(57)【要約】【課題】改善されたＤＮＰ装置を提供すること。【解決手段】ＤＮＰ装置内で用いられる冷却材サブアセンブリは、以下のものを含む。向かい合う第１及び第２の端部を有する内側ボアチューブ（６）を囲む多数の同心ジャケット（７，１４，１６，１７）を含み、ジャケットは内側ボアチューブ（６）への熱流を妨げるように適応されており、ＤＮＰ作業領域（２１）は内側ボアチューブ（６）内に規定されており、ここでＤＮＰ工程がＤＮＰ作業領域内の試料上で行われる。冷却材供給経路（２）は、ＤＮＰ作業領域（２１）における内側ボアチューブ（６）の外面に隣接して延びて前述の外面を冷却し、それによって試料ホルダ・アセンブリ（１８）を、内側ボアチューブの第１の端部を通して挿入して、試料・ホルダをＤＮＰ作業領域に導き、内側ボアチューブの第２の端部を通して移動させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＮＰ装置において用いるための冷却材サブアセンブリであって、
向かい合う第１及び第２の端部を有する内側ボアチューブを囲み、前記内側ボアチューブへの熱流を妨げるように適応された多数の同心ジャケット、
を含み、ＤＮＰ作業領域は前記内側ボアチューブ内に規定され、ＤＮＰ工程が前記ＤＮＰ作業領域における試料上で行われ、試料ホルダアセンブリを前記内側ボアチューブの前記第１の端部を通して挿入して、試料ホルダを前記ＤＮＰ作業領域に導き、前記内側ボアチューブの前記第２の端部を通して移動させることができ、
前記ＤＮＰ作業領域における前記内側ボアチューブの外面に隣接して延びて、前記外面を冷却する冷却材供給経路と、
使用中は前記ＤＮＰ作業領域における前記試料ホルダに配置され、前記ＤＮＰ作業領域における前記内側ボアチューブの壁の１つ又はそれ以上の孔を通して冷却材を試料に供給するための予備の冷却材供給経路と、
を含み、
前記内側ボアチューブの一方又は両方の端部は、冷却材を前記内側ボアチューブから離れるように運ぶために冷却材廃棄経路に開いており、前記冷却材経路、前記予備の冷却材経路、及び前記廃棄経路は、使用中、ポンプ手段に連結されて、冷却材が、前記冷却材経路、前記予備の冷却材経路、及び前記廃棄経路を通るようにされていることを特徴とする冷却材サブアセンブリ。
【請求項２】
前記廃棄経路は前記同心ジャケットの２つの隣接するものの間の領域によって部分的に規定されることを特徴とする請求項１に記載のサブアセンブリ。
【請求項３】
前記予備の冷却材供給経路は、前記冷却材供給経路に平行に対して接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサブアセンブリ。
【請求項４】
前記予備の冷却材供給経路は、前記冷却材供給経路から前記内側ボアチューブ壁の前記孔の対応するものに延びる１つ又はそれ以上のキャピラリにより規定されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のサブアセンブリ。
【請求項５】
少なくとも１つのキャピラリは、少なくとも他の１つのキャピラリより大きい直径を有することを特徴とする請求項４に記載のサブアセンブリ。
【請求項６】
前記キャピラリの１つ又はそれ以上に連結されて、これを通る冷却材の流れを制御するヒータをさらに含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のサブアセンブリ。
【請求項７】
前記冷却材供給経路内に、前記ＤＮＰ作業領域において前記内側ボアチューブの外面に接触する熱交換器をさらに含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のサブアセンブリ。
【請求項８】
熱放射を減らし、前記バッフル又は各々のバッフルを越える試料ホルダの移動を可能にする可撓性があるように、前記孔と前記内側ボアチューブの前記第２の端部との間に、前記内側ボアチューブにわたり延びる１つ又はそれ以上の弾性バッフルをさらに含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のサブアセンブリ。
【請求項９】
前記バッフル又は各々のバッフルは、多数の可撓性のあるリーブによって形成されることを特徴とする請求項８に記載のサブアセンブリ。
【請求項１０】
前記バッフル又は各々のバッフルは、ｍｙｌａｒのような反射材料で作られることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のサブアセンブリ。
【請求項１１】
前記ジャケットは排気ジャケットを含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のサブアセンブリ。
