CN105593696A - 包括具有由带有联结带段的超导结构组成的绕组的超导励磁线圈的nmr波谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种NMR波谱仪(131)，它包括NMR励磁线圈(91)，所述NMR励磁线圈在至少一个节段(121)中具有绕组，所述绕组包括由超导结构(1)组成的导体，所述超导结构具有带状的超导体的多个带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)，其中每个带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)具有柔性的基质(3)和沉积在基质上的超导层(4)，带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)分别具有20m或更大的长度，并且带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)相互连接，其中至少一个带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)构造成联结带段(2、2a)，并且每个联结带段(2、2a)分别与至少两个其他带段(7a-7e)这样连接，使得所述其他带段(7a-7e)一起与联结带段(2、2a)的整个长度(L)至少95％重叠。本发明提供一种改善的NMR波谱仪，波谱仪的励磁线圈尤其是可以在样品空间中产生特别高的磁场强度并且是低漂移的。

Description

包括具有由带有联结带段的超导结构组成的绕组的超导励磁线圈的NMR波谱仪
技术领域
本发明涉及一种NMR(核磁共振)波谱仪，包括NMR励磁线圈，所述NMR励磁线圈在至少一个节段中具有绕组，所述绕组包括由超导结构组成的导体，所述超导结构具有带状超导体的多个带段，其中每个带段都包括基质和沉积在基质上的超导层，并且其中各带段相互连接。
背景技术
超导体可以实际上没有电阻损耗地承载电流。超导体尤其是在需要高的电流强度的场合使用，这样也在励磁线圈中使用。
超导体只可以临界温度(也称为跃变温度)之下并且在与温度并且必要时也与方向相关的临界磁场强度之下无损耗地传输最高到临界电流密度的电流。在彼此相关的临界电流密度、临界温度和临界磁场强度之上，超导体转变成正常导电的状态。
可加工成线材的金属的超导材料、如NbTi具有较低的跃变温度、NbTi大约在9K，从而其使用，尤其是涉及必要的冷却方面是相当昂贵的。此外金属的超导体也具有较低的临界磁场，在所述临界磁场上方所述超导体失去其超导特性。
高温超导体(HTSL)、如钇钡氧化铜(YBCO)具有明显更高的跃变温度，YBCO大约为90K，但由于其陶瓷特性难以加工。如果在显著在其跃变温度之下的温度中使用这种高温超导体，则HTSL可以传输较大的电流强度，即具有高的临界电流密度。此外这种材料以其较高的临界磁场强度也适于在低的工作温度下在大强度磁场中使用，如其例如在NMR波谱仪中希望的，以便实现高的光谱分辨率。
通常对于技术使用，作为薄层将HTSL沉积在柔性的、带状的、通常为金属的基质上，通常在基质和超导层之间设置一个或多个缓冲层并且将一个或多个金属的封闭层沉积在超导层上。该结构形式也称为带状的超导体；在英语中为此建立了专用术语“coatedconductor”(涂层导体)。
然而超导层高质量的沉积较为困难。通常需要特述纹理化的基质表面，这种基质表面只能在有限的长度上提供。目前质量良好的带状的超导体的带段限制在最大约100至500m的范围上。由此在例如NMR波谱仪的励磁线圈中的可缠绕的线圈节段的大小也受到限制。带段与在励磁线圈中的接合点的连接在技术上是困难并且原则上提高了励磁线圈的漂移，这特别是在高分辨率的NMR波谱法中是不希望的。
在EP0545608A2中提出，将仅能在有限的长度上以良好的质量制造的导体件彼此拼接，以便在较长的路程、例如数公里上能够也传输超导的电流。
由US2005/0173679A1已知，将带状的超导体的两个带段相互连接，其中相应的基质上的超导层彼此朝向。所述超导层应处于超导接触，并且通过两个多晶的超导层的靠近，应提高有效的结晶分界面并且由此改善临界电流。
由US6,828,507B1同样已知，将带状的超导体的两个带段相互连接，其中相应的基质上的超导层彼此朝向。超导层通过一个或多个正常导电的中间层(例如各带段的覆盖层)连接。
由US6,121,205已知一种超导结构，所述超导结构包括多个搭接连接的超导单元，其中超导单元分别具有由金属氧化物晶体、例如ZrO2或MgO组成的基质以及例如由ReBCO材料组成的超导层。在这种超导结构中，超导单元的超导层彼此朝向。
US2003/0213611A1说明一种包括多个由YBCO实心材料组成的搭接连接的棒形超导体段的超导结构。所述棒形超导件可以尤其是设置在三个相叠地放置平面中并且沿直线的方向连接。在所述实施形式中，超导材料形成单晶的MgO基质上的薄层。
DE60031784T2记载了一种两个HTS涂敷的元件的布置结构，其以彼此朝向的HTS层通过金属的覆盖层相互连接。HTS涂敷的元件可以横向于纵向延伸方向彼此略微错开地设置。
发明内容
本发明的任务是，提供一种改善的NMR波谱仪，尤其是波谱仪的励磁线圈可以在样品空间中产生特别高的磁场强度并且是低漂移的。特别是应该提供一种NMR波谱仪，其中励磁线圈在磁场强度高时具有高的载流能力并且在运行中能通过开关短接并且适于在励磁线圈内部的研究空间中产生均匀的、在时间上极度稳定的磁场，即在短路运行中，所产生的磁场由于励磁线圈的导体的、在其节段之间的连接部的和/或开关的剩余电阻引起的漂移例如对于高分辨率的NMR波谱法保持在可容忍的界限内。
该任务通过一种NMR波谱仪解决，包括NMR励磁线圈，所述NMR励磁线圈在至少一个节段中具有绕组，所述绕组包括超导结构的导体，所述超导结构具有带状的超导体的多个带段，
其中每个带段具有柔性的基质和在基质上沉积的超导层，其中带段分别具有20m或更大的长度，
并且各带段相互连接，
至少一个带段作为联结带段构成，
并且其中每个联结带段分别与至少两个其他带段这样连接，使得所述其他带段一起与联结带段的总长度的至少95％重叠。所述带段可以是市场上可购得的超导带，如以上说明的超导带。
超导结构在按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的至少一个节段中以一个或多个联结带段为基础。在联结的区域中，超导结构具有特别高的载流能力，其可以容忍零散出现的临界电流密度的不均匀性和在励磁线圈的运行电流(通常明显低于临界电流)中与此连接的、局部出现的(总是还非常小的)欧姆的阻抗。电流可以在连接的、彼此对置的平行的带段之间交换。一个所述带段中临界电流密度有不均匀性的情况下(例如在超导层中有正常导电的缺陷区域)，这种不均匀性通过分别对置的带段桥接和反转，从而总体上不会由于通过这种不均匀性出现对超导结构的载流能力明显的影响。这尤其是也适用于最大的这种类型的干扰，即在带段拼接的间隙处出现的干扰。
此外在对置的带段之间的接触面非常大：在本发明的范围内，通常联结带段的整个长度都可以用于横向的电流交换，由此接触电阻(横向阻抗)非常小。尤其是可以设置一个或多个正常导电的材料的层作为超导层之间的接触部，而不会使欧姆的阻抗由此明显升高。尽管如此，所述正常导电的层应由具有良好的导电性的材料(例如贵金属或铜或这些金属的合金)制造。这些中间层可以简化超导结构的制造过程并且作为热导体和与超导层并联的电流路径有助于稳定超导并且作为失超保护而是有帮助的。尤其是平行的带段也可以通过简单地焊接相应的铜包套连接。通常焊接部沿带方向在大于5m、优选大于20m的长度上延伸。焊接部在所述节段中包围多个线匝。
在本发明的范围内，也可以在相继地联结较大数量的带段时不形成明显的欧姆导线阻抗。由此本发明也很到地适用于具有大的匝数、例如公里级别的线圈。为了NMR目的，得出在数10nOhm之下的总横向阻抗是期望的并且再高一个数量级也恰好是可接受的。两个带段通过铜包封部的焊接部对于常见的市场上可购得的HTS带导体造成约40nOhm/cm2的横向阻抗。
两个带段以彼此朝向的(对置的)超导层的连接在本发明的范围内也可以引起超导的或准超导的电接触，从而总体上出现消失的欧姆的阻抗。当带导体的铜包套围绕基质延伸时，所述带也可以堆叠地焊接，即超导层不是必须彼此(镜像地)朝向。这允许，(在横向阻抗提高时)因此单个带的基质层保持沿径向在外面，这降低了由于洛伦兹力使超导层剥离的风险。
