(57)【要約】    【課題】複数の超電導コイルが超電導接続されているコイル群による均一磁場発生マグネットにおいて、超電導接続部を中心磁場発生位置に近づけるためにマグネット軸方向の磁場を小さくする均一磁場発生マグネットに関する。    【解決手段】本発明の均一磁場発生マグネットは、ある軸線を共通の中心軸線として巻かれた複数の超電導コイルからなる第１のコイル群と第２のコイル群があり、各コイル群は互いに離れて対向するように配置され、中心磁場に対して逆向きの磁場を発生させるような磁気シールドコイルを各コイル群に対して複数備え、シールドコイルのうち少なくとも１つをコイル群よりも磁場発生位置からみてマグネット軸方向外側に配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある軸線を共通の中心軸線として巻かれた複数の超電導コイルから構成され、該超電導コイルは立ち上げ線を介して個々のコイルが超電導的に接続されている第１のコイル群と、該中心軸線を共通の中心軸線として巻かれた複数の超電導コイルから構成され、該超電導コイルは立ち上げ線を介して個々のコイルが超電導的に接続されている第２のコイル群があり、該第１のコイル群と該第２のコイル群は互いに離れて対向するように配置され、該第１のコイル群と該第２のコイル群に永久電流モードで電流を流すマグネットにおいて、中心磁場に対して逆向きの磁場を発生させるような磁気シールドコイルを該第１のコイル群と該第２のコイル群それぞれに複数備えており、該シールドコイルのうち少なくとも１つが該第１のコイル群及び該第２のコイル群よりも磁場発生位置からみて前記軸方向外側にあることを特徴とする均一磁場発生マグネット。
【請求項２】
前記シールドコイルが前記第１のコイル群及び前記第２のコイル群と共通の中心軸線で巻かれている請求項１に記載の均一磁場発生マグネット。
【請求項３】
前記シールドコイルが超電導コイルであり、前記第１のコイル群あるいは前記第２のコイル群と超電導的に接続されている請求項１または２に記載の均一磁場発生マグネット。    
【請求項４】
前記シールドコイルが超電導コイルであり、磁場調整用超電導コイルと超電導的に接続されている請求項１または２に記載の均一磁場発生マグネット。
【請求項５】
前記第１のコイル群と前記第２のコイル群において口出し線を介して個々のコイルが超電導的に接続している部分を超電導接続部とすると、該超電導接続部を前記軸方向の１Ｔ以下の領域に配置する請求項１〜４のいずれかに記載の均一磁場発生マグネット。
【請求項６】
磁場発生位置から前記中心軸方向に０．５ｍの位置で１Ｔ以下を達成する請求項１〜５のいずれかに記載の均一磁場発生マグネット。
【請求項７】
前記第１のコイル群、前記第２のコイル群、前記シールドコイルを備えているスプリット型マグネットに替えて、前記第１のコイル群および前記第１のコイル群のシールドコイルを備えている請求項１〜５のいずれかに記載のソレノイド型の均一磁場発生マグネット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の均一磁場発生マグネットを用いたことを特徴とするＮＭＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の超電導コイルが超電導接続されているコイル群による均一磁場発生マグネットに関し、特に、マグネット軸方向の磁場を小さくすることで超電導接続部を中心磁場発生位置に近づけることが可能な均一磁場発生マグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の超電導コイルが超電導接続されているコイル群による均一磁場発生マグネットを必要とするものとしてＮＭＲ装置がある。
【０００３】
図２は、従来型ＮＭＲ装置の超電導コイル群と超電導接続部の模式断面図を示す。一般的に従来型ＮＭＲ装置では、超電導コイル群２１はソレノイド型であり、超電導コイル群２１に含まれる各超電導コイルは、口出し線２３を介して超電導接続２４によって接続されている。
【０００４】
超電導接続２４は、その特徴である微小な接続抵抗を実現するためには経験磁場を小さくすることが必須である。従来型では縦置き（中心磁場の向きが縦方向）のため超電導コイル群２１より軸方向遠方に超電導コイルの冷媒となる液体ヘリウムの液溜めがあった。
【０００５】
コイル容器（クライオスタット）は、この液溜めまで含めた大きさにするため軸方向には空間的な余裕ができ、超電導接続２４を磁場発生位置から離れた位置（経験磁場が小さい位置）に配置することは大きな問題にはならなかった。さらに、磁場発生位置から離れた位置にあるコイルは磁場均一度に殆ど影響を与えないため、各超電導接続２４はそれぞれにシールドコイルを配置することも可能であった。従来型のＮＭＲ装置に関する詳細は、非特許文献１に記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】荒田洋治著「タンパク質のＮＭＲ」共立出版（１９９６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、図３に示す模式断面図のスプリット型ＮＭＲ装置では、従来型の縦置きとは違い横置き（中心磁場の向きが横方向）である。そのため軸方向の大きさは、超電導接続の位置で決まることになり、口出し線３３を長くして超電導接続３４の位置を磁場発生位置から遠ざけることは装置の大型化につながる。
【０００８】
