(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の超電導コイル、前記複数の超電導コイルの両端に接続された第１永久電流スイッチ、および、前記複数の超電導コイルのうちのいずれか１または連続する２以上の超電導コイルの両端に接続された第２永久電流スイッチを有する超電導磁石装置であって、
前記１または連続する２以上の超電導コイルの両端間で第２永久電流スイッチに直列接続された補償用超電導コイルを有し、
前記１または連続する２以上の超電導コイルである第１超電導コイルの自己インダクタンスをＬ1、抵抗をＲ1、磁場定数をＫ1とし、前記複数の超電導コイルから前記第１超電導コイルを除いた第２超電導コイルの自己インダクタンスをＬ2、抵抗をＲ2、磁場定数をＫ2とし、前記補償用超電導コイルの自己インダクタンスをＬ3、磁場定数をＫ3とし、第１超電導コイルと第２超電導コイルとの間、第１超電導コイルと補償用超電導コイルとの間、第２超電導コイルと補償用超電導コイルとの間の相互インダクタンスを、それぞれ、Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3として、
下記条件を満たすことを特徴とする超電導磁石装置。
【数１】
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【数２】
0003857093.tif 000025
【数３】
0003857093.tif 000026
【請求項２】
第１超電導コイルおよび第２超電導コイルに対し、補償用超電導コイルの相対的な位置および傾きを変化可能であ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】
直列接続された複数の超電導コイル、前記複数の超電導コイルの両端に接続された第１永久電流スイッチ、および、前記複数の超電導コイルのうちのいずれか１または連続する２以上の超電導コイルの両端に接続された第２永久電流スイッチを有する超電導磁石装置での磁場安定化方法であって、
前記１または連続する２以上の超電導コイルの両端間で第２永久電流スイッチに直列して補償用超電導コイルを接続し、
前記１または連続する２以上の超電導コイルである第１超電導コイルの自己インダクタンスをＬ1、抵抗をＲ1、磁場定数をＫ1とし、前記複数の超電導コイルから前記第１超電導コイルを除いた第２超電導コイルの自己インダクタンスをＬ2、抵抗をＲ2、磁場定数をＫ2とし、前記補償用超電導コイルの自己インダクタンスをＬ3、磁場定数をＫ3とし、第１超電導コイルと第２超電導コイルとの間、第１超電導コイルと補償用超電導コイルとの間、第２超電導コイルと補償用超電導コイルとの間の相互インダクタンスを、それぞれ、Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3として、
下記条件を満たすことを特徴とする超電導磁石装置での磁場安定化方法。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理化学分析、断層画像撮像等のため核磁気共鳴を利用する装置（ＮＭＲ装置）で用いられる超電導磁石の磁場安定化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＮＭＲ装置などでは、磁場は極めて安定している必要があるため、磁場を発生させる超電導コイルは永久電流モードで運転される。しかしながら、永久電流モードとはいえ、ＮＭＲ装置での超電導コイルと（励磁用電源に並列に接続される）永久電流スイッチの超電導線との接続部分の微小な抵抗は、永久電流を時間の経過とともに徐々に減衰させ、磁場を減衰させる原因となっている。
【０００３】
接続部分の抵抗は、通常の半田付けでは10-9［Ω］以下にすることは困難であるが、スポット溶接、圧着などにより10-12［Ω］以下に抑えることができ、これにより、磁場減衰率が0．01［ｐｐｍ／ｈｒ］程度の安定な磁場が達成され、理化学分析装置でのＮＭＲスペクトルの測定、ＭＲＩ装置での断層画像の生成などが可能となっている。
【０００４】
ところが、これらの接続抵抗は、特にＮｂ3Ｓｎ超電導線では、磁場が1［Ｔ］程度以上になると急激に上昇し、接続部分には磁気シールドを施す等の特殊な対策が必要となる。
【０００５】