当一个带段与至少两个其他带段连接时，该带段称为联结带段，所述其他带段(沿带段的延伸方向/纵向方向)一起基本上与该带段的整个长度重叠。由此所述其他带段尤其是在联结带段的缺陷区域中作为并联的电流路径提供给联结带段。相反地，联结带段尤其是在所述其他带段之间的间隙(对接部)处作为并联的电流路径提供给所述其他带段。
与按照本发明的联结带段重叠地连接的所述其他带段中的一个或多个(尤其是也可以是所有其他带段)本身可以是联结带段。由此可以以简单的方式利用按照本发明的超导结构构造实际上任意的绕线长度。此外，在超导结构中的一个带段可以关于一个或多个联结带段作为用作其他带段。
在沿超导结构的纵向方向彼此跟随的所述其他带段之间构成(尽可能窄的)间隙(对接部、拼接区域)，所述间隙由联结带段桥接。所述其他带段此外通常沿纵向方向分别在一侧突出于联结带段。
按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈在未匀场(ungeschimmt)的状态下优选在至少1cm3、优选至少10cm3的样品空间中具有100ppm或更好地优选10ppm或更好地特别优选2ppm或更好的均匀性并且在其中优选产生10特斯拉或更多、尤其是20特斯拉或更多、或23.5特斯拉或更多、例如28.2特斯拉(＝1200MHz的质子谐振频率)的磁通密度。超导结构的带段分别具有柔性的、优选金属的例如由钢组成的基质，所述基质可以卷绕，尤其是以便缠绕NMR励磁线圈的一个节段。带段的宽度通常在2mm至60mm的范围内。带段的厚度通常在25μm至300μm的范围内。带段的长度为20m或更长、多数为100m或更长。
在按照本发明的NMR波谱仪的一种优选的实施形式中，超导结构具有至少N个联结带段，其中N≥5，优选N≥20，尤其是所述N个联结带段彼此相继地这样相互连接，使得每个联结带段的至少一个所述其他带段本身是联结带段。由此可以在利用其优点的情况下以任意的、尤其是也以大的长度利用所述超导结构。对于由相继相互连接的联结带段组成的序列的所有(关于带方向)内部的带段，两个其他带段分别是联结带段，并且对于该序列的两个外部的带段，仅一个所述其他带段是联结带段。所述变型方案的超导结构原则上在至少两个平面(上面的和下面的平面)中具有并联的带段。联结带段在上面的平面中依次设置并且优选以其超导层向下定向，并且联结带段在下面的平面中同样依次地设置并且优选以其超导层向上定向。
在该实施形式的一种优选的改进方案中，超导结构通过联结带段沿联结带段的延伸方向周期性地构成。这使得结构特别简单；尤其是可以构成具有相同长度的带段。
一种优选的实施形式设定，在至少一个联结带段中存在至少一个已知的缺陷区域，并且所述其他带段的与该联结带段重叠的至少一个这样选择和/或沿纵向的方向定位，使得该其他带段在已知的缺陷区域周围的第一纵向区域中是无缺陷的，尤其是在到已知的缺陷区域两侧至少10m的第一纵向区域中是无缺陷的。对于一个带段中存在已知的(并且接受的)的缺陷区域的情况，该带段应该与重叠的带段连接，所述重叠的带段这样选择并且必要时沿纵向偏移，使得该重叠的带段分别在第一带段的已知的缺陷位置周围的纵向区域中是无缺陷的，通常在从约10m直至数十米的区域中。这还允许以充分小的欧姆横向阻抗进行电流交换。
这类似地然尤其是适用于最显著的缺陷区域，即在带段拼接的位置。相应地，这样的实施形式也是优选的，其中，联结带段在围绕与该联结带段重叠地连接的两个其他带段之间的间隙的第二纵向区域中是无缺陷的，尤其是在所述间隙的两侧至少10m的第二纵向区域中是无缺陷的。
在一种有利的实施形式中设定，所述节段包括在多个径向的缠绕层中的绕组，并且在两个与相同的联结带段重叠地连接的其他带段之间的间隙在径向相叠的缠绕层中在方位角上彼此间隔开。因为拼接位置(间隙)也是潜在的机械的薄弱位置，各拼接位置在多层的绕组中不应径向相叠或纵向并排。
由此可以提高励磁线圈的机械稳定性。如果可能的话，在这里应该优选的是，在制造具有包括联结带段的结构的导体时就已经要注意关键的导体件以后在线圈节段中所处的位置。确定的存在的带段可以据此可以有意地缩短并且连接，以便例如符合上述准则。
此外，相应地有利的是，这样设定，所述节段在至少一个缠绕层中包括多个轴向相邻的绕组，并且在相同的缠绕层中的间隙沿方位角彼此间隔开。
在按照本发明的NMR波谱仪的一种有利的实施形式中设定，所述节段具有至少一个以单重的、不间断的带段缠绕而成的单重带分节段和至少一个以包括所述超导结构的导体缠绕而成的多重带分节段。如果提供了大长度的无缺陷的带导体，但所述长度不足以连续地缠绕整个希望的线圈节段，则可以形成单带分节段，所述单带分节段只由连续的带导体(带段)缠绕而成(以完全的电流密度)，并且此外形成包括联结带段(以减少的电流密度)的多带分节段。这些分节段的几何布置结构可以同时用于场均匀化。在励磁线圈中一种可能的布置结构是，一个具有联结的轴向内部的分节段，该分节段沿轴向由带有连续带导体的两个分节段包围。然而其也可以例如以缠绕层方式从单带转换到拼接的双带(并且必要时转换回去)。在极端情况下，这时在双带的一个层以单带的拼接部用作一个节段内部的(准)超导的连接部(接点)。这可以有利地以两种方式实现。在第一变型中，在节段的轴向的端部上的单带升高到径向再下一个缠绕层中。从该节段端部起附加缠绕的另一个带段处于在所述单带和再下一个缠绕层之间的下一个缠绕层中，所述另一个带段直至另一个轴向的端部覆盖该节段。最初的带段和附加缠绕的带段直到大约节段的轴向中心处焊接成双带。在那里(在再下一个层中)最初的带段结束并且拼接新的带段并且使所述新的带段与所述附加缠绕的带段焊接(直到所述节段的轴向端部)。由此线圈电流在所述节段的轴向的第一半部上从最初的带段转移到附加缠绕的带段中，而在第二半部中从附加缠绕的带段转移到拼接的带段中。优选焊接的各带段的超导层在这里彼此朝向。在第二变型中(为此参考权利要求29和图15a、15b)，在所述节段的一个轴向的端部延伸至另一个端部的至少一个双层中，线圈电流从所述一个层中所到达的一个带段转移到下一个层中的焊接的带段上。为此节段的整个轴向长度可供使用；在多个双层上进行焊接的情况下，所述节段的轴向长度相应可供多次使用，这进一步降低接触电阻。在该第二变型中显得更为有利的是，简单地堆叠焊接的带段，以便将基质保持沿径向在外面；在带段分别完全以高导电性的材料、优选铜包套的情况中(例如通过铜箔包围整个的带状的超导体并且在一侧、优选基质侧上在对接处焊接在一起成)，与用于焊接的带段之间的电流过渡的大传输长度相结合，欧姆横向阻抗保持在可接受的范围内。在最初的几次测试试验中得出显著小于1nOhm的接触电阻。
优选是上述实施形式的改进方案，其中，所述节段具有两个轴向外部的单重带分节段和一个轴向中间的多重带分节段，尤其是所述轴向中间的多重带分节段仅具有一个联结带段。在轴向中间的多重带分节段中，电流密度相对于单重带分节段降低，所述多重带分节段这时处于励磁线圈的中央的区域中，这里出现特别高的磁场强度。
特别优选一种实施形式，其中，联结带段和另所述其他带段以彼此朝向的超导层相互重叠地连接。由此在联结带段和其所属的其他带段之间的电阻可以保持特别小。在一种备选的关于在线圈节段中出现的径向的力可能是有利的实施形式中，在超导结构的两个平面中的带段中(即联结带段中以及在其所属的其他带段中)的超导层朝相同的侧面定向；这里，在已缠绕的励磁线圈中，对于所有带段，通常基质(多数是钢板)径向向外定向，而超导层径向向内定向。在这种情况下，横向的电流传输通常至少部分地通过带段的焊接铜包套。
优选的还有一种实施形式，其中，所述超导结构具有至少两个边缘侧的带段，一个边缘侧的带段分别与一个联结带段这样连接，使得联结带段基本上与该边缘侧的带段的整个长度重叠。，超导结构可以在其两个端部上以边缘侧的带段终结并且形成节段/分节段的绕组输入端或输出端。边缘侧的带段可以设置在相同的平面或不同的平面中。联结带段通常与在边缘侧的带段的长度的至少95％、优选至少99％或100％重叠。
在按照本发明的超导结构的一种特别优选的实施形式中，各所述其他带段一起与联结带段的整个长度的至少95％、优选至少99％重叠。由此可以实现重叠的各带段之间的非常大的接触面和相应小的电阻抗。联结带段的可能的剩余的(未重叠的)长度通常使得可以取消其他带段之间的间隙(或多个间隙)和/或用于电流的导入或导出位置(这时通常在励磁线圈的节段或分节段的端部上)。
优选的还有一种实施形式，其中，联结带段具有至少100m、优选至少200m的长度。这一方面保证，与其他带段的重叠长度也较大(通常例如每个其他带段占联结带段的长度的一半)，另一方面可以以这种大的带段长度有效地建立线圈节段的导体的大的总长度。
