(57)【要約】【課題】漏れ磁場及び磁場均一度乱れを抑制するコンパクトで軽量なマグネットと、このマグネットを用いるＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析装置を提供する。【解決手段】マグネット１は、中空筒２と、磁場を発生させるメインコイル３と、メインコイル３の外部への磁場漏れを抑制する２つのシールドコイル４と、メインコイル３が内部に配置される第１低温容器５と、第１低温容器５が内部に配置される第２低温容器６と、第２低温容器６が内部に配置される外容器７と、外容器７及び第２低温容器６を介して第１低温容器５内部と外部とを連通させる管８と、外容器７を固定支持する土台９と、外容器７を介して第２低温容器６の２重の外筒６ａ内部と外部とを連通させる管１４とを備え、第２低温容器６の２重の外筒６ａの少なくとも一方の筒と両端の蓋部６ｂとが磁性体からなるものである。【選択図】図１
2005093464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料空間となる中空筒と、
前記中空筒の外周部に沿って設けられ、試料空間に磁場を発生させるメインコイルと、
前記メインコイルの外側に設けられ、前記メインコイルの外部への磁場漏れを抑制する少なくとも一つのシールドコイルと、
２重筒と、該２重筒の各筒の両端において、前記２重筒の各筒同士を固定して密閉空間を形成し、さらに前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第１低温容器と、
２重の外筒と、前記２重の外筒の内部に配置される内筒と、前記２重の外筒及び前記内筒の両端において、前記２重の外筒及び前記内筒を固定して密閉空間を形成し、さらに前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第２低温容器と
を備え、
前記メインコイルが、前記第１低温容器の前記２重筒内部に配置され、前記第１低温容器が、前記第２低温容器の前記２重の外筒と前記内筒との間に配置されており、
前記第２低温容器の前記２重の外筒の少なくとも一方の筒と前記両端の蓋部とが磁性体からなるマグネット。
【請求項２】
前記メインコイル、前記シールドコイル及び前記第２低温容器の各中心軸が、前記中空筒の中心軸線上にある請求項１記載のマグネット。
【請求項３】
前記メインコイル及び前記シールドコイルが超電導体からなる請求項１又は２に記載のマグネット。
【請求項４】
前記メインコイルと前記シールドコイルとが同一電源に直列接続されている請求項１〜３のいずれかに記載のマグネット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のマグネットを備えるＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場漏れを抑制するマグネット及びこのマグネットを用いるＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、磁場漏れを抑制するマグネット及びこのマグネットなどを用いるＭＲＩ装置は公知となっている。
例えば、下記特許文献１や下記特許文献２に開示されるものがある。特許文献１のものは、ＭＲＩ断層撮像用の超電導マグネットコイルである。この超電導マグネットコイルは、コイルボア内に均一な磁場を発生させる酸化物超電導線材からなる５個の主コイルと、主コイルの外部磁場を打ち消す酸化物超電導線材からなるシールドコイルとを備えてなる。
特許文献２のものは、水平磁場方式などの磁石を使ったＭＲＩ装置を磁気シールドルーム内に設置しているものである。
【特許文献１】特開平５−９００２２号公報
【特許文献２】特開２００２−１７２１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のものの場合、シールドコイルを主コイルからいくらでも離して配置するのが許されるのなら、例えば、心臓ペースメーカの安全基準とされる２０ガウス程度以下に抑制することは困難ではない。しかし、この場合、シールドコイルの直径を主コイル外直径の２倍程度とする必要があり、低温容器内に無駄な空間ができ、極めて非効率な設計となってしまう。また、合理的な大きさのシールドコイル直径の装置とするには、低温容器外表面近傍での磁場強度は１００ガウス程度以下にすることは極めて困難であった。
【０００４】
特許文献２のものの場合、部屋全体に少なくとも数ｍｍ程度の厚さの鉄板を施工することが必要で、高コストとなってしまう。また、鉄板は室温変動があると、膨張・収縮によって位置ずれしたり、磁化率が変化したりするので、マグネット中心部の試料空間において、磁場均一度が乱れてしまうこととなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、漏れ磁場及び磁場均一度乱れを抑制するコンパクトで軽量なマグネットと、このマグネットを用いるＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置又はＩＣＲ質量分析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及び効果】
