(57)【要約】【課題】クエンチ過程においても漏洩磁場の領域拡大を効果的に抑制することができる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および核磁気共鳴装置を提供する。【解決手段】撮像領域Ｆの中心Ｏを通る中心軸Ｚ周りに環状に形成された複数の超電導コイル１０，１１，１２，２０および良導体リング４０を同軸上に備える超電導磁石装置であって、良導体リング４０は、電気的に開放された開放部を有し、開放部を電気的に接続または非接続を切り替え可能なスイッチ５０と、スイッチ５０の切り替えを制御する制御手段５２と、を、更に備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場空間中心を通る中心軸周りに環状に形成された複数の超電導コイルおよび良導体リングを同軸上に備える超電導磁石装置であって、
前記良導体リングは、
電気的に開放された開放部を有し、
前記開放部を電気的に接続または非接続を切り替え可能なスイッチと、
前記スイッチの切り替えを制御する制御手段と、を、更に備える
ことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】
前記超電導コイルの常電導転移を検出する検出手段を更に備え、
前記制御手段は、
常電導転移を検出した超電導コイルと、前記スイッチの切り替えとの関係を示す切替情報を記憶する記憶手段を有し、
前記検出手段が前記超電導コイルの常電導転移を検出すると、
前記記憶手段に記憶された前記切替情報に基づいて、前記スイッチを切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。
【請求項３】
前記スイッチは、
半導体スイッチング素子からなる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導磁石装置。
【請求項４】
前記良導体リングは、
前記超電導コイルを支持する巻き枠に設けられた支持部材によって支持され、冷却される構造を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項５】
前記複数の超電導コイルは、
順方向に永久電流を循環させて静磁場を誘導するメインコイルと、
逆方向に永久電流を循環させて漏れ磁場を抑制するシールドコイルと、を有し、
前記良導体リングは、
前記シールドコイルの径方向外側に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項６】
前記複数の超電導コイルは、
順方向に永久電流を循環させて静磁場を誘導するメインコイルと、
逆方向に永久電流を循環させて漏れ磁場を抑制するシールドコイルと、を有し、
前記良導体リングは、
前記シールドコイルの径方向内側に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項７】
前記複数の超電導コイルは、
順方向に永久電流を循環させて静磁場を誘導するメインコイルと、
逆方向に永久電流を循環させて漏れ磁場を抑制する一対のシールドコイルと、を有し、
前記良導体リングは、
前記中心軸方向に対して、前記一対のシールドコイルの両端より内側に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の超電導磁石装置と、
被検体を載置するベッドと、
前記ベッドに載置された前記被検体を前記磁場空間の撮像領域へ搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって前記撮像領域に搬送された前記被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段と、を備える
ことを特徴とする磁気共鳴画像装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の超電導磁石装置と、
前記磁場空間内に配置された検体からの核磁気共鳴信号を捉えるプローブと、
前記プローブで捉えた信号を解析する解析手段と、を備える
ことを特徴とする核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁石装置、および、この超電導磁石装置を用いた磁気共鳴画像装置ならびに核磁気共鳴装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴画像装置（以下、ＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置と称する。）は、生体の大部分を構成する水素原子核の核磁気共鳴（ＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)）現象が組織によって異なることを利用して、生体組織を画像化するものであり、共鳴の強さや、共鳴の時間的変化の速さが画像のコントラストとして現われるようになっている。
ＭＲＩ装置では、高画質の画像を得るために、撮像領域に高強度で高い静磁場均一度を有する磁場を生成する必要がある。そして、この高強度の静磁場を発生させるために、概して超電導磁石装置が用いられる。
【０００３】
超電導磁石装置には、高均一、高磁場、時間的に安定な磁場が求められる。超電導磁石装置の冷却には、液体ヘリウムによる浸漬冷却や、冷凍機による伝導冷却が用いられる。なお、冷凍機による冷却は、運転操作が簡便である利点がある。
【０００４】
ＭＲＩ装置に用いられる超電導磁石装置は、撮像領域の磁場空間に磁場を生成するための単一もしくは複数個の超電導主コイルと、超電導主コイルが生成する磁場が装置外へ漏洩することを抑制するための、超電導主コイルのコイル電流とは逆向きの電流を流した、単一もしくは複数個の超電導シールドコイルと、コイル電流が作る磁束を通すための磁路となる磁性材と、超電導主コイルおよび超電導シールドコイルの冷却用の液体ヘリウムを納めた冷却容器と、この冷却容器を包囲し、且つほぼ同軸上に設けられた輻射シールドと、さらにこの輻射シールドの外周に真空断熱用途で設けられた真空容器と、から構成されている。
【０００５】
