-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine supraleitende Magnetvorrichtung,
die für
die Verwendung in einem bildgebenden Magnetresonanzsystem (nachstehend
bezeichnet als "MRI-System") geeignet ist, und
insbesondere eine supraleitende Magnetvorrichtung, die eine große Öffnung aufweist,
um dadurch zu verhindern, dass sich eine Person eingeengt fühlt, und
dadurch zu erlauben, dass ein Bediener leichten Zugang zu einer
Testperson hat.
-
7 stellt
ein Beispiel einer herkömmlichen supraleitenden
Magnetvorrichtung für
die Verwendung in einem MRI-System dar. Dieses Beispiel ist eine
supraleitende Magnetvorrichtung des horizontalen Magnetfeldtyps.
Diese supraleitende Magnetvorrichtung ist aus Hauptspulen 13, 14, 15, 16, 17 und 18 mit
einem kleinen Durchmesser und Abschirmungsspulen 19 und 20 mit
einem großen
Durchmesser zusammengesetzt und sie ist dazu angepasst, ein horizontales
Magnetfeld (nämlich
in Z-Achsenrichtung) zu erzeugen. In diesem Beispiel sind die Hauptspulen 13 bis 18 dazu
angeordnet, ein Magnetfeld längs
der Zentralachse 22 eines Magnets zu erzeugen, während die
Abschirmungsspulen 19 und 20 dazu angeordnet sind,
die Umgebung davon gegen den Streuverlust des Magnetfelds abzuschirmen.
Mit solch einer Anordnung des Magnets wird ein gleichförmiger Magnetfeldbereich 21 mit
einer magnetischen Homogenität
von ungefähr
10ppm oder weniger in einem Magnetfeldraum gebildet. In diesem gleichförmigen Magnetfeld 21 werden
Magnetresonanztomographiebilder aufgenommen.
-
Diese
Spulen werden üblicherweise
unter Verwendung von supraleitenden Drähten hergestellt und benötigen somit
das Abkühlen
auf eine vorbestimmte Temperatur (z.B. die Temperatur flüssigen Heliums
(nämlich
4,2K) in dem Fall von Legierungssupraleitern; und die Temperatur
flüssigen Stickstoffs (nämlich 77K)
in dem Fall von Oxidsupraleitern). Die Spulen werden daher in einen
Kühlbehälter aufgenommen,
der aus einem Vakuumgehäuse,
einem Wärmeschild
und einem Kühlbehälter besteht
(der flüssiges
Helium oder dergleichen enthält).
Im Fall des Beispiels von 7 sind die
Hauptspulen 13 bis 18 und die Abschirmungsspulen 19 und 20 in
einem Kühlbehälter 11 angeordnet,
welcher Kühlmittel 12, wie
zum Beispiel flüssiges
Helium, für
die Supraleitfähigkeit
aufweist, indem sie mittels Stützelementen (nicht
gezeigt) gestützt
werden. Ferner wird der Kühlmittelbehälter 11 in
ein Vakuumgehäuse 10 aufgenommen.
-
Ferner
wird die Wärmeabschirmung
bei einer konstanten Temperatur unter Verwendung einer Kühlanlage
(nicht gezeigt) gehalten, um jede der Spulen bei einer niedrigen
Temperatur zu halten, oder die Verdampfung des Kühlmittels 12 für die Supraleitfähigkeit
wird vermindert. In letzter Zeit wurde die Leistung der Kühlanlage
erhöht,
so dass die Supraleiterspulen manchmal direkt von der Kühlanlage ohne
Verwendung des Kühlmittelbehälters 11 gekühlt werden.
-
Jedoch
ist im Fall der supraleitenden Magnetvorrichtung, die in 7 gezeigt
ist, eine Öffnung, in
der eine Person angeordnet ist und Bilder der Person aufgenommen
werden, eng und darüber
hinaus ist der Messbereich umschlossen, so dass sich Testpersonen
manchmal eingeengt fühlen.
Somit widersetzen sich gelegentlich Personen, die Öffnung der Vorrichtung
zur Untersuchung zu betreten. Ferner ist es für einen Bediener schwierig,
Zugang zu einer Testperson von außerhalb der supraleitenden
Magnetvorrichtung zu erhalten
-
8 stellt
ein anderes Beispiel einer herkömmlichen
supraleitenden Magnetvorrichtung für die Verwendung in einem MRI-System
dar. Dieses Beispiel ist eine offene supraleitende Magnetvorrichtung
des horizontalen Magnetfeldtyps. Dieses Beispiel der herkömmlichen
supraleitenden Magnetvorrichtung wurde in dem US-Patent Nr. 5,410,287
offenbart und beseitigt die Nachteile des vorgenannten Beispiels
der herkömmlichen
supraleitenden Magnetvorrichtung der 7, dass
der Messraum bewirkt, dass sich eine Testperson eingeengt fühlt und dass
es Schwierigkeiten für
einen Bediener gibt, zu einer Testperson Zugang zu erhalten. 8(a) zeigt eine Schnittansicht dieses
Beispiels. 8(b) zeigt eine Außenansicht
davon. Wie in 8(a) gezeigt, sind eine
Gruppe von drei Spulen 23A, 24A und 25A und
eine andere Gruppe von drei Spulen 23B, 24B und 25B in
einem vorbestimmten Abstand voneinander auf solche Weise angeordnet,
dass sie koaxial zu der Zentralachse 22 eines Magnets sind.