【請求項１２】
細長い部材の端部に取り付けられた試料ホルダを含む試料ホルダアセンブリをさらに含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のサブアセンブリ。
【請求項１３】
ＤＮＰ及びＮＭＲそれぞれに適した磁場が発生される、離間されたＤＮＰ及びＮＭＲ作業領域をもつ孔を規定する１つ又はそれ以上のマグネットを含む試料処理装置であって、
前記ボア内に配置され、前記請求項のいずれか１項に記載される冷却材サブアセンブリ、
を含み、この配置は試料ホルダを前記ＤＮＰ作業領域から前記内側ボアチューブの前記第２の端部を通して移動できるようになっており、
好ましくは高温の溶剤を前記試料ホルダ又は前記試料を融解するための手段に供給できるようにする溶剤供給システムと、
を含むことを特徴とする試料処理装置。
【請求項１４】
前記マグネットはクライオスタット内に位置することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
一方が前記ＤＮＰ作業領域の周りに配置され、他方が前記ＮＭＲ作業領域の周りに配置される２つのマグネットが与えられることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記冷却材供給経路に接続した液体ヘリウムリザーバをさらに含むことを特徴とする請求項１３から１５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記ボアは、前記ＮＭＲ作業領域の上に、前記ＤＮＰ作業領域と垂直に配置されることを特徴とする請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＰ（動的核分極）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析の分野において、関心のある材料の核スピンを検出することが必要である。従来の磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）及びＮＭＲ分光学は、多くの場合、用いられる材料の核スピンの分極が極めて低いために感度を欠く。この問題を緩和するために様々な技術を用いて分極を増強することが一般的になってきており、その１つが動的核分極（ＤＮＰ）である。ＤＮＰにおいて、試料は高強度磁場に置かれ、マイクロ波が照射される間、低温に保たれる。高度に分極した試料は、次いでＤＮＰ装置から急速に移動され、その後の検査のためにＮＭＲ装置内に置かれる。公知のシステムの例をＷＯ−Ａ−０２／３７１３２及びＷＯ−Ａ−２００５／１１４２４４において見ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの公知のシステムの問題は、炭素の高度な分極は液体内でゆっくり緩和するため試料は炭素の分極を保持するが、プロトンの分極は、これが非常に速く緩和するために保持されないことである。このことは、ほとんどの高分解能ＮＭＲはプロトン上で行われるため、難点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、ＤＮＰ装置内で用いられる冷却材サブアセンブリは、
向かい合う第１及び第２の端部を有する内側ボアチューブを囲み、内側ボアチューブへの熱流を妨げるように適応された多数の同心ジャケット、
を含み、ＤＮＰ作業領域は内側ボアチューブ内に規定され、ＤＮＰ工程がＤＮＰ作業領域における試料上で行われ、試料ホルダアセンブリを内側ボアチューブの第１の端部を通して挿入して、試料ホルダをＤＮＰ作業領域に導き、内側ボアチューブの第２の端部を通して移動させることができ、
ＤＮＰ作業領域における内側ボアチューブの外面に隣接して延びて、外面を冷却する冷却材供給経路と、
使用中はＤＮＰ作業領域における試料ホルダに配置され、ＤＮＰ作業領域における内側ボアチューブの壁の１つ又はそれ以上の孔を通して冷却材を試料に供給するための予備の冷却材供給経路と、
を含み、
内側ボアチューブの一方又は両方の端部は、冷却材を内側ボアチューブから離れるように運ぶために冷却材廃棄経路に開いており、冷却材経路、予備の冷却材経路、及び廃棄経路は、使用中、ポンプ手段に連結されて、冷却材が、冷却材経路、予備の冷却材経路、及び廃棄経路を通るようにされている。
【０００５】
発明者らは、試料ホルダアセンブリを、これが挿入された内側ボアチューブの第１の端部に向かい合うその第２の端部を通して引き抜くことができるようにサブアセンブリが構築される間に、試料を越えて冷却材を流すことにより、ＤＮＰ作業領域内の試料を冷却できる新しい形態の冷却材サブアセンブリを考案した。このことは、冷却材サブアセンブリがＮＭＲ装置と同軸状に取り付けられている場合には、高度に分極した試料をＤＮＰ作業領域からＮＭＲ作業領域に急速に移動できることを意味する。