ところで、超電導磁石装置の超電導コイル（超電導主コイル、超電導シールドコイル）に用いられている超電導線材の一部が超電導状態から常電導状態へと転移（常電導転移）する可能性がある。なお、この過程をクエンチと呼ぶ。
この過程では、超電導主コイルを流れる電流および超電導シールドコイルを流れる電流は時間的に減衰し、通常運転時の静磁場に対して、クエンチ時には動磁場が生成される。また、クエンチ時は、超電導主コイルを流れる電流による磁場と超電導シールドコイルを流れる電流による磁場が、通常運転時の平衡状態とは異なるため、装置外への漏洩磁場は拡大する可能性がある。
【０００６】
この漏洩磁場の拡大は、特に病院内などでは、電子機器の誤動作を誘発する恐れがあり、明らかに望ましくない。このため、クエンチ時の漏洩磁場の抑制のためには、通常運転時の超電導シールドコイル電流もしくは磁性シールド材のみではなく、変動磁場による誘導電流路となる導電性の高い部材を設置し、受動的に磁場をシールドする。
このような問題を解決する方法として、超電導主コイルと超電導シールドコイルの径方向（中心軸に鉛直に交差する方向）外周側に、クエンチ時の漏洩磁場を抑制するように構成した良導体リングを設置した技術が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２３３７０７号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２０８５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、超電導磁石装置は、複数の超電導コイルから構成されている。クエンチ過程においては、全磁気エネルギがジュール発熱によって熱エネルギに変換されるため、単一コイルで全磁気エネルギを消費すると超電導コイルの損傷をまねく可能性が高い。このため、超電導コイルはいくつかの電気回路に区分され、さらに保護抵抗を並列に接続することで超電導コイルの焼損を回避する手段がとられる。
【０００９】
しかし、電気回路が区分されることによって、各超電導コイルに流れる電流値は同一とはならない。超電導コイル全体が生成する全磁束が保存されるように、各区分された電気回路に電流が誘導されるため、当該電気回路ごとに、電流が減衰する場合と増大する場合が発生する。つまり、各超電導コイル電流が生成する磁場の重畳による漏洩磁場は、部分的に拡大する領域と縮退する領域が存在する。
【００１０】
漏洩磁場を抑制するための比抵抗の小さい良導体が周辺に存在する場合、この漏洩磁場の拡大する領域では、その磁束増加を打ち消す向きに誘導電流が流れてその拡がりを抑制する。しかし、漏洩磁場が縮退する領域では、その磁束減少を抑制する向きに誘導電流が流れて、逆に漏洩磁場領域を拡げる働きをする。
【００１１】
この状況を回避する対策として、クエンチバックヒータを各超電導コイルに設置して、クエンチを検出したら全ての超電導コイルを同時に常電導転移させる手段もあるが、クエンチバックヒータを設置することにより超電導コイルへの入熱量が増える可能性がある。
【００１２】
そこで、本発明は、このようなクエンチ過程においても漏洩磁場の領域拡大を効果的に抑制することができる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および核磁気共鳴装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を解決するために、本発明は、撮像領域中心を通る中心軸周りに環状に形成された複数の超電導コイルおよび良導体リングを同軸上に備える超電導磁石装置であって、前記良導体リングは、電気的に開放された開放部を有し、前記開放部を電気的に接続または非接続を切り替え可能なスイッチと、前記スイッチの切り替えを制御する制御手段と、を、更に備えることを特徴とする超電導磁石装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、クエンチ過程においても漏洩磁場の領域拡大を効果的に抑制することができる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および核磁気共鳴装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置の概念図である。
【図２】第１実施形態の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置のガントリの断面模式図である。
【図３】超電導磁石装置の保護回路を示す回路図である。
【図４】超電導磁石装置の良導体リングの構成を示す回路模式図である。
【図５】スイッチ制御部の記憶部に記憶されているマップの例である。
【図６】クエンチ開始からの超電導コイル群の電流の時間発展図である。
【図７】クエンチ開始からの超電導コイルのコイル端子間電圧の時間発展図である。
【図８】クエンチ開始からの良導体リングの誘導電流の時間発展図である。
【図９】第１実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。
【図１０】第１比較例の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。
【図１１】第２比較例の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。
【図１２】第２実施形態の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置のガントリの断面模式図である。
【図１３】第２実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。
【図１４】第３実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。
【図１５】第４実施形態の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置のガントリの断面模式図である。
