本発明において、高温超電導材料とは、超電導遷移温度が約２５Ｋ以上の第２種超電導体としての超電導特性を発揮するような材料であり、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹを含む希土類元素）系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｈｇ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｆｅ系、ＭｇＢ２等の材料を例示できる。また、このような高温超電導材料を用いて超電導体を作製した場合、その内部にはピン止め点としての効果を発揮し得る析出相（非超電導相）、不純物、格子欠陥、粒界などが分散配置している。
【００２２】
本発明において、外側超電導体は、超電導バルク、すなわち塊状の超電導体であるのが良い。特に、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導バルクを用いる場合、一旦超電導材料を溶解させてから結晶成長させた溶融成長体により外側超電導体を構成することができる。また、外側超電導体は、薄膜又は厚膜を軸方向に積層することにより形成されていてもよい。一方、内側超電導体は、上記した特徴を有するのであれば、超電導バルクでもよく、また、超電導薄膜や厚膜でもよい。
【００２３】
本発明において、内側超電導体に流れる超電導電流の臨界電流密度に関し、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚ１に対する周方向における臨界電流密度Ｊｃθ１の比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）は、０．５以上であり且つ２以下であるのがよい。比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）が上記した範囲であれば、内側超電導体の円筒周面内における臨界電流密度の均一性が高い。従って、外側超電導体に形成される超電導電流ループの乱れに応じて、内側超電導体の円筒周面内の任意位置にて、任意形状の超電導ループが形成される。その結果、超電導体（内側超電導体）のボア内に、磁場強度分布が軸対称であり且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。
【００２４】
この場合、外側超電導体及び内側超電導体が、層状の結晶構造を持つ高温超電導体により形成されており、外側超電導体の結晶構造の層に垂直な方向が外側超電導体の軸方向に一致し、内側超電導体の結晶構造の層に垂直な方向が内側超電導体の径方向に一致するとよい。層に垂直な方向がｃ軸方向である（つまり、ｃ軸方向を積層方向とする層状の）結晶構造を持つ場合、臨界電流密度は、結晶構造のｃ軸の方向に低く、ｃ軸の方向に垂直な面内で高い。また、ｃ軸の方向に垂直な面内における臨界電流密度は比較的均一である。従って、内側超電導体の結晶構造のｃ軸の方向が内側超電導体の径方向に一致する場合、径方向に垂直な面内、すなわち円筒周面内における臨界電流密度が均一にされる。よって、内側超電導体の円筒周面内の任意位置にて任意形状の超電導ループが形成され得る。
【００２５】
冷却装置は、外側超電導体の内周空間内に同軸的に配設された円筒部を有する円筒基材を備えるのがよい。そして、内側超電導体は、円筒部から冷熱を受けとることによって冷却されるように構成されているとよい。この場合、内側超電導体は、円筒基材の円筒部に形成されているとよい。これによれば、円筒基材を介して内側超電導体を均一に冷却することができる。円筒基材は、熱伝導率が高く、且つ非磁性の金属（アルミニウム、銅等）やサファイア（アルミナ単結晶）により形成されるとよい。
【００２６】
冷却装置は、外側超電導体の一方の端面に対面配置されるコールドヘッドを備え、円筒基材は、円筒部の外周面から径外方に放射状に延設された固定部を有し、固定部が外側超電導体の一方の端面とコールドヘッドとに挟まれることにより、円筒基材がコールドヘッドにより冷却されるとともにコールドヘッドに固定されるとよい。これによれば、コールドヘッド及び円筒基材を介して、外側超電導体及び内側超電導体がほぼ同じ温度に冷却される。
【００２７】
また、内側超電導体は、円筒部の外周面上又は内周面上に膜状に形成されてなるのがよい。内側超電導体を膜状（薄膜状或いは厚膜状）に形成することにより、材料の均一性を高めることができる。
【００２８】
内側超電導体は、膜状に形成された超電導体であって円筒部の外周面上又は内周面上に周方向に沿って巻かれることにより円筒形状に形成されるとともに周方向における両端部が付き合わされている第１内側超電導層と、膜状に形成された超電導体であって第１内側超電導層上に周方向に沿って巻かれることにより円筒形状に形成されるとともに周方向における両端部が付き合わされている第２内側超電導層とを有するのがよい。そして、第１内側超電導層の周方向における両端部及びその間の領域と、第２内側超電導層の周方向における両端部及びその間の領域が、周方向において異なった位置に配置するように、第１内側超電導体層の周方向における両端部の位置及び第２内側超電導体層の周方向における両端部の位置が定められているとよい。なお、第１超電導体層の両端は接触していてもよく、第２超電導体層の両端は接触していてもよい。
【００２９】
これによれば、複数の膜状の超電導体を円筒基材の円筒部に巻きつけることによって、簡単に円筒形状の内側超電導体を形成することができる。また、内側超電導体に形成される超電導電流ループのうち、第１内側超電導層の周方向における両端部を跨ぐような超電導電流ループは第１内側超電導体に形成することができないが、このような超電導電流ループは第２内側超電導層に形成され得る。同様に、内側超電導体に形成される超電導電流ループのうち、第２内側超電導層の周方向における両端部を跨ぐような超電導電流ループは第２内側超電導層に形成することができないが、このような超電導電流ループは第１内側超電導層に形成され得る。このように、第１内側超電導層には形成することができない領域に形成されるべき超電導電流ループが第２内側超電導層に形成され、第２内側超電導層には形成することができない領域に形成されるべき超電導電流ループは第１内側超電導層に形成される。こうして第１内側超電導層と第２内側超電導層が、互いに補い合うように超電導電流ループを形成するため、内側超電導体の軸の周りを還流するループを除き、任意の位置にて任意の形状の超電導電流ループを形成することができる。
【００３０】
また、内側超電導体は、膜状に形成されるとともに、円筒部の外周面上又は内周面上に周方向に一回りよりも長く巻きつけられていてもよい。これによれば、一枚の膜状の超電導体を円筒基材の円筒部に巻きつけることによって、より簡単に円筒形状の内側超電導体を形成することができる。また、内側超電導体の巻き始め位置に位置する端部が、その上に被せられる部分に覆われる。このため、巻き始め位置に位置する端部を跨ぐような超電導電流ループはその上に被せられる部分に形成される。さらに、内側超電導体の巻き終わり位置に位置する端部は、その下に既に巻かれている部分の上に位置する。このため、巻き終わり位置に位置する端部を跨ぐような超電導電流ループはその下に巻かれている部分に形成される。このように、内側超電導層の端部（巻き始め端部、巻き終わり端部）を跨ぐように形成される超電導電流ループであっても形成することができるように内側超電導体が一回りよりも長く円筒部に巻きつけられているので、内側超電導体の任意の位置にて任意の形状の超電導電流ループを形成することができる。
【００３１】
また、内側超電導体は、膜状に形成されるとともに円筒基材の円筒部の軸方向長さよりも短い幅を有する第１内側超電導薄帯及び第２内側超電導薄帯を有するのがよい。第１内側超電導薄帯は、円筒部の外周面上又は内周面上に、円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻かれ、第２内側超電導薄帯は、円筒部の外周面上又は内周面上に螺旋状に巻かれた第１内側超電導薄帯上に、円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻かれる。そして、円筒部の外周面上又は内周面上に螺旋状に巻かれている第１内側超電導薄帯の側縁の位置と、第１内側超電導薄帯上に螺旋状に巻かれている第２内側超電導薄帯の側縁の位置とが一致しないように、第１内側超電導薄帯及び第２内側超電導薄帯が螺旋状に巻かれる。この場合、第１内側超電導薄帯の側縁の位置と第２内側超電導薄帯の側縁の位置が、円筒部の軸方向にずれているとよい。
【００３２】
これによれば、円筒基材の円筒部に複数の超電導薄帯を螺旋状に巻きつけることによって、簡便に内側超電導体を形成することができる。また、超電導薄帯を円筒部に螺旋状に巻きつけた場合、巻きつけた超電導薄帯の側縁が円筒部の周面上に螺旋形状を描く。このとき、第１内側超電導薄帯の側縁の位置と第２内側超電導薄帯の側縁の位置が一致しないように（重ならないように）、第１内側超電導薄帯と第２内側超電導薄帯が螺旋状に巻かれている。従って、一方の超電導薄帯の側縁を跨ぐような超電導電流ループは他方の超電導薄帯に形成される。このためテープ（超電導薄帯）の幅の範囲内で任意の位置にて任意形状の超電導電流ループを内側超電導体に形成することができる。
【００３３】
また、超電導体に磁場が印加されているときにおける内側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｉは、外側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｏ以上であるのがよい。超電導体は、印加磁場の影響を受けて磁化されることにより不均一磁場を発生し、その不均一磁場の大きさは冷却する温度によって変化する。ここで、温度Ｔｃｉが温度Ｔｃｏ未満である場合、温度Ｔｃｏの直上の温度にまで温度が低下したときに印加磁場が均一に調整されたとしても、温度Ｔｃｏから温度Ｔｃｉにまで温度が低下する間に外側超電導体から生じる不均一磁場の変化によって、印加磁場が乱される。こうして乱されて不均一にされた印加磁場が、その後に温度Ｔｃｉ以下に冷却されて超電導状態にされた内側超電導体に捕捉される。内側超電導体に不均一磁場が捕捉された場合、十分に捕捉磁場の均一性を維持することができない虞がある。これに対し、温度Ｔｃｉが温度Ｔｃｏ以上であれば、先に内側超電導体が超電導状態にされるため、温度Ｔｃｉから温度Ｔｃｏにまで低下する間に外側超電導体から生じる不均一磁場が変化したとしても、既に超電導状態である内側超電導体に超電導電流が流れることで、相殺される。このため、より一層、捕捉磁場の均一性を高めることができる。
