(57)【要約】【課題】冷凍機が一定期間停止した状態でもＭＲＩ用超電導磁石の熱的安定性が保たれ、且つ、超電導磁石の生産コストを低減できる冷却構造を提供する。【解決手段】超電導コイル１の巻線方向の熱伝導率が高い性質を利用して、超電導コイル１の一部を液体ヘリウム温度に冷却できるように超電導コイル１の一部と液体ヘリウム５とをサーマルアンカ４ａ，４ｂで熱的に接続した。【選択図】  図１
2005116956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーナツ形状をした上部超電導コイルと、
ドーナツ形状をした下部超電導コイルと、
液体ヘリウムを収納する液溜と、
前記上部超電導コイル、前記下部超電導コイル及び前記液溜を収納する熱シールドと、
前記熱シールドを収納する真空容器と、
前記液溜及び前記熱シールドを冷却する冷凍機とを備え、
前記上部超電導コイルと下部超電導コイルの間の空間に鉛直方向の磁場を発生するＭＲＩ用超電導磁石において、
前記上部超電導コイル及び下部超電導コイルは、それぞれの巻枠に高熱伝導率材料からなるコイル伝導部材を介して巻回され、
少なくとも前記上部超電導コイルのコイル伝導部材に熱的に接続した高熱伝導率材料のサーマルアンカを前記液溜内に設けたことを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項２】
請求項１記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記コイル伝導部材は周方向に２個以上に分割されていることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記液溜は、前記上部超電導コイル及び下部超電導コイルの円周方向の一部の領域に設けられていることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項４】
請求項１記載のＭＲＩ用超電導磁石において、少なくとも上部超電導コイルの一部分に高熱伝導率材料からなる高熱伝導面部材が取付けられ、前記サーマルアンカは前記高熱伝導面部材に熱的に接続されていることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項５】
請求項４記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記液溜を構成する壁の一部を高熱伝導率材料からなる板によって形成し、前記サーマルアンカは前記板を介して前記高熱伝導面部材と熱的に連結されていることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項６】
請求項５記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記板はインジュウム製のパッキンを介して前記液溜に取付けられていることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項７】
請求項４記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記液溜は高熱伝導率材料で形成され、前記冷凍機に接続した熱交換器と前記高熱伝導面部材又はサーマルアンカとを前記液溜に熱的に接続したことを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項８】
請求項１記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記巻枠は前記液溜の壁部の一部を構成することを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項９】
請求項１記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記上部超電導コイル及び下部超電導コイルは前記液溜に連通するヘリウム槽内に設けられていることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記サーマルアンカは前記液溜内の液体ヘリウム液面が変化する方向に延在していることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【請求項１１】