【図１６】第４実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。
【図１７】本発明の超電導磁石装置が適用されるＮＭＲ装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、水平磁場方式のＭＲＩ装置について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の超電導磁石装置にも適用することができる。
【００１７】
≪第１実施形態≫
図１は、本発明の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置の概念図である。
このＭＲＩ装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)）現象を利用して被検体（図示せず、以下同じ）の断層画像を得るものであり、図１に示すように、被検体にＮＭＲ現象を誘起してＮＭＲ信号を受信するための各種装置を収容するガントリ１、被検体を載置するベッド２、このベッド２に載置された被検体を磁場空間内の撮像領域Ｆ（図２参照）へ搬送する搬送手段２ａ、ガントリ１内の各種装置を制御する電源や各種制御装置を収納した制御装置３、検出された核磁気共鳴信号を処理するコンピュータ等の処理装置４、および処理された核磁気共鳴信号に基づき断層画像を表示する表示装置５等を含み、それぞれ電源・信号線６で接続される。ガントリ１、ベッド２および搬送手段２ａは、高周波電磁波と静磁場を遮蔽する図示しないシールドルーム内に配置され、制御装置３、処理装置４および表示装置５は、シールドルーム外に配置される。
【００１８】
図２は、第１実施形態の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置のガントリの断面模式図である。
ガントリ１は、中心軸Ｚを中心とした円筒形状である。ガントリ１内には超電導磁石装置が設けられており、中心軸Ｚ上の中心に撮像領域Ｆが存在する。
ガントリ１に設けられた超電導磁石装置は、撮像領域Ｆに磁場を生成するための超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂと、生成した磁場が装置外へ漏洩することを抑制するための超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂと、一箇所もしくは複数個所が電気的に開放された環状の良導体リング４０Ａ，４０Ｂと、を有している。
超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂ、良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、中心軸Ｚを軸として同軸に配置されている。
また、超電導主コイル１０Ａと超電導主コイル１０Ｂとは、撮像領域Ｆの中心Ｏを通りかつ中心軸Ｚを法線とする対称面（図示せず）に対して対称に配置されている。同様に、超電導主コイル１１Ａ，１１Ｂは対称面に対して対称に配置され、超電導主コイル１２Ａ，１２Ｂは対称面に対して対称に配置され、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂは対称面に対して対称に配置され、良導体リング４０Ａ，４０Ｂは対称面に対して対称に配置されている。
【００１９】
また、超電導磁石装置は、超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂ、良導体リング４０Ａ，４０Ｂを、冷媒６１とともに収容する冷却容器６２と、この冷却容器６２を覆うように形成された輻射シールド６３と、冷却容器６２および輻射シールド６３を囲繞し、内部を真空にした真空容器６４と、を有している。
冷却容器６２に収容される冷媒６１としては、例えば液体ヘリウムなどの液化した冷媒６１が用いられており、この冷媒６１と輻射シールド６３とを冷却するための図示しない冷凍機が真空容器６４に設置されている。冷却容器６２内は、このような冷媒６１によって、例えば、４．２Ｋ程度に保たれている。
【００２０】
超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂには、一定の電流が流れており、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂには、超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂとは逆方向の一定の電流が流れている。
なお、これらの超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂは、電磁力、漏洩磁場、最大経験磁場、磁場均一度、および磁場強度を許容範囲内に抑えるように、位置、形状、および設置個数の変更が可能である。
【００２１】
図３は、超電導磁石装置の保護回路を示す回路図である。
超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂおよび超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂは、図３に示すような回路で接続されている。
超電導主コイル１０Ａと超電導シールドコイル２０Ｂとが対をなして直列に接続され超電導コイル群Ａ１を形成し、超電導主コイル１１Ａと超電導主コイル１２Ａとが対をなして直列に接続され超電導コイル群Ｂ１を形成し、超電導主コイル１２Ｂと超電導主コイル１１Ｂとが対をなして直列に接続され超電導コイル群Ｃ１を形成し、超電導シールドコイル２０Ａと超電導主コイル１０Ｂとが対をなして直列に接続され超電導コイル群Ｄ１を形成し、これらの超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１が直列に接続されている。そして、直列に接続された超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１に対して、並列に永久電流スイッチ３１が接続されて、超電導磁石装置の主回路が形成されている。
【００２２】
