(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側領域に形成される測定空間に配された被測定物に印加する主磁場を発生する超電導磁石と、該超電導磁石をこれと同心状をなして囲繞し保冷するクライオスタットと、前記超電導磁石の内側領域に配され、前記主磁場の不均一を補正するための磁場補正用磁性体とを備えた超電導磁石装置において、前記磁場補正用磁性体が、磁性体粉と固着用の高粘性液とを混合したものを各所要位置に所要量付着させ形成した磁性体片であることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項２】
内側領域に形成される測定空間に配された被測定物に印加する主磁場を発生する超電導磁石と、該超電導磁石をこれと同心状をなして囲繞し保冷するクライオスタットと、前記超電導磁石の内側領域に配され、前記主磁場の不均一を補正するための磁場補正用磁性体とを備えた超電導磁石装置において、前記超電導磁石の内側領域に非磁性材よりなる円筒形基板が前記超電導磁石と同心状をなして配され、該円筒形基板表面の各所要位置に前記磁場補正用磁性体として磁性体片が取り付けられており、該各磁性体片が、磁性体粉と空気中で固化する高粘性液とを混合したものを前記円筒形基板表面に付着させ形成したものであることを特徴とする超電導磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ＮＭＲ装置は、人体の断層図を画像化するＮＭＲ−ＣＴ（核磁気共鳴イメージング装置）や、有機化合物の結合状態解析装置などのような核磁気共鳴現象（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）を観測・測定する装置である。本発明は、ＮＭＲ装置用の超電導磁石装置に関し、詳しくは、超電導磁石による主磁場の不均一を補正して高い磁場均一度を得るための磁場補正用磁性体を備えた超電導磁石装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＭＲ装置用の超電導磁石装置では、測定空間の磁場均一度が極めて高いこと、つまり磁束密度が一様で勾配がなく、磁束密度の空間的変化が極めて小さいことが要求される。そのため、このような磁場の高均一化を実現するために、設計段階では主磁場を発生する超電導磁石のコイル形状や電流密度等に工夫が施されている。しかし、設計通りの製作精度が得られ難いことや、装置設置場所に存在する例えば鉄筋コンクリート建屋の鉄筋のような外乱となる磁性体の影響を受けることなどにより、所望の磁場均一度が得られないことがある。このため、超電導磁石装置には、超電導磁石による主磁場の不均一を補正するための磁場補正用磁性体として、例えばニッケル片あるいは鉄片からなる大きさが数ミリ角程度の磁性体片が多数個配されている。この小さい磁性体片は磁性体シム（シム：shim）と称されている。
【０００３】
図４は従来の超電導磁石装置を示す模式的構成説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。同図において、１は被測定物Ｔに印加する主磁場を発生する円筒状をなす超電導磁石、３は立体円環状をなす銅製の液体ヘリウム容器である。超電導磁石１は液体ヘリウム容器３内に該磁石１を超電導の作動温度まで冷却して運転するための図示しない液体ヘリウム中に浸漬されて配置されている。４は立体円環状をなし、超電導磁石７を収容した液体ヘリウム容器３を囲繞する真空容器である。真空容器４はその内筒４ａが銅製で、それ以外の部分はステンレス鋼製である。この真空容器４と液体ヘリウム容器３との間に形成された真空断熱空間により、液体ヘリウムに対する室温からの熱放射を防ぐようになされている。
【０００４】
本例では、液体ヘリウム容器３及び真空容器４は、超電導磁石１をこれと同心状をなして囲繞し保冷するクライオスタット（極低温恒温装置）２を構成している。被測定物Ｔは、超電導磁石１の内側領域に形成される室温の測定空間に配されようになっている。そして、真空容器内筒４ａの該容器外部側の面に、主磁場の不均一成分を補正するために多数個の磁性体片Ｓが配されている。
【０００５】
この磁性体片Ｓの配設作業について説明する。本例の場合、超電導磁石１の外形寸法：内径９２ｍｍ，外径２２０ｍｍ，軸方向長さ３７０ｍｍとし、真空容器４の外形寸法（クライオスタットの外形寸法）：内径５４ｍｍ，外径６００ｍｍ，軸方向長さ８００ｍｍとし、超電導磁石１により該磁石中心部の測定空間に７テスラ（プロトン核磁気共鳴周波数３００ＭＨｚ相当）の高均一度磁場を発生させるものとし、厚み０．２ｍｍ×幅２ｍｍ×長さ４ｍｍで、矩形をなすニッケル箔よりなる磁性体片Ｓを、１３０箇所の位置にピンセットを用いて瞬間接着剤（エポキシ樹脂など）で貼りつけた。これらの磁性体片Ｓの貼りつけ位置はシミュレーション計算によって決定されたものであり、この貼りつけ作業には約２０時間を要した。
【０００６】