請求項１記載のＭＲＩ用超電導磁石において、前記超電導コイル巻枠は銅合金又はアルミニウム合金からなる高熱伝導率材料でできていることを特徴とするＭＲＩ用超電導磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＩ用超電導磁石に関し、特にその冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）用超電導磁石は、ドーナツ形状の上下の超電導コイルの間に設定される空間に均一な磁場を発生させるためのものである。病院においてはこの上下の超電導コイルの間に患者を寝かせて、内臓等を検査するために使用される。従来は水平円筒形状の超電導コイルをＭＲＩ用の超電導磁石として利用していたが、患者が狭苦しく感じる等の問題があった。上下に配置される２個の超電導コイルを用いるＭＲＩ装置は、上下２個の超電導コイルによって水平方向に開放した空間部が形成されるため「オープン型」と呼ばれている。この「オープン型」ＭＲＩ装置は、従来型のような威圧感、圧迫感が少ないため病院の医師や患者に好評である。本発明は、この「オープン型」ＭＲＩ装置用の超電導磁石を対象とする。
【０００３】
超電導磁石の冷却構造に関し、特開２００１−２４４１０９号公報には、冷凍機と熱輸送体によって連結され、冷凍機を動作させることによりコイルの熱を奪い冷却する構造が記載されている。特開平１１−１７６６２９号公報には、超電導コイルの巻枠をアルミニウム合金で製作し、その巻枠に伝導部材を介して冷凍機を取付けた超電導磁石装置が記載されている。
【０００４】
また、特開２００２−２７０９１３号公報には、冷凍機停止時における液体ヘリウムの消費量を軽減するため、蒸発したヘリウムガスの顕熱を熱シールドの冷却に応用する技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４４１０９号公報
【特許文献２】特開平１１−１７６６２９号公報
【特許文献３】特開２００２−２７０９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＲＩ用超電導磁石は、主に病院で臨床用に使用される。このため、冷凍機が停止した場合でも超電導磁石が一定の期間クエンチしないことが要求される。従来のＭＲＩ用超伝導磁石は、冷凍機が停止している間に超電導磁石がクエンチを起こし、ＭＲＩ撮像装置の機能が停止してしまい医療機器として使えなくなる問題が起こってしまう。
【０００７】
本発明は、冷却構造を単純化することでＭＲＩ用超電導磁石の生産コスト低減を図ること、及び、搭載された冷凍機が一定期間停止した場合においても超電導磁石がクエンチしないＭＲＩ用超電導磁石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】
【０００８】
冷凍機が停止すると、ＭＲＩ用超電導磁石の液溜容器中の液体ヘリウムは輻射熱及び伝導熱を受けて蒸発する。この蒸発によって液体ヘリウムは消費され、液溜容器内の液体ヘリウムの液面高さは低くなる。液面高さが低くなった状態においても、超電導コイルが安定に動作できるように、超電導コイル外周に高熱伝導率の部材を設け、さらに、高熱伝導率部材又は超電導コイルの一部分のみに液体ヘリウムに浸漬される熱伝導部材又はサーマルアンカを設置した。
【０００９】
