JP2003194904A - 核磁気共鳴（ｎｍｒ）分光器、及びその操作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超伝導素子を含むＲＦコイルを有するＮＭＲ
分光器において擾乱となる横方向磁化の初期発生を防止
する核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光器、及びその操作方法を
提供する。 【解決手段】 ｚ軸の方向に均一な静磁場Ｂ₀を発生す
る磁石装置（１）と、測定容積からのＮＭＲ信号を受信
するための１つ以上の超伝導素子を有するラジオ周波数
（ＲＦ）共振器（２）とを有する核磁気共鳴（ＮＭＲ）
分光器は、ＲＦ共振器（２）の超伝導素子に作用する均
一磁場Ｂ₀に対して横方向の磁場成分Ｂ_Tを一定に保つ安
定化デバイスが設けられていることを特徴とする。安定
化デバイスはアクティブ又はパッシブに働きかけること
ができる。それによって超伝導素子を有するＲＦ共振器
に対する擾乱的な横方向磁化の発生を抑制することがで
きる。さらに、消磁されたコイルは、その後の動作の全
体にわたって消磁されたままにとどまる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴（ＮＭ
Ｒ）分光器に関し、詳しくは、ｚ軸方向に均一な静磁場
Ｂ₀を生成する磁石装置と、測定容積からのＮＭＲ信号
を受信する一つ以上の超伝導素子を含むラジオ周波数
（ＲＦ）共振器とを有する核磁気共鳴分光器に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置は従来技術１（例えば、特
許文献１参照）によって公知である。

【０００３】ＮＭＲは化合物の構造を分析するためのき
わめて明快且つ精密な方法である。しかし、その感度は
あまり高くない。このため、ＮＭＲにおいては、最高の
検出感度を有する共振器、すなわち、最大のＳ／Ｎ比を
有する共振器を備えることが最も重要になる。

【０００４】冷却された、特に超伝導性の、ＲＦ共振器
を用いることによって共振器における損失が極小にな
り、感度をかなり高めることができる。現在最も適した
超伝導体は高温超伝導（ＨＴＳ）物質である。これらの
物質は転移温度が高く、他の超伝導体に比べて静磁場に
ずっと影響されにくい。

【０００５】測定しようとする物質は、通常液体であ
り、普通室温にある測定チューブに収められ、中間チュ
ーブ及び真空チャンバによって約２０Ｋという温度にあ
る低温のＮＭＲ共振器から隔てられている。

【０００６】冷却された超伝導ＲＦコイルを用いる装置
は、例えば上述の従来技術１や従来技術７（例えば、特
許文献７参照）に記載されている。図２は、シム・コイ
ル系を有するＮＭＲ磁石と冷却された超伝導ＲＦコイル
（共振器）を有する低温プローブ・ヘッドの概略断面図
を示している。このタイプのＲＦコイル装置が図３
（ａ），図３（ｂ）に概略図で示されている。図３
（ａ）は透視図であり、図３（ｂ）はｘｚ平面の断面図
である。

【０００７】超伝導体をＮＭＲ受信システム（ＲＦ受信
コイル）で用いる場合の大きな問題はその靜的な磁化に
ある。制御されない場合、磁化はサンプル内部に線幅が
許容できないほど拡げる大きさの擾乱磁場を生ずる可能
性がある。この望ましくない磁化を最小にする従来技術
２（例えば、特許文献２参照）や従来技術３（例えば、
特許文献３参照）、又は少なくとも最小にしようとする
従来技術４（例えば、特許文献４参照）等が公開されて
いる。

【０００８】しかし、記載されている方法は以下で述べ
るような重大な欠点を含んでいる。特に、擾乱を生じな
いコイルにおいても、後で印加される望ましくない横方
向磁場のために再び大きな擾乱磁場が生ずるという問題
がある。

【０００９】したがって、本発明の根底にある目的は、
従来技術１のＲＦコイルにおける擾乱磁場の発生を防止
することである。従来技術２及び従来技術３による方法
をこれらのコイルで用いれば、それらの磁化を実質的に
なくすことができるが、その後の動作において大きな問
題が生ずる。その後の動作で磁石に対して望ましくない
機械的な傾きが生じ、これらのコイルが再び磁化する可
能性があるからである。本発明はまた、いったん消磁さ
れたコイルがその後の動作の間ずっと消磁された状態に
とどまることを可能にする。

【００１０】従来技術１のコイル・タイプの他に、従来
技術５（例えば、特許文献５参照）や従来技術６（例え
ば、特許文献６参照）に開示される別のタイプの超伝導
ＲＦコイルであって、可能な擾乱的な横方向磁場に対し
て既にきわめて影響されにくくなっているものが公知で
ある。

