(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線を巻回した主磁場を発生する超電導コイル及びこのコイルに並列に接続された永久電流スイッチとからなる主磁場発生用永久電流超電導磁石と、超電導線を巻回した主磁場減衰補償用の超電導コイル〔自己インダクタンスＬｓ（Ｈ）〕及びこのコイルに並列に接続された永久電流スイッチからなる主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石とを具備する永久電流超電導磁石装置であって、前記主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石の発生する磁場が前記主磁場発生用永久電流超電導磁石の発生する中心磁場に作用し、且つ前記主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石が前記主磁場発生用永久電流超電導磁石と独立に通電可能に構成されるとともに、その主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石回路中に抵抗値がＲｓ（Ω）＝（３×１０−５〜３×１０−１１）×Ｌｓの範囲を含む可変抵抗が組み込まれていることを特徴とする永久電流超電導磁石装置。
【請求項２】
前記可変抵抗が、回路中の超電導線又は超電導接続部の環境磁場を変化させて抵抗値を変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の永久電流超電導磁石装置。
【請求項３】
前記主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石の前記超電導コイルが、利用対象とする磁場空間において均一な磁場を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の永久電流超電導磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴分光分析（ＮＭＲ）装置用超電導磁石などの永久電流モードで運転される永久電流超電導磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＮＭＲ装置用超電導磁石には、NbTi、Nb3Sn などの超電導線をコイル化したものが用いられている。通常、300 〜400MHz(9.4テスラ) までの低磁場ＮＭＲ装置用には、比較的コストの安いNbTi超電導線が用いられ、 500乃至800MHz(18.8 テスラ) 以上の高磁場ＮＭＲ装置用には、超電導性能が高く、また比較的コストの高いNb3Sn 超電導線が、前記NbTi超電導線と組み合わせて用いられている。
【０００３】
このようなＮＭＲ装置用超電導磁石においては、超電導磁石により発生している磁場が、時間的に且つ磁場空間内で極めて安定であることが要求される。より具体的には、ＮＭＲ装置の運転中に、磁場の減衰度が0.01ppm/hr程度以下であることが要求される。そのため、通常、超電導磁石装置は永久電流スイッチを具備し、永久電流モードで運転されている。しかし、超電導磁石の超電導線同士の接続部分の微小な接続抵抗が主な原因となって、永久電流が時間の経過とともに徐々に減衰するため、磁場の減衰が生じる。この接続抵抗値は、通常の半田付けでは10-9Ω程度以下にすることは困難であるが、超電導線のフィラメント同士を接続することにより10 -12Ω程度となる接続技術が開発されている。これにより磁場の減衰率が、前記0.01ppm/hr程度の永久電流超電導磁石が実現している。
【０００４】
しかし、このような超電導線のフィラメント同士の接続部分の抵抗値は、接続部分の磁場により大きな影響を受け、 1テスラ(T) 程度以上になると、接続部分の抵抗値が急激に上昇し、使用出来なくなる。特に、ＮＭＲ装置は、その性能の向上要求から、前記高磁場のものが使用されるようになっているため、特に、前記高磁場ＮＭＲ装置などでは、磁場の安定のために、この接続部分に磁気シールドを施すなどの特殊な対策が必要となり、このため構造が複雑となり、コストが高くなるという問題を有する。
【０００５】