すなわち、本発明によるＭＲＩ用超電導磁石は、ドーナツ形状をした上部超電導コイルと、ドーナツ形状をした下部超電導コイルと、液体ヘリウムを収納する液溜と、上部超電導コイル、下部超電導コイル及び液溜を収納する熱シールドと、熱シールドを収納する真空容器と、液溜及び熱シールドを冷却する冷凍機とを備え、上部超電導コイルと下部超電導コイルの間の空間に鉛直方向の磁場を発生するＭＲＩ用超電導磁石において、上部超電導コイル及び下部超電導コイルは、それぞれの巻枠に高熱伝導率材料からなるコイル伝導部材を介して巻回され、少なくとも上部超電導コイルのコイル伝導部材に熱的に接続した高熱伝導率材料のサーマルアンカを前記液溜内に設けた。超電導コイルは荷重支持体によって真空容器から離して支持固定されている。コイル伝導部材は、巻枠のコイル巻回面に接触して収納される形状とすることができる。超電導コイル巻枠は銅合金又はアルミニウム合金からなる高熱伝導率材料で製作してもよい。コイル伝導部材は周方向に２個以上に分割されている。液溜は、上部超電導コイル及び下部超電導コイルの円周方向の一部の領域に設けられている。
【００１０】
少なくとも上部超電導コイルの一部分に高熱伝導率材料からなる高熱伝導面部材を取付け、サーマルアンカをその高熱伝導面部材に熱的に接続する構造としてもよい。液溜を構成する壁の一部を高熱伝導率材料からなる板によって形成し、サーマルアンカをその板を介して高熱伝導面部材と熱的に連結するようにしてもよい。また、液溜を高熱伝導率材料で形成し、冷凍機に接続した熱交換器と高熱伝導面部材又はサーマルアンカを液溜に熱的に接続してもよい。
【００１１】
超電導コイルの巻枠は液溜の壁部の一部を構成してもよい。上部超電導コイル及び下部超電導コイルは液溜に連通するヘリウム槽内に設けてもよい。
【００１２】
本明細書において「高熱伝導率」とは、室温での熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上を指す。この要件を満たす典型的な材料は、アルミニウム及び銅である。
【発明の効果】
【００１３】
サーマルアンカを超電導コイルと液体ヘリウム間に熱的に接続することで、液溜の液体ヘリウム高さが低い状態でも超電導コイルを安定に冷却できる。このため、液溜は容積のコンパクト化が可能となり、材料製作費及び輸送費が軽減できる。さらに、液溜を高熱伝導の液溜に代えることで、サーマルアンカ及び熱交換器の長さを縮小化できるのでコスト低減が図れる。また、サーマルアンカを介して超電導コイルを冷却する構造とすることにより、冷凍機が停止した場合においても一定期間超電導磁石がクエンチしない冷却システムが構築可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による伝導冷却型ＭＲＩ用超電導磁石の一例を示す全体外観図である。図２は、図１に示したＭＲＩ用超電導磁石の断面図を示したものである。
【００１５】
図１に示すように、本発明によるＭＲＩ用超電導磁石は、それぞれが超電導コイルを収納したドーナツ形状の真空容器１６が上下に２個相対して設置されている。このドーナツ形状の真空容器１６を連結した角柱形状の真空容器１６は、内部に液体ヘリウムの液溜が納められている。また、角柱形状の真空容器１６には冷凍機１１が搭載されている。
【００１６】
図２の断面図を参照すると、超電導磁石の超電導コイル１はコイル伝導部材２に巻付けられている。また、コイル伝導部材２は巻枠３に設置されている。コイル巻付け時及び超電導コイルに発生した電磁力に対する応力は、巻枠３の剛性が受け持つ。このため、巻枠３の材質としては、剛性の高いステンレス鋼が良い。また、電磁力が材料強度より低い場合には熱伝導率の高い黄銅等の銅合金又はジュラルミン等のアルミニウム合金が良い。コイル伝導部材２の材質は、高熱伝導率を有する銅、銅合金又はアルミニウム、アルミニウム合金等が良い。コイル伝導部材２の厚さは５ｍｍとしたが、他の状況が許せば厚いほうが好ましい。
【００１７】
図３及び図４はコイル伝導部材２の説明図であり、図３は正面図、図４は上面図である。コイル伝導部材２は、巻枠３の内側に設置され、超電導コイル１は、巻枠３より熱伝導率の高いコイル伝導部材２上に巻回されている。コイル伝導部材２を巻枠３に設置するに当たっては、図３及び図４に示すように、リング状のコイル伝導部材２を半割にして巻枠３に取付ける。あるいは、コイル伝導部材２を３個以上に分割して巻枠３に設置しても良い。
【００１８】
図２に戻り、本発明の超電導磁石は、超電導コイルの熱を液体ヘリウム５に導くためのサーマルアンカ４ａ，４ｂを有する。サーマルアンカ４ａ，４ｂは、共に高熱伝導率を有する銅又はアルミニウム等の材質でできており、コイル伝導部材２にボルト４ｃによって締結されている。