【００１１】本発明のデバイスの有利な効果は、これら
従来技術５，６に開示される別のコイル・タイプとも両
立するものであり、実はそれに対して累積的である、す
なわち、本発明は、それらのコイル・タイプに残される
非常に小さな擾乱をさらに相当な因子だけ減少させる。

【００１２】これらのコイルのある種の形態は、その応
用範囲が拡大される。本発明との組み合わせの結果、き
わめて擾乱が少ない、長期的に安定な、擾乱の小ささと
安定性に関して従来の基準をはるかに超えて最高の基準
に合致し、したがって新しい応用分野を開くＲＦコイル
装置が得られる。

【００１３】従来技術２，６に詳しく示されているよう
に、第２種超伝導体の内部の閉路を流れる電流はその超
伝導体の全体的な磁化を生ずる。電流はその超伝導体の
過去の履歴によって決まり、外部条件が変化しない限
り、超伝導体の抵抗はゼロであるから本質的に限りない
長さの時間にわたって残る。

【００１４】従来用いられている薄層コイル（例えば、
従来技術１、又は図３（ａ），図３（ｂ）の場合、この
磁化は主に基材に直角な方向で圧倒的に重要になる。関
連する電流が流れる面積が最大になるからである。横方
向の磁化Ｍ_T（図６（ａ））は、長手方向の（ｚ方向）
磁化よりも実質的に大きな影響を及ぼす。層はきわめて
薄く、長手方向の磁化（これは電流ループと共に二重極
モーメントを生ずる）に利用できる面積として非常に小
さな面積しか与えないからである。

【００１５】いずれにせよ、磁化は超伝導体の外側に付
加的な磁場を生じ、それがサンプル容積内に強い望まし
くない擾乱磁場を生ずる可能性がある。図６（ｂ）は、
横方向磁化がＲＦコイルの外側の擾乱磁場に、特にＮＭ
Ｒサンプルの内部のＢ_z成分に及ぼす影響を模式的に示
している。

【００１６】したがって、直接の課題は、動作に大きな
擾乱を及ぼす可能性がある横方向磁化Ｍ_Tを最小にする
ことである。

【００１７】用語 以下では、磁石の静磁場Ｂ₀に対して傾斜している超伝
導コイルが詳しく論じられる。そのためには用語を、特
に用いられる座標系を、精密に定義する必要がある。

【００１８】“横方向磁場変化”という用語は、この変
化の前に存在する静磁場Ｂ₀の方向に対して直角な方向
の超伝導コイルの座標系における余分な磁場成分ｄＢ_T
を意味する。これはまた、超伝導コイルの座標系で一次
的に、超伝導コイルに対する静磁場の回転に対応し、そ
れは静磁場に対するコイルの回転と同等である。

【００１９】ここで主に考察される平坦な又はシート状
の、実質的に磁場と平行に向いている超伝導構造の場
合、これは超伝導体の表面に直角の方向に超伝導体の磁
化を生ずる。我々はこれを“横方向磁化”と呼ぶ。この
磁化Ｍ_Tは一次的には静磁場Ｂ₀に直角に向いている。

【００２０】静磁場の不均一性によるスペクトルの擾乱
を最小にするための従来のアプローチは次のような戦略
を用いていた。

【００２１】１．可能な最大磁化の大きさを小さくする
（コイルを十分に狭い帯に細分することによる従来技術
１，５）。

【００２２】２．磁場内の超伝導体をゆっくり冷却する
ことによって可能な残留磁化の発生を抑制するように努
める従来技術４。

【００２３】３．一連の減少する横方向磁場による超伝
導コイルの“消磁”のための後処理の従来技術２，３
（それによって狭い間隔で向きが反対になる電流領域か
ら成り、個々の磁場寄与分の合計が良い近似で打ち消し
合う電流構造を誘発する）。

【００２４】４．磁場の擾乱は許すがＲＦアクティブ磁
場を非常にわずかな擾乱しかない磁場に常伝導素子によ
って制限するようにコイルの超伝導構造を設計する従来
技術５。

【００２５】５．磁場の擾乱は許すが、ＲＦ中断部を含
んで超伝導物質の分布が巨視的に均一である細長い構成
のコイルによってｚ方向磁化の一様な分布を実現するよ
うに超伝導コイル構造を設計する従来技術６。これらの
コイルは磁場のＢ_x及びＢ_y成分は擾乱されるが、Ｂ_z成
分は非常にわずかなうねりを除いて擾乱されないという
ことが示される。ＮＭＲで重要なのはＢ_z成分だけなの
で、スペクトルに人為結果はほとんど生じない。