Ferner wird ein gleichförmiger
Magnetfeldbereich 21 in der Mitte zwischen den Gruppen
der Spulen erzeugt. Die Spulen jeder der Gruppen werden von Stützelementen (nicht
gezeigt) gehalten und werden direkt von einer Kühlanlage gekühlt. Jede
der Spulen jeder der Gruppen sind von Wärmeschilden 9A und 9B umgeben, die
in Vakuumgehäuse 10A bzw. 10B aufgenommen sind.
-
Die
Spulen 23A, 23B, 24A und 24B sind Hauptspulen,
durch die elektrische Ströme
in der gleichen Richtung fließen.
Die Spulen 25A und 25B sind Hilfsspulen, durch
die elektrische Ströme
in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Stroms fließen, der
in den Hauptspulen fließt.
In dem Magnet mit dieser Konfiguration erzeugen die Hauptspulen 23A, 23B, 24A und 24B ein
magnetisches Feld längs
der Zentralachse 22. Ferner gewährleisten die Hilfsspulen 25A und 25B die
magnetische Homogenität
des Bereichs 21 des gleichförmigen Magnetfelds 21.
Im Übrigen
verwendet dieser Magnet keine Abschirmungsspulen. Jedoch wird ein Raum,
in dem die supraleitende Magnetvorrichtung installiert ist, magnetisch
abgeschirmt.
-
Ferner
sind die Vakuumgehäuse 10A und 10B,
die einander in Querrichtung gegenüberliegen, wie in 8(b) gezeigt, wie Doughnuts geformt und werden
von zwei Haltepfosten 26, die dazwischengestellt sind,
gehalten. Somit ist ein offener Raum zwischen den Vakuumgehäusen 10A und 10B bereitgestellt.
Eine Testperson wird in den gleichförmigen Magnetfeldbereich 21 längs der
Zentralachse, welche in 8(a) dargestellt
ist, durch die Zentrallöcher
der Vakuumgehäuse 10A und 10B eingebracht.
Dann werden dort Bilder der Testperson aufgenommen.
-
Gemäß einem
solchen Aufbau sind die äußeren Seitenflächen des
gleichförmigen
Magnetfeldbereichs 21, der als Abbildungsbereich dient,
geöffnet.
Somit kann vermieden werden, dass sich eine Testperson beengt fühlt. Darüber hinaus
kann ein Bediener leicht Zugang zu der Testperson von einer Seite
der Vorrichtung erhalten und kann ferner die auf dem Bildschirm
eines Monitors angezeigten Bilder während einer Operation nutzen.
-
Jedoch
sind in dem Fall der supraleitenden Magnetvorrichtung, die in 8 dargestellt
ist, jede der Gruppen von Spulen 23A, 24A und 25A und
der Spulen 23B, 24B und 25B und der Vakuumgehäuse 10A und 10B wie
ein Doughnut geformt. Somit wird ein Raum zwischen den doughnut-artigen
Vakuumgehäusen 10A und 10B,
die einander gegenüberliegen,
nicht als Bereich benutzt, um eine Verbesserung der magnetischen
Homogenität
durchzuführen.
Daher war es schwierig, eine günstige
magnetische Homogenität über einen
großen
Raum zu erhalten.
-
Ferner
kehren magnetische Flüsse,
die von den supraleitenden Spulen erzeugt werden, durch den Außenraum
der supraleitenden Magnetvorrichtung zurück, so dass ein magnetisches
Streufeld groß wird.
Somit wird eine große
Fläche
für das
Installieren der supraleitenden Magnetvorrichtung benötigt. Alternativ
soll starkes magnetisches Abschirmen durchgeführt werden.
-
9 stellt
ein drittes Beispiel einer herkömmlichen
supraleitenden Magnetvorrichtung für die Verwendung in MRI-Systemen dar. Dieses
Beispiel ist eine supraleitende Magnetvorrichtung des vertikalen
Magnetfeldtyps. Dieses Beispiel der herkömmlichen supraleitenden Magnetvorrichtung
wurde in dem US-Patent Nr. 5,194,810 offenbart. Dieser Magnet gewährleistet
die magnetische Homogenität eines
gleichförmigen
Magnetfeldbereichs 21 durch Erzeugen eines Magnetfelds
unter Verwendung von zwei Gruppen von supraleitenden Spulen 31 und 31, deren
jeweilige Gruppen auf solche Weise vertikal angeordnet sind, dass
sie einander gegenüberliegen, und
durch Bereitstellen von Eisenabstandsmitteln 32 an den
Innenflächen
der vorgenannten supraleitenden Spulen 31 und 31,
um eine günstige
Magnetfeldhomogenität
zu erhalten. Darüber
hinaus weist dieser Magnet eine Struktur auf, in der obere und untere Magnetfelderzeugungsquellen
von Eisenjochs 33, 33 mechanisch gehalten werden,
... die ferner als Rückwege
für Magnetfelder
dienen, die von den oberen und den unteren supraleitenden Spulen 31 und 31 erzeugt
werden.