同样优选的是一种实施形式，其中超导结构(或节段/分节段的导体)具有至少1000m、优选至少2000m的总长度。按照本发明的结构可以容易地提供这种大的总长度；相应地可以制造具有高的磁通密度的大的励磁线圈。
在一种有利的实施形式中，在与相同的联结带段重叠连接的两个其他带段之间的间隙沿带段的延伸方向的间隙宽度为5mm或更小、优选为2mm或更少，尤其是间隙在彼此对接的其他带段中封闭地构成。由此使得只有联结带段、但不包括其他带段可供使用载流的长度最小化。
优选的还有一种实施形式，其中，在与相同的联结带段重叠连接的两个其他带段之间的间隙关于联结带段的长度近似地居中设置。通过居中的间隙布置结构，对于与其他带段的接触面提供了大致相同的部分长度，由此避免了在一侧提高与一个所述其他带段的接触电阻。通常，所述间隙位置相对于联结带段的长度与联结带段的中心偏离最大10％、优选最大5％。
在按照本发明的超导结构的一种有利的实施形式中设定，与相同的联结带段重叠连接的两个其他带段的彼此对置的端部分别朝另一个其他带段变细，尤其是从而在该两个其他带段之间的间隙至少局部地以相对于带段的延伸方向5°和30°之间的角度伸展。在该变型中，在其他带段之间的间隙至少局部倾斜于(并且尤其是不垂直于)联结带段的延伸方向伸展。间隙在一个很大的路段上(沿联结带段的延伸方向)延伸，但不会占据超导结构的整个宽度(参考2mm和6cm之间的常见带宽)。该结构形式在实际中得到验证。
同样优选的是一种实施形式，其中，相互重叠地连接的带段的超导层
-直接彼此邻接，
-或通过一个或多个含贵金属的层、尤其是含银的层和/或一个或多个含铜的层、尤其是铜层相互连接。在直接的彼此邻接的情况下，原则上可以建立超导层之间的非常好的(甚至超导的)接触；但这种接合技术难以掌控。在通过正常导电的层(或多个这样的层)实现连接的情况下，简化了超导结构的制造，并且可以在功能上(例如用于用于稳定和作为失超保护)使用所述层。由于大的接触面，在合适的材料选择(例如足够好的导电性)和合适的层厚度选择(不过厚)时，由于正常导电的层(或多个这样的层)只出现可忽略的欧姆阻抗。
此外有利的是一种实施形式，其中超导结构的带段在外侧设有分流结构，尤其是部分地或完全由分流层包围。由此提供了并联于超导层的正常导电的电流路径，通过所述电流路径，在超导突然崩溃的情况(“失超”)下可以承接之前超导承载的电流。由此应该避免超导层的过度加热(“烧透”)。分流结构可以尤其是由铜制造。
在该实施形式的一种优选的改进方案中设置，每两个相互重叠连接的带段横向于带段的延伸方向在一个或多个突出区域中不重叠，并且分流结构在至少一个上述突出区域中与所属的带段接通。由此在失超情况下电流从带段的超导层中的导出特别简单。两个突出区域可以基于相同宽度的带段横向于带段的延伸方向的错位形成；一个或两个突出区域可以通过使用不同宽度的带段形成。
特别优选的还有一种实施形式，其中，超导层包含高温超导(HTSL)材料，尤其是YBCO或BSCCO类型的高温超导材料。利用HTSL材料可以(在较低的温度下，例如利用LHe冷却)达到特别高的载流能力。在本发明的范围内，HTSL材料是指跃变温度在40K之上的所有材料。BSCCO材料可以包括Bi2Sr2CaCu2O8+x和/或Bi2Sr2Ca2Cu3O10+。
有利的是该实施形式的一种改进方案，其中，所述其他带段的至少一个构成与低温超导体(＝LTS)线材的接合部，所述线材包含LTS超导材料的丝线，其中该其他带段和所述LTS线材沿该其他带段的纵向方向在至少1m、优选至少10m上重叠并且借助焊料相互焊接。由此可以建立与LTS线的低电阻的过渡。接合部应设置在高场外，以便实现良好的载流能力。通常作为LTS材料使用NbTi。优选在超导结构的每个端部上设置这样的接合部。丝线和/或超导层可以在接合部的区域中没有包封部或保护层。在本发明的范围内，LTS材料是指跃变温度在40K之下的所有材料，尤其是NbTi和Nb3Sn。
优选的还有一种改进方案，该方案设定，励磁线圈具有至少一个具有由超导结构的导体组成的绕组的HTS节段和至少一个包括由LTS线材组成的绕组的LTS节段，HTS节段和LTS节段尤其是设置成以HTS节段处于内部地彼此嵌套。由此可以实现适用于特别高的磁场强度的线圈构造。相互串联的HTS节段和LTS节段优选超导短接地以“持久模式(persistentmode)”运行；可以以常规方式使用应对剩余漂移的已知措施。
同样有利的是一种实施形式，其中，在基质和超导层之间设置缓冲层，尤其是包含CeO2的缓冲层。由此可以改善超导层的质量。必要时也可以使用多个缓冲层。
具有三个或更多带层的实施形式
优选的还有按照本发明的NMR波谱仪的一种实施形式，其中，超导结构在至少一个区段中具有M重带构造，其中M是整数(IN)并且M≥3，在所述区段中，至少一个所述带段作为多重联结带段构成，其中每个多重联结带段分别与M-1个分别包括至少两个其他带段的组这样连接，使得每组的其他带段一起与所述多重联结带段的整个长度的至少95％重叠。通过多组其他带段，可以在多重联结带段的每个位置上或基于多重联结带段的超导结构的每个位置提高桥接缺陷或间隙的电流路径的数量；由此可以提高在超导结构的带段中的可用的电流密度。
由双带(2重带)构成的节段只能接近无损地只承载与由(未拼接的)无缺陷的单个带组成的节段大致相同的电流，因为在双带中的接合部处桥接的带段必须独自承担所有电流。由此，双带中可用的电流密度相对于单个带有效性例如减半。根据可用的长度、其无缺陷性和单位长度出现的横向阻抗，可能合理的是，将具有多于两个带层(平面)的序列(堆叠)连接和联结，例如有三个带层。由此虽然拼接部(间隙、对接部)之间的距离下降；但此时在有M层时可以在每个位置利用M-1个纵向的、连续的电流路径。在M＝3层时，在超导的结构中(几乎)可以实现双倍的单带或双带的电流，因为在对接部处有两个电流路径或桥接的带段供使用，即有效的电流密度在3重带中(例如以例如相对于单带具有约2/3的临界电流密度)可以又比在双带中(例如相对于单带具有约1/2的临界电流密度)略大。
有效的电流密度还可以通过更多层(较大的M)进一步升高。当然随着上升的M，导体的生产和缠绕过程变得困难、昂贵并且易于出错，从而在通常的情况中双带或3重带是最好的选择。
在M重带构造中，原则上对于多重联结带段和每个组分别在超导结构中设置一个平面(带层)，相应地总共设置M个相叠的平面(带层)。通常超导结构具有5个或更多、优选20个或更多多重联结带段；所述带段通常相继相互这样连接，使得在每组多重联结带段中的至少一个所述其他带段本身是多重联结带段。
要注意的是，在本发明的范围内，励磁线圈通常包含多个串联的节段或分节段，所述节段或分节段以单重的带导体缠绕而成和/或由具有连接的单个带段的上述联结结构的双带缠绕而成和/或由M重带缠绕而成，M>2，然而至少一个节段或分节段以多重带缠绕而成。双带的前面各段中列举的有利的改进方案也可转用至M重带。
有利的是该实施形式的一种改进方案，其中，与相同的多重联结带段重叠的不同组的两个其他带段之间的间隙在多重联结带段的长度上接近均匀分布地设置。由此一方面避免，不同组的间隙相叠，另一方面可以使超导结构中的各间隙之间的长度统一。由此实现优化利用连接的带段载流能力。
另一个优选的改进方案设定，所述超导结构具有3重带构造，即M＝3，其中带段在三个层中相叠地设置，两个处于外部的层的带段以其超导层朝向中间的层的带段，中间的层的带段以其超导层交替地朝向两个外部的层的带段。由此可以至少局部地在两个外部的层和中间的层之间建立低电阻的过渡。
这里以有利的方式设置，在两个外部的层的带段之间的间隙沿纵向方向相互错开，中间的层的带段以其超导层分别朝向如下处于外部的层，在中间的层的相应的带段的长度上，在所述外部的层上出现间隙。由此总是在特别需要低电阻的电流过渡的位置，即间隙的周围提供从两个外部的层的带段至中间的层的带段低电阻的电流过渡，由此可以保持超导结构的总阻抗较小。中间的层的带段可以最简单地选择成如外部的层的带段的一半长，此外一个外部的层的间隙可以分别相对于另一个外部的层的间隙居中地设置，此外中间的层的带段可以分别相对于外部的层的分别被桥接的间隙居中设置。
具有双层的发明变型方案