【００１９】
高熱伝導面部材６は、超電導コイル１の一部の面とサーマルアンカ４ａ，４ｂの間に設置され、超電導コイル１の熱をサーマルアンカ４ａ，４ｂに伝える働きをする。高熱伝導面部材６も高熱伝導率材料で製作するのが望ましい。また、サーマルアンカ４ａ，４ｂは超電導コイル１の巻枠３にボルト締結されるので、ボルト締結時に超電導コイル１とサーマルアンカ４ａ，４ｂとが密着するように、柔軟性に富んだ高熱伝導率のインジュウム等が高熱伝導面部材６の材質に適している。
【００２０】
液体ヘリウム５は液溜７に収納される。熱絶縁体８は、低熱伝導率で強度が高いＦＲＰがよいが、ヘリウム温度で熱伝導率が小さなステンレス鋼を使用してもよい。強度部材９はステンレス鋼でできている。断熱荷重支持体１０には、高強度で熱絶縁効果が高いカーボンＦＲＰ、アルミナＦＲ又はガラスＦＲＰの材質が適している。図１に示した外観図からも明らかなように、液溜７は超電導コイル１の外周全体に渡って設けられているのではなく、超電導コイルの一部分と接続されている。このように、本発明のＭＲＩ用超電導磁石は、伝導型超電導磁石でありながら、浸漬冷却型の超電導磁石と同様に液溜７を部分的に設置したところにも特徴がある。
【００２１】
冷凍機１１としては、２段の小型ヘリウム冷凍機を備える。１２は冷凍機１１の第１ステージで、１３は第２ステージである。冷凍機１１の冷凍性能は、第１ステージ１２の温度が６０Ｋのとき６０Ｗ、第２ステージ１３の温度が４Ｋのとき１Ｗ程度以上の性能が望ましい。熱交換器１４は、冷凍機１１の第２ステージ１３と熱的に連結されている。液溜７内の熱交換器１４は、蒸発したヘリウムガスを凝縮させて液化させることができる。また、液溜７内部の熱交換器１４は、熱交換器１４の端部が液体ヘリウム５中にあるときは、自然対流によって液体ヘリウムを冷却することも可能である。
【００２２】
冷凍機１１の第１ステージ１２は、熱シールド１５と熱的に接続されている。真空容器１６の室温壁面からの輻射熱をこの熱シールド１５で受けているため、熱シールド１５内部設置された超電導コイル１、巻枠３、液溜７、熱絶縁体８そして強度部材９等は、真空容器１６壁面からの輻射熱を受けない。さらに、この輻射熱を遮蔽するために熱シールド１５外表面上に積層断熱材を設けてもよい。積層断熱材は、プラスチックフィルム上にアルミニウム蒸着した蒸着膜を多層に重ねたものである。
【００２３】
液溜７の上部には、液体ヘリウムを注液するとき用いる注液口１７、及びヘリウムガスを吐出するための吐出口１８が設けられている。吐出口１８には手動で開閉できる弁１９が取付けられている。この弁１９は液体ヘリウムを注液するとき開き、注液後、閉じるために使用される。冷却配管２０は、液溜７上部と連通し、かつ、熱シールド１５と熱的に連結さている。大気中の冷却配管２０には逆止弁２１が取付けられている。この逆止弁２１は、冷凍機１１の冷却性能が高く、液溜７内の液体ヘリウム５の温度が４．２Ｋ以下になった場合、液溜７内部の圧力が負圧のとき弁が閉じ、逆に、冷凍機１１が停止してしまい、液体ヘリウムへの熱侵入によって蒸発が増え、液溜７内部の圧力が設定圧力以上で弁は開く。逆止弁では自動的にこの開閉操作が行われるので、冷凍機１１停止時、液溜７内部の圧力が高くなったとき、逆止弁２１が開き、冷たいヘリウムガスが冷却配管２０に流れる。このため、熱シールドは蒸発したヘリウムガスによって冷却されるので、熱シールドの温度上昇を抑えることができる。液溜７上部と連通して破壊板２２が設けられており、この破壊板２２は、万が一超電導コイルがクエンチして、瞬時に大量に蒸発したヘリウムガスで液溜７の内圧が異常に高くなったとき破壊する。この破壊板２２の破壊によって液溜７の破壊を防止する。また、逆止弁２１が正常に動作せず液溜７の内圧が高くなったときにも、この破壊板２２は破壊する。
【００２４】
図２に示した超電導コイル１は液体ヘリウム５を直接触れて冷却するものではなく、超電導コイル１の熱を高熱伝導面部材６、サーマルアンカ４ａ，４ｂ、そして液体ヘリウム５に伝え、サーマルアンカ４ａ，４ｂで沸騰によって冷却するものである。また、上述のように、液溜７は超電導コイル１の外周全体に渡って設けられているのではなく、超電導コイル１の一部分と接続されている。従って、超電導コイル１の熱を伝達するサーマルアンカ４ａ，４ｂは液溜７があるところにのみに設置されている。