-
Im
Falle dieses Beispiels der herkömmlichen supraleitenden
Magnetvorrichtung, in dem der gleichförmige Magnetfeldbereich 21 in
alle Richtungen geöffnet
ist, kann vermieden werden, dass sich eine Testperson eingeengt
fühlt.
Darüber
hinaus kann ein Bediener leicht Zugang zu der Testperson erhalten.
-
Ferner
können
magnetische Streufelder aufgrund der Tatsache vermindert werden,
dass der Rückweg
des magnetischen Flusses aus den vorgenannten Eisenjochs 33, 33 ...
und den oberen und unteren Eisenplatten 34 und 34 zusammengesetzt
ist.
-
Jedoch
werden im Fall der supraleitenden Magnetvorrichtung, die in 9 dargestellt
ist, die Probleme verursacht, dass die Eisenjochs 33 und
die Eisenplatten 34 wie oben beschrieben verwendet werden,
so dass der gesamte Magnet schwer wird und somit, wenn die supraleitende
Magnetvorrichtung installiert wird, ein Installationsboden verstärkt werden
muss. Ferner gibt es eine Einschränkung des Magnets dahingehend,
dass die Magnetfeldstärke nicht
auf einen hohen Wert gesteigert werden kann, weil die Sättigungsmagnetflussdichte
des Eisens ungefähr
2 Tesla beträgt.
Ferner beeinflusst aufgrund der Hystereseeigenschaften von Eisen
bezüglich
des Magnetfelds ein Magnetfeld, das von einer Gradientenmagnetfeldspule
erzeugt wird, die Magnetfeldverteilung. Dies kann eine Hochpräzisionssignalmessung
verhindern.
-
Wie
oben beschrieben, gibt es keine herkömmlichen supraleitenden Magnetvorrichtungen, wobei Öffnungen,
in welche eine Testperson eingebracht wird, so vergrößert sind,
dass verhindert wird, dass sich die Testperson beengt fühlt, wobei
magnetische Streufelder gering sind und wobei das Gewicht der gesamten
Vorrichtung durch Vermeiden des Verwendens von viel Eisen reduziert
wird. Ferner ist es in dem Fall der herkömmlichen Vorrichtungen schwierig,
einen großen
gleichförmigen
Magnetfeldbereich zu realisieren, der eine hohe Magnetfeldstärke aufweist.
-
Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine supraleitende
Magnetvorrichtung bereitzustellen, die solche Probleme der herkömmlichen supraleitenden
Magnetvorrichtungen bewältigt,
die eine Öffnung
vergrößert, die
eine Testperson aufnimmt, so dass verhindert wird, dass die Testperson sich
eingeengt fühlt,
die ein schwaches magnetisches Streufeld aufweist, die die Verwendung
von viel Eisen vermeidet, so dass ihr Gewicht reduziert wird, und
die einen großen
Bereich mit einem gleichförmigen
Magnetfeld mit einer hohen Magnetfeldstärke realisieren kann.
-
Um
das vorgenannte Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird
gemäß der vorliegenden Erfindung
eine supraleitende Magnetvorrichtung und eine Verwendung einer supraleitenden
Magnetvorrichtung in einem bildgebenden Magnetresonanzsystem bereitgestellt,
die die Merkmale in den Ansprüchen
1 bzw. 8 aufweisen. Ferner werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der supraleitenden Magnetvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 7 beschrieben.
-
Die
supraleitende Magnetvorrichtung kann aufweisen: Magnetfelderzeugungsvorrichtungen, welche
aus Substanzen hergestellt sind, die supraleitende Eigenschaften
aufweisen und funktionsfähig sind,
mit elektrischem Strom zum Erzeugen eines gleichförmigen Magnetfelds,
dessen Richtung eine erste Richtung ist, in einem begrenzten Bereich
gespeist zu werden; Kühlmittel
zum Kühlen
der vorgenannten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen auf eine Temperatur,
bei der die Substanzen die supraleitenden Eigenschaften zeigen,
und für
das Halten der vorgenannten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen bei
der Temperatur; und Stützvorrichtungen
zum Halten der Magnetfelderzeugungsvorrichtungen. In dieser Vorrichtung
sind die Magnetfelderzeugungsvorrichtungen in gleichem Abstand auf
solche Weise angeordnet, dass sie einander über den gleichförmigen Magnetfeldbereich
längs der
ersten Richtung gegenüberliegen,
und sie sind aus zwei Gruppen von Magnetfelderzeugungsvorrichtungsgruppen
zum Versorgen mit elektrischem Strom in einer Koaxialrichtung zu
der ersten Richtung zusammengesetzt, die als Zentralachse gebildet
ist. In dieser Vorrichtung ist jede der Gruppen von Magnetfelderzeugungsvorrichtungsgruppen
zusammengesetzt aus: einer oder mehreren ersten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen
zum Versorgen mit elektrischem Strom, welcher in einer zweiten Richtung
längs des
Umfangs eines Kreises fließt,
dessen Zentralachse sich in der vorgenannten ersten Richtung erstreckt,
um eine Hauptkomponente des gleichförmigen Magnetfelds zu erzeugen;
einer oder mehreren zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen zum
Versorgen mit elektrischem Strom, welcher in eine Richtung entgegengesetzt
zu der zweiten Richtung fließt,
um ein Magnetfeld zu reduzieren, das außerhalb der Magnetfelderzeugungsquellen
erzeugt wird; und einer oder mehreren dritten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen zum
Versorgen mit elektrischem Strom, welcher in eine Richtung fließt, die
die gleiche oder entgegengesetzt zu der zweiten Richtung ist, so
dass die magnetische Homogenität
des gleichförmigen
Magnetfelds verbessert wird. Der Durchmesser der ersten magnetfelderzeugenden
Vorrichtung ist gleich oder kleiner als der der zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtung.