也落入本发明的范围内的是这样一种NMR波谱仪，它具有NMR励磁线圈，所述NMR励磁线圈在至少一个节段中螺线管形地多层缠绕并且包括绕组，所述绕组具有由超导结构组成的导体，所述超导结构包括带状的超导体的多个串联的带段，其中每个带段具有柔性的、金属的基质和沉积在基质上的超导层，并且在所述节段中至少两个带段在至少20m的带长度上相互正常导电地焊接并且在正常导电地焊接的带长度上缠绕成一个完整的双层或多个完整的双层。在这种结构形式中，两个带段在正常导电焊接的带长度上缠绕成至少一个双层，其中所述双层分别在所述节段的整个的轴向的长度上延伸。利用所述超导结构可以将两个(或相继地还可以有更多个)带段以小的电阻抗彼此拼接，其中分别通过正常导电焊接的带长度建立两个带段的重叠部。由于所述正常导电焊接的带长度具有大的长度，在电流从一个带段过渡到另一个串联连接的带段时欧姆阻抗非常小；实际上已经实现了小于1nOhm的接触电阻。在双层的轴向的端部上，分别有两个带段的一个过渡到单层(或必要时这两个带段也可以过渡到其他双层)，所述单层在所述双层之下或之上缠绕。通过在双层的轴向的端部上的过渡，避免在节段的绕组中出现台阶部，这避免通过在励磁线圈的运行中的洛伦兹力的力峰值。要注意的是，可以以超导层彼此朝向地进行带段的焊接，或优选以径向同向的、尤其是径向向内指向的超导层进行焊接。这在作用到超导层上的径向洛伦兹力方面提供了优点，所述洛伦兹力由径向处于外面的金属基质拦截。与带段的在上面说明的铜包套相结合，能将相对于具有彼此朝向的超导层的结构形式提高的欧姆接触电阻保持在可容忍的界限中。此外NMR波谱仪和超导结构并且尤其是带段可以根据前面所述的发明变型方案(具有至少一个联结带段)构成。
本发明其他的优点由说明书和附图得出。同样上述的并且还要进一步说明的特征按照本发明可以分别本身单独地或以多个特征的任意的组合使用。所示和所述的实施形式不应理解为穷尽的列举，而是对于描绘本发明具有示例性的特性。
附图说明
本发明在附图中示出并且借助实施例进一步解释。其中：
图1示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的周期性的部分的示意性纵向剖视图；
图2示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的示意性纵向剖视图，带有五个联结带段和两个边缘的带段；
图3a示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的在横向于延伸方向伸展的间隙的区域中的部分的示意性斜视图；
图3b示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的在倾斜于延伸方向伸展的间隙的区域中的部分的示意性斜视图；
图4a-4f示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的不同实施形式的示意性横向剖视面；
图5是按照本发明作为沿超导结构的延伸方向的位置的函数示意性示出通过超导结构的联结带段的横向电流的图表；
图6示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的示意性纵向剖视图，带有不同的长度的带段；
图7a示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的示意性纵向剖视图，带有3重带构造并带有均匀分布的间隙；
图7b在平面VIIb处示出图7a的超导结构的横向剖视图；
图8示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构的示意性纵向剖视图，带有3重带构造，在中间的层中的带段具有交替定向的超导层；
图9示出用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈的示意性纵向剖视图，所述励磁线圈以构造成双带的超导结构缠绕而成；
图10示出用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈的示意性横向剖视图，其中间隙在方位角上分布；
图11a示出用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈的示意性纵向剖视图，所述励磁线圈以超导结构缠绕，所述超导结构具有两个单带分节段和一个双带分节段；
图11b示出图11a的励磁线圈的展开的超导结构的示意性纵向剖视图；
图12a示出通过用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈的示意性纵向剖视图，所述励磁线圈具有HTS节段和LTS节段；
图12b在其中的剖切面XIIb的区域中示出图12a的一个其他带段和励磁线圈的LTS线材的重叠区域的示意性横向剖视图；
图13示出按照本发明的NMR波谱仪的示意图；
图14a失火促用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈的示意性纵向剖视图，所述励磁线圈以双层中的联结带段缠绕；
图14b示出图14a的励磁线圈的展开的超导结构的示意性纵向剖视图；
图15a示出用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈的示意性纵向剖视图，所述励磁线圈以具有两个在双层中正常导电地焊接的带段的超导结构缠绕；
图15b示出图15a的励磁线圈的展开的超导结构的示意性纵向剖视图；
图15c示出图15b的超导结构在双带区域中的示意性横向剖视图。
具体实施方式
图1用示意性纵向剖视图中示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构1的一部分。超导结构1具有带状的超导体的多个相互连接成沿纵向的方向(在图1中从左向右)延伸的导体的带段，该图所示的局部这里只包括所谓的联结带段2。在该局部中，总共部分地或完全示出十一个相继相互连接的联结带段2(为了简化起见，在图中只一个带段以附图标记2标出)。
每个带段2具有基质3(例如钢板)和沉积在基质3上的超导层4。带段2在这里设置在两个平面(或层)E1、E2中；上面的平面E1中的带段2以其超导层4向下定向(朝向下面的平面E2)，而下面的平面E2中的带段2以其超导层4向上定向(朝向上面的平面E1)；即超导层4彼此朝向。在不同的平面E1、E2的带段2之间设置焊料层5，所述焊料层在这里由含银的合金组成。
在示出的实施形式中，在相同平面E1、E2的相邻带段2之间分别存在间隙6，所述间隙具有相对于带段2的长度L小很多的间隙宽度SP。超导结构1在示出的局部中沿延伸方向(x方向)周期性地(不仅在每个平面E1、E2中而且在总体上)构成；尤其是这里所有联结带段2具有相同的长度L，而各间隙6具有相同的间隙宽度SP。
要注意的是，在图1中(并且也在后面的附图中)没有符合比例的尺寸，相反很多结构元件放大地示出，以便可以容易地识别。沿超导结构1的延伸方向x，带段2通常分别具有十米或更大的长度L；间隙宽度SP(沿x方向)通常为5mm或更少。带段2垂直于图1的图平面(y方向)的宽度通常在2mm和6cm之间，带段2沿z方向的高度通常在200μm或更小的范围内，通常在约为100μm或更小。超导层4沿(z方向)的厚度通常为几个μm，常见的焊料层5的厚度通常在100μm或更小的范围内、经常为25μm或更小。
超导结构1用于沿其延伸方向x(沿纵向方向)传输电流。为此带段2构造成按照本发明联结带段2。这里每个联结带段2沿x方向与两个其他带段7a、7b(这里其本身也是联结带段)重叠；所述其他带段7a、7b与带段2重叠地连接。联结带段2的长度L这里由两个带段7a、7b一起基本上完全重叠；在示出的实施形式中，仅在其他带段7a、7b之间的间隙6的区域中不存在重叠。间隙6在这里关于联结带段2位于中央，从而与带段7a、7b的重叠长度分别约为L/2。
在另一个带段7a(或其超导层4)中要沿超导结构1(x方向)的延伸方向输送的电流可以通过非常大的面转移到联结带段2中(沿z方向的横向电流)，然后间隙6截止沿延伸方向x的其他的电流。在过渡部处的欧姆阻抗对应小。在联结带段2中，电流此时可以经过间隙6。随后电流可以以类似的方式转移到另一个带段7b中，以便跨过下一个间隙，并如上所述进行下去。
图2同样用纵向剖视图示出用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构1，这里具有正好五个联结带段2和两个边缘的带段8a、8b；超导结构1沿x方向延伸。在两个平面(层)E1、E2之内相邻的带段2、8a、8b之间的间隙6在该实施形式中具有消失的间隙宽度(沿x方向)。