したがって、このような特殊な対策を施すことなく、極めて安定な磁場を得ようとする試みが従来からなされている。例えば、特開平 4− 61103号公報等では、主磁場減衰補償用の永久電流超電導磁石を設けたＮＭＲ装置乃至核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置用永久電流超電導磁石装置が提案されている。この永久電流超電導磁石装置は、図４に示す通り、Nb3Sn 超電導線が巻回された超電導コイル21からなる主磁場を発生する永久電流超電導磁石と、NbTi超電導線が巻回された超電導コイル22からなり主磁場を発生すると共に主磁場の減衰も補償する永久電流超電導磁石とを具備するとともに、その実施例においては更に、主磁場減衰補償用のNbTi超電導線コイル22の外側に、主磁場を発生する永久電流超電導磁石の磁場発生の空間的な不均一性を補うための、NbTi超電導コイル22と直列に接続された、空間磁場の均一度補正用のNbTi超電導コイル23が配置されている。
【０００６】
そして、前記主磁場を発生するNb3Sn 超電導線が巻回された超電導コイル21は、これに並列に接続された永久電流スイッチ24を有しており、前記主磁場減衰補償用のNbTi超電導線が巻回された超電導コイル22および空間磁場の均一度補正用のNbTi超電導コイル23は、これに並列に接続された永久電流スイッチ25を有している。主磁場を発生するNb3Sn 超電導線が巻回された超電導コイル21と、主磁場減衰補償用のNbTi超電導線が巻回された超電導コイル22とは、各々超電導コイルの励磁用電源26, 27と、永久電流スイッチ24, 25のヒータ用電源28, 29を有し、電気的に独立した関係となっている。そして、両コイル21と22は、磁気的には結合した関係に配置され、前記主磁場を発生するNb3Sn 超電導線が巻回された超電導コイル21の電流減衰により磁石磁場が減衰した際には、主磁場減衰補償用のNbTi超電導線が巻回された超電導コイル22に電流が相互誘導され、この相互誘導された電流による超電導コイル22の磁場の増加によって、前記磁石磁場の減衰を補償し、磁石装置の中心付近の磁場を極めて安定に保とうとしているものである。
【０００７】
前記した通り、高磁場ＮＭＲ装置用の主磁場を発生する永久電流超電導磁石はNb3Sn 超電導線コイル(21)とNbTi超電導線コイル(22)とが直列に接続されて、各々同心円筒状に配置されている。したがって、この特開平4 −61103 号公報に記載の従来技術は、この高磁場永久電流超電導磁石のうち、既に配置されているNbTi超電導線コイル(22)の方を、別の励磁用電源27と接続して電気的に独立させ、かつ磁気的には結合して配置し、主磁場減衰補償用の超電導コイル22として用いようとするものであると言える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のＮＭＲ装置乃至ＭＲＩ装置用永久電流超電導磁石装置では、実際問題として装置の磁場空間全体での均一性を補償することは困難である。その理由の一つは、この装置では、磁場空間の均一度補正用の超電導コイル23が、主磁場減衰補償用のNbTi超電導線コイル22と直列に接続して設けられていることである。このため、前記主磁場を発生するNb3Sn 超電導線超電導コイル21の電流減衰により磁石磁場が減衰し、主磁場減衰補償用のNbTi超電導線超電導コイル22に電流が相互誘導され、相互誘導された電流による超電導コイル22の磁場が増加する際に、この超電導コイル22と直列に接続された空間磁場の均一度補正用の超電導コイル23も磁場が増加する方向に働く。即ち、主磁場減衰補償用の超電導コイル22の磁場の増加に対し、空間磁場の均一度補正用の超電導コイル23の磁場も増加する。したがって、主磁場減衰補償用のNbTi超電導線コイル22の電流値のみでなく、空間磁場の均一度補正用の超電導コイル23の電流値も、主磁場を発生するNb3Sn 超電導線超電導コイル21との相互誘導により、時間とともに複雑に変化するため、磁場中心の磁場の安定性は確保できても、ＮＭＲ装置としての磁場空間全体での磁場の均一性を補償することができない。
【０００９】
このため、ＮＭＲ装置用永久電流超電導磁石を設計する場合、主磁場減衰補償用のNbTi超電導線コイル22の設計では、空間磁場の均一度補正用の超電導コイル23と、主磁場を発生するNb3Sn 超電導線コイル21との相互誘導も考慮しつつ、前記磁場の空間内での均一度を考慮して設計する必要があり、このような設計は非常に困難がある。この結果、特開平4 −61103 号公報に記載のＮＭＲ装置乃至ＭＲＩ装置用永久電流超電導磁石装置では、磁場空間全体での均一性や装置のコンパクト化がより要求される、500 〜800MHz(18.8T) までの高磁場ＮＭＲ装置用には適用することができない