Ferner ist der Durchmesser der dritten Magnetfelderzeugungsvorrichtung
kleiner als der der ersten Magnetfelderzeugungsvorrichtung. Ein
Betrag des elektrischen Stroms, mit dem die dritte Magnetfelderzeugungsvorrichtung
versorgt wird, ist geringer als ein Betrag des elektrischen Stroms,
mit dem die erste Magnetfelderzeugungsvorrichtung versorgt wird.
Der Abstand zwischen den ersten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen,
die über
den gleichförmigen
Magnetfeldbereich einander gegenüberliegen, ist
kürzer
als der zwischen den zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen,
die einander über
den gleichförmigen
Magnetfeldbereich gegenüberliegen.
-
Dadurch
kann eine Vorrichtung realisiert werden, die eine große Öffnung und
ein kleines magnetisches Streufeld aufweist. Ferner wird kein Eisen verwendet,
um die magnetischen Streufelder zu unterdrücken. Somit kann das Gewicht
der Vorrichtung reduziert werden. Darüber hinaus wird keine Sättigung
des magnetischen Flusses bewirkt, welche zu einem Problem führen würde, wenn
Eisen verwendet würde.
Daher kann sogar, wenn die Magnetfeldstärke hoch wird, eine günstige magnetische
Homogenität über den
großen
gleichförmigen
Magnetfeldbereich erreicht werden.
-
Ferner
kann bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung der Durchmesser
der vorgenannten zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtung größer als
der der ersten Magnetfelderzeugungsvorrichtung angesetzt werden.
Dadurch kann die Wirksamkeit der zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtung erhöht werden.
Folglich kann das Streumagnetfeld in den Außenbereich der Vorrichtung
effektiver reduziert werden.
-
Zusätzlich bestehen
bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen
jeweils aus magnetfelderzeugenden Elementen, die eine Mehrzahl von
unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Die magnetfelderzeugenden
Elemente sind auf solche Weise bereitgestellt, dass der Durchmesser
der magnetfelderzeugenden Elemente, die zueinander korrespondieren,
proportional zu dem Abstand zwischen diesen magnetfelderzeugenden
Elementen, die zueinander korrespondieren und einander über einen
Bereich, in dem ein gleichförmiges
Magnetfeld erzeugt wird, gegenüberliegen,
erhöht
wird. Dadurch kann die elektromagnetische Kraft, die auf die zweiten
magnetfelderzeugenden Elemente einwirkt, die durch Aufteilen der
zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtung erhalten werden, verringert
werden. Ferner können
die Bedingungen zum Herstellen der supraleitenden Magnetvorrichtung
erleichtert werden.
-
Außerdem bestehen
bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die ersten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen
jeweils aus magnetfelderzeugenden Elementen, die eine Mehrzahl von
unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Diese magnetfelderzeugenden
Elemente sind auf solche Weise bereitgestellt, dass der Durchmesser
diese magnetfelderzeugenden Elemente, die zueinander korrespondieren,
proportional zu dem Abstand zwischen diesen magnetfelderzeugenden
Elementen, die zueinander korrespondieren und einander über den gleichförmigen Magnetfelderzeugungsbereich
gegenüberliegen,
erhöht
wird. Dadurch kann die elektromagnetische Kraft, die auf die ersten
magnetfelderzeugenden Elemente einwirkt, durch Aufteilen der ersten
Magnetfelderzeugungsvorrichtung reduziert werden.
-
Ferner
kann der Abstand zwischen den ersten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen,
die einander über
den Bereich zum Erzeugen eines gleichförmigen Magnetfeldes gegenüberliegen,
kleiner angesetzt werden, als der Abstand zwischen den zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen,
die einander über
den Bereich, in dem ein gleichförmiges Magnetfeld
erzeugt wird, gegenüberliegen,
und er kann ferner kleiner als der Abstand zwischen den dritten
Magnetfelderzeugungsvorrichtungen angesetzt werden, die einander über den
Bereich, in dem ein gleichförmiges
Magnetfeld erzeugt wird, gegenüberliegen. Dadurch
kann die magnetische Feldstärke
des Magnetfelds, das in dem gleichförmigen Magnetfeldbereich erzeugt
wird, ohne Erhöhen
der magnetomotorischen Kraft der ersten Magnetfelderzeugungsvorrichtung
erhöht
werden.