【００２５】
図５は、サーマルアンカ４ａ，４ｂを取付けた部分の斜視図である。図５には液溜７を取り除いた部分のみ示している。このように、サーマルアンカ４ａ，４ｂは超電導コイル１の外周の一部のみに取付けられている。
【００２６】
液溜７から離れた超電導コイルで熱が発生した場合、超電導コイル１の熱は超電導コイル１の外周のコイル伝導部材２に伝達されてサーマルアンカ４ａ，４ｂから液体ヘリウム５に伝えられる。この構造により、超電導コイル１は直接冷媒が触れて冷却していた浸漬冷却と同じ冷却効果をもつ。このような構造の採用により、本発明のＭＲＩ用超電導磁石は、冷却構造が単純化して超電導磁石の生産コスト低減と超電導磁石の重量軽減が図られ、仮に冷凍機が停止したとしても少なくとも１日放置しても超電導磁石がクエンチすることがない。
【００２７】
冷凍機１１が停止した場合、冷凍機１１の第１ステージ１２、及び第２ステージ１３の温度が上昇する。これに伴い、第１ステージ１２と連結された熱シールド１５の温度も上昇する。また、液溜７内の熱交換器１４も温度が上がる。このため、熱交換器１４が液体ヘリウム５に直接接している場合には、液体ヘリウム５へ熱侵入量が増えて蒸発したガスで液溜７の内圧が上昇して設定以上の内圧で逆止弁２１が開き冷却配管２０にガスが流れる。このガスは低温であるため、熱シールド１５を冷却する。この熱シールド１５の温度を下げることで、熱シールド１５の内部にある液溜７及び超電導コイル１等への輻射熱及び荷重支持体１０の伝導熱が抑えられる。
【００２８】
冷凍機１１が停止して、液体ヘリウム５に熱交換器１４が触れていない場合には、液溜７内のガスと熱交換器１４とが自然対流によって熱交換する。液と触れている場合より熱交換量は小さいが、この自然対流は液体ヘリウム５に熱を与えるので液体ヘリウムは蒸発する。液溜７内の蒸発ガスが設定以上の内圧になれば逆止弁２１が開き、冷却配管２０を流れ、そして熱シールド１５を冷却する。
【００２９】
このように、冷凍機１１が停止した場合においては蒸発したガスの顕熱により熱シールド１５が冷却されるので、液体ヘリウム５の蒸発量を小さくすることができる。
【００３０】
通常、冷凍機１１が正常に動作しているときは、熱交換器１４が約４．２Ｋ以下に維持されるので、熱交換器１４と液体ヘリウム５が触れている場合、自然対流によって液体ヘリウム５は冷却される。また、熱交換器１４と液体ヘリウム５が触れていない場合、熱交換器１４と液体ヘリウム５の上部にあるヘリウムガスとが触れて熱交換器１４の表面で凝縮が起こる。液体ヘリウムに入る熱侵入量が冷凍機１１の第２ステージの吸熱量を上回れば液溜７の内部の圧力は負圧になるので逆止弁２１が閉じる。
【００３１】
液体ヘリウム５の熱侵入量が冷凍機１１の第２ステージの吸熱量より大きければ、液体ヘリウムの温度は４．２Ｋ以上に上昇し、液溜７の内部圧力も正圧（大気圧以上の圧力）になる。逆止弁２１の設定圧力以上のとき逆止弁２１が開き、液溜７内部の蒸発ガスが大気に流れる。このようなとき、液体ヘリウム５の液面高さは時間とともに下がりつづける。サーマルアンカ４ａは、液面高さが低くなったときにおいても液体ヘリウム５に接触できるように長くできている。
【００３２】
冷凍機１１が停止したときは、液体ヘリウムの蒸発量が多くなり、液体ヘリウムの液面高さの降下速度が大きくなる。超電導コイル１がある一定期間クエンチせず熱的に安定な状態を維持するには、液溜７の容積を大きくすること、及び液体ヘリウム５への熱侵入量を小さくする設計手法がある。しかしながら、液溜７容積の増大は超電導磁石の設置面積の増大を招き、使用可能な病院が限られてしまう欠点がある。また、熱侵入量低減法は冷凍機の性能アップ等これからの技術開発を待たなければならない。
【００３３】
