JP2000147082A - 永久電流超電導磁石装置 - Google Patents
永久電流超電導磁石装置Info
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- JP2000147082A JP2000147082A JP10325373A JP32537398A JP2000147082A JP 2000147082 A JP2000147082 A JP 2000147082A JP 10325373 A JP10325373 A JP 10325373A JP 32537398 A JP32537398 A JP 32537398A JP 2000147082 A JP2000147082 A JP 2000147082A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 主磁場発生用超電導コイル３及びこのコ
イル３に並列に接続された永久電流スイッチ５とからな
る主磁場発生用永久電流超電導磁石１と、主磁場減衰補
償用超電導コイル４及びこのコイル４に並列に接続され
た永久電流スイッチ６からなる主磁場減衰補償用永久電
流超電導磁石２とを具備する永久電流超電導磁石装置で
あって、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の発生
する磁場が主磁場発生用永久電流超電導磁石１の発生す
る中心磁場に作用し、且つ主磁場減衰補償用永久電流超
電導磁石２が主磁場発生用永久電流超電導磁石１と独立
に通電可能に構成されるとともに、その回路中に微小な
電気抵抗14を具備する。
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。 【解決手段】 主磁場発生用超電導コイル３及びこのコ
イル３に並列に接続された永久電流スイッチ５とからな
る主磁場発生用永久電流超電導磁石１と、主磁場減衰補
償用超電導コイル４及びこのコイル４に並列に接続され
た永久電流スイッチ６からなる主磁場減衰補償用永久電
流超電導磁石２とを具備する永久電流超電導磁石装置で
あって、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の発生
する磁場が主磁場発生用永久電流超電導磁石１の発生す
る中心磁場に作用し、且つ主磁場減衰補償用永久電流超
電導磁石２が主磁場発生用永久電流超電導磁石１と独立
に通電可能に構成されるとともに、その回路中に微小な
電気抵抗14を具備する。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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Nb
Ti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。
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Nb
Ti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。
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
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。
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、その回路中にRs（Ω）＝(3×10
-5〜3 ×10-11)×Lsなる微小な電気抵抗を具備するもの
である。
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、その回路中にRs（Ω）＝(3×10
-5〜3 ×10-11)×Lsなる微小な電気抵抗を具備するもの
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、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磁場を発生させておき、
この打ち消す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。
電導コイルの電流減衰による磁石中心の磁場減衰を、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磁場を発生させておき、
この打ち消す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R
p、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Rs
1 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。
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R
p、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Rs
1 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。
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。
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。
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。
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。
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Rsを選
択することになる。
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。図２は、本発明に係る永久電流超電
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。
基づいて説明する。図２は、本発明に係る永久電流超電
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。
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。
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】
【実施例】〔実施例１〕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。
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 0.0
1ppm／hrに対し、0.1ppm／hrであった。
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 0.0
1ppm／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14.1
T となる。
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14.1
T 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。
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。
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。
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２〕上記の実施例１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。
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３〕図３には、上記実施例２に説
明した、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の回路
に組み込む可変抵抗の別の一例を示す。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
えは、実施例１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。
明した、主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石２の回路
に組み込む可変抵抗の別の一例を示す。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
えは、実施例１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、２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の抵抗値は実施例１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
衰率は実施例１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。
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の抵抗値は実施例１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
衰率は実施例１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。
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２、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。
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Ｎ
ＭＲ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。
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Ｎ
ＭＲ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。
な概念を表す回路図である。
【図２】本発明に係る永久電流超電導磁石装置の断面概
要図である。
要図である。
【図３】本発明に係る永久電流超電導磁石装置の別の実
施形態の断面概要図である。
施形態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。
要図である。
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
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
Claims (4)
- 【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
回路中にRs（Ω）＝(3×10-5〜3 ×10-11)×Lsなる微小
な電気抵抗を具備することを特徴とする永久電流超電導
磁石装置。 - 【請求項２】 主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石回
路中の微小な電気抵抗が可変抵抗である請求項１に記載