-
Außerdem können Kühlmittel
Vakuumgehäuse
zum Aufnehmen der Magnetfelderzeugungsquellen aufweisen.
-
Darüber hinaus
steht ein äußerer Umfangsbereich
jedes der Vakuumgehäuse
zu einer Seite hervor, bei der der Bereich, in dem ein gleichförmiges Magnetischfeld
erzeugt wird, existieren kann.
-
Ferner
kann jede der Magnetfelderzeugungsquellen aus einer Spule bestehen,
die durch Wickeln eines Drahts erhalten wird, der aus einer Substanz
hergestellt ist, die supraleitende Eigenschaften aufweist.
-
1 ist
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer supraleitenden
Magnetvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ist
eine perspektivische Außenansicht der
Vorrichtung der ersten Ausführungsform;
-
3 ist
eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
4 ist
eine perspektivische Außenansicht des
zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist
eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
6 ist
eine Teilschnittdarstellung zum Darstellen weiterer anderer Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
7 ist
eine Schnittansicht der supraleitenden Magnetvorrichtung des horizontalen
Magnetfeldtyps als ein Beispiel der herkömmlichen supraleitenden Magnetvorrichtung
für die
Verwendung in MRI-Systemen;
-
8 zeigt
Schnitt- und Außenansichten
der offenen supraleitenden Magnetvorrichtung des horizontalen Magnetfeldtyps
als ein anderes Beispiel der herkömmlichen supraleitenden Magnetvorrichtung für die Verwendung
in MRI-Systemen;
und
-
9 ist
eine Außenansicht
der supraleitenden Magnetvorrichtung des vertikalen Magnetfeldtyps
als ein drittes Beispiel der herkömmlichen supraleitenden Magnetvorrichtung
für die
Verwendung in MRI-Systemen.
-
Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
-
Die 1, 2 und 6(a) stellen ein erstes Ausführungsbeispiel
einer supraleitenden Magnetvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. 1 ist eine Schnittdarstellung, die den Aufbau
der gesamten Vorrichtung veranschaulicht. 2 ist eine perspektivische
Darstellung, die eine Außenansicht der
Vorrichtung darstellt. 6(a) stellt
das erste Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durch Wegschneiden eines oberen rechten
Teiles des in der Schnittdarstellung der 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung auf solche Weise dar, dass es mit anderen
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung verglichen werden kann.
-
Wie
in 1 gezeigt, sind zylindrische Vakuumgehäuse 10A und 10B,
die supraleitende Spulen enthalten, in einem vorbestimmten Abstand
auf solche Weise voneinander entfernt angeordnet, dass sie koaxial
zu der Zentralachse 22 des Magnets sind und einander vertikal
gegenüberliegen.
Das obere Vakuumgehäuse 10A wird
von Haltepfosten 26 und 26 auf solche Weise gehalten,
dass es in einem vorbestimmten Abstand von dem unteren Vakuumgehäuse 10B angeordnet
ist. Die Kühlmittelbehälter 11A und 11B,
die jeweils mit Kühlmittel 12 für die Supraleitung gefüllt sind,
sind in den Vakuumgehäusen 10A und 10B aufgenommen.
Ferner werden die supraleitenden Spulen 41A, 42A, 43A, 44A, 45A und 41B, 42B, 43B, 44B, 45B von
den Stützelementen
(nicht gezeigt) gehalten und sind in den jeweiligen Kühlmittelbehältern angeordnet.
-
Als
Material jedes der vorgenannten supraleitenden Spulen 41A bis 45A und 41B bis 45B werden
Nb-Ti-Drähte
verwendet, welche üblicherweise häufig als
Material von supraleitenden Spulen verwendet werden. Ferner wird
flüssiges
Helium als Kühlmittel 12 für die Supraleitung
verwendet. Darüber
hinaus werden die Vakuumgehäuse 10A und 10B außerhalb
der Kühlmittelbehälter 11A bzw. 11B angeordnet,
so dass sie ein Auftreten von Wärmekonvektion
verhindern. Ferner sind Wärmeabschirmungen
(nicht gezeigt) daran angeordnet, um ein Auftreten von Wärmestrahlung
zu verhindern.
-
Die
Haltepfosten 26 und 26 dienen in der Funktion
des mechanischen Stützens
des oberen Vakuumgehäuses 10A und
können,
wenn notwendig, eine Funktion des thermischen Verbindens des oberen
und des unteren Kühlmittelbehälters 11A und 11B miteinander
aufweisen. Dadurch wird die Notwendigkeit des Bereitstellens einer
Kühlanlage
(nicht gezeigt) an jedem der oberen und unteren Kühlbehälter 11A und 11B beseitigt.
Folglich genügt
eine einzige Kühlanlage
für die
gesamte Vorrichtung. Ferner ist die Anzahl der Haltepfosten 26 nicht
immer auf zwei beschränkt,
wie in der Figur dargestellt ist, sondern kann drei oder vier betragen.
Alternativ kann ein Haltepfosten des Auslegertyps verwendet werden,
so dass sich eine Testperson frei und entspannt fühlt.