【０００６】
一部の例において冷却材廃棄経路は、前述の内側ボアチューブの第１の端部に開いており、他の例では、前述の内側チューブの第２の端部に開いている。第３の例では、冷却材廃棄経路は、内側ボアチューブの両端に開くことができる。
【０００７】
試料への冷却材の流れを制御することができるのは重要である。流れが遅すぎる場合には冷却は不十分となり、流れが激しすぎる場合には冷却材の液滴が生じることがあり、サブアセンブリが垂直に配列されているときには、内側ボアチューブの下端を冷やすことになり、室温又はおよそ室温であるべきであるため、サブアセンブリがＮＭＲ装置のボアに連結しているときは望ましくない。
【０００８】
したがって、予備の冷却材供給経路は、冷却材供給経路から内側ボアチューブ壁の前述の孔の対応するものに延びる１つ又はそれ以上のキャピラリによって規定されることが好ましい。この構造は、冷却材の流れを正確に定めることができ、さらに、キャピラリの１つ又はそれ以上に連結したヒータを与えることによって実現することができる。
【０００９】
冷却材サブアセンブリをＮＭＲ装置に取り付けたときに生じるさらに別の問題点は、ＮＭＲ装置のボアが室温であるために、対流及び放射により、熱が内側ボアチューブを通り上がることがあることである。しかしながら、同時に、内側ボアチューブの第２の端部を通して試料ホルダを引き抜くことができなければならない。これに対処するために、熱放射を減少させ、試料ホルダがバッフル又は各々のバッフルを越える移動を可能にするのに十分に可撓性をもつように、内側ボアチューブ孔の第１の端部と第２の端部との間に内側ボアチューブにわたり延びる１つ又はそれ以上の弾性バッフルをさらに含むことが好ましい。バッフルはｍｙｌａｒのような好適な反射材料で作られなくてはならない。
【００１０】
同心ジャケットの配置は、各々の適応例に応じて選ぶことができる。典型的には、その配置は、少なくとも１つの放射線シールドと、排気領域及び／又は冷却材含有領域とを含む。その選択は、内側ボアチューブが維持される温度、並びに、好適な冷却材が利用可能であるかどうかに応じて決まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明による冷却材サブアセンブリの一部の実施例が、次に添付の図面を参照して説明される。
図１に示される冷却材サブアセンブリ（又はクライオ挿入体）は、内側及び外側放射線シールド１４、７と、外側真空チャンバ壁１６と、外側ソック１７とを含む多数の同心ジャケットによって囲まれた内側ボアチューブ６を含む。時として、１つの放射線シールドのみが必要なこともある。内側ボアチューブ６は、垂直方向に向けられており、シール１９により閉じられる上方の第１開口部を有し、これを通して試料挿入ロッド９を取り外し可能に挿入することができる。ロッド９は、その下端に取り外し可能に取り付けられた試料ホルダ１８を有し、試料ホルダは図１で示されるように、網掛け領域２１によって示されるＤＮＰ作業領域に置かれている。内側ボアチューブ６と放射線シールド７との間の空間、及び放射線シールド７と１６との間の空間は排気されている。
【００１２】
一次液体ヘリウム冷却材供給経路は、一次冷却を内側ボアチューブ６に与えるために用いられる。この供給経路は、上端がサイホン１により格納デュワー４０（図２）に接続されたキャピラリ２を含み、このキャピラリ２は内側ボアチューブ６と放射線シールド７との間で規定される排気された空間を通って熱交換器４まで延びる。熱交換器４において、膨張及び冷却は約３Ｋから４Ｋで発生する。気体ヘリウムは次いで、この外側放射線シールドを冷却するために放射線シールド７に熱的に連結したチューブ部分５を通って逆流し、最終的に、キャピラリ２に入ってくるヘリウムを冷却する、キャピラリ２を囲むサイホンジャケット８に戻る。この冷却材経路を通る液体ヘリウムの主要な流れは、供給デュワーにおける小さい真空ポンプ４２によって促進される。試料挿入ロッド９は、ボアを通る伝導により冷却され、したがってばね指１０を用いて主要液体ヘリウムの流路に入り、これはさらに、ロッドを内側ボアチューブ６内に導き、中央寄せする。
【００１３】
試料を試料ホルダ１８内で冷却するために予備の冷却材流路が与えられ、そこで熱交換器４からの少ない割合の液体ヘリウムが、１つ又はそれ以上の長いキャピラリ１１ａ、１１ｂにより流れるように分岐され、擬似等エンタルピー膨張を受け、対応する第１の孔１２Ａ、１２Ｂにより内側ボアチューブ６の主要ボアに流れて、試料上に吹き付けられ、過冷却フィルムを形成する。
【００１４】