これに対して、本発明によると、液溜７の底まで長くしたサーマルアンカ４ａを上部超電導コイル１に熱的に接続することで、液体ヘリウム５の液面が上部超電導コイル１の位置から下がっても上部超電導コイル１を液体ヘリウム温度に維持できるので、超電導超電導コイル１のクエンチのない熱的に安定なＭＲＩ用超電導磁石を提供することが可能となる。このように本発明は、現実的な手段によって、たとえ冷凍機１１が停止し液体ヘリウムの液面が下がっても、サーマルアンカ４が液体ヘリウム５に触れている間は超電導コイルのクエンチを回避することができる。そのため、液体ヘリウムの液量を少なくできるので、液溜容積のコンパクト化が図られる。また、これにより、製造コストを低減できる効果がある。
【００３４】
図２に示したＭＲＩ用超電導磁石は、液体ヘリウムが直接接触しない伝導型の超電導コイル１を使用している。この超電導コイル１は、ニオブ・チタンの超電導線とこの超電導線の周りを銅で線状に形成した線を高熱伝導率のコイル伝導部材２に巻付けたものである。また、この超電導コイルは、線と線の間にエポキシ樹脂が入っている。この超電導コイルの熱伝導率は方向によって異なる。巻線方向と巻線に垂直な方向の温度４．２Ｋでの熱伝導率は、約２００Ｗ／ｍＫと約０．３Ｗ／ｍＫである。従って、超電導コイル巻線に垂直方向の熱は伝達しにくいが、超電導コイル巻線方向の熱は高い熱伝導率によって伝達が良好である。
【００３５】
本発明の基本発想はこの性質を利用したものである。コイル状に巻き付けた超電導コイル１の冷却は、超電導コイル１の一部を液体ヘリウム温度に冷却できれば超電導コイル巻線方向の伝導熱で超電導コイル１全体を液体ヘリウム温度にすることができる。このため、超電導コイルの１部を液体ヘリウム温度にするため、液体ヘリウム５に接したサーマルアンカ４ａ，４ｂを高熱伝導面部材６に接触させている。さらに、高熱伝導面部材６を超電導コイルの一部に接触させている。高熱伝導面部材６は、サーマルアンカ４ａ，４ｂと超電導コイルの一部を熱的に連結する役目がある。このため、接触熱コンダクタンスが高いインジュウムが材料として適している。この他、グリース、高分子材料等でも熱伝導率が高く実接触面積が確保されるものであれば高熱伝導面部材６の材質に利用できる。
【００３６】
図６は、サーマルアンカの他の例とその周辺部の構造を示した断面摸式図である。液溜７は真空容器中１６にあるため密閉性を確保する必要がある。ここでは、サーマルアンカ４ａを熱的に超電導コイル１と連結して、しかも液溜７内に取付ける方法について説明する。
【００３７】
銅板２３は、サーマルアンカ４ａと高熱伝導面部材６との間に挟まれている。銅板２３の働きは、超電導コイル１の熱をサーマルアンカ４ａに効率良く伝えることにある。したがってその材質は銅である。銅板２３の上下にパッキン２４を取付けた。このパッキン２４の材質はインジュウムである。銅板２３と液溜７間のインジュウムパッキン２４は、ボルト２５で締め付けることで接触する面に沿って変形される。この変形によって液溜７と銅板２３が密着されて、液溜７の密封が保持される。コイル伝導部材２と銅板２３はボルト２６によって締結される。超電導コイル１の熱は、高熱伝導面部材６、銅板２３そしてサーマルアンカ４ａ、又はコイル伝導部材２から銅板２３そしてサーマルアンカ４ａに流れる。このように、サーマルアンカ４ａは液溜７に取付けたとき液溜の密閉性を維持して超電導コイル１の熱を輸送することができる。
【００３８】
図７は、本発明を、浸漬型超電導磁石を用いたＭＲＩ用超電導磁石に適用した例を示すものである。超電導コイルは、上部と下部にメイン超電導コイル５０と補助超電導コイル５１それぞれ１個づつ取付けられている。メイン超電導コイル５０は所定の磁場を発生させるためのもので、補助超電導コイル５１は磁場の均一度を調整すること及び超電導磁石から外部に漏れる磁場を封じ込める役目をする。
【００３９】
メイン超電導コイル５０と補助超電導コイル５１は、それぞれに液体ヘリウム５が入るヘリウム槽５２内に取付けられている。このヘリウム槽５２は液溜７の容器の一部になっており、液体ヘリウムの液面が超電導コイル高さ以上になると液体ヘリウムがヘリウム槽５２を流れる。また、メイン超電導コイル５０と補助超電導コイル５１とそれぞれのヘリウム槽５２の間にはコイル伝導部材２が設置されている。このコイル伝導部材２は、図３及び図４に示したように半割形状である。超電導線を巻き付けるときは、コイル伝導部材２を巻枠３に取付けた状態で巻線を行う。