-
In 1 sind
fünf Gruppen
von supraleitenden Spulen 41A bis 45A und 41B bis 45B auf
solche Weise angeordnet, dass sie zu der Zentralachse 22A koaxial
sind. Somit wird ein Magnetfeld mit hoher magnetischer Homogenität in dem
Bereich 21 des gleichförmigen
Magnetfeldes erzeugt. Die Funktionen dieser supraleitenden Spulen 41A bis 45A und 41B bis 45B sind
in die folgenden drei Arten eingeteilt.
-
Erstens
sind die supraleitenden Spulen 41A und 41B Hauptspulen
zum Erzeugen eines Magnetfeldes, dessen magnetische Feldstärke in dem
Bereich 21 des gleichförmigen
Magnetfeldes hoch ist und nicht niedriger als ein vorbestimmtes
Niveau ist. Bezüglich
der Hauptspulen gibt es allgemein eine Tendenz, die magnetische
Homogenität
eines Magnetfeldes, das dazwischen erzeugt wird, wenn die Durchmesser
dieser Spulen erhöht
werden, unter der Bedingung zu verbessern, dass der Abstand dazwischen
bei einem konstanten Wert gehalten wird. Um eine günstige magnetische
Homogenität
zu erreichen, ist es daher besser, die Durchmesser der Spulen soweit
wie möglich
zu erhöhen.
Im Gegensatz dazu wird die magnetische Feldstärke vermindert, wenn der Durchmesser
der Hauptspule erhöht
wird. Somit wird die magnetomotorische Kraft der Hauptspule, die
für das
Erreichen eines Magnetfeldes gebraucht wird, das eine konstante
Stärke
aufweist, erhöht.
Dies führt
zu einem Ansteigen des Preises der supraleitenden Magnetvorrichtung.
Ferner ist es bevorzugt für
das Vermindern des Gefühls der
Beengung einer Testperson, den Außendurchmesser der Vorrichtung
soweit wie möglich
zu verkleinern. Die Durchmesser der supraleitenden Spulen 41A und 41B,
die als Hauptspulen arbeiten, werden durch Abwägen der beiden Gesichtspunkte
miteinander festgelegt. Ferner werden die äußeren Durchmesser der Vakuumgehäuse 10A und 10B geradezu
als Ergebnis der Festlegung des Durchmessers dieser Hauptspulen
festgelegt.
-
Als
Nächstes
sind die supraleitenden Spulen 42A und 42B Kompensationsspulen
zum Kompensieren einer äußeren Komponente
eines Magnetfeldes, das von den Hauptspulen 41A und 41B erzeugt wird,
um das magnetische Streufeld in den Außenbereich der Vorrichtung
zu unterdrücken.
Diese Kompensationsspulen 42A und 42B sind auf
solche Weise angeordnet, dass sie zu den vorgenannten Hauptspulen 41A bzw. 41B koaxial
sind. Dann leiten diese Kompensationsspulen elektrischen Strom zu, dessen
Richtung entgegengesetzt zu der des elektrischen Stroms ist, der
von den Hauptspulen 41A und 41B geführt wird,
und sie erzeugen somit ein magnetisches Feld, dessen Richtung entgegengesetzt
zu der des magnetischen Feldes ist, das von den Hauptspulen 41A und 41B außerhalb
der Vorrichtung erzeugt wird. Folglich kompensieren die Kompensationsspulen
das Magnetfeld, das außerhalb
der Vorrichtung erzeugt wird. Es ist für das effiziente Reduzieren
des außerhalb
der Vorrichtung erzeugten Magnetfeldes wirksam, die Durchmesser
der Kompensationsspulen 42A und 42B soweit wie
möglich
zu erhöhen.
Im Gegensatz dazu ist es wichtig, um zu verhindern, dass die magnetische
Feldstärke
des Bereiches mit gleichförmigem
Magnetfeld 21 von den Kompensationsspulen 42A und 42B verringert
wird, die vorgenannten Kompensationsspulen 42A und 42B von
den Hauptspulen 41A und 41B soweit wie möglich weg
zu bewegen. Folglich ist es bevorzugt, dass, wie in 1 oder 6(a) dargestellt, die Kompensationsspulen 42A und 42B einen
Durchmesser aufweisen, welcher nahezu gleich dem der Hauptspulen 41A und 41B ist
und der Abstand zwischen den zwei Kompensationsspulen 42A und 42B größer gemacht
wird als der zwischen den zwei Hauptspulen 41A und 41B.