【００１０】
したがって、本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、磁場の減衰率が0.01ppm/hr程度以下にすることができ、磁場が時間的に且つ磁場空間内で極めて安定した、特に500 乃至800MHz(18.8T) 以上の高磁場ＮＭＲ装置用に適した永久電流超電導磁石装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る永久電流超電導磁石装置は、超電導線を巻回した主磁場を発生する超電導コイル及びこのコイルに並列に接続された永久電流スイッチとからなる主磁場発生用永久電流超電導磁石と、超電導線を巻回した主磁場減衰補償用の超電導コイル〔自己インダクタンスＬｓ（Ｈ）〕及びこのコイルに並列に接続された永久電流スイッチからなる主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石とを具備する永久電流超電導磁石装置であって、前記主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石の発生する磁場が前記主磁場発生用永久電流超電導磁石の発生する中心磁場に作用し、且つ前記主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石が前記主磁場発生用永久電流超電導磁石と独立に通電可能に構成されるとともに、その主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石回路中に抵抗値がＲｓ（Ω）＝（３×１０−５〜３×１０−１１）×Ｌｓの範囲を含む可変抵抗が組み込まれていることを特徴とする永久電流超電導磁石装置である。
【００１２】
本発明では、主磁場を発生する円筒状の超電導コイルの電流減衰による磁石中心の磁場減衰を補償するため、この超電導コイルと独立な主磁場減衰補償用超電導コイルにあらかじめ主磁場を打ち消す方向の磁場を発生させておき、この打ち消す方向の磁場を回路中の微小な電気抵抗により減衰させることにより、主磁場発生用永久電流超電導磁石の減衰による中心磁場の減少分を補償することができる。
【００１３】
以下、本発明の基本的な概念を、図１に示す本発明に係る永久電流超電導磁石装置の基本的な概念を表す回路図を参照して詳細に説明する。図において、符号１は主磁場を発生する永久電流超電導磁石、２は主磁場減衰補償用の永久電流超電導磁石、３は主磁場を発生する超電導コイル、４は主磁場減衰補償用の超電導コイル、５は主磁場発生用超電導コイル３に並列に接続された永久電流スイッチ、６は主磁場減衰補償用超電導コイル４に並列に接続された永久電流スイッチを示し、主磁場発生用超電導コイル３には配線７により、また主磁場減衰補償用超電導コイル４には配線８により、励磁用電源９がそれぞれ切換可能に接続されている。また、主磁場発生用超電導コイル３に並列に接続された永久電流スイッチ５には配線10により、また主磁場減衰補償用超電導コイル４に並列に接続された永久電流スイッチ６には配線11により、ヒータ用電源12がそれぞれ切換可能に接続されている。また更に、この回路では、主磁場発生用超電導コイル３の自己インダクタンスをLp、主磁場減衰補償用超電導コイル４の自己インダクタンスをLs、また主磁場発生用超電導コイル３の回路中に含まれる超電導線同士の接続部分などによる微小な接続抵抗のみをRp、主磁場減衰補償用超電導コイル４の回路中に含まれる超電導線同士の接続部分などによる微小な接続抵抗Rs1 と同回路中に人為的に付加される抵抗Rs2 の和をRsとしてそれぞれ示す。なお、抵抗Rsについて、後述のようにRs2 ≫Rs1 であるから、Rs＝Rs1 ＋Rs2 ≒Rs2 と考えてよい。また、符号13はクライオスタットを示し、励磁用電源９とヒータ用電源12は何れもこのクライオスタット13の外部に設置されている。
【００１４】