従来、磁気シールドなどの特殊な対策を施すことなく極めて安定な磁場が得られる装置として、特開平4−61103に記載の永久電流超電導マグネット装置、特開2000−68118に記載の永久電流超電導磁石装置が知られている。
【０００６】
図4は特開平4−61103の永久電流超電導マグネット装置の構成を示す断面図であり、図5はこの永久電流超電導マグネット装置の回路図である。
【０００７】
図4、図5に示すように、この永久電流超電導マグネット装置は、クライオスタット150内部に、主に、2つの超電導コイル110、120を有している。これら超電導コイル110、120は、超電導線を円筒状に巻いたものであり、電気的に互いに独立している。第2の超電導コイル120は、第1の超電導コイル110と同心状となるように、超電導コイル110の外周側に配置されており、第2の超電導コイル120のさらに外周側には、同様に円筒状の、磁界を円筒軸方向に均一にするための磁場補正用超電導コイル130が設けられる。
【０００８】
第1の超電導コイル110には、（熱式の）第1の永久電流スイッチ111が並列に接続されており、また、第2の超電導コイル120および磁場補正用超電導コイル130には、第2の永久電流スイッチ121が並列に接続されている。
【０００９】
クライオスタット150の外部には、超電導コイル110、120をそれぞれ励磁する励磁用電源112、122と、永久電流スイッチ111、121のそれぞれのヒータに通電するためのヒータ用電源113、123とが設けられる。
【００１０】
本永久電流超電導マグネット装置では、作用空間（分析試料、人体等を挿入する空間）である第1の超電導コイル110の軸心付近の磁場減衰が電流減衰により発生すると、第2の超電導コイル120に相互誘導される電流の増加分、すなわち、第2の超電導コイル120による軸心付近の磁場の増加分で補償され、この補償により装置内の磁場の安定化が図られている。
【００１１】
図6は特開2000−68118に記載の永久電流超電導磁石装置の構成を示す断面図であり、図7はこの永久電流超電導磁石装置の回路図である。
【００１２】
図6、図7に示すように、永久電流超電導磁石装置では、直列に接続された超電導コイル210、超電導コイル220、および、磁場補正用超電導コイル230の両端に永久電流スイッチ221が接続され、全超電導コイルの一部分である超電導コイル210の両端に永久電流スイッチ211が接続されている。また、超電導コイル210、220、および磁場補正用超電導コイル230は、それぞれ１つ若しくは複数個の単位超電導コイル（超電導線材1スプールから巻かれる、端部以外に接続部を有しない超電導コイル）が直列に接続されてなっている。クライオスタット250の外部には、超電導コイル210、220を励磁する励磁用電源212と、永久電流スイッチ211、221のヒータに通電するためのヒータ用電源213とが設けられている。
【００１３】
本永久電流超電導磁石装置では、超電導磁石回路が2つの閉回路に分割され、これら閉回路での相互誘導により、装置中心付近の磁場の安定化が図られている。
【００１４】
これら特開平4−61103の永久電流超電導マグネット装置、特開2000−68118の永久電流超電導磁石装置は、超電導コイルと永久電流スイッチとの接続に関して、磁気シールドを施す等の特殊な対策を施すことなく、有効に、超電導コイルの中心磁場の安定化を図るものといえる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平4−61103の永久電流超電導マグネット装置では、2つの超電導コイル（超電導コイル110、120）は電気的に独立したものであるため、それぞれに対し、励磁用電源、ヒータ用電源が必要である。しかも、これら2つの超電導コイルに対しては、同一の励磁速度で同時に励磁する必要があるため、永久電流超電導磁石装置の操作は、従来の1つの超電導コイルからなる超電導磁石装置に比べて非常に煩雑なものとなる。
【００１６】
また、特開2000−68118の永久電流超電導磁石装置では、直列接続された複数の単位超電導コイルが2つの閉回路に分割されるが、正確な磁場の減衰率は予測が困難であり、また、閉回路の分割は単位超電導コイルを基準とし分割の組み合わせは限定されるため、分割の組み合わせのいずれによったとしても、中心磁場の減衰率を十分に低減できないことがある。
【００１７】