【００３４】
また、本発明は、高温超電導材料により円筒形状に形成された外側超電導体と、高温超電導材料により円筒形状に形成され、外側超電導体の内周側に外側超電導体と同軸的に配置された内側超電導体と、を有する超電導体を用いて磁場を発生する超電導磁場発生方法であって、外側超電導体及び内側超電導体の軸方向に沿って内側超電導体の内周空間に磁束が通るように、外側超電導体及び内側超電導体に磁場を印加する磁場印加工程と、磁場印加工程にて磁場が印加された外側超電導体及び内側超電導体を、外側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｏと内側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｉのうちいずれか低い方の温度以下の目標温度まで冷却する冷却工程と、目標温度に冷却されている外側超電導体及び内側超電導体に印加されている磁場を取り除くことにより、印加されていた磁場を超電導体に捕捉させる磁場捕捉工程と、を含み、内側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ１）に対する周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ１）の比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）の大きさが、外側超電導体の軸方向における臨界電流密度（Ｊｃｚ２）と周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ２）との比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）の大きさよりも、より１に近くなるように、内側超電導体が形成されている、超電導磁場発生方法を提供する。
【００３５】
本発明に係る超電導磁場発生方法は、上記した本発明に係る超電導磁場発生装置にて示した作用効果と同様の作用効果を奏する。従って、本発明によれば、磁場強度分布が軸対称であり、且つ、中央部分における均一性が高い捕捉磁場を超電導体（内側超電導体）のボア内に形成することができる。
【００３６】
この場合、冷却工程の実施中に実施される工程であって、外側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｏと内側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｉのうちのいずれか高い温度よりも僅かに高い温度である超電導直前温度Ｔｓまで内側超電導体及び外側超電導体が冷却されたときに、内側超電導体の内周空間（ボア）に、内側超電導体の軸方向及び径方向における磁場強度が均一な磁場空間が形成されるように、外側超電導体及び内側超電導体に印加されている磁場を調整する磁場調整工程をさらに含むとよい。これによれば、超電導体の温度が超電導状態にされる直前の温度まで低下したときにボア内（特に室温ボア内）の磁場強度が均一になるように印加磁場を調整することにより、それまでに生じていた不均一磁場が除去される。このため、印加磁場が除去されたときに捕捉される捕捉磁場の均一性をより一層高めることができる。
【００３７】
また、本発明は、上記した本発明に係る超電導発生装置を備える核磁気共鳴装置を提供する。これによれば、試料が置かれる空間に形成される磁場の均一性を高めることができるため、試料の分子構造の解析精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。
【図２】核磁気共鳴装置の概略構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る超電導磁場発生装置により超電導体のボア内に捕捉磁場が発生している場合に外側超電導体に流れている超電導電流を模式的に示す図である。
【図４】第１実施形態において、内側超電導体に形成される補正電流ループを模式的に示す図である。
【図５】第２実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。
【図６】第２実施形態に係る円筒基材の斜視図である。
【図７】第２実施形態に係る超電導磁場発生装置が捕捉磁場を発生している場合に内側超電導体に形成される補正電流ループを示す図である。
【図８】第３実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。
【図９】第３実施形態に係る円筒基材の斜視図である。
【図１０】第３実施形態に係る内側超電導体が巻きつけられた円筒基材を示す。
【図１１】第３実施形態に係る超電導磁場発生装置が捕捉磁場を発生している場合に内側超電導体に形成される補正電流ループを示す図である。
【図１２】第４実施形態に係る複数の膜状の超電導体により構成される内側超電導体が巻きつけられた円筒基材を示す図である。
【図１３】第４実施形態に係る内側超電導体に形成される補正電流ループを示す図である。
【図１４】第５実施形態に係る内側超電導体が、円筒基材に巻きつけられている状態を示す図である。
【図１５】巻きつけ状態である第１超電導薄帯と第２超電導薄帯とを別々に示す図である。
【図１６】第６実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。
【図１７】第６実施形態に係る磁場発生装置にて発生された捕捉磁場の均一性と、比較例に係る超電導磁場発生装置にて発生された捕捉磁場の均一性を、印加磁場の均一性とともに示すグラフである。
【図１８】第７実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。
【図１９】第７実施形態に係る円筒基材の概略斜視図である。
【図２０】第８実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。
【図２１】超電導体のボア内に形成される捕捉磁場であって、磁場強度分布が軸対称であり且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る超電導磁場発生装置１００を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。図１に示すように、超電導磁場発生装置１００は、超電導体１と、ホルダ４と、冷却装置５と、コールドヘッド６と、真空断熱容器７と、外部磁場発生コイル８（外部磁場発生装置）とを備える。
【００４０】
冷却装置５は、高温超電導体の超電導遷移温度Ｔｃ（例えば９０Ｋ）以下の低温、例えば５０Ｋ程度の低温を生成できるものであればどのようなものであってもよい。冷却装置５として、パルス管冷凍機、ＧＭ冷凍機、スターリング冷凍機を例示することができる。冷却装置５は、冷凍サイクル運転の実施によって冷熱を発生するものであるのが好ましいが、液体窒素のような、高温超電導体の超電導遷移温度Ｔｃ以下の温度を提供することができる物質であってもよい。
【００４１】
コールドヘッド６は、例えば銅等の、熱伝導率が高く且つ非磁性の材質により形成される。コールドヘッド６は、柱状の接続部６１及び平板状のステージ部６２とを有する。接続部６１の一方の端部が冷却装置５の低温生成部分に接触される。例えば、冷却装置５がパルス管冷凍機である場合、接続部６１は蓄冷管の低温端部に接触され、冷却装置５がＧＭ冷凍機である場合、接続部６１は膨張空間を画成するシリンダ部分に接触される。図１において、接続部６１は冷却装置５の上側に設けられる。接続部６１の上端（他方の端部）に平板状のステージ部６２が連続的に形成される。
【００４２】
ステージ部６２上に、超電導体１及びホルダ４が載置される。超電導体１は、図１に示すように外側超電導体２と内側超電導体３を備える。外側超電導体２は、複数のリング形状の超電導バルク２ａを軸方向に沿って積み重ねることによって円筒形状に形成される。なお、一つの超電導バルクによって円筒形状の外側超電導体２を構成してもよい。円筒形状の外側超電導体２の一方の端面がコールドヘッド６のステージ部６２上に載置される。
【００４３】
外側超電導体２の内周側に内側超電導体３が配設される。内側超電導体３も外側超電導体２と同様に円筒形状に形成される。円筒形状の内側超電導体３の一方の端面がステージ部６２上に載置される。内側超電導体３は外側超電導体２の内周側に同軸的に配置される。つまり、外側超電導体２の中心軸と内側超電導体３の中心軸は一致する。この場合、内側超電導体３の外周面は外側超電導体２の内周面に接触していてもよく、接触していなくてもよい。
【００４４】
外側超電導体２及び内側超電導体３は第２種超電導体であり、高温超電導材料により形成される。本実施形態においては、外側超電導体２は、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹを含む希土類元素）系超電導体であり、周知の溶融法により形成される。外側超電導体２は、ｃ軸方向を積層方向（層に垂直な方向）とする層状の結晶構造を持つ高温超電導体であり、結晶構造のｃ軸の方向が外側超電導体２の軸方向に一致するように種結晶から結晶成長させることにより形成される。内側超電導体３はｃ軸方向を積層方向（層に垂直な方向）とする層状の結晶構造を持つ高温超電導体であり、結晶構造のｃ軸の方向が内側超電導体３の径方向に一致するように形成される。
【００４５】
ホルダ４は、外側超電導体２の外径とほぼ同じ内径を有する円筒状の本体部４１と、本体部４１の図１において下端から径外方に放射状に延設されることによりリング状に形成された固定部４２と、本体部４１の図１において上端から径内方に放射状に延設されることによりリング状に形成された端面部４３とを有し、概して有底筒形状を呈する。ホルダ４の本体部４１の内周空間内に超電導体１（外側超電導体２及び内側超電導体３）が配設される。ホルダ４の固定部４２がステージ部６２に接続されることによって、ホルダ４がステージ部６２上に固定される。ホルダ４がステージ部６２上に固定された状態においては、外側超電導体２の外周面がホルダ４の本体部４１の内周面に接触するとともに、外側超電導体２の図１において上側の端面及び内側超電導体３の図１において上側の端面がホルダ４の端面部４３の下面に接触する。このようにして外側超電導体２及び内側超電導体３がホルダ４に保持される。ホルダ４もコールドヘッド６と同様に、銅、アルミニウム等の熱伝導率が高く且つ非磁性の材質により形成される。