【００２６】

【特許文献１】米国特許第５，６１０，１４０号明細書

【特許文献２】国際公開第９９／２４８４５号パンフレ
ット

【特許文献３】国際公開第９９／２４８２１号パンフレ
ット

【特許文献４】米国特許第５，５７２，１２７号明細書

【特許文献５】独国特許出願公開第１９７ ３３ ５７
４ Ａ１号明細書

【特許文献６】独国特許出願第１０１ ５０ １３１．
５号明細書（未公開）

【特許文献７】米国特許第５，５８５，７２３号明細書

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法には次のよ
うな欠点がある。

【００２８】１．従来技術１に記載されているタイプの
コイルは従来技術２，３の方法によって消磁することが
できる。問題は、後に動作中に起こる。図３（ａ），図
３（ｂ）に示されているような従来技術１によるＨＴＳ
コイルの典型的な形状寸法の場合（サファイヤ基材上の
ＹＢＣＯ薄層のコイルで、実質的に静磁場Ｂ₀と平行に
向き、コイル導体の全幅は数ｍｍで、それが１０〜２０
μｍの幅で互いの間隔が数μｍの小さな帯に分割され、
層の厚さは約３００ｎｍ、調べられるＮＭＲサンプルか
らコイルまでの側方間隔は数ｍｍ、普通は１〜５ｍｍで
ある）、１Ｇの大きさの横方向磁場の変化ｄＢ_Tが超伝
導層に作用するだけでもそれまで磁化していなかった
（又は前に消磁された）コイルに横方向磁化を生ずるに
十分であり（図６（ａ））、それはさらに、サンプル内
の陽子共鳴周波数に顕著な変化を生ずる。

【００２９】超伝導体の横方向磁化に伴う磁力線の空間
的拡がりと曲がりは隣接するサンプルにおいてＮＭＲに
関わりがあるＢ_z成分に影響を及ぼす（図６（ｂ））。
これはＮＭＲスペクトルに擾乱となる線の拡がりと歪み
を生ずる。サンプルにおけるＢ_z成分に１ｍＧ未満とい
うきわめて小さな擾乱があってもスペクトルに大きな人
為結果を生ずるに十分である。Ｂ_z成分における０．０
００２３４Ｇの変化が陽子の周波数変化１Ｈｚに対応す
る。

【００３０】典型的な形状寸法の場合、コイルの領域に
おける１Ｇあたりの横方向磁場の変化ｄＢ_Tが０．０３
〜６Ｈｚの擾乱が生ずるが、擾乱の係数及び正確な形は
正確な幾何的関係に依存する。横方向成分の変化ｄＢ_T
＝１Ｇは、Ｂ₀が１０Ｔの磁石の場合、磁石に対するコ
イルの傾きで０．０００５７度に対応する。これは１０
μｍ／ｍ（１ｍで１０μｍ）というきわめて小さな傾き
に対応する（０．１度の傾きでは−＞５〜１０００
Ｇ）。

【００３１】２．上記の大きさの横方向磁場でもすでに
スペクトルにマイナスの影響があるが、一般にその影響
はまだ可逆的である、すなわち、横方向磁場が消滅すれ
ば擾乱も消滅する。横方向磁場が２０Ｇ以上になると、
超伝導体の磁化は不可逆的に変化する、すなわち、物質
の臨界電流密度を超える遮蔽電流が生じ、超伝導体の中
で（縁からスタートして）その領域が拡がり続ける。こ
のため、増大するヒステリシス（履歴）挙動が生じ、そ
の結果、傾いた後、測定容積内の静磁場が不可逆的に不
均一になる。

【００３２】上記の典型的な形状寸法の場合、サンプル
内に０．６〜１２０Ｈｚのオーダーの磁場擾乱を生じ、
高分解能用途では全く役に立たないスペクトルになって
しまう。２０Ｇという横方向磁場は、Ｂ₀が１０Ｔの場
合、０．０１１度の傾きに対応する（２００μｍ／ｍ、
又は２μｍ／ｃｍの傾きに対応する）。

【００３３】３．可逆限界を超える磁場は最終的には約
５００Ｇという横方向磁場で（１０Ｔでは約０．２８度
又は５ｍｍ／ｍに対応する）各個別超伝導素子において
臨界電流密度に達し、したがって従来技術２に記載され
ているような超伝導コイル要素の完全な磁化に至る。こ
れはサンプルの周波数擾乱では３〜１０００Ｈｚのオー
ダーになる。

【００３４】４．この傾きは超伝導コイルに対する磁石
の磁場の傾きであるということに注意しなければならな
い。図４は、磁力線がＲＦコイルの超伝導層に平行な磁
石システムを示している。