２つのキャピラリ（キャピラリ１１ｂより大きいボアを有するキャピラリ１１ａ）のインピーダンスは、キャピラリの周りに巻かれた１つ又はそれ以上の小さいヒータ１３に電流を印加することによって変更することができる。図１においては、ヒータ１３がキャピラリ１１ａの周りに巻かれて示されているが、それはキャピラリ１１ｂの周りに与えられてもよいし、又は、さらに両方のキャピラリ１１ａ、１１ｂがそれぞれのヒータをもっていてもよい。
【００１５】
主要なボアは、高容量真空ポンプ４４により第１の冷却材廃棄経路６０を通して排気される。高容量真空ポンプ４４は、内側ボアチューブ６の上端において開口部２６に接続している。
【００１６】
この例においては、さらに別の冷却材廃棄経路６２が設けられ、内側ボアチューブ６の第２の下端２２を通過し、外側真空チャンバ壁１６と外側ソック１７との間を通り上がって、内側ボアチューブ６の上端に入り、次いで開口部２６を通って外にでる。
【００１７】
ボアが整合した状態で、クライオ挿入体がＮＭＲシステムの上部に取り付けられた場合には、内側ボアチューブの下端の温度は実質的に室温になる。したがって、内側ボアチューブ６の下半分において熱の最小放射（及び対流）を制御することが重要であり、これはこの例において、幾つかの反射アルミｍｙｌａｒフィルムバッフル１５を挿入することによって実現される。これらはまた、ボアの下端からの直接放射を遮断する。バッフルは、蒸気流が妨げられず、さらに試料がＮＭＲ装置に向かって下方に移動するときに、ロッド９が容易に通り抜けることができるように適応されたクロスカットのスリット（図示せず）が入っている。
【００１８】
この例においては、液体ヘリウムが冷却材として用いられているが、液体窒素のようなその他の冷却材も、特にクライオスタットジャケットを冷却するのに用いることができる。
【００１９】
図３は、クライオスタット３４の室温ボア３２内に置かれた図１のクライオ挿入体３０を概略的に示す。ＤＮＰ及びＮＭＲマグネット３６、３７は、クライオスタット３４内に同軸状に配置されて、これらがＤＮＰ作業領域２１及びＮＭＲ作業領域３８のそれぞれにおいて高磁界強度を生成するように、超伝導状態で動作させることができるようにする。図３はまた、ＤＮＰ領域２１におけるマイクロ波キャビティ４０及びマイクロ波供給４２を示す。
【００２０】
動作中に試料は、試料ホルダ１８内に置かれており、これは次いで試料保持ロッド９の端部に取り付けられて、ロッド９はシール１９を通って内側ボアチューブ６に挿入される。試料ホルダ１８は、次いでＤＮＰ作業領域２１に持ち込まれる。予備の冷却材経路を通る液体ヘリウムの流れは、液体が試料を越えて流れ始めるようにし、それを極めて低い温度にまで冷却する。この段階において、キャビティ４０に置かれた試料は、マイクロ波により照射されて、高度な分極を実現する。
【００２１】
試料保持ロッド９は、次いで、ボアチューブ６を通ってさらに下方へ押し込まれて、試料ホルダがフィルムバッフル１５を通って溶解位置２０に入るようにする。この位置では、溶剤は、試料保持ロッド９を通って又は何らかのその他の手段で試料ホルダに供給されて、試料を溶解する。その他の例において、高度に分極した試料は、例えば熱又はレーザー又はその他の公知の方法によって融解される。試料が溶解（又は融解）すると、試料保持ロッド９は、試料を、ＮＭＲ工程を行うことができるＮＭＲ作業領域３８内に移送するために、さらに下方に押し込まれる。
【００２２】
第１の代替的な実施形態（図示せず）においては、全ての廃棄ヘリウムは、内側ボアチューブ６を通って上り、開口部２６を通って真空ポンプに出る。さらに別の代替的手法においては、全ての廃棄液体ヘリウムは、真空ポンプを用いて内側ボアチューブ６の下端２２を通って抜き取られる。
【００２３】
さらに、高度に分極した試料に溶剤を送給する、すなわち、試料保持ロッド９を通って下方に、又は内側ボアチューブ６の下端を通って試料ホルダに送給するといった選択肢がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】冷却材サブアセンブリの例を通る概略縦断面図である。
【図２】図１の例の冷却材経路を示す。
【図３】本発明による冷却材サブアセンブリを組み込んだ複合ＤＮＰ及びＮＭＲ装置を示す。
【符号の説明】
【００２５】
２：冷却材供給経路
６：内側ボアチューブ
７：外側放射線シールド
１１ａ，１１ｂ：予備の冷却材供給経路
１４：内側放射線シールド
１６：外側真空チャンバ壁
１７：外側ソック
１８：試料ホルダアセンブリ
２１：ＤＮＰ作業領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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