【００４６】
真空断熱容器７は、ホルダ４の本体部４１の外径よりも大きい内径を有する円筒形状の本体部７１と、本体部７１の図１において下端から径外方に放射状に延設されることによりリング状に形成された固定部７２と、本体部７１の図１において上端から径内方に放射状に延設されることによりリング状に形成されたカバー部７３とを有する。本体部７１の内周空間内に、コールドヘッド６、ホルダ４、及び超電導体１が収納される。また、固定部７２が冷却装置５に気密的に固定される。
【００４７】
図１に示すように、真空断熱容器７のカバー部７３の内周壁に囲まれた円形の開口から円筒容器９が真空断熱容器７の内周空間内に挿入されている。円筒容器９は、有底筒状の容器部９１と、容器部９１の開口端から径外方に放射状に延設された蓋部９２とを有し、蓋部９２が真空断熱容器７のカバー部７３の図１において上面に載置される。そして、容器部９１が超電導体１のボア（内周空間）に進入している。つまり、容器部９１は超電導体１のボア内に配設される。容器部９１内の空間に、例えばＮＭＲ装置にて分析される試料が載置される。容器部９１内の空間は、超電導体１のボアのほぼ中央に設けられる。この空間を、室温ボア空間と呼ぶ。
【００４８】
また、容器部９１の図１において上側部分の外周面とリング状のカバー部７３の内周面との隙間が図示しない封止手段により気密的に封止される。これによりカバー部７３に形成された開口が塞がれる。また、上述のように真空断熱容器７の固定部７２は冷却装置５に気密的に固定されている。従って、真空断熱容器７、冷却装置５及び円筒容器９とによって密閉空間が冷却装置５の図１において上方に形成される。この密閉空間内に、コールドヘッド６、超電導体１（外側超電導体２、内側超電導体３）、及びホルダ４が配設される。真空断熱容器７は、アルミニウム合金等の非磁性材料で形成される。
【００４９】
また、図１に示すように、真空断熱容器７の外周を囲むように、外部磁場発生コイル８が設けられている。外部磁場発生コイル８に通電することにより磁場が発生する。外部磁場発生コイル８への通電により発生した磁場を、以下、印加磁場と呼ぶ場合もある。印加磁場は少なくとも外部磁場発生コイル８の内周空間内に形成される。従って、外部磁場発生コイル８の作動によって、超電導体１に磁場が印加される。このとき、超電導体１のボア内、具体的には内側超電導体３の内周空間内に、外側超電導体２及び内側超電導体３の軸方向に沿って磁束が通るような磁場が形成される。
【００５０】
上記構成の超電導磁場発生装置１００の作動について説明する。まず、図示しない排気装置を用いて密閉空間の内部を排気して、密閉空間内の気圧が真空状態（例えば０．１Ｐａ以下）となるように減圧する。その後、外部磁場発生コイル８を作動させることにより印加磁場を発生させる。この場合において、上述したように、超電導体１のボア内の空間には、外側超電導体２及び内側超電導体３の軸方向に沿って磁束が通過するような磁場が形成される。また、超電導体１（内側超電導体３）のボア内の空間に、磁場強度分布が軸対称であって、且つ、室温ボア空間内の磁場強度が径方向及び軸方向に均一に分布するように、磁場が印加される（磁場印加工程）。
【００５１】
外部磁場発生コイル８の作動によって超電導体１に磁場が印加された状態のまま、冷却装置５を作動させる。これによりコールドヘッド６が冷却され、さらにコールドヘッド６のステージ部６２に載置されている外側超電導体２及び内側超電導体３が、それぞれの超電導遷移温度以下の温度にまで冷却される（冷却工程）。
【００５２】
冷却工程の途中であり、外側超電導体２の超電導遷移温度Ｔｃｏと内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉのうちいずれか高い温度よりも僅かに高い温度（超電導直前温度Ｔｓ＞Ｔｃｏ，Ｔｃｉ）まで、外側超電導体２及び内側超電導体３が冷却されたときに、外部磁場発生コイル８を制御して、室温ボア空間内に、超電導体１の軸方向及び径方向における磁場強度分布が均一な均一磁場が形成されるように、印加磁場を調整する（磁場調整工程）。この磁場調整工程により、それまでに超電導体１に生じていた磁化の変化が印加磁場に与える影響が打ち消される。
【００５３】
冷却装置５による冷却により外側超電導体２の温度及び内側超電導体３の温度がそれぞれの超電導遷移温度以下の温度にまで低下した場合、外側超電導体２及び内側超電導体３が超電導状態にされる。このとき、すなわち外側超電導体２の温度及び内側超電導体３の温度が超電導遷移温度以下であるときに、外部磁場発生コイル８の作動を停止して、印加磁場を取り除く。すると、印加磁場の除去に伴う磁場強度の変化を受けて、磁場の状態を復元するように外側超電導体２内に超電導電流が誘起される。このようにして誘起された超電導電流が外側超電導体２内を流れることにより磁場が発生する。すなわち外側超電導体２が着磁される。外側超電導体２の着磁により発生する磁場は、基本的には、外部磁場発生コイル８の作動により発生していた印加磁場と同じ磁場である。つまり、外側超電導体２に超電導電流が流れることにより、外側超電導体２が、外部磁場発生コイル８の作動により発生していた印加磁場を捕捉する（磁場捕捉工程）。外側超電導体２が印加磁場を捕捉することにより超電導体１のボア内に磁場が発生する。磁場の捕捉によって発生した磁場を、捕捉磁場と呼ぶこともある。
【００５４】
次に、超電導磁場発生装置１００にて発生した捕捉磁場を利用した核磁気共鳴装置について簡単に説明する。図２は、核磁気共鳴装置１１０の概略構成を示す図である。核磁気共鳴装置１１０は、超電導磁場発生装置１００と、検出コイル１２０と、分析手段１３０とを備える。検出コイル１２０は、超電導体１のボア内に配設された円筒容器９の容器部９１内（室温ボア空間内）に配設される。検出コイル１２０の内周側に、測定すべき試料Ｐが配設される。また、分析手段１３０は、高周波発生装置１３１、パルスプログラマ（送信器）１３２、高周波増幅器１３３、プリアンプ（信号増幅器）１３４、位相検波器１３５、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３６、及びコンピュータ１３７を備える。
【００５５】
超電導磁場発生装置１００を作動させると、上述のようにして、超電導体１のボア内に捕捉磁場が形成される。次に、図示しないシムコイルにより捕捉磁場を調整することにより、捕捉磁場の磁場強度の均一性が高められる。このとき室温ボア空間内の磁場強度の均一性が１ｐｐｍ以下となるように、捕捉磁場がシムコイルにより調整される。そして、磁場強度の均一性が高められた室温ボア空間内に試料Ｐが置かれる。この状態において、高周波発生装置１３１を作動させる。すると、高周波発生装置１３１により発生された高周波パルスがパルスプログラマ１３２及び高周波増幅器１３３を経て検出コイル１２０に通電され、試料Ｐにパルス電磁波（ラジオ波）が照射される。磁場中に置かれた試料Ｐにラジオ波を照射させた場合に起きる核磁気共鳴により、試料Ｐのまわりに設けられた検出コイル１２０に微小電流が流れる。この微小電流を表す信号（ＮＭＲ信号）が、プリアンプ１３４、位相検波器１３５、Ａ／Ｄ変換器１３６を経てコンピュータ１３７に受け渡される。コンピュータ１３７は、受け渡されたＮＭＲ信号に基づいてＮＭＲスペクトルを算出する。得られたＮＭＲスペクトルから試料Ｐの分子構造が解析される。
【００５６】
後述するように、本実施形態に係る超電導磁場発生装置１００を用いた場合、室温ボア空間内に生じる捕捉磁場の均一性は高い。従って、検出コイル１２０により検出された微小電流から得られるＮＭＲスペクトルのピークは明瞭である。よって、試料Ｐの分子構造の解析精度が向上する。
【００５７】
次に、超電導磁場発生装置１００により捕捉磁場が発生しているときに外側超電導体２に流れる超電導電流について説明する。図３は、超電導磁場発生装置１００の作動により超電導体１のボア内に捕捉磁場が発生している場合に外側超電導体２に流れている超電導電流を模式的に示す図である。上述したように、印加磁場は、超電導体１のボア内の空間に、外側超電導体２及び内側超電導体３の軸方向に沿って磁束が流れるように形成されていたので、捕捉磁場も同じように磁束が流れるように形成される。このような捕捉磁場は、外側超電導体２の中心軸周りを周方向に沿って超電導電流が流れ続けることにより維持される。このとき超電導電流は、外側超電導体２の中心軸の周りを回る円形の超電導電流ループを形成する。円形の超電導電流ループが形成されることにより、超電導体１のボア内を軸方向に磁束が流れるような捕捉磁場が形成される。
【００５８】
なお、一般に、超電導電流は、円筒形状の超電導体の径外方から流れ始める。超電導電流が大きくなるにつれて、超電導電流が超電導体の径内方にも流れるようになる。また、超電導電流の大きさは捕捉磁場の大きさに比例する。従って、捕捉磁場が非常に大きい場合には、捕捉磁場を形成するための超電導電流は、外側超電導体２のみならず内側超電導体３にも流れる。しかしながら、本実施形態では、印加磁場と同じ大きさの捕捉磁場は、理論的には外側超電導体２のみに超電導電流が流れることにより形成され得るように構成される。すなわち、印加磁場は、外側超電導体２に理論的に最大の超電導電流を流すことができる場合に形成される磁場の大きさよりも小さく設定される。
【００５９】
外部磁場発生コイル８によって、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であり且つ中央部分（室温ボア空間）における磁場強度が均一であるような磁場が印加されていた場合、そのような印加磁場と同一の捕捉磁場を得るために外側超電導体２に形成される超電導電流ループは、外側超電導体２の中心軸に垂直な断面内で、中心軸を中心として外側超電導体２の周方向に沿って外側超電導体２の外周形状（或いは内周形状）と同心の円を描く。図３に、このような理想的な超電導電流ループＲが示される。
【００６０】