の永久電流超電導磁石装置。 - 【請求項３】 主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石回
路中の可変抵抗が、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可変抵抗とする請求項２に記載
の永久電流超電導磁石装置。 - 【請求項４】 主磁場減衰補償用永久電流超電導磁石の
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なる請求項１乃至３
の何れか１項に記載の永久電流超電導磁石装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32537398A JP3737895B2 (ja) | 1998-11-16 | 1998-11-16 | 永久電流超電導磁石装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32537398A JP3737895B2 (ja) | 1998-11-16 | 1998-11-16 | 永久電流超電導磁石装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000147082A true JP2000147082A (ja) | 2000-05-26 |
| JP3737895B2 JP3737895B2 (ja) | 2006-01-25 |
Family
ID=18176119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32537398A Expired - Lifetime JP3737895B2 (ja) | 1998-11-16 | 1998-11-16 | 永久電流超電導磁石装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3737895B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1182462A2 (de) * | 2000-08-24 | 2002-02-27 | Bruker AG | Dimensionierung einer Magnetanordnung mit einem zusätzlichen stromführenden Spulensystem |
| JP2003178911A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-06-27 | Oxford Instruments Superconductivity Ltd | 超伝導磁石組立体及び方法 |
| US6888352B2 (en) | 2001-10-24 | 2005-05-03 | Hitachi, Ltd. | Nuclear magnetic resonance spectrometer using split magnets |
| WO2007023589A1 (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 超電導アクチュエータ |
| JP2007114209A (ja) * | 2006-12-07 | 2007-05-10 | Hitachi Ltd | 溶液用核磁気共鳴分析装置 |
| GB2468370A (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-08 | 3 Cs Ltd | Superconducting magnet with support structure for use in MRI |
| JP2010283029A (ja) * | 2009-06-02 | 2010-12-16 | Toshiba Corp | 超電導マグネット装置 |
| US20130102472A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-04-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Persistent-mode high-temperature superconducting shim coils to enhance spatial magnetic field homogeneity for superconducting magnets |
| JP2019160818A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 株式会社東芝 | 高温超電導磁石装置、その運転制御装置及び方法 |
| US20220381860A1 (en) * | 2018-08-21 | 2022-12-01 | Siemens Healthcare Gmbh | Operating an mri apparatus |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015218019B4 (de) | 2015-09-18 | 2019-02-28 | Bruker Biospin Gmbh | Kryostat mit Magnetanordnung, die einen LTS-Bereich und einen HTS-Bereich umfasst |
-
1998
- 1998-11-16 JP JP32537398A patent/JP3737895B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1182462A2 (de) * | 2000-08-24 | 2002-02-27 | Bruker AG | Dimensionierung einer Magnetanordnung mit einem zusätzlichen stromführenden Spulensystem |
| EP1182462A3 (de) * | 2000-08-24 | 2003-08-27 | Bruker BioSpin AG | Dimensionierung einer Magnetanordnung mit einem zusätzlichen stromführenden Spulensystem |
| JP2003178911A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-06-27 | Oxford Instruments Superconductivity Ltd | 超伝導磁石組立体及び方法 |
| US7190167B2 (en) | 2001-10-24 | 2007-03-13 | Hitachi, Ltd. | Nuclear magnetic resonance spectrometer for liquid-solution |
| US7492159B2 (en) | 2001-10-24 | 2009-02-17 | Hitachi, Ltd. | Nuclear magnetic resonance spectrometer for liquid-solution |
| US7026817B2 (en) | 2001-10-24 | 2006-04-11 | Hitachi, Ltd. | Nuclear magnetic resonance spectrometer for liquid-solution |
| US7046007B2 (en) | 2001-10-24 | 2006-05-16 | Hitachi, Ltd. | Nuclear magnetic resonance spectrometer using split magnets |
| US6897657B2 (en) | 2001-10-24 | 2005-05-24 | Hitachi, Ltd. | Nuclear magnetic resonance spectrometer for liquid-solution |
| US6888352B2 (en) | 2001-10-24 | 2005-05-03 | Hitachi, Ltd. | Nuclear magnetic resonance spectrometer using split magnets |
| WO2007023589A1 (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 超電導アクチュエータ |
| JP2007114209A (ja) * | 2006-12-07 | 2007-05-10 | Hitachi Ltd | 溶液用核磁気共鳴分析装置 |
| GB2468370A (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-08 | 3 Cs Ltd | Superconducting magnet with support structure for use in MRI |
| GB2468370B (en) * | 2009-03-06 | 2014-02-05 | 3 Cs Ltd | Magnetic module |
| JP2010283029A (ja) * | 2009-06-02 | 2010-12-16 | Toshiba Corp | 超電導マグネット装置 |
| US20130102472A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-04-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Persistent-mode high-temperature superconducting shim coils to enhance spatial magnetic field homogeneity for superconducting magnets |
| WO2013063257A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Persistent-mode high-temperature superconducting shim coils to enhance spatial magnetic field homogeneity for superconducting magnets |
| US8965468B2 (en) | 2011-10-25 | 2015-02-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Persistent-mode high-temperature superconducting shim coils to enhance spatial magnetic field homogeneity for superconducting magnets |
| JP2019160818A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 株式会社東芝 | 高温超電導磁石装置、その運転制御装置及び方法 |
| US20220381860A1 (en) * | 2018-08-21 | 2022-12-01 | Siemens Healthcare Gmbh | Operating an mri apparatus |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3737895B2 (ja) | 2006-01-25 |
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