上記図１に示す構成の永久電流超電導磁石の励磁は、主磁場発生用超電導コイル３に並列に接続されている永久電流スイッチ５のヒータにヒータ用電源12より通電し、永久電流スイッチ５を開状態として行う。この状態で、励磁用電源９により主磁場発生用超電導コイル３に電流を流す。主磁場発生用超電導コイル３の電流値が所定の発生磁場B0よりΔB 高い磁場（B0＋ΔB)に相当する電流値I0になれば、ヒータ用電源12をオフとし、永久電流スイッチ５を閉状態とする。ΔB は、主磁場発生用超電導コイル３の運転期間（例えば10年間）に予想される総磁場減衰量に相当する値とする。例えば予想される磁場減衰率を0.1ppm／hrとすれば、10年間の総磁場減衰量は、0.1 ×24×365 ×10＝8760より約0.009 ×B になる。すなわちB0≫ΔB であり、磁場（B0＋ΔB)まで励磁することは、従来のように磁場B0まで励磁することに比べて特に困難さを伴うものではない。
【００１５】
このようにして励磁した後、主磁場発生用超電導コイル３の電流Ipは、初期状態では設定電流I0であるが、微小抵抗Rpがあるため時間と共に減衰する。この電流変化は以下の回路方程式により求められる。
Lp(dIp/dt)＋RpIp＝0              -----式１
すなわち、電流は時定数τp で変化し、
Ip＝I0ｅa （但し、a=−t/τp ）   -----式２
τp ＝Lp/Rp                      -----式３
となる。
【００１６】
ここで、主磁場減衰補償用超電導コイル４にも同様に永久電流スイッチ６のヒータにヒータ用電源12（ただし、主磁場発生用超電導コイル３に用いたものと別のヒータ用電源であってもよい。）より通電し、永久電流スイッチ６を開状態で、励磁用電源９（ただし、主磁場発生用超電導コイル３に用いたものと別の励磁用電源であってもよい。）により電流を流す。主磁場減衰補償用超電導コイル４の電流値が所定の発生磁場−ΔB に相当する電流値I1になれば、ヒータ用電源12をオフとし、永久電流スイッチ６を閉状態とする。
【００１７】
主磁場減衰補償用超電導コイル４の電流Isも、同様に初期状態では設定電流I1であるが、微小抵抗Rsがあるため時間と共に減衰する。この電流変化は以下の回路方程式により求められる。
Ls(dIs/dt)＋RsIs＝0              -----式４
すなわち、電流は時定数τs で変化し、
Is＝I1ｅb （但し、b=−t/τs ）   -----式５
τs ＝Ls/Rs                      -----式６
となる。
両コイル３，４を合わせた中心磁場は、
(B0＋ΔB)ｅa −ΔB ｅb          -----式７
となる。初期状態(t＝0)における中心磁場はB0である。
【００１８】
時刻t1まで中心磁場減衰が生じないためには、下記式８を満足する主磁場減衰補償用超電導コイル４を用いることにより、磁場中心の磁場減衰が全く生じない極めて安定な永久電流超電導磁石装置を提供することができる。
(B0＋ΔB)ｅa −ΔB ｅb ＝B0     -----式８
B0≫ΔB であるから、式８は
B0ｅa −ΔB ｅb ＝B0           -----式９
すなわち、主磁場発生用超電導コイル３の磁場減衰量と、主磁場減衰補償用超電導コイル４の磁場減衰量を等しくすることにより、永久電流超電導磁石装置の磁場の減衰率を0.01ppm/hr程度以下にすることができるなどの目的を達成し得る。実際には、事前にRpの値を正確に知ることができないため、予想されるRpの値に基づきRsを設定するか、又は励磁の後Rsをコントロールし磁場減衰を極小にする操作をすることになる。ここで、B0≫ΔB であるから、τp ≫τs したがってLp≫Lsとならないように設計すれば（通常の設計であればこの条件を満たす）Rp≪Rsであり、RpとRs1 は同オーダーであることよりRs1 ≪RsであるからRs（≒Rs2)の値をコントロールすることは比較的容易である。いずれにしても、式８をほぼ満足することにより、常に磁場減衰が 0.01ppm／hr程度以下の極めて安定な永久電流超電導磁石装置を提供することができる。
【００１９】
実際の主磁場発生用超電導コイル３の総磁場減衰率は10〜0.01ppm/hrと考えられる（これより大きければ、本発明のような付加的な手段で総磁場減衰率を目標値である0.01ppm/hrに保つことは困難である。これより小さければ、本発明のような付加的な手段を用いる必要がない）。主磁場減衰補償用超電導コイル４の発生中心磁場ΔB は現実的には（10-1〜10-4）×B であるから、主磁場発生用超電導コイル３の総磁場減衰量dB／dtを補償するためには、主磁場減衰補償用超電導コイル４の総磁場減衰量ΔdB／dtは、