在上面的平面E1中，左边和右边外部的联结带段2分别以其超导层4分别朝向一个边缘的带段8a、8b和一个作为其他带段7a、7b的联结带段2或者通过焊料层5与它们重叠地连接。边缘的带段8a、8b在这里由分别对置的外部的联结带段2沿x方向完全重叠。
在示出的实施形式中也还绘制了带段2、8a、8b的缓冲层9，缓冲层例如包含CeO2并且分别设置在基质3和超导层4之间。
在图2中示出的实施形式中，超导结构1的总长度GL例如为1200m。
图3a在超导结构1的上面的平面中两个相邻的联结带段2之间的间隙6的区域中示出用于按照本发明的NMR波谱仪的例如在图1中示出的超导结构的励磁线圈的超导结构1的一个局部的示意性斜视图；该两个带段关于在下面的平面中的带段2构成其他带段7a、7b。在示出的实施形式中，间隙6横向于(垂直于)超导结构1的延伸方向x伸展；该间隙几何结构可特别简单地制造。
当然也可以将间隙6倾斜于延伸方向(x方向)地构成，如在图3b的超导结构1中示出的那样。在超导结构1的上面的平面中的带段2或7a、7b的端部10a、10b这里分别朝相应另一个带段2或7b、7a的方向变窄；但各端部10a、10b基本上补充成两个带段2或7a、7b的完整宽度B。留出的间隙6大部分以例如15°的角度α相对于延伸方向x伸展。
要注意的是，即使间隙6可以倾斜于延伸方向x伸展，在本发明的范围内，间隙宽度SP总是沿延伸方向x测量。如果间隙宽度应该沿间隙6变化，则间隙的间隙宽度SP总体上原则上依据沿间隙6的出现的最大间隙宽度确定。
在图4a至4f中示出通过用于按照本发明的NMR波谱仪的励磁线圈的超导结构1的不同实施形式的横向剖视图(参考图1中的平面IV)，其中横截面选择在远离间隙的位置。
如图4a所示，超导结构1的对置的、在这里相同宽的带段2可以沿侧向(沿y方向)相互错开地设置，从而横向于延伸方向x留出两个突出区域13。这两个突出区域与两个优选由铜制成的分流元件11a、11b接通，从而建立并联于超导层4的两个正常导电流路径并且由此构成分流结构12。在超导层4之间(单在这里不在分流元件11a、11b下)设置用于良好电接触的含银的焊料5。
在图4b的超导结构1的实施形式中，安装两个不同宽的带段2。较窄的上面的带段2居中放置在下面的较宽的带段2上并且由分流层14包围，所述分流层也覆盖下面的带段2的突出区域13。在示出的实施形式中，分流层14(优选由铜制造)这里与焊料层5接通，由此保证与两个超导层4良好的电接触。由此分流层14可以作为分流结构12良好地用于两个带段2。
在图4c的超导结构的实施形式中，两个对置的但侧向相互偏移的带段2完全由分流层14包围，所述分流层相应地也与突出区域13(在这里经由焊料层5)接通。分流层14在这里不只用作分流结构12、而是也用作用于两个带段2的机械的夹子。
图4d示出图4a的实施形式的一种变型，其中附加的分流层14以L形包围两个分流元件11a、11b和上面的带段2。由此可以提高整个分流结构12的横截面积。
也可以使在图4e中设置在下面的带段2与上面的带段2沿侧向在y方向上仅部分地重叠，从而剩余突出区域13，并使该突出区域13与辅助带段15触点接通。辅助带段15可以是或不是超导结构1的联结带段。利用辅助带段15实现了辅助突出区域13a，所述辅助突出区域可以与分流元件11接通，其中辅助突出区域13a的宽度(沿y方向)实际上可以通过辅助带段15的宽度任意调整。由此可以调整分流结构12的功效。
此外可以通过两个分流层14a、14b(在这里由铜制成)构成分流结构12，所述分流结构本身分别包围两个带段2，并且通过焊料层5将两个分流层14a、14b连接，见图4f。由此两个铜层14c、14d和一个这里含银的焊料层5有效地位于两个带段2的彼此对置的超导层4之间。
图5示出在按照本发明的超导结构1中沿延伸方向x输送的电流50的流动。超导结构1包括至少一个联结带段2和两个与其连接的其他带段7a、7b，除了沿y方向伸展的间隙6以外，所述其他带段总体上与带段2在其沿x方向的整个长度上重叠。在所述图表中，横向的电流Iz、即沿z方向垂直地进入带段2的超导层4之中(或在负号时从其中出来)的电流作为x位置的函数示出。为了更为清楚，带段2、7a、7b在图上面的部分稍微分开地示出。
横向的电流Iz首先在带段2的图5中左边的端部51的附近具有最大值Max1，因为在该区域中从左边流动通过所述其他带段7a的电流首次也可以达到并且利用带段2。在间隙6之前，所有的(剩余的)电流最后必须从其他带段7a转换到带段2中，这导致另一个最大值Max2。要注意的是、Max1和Max2通常一样大。不能直接经由两个其他带段7a、7b之间的间隙6(所述其他带段关于z具有相同的位置，即在一个平面中)实现横向的电流。在间隙6之后，可以首次使电流流动到其他带段7b中，这导致横向的电流Iz的第一最小值Min1。带段2的右端部52之前不远处，最后所有的(剩余的)电流必须转换到其他带段7b中，这可以在另一个最小值Min2处看出。
以与间隙6类似的方式，电流50也可以绕过临界电流的不均匀性(例如在超导层4中的正常导电的缺陷区域中存在)。
图6示出用于本发明的超导结构1的另一种实施形式，其中安装不同长度(沿延伸方向x)的带段2、7a、7b、7c。带段2、7a、7b、7c分别具有基质3和超导层4。
以附图标记2标出的联结带段在这里总共与三个其他带段重叠地连接，即其他带段7a、7b和7c；这三个带段7a、7b和7c一起与联结带段2的整个长度L重叠。联结带段2的长度L在这里是其他带段7c的长度L7c的约1.5倍。通过在超导结构1中使用不同长度的带段2、7a、7b、7c，对于昂贵的带状超导体可以避免或至少减少的边角料。
当然在制造超导结构1时要注意，围绕带段中的已知缺陷区域，桥接该缺陷区域的带段没有已知的缺陷区域。例如桥接联结带段2的已知缺陷区域FB(例如在联结带段2的超导层4中的正常导电的位置)的其他带段7c在第一纵向区域LB1中没有已知的缺陷区域，所述第一纵向区域这里在缺陷区域FB之前和之后分别延伸超过10m。
同样要注意的是，围绕间隙桥接该间隙的带段没有已知的缺陷区域。例如围绕其他带段7a、7c之间的在图6中用附图标记6表示的间隙，联结带段2在的第二纵向区域LB2中没有已知的缺陷区域(例如在联结带段2的超导层4中的正常导电的位置)，所述第二纵向区域在这里在间隙6之前和之后分别延伸超过10m。
在设计中考虑这个原则时，即哪些带段在什么位置相互重叠地连接，也可以毫无问题地使用具有已知缺陷区域的带段；可以类似于间隙地桥接所述已知缺陷区域，此时总体上不影响超导结构的载流能力。由于带段中已知的缺陷区域导致废品可以这样降至最少。
要注意的是，在这里其他带段7c不是联结带段，因为它只与一个带段、即带段2重叠。相反，其他带段7a、7b本身是本发明意义上的联结带段，并且带段7a、2和7c可以看作是相继相互连接的联结带段。
在图1至6中分别示出具有双带构造的超导结构，而在图7a中示出用于本发明的超导结构1，该超导结构具有多带构造，所述多带构造具有在多于两个平面(层)中、即在这里在三个平面(层)E1、E2、E3中的带段。所述带段分别也具有基质3和超导层4。
在所示实施形式中，超导结构1由多个多重联结带段2a(为了简化起见，在图7a中只标出其中一个)和四个边缘侧的带段8a-8d形成。现在仅示例性地详细考察以附图标记2a标出的多重联结带段：
设置在最上面的平面E1中的多重联结带段2a在中间的平面E2中由其他带段7a、7b一起在其整个长度L(带段7a、7b之间的间隙6除外)上被重叠。其他带段7a、7b因此形成第一组多重联结带段2a与其重叠地连接的其他带段7a、7b，。
多重联结带段2a此外在下面的平面E3中由其他带段7c、7d一起在其整个长度L(带段7c、7d之间的间隙6除外)上发生重叠。其他带段7c、7d因此形成第二组多重联结带段2a与其重叠地连接的其他带段7c、7d，。
要注意的是，其他带段7a-7d本身是多重联结带段，其分别由两组其他带段分别完全(间隙6除外)重叠。
在其他带段7c、7d和7a、7b之间的间隙6处于多重联结带段2a的长度L的约1/3和2/3处，并且因此在多重联结带段2a的长度L上均匀分布地设置。由此总是提供对应于多重联结带段2a的长度L的约1/3的长度供电流过渡使用。
在所示实施形式中，所有带段的超导层4朝相同的侧面(向上)定向。这种构造在以超导结构1缠绕的励磁线圈中的力分配方面是有利的。此时可以利用例如由铜组成的分流层14辅助平面E1、E2、E3之间的横向电流补偿，所述分流层包围超导结构1，见图7b，该图示出图7a的在剖切面VIIb处的横截面。来自平面E2的中间的超导层4的电流可以例如侧向转移到导电良好的分流层14中并且(在另一个纵向的位置上)从这里例如再次侧向进入下面的平面E3的超导层4中。