そして、双方向ダイオード３２が、それぞれの超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１と並列に接続されており、４つに分割された保護回路を構成している。ここで、双方向ダイオード３２は、２つのダイオードがそれぞれ逆方向に並列接続されてなる。
なお、超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂの組み合わせ、双方向ダイオード３２の構成数、保護回路の分割数は、クエンチ時のコイル電圧、温度上昇、電磁力、漏洩磁場を考慮して、これらが許容範囲に収まるように適宜設定することができる。
【００２３】
このような回路において、ＭＲＩ装置の通常運転時には、超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１と永久電流スイッチ３１とで構成される回路上に電流が流れる。つまり、双方向ダイオード３２には、電流が流れないようになっている。なお、必要に応じてダイオードの数を調整することによって、仮に、超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１の励磁時および消磁時等に、双方向ダイオード３２のダイオード順方向電圧を上回る電圧が発生したような場合にも、電流がダイオード側に分流しないようにすることができる。
また、クエンチ時には、超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂにおいて、ダイオード順方向電圧を大きく上回る電圧が発生するため、双方向ダイオード３２側に電流が流れる。
【００２４】
図２に戻り、良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、中心軸Ｚを軸として超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂと同軸に配置されており、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂに対して径方向（中心軸Ｚに鉛直に交差する方向）外側に配置されている。なお、良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、超電導コイル（超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂ）を支持する巻き枠に設けられた支持部材（図示せず）によって支持され、超電導コイルとともに冷却されるようになっている。なお、良導体リング４０Ａ，４０Ｂの材質は、アルミニウムや銅などの金属に加えて、超電導線材であってもよい。通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂおよびスイッチ制御部５２は、図４で後記する。
【００２５】
図４は、超電導磁石装置の良導体リングの構成を示す回路模式図である。
良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、一箇所もしくは複数個所が電気的に開放され、電気的に開放された箇所に通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂが設けられている。なお、図４では、電気的に開放された箇所が一箇所設けられた良導体リング４０Ａ，４０Ｂを図示している。
通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチング素子を単独もしくは複数個を並列接続してなり、スイッチ制御部５２の入力信号に応じて電気的に開閉する機能を有している。また、通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂは、良導体リング４０Ａ，４０Ｂの開放された箇所に近接して設けられていることが望ましい。
これにより、通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂが閉（オン）の場合、良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、磁場の変化に応じて誘導電流が流れることができるようになっている。一方、通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂが開（オフ）の場合、良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、誘導電流が流れることができないようになっている。
【００２６】
スイッチ制御部５２は、クエンチ検出部５３と、切替指令部５５と、記憶部５４と、を有している。なお、スイッチ制御部５２は、制御装置３（図１参照）の内部に設けられていてもよく、制御装置３（図１参照）とは別に設けられていてもよい。
【００２７】
クエンチ検出部５３は、各超電導コイル（超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂ）のコイル端子間電圧信号が入力され、超電導コイルで発生した常電導転移（クエンチ現象の発生）をコイル端子間電圧の変化として検出することができるようになっている。例えば、クエンチ検出部５３は、最初にコイル端子間電圧が所定の閾値を超えた超電導コイルをクエンチが発生した超電導コイルと特定する。
そして、クエンチ検出部５３は、常電導転移（クエンチ現象の発生）を検知すると、その検知に係る超電導コイル（超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂ）を示す信号を切替指令部５５に送信するようになっている。
【００２８】
記憶部５４は、クエンチが発生した超電導コイル群（超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１）と、その際の通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂの開閉との関係を示すマップ（切替情報）を記憶している。このマップ（切替情報）の例を図５に示す。