【０００６】
本発明のマグネットは、試料空間となる中空筒と、前記中空筒の外周部に沿って設けられ、試料空間に磁場を発生させるメインコイルと、前記メインコイルの外側に設けられ、前記メインコイルの外部への磁場漏れを抑制する少なくとも一つのシールドコイルと、２重筒と、該２重筒の各筒の両端において、前記２重筒の各筒同士を固定し、前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第１低温容器と、２重の外筒と、前記２重の外筒の内部に配置される内筒と、前記２重の外筒及び前記内筒の両端において、前記２重の外筒及び前記内筒を固定し、前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第２低温容器とを備え、前記メインコイルが、前記第１低温容器の前記２重筒内部に配置され、前記第１低温容器が、前記第２低温容器の前記２重の外筒と前記内筒との間に配置されており、前記第２低温容器の前記２重の外筒の少なくとも一方の筒と前記両端の蓋部とが磁性体からなる。
上記構成により、マグネットから外部への漏れ磁場、及び、試料空間での磁場均一度乱れを十分に抑制するコンパクトで軽量なマグネットを提供できる。
【０００７】
本発明のマグネットは、前記メインコイル、前記シールドコイル及び前記第２低温容器の各中心軸が、前記中空筒の中心軸線上にあることが好ましい。
上記構成により、メインコイルとシールドコイルとから発生する磁場による引力の不均衡がなくなるので、マグネットが力学的に安定する。また、磁場の径方向の成分不均一が抑制されるので、試料空間の磁場均一度乱れをさらに抑制できる。
【０００８】
本発明のマグネットは、前記メインコイル及び前記シールドコイルが超電導体からなることが好ましい。
上記構成により、強磁場を発生でき、強磁場でありながら上記各効果を有するマグネットを提供できる。
【０００９】
本発明のマグネットは、前記メインコイルと前記シールドコイルとが同一電源に直列接続されていることが好ましい。
上記構成により、メインコイルとシールドコイルとに同量の電流が流れるため、磁場の調整が容易になるので、メインコイルの磁場強度にかかわらず、高い磁場均一度を達成できる。
【００１０】
本発明のＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置及びＩＣＲ質量分析装置は、上記のいずれかに記載のマグネットを備えるものであることが好ましい。
上記構成により、上記各効果を有する高分解能のＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置及びＩＣＲ質量分析装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るマグネットを示す図である。マグネット１は、試料空間となる中空筒２と、中空筒２の外周部に沿って設けられ、試料空間に磁場を発生させるメインコイル３と、メインコイル３の外側に設けられ、メインコイル３の外部への磁場漏れを抑制する２つのシールドコイル４と、メインコイル３が内部に配置される第１低温容器５と、第１低温容器５が内部に配置される第２低温容器６と、第２低温容器６が内部に配置される外容器７と、外容器７及び第２低温容器６を介して第１低温容器５内部と外部とを連通させる管８と、外容器７を固定支持する土台９と、外容器７を介して第２低温容器６の２重の外筒６ａ内部と外部とを連通させる管１４とを備えてなる。なお、マグネット１は、さらに図示しない輻射シールドを第１低温容器５と第２低温容器６との間に備えてなる。
【００１２】
中空筒２は、外部と連通するように水平に配置されるものである。なお、マグネット１がＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置やＩＣＲ質量分析装置において利用されるときは、中空筒２の中心部付近が試料空間や被験空間となる。また、ＭＲＩ装置においてマグネット１を利用する場合、中空筒２の口径は、被験者がこの中空筒２内部を仰向けの状態で通過できるような大きさとなる。
【００１３】
メインコイル３は、強磁場を発生できるので、超電導体からなることが好ましい。強磁場を発生できると、マグネット１がＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置やＩＣＲ質量分析装置において利用されるとき、信号強度が大きくなり、分解能が高くなるという効果が得られる。
【００１４】
シールドコイル４は、メインコイルと逆向きに電流を流すことにより、メインコイルの外部磁場を打ち消すものである。また、メインコイル３が超電導体からなるときは、その外部の強磁場を打ち消すためにシールドコイル４は、超電導体からなることが好ましい。なお、２つのシールドコイル４とメインコイル３とは、同一電源に直列に接続されている。