【００４０】
サーマルアンカ４ａはコイル伝導部材２と連結されている。サーマルアンカ４ａに液体ヘリウム５が触れることで、メイン超電導コイル５０及び補助超電導コイル５１の熱がコイル伝導部材２からサ−マルアンカ４ａ、そして液体ヘリウム５に伝わる。サーマルアンカ４ａが液体ヘリウム５に触れていれば、メイン超電導コイル５０及び補助超電導コイル５１が冷却される。サーマルアンカ４ａが長いほど、液体ヘリウム５の高さがメイン超電導コイル５０及び補助超電導コイル５１の位置より低くとも液体ヘリウム５に接触していれば超電導コイル自体を安定に冷却できるので、液体ヘリウムの容積が小さな液溜７ですむ。つまり、コンパクトな超電導磁石を提供することが可能となる。また、液溜１１の容積が小さいことは材料コスト及び超電導磁石の輸送コスト低減につながる。
【００４１】
このように、浸漬型ＭＲＩ用超電導磁石においても、サーマルアンカ４ａを設置することにより、図２に示した伝導冷却型ＭＲＩ用超電導磁石の場合と同様に、冷凍機１１が停止しても一定期間超電導磁石のクエンチを回避して運転することが可能になる。  
【００４２】
図８は、図１の液溜７の材質を銅等の高熱伝導率材料にしたＭＲＩ用超電導磁石の例を説明する断面図である。液溜７の材質を銅等の高熱伝導率材料にすることにより、図２に示した液溜７内部にあるサーマルアンカ４ａ及び熱交換器１４の一部は不要となる。その代わり、残った熱交換器１４及びサーマルアンカ４ａの端部を液溜７と熱的に接続している。このように、液溜７を高熱伝導材で製作することでサーマルアンカ４ａ及び熱交換器１４を短くできるので、材料費が低減できる効果がある。
【００４３】
図２及び図８に示した超電導磁石は液体ヘリウム５に浸さない熱伝導冷却型の超電導磁石であるが、図７に示した浸漬冷却型超電導磁石の場合にも、液溜７の材質を銅等の高熱伝導率材料にすることにより、サーマルアンカ４ａ及び熱交換器１４の長さを短くすることが可能である。
【００４４】
図９は、液体ヘリウム５の液溜７の材質を高熱伝導部材に代えた場合の浸漬型超電導磁石を示したものである。冷凍機１１の第２ステージ１３と接続された熱交換器１４の端部を高熱伝導の液溜７外周に熱的に接続すること、また、コイル伝導部材２に熱的に接続されたサーマルアンカ４ａの端部を近傍の液溜７に熱的に接続することで、サーマルアンカ４ａ及び熱交換器１４が短くなる。液体ヘリウム５の液面が低下した場合でも、液溜７の温度は常に液体ヘリウム温度が維持されているので、サーマルアンカ４ａ及び熱交換器１４の長さが短くなったときに生じる熱の問題も起きない。
【００４５】
このように、熱伝導型冷却又は浸漬冷却型ＭＲＩ用超電導磁石の液溜７を高熱伝導材にすることで材料費の低減及び製品のコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による伝導冷却型ＭＲＩ用超電導磁石の外観図。
【図２】図１に示したＭＲＩ用超電導磁石の断面図。
【図３】コイル伝導部材の正面図。
【図４】コイル伝導部材の上面図。
【図５】サーマルアンカとその周辺部の斜視図。
【図６】サーマルアンカ近傍の断面図。
【図７】浸漬冷却型ＭＲＩ用超電導磁石の断面図。
【図８】他の実施形態における伝導冷却ＭＲＩ用超電導磁石の断面図。
【図９】他の実施形態における浸漬冷却型ＭＲＩ用超電導磁石の断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１：超電導コイル
２：コイル伝導部材
３：巻枠
４ａ，４ｂ：サーマルアンカ
６：高熱伝導面部材
７：液溜
１１：冷凍機
１２：第１ステージ
１３：第２ステージ
１４：熱交換器
１５：熱シールド
１６：真空容器
５０：メイン超電導コイル
５１：補助超電導コイル
５２：ヘリウム槽
【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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