なお、このマップ（切替情報）は、超電導磁石装置の構成（超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂ、良導体リング４０Ａ，４０Ｂの位置、形状、および設置個数、超電導コイル群の組み合わせ等）に基づいて、数値解析により、クエンチ時の漏洩磁場の拡大が抑制される通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂの開閉の組み合わせを求めたものが記憶されている。
例えば、超電導シールドコイル２０Ｂ（超電導コイル群Ａ１）にクエンチが発生したと仮定して、（通電用スイッチ５０Ａ，通電用スイッチ５０Ｂ）が、（開，開）、（開，閉）、（閉，開）、（閉，閉）の全ての組み合わせに対して、漏洩磁場を数値解析し、漏洩磁場の拡大が抑制される通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂの開閉の組み合わせ（図５の例では、（開，閉））がマップ（切替情報）に記憶される。
【００２９】
切替指令部５５は、クエンチ検出部５３から受信したクエンチが発生した超電導コイルの属する超電導コイル群（超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１）に基づいて、記憶部５４に記憶されているマップ（例えば、図５）を参照して、通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂの開閉を決定し、通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂに開または閉を指令する信号を出力するようになっている。
【００３０】
＜作用・効果＞
次に、本実施形態に係る超電導磁石装置の作用・効果について説明する。
良導体リング４０Ａ，４０Ｂを、図２に示すように、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂに対して径方向外側に配置した第１実施形態に係る超電導磁石装置について、超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂを４つの超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１（図３参照）として構成し、後記するシミュレーション（数値解析）を行った。なお、超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂに初期通電した電流値は、撮像領域Ｆにおよそ３Ｔの磁場を生成するコイル電流値とした。また、良導体リング４０Ａ，４０Ｂの断面積を５０ｍｍ角とした。
【００３１】
超電導シールドコイル２０Ｂ（超電導コイル群Ａ１）でクエンチが発生したものと仮定し、通電用スイッチ５０Ａが開（オフ）、通電用スイッチ５０Ｂが閉（オン）として（図５参照）、後記するシミュレーション（数値解析）を行った。
【００３２】
第１実施形態の超電導磁石装置における数値解析結果を図６から図８に示す。
図６は、クエンチ開始からの超電導コイル群Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１（図３参照）の電流の時間発展図である。図７は、クエンチ開始からの超電導コイル（超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂ）のコイル端子間電圧の時間発展図である。図８は、クエンチ開始からの良導体リング４０Ａ、４０Ｂの誘導電流の時間発展図である。なお、クエンチが発生した時刻を時刻ゼロとしている。なお、良導体リング４０Ａは開回路（通電用スイッチ５０Ａが開（オフ））となっており、図８において、良導体リング４０Ａを流れる電流（誘導電流）はゼロとなっている。
【００３３】
クエンチ検出部５３が、超電導コイルにクエンチが発生したと判断するためのコイル端子間電圧の閾値を１００Ｖとすると、図７に示すように、クエンチ開始から約０．１５秒で閾値のコイル端子間電圧１００Ｖに達する。
そして、図８に示すように、クエンチ開始から約０．１５秒以内で良導体リング４０Ａを開回路（即ち、通電用スイッチ５０Ａを開（オフ））とすれば、良導体リング４０Ｂに主要な電流が流れる前にスイッチの開閉を行うことが可能であることがわかる。
【００３４】
即ち、クエンチ検出部５３において、コイル端子間電圧が閾値を超えたとして、超電導主コイル１０Ａまたは超電導シールドコイル２０Ｂ（即ち、超電導コイル群Ａ１）でクエンチが発生したと検出し、その後、切替指令部５５において、記憶部５４に記憶されたマップ（図５参照）に基づいて、通電用スイッチ５０Ａを開（オフ）としても、良導体リング４０Ａ，４０Ｂに主要な電流が流れる前にスイッチの開閉を行うことが可能であることがわかる。
【００３５】
図９に第１実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の漏洩磁場の拡がる領域を示した数値解析結果を示す。図９は、第１実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。図９（ａ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの正方向に最大となる状態を示し、図９（ｂ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの負方向に最大となる状態を示している。
ここで、縦軸は中心軸Ｚ（図２参照）に相当し、その中心が撮像領域Ｆの中心Ｏである。また、横軸は径方向（中心軸Ｚに鉛直に交差する方向）に相当する。なお、１メモリ０．５ｍである。
太実線で示す曲線は、５ガウスライン（超電導磁石装置からの漏洩磁場の磁束密度が５ガウス（０．５ｍＴ）となる境界）であり、漏洩磁場を評価する指標として用いる。なお、５ガウスラインは、漏洩磁場の評価として、広く用いられている基準値である（例えば、WHO, Environmental Health Criteria 69 "Magnetic Fields" 1987）。