【００１５】
第１低温容器５は、中心軸線が少なくとも平行となるように配置されている外筒５ａと内筒５ｃからなる２重筒と、外筒５ａと内筒５ｃそれぞれの両端において、外筒５ａとを固定して密閉空間を形成し、さらに中空筒２を外部と連通させる穴が設けられている蓋部５ｂとを有している。この第１低温容器５は、詳細には、外筒５ａ内周部と内筒５ｃ外周部と蓋部５ｂ内壁とで囲まれてなるものであり、液体ヘリウム槽として使用される。なお、第１低温容器５内部には、管８により液体ヘリウムが供給される。
【００１６】
第２低温容器６は、外側筒６ａ１と内側筒６ａ２からなる２重の外筒６ａと、この２重の外筒６ａの内部に配置される内筒６ｃと、この２重の外筒６ａ及び内筒６ｃの両端において、２重の外筒６ａ及び内筒６ｃを固定して密閉空間を形成し、さらに中空筒２を外部と連通させる穴が設けられている蓋部６ｂとを有している。この第２低温容器６は、詳細には、外側筒６ａ１内周部と内側筒６ａ２外周部と蓋部６ｂ内壁とで囲まれる空間が液体窒素槽として使用され、内側筒６ａ２内周部と内筒６ｃと蓋部６ｂ内壁とで囲まれる空間は、第１低温容器５が配置される。また、管１４により、外側筒６ａ１内周部と内側筒６ａ２外周部と蓋部６ｂ内壁とで囲まれる空間は、その外部と連通していて、この管１４から外側筒６ａ１内周部と内側筒６ａ２外周部と蓋部６ｂ内壁とで囲まれる空間に液体窒素を供給できるようになっている。
また、第２低温容器６は、第２低温容器の２重筒６ａの外側筒６ａ１と両端の蓋部６ｂとが鉄で構成されている。なお、この鉄部材は、これに限定されず、磁性体若しくは強磁性体であってもよい。また、図示しないが、２重筒６ａの外側筒６ａ１の代わりに内側筒６ａ２が鉄などの磁性体であってもよいし、外側筒６ａ１、内側筒６ａ２ともに鉄などの磁性体であってもよい。
【００１７】
外容器７は、筒７ａと、この筒７ａの両端に中空筒２を外部と連通させる蓋部７ｂとを有しているものである。外容器７の外部の熱を断熱するために、内部は真空引きされている。
【００１８】
次に、マグネット１の作用について説明する。同一電源に直列に接続されているメインコイル３と２つのシールドコイル４とに電流を流すと、メインコイル３とシールドコイル４とは電流が逆向きに流れるように構成されているので、メインコイル３が発生させる外部磁場をシールドコイル４で発生する磁場が打ち消し、抑制する。また、鉄などの磁性体からなる第２低温容器の２重筒６ａの外側筒６ａ１と両端の蓋部６ｂとによっても、上記外部磁場を抑制できる。
【００１９】
上記第１実施形態のマグネット１によれば、強磁場を発生でき、マグネット１から外部への漏れ磁場、及び、試料空間での磁場均一度乱れを十分に抑制するコンパクトで軽量なマグネット１を提供できる。また、メインコイルとシールドコイルとに同量の電流が流れるため、磁場の調整が容易になるので、メインコイルの磁場強度にかかわらず、高い磁場均一度を達成できる。
【００２０】
次に、本発明に係る第２実施形態のマグネットについて説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係るマグネットを示す図である。このマグネット１０は、上記第１実施形態のマグネット１とほぼ同様の構成であるが、メインコイル３、シールドコイル４及び第２低温容器６の各中心軸が、中空筒２の中心軸線上に配置されている点で異なる。
【００２１】
次に、マグネット１０の作用について説明する。このマグネット１０は、上記第１実施形態のマグネット１と同様の作用を有する。また、メインコイル３、シールドコイル４及び第２低温容器６の各中心軸が同一軸線上に配置されているので、メインコイルとシールドコイルとから発生する磁場による引力の不均衡がなくなるとともに、磁場の径方向の成分不均一が抑制される。
【００２２】
上記第２実施形態のマグネット１０によれば、上記第１実施形態のマグネット１と同様の効果を有するとともに、メインコイルとシールドコイルとから発生する磁場による引力の不均衡がなくなるので、マグネットが力学的に安定するという利点もある。また、磁場の径方向の成分不均一が抑制されるので、試料空間の磁場均一度乱れをさらに抑制できる。
【００２３】
また、図示しないが、上記各実施形態のマグネットによれば、信号強度が高くなるので、高分解能の上記各実施形態のマグネットを備えたＮＭＲ分析装置、ＭＲＩ装置及びＩＣＲ質量分析装置を提供できる。
【実施例１】
【００２４】
次に、本発明の第１実施形態に係るマグネット１の実施例について説明する。まず、図１におけるマグネット１の主要構成部品の寸法を述べる。中空筒２の内径が１００ｍｍ、長さ９９０ｍｍ、メインコイル３は、内径１４０ｍｍ、外径２３０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、シールドコイル４は、内径４１０ｍｍ、外径４４０ｍｍである。なお、２つのシールドコイル４は、同中心軸線上に１４０ｍｍ離され、外側の端同士の距離が４８０ｍｍとなるように配置されている。また、外側の端同士の距離の中心がメインコイルの中心と同一直線上にあるように配置されている。