外側超電導体２の材料特性及び超電導特性が完全に均一であれば、図３に示すような理想的な超電導電流ループＲが形成されるはずである。しかし、外側超電導体２は超電導バルクにより形成されているので、上述した不均一特性を有し、電流が流れやすい部分と流れにくい部分が存在する。超電導電流は電流の流れ難い部分を避けて流れるために、超電導体が不均一特性を有する場合、超電導電流ループが上記した同心状の円ではなく歪な形状に形成される可能性が高い。すなわち、超電導電流ループが乱れる可能性が高い。従って、超電導体１のボア内に形成されていた印加磁場が、軸対称分布であり且つ中央部分（室温ボア部分）の磁場強度が均一である場合であっても、外側超電導体２の持つ不均一特性のために、実際に外側超電導体２に形成される超電導電流ループは乱れる。図３に点線で、乱れた超電導電流ループＲ’が示される。乱れた超電導電流ループにより得られる磁場は不均一である。このため捕捉磁場の軸対称性及び均一性が損なわれる。
【００６１】
本実施形態においては、外側超電導体２の内側に内側超電導体３が同軸的に設けられている。そして、外側超電導体２に形成される超電導電流ループの乱れによって捕捉磁場の軸対称性及び均一性が損なわれた場合、捕捉磁場を補正するための超電導電流（補正電流）のループが内側超電導体３に形成される。内側超電導体３にこのような補正電流ループが形成されることによって、外側超電導体２に形成された乱れた超電導電流ループにより形成された不均一な捕捉磁場を均一な捕捉磁場に戻すような磁場が形成される。その結果、捕捉磁場の軸対称性及び均一性が保たれる。よって、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分における磁場強度が均一な捕捉磁場が、超電導体１のボア内に形成される。
【００６２】
図４は、内側超電導体３に形成される補正電流ループを模式的に示す図である。図４に示すように、補正電流ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、外側超電導体２に形成される超電導電流ループの乱れに応じて形成されるため、その形状は様々に変化する。また、外側超電導体２に形成される超電導電流ループの乱れは三次元的に変化するため、内側超電導体３に形成される補正電流ループの形状も三次元的に変化する。例えば、補正電流ループＬ１のように、中心軸に対して傾斜するように中心軸周りを周方向に沿って流れる超電導電流により形成される補正電流ループ、或いは、補正電流ループＬ２、Ｌ３のように、内側超電導体３の中心軸を回るのではなく、円筒周面内にて周方向における一部の領域のみを流れる超電導電流により形成される補正電流ループが形成され得る。すなわち、内側超電導体３には、その円筒周面内の任意の位置にて、任意形状の補正電流ループが形成される。
【００６３】
内側超電導体３の円筒周面の任意位置に任意形状の補正電流ループが形成される理由について説明する。円筒形状の超電導体の臨界電流密度Ｊｃは、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚと、径方向における臨界電流密度Ｊｃｒと、周方向における臨界電流密度Ｊｃθとによって表される。また、ある点において、Ｊｃｚの方向、Ｊｃｒの方向、Ｊｃθの方向は、直交する。従って、ＪｃｚとＪｃｒとによって、Ｊｃθに直交する面が定義され、ＪｃｒとＪｃθとによって、Ｊｃｚに直交する面が定義され、ＪｃθとＪｃｚとによって、Ｊｃｒに直交する面が定義される。Ｊｃｒに直交する面は、円筒周面である。すなわち、ＪｃθとＪｃｚとにより円筒周面が定義される。ここで、円筒周面とは、円筒形状の超電導体の外周面及び内周面に平行な面、つまり、軸方向から見た場合に円筒形状の超電導体の外周及び内周を形成する円と一致する円或いは同心の円を形成する面である。
【００６４】
また、内側超電導体３は、上述したように、その結晶構造のｃ軸の方向が径方向に一致するように形成されている。一般に、ｃ軸方向を積層方向（層に垂直な方向）とする層状の結晶構造を持つ超電導体において、ｃ軸方向における臨界電流密度は低く、ｃ軸方向に直交する方向における臨界電流密度は高い。さらに、ｃ軸方向に直交する面内における臨界電流密度はほぼ等しい。このことから、内側超電導体３においては、径方向における臨界電流密度Ｊｃｒ１が低く、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚ１及び周方向における臨界電流密度Ｊｃθ１が高く、且つ、Ｊｃｚ１とＪｃθ１はほぼ等しいと言える。つまり、Ｊｃθ１≒Ｊｃｚ１＞Ｊｃｒ１という関係が成立する。
【００６５】
なお、外側超電導体２の結晶構造のｃ軸の方向は、上述したように外側超電導体２の軸方向に一致する。そのため、外側超電導体２の軸方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃｚ２は、外側超電導体２の径方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃｒ２及び周方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃθ２よりも小さい。また、Ｊｃｒ２とＪｃθ２はほぼ等しい。つまり、Ｊｃｒ２≒Ｊｃθ２＞Ｊｃｚ２という関係が成立する。
【００６６】
円筒形状の超電導体の円筒周面における臨界電流密度の均一性は、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚに対する周方向における臨界電流密度Ｊｃθの比（Ｊｃθ／Ｊｃｚ）により表すことができ、比（Ｊｃθ／Ｊｃｚ）が１に近ければ近いほど、円筒周面における臨界電流密度は均一であるということができる。ここで、内側超電導体３においては、Ｊｃｚ１とＪｃθ１はほぼ等しいから、比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）は１に近い。一方、外側超電導体２においては、Ｊｃｚ２はＪｃθ２よりも小さいから、比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）は１よりかなり大きい。つまり、内側超電導体３の臨界電流密度についての比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）の大きさは、外側超電導体２の臨界電流密度についての比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）の大きさよりも、１に近い。要するに、内側超電導体３の円筒周面における臨界電流密度の均一性の度合いは、外側超電導体２の円筒周面における臨界電流密度の均一性の度合いよりも高い。
【００６７】
面内における臨界電流密度が均一である場合、その面内に超電導電流が流れ易い。すなわち、内側超電導体３の円筒周面内に超電導電流が流れ易い。よって、内側超電導体３の円筒周面内の任意の位置に、任意の形状の超電導電流ループ（補正電流ループ）が形成されるのである。
【００６８】
内側超電導体３の円筒周面内の任意位置に任意形状の補正電流ループが形成されることによって、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる理由について言及する。超電導体１のボア内に形成されていた印加磁場の磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分における印加磁場の磁場強度が均一であった場合、外側超電導体２内には、その印加磁場と同一の捕捉磁場が形成されるように超電導ループが形成されるはずである。しかし、外側超電導体２の不均一特性に起因して印加磁場と同一の磁場を形成できないような超電導ループが外側超電導体２内に形成された場合、印加磁場と捕捉磁場との差分の磁場が、内側超電導体３に形成される補正電流ループによって捕捉される。ここで、上述したように、内側超電導体３は、その円筒周面内にて任意の位置にて任意の形状の超電導電流ループ（補正電流ループ）を形成することができ、それにより任意の方向に磁束が通る任意の強度の磁場を形成することができる。つまり、差分の磁場がどのような磁場であっても、その磁場に応じた磁場が形成されるように、内側超電導体３内の円筒周面内の任意の位置にて任意形状の超電導電流ループ（補正電流ループ）が形成される。その結果、不均一な捕捉磁場が補われて捕捉磁場の軸対称性及び均一性が保たれる。このため、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。よって、超電導体１のボアの中央部分に配置した室温ボア空間に、軸方向に及び径方向に沿って磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。
【００６９】
内側超電導体３についての比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）は、０．５以上であり、２以下であるのがよい。比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）が０．５以上且つ２以下であれば、内側超電導体３の円筒周面内の任意の位置に任意の形状の補正電流ループが形成され得る。よって、内側超電導体３の円筒周面内にて補正電流ループが形成されることにより、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場が形成される。
【００７０】
また、本実施形態において、上述したように円筒形状の外側超電導体２の結晶構造のｃ軸の方向は軸方向に一致し、一方、円筒形状の内側超電導体３の結晶構造のｃ軸の方向は径方向に一致している。また、印加磁場の方向（磁束の流れる方向）は超電導体１の軸方向である。つまり、外側超電導体２には、ｃ軸方向に磁束が流れるように磁場が印加され、内側超電導体３には、ｃ軸方向に垂直に磁束が流れるように磁場が印加される。ここで、超電導体は、磁場の印加によって臨界電流密度が低下するという性質を持つが、さらに、超電導体は、磁場の印加方向によって臨界電流密度の低下量が変化するという性質をも持つ。ｃ軸方向に垂直に磁束が流れるように磁場が印加された場合における臨界電流密度の低下量は、ｃ軸方向に磁束が流れるように磁場が印加された場合における臨界電流密度の低下量よりも少ない。すなわち、内側超電導体３における臨界電流密度の低下量は、外側超電導体２における臨界電流密度の低下量よりも小さい。従って、外側超電導体２と内側超電導体３が同じ材料組成である場合であっても、ｃ軸方向の違いにより、内側超電導体３の臨界電流密度が外側超電導体２の臨界電流密度よりも大きくなる。このように、内側超電導体３の臨界電流密度が大きいので、臨界電流密度によって補正電流ループの大きさが制限されることを防止することができる。よって、外側超電導体２に形成される超電導ループの乱れに応じた適切な補正電流ループを内側超電導体３に形成することができ、その結果、より一層確実に、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。