本発明はこれらに着眼してなされたものであり、その目的は、超電導線の接続に特殊な対策を施すことなく、従来の超電導磁石装置と同様の励磁設備を用いつつ、超電導コイル軸心近傍の磁場を確実に極めて安定化させることのできる磁場安定化技術を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る超電導磁石装置は、直列接続された複数の超電導コイル、前記複数の超電導コイルの両端に接続された第1永久電流スイッチ、および、前記複数の超電導コイルのうちのいずれか1または連続する2以上の超電導コイルの両端に接続された第2永久電流スイッチを有する超電導磁石装置である。
【００１９】
本超電導磁石装置は、前記1または連続する2以上の超電導コイルの両端間で第2永久電流スイッチに直列接続された補償用超電導コイルを有する。
【００２０】
この超電導磁石装置にて、特に、前記1または連続する2以上の超電導コイルである第1超電導コイルの自己インダクタンスをＬ1、抵抗をＲ1、磁場定数をＫ1とし、前記複数の超電導コイルから前記第1超電導コイルを除いた第2超電導コイルの自己インダクタンスをＬ2、抵抗をＲ2、磁場定数をＫ2とし、前記補償用超電導コイルの自己インダクタンスをＬ3、磁場定数をＫ3とし、第1超電導コイルと第2超電導コイルとの間、第1超電導コイルと補償用超電導コイルとの間、第2超電導コイルと補償用超電導コイルとの間の相互インダクタンスをそれぞれＭ1、Ｍ2、Ｍ3として、下記条件を満たすものとする。
【００２１】
【数４】
0003857093.tif 000002
【００２２】
【数５】
0003857093.tif 000003
【００２３】
【数６】
0003857093.tif 000004
【００２４】
また、これらの超電導磁石装置では、第1超電導コイルおよび第2超電導コイルに対し、補償用超電導コイルの相対的な位置および傾きを変化させ、相互インダクタンスＭ2、Ｍ3を変化させるものとすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態の1つである超電導磁石装置について説明する。
【００２６】
図1は本発明の実施の形態の1つである超電導磁石装置の構成を示す断面図であり、図2は本超電導磁石装置の回路図である。また、図3は本超電導磁石装置での補償用超電導コイル40の働きを説明するための回路図である。
【００２７】
図1、図2に示すように、本超電導磁石装置は、上記の特開2000−68118の永久電流超電導磁石装置と同様、直列に接続され同心状に配置される単位超電導コイル10、単位超電導コイル20、および、磁場を均一にするための磁場補正用超電導コイル30に、熱式の第1の永久電流スイッチ21が接続され、単位超電導コイル10に第2の永久電流スイッチ11が接続されている。クライオスタット50の外部には、単位超電導コイル10、20を励磁する励磁用電源12と、永久電流スイッチ11、21のヒータに通電するヒータ用電源13とが設けられている。
【００２８】
特に、本超電導磁石装置は、単位超電導コイル10の両端間で第2の永久電流スイッチ11に直列に接続された、（後述の［数19］を満たす）所定の補償用超電導コイル40を有し、また、この補償用超電導コイル40の、単位超電導コイル10、20に対する相対的な位置および傾きを変化させることができるものである。この補償用超電導コイル40により、特開2000−68118と同様に構成される2つの閉回路での相互誘導による磁場の補償を確実なものとし、超電導コイル10、20の軸心近傍の磁場を極めて安定させることができる。
【００２９】
補償用超電導コイル40による効果を図3の回路図にて説明する。ここでは、超電導コイル310の自己インダクタンスをＬ1、微小抵抗をＲ1とし、超電導コイル320（図2の回路中の単位超電導コイル20および補正用超電導コイル30とを合成したものに相当）の自己インダクタンスをＬ2、微小抵抗をＲ2とし、補償用超電導コイル340の自己インダクタンスをＬ3とする。（補償用超電導コイル340に巻かれる超電導線は超電導コイル310、320よりも短く、その抵抗はＲ1、Ｒ2に比べて無視できるものとする。）
また、超電導コイル310と超電導コイル320との間、超電導コイル310と補償用超電導コイル340との間、超電導コイル320と補償用超電導コイル340との間の相互インダクタンスを、それぞれ、Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3とする。