【００３６】
超電導シールドコイル２０Ｂ（超電導コイル群Ａ１）でクエンチが発生すると、図６に示すように、超電導コイル群Ａ１（超電導主コイル１０Ａ、超電導シールドコイル２０Ｂ）を流れる電流が低下する。これにより、漏洩磁場は、まず、中心軸Ｚの正方向に拡大する。中心軸Ｚの正方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図９（ａ）に示すように、クエンチ開始から１．８４秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの正方向到達距離は６．０ｍであった。
【００３７】
その後、漏洩磁場は、中心軸Ｚの負方向に拡大する。中心軸Ｚの負方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図９（ｂ）に示すように、クエンチ開始から２．７６秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの負方向到達距離は５．２ｍであった。
【００３８】
ここで、比較例として、良導体リング４０Ａ，４０Ｂを有さない従来の超電導磁石装置（第１比較例）と、良導体リング４０Ａ，４０Ｂを有するが開放機構を有さない従来の超電導磁石装置（第２比較例）の数値解析結果、図１０および図１１に示す。
なお、第１比較例に係る超電導磁石装置は、本実施形態に係る超電導磁石装置の通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂを常開（オフ）としたものに等しく、第２比較例に係る超電導磁石装置は、本実施形態に係る超電導磁石装置の通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂを常閉（オン）としたものに等しい。
【００３９】
図１０は、第１比較例の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図であり、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの正方向に最大となる状態を示す。
第１比較例において、中心軸Ｚの正方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１０に示すように、クエンチ開始から１．８４秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの正方向到達距離は７．８ｍであった。なお、この時点で中心軸Ｚの負方向の漏洩磁場が最大となり、５ガウスラインの中心軸Ｚの負方向到達距離は５．０ｍであった。
【００４０】
図１１は、第２比較例の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。図１１（ａ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの正方向に最大となる状態を示し、図１１（ｂ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの負方向に最大となる状態を示している。
第２比較例において、中心軸Ｚの正方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１１（ａ）に示すように、クエンチ開始から１．６４秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの正方向到達距離は６．０ｍであった。また、中心軸Ｚの負方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１１（ｂ）に示すように、クエンチ開始から３．０秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの負方向到達距離は６．０ｍであった。
【００４１】
このように、第１実施形態に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図９参照）は、第１比較例および第２比較例に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図１０，１１参照）と比較して、中心軸Ｚ方向に非平衡な漏洩磁場の拡大が抑制されることがわかる。
以上のように、本発明によれば、特許文献１、２に記載された従来技術による漏洩磁場領域拡大の抑制（第２比較例に相当）を更に助長することが可能である。超電導磁石装置の高磁場化ニーズに伴う既存磁石装置のリプレースにおいても、漏洩磁場領域の拡大抑制は必須事項の一つである。
【００４２】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る超電導磁石装置について説明する。図１２は、第２実施形態の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置のガントリの断面模式図である。
第２実施形態に係る超電導磁石装置と、第１実施形態に係る超電導磁石装置との差異点は、第１実施形態に係る超電導磁石装置の良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、図２に示すように、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂに対して径方向外側に配置されているのに対し、第２実施形態に係る超電導磁石装置の良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、図１２に示すように、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂに対して径方向内側に配置されている点で異なる。
【００４３】
図１３は、第２実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。図１３（ａ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの正方向に最大となる状態を示し、図１３（ｂ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの負方向に最大となる状態を示している。