【００７１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る超電導磁場発生装置２００を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。この超電導磁場発生装置２００は、円筒基材１０を備えていること、及び、円筒基材１０の外表面に内側超電導体３が形成されていることを除き、第１実施形態に係る超電導磁場発生装置１００と基本的には同一である。従って、第１実施形態にて示した図１の超電導磁場発生装置１００の構成と同一の構成については同一の符号で示してそれらの説明は省略する。
【００７２】
図５に示すように、円筒基材１０がコールドヘッド６のステージ部６２上に載置される。図６に円筒基材１０の斜視図を示す。図６に示すように、円筒基材１０は、中空の円筒部１０ａと、円筒部１０ａの一方の端部から径外方に放射状に延設されることによりリング状に形成された鍔部１０ｂ（固定部）とを有する。円筒基材１０は、非磁性であり、且つ熱伝導率の高い材質により形成される。例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、或いはサファイア（アルミナ単結晶）により円筒基材１０が形成される。
【００７３】
鍔部１０ｂが図５に示すようにステージ部６２上に載置され、円筒部１０ａがステージ部６２から図５において上方に延設される。円筒部１０ａの外径は、外側超電導体２の内径よりも小さい。また、鍔部１０ｂの直径は、外側超電導体２の外径にほぼ等しい。そして、鍔部１０ｂ上に外側超電導体２が載置される。これにより、鍔部１０ｂは、外側超電導体２の一方の端面とコールドヘッド６のステージ部６２とに挟まれる。この状態で、鍔部１０ｂがコールドヘッド６に固定される。このとき、外側超電導体２の内周面と円筒部１０ａの外周面が対面するように、円筒部１０ａが外側超電導体２の内周側に配置する。また、外側超電導体２の中心軸と円筒部１０ａの中心軸が一致する。すなわち外側超電導体２と円筒部１０ａが同軸配置する。
【００７４】
円筒基材１０の円筒部１０ａの外周面に、膜状（薄膜状或いは厚膜状）の内側超電導体３が全周に亘り形成される。従って、内側超電導体３は、円筒部１０ａの外周形状に沿った円筒形状を呈する。内側超電導体３は、その厚さが均一になるように、円筒部１０ａの外周面に形成される。
【００７５】
円筒部１０ａの軸方向における長さは、外側超電導体２の軸方向における長さと等しい。そして、円筒基材１０の鍔部１０ｂに載置された外側超電導体２及び、円筒基材１０の円筒部１０ａの外周面上に形成された内側超電導体３が、ホルダ４に保持される。このとき外側超電導体２と内側超電導体３は同軸配置される。また、鍔部１０ｂを介して外側超電導体２の一方の端面とコールドヘッド６のステージ部６２の上面が対面配置される。
【００７６】
内側超電導体３は、例えば真空成膜法や液相法によって形成されたＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素）の超電導体薄膜或いは厚膜であり、結晶構造のｃ軸の方向が厚さ方向（径方向）に一致し、さらにｃ軸方向に層をなすように形成される。従って、内側超電導体３の周方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃθ１と軸方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃｚ１はほぼ等しく（Ｊｃθ１≒Ｊｃｚ１）、それ故に円筒周面内における臨界電流密度Ｊｃの異方性は小さく、均一性が高い。つまり、比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）が１に近い。また、外側超電導体２は、上記第１実施形態と同様に、溶融法により形成され、結晶構造のｃ軸の方向は円筒形状の外側超電導体２の軸方向に一致し、さらにｃ軸方向に層をなすように形成される。従って、外側超電導体２の径方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃｒ２と周方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃθ２は大きいが、軸方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃｚ２は小さい。よって、比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）は１よりもかなり大きい。すなわち、本実施形態においても、比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）は、比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）よりも、１に近い。
【００７７】
上記構成の超電導磁場発生装置２００の基本的作動は、第１実施形態に係る超電導磁場発生装置１００の作動と同じであるので、その詳細な説明は省略する。図７は、超電導磁場発生装置２００が捕捉磁場を発生している場合に内側超電導体３に形成される補正電流ループを示す図である。図７に示すように、円筒基材１０の円筒部１０ａの外周面上に形成された円筒形状の内側超電導体３には、外側超電導体２に形成された超電導電流ループの乱れ、すなわち外側超電導体２に形成された超電導電流ループにより形成される捕捉磁場の不均一性に応じて、補正電流ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３がその円筒周面内に形成される。補正電流ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３が形成されることによって、捕捉磁場の不均一性が補正される結果、捕捉磁場の均一性が保たれる。よって、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であり且つ中央部分（室温ボア空間内）の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。
【００７８】
本実施形態においては、超電導体１を冷却する際に、外側超電導体２及び内側超電導体３が同一の円筒基材１０を介して冷却される。従って、外側超電導体２と内側超電導体３をほぼ同じ温度に冷却できる。また、内側超電導体３は円筒基材１０の円筒部１０ａの外周面に形成されているので、円筒部１０ａから内側超電導体３の全領域が均一に冷却される。ここで、臨界電流密度は温度によっても変化する。従って、内側超電導体３の円筒周面の温度分布が不均一であると、臨界電流密度の均一性が損なわれる。この点、本実施形態では、上述のように円筒基材１０の円筒部１０ａから冷熱を受け取ることによって内側超電導体３の全領域が均一に冷却される。よって、内側超電導体３の円筒周面の臨界電流密度の均一性をより高めることができる。
【００７９】
また、容器部９１内の空間（室温ボア空間）は、超電導体１のボア内の空間のうち、冷却されていない空間である。上記第１実施形態によれば、室温ボアからの輻射熱が内側超電導体３に伝達されて内側超電導体３の冷却効率が低下する虞がある。この点、本実施形態によれば、内側超電導体３と室温ボア空間との間に円筒基材１０の円筒部１０ａが介在する。このため、内側超電導体３の冷却中に、室温ボア空間からの輻射熱が円筒部１０ａによって遮られる。すなわち、室温ボア空間からの熱輻射の影響を受けることなく内側超電導体３を冷却することができる。よって、内側超電導体３の冷却効率が向上する。
【００８０】
（変形例）
上記第２実施形態に係る超電導磁場発生装置２００において、外側超電導体２をＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルクにより形成し、内側超電導体３をＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導薄膜により形成した。この場合、外側超電導体２の超電導遷移温度Ｔｃｏが約９２Ｋであり、内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉが約１１０Ｋである。つまり、ＴｃｏはＴｃｉよりも高い。従って、冷却工程において、先に内側超電導体３が超電導状態にされ、その後に外側超電導体２が超電導状態にされる。
【００８１】
超電導体は、通常の物質と同様に、その構成元素と結晶構造に基づく磁性を持っており、磁場中に置かれると磁化される。また、磁化の大きさは、超電導体の冷却温度の変化に伴い変化する。こうした磁化の変化が印加磁場の均一性を乱す。上記第１及び第２実施形態では、磁場調整工程にて、超電導直前温度Ｔｓにまで超電導体１が冷却された時点で印加磁場が調整されることにより、それまでに発生した磁化の変化によって不均一性が増した印加磁場が、均一になるように調整されている。
【００８２】
ところが、ＴｃｏがＴｃｉよりも高い場合、つまり、内側超電導体３が外側超電導体２よりも後に超電導状態にされる場合、内側超電導体３が超電導状態にされる前であって外側超電導体２の温度がＴｃｏからＴｃｉまで低下する間（厳密にはＴｓからＴｃｉまで低下する間）に、外側超電導体２の磁化の大きさが変化する。こうした磁化の大きさの変化によって、せっかく均一に調整した印加磁場が乱される。従って、その後に超電導状態にされる内側超電導体３は、乱された磁場、すなわち不均一な磁場を捕捉することになる。
【００８３】
これに対し、本変形例では、内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉが外側超電導体２の超電導遷移温度Ｔｃｏよりも高くなるように、それぞれの材料組成が定められている。すなわち材料組成の違いによって、ＴｃｉがＴｃｏよりも高くされる。ＴｃｉがＴｃｏよりも高い場合、つまり、内側超電導体３が外側超電導体２よりも先に超電導状態にされる場合、内側超電導体３が超電導状態にされた時点以降における外側超電導体２の磁化の変化による印加磁場の乱れは、内側超電導体３に超電導電流が流れることにより打ち消される。よって、外側超電導体２の温度がＴｃｉからＴｃｏまで低下する間に生じた外側超電導体２の磁化の変化による印加磁場への影響が打ち消される。このため、より均一な磁場が捕捉される。