可以建立不同平面E1、E2、E3的带段之间的直接的横向电流过渡，其方式为，在具有3重带构造的超导结构1的中间的平面E2中，超导层4的定向发生交替，即在平面E2中从一个带段到另一个带段发生更替，如在图8中示出的那样。
在所示实施形式中，上面的平面(层)E1和下面的平面(层)E3的各带段的超导层4分别朝中间的平面(层)E2定向。中间的层E2的带段分别这样定向，使得所述带段以其超导层4分别朝向刚好出现间隙6的平面E1、E3。
这示例性地在下面的平面E3的设有附图标记2a的多重联结带段处示出。该多重联结带段2a与中间的平面E2的一组其他带段7a、7b、7c和上面的平面E1的一组其他带段7d、7e发生重叠。为了桥接在多重联结带段2a的左侧和右侧的间隙6，其他带段7a和7c以其超导层4朝向多重联结带段2a(和其超导层4)。为了桥接其他带段7d、7e之间的间隙6，其他带段7b以其超导层4朝向其他带段7d、7e(和其超导层4)。可以分别通过具有良好的导电性的焊料5(其优选含贵金属)在超导层4之间建立良好的电接触。
在图8的超导结构1中，电流此时可以通过两个基本上超导的电流路径81、82沿纵向的方向(x方向)流动。在电流路径81中，电流在上面的平面E1和中间的平面E2之间转换，其中电流分别在上面的平面E1的间隙6中通过中间的平面E2横向转移。在电流路径82中，电流在下面的平面E3和中间的平面E2之间转换，其中电流分别在下面的平面E3的间隙6中通过中间的平面E2横向转移。
要注意的是，在该实施形式中，中间的平面E2的带段分别例如为外部的平面E1、E3的带段1/2倍长。
如在图1至8中介绍的超导结构按照本发明在NMR波谱仪的NMR励磁线圈中使用。图9示例性地示出具有线圈节段的用于本发明的NMR励磁线圈91，所述励磁线圈以双带构造的超导结构(例如图1至图6中示出)缠绕。缠绕在这里按照螺线管线圈的型式进行。
参考图9下面放大的局部，双带93两个平面E1、E2中具有联结带段2，其中联结带段2以其超导层4彼此朝向地重叠地连接，这里在各超导层4之间引入焊料5。
双带93以多个径向缠绕层WL1-WL6(在这里示出六个缠绕层)卷绕在线圈架92上，其中每个缠绕层WL1-WL6又具有许多轴向相继的绕组。利用缠绕的双带93，在线圈架92的轴向孔中的样品空间94中沿轴向方向产生均匀的磁场。样品空间94这里为至少1cm3、优选至少10cm3并且具有100ppm或更好、优选10ppm或更好的均匀性，分别是没有匀场或在匀场过程之前，即没有通过以独立的匀场电流运行的匀场线圈和/或铁磁的匀场板的进行额外均匀化的情况下实现的均匀性；在匀场之后，可以在样品空间94中实现明显更好的均匀性、例如10-9或更好、优选10-10或更好。在样品空间94中优选可以产生10特斯拉或更多、优选20特斯拉或更多的磁场。样品空间94在这里示出为球形；要注意的是，样品空间通常也可以占据圆柱形的空间，这种圆柱形空间通常具有半径为2.5至7.5mm的圆形的基面和沿轴向方向至少20mm、优选至少40mm的纵向尺寸。
在双带93中出现间隙(对接部)6，间隙的位置在图9中分别以绕组的黑色标记标出。在所示实施例中，在所示纵向剖视图中出现六个间隙6。
为了保持由于NMR励磁线圈、例如NMR励磁线圈91中的洛伦兹力导致的机械负载较小，所述超导结构以其间隙6的序列这样设计(例如通过选择彼此拼接的带段的长度)，使得避免出现机械上的薄弱位置。按照本发明，间隙6尤其是不应沿径向(见半径方向R)相叠，并且也不应沿轴向(见轴向方向A)并排。间隙6分别出现在两个在相同(带)平面E1、E2中相继的带段、尤其是两个其他带段之间，所述其他带段与相同的联结带段连接。
通常在相同的缠绕层WL1-WL6的绕组中出现的两个间隙6应该在方位角上(见方位角方向AZ)间隔开，尤其是以至少30°间隔开。当每个缠绕层WL1-WL6最多设置一个间隙6时，可以最简单地满足该准则。同样优选的是，在相同的缠绕层WL1-WL6中的间隙6不会在沿轴向直接相邻的绕组中出现；优选这里在间隙6之间应该存在至少两个、特别优选至少三个完整的绕组。
此外，对于在不同缠绕层WL1-WL6中、但在相同的轴向位置处出现的间隙6中，通常还应注意，使这些间隙6在方位角上间隔开，优选以至少30°间隔开。同样优选的是，在不同的缠绕层WL1-WL6中在相同的轴向位置上出现的间隙6不在彼此相邻的缠绕层中出现。
特别优选，所有间隙6(无论其所属的层或方位角位置如何)沿轴向方向彼此间隔开，尤其是隔开至少三个绕组的宽度。同样特别优选的是，所有间隙6(无论其所属的层或轴向位置如何)沿方位角的方向彼此间隔开，尤其是隔开至少30°。
在图10中用横截面示出用于本发明的另一个NMR励磁线圈91。该励磁线圈91具有双带93的两个缠绕层WL1、WL2。在该励磁线圈91中，在所示横截面中出现两个以黑块标出的间隙6，所述间隙在方位角上彼此间隔开(在这里例如隔开100°)，以将由于间隙6对励磁线圈91的机械削弱保持较小。
图11a在纵向剖视图中示出用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈91的另一种实施形式。所述NMR励磁线圈91具有包括三个(看为电串联的)分节段111、112、113的线圈节段，这些分节段缠绕到线圈架92上。图11b示出缠结连贯的超导结构1的构造。
在左边的第一分节段111中，超导结构1以单带114构成。在中间的第二分节段112中，超导结构以多带115、即双带93构成；该分节段112包含间隙6。右边的第三分节段113也构造成单带114。
线圈节段的作为单带114伸展的区段由其他带段7a、7b构成，所述带段在线圈节段作为双带93伸展的区段的区域中与联结带段2重叠地连接。就是说，联结带段2在这里用作处于线圈节段中的其他带段7a、7b之间的接合部。
图12a示出用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈91，包括两个径向相互嵌套的线圈节段121、122，所述线圈节段超导串联。
内部的第一线圈节段121以由例如在图1至8中说明的带段组成的超导结构缠绕；那里的带段以高温超导材料、这里是YBCO涂敷，从而第一线圈节段121构成HTS节段121。
外部的第二线圈节段122以包含由低温超导材料、这里是Nb3Sn组成的丝线的LTS线材124缠绕，从而第二线圈节段构成LTS节段122。
HTS节段121的超导结构以一个其他带段7a区段的从第一线圈节段121中引出。该其他带段7a形成与LTS线材123的接合部125，所述LTS线材这里包含由NbTi组成的丝线，其中所述其他带段7a和LTS线材123在1m或更大、优选10m或更大的长度上重叠地相互连接；所述重叠区域这里可以如示出那样是卷起的，以便实现紧凑的构造。图12b示出图12a的剖切区域XIIb中的接合部125的重叠区域中的横截面，如图12b所示，所述其他带段7a和LTS线材123通过焊料127(通常是含贵金属和/或含铜的)相互面状地连接。LTS线材123在所示实施形式中被轧平并且在其这里上面的部分被腐蚀，从而丝线128的至少一部分可以直接与焊料127接通。所述其他带段7a的超导层4朝向焊料127并且在这里同样与焊料127直接接通，由此实现了特别低的接触电阻。
如由图12a也可看出的那样，第二线圈节段122的LTS线材123(NbTi线)通过常规的接合部126与LTS线材124(Nb3Sn线)连接。
这样的连接可以将HTS节段121和LTS节段122以简单的并且可靠的方式准超导地连接。整个NMR励磁线圈91尤其是可以在超导短接的运行模式(“持久模式”)下运行，其中两个接合部如在图12中所示那样使用并且通常也使用超导的开关(未进一步示出)。
在图13中示例性地示意性示出按照本发明的NMR波谱仪131。
NMR波谱仪131具有NMR励磁线圈91，例如在图12或图14或图15中示出的励磁线圈，所述励磁线圈通常设置在低温恒温器(未详细示出)中。在励磁线圈91的磁中心处，在样品空间中设置样品132(例如用要研究的物质填充的试管)。样品132由HF(高频)发射线圈133和HF接收线圈134包围(要注意的是，在其他结构形式中也可以使用组合的HF发射和接收线圈)。利用HF发生器135和发射线圈133，将HF脉冲入射到样品132中。利用HF探测器136和HF接收线圈134测量样品132的应答。所述测量结果利用评估单元137处理，并且例如转换成NMR波谱。