第２実施形態において、中心軸Ｚの正方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１３（ａ）に示すように、クエンチ開始から１．８８秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの正方向到達距離は６．８ｍであった。また、中心軸Ｚの負方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１３（ｂ）に示すように、クエンチ開始から２．６秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの負方向到達距離は４．５ｍであった。
【００４４】
このように、第２実施形態に係る超電導磁石装置は、良導体リング４０Ａ，４０Ｂを超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂの内側に設置することで、第１実施形態に係る超電導磁石装置と比較して（図２参照）、超電導磁石装置全体の大きさを小さくすることができる（図１２参照）。即ち、第２実施形態に係る超電導磁石装置は、良導体リング４０Ａ，４０Ｂを備えない超電導磁石装置(第１比較例)と同程度の大きさとすることができる。
また、第２実施形態に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図１３参照）は、第１比較例に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図１０参照）と比較して、漏洩磁場の拡大が抑制されることがわかる。
【００４５】
また、第２実施形態に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図１３参照）は、第２比較例に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図１１参照）と比較すると、中心軸Ｚの正方向の漏洩磁場は、拡大しているものの（図１１（ａ）、図１３（ａ）参照）、中心軸Ｚの負方向の漏洩磁場の拡大が抑制されることがわかる（図１１（ｂ）、図１３（ｂ）参照）。
このように、第２実施形態に係る超電導磁石装置は、ＭＲＩ用超電導磁石装置の周囲に設置された機器に対する磁気シールド対策として利用できる。
【００４６】
≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係る超電導磁石装置について説明する。
第３実施形態に係る超電導磁石装置と、第１実施形態に係る超電導磁石装置との差異点は、第１実施形態に係る超電導磁石装置の良導体リング４０Ａ，４０Ｂの断面積を５０ｍｍ角としたのに対し、第３実施形態に係る超電導磁石装置の良導体リング４０Ａ，４０Ｂの断面積を１００ｍｍ角とした点で異なる。なお、第３実施形態に係る超電導磁石装置の良導体リング４０Ａ，４０Ｂは、第１実施形態に係る超電導磁石装置（図２参照）と同様に、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂに対して径方向外側に配置されている。
【００４７】
図１４は、第３実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。図１４（ａ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの正方向に最大となる状態を示し、図１４（ｂ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの負方向に最大となる状態を示している。
第３実施形態において、中心軸Ｚの正方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１４（ａ）に示すように、クエンチ開始から１．８４秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの正方向到達距離は５．７ｍであった。また、中心軸Ｚの負方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１４（ｂ）に示すように、クエンチ開始から２．８４秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの負方向到達距離は５．２ｍであった。
【００４８】
このように、第３実施形態に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図１４参照）は、第１実施形態に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図９参照）と比較して、漏洩磁場の拡大が更に抑制されることがわかる。
【００４９】
≪第４実施形態≫
次に、第４実施形態に係る超電導磁石装置について説明する。図１５は、第４実施形態の超電導磁石装置が適用されるＭＲＩ装置のガントリの断面模式図である。
第４実施形態に係る超電導磁石装置と、第１実施形態に係る超電導磁石装置との差異点は、更に一対の良導体リング４１Ａ，４１Ｂが配置されている点で異なる。
【００５０】
良導体リング４１Ａ，４１Ｂは、良導体リング４０Ａ，４０Ｂと同様に、中心軸Ｚを軸として同軸に配置されており、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂに対して径方向（中心軸Ｚに鉛直に交差する方向）外側に配置されている。また、良導体リング４１Ａ，４１Ｂは、中心軸Ｚ方向に対して、一対の超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂの両端より内側に配置されている。また、一箇所もしくは複数個所が電気的に開放され、電気的に開放された箇所に通電用スイッチ５１Ａ，５１Ｂが設けられている。