【００８４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態に係る超電導磁場発生装置３００を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。この超電導磁場発生装置３００は、第２実施形態にて示した円筒基材の形状が若干変更されていること、及び、円筒基材に内側超電導体３が接着固定されていることを除き、第２実施形態に係る超電導磁場発生装置２００と基本的には同一である。従って、第２実施形態にて示した図５の超電導磁場発生装置２００の構成と同一の構成については同一の符号で示してそれらの説明は省略する。
【００８５】
図９は、本実施形態に係る超電導磁場発生装置３００に用いられる円筒基材１１の斜視図である。図９に示すように、円筒基材１１は、第２実施形態にて示した円筒基材１０と同様に、円筒部１１ａ及び鍔部１１ｂを有する。円筒部１１ａは、軸方向における中央部分の外径が両端部分の外径よりも小さく形成された段付円筒形状に形成される。外径が小さい中央部分１１ｃに、内側超電導体３が接着固定される。
【００８６】
また、本実施形態における内側超電導体３は、一般に、超電導テープ線材、若しくは、超電導薄帯と言われるもので、ハステロイ等の金属薄帯の表面に真空成膜法や液相法により成膜される。このような超電導薄帯は、本実施形態においては厚さが一定の幅広の膜状に形成されており、円筒部１１ａの中央部分１１ｃの外周面に周方向に沿って巻きつけられる。このとき、膜状の内側超電導体（超電導薄帯）３の巻きつけ方向（周方向）における巻き始めの端部がその上に巻きつけられる内側超電導体３によって覆い隠されるように、周方向に沿って１周より多く、内側超電導体３が巻きつけられる。なお、本実施形態及び、後述する第４、第５実施形態においては、内側超電導体３として超電導薄帯が用いられている。
【００８７】
図１０は、内側超電導体３が巻きつけられた円筒基材１１を示し、図１０（ａ）が、円筒基材１１の円筒部１１ａの中心軸を通る平面で内側超電導体３が巻きつけられた円筒基材１１を切断した断面図、図１０（ｂ）が図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１０（ｂ）に示すように、本実施形態においては、膜状の内側超電導体３が、円筒部１１ａの周方向に二回りするように円筒部１１ａの中央部分１１ｃの外周面に巻きつけられる。従って、内側超電導体３の巻き始めの端部Ｓ１は、その上に巻きつけられる内側超電導体３で覆われる。また、内側超電導体３の巻き終わりの端部Ｓ２は、その下に既に巻きつけられている部分の上に位置する。このようにして円筒部１１ａに巻きつけられた内側超電導体３は、円筒形状を呈する。また、巻きつけられた内側超電導体３は、熱伝導性の高い含浸剤或いは接着材で円筒部１１ａに接着固定される。
【００８８】
上記構成を有する本実施形態に係る超電導磁場発生装置３００の基本的作動は、第１実施形態に係る超電導磁場発生装置１００の作動と同じであるので、その詳細な説明は省略する。図１１は、超電導磁場発生装置３００が捕捉磁場を発生している場合に内側超電導体３に形成される補正電流ループを示す図である。図１１に示すように、円筒基材１１の円筒部１１ａの中央部分１１ｃの外周面に巻きつけられた円筒形状の内側超電導体３には、外側超電導体２に形成された超電導電流ループの乱れに応じて、補正電流ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３が形成される。補正電流ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３が形成されることによって、捕捉磁場の均一性が保たれる。
【００８９】
本実施形態においては、円筒基材１１の円筒部１１ａに一枚の幅広の膜状の内側超電導体（超電導薄帯）３を巻きつけるといった簡便な工程により、円筒基材１１の外周面に内側超電導体３を形成することができる。また、内側超電導体３が円筒部１１ａに周方向に一回りよりも長く巻きつけられているため、内側超電導体３の巻き始め位置に位置する端部Ｓ１が、その上に被せられる部分に覆われる。このため、巻き始め位置に位置する端部Ｓ１を跨ぐような超電導電流ループはその上に被せられる部分に形成される。また、内側超電導体３の巻き終わり位置に位置する端部Ｓ２は、その下に既に巻かれている部分の上に位置する。このため、巻き終わり位置に位置する端部Ｓ２を跨ぐような超電導電流ループはその下に巻かれている部分に形成される。このように、内側超電導体３の端部（巻き始め端部Ｓ１、巻き終わり端部Ｓ２）を跨ぐように形成される超電導電流ループであっても形成することができるように内側超電導体３が構成されているので、内側超電導体３の任意の位置にて任意の形状の超電導電流ループを形成することができる。なお、本実施形態及び、後述する第４、第５、第６実施形態においては、内側超電導体３は、円筒基材１１の円筒部１１ａの外径が小さい中央部分１１ｃに配置されるが、上述の効果はこの配置に限定されるものではない。内側超電導体３は、実施形態３の図５に示すごとく、円筒部１１ａの軸方向の全長に亘って配置され、その軸方向長さが外側超電導体２の軸方向長さと同じ長さであるように構成されていてよい。さらに、内側超電導体３の軸方向長さは、外側超電導体２の軸方向長さよりも長くてもよい。
【００９０】
（第４実施形態例）
上記第３実施形態では、円筒基材１１の円筒部１１ａの中央部分１１ｃの外周面に、周方向に一回りよりも長く、膜状の内側超電導体（超電導薄帯）３を巻きつけた例を示したが、周方向に丁度一回り、或いは一回りよりも短く巻きつけられた複数の膜状の超電導体（超電導薄帯）により内側超電導体３を構成することもできる。図１２は、複数の膜状の超電導体により構成される内側超電導体が巻きつけられた円筒基材１１を示す図であり、図１２（ａ）が、円筒部１１ａの中心軸を通る平面で本実施形態に係る内側超電導体３が巻きつけられた円筒基材１１を切断した断面図、図１２（ｂ）が図１２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００９１】
図１２に示すように、内側超電導体３は、膜状の第１内側超電導層（超電導薄帯）３１と膜状の第２内側超電導層（超電導薄帯）３２とを有する。また、図１２（ｂ）に良く示すように、第１内側超電導層３１は、円筒基材１１の円筒部１１ａの中央部分１１ｃの外周面に周方向に沿って巻きつけられる。第１内側超電導層３１の巻きつけ方向（周方向）における長さは、円筒部１１ａの中央部分１１ｃの周方向長さと同じか、僅かに短い。このため、第１内側超電導層３１の巻きつけ方向における端部と端部が位置Ｇ１にて付き合わされる。また、第２内側超電導層３２は、円筒部１１ａの中央部分１１ｃに巻きつけられている第１内側超電導層３１の周りに周方向に沿って巻きつけられる。第２内側超電導層３２の巻きつけ方向（周方向）における長さは第１内側超電導層３１の周方向長さにほぼ等しい。このため、第２内側超電導層３２の巻きつけ方向における端部と端部が位置Ｇ２にて付き合わされる。ここで、位置Ｇ１と位置Ｇ２が、円筒部１１ａの周方向における異なった位置に形成されるように、具体的には、円筒部１１ａの径方向に沿って位置Ｇ１と位置Ｇ２が重複しないように、それぞれの内側超電導層３１，３２が巻きつけられている。すなわち、第１内側超電導層３１の周方向における両端部及びその間の領域（位置Ｇ１）と、第２内側超電導層３２の周方向における両端部及びその間の領域（位置Ｇ２）が、周方向において異なった位置に配置している。
【００９２】
図１３は、上記のようにして円筒部１１ａに巻きつけられた内側超電導体３に形成される補正電流ループを示す図である。図１３中、補正電流ループＬ４は、第２内側超電導層３２の周方向における両端部が付き合わされる位置Ｇ２を跨ぐ位置に形成される。このような位置にある補正電流ループＬ４は第２内側超電導層３２に形成することはできないが、第１内側超電導層３１に形成することができる。第１内側超電導層３１には、補正電流ループＬ４が形成されるべき部位に、両端部が付き合わされたような組織的に不連続な部分が形成されていないからである。また、図１３中の補正電流ループＬ５は、第１内側超電導層３１の周方向における両端部が付き合わされる位置Ｇ１を跨ぐよう位置に形成される。このような位置にある補正電流ループＬ５は、第１内側超電導層３１に形成することはできないが、第２内側超電導層３２に形成することができる。第２内側超電導層３２には、補正電流ループＬ５が形成されるべき部位に、両端部が付き合わされたような組織的に不連続な部分が形成されていないからである。
【００９３】
このように、第１内側超電導層３１には形成することができない領域に形成されるべき補正電流ループが第２内側超電導層３２に形成され、第２内側超電導層３２には形成することができない領域に形成されるべき補正電流ループは第１内側超電導層３１に形成される。こうして第１内側超電導層３１と第２内側超電導層３２が、互いに補い合うように補正電流ループを形成するため、内側超電導体３の任意の位置にて任意の形状の超電導電流ループを形成することができる。
【００９４】
（第５実施形態）
上記第３実施形態及び第４実施形態例では、幅広の膜状の超電導体（超電導薄帯）により内側超電導体３を構成した例を示したが、幅広の膜状の超電導体の製造は難しい。そこで、幅の狭い超電導薄帯（超電導テープ線材）により内側超電導体３を形成する例について説明する。
【００９５】
図１４は、本実施形態に係る内側超電導体３が、円筒基材１１に巻きつけられている状態を示す図である。内側超電導体３は、第１内側超電導薄帯３３と第２内側超電導薄帯３４とにより構成される。第１内側超電導薄帯３３の幅及び第２内側超電導薄帯３４の幅は、いずれも、円筒基材１１の円筒部１１ａの中央部分１１ｃの幅（軸方向長さ）よりも短い。第１内側超電導薄帯３３の幅及び第２内側超電導薄帯３４の幅は広いほど良い。
【００９６】