大型化を避けるために、従来型のように各超電導接続３４をそれぞれにシールドコイルを配置すると、経験磁場の問題は解決されるものの、磁場発生位置から離れていないことや、超電導接続の数だけコイルを必要とするために、磁場発生位置の磁場均一度に大きく影響を与えてしまう。
【０００９】
本発明は、スプリット型ＮＭＲ装置では特に問題となる超電導接続部の、経験磁場を磁場発生位置の磁場均一度に影響を与えずに、小さくするものである。
【００１０】
また、本発明は、超電導コイルから超電導接続部までの口出し線の長さを、短尺化するものである。
【００１１】
さらに、本発明は、スプリット型ＮＭＲ装置を小型化するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の発明に関する均一磁場発生マグネットは、ある軸線を共通の中心軸線として巻かれた複数の超電導コイルから構成され、該超電導コイルは、立ち上げ線を介して個々のコイルが超電導的に接続されている第１のコイル群と、該中心軸線を共通の中心軸線として巻かれた複数の超電導コイルから構成される。
【００１３】
該超電導コイルは、立ち上げ線を介して個々のコイルが超電導的に接続されている第２のコイル群があり、前記第１のコイル群と第２のコイル群は互いに離れて対向するように配置され、該第１のコイル群と該第２のコイル群に、永久電流モードで電流を流すマグネットにおいて、中心磁場に対して逆向きの磁場を発生させるような磁気シールドコイルを該第１のコイル群と該第２のコイル群のそれぞれに複数備えており、該シールドコイルのうちの少なくとも１つが、該第１のコイル群および該第２のコイル群よりも、磁場発生位置からみて、前記軸方向外側にあることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の発明に関する均一磁場発生マグネットは、上記第１の発明において、前記シールドコイルが前記第１のコイル群および前記第２のコイル群と共通の中心軸線で巻かれていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の発明に関する均一磁場発生マグネットは、上記第１および第２の発明において、前記シールドコイルが超電導コイルであり、前記第１のコイル群あるいは前記第２のコイル群と超電導的に接続されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の発明に関する均一磁場発生マグネットは、上記第１または第２の発明において、前記シールドコイルが超電導コイルであり、磁場調整用超電導コイルと超電導的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第５の発明に関する均一磁場発生マグネットは、上記第１〜４の発明のいずれかにおいて、超電導接続部を前記軸方向の１Ｔ以下の領域に配置することを特徴とする。  本発明の第６の発明に関する均一磁場発生マグネットは、上記第１〜５の発明のいずれかにおいて、磁場発生位置から前記中心軸方向に０．５ｍの位置で１Ｔ以下を達成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第７の発明に関する均一磁場発生マグネットは、上記第１〜５の発明のいずれかにおいて、前記第１のコイル群、前記第２のコイル群、前記シールドコイルを備えているスプリット型マグネットに替えて、前記第１のコイル群および前記第１のコイル群のシールドコイルを備えているソレノイド型のものである。
【００１９】
本発明の第８の発明に関するＮＭＲ装置は、上記１〜７の発明のいずれかの均一磁場発生マグネットを用いたＮＭＲ装置にある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、中心磁場に対して逆向きの磁場を発生させるような磁気シールドコイルをマグネット軸方向外側に備えており、軸方向の漏洩磁場を小さくすることができる。
【００２１】
また、軸方向の漏洩磁場を抑えることによって、超電導接続部の経験磁場を小さくすること、並びに、口出し線を短尺化して、超電導接続部を磁場発生位置に近づけることが可能になる。
【００２２】
さらに、口出し線の短尺化は、スプリット型ＮＭＲ装置ではマグネット軸方向の大きさを低減することでもあるので、クライオスタットの小型化、重量の軽量化、熱侵入量の低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００２４】
〔実施例  １〕
図１は超電導コイルとシールドコイル、口出し線、超電導接続部を備えた本発明のスプリット型均一磁場発生マグネットの一部を断面した模式斜視図である。
【００２５】
図１では、図が煩雑になることを避けるために、右側のコイル群の口出し線および超電導接続は示していないが、実施する際にはこれらは必要である。
【００２６】
超電導コイル１１は複数個あり、これらが口出し線１３を介し超電導接続１４によって接続されている。
【００２７】
さらに、左右のコイル群それぞれにシールドコイル１２，１５を備えており、左右のコイル群は、ほぼ共通の中心軸に関して巻線されており、垂直な中央面に関してほぼ鏡面対称になっている。
【００２８】
また、シールドコイル１２，１５は、中心磁場に対して逆向きの磁場が発生するような方向に電流を流す。シールドコイル１２，１５共に超電導コイルであり、シールドコイル１２，１５共に図１に示すように超電導コイル１１と口出し線１３を介して超電導接続される。