通電用スイッチ５１Ａ，５１Ｂは、通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂと同様に、スイッチ制御部５２の入力信号に応じて電気的に開閉する機能を有している。
【００５１】
図１６に第４実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の漏洩磁場の拡がる領域を示した数値解析結果を示す。なお、良導体リング４０Ａ，４０Ｂ，４１Ａ，４１Ｂの断面積を５０ｍｍ角とした。また、超電導シールドコイル２０Ｂ（超電導コイル群Ａ１）でクエンチが発生したものと仮定し、通電用スイッチ５０Ａ，５１Ａが開（オフ）、通電用スイッチ５０Ｂ，５１Ｂが閉（オン）として、シミュレーション（数値解析）を行った。
【００５２】
図１６は、第４実施形態の超電導磁石装置におけるクエンチ時の最大漏洩磁場拡大範囲図である。図１６（ａ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの正方向に最大となる状態を示し、図１６（ｂ）は、漏洩磁場の拡大が中心軸Ｚの負方向に最大となる状態を示している。
第４実施形態において、中心軸Ｚの正方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１６（ａ）に示すように、クエンチ開始から１．８４秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの正方向到達距離は５．７ｍであった。また、中心軸Ｚの負方向の漏洩磁場が最大となる状態は、図１６（ｂ）に示すように、クエンチ開始から２．７６秒後で、このときの５ガウスラインの中心軸Ｚの負方向到達距離は５．０ｍであった。
【００５３】
このように、第４実施形態に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図１６参照）は、第１実施形態に係る超電導磁石装置における漏洩磁場（図９参照）と比較して、漏洩磁場の拡大が更に抑制されることがわかる。
なお、第４実施形態に係る超電導磁石装置は、良導体リングを２対設置するものとして説明したが、これに限られるものではなく、複数個の良導体リングを設置した構成であってもよい。
【００５４】
≪変形例≫
なお、本実施形態に係る超電導磁石装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００５５】
本発明の実施形態に係る超電導磁石装置は、ＭＲＩ装置（図１参照）に適用されるものとして説明したが、これに限られるものではなく、核磁気共鳴装置（以下、ＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)装置と称する。）に適用されるものであってもよい。なお、ＮＭＲ装置に適用する場合には、図２や図１５における冷却容器６２や真空容器６４などの形状、超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂの数や位置、形状などは適宜変更される。
【００５６】
図１７は、本発明の超電導磁石装置が適用されるＮＭＲ装置の概念図である。
ＮＭＲ装置は、図１７に示すように、超電導磁石装置１’が備えた超電導主コイル１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、超電導シールドコイル２０Ａ，２０Ｂによって磁場が形成される磁場空間Ｋに、検体（不図示、以下同じ）を入れるサンプル管Ｓが設置され、サンプル管Ｓに入れた検体からの核磁気共鳴信号を捉えるプローブＰ、プローブＰで捉えた核磁気共鳴信号を解析する解析手段としてのスペクトロメータＳＭ、そして超電導磁石装置１’やスペクトロメータＳＭの動作を制御するコンピュータ等の機器７０などで構成される。機器７０と超電導磁石装置１’およびスペクトロメータＳＭ、そしてスペクトロメータＳＭとプローブＰは、各々、配線Ｗを介して電気的に接続されている。また、図１７に示すようなＮＭＲ装置では、冷凍機（不図示）による振動を防止するため、冷凍機を設けない構成とする場合もある。
【００５７】
このようなＮＭＲ装置に用いた場合にも、開放部を有する良導体リング４０Ａ，４０Ｂ、通電用スイッチ５０Ａ，５０Ｂおよびスイッチ制御部５２（図示せず）により、超電導磁石装置におけるクエンチ時の漏洩磁場の拡大が抑制される。
【符号の説明】
【００５８】
１      ガントリ（超電導磁石装置）
２      ベッド
２ａ    搬送手段
３      制御装置（解析手段）
４      処理装置（解析手段）
５      表示装置
６      電源・信号線
１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ  超電導主コイル（超電導コイル、メインコイル）
２０Ａ，２０Ｂ  超電導シールドコイル（超電導コイル、シールドコイル）
３１    永久電流スイッチ
３２    双方向ダイオード
４０Ａ，４０Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ  良導体リング
５０Ａ，５０Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ  通電用スイッチ（スイッチ）
５２    スイッチ制御部（制御手段）
５３    クエンチ検出部（検出手段）
５４    記憶部（記憶手段）
５５    切替指令部
６１    冷媒
６２    冷却容器
６３    輻射シールド
６４    真空容器
７０    機器（解析手段）
Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１  超電導コイル群
Ｆ      撮像領域（磁場空間）
Ｋ      磁場空間
Ｏ      中心
Ｐ      プローブ
ＳＭ    スペクトロメータ（解析手段）
Ｚ      中心軸
【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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