按照本发明的NMR波谱仪131优选满足高分辨率的NMR波谱法的要求。
图14a在纵向剖视图中示出用于按照本发明的NMR波谱仪的NMR励磁线圈91的另一种实施形式。具有一个联结带段2和两个其他带段7a、7b的超导结构1按照这里总共具有四个缠绕层WL1-WL4的螺线管线圈的型式缠绕在线圈架92上。如也由图14b的展开的图可看出的那样，第一缠绕层WL1作为单带114由其他带段7a缠绕而成。第二缠绕层WL2由联结带段2缠绕而成。第三缠绕层WL3一半(这里左边的一半)由其他带段7a(点阴影示出)缠绕而成，并且另一半(这里右边的一半)由其他带段7b(以网格阴影线示出)缠绕而成；第三缠绕层WL3因此包含间隙6。第四缠绕层WL4作为单带114通过第二其他带段7b缠绕而成。缠绕层WL2和WL3形成双层DL或多重带115。在双层DL中，带段2和7a以及2和7b相互重叠地连接，在这里相互正常导电地焊接，见焊接层140。
其他带段7a、7b在这里分别以其超导层4径向向内定向，而联结带段2以其超导层4径向向外定向；即在双层DL中，缠绕层WL2和WL3的超导层4彼此朝向，这能够实现特别低的接触电阻。
要注意的是，分别按照可用的、无缺陷的带长度，也可以将两个或更多缠绕层作为单带114分别在内和/或在外以其他带段7a、7b缠绕。同样可以在一个线圈节段中也可以多次地如以上说明的那样从单带114转换到多带115上以及相反地转换。
在图15a中示出用于按照本发明的NMR波谱仪的另一个NMR励磁线圈91。具有这里两个带段150、151的超导结构1以总共四个缠绕层WL1、WL2、WL3、WL4按照螺线管线圈的型式缠绕在包含具有样品空间94的孔的线圈架92上。如也由图15b的展开的图可看出的那样，在第一缠绕层WL1中，第一带段150(点阴影示出)作为单带114缠绕。第二缠绕层WL2同样以第一带段150缠绕而成。第三缠绕层WL3以第二带段151(白色示出)缠绕而成。第四缠绕层WL4作为单带114同样以第二带段151缠绕而成。缠绕层WL2和WL3形成双层DL或多重带115。在双层DL中，带段150和151在带长度152上相互重叠地连接，即相互正常导电地焊接，见焊接层140。两个带段150、151以其超导层4径向向内定向或以其基质3径向向外定向，这在运行中防止超导层4由于洛伦兹力发生剥离。在该结构形式中，双层DL构成用于两个带段150、151的接合部，所述接合部充分利用NMR励磁线圈91的示出的节段的轴向长度。带段150、151通过所述接合部电串联。正常导电地焊接的带长度152按照本发明至少为20m，以便保持接触电阻较小。它在图15a-15b的实施形式恰好在线圈或节段的整个的轴向长度上占据一个(完整的)双层，但也可以占据任意整数的个数的(完整的)双层，尤其是占据刚好两个或刚好三个或更多各(完整的)双层。即从单带114至多带115的过渡总是发生在线圈或节段的轴向的端部上。
要注意的是，分别依据可用的、无缺陷的带长度，也可以将两个或更多个缠绕层作为单带114分别在内和/或在外以带段150、151缠绕。
此外一个或多个带段也可以在两端(但不在中间的部分中)与其他带段正常导电地焊接，以便以简单的方式串联多于两个带段；相应的正常导电地焊接的带长度(长度至少为20m)此时也形成NMR励磁线圈中的至少一个双层。
在图15c中此外示出超导结构1在双层DL(为此见图15b、平面XVc)的区域中的横截面。带段150、151分别包裹在高导电性的包套152、153、尤其是铜包套(例如大约50μm厚度的铜箔)中。包套152、153相互焊接，见焊料层140，其中超导层4分别径向向内(在图15c中向下)定向。尤其是包套153的左边的和右边的侧向区段以及包套152、153的直接设置在超导层4或焊料层140上的区段这里主要有助于实现带段150、151的超导层4的欧姆连接。
带段150、151的基质3由柔性的金属的材料、例如钢板制造。超导层4通常具有YBCO或BSCCO类型的高温超导材料。用于正常导电的焊接，尤其是可以使用含贵金属的和/或含铜的焊料。

Claims (29)

1.NMR波谱仪(131)，具有NMR励磁线圈(91)，所述NMR励磁线圈在至少一个节段(121)中包括绕组，所述绕组具有由超导结构(1)组成的导体，所述超导结构具有带状超导体的多个带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)，
每个带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)具有柔性的基质(3)和沉积在基质上的超导层(4)，
带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)分别具有20m或更大的长度，
并且各带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)相互连接，
其中至少一个带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)构造成联结带段(2、2a)，
并且其中每个联结带段(2、2a)分别与至少两个其他带段(7a-7e)这样连接，使得各所述其他带段(7a-7e)一起与联结带段(2、2a)的整个长度(L)的至少95％重叠。
2.按照权利要求1所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述超导结构(1)具有至少N个联结带段(2、2a)，其中N≥5，优选N≥20，
尤其是所述N个联结带段(2、2a)相继地这样相互连接，使得每个联结带段(2、2a)的所述其他带段(7a-7e)的至少一个本身是联结带段(2、2a)。
3.按照权利要求2所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，超导结构(1)通过联结带段(2、2a)沿联结带段(2、2a)的延伸方向(x)周期性地构成。
4.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，在至少一个联结带段(2、2a)中存在至少一个已知的缺陷区域(FB)，并且与该联结带段(2、2a)重叠的所述其他带段(7a-7e)中的至少一个这样选择和/或沿纵向的方向定位，使得该其他带段(7a-7e)在围绕所述已知缺陷区域(FB)的第一纵向区域(LB1)中是无缺陷的，尤其是在到所述已知缺陷区域(FB)的两侧至少10m的的第一纵向区域(LB1)中无缺陷。
5.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，联结带段(2、2a)在围绕两个与该联结带段(2、2a)重叠地连接的其他带段(7a-7e)之间的间隙(6)的第二纵向区域(LB2)中是无缺陷的，尤其是在到所述间隙(6)的两侧至少10m的第二纵向区域(LB2)中是无缺陷的。
6.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述节段(121)具有在多个径向的缠绕层(WL1-WL6)中的绕组，并且在与相同的联结带段(2、2a)重叠地连接的两个其他带段(7a-7e)之间的各间隙(6)在径向相叠的缠绕层(WL1-WL6)中在方位角上彼此间隔开。
7.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述节段(121)在至少一个缠绕层(WL1-WL6)中具有多个轴向相邻的绕组，并且在该相同的缠绕层(WL1-WL6)中的间隙(6)在方位角上彼此间隔开。
8.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述节段(121)具有至少一个单重带分节段(111、113)和至少一个多重带分节段(112)，所述单重带分节段以单重的、无中断的带段缠绕而成，所述多重带分节段以由所述超导结构(1)组成的导体缠绕而成。
9.按照权利要求8所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述节段(121)具有两个轴向外部的单重带分节段(111、113)和一个轴向中间的多重带分节段(112)，所述轴向中间的多重带分节段(112)尤其是仅具有一个联结带段(2、2a)。