ΔdB／dt＝（10〜0.01）×10-6×B ＝（105 〜10-1）×10-6×ΔB
したがって、主磁場減衰補償用超電導コイル４の総磁場減衰率は105 〜10-1とすればよい。
すなわち、
Rs／Ls＝（105 〜10-1）×10-6／3600≒(3×10-5〜3 ×10-11)
の範囲で主磁場減衰補償用超電導コイル４の回路の抵抗Rsを選択することになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、実施例の説明に先立って、まず、参考例について説明する。図２は、参考例を示す永久電流超電導磁石装置の断面概要図である。なお、図１と同じ部分については同じ符号を以て示す。
【００２１】
図２において、主磁場を発生する永久電流超電導磁石１は、 Nb3Sn超電導線が巻回された円筒状の主超電導コイル3A、NbTi超電導線が巻回された円筒状の主超電導コイル3B、及びNbTi超電導線が巻回された磁場均一補正用の超電導コイル3Cが直列に接続された主磁場発生用超電導コイル３と、これに並列に接続された永久電流スイッチ５とから構成されている。また、主磁場減衰補償用の永久電流超電導磁石２は、NbTi超電導線が巻回された円筒状の主磁場減衰補償用超電導コイル４と、これに並列に接続された永久電流スイッチ６とから構成されるとともに、主磁場減衰補償用超電導コイル４が主磁場発生用超電導コイル３の外側に配設されている。そして、主磁場減衰補償用超電導コイル４の超電導ループ中には電気抵抗14（抵抗値Rs）が設けられている。一方、主磁場発生用超電導コイル３には配線７により、また主磁場減衰補償用超電導コイル４には配線８により、励磁用電源９がそれぞれ切換可能に接続されている。また、主磁場発生用超電導コイル３に並列に接続された永久電流スイッチ５には配線10により、また主磁場減衰補償用超電導コイル４に並列に接続された永久電流スイッチ６には配線11により、ヒータ用電源12がそれぞれ切換可能に接続されている。そして、励磁用電源９とヒータ用電源12を除いては、極低温に保持されたクライオスタット13内に収容されている。
【００２２】
上記の構成では、主磁場減衰補償用超電導コイル４の超電導ループ中に、主磁場発生用超電導コイル３の微小な接続抵抗値（Rp）に基づく抵抗値（電気抵抗14の抵抗値Rs）を与えているので、超電導コイル3Cによる磁場均一補正と相まって磁場の均一度を乱すことなく、磁場減衰率が 0.01ppm／hr程度以下の極めて安定な磁場を発生することができる。
【００２３】
上記図２に示す装置を用い、電気抵抗14の抵抗値Rsの設定と磁場の安定性について以下説明する。用いた装置の詳細な仕様は以下の通りである。主磁場発生用永久電流超電導磁石１の自己インダクタンスLpは200H、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の自己インダクタンスLsは10H 、それぞれの永久電流超電導磁石１，２の磁場定数Kp, Ksは0.10T/A, 0.010T/A である。主磁場発生用永久電流超電導磁石１は、設定電流141Aで定格磁場14.1T を発生する。
【００２４】
まず、ヒータ用電源12により、主磁場発生用永久電流超電導磁石１の永久電流スイッチ５を開状態とし、この状態で励磁用電源９を用いて主磁場発生用永久電流超電導磁石１の励磁を行う。主磁場発生用永久電流超電導磁石１に設定電流141Aより 1％高い142.4Aを通電後、ヒータ用電源12をオフとし、磁場14.24Tの永久電流モードに保つ。この状態で、磁場減衰率は仕様の 0.01ppm／hrに対し、0.1ppm／hrであった。
【００２５】
次に、ヒータ用電源12により、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の永久電流スイッチ６を開状態とし、この状態で励磁用電源９を用いて主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の励磁を行う。主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２に設定電流−14.1A を通電後、ヒータ用電源12をオフとし、磁場−0.141Tの永久電流モードに保つ。この状態で、中心磁場は定格磁場14.1T となる。
【００２６】