第１内側超電導薄帯３３は、円筒基材１１の円筒部１１ａの中央部分１１ｃの外周面に巻きつけられる。この場合において、第１内側超電導薄帯３３は、併進方向が円筒部１１ａの軸方向となるように、螺旋状に中央部分１１ｃの外周面に巻きつけられる。また、第２内側超電導薄帯３４は、円筒基材１１の円筒部１１ａの中央部分１１ｃに螺旋状に巻きつけられた第１内側超電導薄帯３３の外周面上に巻きつけられる。この場合において、第２内側超電導薄帯３４は、併進方向が円筒部１１ａの軸方向となるように、螺旋状に第１内側超電導薄帯３３に巻きつけられる。なお、螺旋状に巻きつけられた第１超電導薄帯３３及び第２超電導薄帯３４の併進方向における両端部は、円筒基材１１の中央部分１１ｃの軸方向端部に沿うように、斜めに切断されている。
【００９７】
図１５は、巻きつけ状態である第１内側超電導薄帯３３と第２内側超電導薄帯３４とを別々に示す図であり、図１５（ａ）が第１内側超電導薄帯３３を示し、図１５（ｂ）が第２内側超電導薄帯３４を示している。図１５（ａ）からわかるように、第１内側超電導薄帯３３は螺旋状に巻かれおり、軸方向に隣接する側縁どうしが隙間なく付き合わされる。このため隣接する側縁と側縁との境界線Ｂ１が螺旋状に形成される。また、図１５（ｂ）からわかるように、第２内側超電導薄帯３４も螺旋状に巻かれており、軸方向に隣接する側縁どうしが隙間なく付き合わされる。このため隣接する側縁と側縁との境界線Ｂ２が螺旋状に形成される。
【００９８】
また、図１５（ａ）と図１５（ｂ）とを比較してわかるように、第１内側超電導薄帯３３に形成される螺旋状の境界線Ｂ１の形成位置（すなわち第１内側超電導薄帯３３の側縁の位置）と、第２内側超電導薄帯３４に形成される螺旋状の境界線Ｂ２の形成位置（すなわち第２内側超電導薄帯３４の側縁の位置）が、一致しないように、境界線Ｂ１と境界線Ｂ２が円筒部１１ａの軸方向にずらされている。従って、第２内側超電導薄帯３４の側縁によって形成される境界線Ｂ２を跨ぐような補正電流ループＬ６は第１内側超電導薄帯３３に形成され、第１内側超電導薄帯３３の側縁によって形成される境界線Ｂ１を跨ぐような補正電流ループＬ７は第２内側超電導薄帯３４に形成される。
【００９９】
このように、それぞれの側縁の位置が異なる位置に形成されるように、複数の幅の狭い超電導薄帯を螺旋状に巻きつけて内側超電導体３を構成することで、一方の側縁を跨ぐ位置に形成されるべき補正電流ループが他方の超電導薄帯に形成される。つまり、誘起される補正電流ループは、必ず、いずれかの超電導薄帯に形成される。このため、内側超電導体３の任意の位置にて任意の形状の補正電流ループを内側超電導体３に形成することができる。
【０１００】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。図１６は、第６実施形態に係る超電導磁場発生装置６００を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。この超電導磁場発生装置６００は、外側超電導体２及び内側超電導体３の構造を除き、基本的には第３実施形態に係る超電導磁場発生装置３００と同一である。従って、第３実施形態にて示した図８の超電導磁場発生装置３００の構成と同一の構成については同一の符号で示してそれらの説明は省略する。
【０１０１】
本実施形態に係る超電導磁場発生装置６００に備えられる外側超電導体２は、６個のリング状の超電導バルク２ａを積み重ねることにより構成される。また、６個の超電導バルク２ａのうち、図１６において最も上側に配設される超電導バルク及び最も下側に配設される超電導バルクの内径は、その間に配設される４個の超電導バルクの内径よりも小さい。したがって、外側超電導体２は、軸方向における中央部分の内径が大きく、両端部分の内径が小さい円筒形状に形成される。このため、外側超電導体２の内周側であって軸方向における中間部分に、具体的には外側超電導体２の両端側を構成する超電導バルク間に、拡径された空間Ｓが形成される。
【０１０２】
また、内側超電導体３として、上記第５実施形態における第１内側超電導薄帯３３及び第２内側超電導薄帯３４を用いた。これらの超電導薄帯は、上記第５実施形態で説明したように、円筒基材１１の円筒部１１ａの中央部分１１ｃに螺旋状に巻かれている。また、それぞれの超電導薄帯は、それぞれの側縁が円筒基材１１の円筒部１１ａの軸方向にずれるように、つまり、それぞれの超電導薄帯の側縁の位置が一致しないように、円筒部１１ａの中央部分１１ｃの外周面上に螺旋状に巻きつけられている。このようにして２つの超電導薄帯が円筒部１１ａに螺旋状に巻きつけられることにより構成される内側超電導体３は、円筒形状である。また、内側超電導体３は、外側超電導体２の内周側に外側超電導体２と同軸配置している。
【０１０３】
外側超電導体２を構成する超電導バルクは、Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体であり、溶融法により形成される。外側超電導体２の超電導遷移温度は約９２Ｋである。また、内側超電導体３は、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導薄帯であり、真空成膜法により形成される。内側超電導体３の超電導遷移温度も約９２Ｋである。また、本実施形態においても、外側超電導体２の結晶構造のｃ軸の方向は外側超電導体２の軸方向に一致しており、且つｃ軸方向に層をなすように外側超電導体２が形成される。また、内側超電導体３の結晶構造のｃ軸の方向は内側超電導体３の径方向に一致しており、且つ、ｃ軸方向に層をなすように内側超電導体３が形成される。従って、内側超電導体３の軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚ１に対する周方向における臨界電流密度Ｊｃθ１の比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）は、外側超電導体２の軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚ２に対する周方向における臨界電流密度（Ｊｃθ２）の比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）よりも、１に近い。
【０１０４】
上記構成の超電導磁場発生装置６００において、まず、外側超電導体２及び内側超電導体３が収納された密閉空間を減圧し、その後、外部磁場発生コイル８を作動させて印加磁場を発生させた。このとき円筒形状の超電導体１の軸方向に沿って磁束が通るように磁場を印加した。そして、外部磁場発生コイル８によって磁場を印加したまま、冷却装置５を作動させて外側超電導体２及び内側超電導体３を冷却した。また、外側超電導体２及び内側超電導体３が、それぞれの超電導遷移温度のうちいずれか高い方の温度（本例では、外側超電導体２の超電導遷移温度と内側超電導体３の超電導遷移温度はいずれも約９２Ｋであるので、９２Ｋ）よりも僅かに高い温度（超電導直前温度Ｔｓ）まで冷却されたとき（例えば１００Ｋまで冷却されたとき）に、超電導体１のボア内に、磁場強度が４．７Ｔであって、軸方向及び径方向に均一な磁場が形成されるように、外部磁場発生コイル８を制御した（磁場調整工程）。そして、強度４．７Ｔの磁場を維持した状態で、さらに外側超電導体２及び内側超電導体３を冷却し、これらの温度を５０Ｋまで低下させた。
【０１０５】
ここで、外側超電導体２の超電導遷移温度と内側超電導体３の超電導遷移温度は、ゼロ磁場である場合（磁場が印加されていない場合）、ほぼ同じ（約９２Ｋ）である。しかし、４．７Ｔの磁場中では、超電導遷移温度が低下する。超電導遷移温度の低下の度合いは、結晶構造のｃ軸の方向に依存する。すなわち、ｃ軸方向が印加磁場の磁束の通過方向である場合、超電導遷移温度の低下率は大きいが、ｃ軸方向が印加磁場の磁束の通過方向に垂直である場合、超電導遷移温度の低下率は小さい。本実施形態においては、外側超電導体２の結晶構造のｃ軸の方向は印加磁場の磁束の通過方向であり、内側超電導体３の結晶構造のｃ軸の方向は印加磁場の磁束の通過方向に垂直な方向である。従って、印加磁場による外側超電導体２の超電導遷移温度の低下率は大きく、内側超電導体３の超電導遷移温度の低下率は小さい。よって、４．７Ｔの磁場が印加されている状態においては、外側超電導体２の超電導遷移温度Ｔｃｏは、内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉよりも低い。つまり、本実施形態においては、材料組成の違いではなく、ｃ軸方向の違いによって、印加磁場中における内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉが外側超電導体の超電導遷移温度Ｔｃｏよりも高くされている。その結果、内側超電導体３が先に超電導状態にされ、その後に外側超電導体２が超電導状態にされる。
【０１０６】
そして、外側超電導体２の温度及び内側超電導体３の温度を５０Ｋに維持したまま、印加磁場を取り除く。これにより外側超電導体２に超電導電流が誘起されて、印加磁場が捕捉される。このため捕捉磁場が形成される。また、内側超電導体３に補正電流が流れる。この補正電流によって、捕捉磁場の均一性が保たれる。そのため、均一な捕捉磁場が超電導体１のボア内に形成される。
【０１０７】
（内側超電導体による磁場均一性の向上効果の検証）
内側超電導体３に補正電流が流れることにより捕捉磁場の均一性が向上することを検証するために、第６実施形態に係る超電導磁場発生装置６００から内側超電導体３を除いた比較例に係る超電導磁場発生装置を用いて、上記と同様の条件下で外側超電導体２に磁場を捕捉させた。そして、第６実施形態に係る超電導磁場発生装置６００の室温ボア空間内に形成された捕捉磁場の均一性と比較例に係る超電導磁場発生装置の室温ボア空間内に形成された捕捉磁場の均一性を調べた。図１７は、第６実施形態に係る超電導磁場発生装置６００の室温ボア空間内に形成された捕捉磁場の均一性と、比較例に係る超電導磁場発生装置の室温ボア空間内に形成された捕捉磁場の均一性を、印加磁場の均一性とともに示すグラフである。グラフの縦軸の磁場均一性は、例えば室温ボア空間の中心位置における磁場強度と、中心位置から所定距離離間した室温ボア空間内の位置における磁場強度との差により表すことができる。
【０１０８】