このようにして、内側領域に形成される測定空間に配された被測定物Ｔに印加する主磁場を発生する超電導磁石１と、該超電導磁石１をこれと同心状をなして囲繞し保冷するクライオスタット２と、超電導磁石１の内側領域であって、クライオスタット２の室温測定空間壁面に配置された多数個の磁性体片Ｓとを備えた超電導磁石装置が構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の超電導磁石装置では、磁場補正用磁性体として個々の大きさが数ミリ角程度の多数個の磁性体片Ｓを、クライオスタット２の数十ミリメートルという小径で円筒面をなす測定空間壁面の各所要位置にそれぞれ貼りつける構造のものであるから、これらの磁性体片Ｓの貼りつけ作業に多大の時間がかかるという問題があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、主磁場の不均一を補正するための磁場補正用磁性体を設ける作業が容易で、該作業にかかる時間を大幅に減らすことができるようにした超電導磁石装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本願第１の発明は、内側領域に形成される測定空間に配された被測定物に印加する主磁場を発生する超電導磁石と、該超電導磁石をこれと同心状をなして囲繞し保冷するクライオスタットと、前記超電導磁石の内側領域に配置され、前記主磁場の不均一を補正するための磁場補正用磁性体とを備えた超電導磁石装置において、前記磁場補正用磁性体が、磁性体粉と固着用の高粘性液とを混合したものを各所要位置に所要量付着させ形成した磁性体片であることを特徴とする超電導磁石装置として構成されている。
【００１０】
第２の発明は、内側領域に形成される測定空間に配された被測定物に印加する主磁場を発生する超電導磁石と、該超電導磁石をこれと同心状をなして囲繞し保冷するクライオスタットと、前記超電導磁石の内側領域に配され、前記主磁場の不均一を補正するための磁場補正用磁性体とを備えた超電導磁石装置において、前記超電導磁石の内側領域に非磁性材よりなる円筒形基板が前記超電導磁石と同心状をなして配され、該円筒形基板表面の各所要位置に前記磁場補正用磁性体として磁性体片が取り付けられており、該各磁性体片が、磁性体粉と空気中で固化する高粘性液とを混合したものを前記円筒形基板表面に付着させ形成したものであることを特徴とする超電導磁石装置である。
【００１２】
前記第１の発明による超電導磁石装置は、磁場補正用磁性体として、例えばクライオスタットの測定空間壁面の各所要位置に、磁性体粉と常温で固化する高固着用の粘性液とを混合したものを所要量付着することで磁性体片を設ける構造のものである。したがって、個々の大きさが数ミリ角程度の多数個の磁性体片を一つずつ貼りつける従来装置に比べて、磁場補正用磁性体を設ける作業が簡単で容易となる。
【００１３】
第２の発明による超電導磁石装置は、非磁性材よりなる円筒形基板の各所要位置に磁場補正用磁性体として磁性体片が取り付けられたものを超電導磁石の内側領域に挿入して配設した構造のものである。したがって、従来装置と違って直接にクライオスタット壁面に磁性体片の取付けを行う必要がなく、磁性体片取付け時に軽量・短尺の円筒形基板を自由に扱えることから、円筒形基板への磁性体片の取り付けを容易に行うことができる。さらに、円筒形基板の所要位置に、ニッケル箔などの磁性体片を貼りつけるのではなく、磁性体粉と固着用の高粘性液とを混合したものを所要量付着することで磁性体片を設けるようにしたものであるから、磁場補正用磁性体を設ける作業がより容易となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は第１の発明の一実施の形態を示す超電導磁石装置の模式的構成説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。ここで、以降の各実施の形態における超電導磁石１及びクライオスタット２については、前記図４に示した従来の超電導磁石装置のそれと同一形状、同一寸法であり、図４と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１７】
図１に示すように、本例による超電導磁石装置では、超電導磁石１による主磁場の不均一を補正するための磁場補正用磁性体として、クライオスタット２の測定空間壁面に、詳しくはクライオスタット２を構成する真空容器４の内筒４ａの該容器外部側の面の各所要位置に、磁性体粉と固着用の高粘性液とによる磁性体片Ｓ’が配されている。これらの磁性体片Ｓ’は、磁性体粉として平均粒径７０μｍの鉄粉と常温で化学反応により固化する高粘性液としてＥＰＯＮ系エポキシ樹脂とを均一に混合した混合液を、該混合液を一滴ずつ噴出可能な混合液噴出装置７により、各所要位置に一滴分ずつ付着させて形成したものである。混合液に対する鉄粉の重量比は３０％、噴出装置７は一滴あたり６０ｍｇの混合液を噴出するもので、よって各磁性体片Ｓ’は、それぞれ、１８ｍｇの鉄片による磁場補正を有するものとなっている。なお、前記ＥＰＯＮ系エポキシ樹脂の他に、スタイキャストが挙げられる。
【００１８】
これらの磁性体片Ｓ’を設ける位置は、磁場不均一成分を補正すべくシミュレーション計算によって決定されたもので本例では１７０箇所であった。その結果、シミュレーション計算通りの補正効果が得られ、測定空間に高均一磁場を発生することができた。そしてこのように、鉄粉と固着用エポキシ樹脂との混合液を付着させて磁性体片Ｓ’を形成するようにしたので、磁性体片を一つずつ貼りつける構造の従来装置に比べて磁場補正用磁性体を設ける作業が簡単で該作業時間を大幅に減らすことが可能となった。
【００１９】
図２は第２の発明の一実施の形態を示す超電導磁石装置の模式的構成説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。