上記の永久電流超電導磁石装置の減衰磁場をほぼゼロにするためには、以下のようになる。
主磁場発生用永久電流超電導磁石１の磁場減衰は、
0.1ppm／hr×14.1T ＝1.41×10-6T/hr
である。従って、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２を
−1.41×10-6T/hr/ −0.141T＝ 10ppm／hr
で減衰させればよい。すなわち、前記した式６（τs ＝Ls/Rs ）により、
10×10-6/3600 ＝Rs/Ls
Ls＝10H であるから、Rs＝ 2.8×10-8Ω
とすれば良いことになる。回路中にこの電気抵抗値を与えるには、例えば以下の方法がある。ただし電気抵抗の設定法はこれに限定されるものではない。
【００２７】
回路を構成する超電導線の抵抗は、ほぼゼロと見なせるので、 2.8×10-8Ωの抵抗値を電導線の半田接続部で与える。通常の半田（60％Pb−40％Sn）は超電導体であるが、その臨界磁場、臨界電流共に極めて小さいため、磁石の接続部に半田接続を用いた場合、半田は約 3×10-9Ωm の抵抗率をもった常電導状態であると考えられる。接続の幅ｂ＝1mm 、厚みｔ＝0.1mm とすると、Rs＝ 2.8×10-8Ωの抵抗値を実現するために必要な接続長さｌは
Rs＝ρ×ｔ／ｌ×ｂ
より、
ｌ＝ 3×10-9×0.1 ×10-3／(1×10-3) × 1／(2.8×10-8) ≒0.011(m)
すなわち、半田接続の長さｌを約11mmとすれば、所定の抵抗値が得られ、磁場減衰をほぼゼロとすることができる。
【００２８】
実際に、上記図２に示す永久電流超電導磁石装置において、この半田接続の要領で電気抵抗14を設けて中心磁場を１ヶ月以上の長期にわたり測定した結果、磁場減衰率は仕様の 0.01ppm／hrを大きく下回る約0.002ppm／hrの極めて安定した磁場を得ることができた。
【００２９】
【実施例】
〔実施例１〕上記の参考例では、主磁場発生用永久電流超電導磁石１の磁場減衰率をあらかじめ知った上で主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の回路の抵抗値を定める必要があるが、このためには主磁場発生用永久電流超電導磁石１の磁場減衰率を測定した後分解し、所定の抵抗値を主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の回路に組み込む必要があり工程が煩雑である。これを避けるためには、あらかじめ、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の回路に組み込む電気抵抗14を可変抵抗としておくことが有効である。この場合、上記参考例と同様に主磁場発生用永久電流超電導磁石１、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２を励磁し永久電流モードを保つ。この状態で、中心磁場の減衰率が目標とする値以下になるように電気抵抗（可変抵抗）14の抵抗値を調整する。すなわち、目標とする減衰率より大きい場合には抵抗値Rsを大きく、中心磁場が減衰せず逆に増加する場合には抵抗値Rsを小さくする。例えば、上記の例で言えば、Rs＝ 2.8×10-8Ω程度の抵抗値に設定すれば目的を達成し得るもので、この抵抗値を含む範囲の可変抵抗14を設けることで容易に磁場減衰をほぼゼロとすることができる。
【００３０】
［実施例２］図３は本発明の一実施形態による永久電流超電導磁石装置の断面概要図である。一般に接続部15の抵抗値はその接続部15が置かれる磁場に依存する。例えば、参考例の半田接続では半田の抵抗率が磁場で変化することにより接続部の抵抗値が変化する。簡単のために仮に半田の抵抗率が磁場ゼロで約 3×10-9Ωm 、磁場2Tで 3倍の約 9×10-9Ωm でありこの間線形に変化するとする。接続部15の長さを実施例１の2倍の約22mmとし、図３に示すように、この接続部15を抵抗部磁場可変用コイル16中に配置する。抵抗部磁場可変用コイル16は、主磁場発生用永久電流超電導磁石１、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２と独立に励磁し、抵抗部磁場可変用コイル用永久電流スイッチ17の操作により永久電流モードに保つことができる。
【００３１】