【００３０】
超電導コイル310、320の励磁に際しては、まず、ヒータ用電源313がオンされて永久電流スイッチ311、321のそれぞれのヒータに通電が開始され、永久電流スイッチ311、312が開状態とされる。この状態で、励磁用電源312により超電導コイル310、320に電流が流され、所定の電流値Ｉ0になれば、ヒータ用電源313がオフされ永久電流スイッチ311、312が閉状態とされる。
【００３１】
このような励磁の直後、それぞれ超電導コイル310、320を流れる電流Ｉ1、Ｉ2は、初期状態では設定電流Ｉ0であるが、微小抵抗Ｒ1、Ｒ2により時間の経過とともにわずかに減少する。また、補償用超電導コイル40を流れる電流Ｉ3は、初期状態では0であるが、時間の経過とともにわずかに増加する。
【００３２】
これらの電流変化は次に示す回路方程式［数7］〜［数9］により求められる。
【００３３】
【数７】
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【００３４】
【数８】
0003857093.tif 000006
【００３５】
【数９】
0003857093.tif 000007
【００３６】
超電導コイル310、320に含まれる微小抵抗Ｒ1、Ｒ2は十分小さく、超電導コイル310、320の電流変化は、設定電流Ｉ0に比べて十分小さいので、Ｉ1＝Ｉ2＝Ｉ0とみなすことができる。［数7］、［数8］また［数9］の両辺を微分して、次の［数10］〜［数12］が得られる。
【００３７】
【数１０】
0003857093.tif 000008
【００３８】
【数１１】
0003857093.tif 000009
【００３９】
【数１２】
0003857093.tif 000010
【００４０】
Ｋ1、Ｋ2、Ｋ3を超電導コイル310、320、補償用超電導コイル340の磁場定数（コイルに1［Ａ］通電したときに生じる磁場の強さ、単位［Ｔ／Ａ］）とすると、超電導コイル310の中心近傍の磁場の変化を次の［数13］で表すことができる。
【００４１】
【数１３】
0003857093.tif 000011
【００４２】
ここで、αおよびβは［数14］、［数15］に示すものである。
【００４３】
【数１４】
0003857093.tif 000012
【００４４】
【数１５】
0003857093.tif 000013
【００４５】
一方、永久電流スイッチ311、補償用超電導コイル340が接続されない場合には、超電導コイル310、320の電流Ｉは次の［数16］から求めることができ、これを変形して［数17］の中心磁場の変化が得られる。
【００４６】
【数１６】
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【００４７】
【数１７】
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【００４８】
磁場変化について次の条件［数18］が満たされるとき、補償用超電導コイル340を用いる本超電導磁石装置の磁場変化が、補償用超電導コイル340が接続されない超電導磁石装置より少ないといえ、［数13］、［数17］をこの［数18］に代入して［数19］を得ることとなる。
【００４９】
【数１８】
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【００５０】
【数１９】
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【００５１】
すなわち、［数19］を満たす自己インダクタンスＬ3、相互インダクタンスＭ2、Ｍ3、磁場定数Ｋ3を有する補償用超電導コイル340を、超電導コイル310の両端間で永久電流スイッチ311に直列に接続することにより、超電導コイル310（および同心状に配置される超電導コイル320）の中心磁場の減衰を低減することができる。
【００５２】
一方、特開2000−68118の永久電流超電導磁石装置は、補償用超電導コイルを用いることなく、［数13］においてＬ3＝0、Ｍ2＝0、Ｍ3＝0、Ｋ3＝0とした場合に相当し、［数19］と同様の条件は次の［数20］にて設定される。
【００５３】
【数２０】
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【００５４】