図１７からわかるように、印加磁場の均一性は、第６実施形態に係る超電導磁場発生装置６００を用いた場合も比較例に係る超電導磁場発生装置を用いた場合もほぼ同じである。しかし、比較例に係る超電導磁場発生装置を用いた場合に得られる捕捉磁場の均一性は、印加磁場の均一性と比較して非常に悪い。これに対し、第６実施形態に係る超電導磁場発生装置６００を用いた場合に得られる捕捉磁場の均一性は、印加磁場の均一性とさほど変わらない。このことから、内側超電導体３に補正電流ループが流れることによって、均一な捕捉磁場を形成できることが検証された。
【０１０９】
ところで、外側超電導体２は、冷却中に印加磁場の影響を受けて磁化されることにより不均一磁場を発生する虞がある。また、このように発生する磁場は冷却温度によって変化する。従って、内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉが外側超電導体２の超電導遷移温度Ｔｃｏ未満である場合、冷却温度が温度Ｔｃｏから温度Ｔｃｉにまで低下する間に外側超電導体２から生じる不均一磁場の変化により印加磁場が乱される。こうして乱されて不均一にされた印加磁場が、その後に温度Ｔｃｉ以下に冷却されて超電導状態にされる内側超電導体３に捕捉される。内側超電導体３に乱れた不均一な磁場が捕捉された場合、十分に捕捉磁場の均一性を維持することができない。これに対し、本実施形態においては、上述したように、ｃ軸方向の違いによって、４．７Ｔの印加磁場中における内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉが外側超電導体２の超電導遷移温度Ｔｃｏよりも高くされており、それ故に、先に内側超電導体３が超電導状態にされる。よって、温度Ｔｃｉから温度Ｔｃｏにまで低下する間に起きる外側超電導体２の磁化の大きさの変化に起因する印加磁場の乱れは、既に超電導状態である内側超電導体３に超電導電流が流れることで、相殺される。このため、外側超電導体２の磁化の大きさの変化に起因する捕捉磁場の不均一性をも内側超電導体３により補正される。その結果、より一層、捕捉磁場の均一性を高めることができる。
【０１１０】
また、本実施形態においては、外側超電導体２の軸方向における中央部分に拡径された空間Ｓが形成されている。このため、外側超電導体２の磁化により発生する不均一磁場は、外側超電導体２を構成する超電導バルクのうち軸方向における一方の端側に配設された超電導バルクと他方の端側に配設された超電導バルクとの間に磁場が形成されることによって相殺される。したがって、より一層、捕捉磁場の均一性を高めることができる。
【０１１１】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。本実施形態に係る超電導磁場発生装置７００は、円筒基材１２が外側超電導体２に保持されていること、及び、円筒容器９の容器部９１内の空間（室温ボア空間）が広くされていること、を除き、上記第６実施形態にて示した超電導磁場発生装置の構成と同一である。従って、第６実施形態にて示した図１６の超電導磁場発生装置６００の構成と同一の構成については同一の符号で示してそれらの説明は省略する。
【０１１２】
図１８は、第７実施形態に係る超電導磁場発生装置７００を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。図１８に示すように、超電導磁場発生装置７００は円筒基材１２を備える。図１９に、円筒基材１２の概略斜視図を示す。図１９に示すように、円筒基材１２は、筒状に形成された円筒部１２ａと、円筒部１２ａの外周面の軸方向における中央位置から円筒部１２ａの径外方に放射状に延設されることによりリング形状に形成された接続部１２ｂとを有する。
【０１１３】
外側超電導体２は、６個のリング状の超電導バルク２ａが軸方向に沿って積み重ねられることにより円筒形状に構成される。また、円筒基材１２の接続部１２ｂは、外側超電導体２を構成する６個のリング状の超電導バルクのうち、上半分の３個の超電導バルクと下半分の３個の超電導バルクとの間に挟まれている。そして、ホルダ４の固定部４２がコールドヘッド６のステージ部６２に固定されることによって、６個の超電導バルクよりなる外側超電導体２と接続部１２ｂがともにコールドヘッド６に固定される。このようにして、円筒基材１２が外側超電導体３に保持される。
【０１１４】
また、外側超電導体２を構成する６個のリング状の超電導バルク２ａのうち、最も下側に配設される超電導バルク及び最も上側に配設される超電導バルクの内径は、その間に配設される超電導バルクの内径よりも小さい。そのため、上記第６実施形態と同様に、外側超電導体２の最も上側に配設される超電導バルクと最も下側に配設される超電導バルクとの間に、拡径された空間Ｓが形成される。この拡径された空間Ｓ内に円筒基材１２の円筒部１２ａが配設される。
【０１１５】
内側超電導体３は、円筒基材１２の円筒部１２ａの内周壁に形成される。従って、内側超電導体３は円筒形状に形成される。内側超電導体３は、例えば真空成膜法によって、円筒部１２ａの内周壁に全面に亘り形成される。このとき、外側超電導体２と内側超電導体３は同軸配置する。それ以外の構成は、第６実施形態に示す構成と同一であるので、その説明は省略する。また、本実施形態に係る超電導磁場発生装置７００の作動も、第６実施形態に示す超電導磁場発生装置６００の作動と同一であるので、その説明も省略する。
【０１１６】
本実施形態に係る超電導磁場発生装置７００によれば、円筒基材１２の円筒部１２ａ及び円筒部１２ａの内周壁に形成された内側超電導体３が、外側超電導体２の軸方向における一方の端側の超電導バルクと他方の端側の超電導バルクとの間に形成される拡径された空間Ｓ内に配設されている。そのため、外側超電導体２の内周側に円筒基材及び内側超電導体３を配設する場合に比較して、超電導体１のボアの径、及び室温ボア空間の径（すなわち円筒容器９の容器部９１の径）を大きくすることができる。
【０１１７】
（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。図２０は、第８実施形態に係る超電導磁場発生装置８００を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。図２０に示すように、超電導磁場発生装置８００に備えられる外側超電導体２は、上記第６実施形態と同様に、６個のリング状の超電導バルク２ａを積み重ねることにより円筒形状に形成される。また、外側超電導体２を構成する両端の超電導バルク間に、拡径された空間Ｓが形成される。拡径された空間Ｓ内に、シムコイル１５が配設される。シムコイル１５は、外部から通電されることにより磁場を発生する。シムコイル１５から発せられる磁場により、捕捉磁場が例えば１ｐｐｍ以下の均一磁場強度分布を持つように補正される。
【０１１８】
また、本実施形態においては、円筒基材が、上側円筒基材１３と下側円筒基材１４とに分割されている。上側円筒基材１３は円筒部１３ａ及び円筒部１３ａの一方の端部から径外方に放射状に延設されることによりリング状に形成された固定部１３ｂとを有し、固定部１３ｂが外側超電導体２の上端とホルダ４の端面部４３との間に挟まれた状態でホルダ４に固定される。下側円筒基材１４は円筒部１４ａ及び円筒部１４ａの一方の端部から径外方に放射状に延設されることによりリング状に形成された固定部１４ｂとを有し、固定部１４ｂが外側超電導体２の下端とコールドヘッド６のステージ部６２との間に挟まれた状態でステージ部６２に固定される。
【０１１９】
上側円筒基材１３の円筒部１３ａの軸方向長さは、外側超電導体２を構成する超電導バルク２ａのうち最も上側の超電導バルクの軸方向長さよりも長い。また、下側円筒基材１４の円筒部１４ａの軸方向長さは、外側超電導体２を構成する超電導バルク２ａのうち最も下側の超電導バルクの軸方向長さよりも長い。上側円筒基材１３の円筒部１３ａの外周面及び下側円筒基材１４の円筒部１４ａの外周面に、それぞれ内側超電導体３が形成される。上側円筒基材１３の円筒部１３ａの先端（下端）と下側円筒基材１４の円筒部１４ａの先端（上端）との間に、シムコイル１５が配置している。従って、外側超電導体２の内周側には、軸方向に沿って、上側から、内側超電導体３、シムコイル１５、内側超電導体３が、この順に配設されていることになる。それぞれの円筒部１３ａ，１４ａに形成された内側超電導体３は円筒形状であり、外側超電導体２と同軸的に配設している。
【０１２０】
それ以外の構成は、上記第６実施形態と同様であるので、第６実施形態にて説明した図１６に示す超電導磁場発生装置６００の構成と同一部分については同一の符号で示してその説明を省略する。また、本実施形態に係る超電導磁場発生装置８００の作動も上記第６実施形態に示す超電導磁場発生装置６００の作動と同一であるのでその説明も省略する。
【０１２１】
本実施形態によれば、外側超電導体２の軸方向における中央部分に拡径された空間Ｓが形成されている。さらに、円筒基材１３，１４が図２０において上下に分割して形成されているため、外側超電導体２の軸方向における中央部分には円筒基材及び円筒基材に形成された内側超電導体が配設されていない。このため、外側超電導体２の軸方向における中央部分に広いスペースが形成され、この広いスペース内にシムコイル１５を配置することができる。よって、室温ボア空間内（円筒容器９の容器部９１内）にシムコイル１５を配設しなくてもよい。その結果、室温ボア空間を広くすることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１…超電導体、２…外側超電導体、２ａ…超電導バルク、３…内側超電導体、３１…第１内側超電導層、３２…第２内側超電導層、３３…第１内側超電導薄帯、３４…第２内側超電導薄帯、４…ホルダ、５…冷却装置、６…コールドヘッド、７…真空断熱容器、８…外部磁場発生コイル（外部磁場発生装置）、９…円筒容器、９１…容器部、９２…蓋部、１０，１１，１２…円筒基材、１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ…円筒部、１０ｂ，１１ｂ…鍔部（固定部）、１１ｃ…中央部分、１２ｂ…接続部、１３…上側円筒基材
１３ｂ，１４ｂ…固定部、１４…下側円筒基材、１５…シムコイル、１００，２００，３００，６００，７００，８００…超電導磁場発生装置、１１０…核磁気共鳴装置、１２０…検出コイル、１３０…分析手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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