次に、この状態で、上記実施例１と同様に主磁場発生用永久電流超電導磁石１、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２を励磁し永久電流モードに保つ。この状態で、接続部15の磁場はほぼゼロで、その接続部15の抵抗値は参考例の1/2 のRs＝1.4 ×10-8Ω程度であり、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の減衰率は参考例の1/2 の5ppm／hr程度である。この場合、中心磁場の減衰率は約 0.05ppm／hrであり、目標とする値 0.01ppm／hr以下になっていない。
【００３２】
ここで、抵抗部磁場可変用コイル用永久電流スイッチ17のヒータにヒータ用電源12（ただし、主磁場発生用超電導コイル３に用いたものと別のヒータ用電源でもよい。）より通電し、永久電流スイッチ17を開状態で、励磁用電源９（ただし、主磁場発生用超電導コイル３に用いたものと別の励磁用電源でもよい。）により抵抗部磁場可変用コイル16に電流を流す。接続部15の磁場が高くなるに伴い接続部15の抵抗値が高くなるため、主磁場減衰補償用超電導コイル４の減衰率が大きくなり中心磁場の減衰率が小さくなる。主磁場減衰補償用超電導コイル４の発生磁場が約1Tになった時、Rs＝ 2.8×10-8Ω程度になり、中心磁場の減衰率はほぼゼロになる。この状態で、ヒータ用電源12をオフとし、抵抗部磁場可変用コイル用永久電流スイッチ17を閉状態とすることにより、この状態を保つ。このような可変抵抗としても容易に磁場減衰をほぼゼロとすることができる。
【００３３】
なお、上記実施例においては、図３に示すように、主磁場減衰補償用超電導コイル４を軸方向に磁場中心面で対称な３個のコイルに分割配置した例を説明したが、このように２個以上のコイルに分割しそれぞれを適宜配置することにより、主磁場減衰補償用超電導コイル４が磁場中心に発生する磁場分布のz2以上の成分を十分小さくすることができる。これにより、高い磁場均一度を要求されるＮＭＲ等に用いられる超電導磁石においても、主磁場減衰補償用超電導コイルの磁場減衰による磁場均一度の変化は小さくなるため、磁場の均一性が損なわれることなく、磁場減衰をほぼゼロとすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る永久電流超電導磁石装置によれば、超電導接続に特殊な技術や対策を施すことなく、極めて高い磁場均一性を長時間安定に維持しつつ、磁場の減衰度が0.01ppm/hr程度以下の極めて安定な磁場を発生させることができる。また、これにより、特に500 乃至800Hz(18.8T)以上の高磁場ＮＭＲ装置用に適した永久電流超電導磁石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る永久電流超電導磁石装置の基本的な概念を表す回路図である。
【図２】参考例を示す永久電流超電導磁石装置の断面概要図である。
【図３】本発明の一実施形態による永久電流超電導磁石装置の断面概要図である。
【図４】従来の永久電流超電導磁石装置を示す、断面概要図である。
【符号の説明】
１：主磁場発生用永久電流超電導磁石
２：主磁場減衰補償用の永久電流超電導磁石
３：主磁場発生用超電導コイル
3A：Nb3Sn 超電導線が巻回された円筒状の主超電導コイル
3B：NbTi超電導線が巻回された円筒状の主超電導コイル
3C：NbTi超電導線が巻回された磁場均一補正用の超電導コイル
４：主磁場減衰補償用超電導コイル    ５，６：永久電流スイッチ
７，８, 10, 11：配線                ９：励磁用電源
12：ヒータ用電源                    13：クライオスタット
14：電気抵抗                        15：接続部（抵抗部）
16：抵抗部磁場可変用コイル
17：抵抗部磁場可変用コイル用永久電流スイッチ
Lp：主磁場発生用超電導コイルの自己インダクタンス
Ls：主磁場減衰補償用超電導コイルの自己インダクタンス
Rp：主磁場発生用超電導コイルの回路中の微小な接続抵抗
Rs：主磁場減衰補償用超電導コイルの回路中の接続抵抗等
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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