ところが、単位超電導コイル中の任意の箇所に永久電流スイッチとの接続部を設けることはできず、複数個の単位超電導コイルを有する超電導磁石装置では、単位超電導コイルを基本とする組み合わせ（単位超電導コイルごとの組み合わせ）によって、図7に示したような2つの閉回路が構成される。このため、形状、超電導線材など他の設計事項による制約がある単位超電導コイルにつき、［数20］が満たされるように、永久電流超電導磁石装置を設計することは困難である。すなわち、単位超電導コイルのインダクタンスと磁場定数が一意に確定していることを前提とするとき、すべての永久電流超電導磁石装置にて、［数20］を必ず満たすように閉回路を構成すること、これにより磁場の減衰率を低減させることは困難であるといえる。
【００５５】
これに対し、補償用超電導コイル340を配置した本超電導磁石装置によると、［数19］が満足されるように、すなわち、従来の超電導磁石装置よりも磁場の減衰が低減されるように、補償用超電導コイル340を任意に設定できるため、すべての超電導磁石装置において、簡便に、中心磁場の減衰を低減させることができる。
【００５６】
さらに、本超電導磁石装置では、次に示すように、補償用超電導コイル340と超電導コイル310との間の相互インダクタンスＭ2、および、補償用超電導コイル340と超電導コイル320との間の相互インダクタンスＭ3を調整することによって、中心磁場の減衰をより一層小さく抑えることができる。
【００５７】
一般に、超電導コイルの微小抵抗成分はきわめて小さいため、その値を誤差なく正確に測定することは困難である。したがって、［数19］から算出される最適な配置の補償用超電導コイルを用いた場合でも、実際の装置の中心磁場の変化を設計通りに最小化することは困難である。
【００５８】
しかしながら、本超電導磁石装置では、クライオスタット50（図1）外部から補償用超電導コイル40の配置を制御して相互インダクタンスＭ2、Ｍ3を変化させながら、実際に超電導コイルの中心磁場を測定することにより、中心磁場の減衰を最小化することができる。
【００５９】
たとえば、クライオスタット内部の補償用超電導コイル40に可動機構を設け、クライオスタット外部から挿入したシャフトを用いて動かすものとし、これによって超電導コイル10、20に対する補償用超電導コイル40の位置および傾きと、相互インダクタンスＭ2、Ｍ3とを調整することができる。
【００６０】
実際、図2に示す回路にて自己インダクタンス、相互インダクタンス、抵抗などの数値を代入して、本超電導磁石装置での補償用超電導コイル40の効果を確認する。図2の超電導磁石装置にて、単位超電導コイル10、20、30の自己インダクタンスＬa、Ｌb、Ｌcがそれぞれ3．3［Ｈ］、53．2［Ｈ］、12．2［Ｈ］であり、磁場定数Ｋa、Ｋb、Ｋcがそれぞれ0．0407［Ｔ／Ａ］、0．0776［Ｔ／Ａ］、0．0114［Ｔ／Ａ］であり、単位超電導コイル10と単位超電導コイル20との間の相互インダクタンスＭab、単位超電導コイル10と単位超電導コイル30との間の相互インダクタンスＭac、単位超電導コイル20と単位超電導コイル30との間の相互インダクタンスＭbcがそれぞれ8．0［Ｈ］、1．7［Ｈ］、16．3［Ｈ］であった。
【００６１】
単位超電導コイル10がＮｂ3Ｓｎ超電導線材からなり、単位超電導コイル20、30がＮｂＴｉ超電導線材からなるものとすると、超電導コイルの微小抵抗はＮｂ3Ｓｎ超電導線の接続部の抵抗が支配的であるため、（Ｎｂ3Ｓｎからなる）単位超電導コイル10の微小抵抗Ｒaは複数個の単位超電導コイルからなる超電導磁石装置全体に含まれる微小抵抗Ｒ0に等しいものとし、（ＮｂＴｉからなる）単位超電導コイル20、30の微小抵抗Ｒb、Ｒcはほぼ零とすることができる。すなわち、Ｒa＝Ｒ0、Ｒb＝0、Ｒc＝0である。
【００６２】
特開2000−68118の永久電流超電導磁石装置のように、補償用超電導コイル40が接続されない場合には、どのような位置（単位超電導コイル10の両端、単位超電導コイル20の両端、単位超電導コイル30の両端）に第2の永久電流スイッチ11を配置しても［数20］が満たされることはない。
【００６３】