また、第１低温容器５の外筒５ａの内径は６００ｍｍ、長さは７８０ｍｍ、第２低温容器６の外側筒６ａ１（鉄部材）の内径は７９０ｍｍ、長さは８５６ｍｍ、肉厚が５ｍｍ、内側筒６ａ２の内径は７００ｍｍ、外容器７の筒７ａの内径は８６５ｍｍ、長さは９９０ｍｍである。また、蓋部６ｂの直径は７９５ｍｍ、肉厚は５ｍｍである。なお、第２低温容器６の外側筒６ａ１と蓋部６ｂとの重量は１１０ｋｇである。
【００２５】
図３は、実施例１のマグネット１のメインコイル３と２つのシールドコイル４に電流を流したときの漏れ磁場分布を示す図である。マグネット１のメインコイル３と２つのシールドコイル４に電流を１秒間に８３アンペア流すと、この図３に示すように、外容器７の外表面近傍での磁場は、中空筒２直近を除く全ての箇所で１０ガウス以下となることが確認された。具体的には、２０ガウスの分布線は、中空筒２の一端から最大でも１２ｃｍまで、５ガウスの分布線は、中空筒２の一端から最大でも２８ｃｍまでであった。ここで、漏れ磁場の測定は、ガウスメーターによって行った。以下の比較例においても同様である。
また、試料空間となる半径２５ｍｍ、長さ８０ｍｍの円筒状空間内における磁場均一度を測定したところ、最大値と最小値の差は５ｐｐｍ以内であった。
なお、試料空間の磁場は７テスラであった。
【比較例１】
【００２６】
次に、比較例１について説明する。図４は、比較例１のマグネット１１におけるメインコイル３と２つのシールドコイル４に電流を流したときの漏れ磁場分布を示す図である。この比較例１のマグネット１１は、マグネット１における第２低温容器６の外側筒６ａ１について、鉄の代わりにアルミニウムを用いたものである。図４に示すように、マグネット１１外壁面から４０ｃｍ離れた位置においても、１００ガウスの漏れ磁場が確認できた。
【比較例２】
【００２７】
次に、比較例２について説明する。図５は、比較例２のマグネット１２におけるメインコイル３に電流を流したときの漏れ磁場分布を示す図である。この比較例２のマグネット１２は、マグネット１におけるシールドコイル４を備えないもので、第２低温容器６の外側筒６ａ１について、鉄の代わりにアルミニウムを用いたものである。また、厚さ２０ｃｍの鉄板である磁性体シールド１３が、マグネット１２の外容器７の外周部から３０ｃｍ離して全面を覆うように配置されている。図５に示すように、中空筒２直近付近において、漏れ磁場を５０ガウス程度まで抑制することができた。なお、鉄板の重量は４．２ｔとなった。
【００２８】
したがって、上記比較例１では、漏れ磁場の抑制が十分にはできておらず、また、上記比較例２では漏れ磁場を抑制できているが、４．２ｔもの重量を有する鉄板による床荷重などの設置環境について問題が発生する。これらに対し、実施例１のマグネット１は、漏れ磁場を十分に抑制しながら、高い磁場均一度を保持しつつ、重量も軽くコンパクトなマグネットであることがわかる。
【００２９】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマグネットを示す図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るマグネットを示す図。
【図３】実施例１のマグネットの漏れ磁場分布を示す図。
【図４】比較例１のマグネットの漏れ磁場分布を示す図。
【図５】比較例２のマグネットの漏れ磁場分布を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１、１０、１１、１２     マグネット
２                   中空筒
３                   メインコイル
４                   シールドコイル
５                   第１低温容器
５ａ                  外筒
５ｂ、６ｂ、７ｂ      蓋部
５ｃ、６ｃ            内筒
６                   第２低温容器
６ａ                 ２重の外筒
６ａ１                      外側筒
６ａ２                      内側筒
７                   外容器
７ａ                  筒
８、１４            管
１３                 磁性体シールド
【図１】
2005093464.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005093464.tif 000005
【図４】
2005093464.tif 000006
【図５】
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