【００２０】
図２に示すように、本例による超電導磁石装置は、非磁性材よりなる円筒形基板５の各所要位置に磁場補正用磁性体として鉄粉と固着用エポキシ樹脂とによる磁性体片Ｓ’が取り付けられたものを、真空容器４内側の室温の測定空間に挿入し、超電導磁石１と同心状に配設した構造のものである。非磁性材よりなる円筒形基板５は、この例では銅製であり、厚み１ｍｍ，内径５１ｍｍ，軸方向長さ２００ｍｍである。この円筒形基板５の内周面の１７０箇所の位置に、前記図１の場合と同様に、混合液噴出装置７により鉄粉とエポキシ樹脂との混合液を付着させて磁性体片Ｓ’を設け、しかる後、このものを真空容器４内側の測定空間に配設してある。本例の場合、クライオスタット２に比べて円筒形基板５が短尺・軽量であって、該円筒形基板５と噴出装置７とを容易に相対的に位置制御できることから、前記図１の装置に比べてより容易に磁性体片Ｓ’を設けることができた。また、補正効果もシミュレーション計算通りのものが得られた。なお、本例では、円筒形基板５の内周面に磁性体片Ｓ’を設けているが、これに限らず、円筒形基板５の外周面又は両方の面に設けるように構成してもよい。
【００２１】
図３は参考例による超電導磁石装置の模式的説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。前記図２の超電導磁石装置との相違点は磁性体片にある。
【００２２】
図３に示すように、本参考例による超電導磁石装置は、銅製の円筒形基板５の各所要位置に磁場補正用磁性体としてニッケル箔でなる磁性体片Ｓが取り付けられたものを、真空容器４内側の室温の測定空間に挿入し、超電導磁石１と同心状に配設した構造のものである。図２のものと同一の円筒形基板５の外周面の１３０箇所の位置に、前述した図４の従来装置で用いたものと同様に、厚み０．２ｍｍ×幅２ｍｍ×長さ４ｍｍのニッケル箔よりなる磁性体片Ｓをピンセットを用いて瞬間接着剤で貼りつけ、しかる後、このものを真空容器４内側の測定空間に配設してある。
【００２３】
本参考例の場合、これらの磁性体片Ｓの貼りつけ作業にかかる時間は、約１２時間であり、直接にクライオスタット２の測定空間壁面に磁性体片Ｓを貼りつける構造の前記図４に示す従来装置では狭隘でやりにくい状態での貼りつけ作業となって約２０時間を要したことに比べると、大幅に減らすことができた。また、シミュレーション計算通りの補正効果が得られた。なお、従来装置では、シミュレーション計算による補正効果の約７０％程度が得られており、この誤差は貼りつけ作業で生じる貼りつけ位置の位置ずれによるものと考えられる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、第１の発明による超電導磁石装置では、磁場補正用磁性体として、例えばクライオスタットの測定空間壁面の各所要位置に、磁性体粉と固着用高粘性液とを混合したものを所要量付着することで磁性体片を設けるようにしたものであるから、個々の大きさが数ミリ角程度の多数個の磁性体片を一つずつ貼りつける従来装置に比べて、容易に磁性体片を設けることができる。したがって、磁場補正用磁性体を設ける作業が容易で該作業時間を大幅に減らすことができ、ひいては超電導磁石装置の低コスト化を図ることができる。
【００３９】
また、第２の発明による超電導磁石装置は、非磁性材よりなる円筒形基板の各所要位置に磁場補正用磁性体として磁性体片が取り付けられたものを、超電導磁石の内側領域に配設するようにしたものである。これにより該装置では、従来装置と違って直接にクライオスタット壁面に磁性体片の取付けを行う必要がなく、磁性体片取付け時に円筒形基板を自由に扱えることから、円筒形基板への磁性体片の取り付けを容易に行うことができる。しかも、円筒形基板の所要位置に、ニッケル箔などの磁性体片を貼りつけるのではなく、磁性体粉と固着用の高粘性液とを混合したものを所要量付着することで磁性体片を設けるようにしたものであるから、磁場補正用磁性体を設ける作業がより容易に行え、該作業時間を大幅に減らすことができ、ひいては超電導磁石装置の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の一実施の形態を示す超電導磁石装置の模式的構成説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。
【図２】第２の発明の一実施の形態を示す超電導磁石装置の模式的構成説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。
【図３】参考例による超電導磁石装置の模式的構成説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。
【図４】従来の超電導磁石装置を示す模式的構成説明図で、全体の1/4 部分を切り取って装置内部を示すようにした図である。
【符号の説明】
１…超電導磁石  ２…クライオスタット  ３…液体ヘリウム容器  ４…真空容器  ５…円筒形基板  ７…混合液噴出装置  Ｔ…被測定物  Ｓ…ニッケル箔よりなる磁性体片  Ｓ’…鉄粉と固着用エポキシ樹脂とによる磁性体片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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