10.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述联结带段(2、2a)和所述其他带段(7a-7e)以超导层(4)彼此朝向地相互重叠地连接。
11.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述超导结构(1)具有至少两个边缘侧的带段(8a-8d)，
一个边缘侧的带段(8a-8d)分别与一个联结带段(2、2a)这样连接，使得该联结带段(2、2a)基本上与该边缘侧的带段(8a-8d)的整个长度重叠。
12.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，各所述其他带段(7a-7e)一起与联结带段(2、2a)的整个长度(L)的至少99％重叠。
13.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，联结带段(2、2a)具有至少100m、优选至少200m的长度(L)。
14.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，超导结构(1)具有至少1000m、优选至少2000m的总长度(GL)。
15.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，与相同的联结带段(2、2a)重叠连接的两个其他带段(7a-7e)之间的间隙(6)沿带段(7a-7e)的延伸方向(x)具有5mm或更小、优选2mm或更小的间隙宽度(SP)，间隙(6)尤其是在彼此邻接的其他带段(7a-7e)中构造成封闭的。
16.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，在与相同的联结带段(2、2a)重叠连接的两个其他带段(7a-7e)之间的间隙(6)关于该联结带段(2、2a)的长度(L)大致在中央设置。
17.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，与相同的联结带段(2、2a)重叠连接的两个其他带段(7a-7e)的彼此对置的端部(10a、10b)分别朝另一个其他带段(7a-7e)变窄，从而这两个其他带段(7a-7e)之间的间隙(6)尤其是至少局部地相对于带段(7a-7e)的延伸方向(x)以5°至30°之间的角度(α)延伸。
18.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，由相互重叠地连接的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)的超导层(4)
-直接彼此邻接，
-或通过一个或多个含贵金属的层(5)、尤其是含银的层(5)和/或一个或多个含铜的层、尤其是铜层(14c、14d)相互连接。
19.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，超导结构(1)的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)在外侧设有分流结构(12)，尤其是部分地或完全由分流层(14；14a、14b)包围。
20.按照权利要求19所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，每两个相互重叠连接的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)横向于带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)的延伸方向(x)在一个或多个突出区域(13、13a)中不重叠，
并且分流结构(12)在至少一个所述突出区域(13、13a)中与所属的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)接通。
21.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，超导层(4)包含高温超导材料，尤其是YBCO或BSCCO类型的高温超导材料。
22.按照权利要求21所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述其他带段(7a-7e)的至少一个构成与一低温超导体(＝LTS)线材(123)的接合部(125)，所述线材包含LTS超导材料的丝线(128)，该其他带段(7a-7e)和所述LTS线材(123)沿该其他带段(7a)的纵向方向在至少1m、优选至少10m上重叠并且借助焊料(127)相互焊接。
23.按照权利要求21或22所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，励磁线圈(91)具有至少一个具有由超导结构(1)组成的导体的绕组的HTS节段(121)和至少一个具有由LTS线材(124)组成的绕组的LTS节段(122)，所述HTS节段(121)和LTS节段(122)尤其是设置成以HTS节段(121)处于内部地彼此嵌套。
24.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，在基质(3)和超导层(4)之间设置缓冲层(9)，尤其是包含CeO2的缓冲层。
25.按照上述权利要求之一所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，超导结构(1)在至少一个区段中具有M重带构造，其中M来自IN并且M≥3，在所述区段中，至少一个所述带段构造成多重联结带段(2a)，每个多重联结带段(2a)分别与分别有至少两个其他带段(7a-7e)的M-1个组这样连接，使得每组其他带段(7a-7e)一起与该多重联结带段(2a)的整个长度(L)的至少95％重叠。
26.按照权利要求25所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，与相同的多重联结带段(2a)重叠的不同组的两个其他带段(7a-7e)之间的间隙(6)在多重联结带段(2a)的长度(L)上接近均匀分布地设置。
27.按照权利要求25或26所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，所述超导结构(1)具有的3重带构造，即M＝3，各带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)在三个层(E1、E2、E3)中相叠地设置，两个处于外部的层(E1、E3)的带段以其超导层(4)朝向中间的层(E2)的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)，并且中间的层(E2)的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)以其超导层(4)交替地朝向两个外部的层(E1、E3)的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)。
28.按照权利要求27所述的NMR波谱仪(131)，其特征在于，在两个外部的层(E1、E3)的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)之间的各间隙(6)沿纵向方向相互错开，而中间的层(E2)的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)以其超导层(4)分别朝向如下外部的层(E1、E3)，在中间的层(E2)的相应的带段(2、2a、7a-7e、8a-8d、15)的长度上，在所述外部的层上出现间隙(6)。
29.NMR波谱仪(131)，具有NMR励磁线圈(91)，所述NMR励磁线圈在至少一个节段(121)中螺线管形地多层缠绕并且包括绕组，所述绕组具有由超导结构(1)组成的导体，所述超导结构具有带状的超导体的多个串联的带段(150、151)，每个带段(150、151)具有柔性的、金属的基质(3)和沉积在所述基质上的超导层(4)，并且在所述节段中至少两个带段(150、151)在至少20m的带长度(152)上正常导电地相互焊接并且在正常导电地焊接的带长度(152)上缠绕成一个完整的双层(DL)或多个完整的双层(DL)。
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