すなわち、第2の永久電流スイッチ11を単位超電導コイル10に並列に配置すると、［数20］中、Ｒ1＝Ｒa＝Ｒ0、Ｒ2＝Ｒb＋Ｒc＝0、Ｌ1＝Ｌa＝3．3［Ｈ］、Ｌ2＝Ｌb＋Ｌc＋2Ｍbc＝98．0［Ｈ］、Ｍ1＝Ｍab＋Ｍac＝9．7［Ｈ］、Ｋ1＝Ｋa＝0．0407［Ｔ／Ａ］、Ｋ2＝Ｋb＋Ｋc＝0．0890［Ｔ／Ａ］で、（左辺）＞（右辺）となる。
【００６４】
第2の永久電流スイッチ11を単位超電導コイル20に並列に配置すると、Ｌ1＝Ｌb＝53．2［Ｈ］、Ｌ2＝Ｌa＋Ｌc＋2Ｍac＝18．9［Ｈ］、Ｍ1＝Ｍab＋Ｍbc＝24.3［Ｈ］、Ｋ1＝Ｋb＝0．0776［Ｔ／Ａ］、Ｋ2＝Ｋa＋Ｋc＝0．0521［Ｔ／Ａ］で、（左辺）＞（右辺）となる。
【００６５】
また、第2の永久電流スイッチ11を単位超電導コイル30に並列に配置すると、
Ｌ1＝Ｌc＝12．2［Ｈ］、Ｌ2＝Ｌa＋Ｌb＋2Ｍab＝72.5［Ｈ］、Ｍ1＝Ｍac＋Ｍbc＝18．0［Ｈ］、Ｋ1＝Ｋc＝0．0114［Ｔ／Ａ］、Ｋ2＝Ｋa＋Ｋb＝0．1183［Ｔ／Ａ］で、（左辺）＞（右辺）となる。
【００６６】
これらは、第2の永久電流スイッチ11をどのような位置に配置しても磁場の減衰を十分に低減できないことがあることを示している。
【００６７】
一方、本発明の超電導磁石装置のように、補償用超電導コイル40が、単位超電導コイル30の外周側に同心状に配置され、第2の永久電流スイッチ11を介して単位超電導コイル10の両端に並列に接続される場合（図2）、補償用超電導コイル40を適切に構成することにより［数19］を満たすことができる。たとえば、図2の回路中、補償用超電導コイル40の自己インダクタンスＬdは14．2［Ｈ］、磁場定数Ｋdは0．0215［Ｔ／Ａ］であり、単位超電導コイル10、20、30との間の相互インダクタンスＭad、Ｍbd、Ｍcdはそれぞれ2．2［Ｈ］、17．3［Ｈ］、8．6［Ｈ］である。
【００６８】
［数19］中、Ｒ1＝Ｒa＝Ｒ0、Ｒ2＝Ｒb＋Ｒc＝0、Ｌ1＝Ｌa＝3．3［Ｈ］、Ｌ2＝Ｌb＋Ｌc＋2Ｍbc＝98．0［Ｈ］、Ｌ3＝Ｌd＝14.2［Ｈ］、Ｍ1＝Ｍab＋Ｍac＝9．7［Ｈ］、Ｍ2＝Ｍad＝2．2［Ｈ］、Ｍ3＝Ｍbd＋Ｍcd＝25．9［Ｈ］、Ｋ1＝Ｋa＝0．0407［Ｔ／Ａ］、Ｋ2＝Ｋb＋Ｋc＝0．0890［Ｔ／Ａ］、Ｋ3＝Ｋd＝0．0215［Ｔ／Ａ］であり、次の［数21］、［数22］が成り立ち、条件［数19］が満たされていることが確認される。
【００６９】
【数２１】
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【００７０】
【数２２】
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【００７１】
さらに、本超電導磁石装置にて、次のようにして中心磁場の減衰率を測定した。まず、ヒータ用電源13により第1の永久電流スイッチ21および第2の永久電流スイッチ11のヒータ線に通電され、永久電流スイッチ21、11が開状態（オフ状態）とされる。続いて、超電導コイル10、20、30を流れる電流が所定の電流値Ｉ0に達するまで、励磁用電源22から通電される。
【００７２】
電流値Ｉ0に達すると、ヒータ用電源23がオフされ、第1の永久電流スイッチ21および第2の永久電流スイッチ21が閉状態（オン状態）にされ、超電導磁石装置全体が永久電流モードとされる。
【００７３】
この状態で本超電導磁石装置の中心磁場の減衰率を測定したところ、通常一般の超電導磁石装置の仕様の0．01［ｐｐｍ／ｈｒ］を下回る0．004［ｐｐｍ／ｈｒ］であり、補償用超電導コイル40が磁場減衰率を有効に低減させていることが確認された。
【００７４】
以上のように、本超電導磁石装置では、装置全体に含まれる全超電導コイルである単位超電導コイル10、20、30に第1の永久電流スイッチ21が接続され、装置全体の超電導コイルの一部である単位超電導コイル10に第2の永久電流スイッチ11が接続されており、特に、単位超電導コイル10の両端間で、第2の永久電流スイッチ11に直列に補償用超電導コイル40が接続されている。
【００７５】
これらの超電導磁石装置によると、所定の自己インダクタンス、磁場定数などを有する補償用超電導コイル40を用いることにより、超電導線の接続に特殊な対策を施すことなく、超電導コイル軸心近傍の磁場を極めて安定化させることができる。また、本超電導磁石装置は、従来の超電導磁石装置と同様の励磁設備を用いるものであり、特殊な操作を要するものではない。
【００７６】