-
Ferner
sind die supraleitenden Spulen 43A, 44A, 45A und 43B, 44B, 45B Spulen
zum Korrigieren der magnetischen Homogenität, zum Verbessern der magnetischen
Homogenität
des in dem Bereich 21 des gleichförmigen Magnetfeldes erzeugten
Magnetfelds. Diese Spulen 43A bis 45A und 43B bis 45B zum
Korrigieren der magnetischen Homogenität sind so bereitgestellt, dass
sie eine inhomogene Komponente des in dem Bereich 21 des
gleichförmigen
Magnetfeldes erzeugten Magnetfeldes, das von den vorgenannten Hauptspulen 41A und 41B und
den Kompensationsspulen 42A und 42B gebildet wird,
korrigieren. Allgemein ist die vorgenannte inhomogene Komponente
des Magnetfeldes nicht so groß,
wenn die Hauptspulen 41A und 41B einen hinreichend
großen
Durchmesser aufweisen. Somit brauchen die Spulen 43A bis 45A und 43B bis 45B zum
Korrigieren der magnetischen Homogenität keine so große magnetomotorische
Kraft aufweisen, wie in dem Fall der Hauptspulen 41A und 41B und
der Kompensationsspulen 42A und 42B. Darüber hinaus
kann die Richtung des elektrischen Stroms, der von den Spulen zum
Korrigieren der magnetischen Homogenität geführt wird, gemäß der inhomogenen
Komponente des Magnetfeldes, das von den Hauptspulen 41A und 41B erzeugt wird,
für jede
Spule ermittelt werden und ist nicht auf eine bestimmte Richtung
beschränkt. In 1 sind
drei Gruppen von Spulen als Spulen zum Korrigieren der magnetischen
Homogenität
angeordnet. Jedoch kann die Anzahl dieser Spulen gemäß der inhomogenen
Komponente des Magnetfeldes bestimmt werden. Üblicherweise wird die inhomogene
Komponente des Magnetfeldes kleiner, wenn der Durchmesser der Hauptspulen 41A und 41B erhöht wird.
Somit kann die Anzahl der Spulen zum Korrigieren der magnetischen
Homogenität
reduziert werden.
-
Als
praktisches Beispiel dieses Ausführungsbeispiels,
wenn der Außendurchmesser
der Hauptspulen 41A und 41B als von 1600mm bis 1800mm
reichend angesetzt ist, der Durchmesser des gleichförmigen Magnetfeldbereichs 21 auf 450mm
angesetzt ist und die Magnetfeldstärke auf 1 Tesla angesetzt ist,
wird dann die magnetische Homogenität von 5ppm oder weniger in
dem vorgenannten gleichförmigen
Magnetfeldbereich 21 erreicht.
-
Gemäß der supraleitenden
Magnetvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben
aufgebaut ist, kann eine Vorrichtung realisiert werden, welche eine
große Öffnung und
ein kleines magnetisches Streufeld aufweist. Darüber hinaus wird kein Eisen
verwendet, um das magnetische Streufeld zu unterdrücken. Somit
kann das Gewicht der Vorrichtung klein sein. Darüber hinaus wird keine Sättigung
des magnetischen Flusses verursacht, welche ein Problem wäre, das
verursacht würde,
falls Eisen verwendet würde.
Daher kann sogar, wenn die magnetische Feldstärke hoch wird, eine günstige magnetische
Homogenität über den
großen
gleichförmigen
Magnetfeldbereich 21 erzielt werden.
-
Die 3 und 4 stellen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der supraleitenden Magnetvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. 3 ist eine Schnittdarstellung, die den Aufbau
der Gesamtvorrichtung veranschaulicht. 4 ist eine
perspektivische Darstellung, die eine Außenansicht der Vorrichtung
darstellt. Wie in 3 gezeigt, sind die Vakuumgehäuse 10A und 10B und
die Kühlmittelbehälter 11A und 11B,
welche vertikal bereitgestellt sind, wie Doughnuts geformt. Ferner
sind Löcher
in den zentralen Abschnitten 51A und 51B davon
ausgebildet. Bei solch einem Aufbau können Abstandsmittel für ein magnetisches
Gradientenfeld und ein statisches magnetisches Feld in den Löchern angeordnet sein,
die in den vorgenannten zentralen Abschnitten 51A und 51B ausgebildet
sind. Folglich besteht kein Bedarf zum Bereitstellen eines Raumes
für die
Abstandsmittel zwischen den Flächen
der Vakuumgehäuse 10A und 10B,
die einander gegenüberliegen. Somit
kann die Öffnung
der Vorrichtung weiter vergrößert werden.
-
5 stellt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
supraleitenden Magnetvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. Wie in 5 gezeigt, wird der Abstand
zwischen den einander gegenüberliegenden
Hauptspulen 41A und 41B kleiner als der zwischen
den Spulen 43A bis 45A für das Korrigieren der Homogenität und den
zugehörigen
Abstandsspulen 43B bis 45B angesetzt. Bei solch
einem Aufbau kann die magnetische Feldstärke des Magnetfeldes, das in
dem gleichförmigen
Magnetfeldbereich 21 erzeugt wird, ohne Erhöhen der
magnetomotorischen Kraft der Hauptspulen 41A und 41B erhöht werden. Darüber hinaus
sind zusätzlich
zu der vorgenannten Konfiguration Aussparungsbereiche 52A und 52B in den
zentralen Abschnitten der einander gegenüberliegenden Flächen der
Vakuumgehäuse 10A und 10B vorgesehen.
Die effektive Öffnung
der Vorrichtung kann durch Aufnehmen einer Gradientenmagnetfeldspule,
einer Hochfrequenzspule und von Magnetfeldabstandsmitteln in diese
Aussparungsabschnitte 52A und 52B vergrößert werden.
-
Jetzt
Bezug nehmend auf die 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) sind dort weitere andere Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsbeispiele werden durch Ändern der
Anordnung der Hauptspulen oder der Kompensationsspulen in dem ersten
Ausführungsbeispiel,
das in 6(a) dargestellt ist, erhalten.