【００２９】
また、超電導コイル１１、シールドコイル１２，１５、口出し線１３は電気的に直列に接続されており、永久電流モードで電流を流すことによって運転される。以下では本発明のスプリット型均一磁場発生マグネットを、ＮＭＲ装置で用いることを想定して説明するが、必ずしもＮＭＲ装置に限定されるものではない。
【００３０】
本実施例のＮＭＲ装置では、均一磁場発生マグネット以外に誤差磁場を補償するためのシムコイル群、永久電流モードで運転するための永久電流スイッチ、超電導コイルがクエンチした際に焼失することを防ぐ保護回路、コイル群を冷却する際の冷媒となる液体ヘリウム、それを保持する液体ヘリウム容器、液体ヘリウム容器への熱侵入量を低減するための輻射シールドおよび断熱真空層、輻射シールド層を冷却するための液体窒素層を備えている。
【００３１】
さらに、ＮＭＲ信号を検出・計測するために、検出用アンテナコイル、電磁波照射用のＲＦ照射コイル、試料の温度調節機構、サンプルを保持，回転させる機構、それらの信号処理装置、制御装置などを備えている。
【００３２】
また、超電導コイル群は９個の超電導コイルから構成されており、それぞれのコイルは経験磁場強度に応じて適切な超電導線材となるように、半径方向内側の６個のコイルはＮｂ３Ｓｎ線材、外側の３個のコイルはＮｂＴｉ線材によって巻かれている。
【００３３】
これらのコイル群の内半径は約８０ｍｍ、外半径は約３６５ｍｍであり、コイル群の内側にＮｂ３Ｓｎ線材で構成されたシムコイル群、外側にＮｂＴｉ線材で構成されたシムコイル群を配置することにより、誤差磁場を補償すると共に、高次項の磁場も補償している。
【００３４】
図４は、本実施例で中心磁場強度約１４．１Ｔ（プロトン共鳴周波数約６００ＭＨｚ）が発生した際の漏洩磁場分布を示したグラフ図であり、図５は、中心磁場強度は殆ど変わらないがシールドコイルはシールドコイル５２のみ配置し、超電導コイルより外側にはシールドコイルを配置しない場合の漏洩磁場分布を示したグラフ図である。
【００３５】
図４で示した超電導コイル４１と図５で示した超電導コイル５１は、全く同じ配置である。
【００３６】
また図６は、図４に示した本実施例で発生した１Ｔラインと超電導接続の位置を示した模式図である。さらに図７は、図５に示した構成のスプリット型均一磁場発生マグネットで発生した１Ｔラインと超電導接続の位置を示した模式図である。
【００３７】
図４では、シールドコイル４５による中心軸方向の漏洩磁場を小さくする効果が現れているため、図５では、中心軸上の１Ｔライン５６はマグネット中心から約０．６０ｍの位置になるのに対して、図４での１Ｔライン４６は約０．４８ｍの位置である。
【００３８】
ここで超電導接続は経験磁場が１Ｔ以下の位置に配置することを考えると、図６および図７に示したように、超電導接続は１Ｔラインまで近づけることができるので、シールドコイル６５の効果で、超電導接続６４の位置は超電導接続７４よりもマグネット中心に約０．１２ｍ近づけることができる。
【００３９】
言い換えれば、口出し線６３の長さを口出し線７３よりも約０．１２ｍ短尺化することが可能となるので、スプリット型ＮＭＲ装置の軸方向長さは約０．２４ｍ短くすることができ、クライオスタットの小型化になる。
【００４０】
さらに、クライオスタットの小型化は、重量の軽量化および熱侵入量の低減につながる。
【００４１】
〔実施例  ２〕
前記実施例１では、超電導接続は経験磁場が１Ｔ以下の位置に配置することを考えたが、経験磁場の上限は１Ｔに限ったものではない。使用する超電導線材の性能や超電導接続技術の向上など、様々な理由によって超電導接続の経験磁場に対する要求は異なるので、その要求に応じた位置に超電導接続を配置すればよい。
【００４２】
さらに、各超電導接続それぞれに、シールドコイルを備える従来型の方法と併用することも可能である。
【００４３】
本発明によって、マグネット軸方向の漏洩磁場は抑えられているため、各超電導接続に備えるシールドコイルは、中心磁場強度に殆ど影響を及ぼすことはない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のスプリット型均一磁場発生マグネットの一部を断面した斜視図である。
【図２】従来型ＮＭＲ装置のマグネットの模式断面図である。
【図３】本発明の構成ではないスプリット型マグネットの模式断面図である。
【図４】本発明の実施例における中心磁場強度１４．１Ｔが発生する際の漏洩磁場分布のグラフ図である。
【図５】本発明の構成ではないスプリット型マグネットで中心磁場強度１４．１Ｔが発生する際の漏洩磁場分布の一例を示すグラフ図である。
【図６】本発明の実施例における１Ｔラインと超電導接続位置を示す模式断面図である。
【図７】本発明の構成ではないスプリット型マグネットでの１Ｔラインと超電導接続位置を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１，４１，５１…超電導コイル、２１，３１，６１，７１…超電導コイル群、１２，１５，２２，３２，４２，４５，５２，６２，６５，７２…シールドコイル、１３，２３，３３，６３，７３…口出し線、１４，２４，３４，６４，７４…超電導接続、４６，５６，６６，７６…１Ｔライン、
【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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