特に、単位超電導コイル10の自己インダクタンスをＬ1、抵抗をＲ1、磁場定数をＫ1とし、単位超電導コイル20、30の合成された自己インダクタンスをＬ2、抵抗をＲ2、磁場定数をＫ2とし、補償用超電導コイル40の自己インダクタンスをＬ3、磁場定数をＫ3とし、単位超電導コイル10と単位超電導コイル20、30との間、単位超電導コイル10と補償用超電導コイル40との間、単位超電導コイル20、30と補償用超電導コイル40との間の相互インダクタンスを、それぞれ、Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3として、下記条件を満たすものとすることにより、確実に、中心磁場を安定化させることができる。
【００７７】
【数２３】
0003857093.tif 000021
【００７８】
【数２４】
0003857093.tif 000022
【００７９】
【数２５】
0003857093.tif 000023
【００８０】
加えて、単位超電導コイル10および単位超電導コイル20、30に対し、補償用超電導コイル40の相対的な位置および傾きを変化させることにより、（補償用超電導コイル40の単位超電導コイル10および単位超電導コイル20、30に対する）相互インダクタンスＭ2、Ｍ3を微妙に調整し、中心磁場をより安定化させることができる。
【００８１】
なお、上記の実施の形態の超電導磁石装置では、特に超電導線材の材料がＮｂＴｉ、Ｎｂ3Ｓｎであることを想定したが、Ｎｂ3Ａｌ、Ｂｉ−2212系などを用いることができ、また、熱式の永久電流スイッチに代えて、磁界式または電流式の永久電流スイッチを用いるものとすることができる。
【００８２】
また、既存の従来の超電導磁石装置に、上記のような補償用超電導コイルを付加して位置および傾きを調整するものとすることにより、同様に中心磁場の減衰率を低減させることができる。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１および請求項３に記載の発明によると、回路全体から定められる所定のインダクタンスを有する補償用超電導コイルを用いて、超電導線の接続に特殊な対策を施すことなく、超電導コイル軸心近傍の磁場を極めて安定化させることができる。また、これらの磁場の安定化は、従来の超電導磁石装置と同様の励磁設備を用いて行われるため、特殊な操作を不要としている。
【００８４】
また、所定の条件を満たす補償用超電導コイルを用いて、確実に磁場の安定化を図ることができる。
【００８５】
請求項２に記載の発明によると、超電導コイル近傍の磁場を簡便な手法によってより安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の1つである超電導磁石装置の構成を示す断面図である。
【図２】本超電導磁石装置の回路図である。
【図３】本超電導磁石装置での補償用超電導コイル40の働きを説明するための回路図である。
【図４】特開平4−61103の永久電流超電導マグネット装置の構成を示す断面図である。
【図５】永久電流超電導マグネット装置の回路図である。
【図６】特開2000−68118に記載の永久電流超電導磁石装置の構成を示す断面図である。
【図７】永久電流超電導磁石装置の回路図である。
【符号の説明】
10、110、210  第1の超電導コイル
11、21、111、121、211、221  永久電流スイッチ
12、112、122、212  励磁用電源
13、113、123、213  ヒータ用電源
20、120、220  第2の超電導コイル
30、130、230  磁場補正用超電導コイル
40  補償用超電導コイル
50、150、250  クライオスタット
【図１】
0003857093.tif 000030
【図２】
0003857093.tif 000031
【図３】
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【図４】
0003857093.tif 000033
【図５】
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【図６】
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【図７】
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