-
Zuerst
wird das in 6(b) dargestellte Ausführungsbeispiel
durch Ansetzen des Durchmessers der Kompensationsspulen 42A und 42B als
größer als
der der Hauptspulen 41A und 41B erhalten. Bei solch
einem Aufbau kann die Wirksamkeit der Kompensationsspulen 42A und 42B erhöht werden.
Dadurch kann das magnetische Streufeld in den Außenraum der Vorrichtung effektiver
reduziert werden. In diesem Fall wird nur der Durchmesser der Kompensationsspulen
erhöht,
so dass der Sichtbereich einer Testperson im Wesentlichen unbeeinträchtigt ist, wenn
die Testperson die Öffnung
der Vorrichtung betritt. Folglich fühlt sich die Testperson in
demselben Maß wie
in dem Fall des Ausführungsbeispiels
der 6(a) beengt.
-
Als
Nächstes
ist das Ausführungsbeispiel, das
in 6(c) dargestellt ist, der Fall,
der durch Aufteilen der Kompensationsspulen 42A und 42B der 6(a) in eine Gruppe von zwei Kompensationsspulen 42AA und 42AB bzw.
eine andere Gruppe von zwei Kompensationsspulen 42BA und 42BB realisiert wird.
Allgemein ist jede Spule in einem Magnetfeld angeordnet, das von
ihr selbst erzeugt wird, und der elektrische Strom fließt dadurch
hindurch. Somit wird auf jede Spule eine elektromagnetische Kraft
ausgeübt.
Diese elektromagnetische Kraft, welche von der magnetischen Feldstärke des
Bereichs 21 des gleichförmigen
Magnetfelds abhängt,
kann die Stärke
von ungefähr
100 Tesla erreichen. Daher ist es ein wichtiges Problem, wie diese
elektromagnetische Kraft reduziert wird, wenn eine supraleitende
Magnetvorrichtung hergestellt wird. Somit kann die Magnetkraft,
die auf jede Spule ausgeübt
wird, durch Aufteilen der Kompensationsspulen 42A und 42B,
auf die besonders große
Magnetkräfte
einwirken, in eine Gruppe von zwei Kompensationsspulen 42AA und 42AB bzw.
eine andere Gruppe von zwei Kompensationsspulen 42BA und 42BB,
wie in 6(c) dargestellt, vermindert
werden. Folglich können
die Bedingungen für
das Herstellen von supraleitenden Magnetvorrichtungen erleichtert
werden. Ferner ist in dem Fall dieses Ausführungsbeispiels jede der Kompensationsspulen
in zwei Spulen aufgeteilt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt. Es
kann nämlich
jede der Kompensationsspulen in drei oder mehr Spulen aufgeteilt
werden.
-
Darüber hinaus
wird das in 6(d) dargestellte Ausführungsbeispiel
durch Aufteilen der Hauptspulen 41A und 41B der 6(a) in eine Gruppe von zwei Hauptspulen 41AA und 41AB bzw.
eine andere Gruppe von zwei Hauptspulen 41BA und 41BB realisiert.
In diesem Fall kann die Magnetkraft, die auf jede resultierende
Hauptspule ausgeübt
wird, durch Aufteilen der Hauptspulen 41A und 41B in
eine Gruppe von zwei Hauptspulen bzw. in eine andere Gruppe von
zwei Hauptspulen reduziert werden. Ferner ist im Fall dieses Ausführungsbeispiels
die Anzahl der resultierenden Hauptspulen, die mittels der Aufteilung
erhalten werden, nicht auf zwei beschränkt. Es kann nämlich jede
der Hauptspulen in drei oder mehr Hauptspulen aufgeteilt werden.
-
Übrigens
werden in der vorausgehenden Beschreibung Kühlmittel für die Supraleitung, wie zum Beispiel
flüssiges
Helium als Kühlmittel
zum Kühlen von
supraleitenden Materialien verwendet werden. In dem Fall, dass Oxidsupraleiter
als supraleitende Materialien verwendet werden, kann das Material
von flüssigem
Stickstoff gekühlt
werden. Alternativ kann das Material direkt von einer Kühlanlage
gekühlt
werden, so dass die Vorrichtung manchmal ohne Verwendung der Kühlmittelbehälter arbeitet.
-
Wie
oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Öffnung,
welche eine Testperson aufnimmt, einer supraleitenden Magnetvorrichtung
vergrößert, um
dadurch zu verhindern, dass die Testperson sich beengt fühlt. Ferner
kann ein Bediener leicht Zugang zu der Testperson erhalten. Darüber hinaus
kann eine supraleitende Magnetvorrichtung bereitgestellt werden,
deren magnetisches Streufeld schwach ist und deren Gewicht leicht
ist, welche einen großen
gleichförmigen
Magnetfeldbereich sogar in dem Fall einer hohen Magnetfeldstärke realisieren
kann. Folglich sind die Bedingungen zum Installieren einer supraleitenden
Magnetvorrichtung erleichtert. Darüber hinaus können günstige Bilder aufgenommen
werden.