【００３５】上記の傾きはプローブ・ヘッド内部でのコ
イルの動きによって発生させることもでき（図５
（ａ））、プローブ・ヘッド又はジュワーに対する磁石
の動きによっても発生させることができる（図５
（ｂ））。

【００３６】上記の傾きの角度の大きさは、「１．」で
は、擾乱の係数及び正確な形が正確な幾何的関係となる
とき１０μｍ／ｍとなることを示し、「２．」では約２
００μｍ／ｍで不可逆性にまで達することを示してい
る。ジュワー内での低温磁石の柔らかい（特に側方の）
サスペンションを考えると、普通の状況では上記の条件
を維持できないことがすぐに分かる。

【００３７】したがって、その後の従来技術２，４の方
法はうまくゆくとしても、従来技術１に記載されている
システムは実際には満足できる形で機能しない、特に長
い時間にわたっては機能しない（振動吸収材上の磁石の
動き、低温生成液体の蒸発に伴う重量減少等を考えてみ
るだけでよい）。

【００３８】５．従来技術５，６のコイルはこれら横方
向の変化によってほとんど影響されず、したがって、実
際に形状寸法の自由度と設計の効率がかなり制限され、
どちらの場合もＲＦ性能をある程度低下させるというコ
ストと引き替えに最初の実用的な長期的に安定なＮＭＲ
システムを生み出すことができる。

【００３９】６．従来技術６のコイルが横方向の磁場に
さらされると、個々の幾何的設計にもよるがコイルはＢ
_z磁場に小さなうねり（waviness）を生じ、それは形状
寸法によっては非常に小さいが擾乱的な影響を及ぼす可
能性がある。このコイルのいくつかの実施の形態従来技
術６は、ある最大横方向磁場（可逆限界より小さい、上
記「２．」参照）までしか機能できない。補償の効果は
そこで失われ、コイルの特性はかなり低下して、Ｂ₀磁
場に平行な臨界電流と直角の臨界電流の比及び素子の形
状寸法によるが、従来技術１のコイルに比べて小さな利
点しかなくなる。

【００４０】したがって、このサブクラスのコイルの場
合、（Ｔｃより低い温度に冷却された後）過度に高い横
方向磁場に決してさらされないことが非常に重要にな
る。このような理由により、従来技術６に開示するサブ
クラスコイルの場合、横方向磁場がある限界内にとどま
ることが有利であり、それは必ずしも過度に狭くなくて
もよい。

【００４１】従来技術６のタイプ全てのコイルに残るう
ねりも横方向磁化に比例する。これも横方向磁場によっ
て制御することができる。磁場が小さくとどまる限りこ
の横方向磁化も小さくなり、残留する擾乱もさらに小さ
くなる。

【００４２】従来技術１，３はすべて、超伝導コイルを
冷却すると磁場に対して傾きが生じるという仮定に基づ
いている。このため、生ずる横方向磁化を除去する方法
が開発されたが、その後の問題は議論されなかった。

【００４３】従来技術６は傾きに関連した問題を認識し
て、そのような傾きにあまり影響されない新しいコイル
構造を提案した。

【００４４】この傾きの絶対サイズはきわめて小さいも
のであり、与えられた不可避の条件と見なされた。

【００４５】本発明はそれと対極的な観点に立ち、横方
向磁場成分の変化を最初から防止するデバイスを提供す
ることによって上記の問題をすべて回避する。

【００４６】したがって、超伝導素子含むＲＦコイルを
有する上記の種類のＮＭＲ分光器において擾乱となる横
方向磁化の初期発生を防止する核磁気共鳴（ＮＭＲ）分
光器、及びその操作方法を提供することが本発明の根底
にある目的である。

【００４７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
従って、ＲＦ共振器の超伝導素子に作用する、均一磁場
Ｂ₀に対して横方向である磁場成分Ｂ_Tを一定に保つ安定
化デバイスを提供することによって、驚くほど簡単かつ
効果的な方法で達成される。

【００４８】本発明の装置は、従来の技術による第２種
超伝導体から成るほぼ全てのコイルを、それによって静
磁場に生ずる擾乱をきわめて小さく抑えながら使用する
ことを可能にする。

【００４９】本発明の驚くべき効果は実質的に以下の点
に基づいている。

【００５０】傾きはきわめて小さく、それをどのように
制御できるか最初は明らかではない。その大きさは、上
記のように、約１０〜１００μｍ／ｍ又は約１００ｎｍ
〜１μｍ／ｃｍという領域にある。細かい条件による
が、超伝導コイルの角度の方向づけはこの範囲になけれ
ばならない。上記の値は、磁場が１０Ｔの磁石に基づい
ている。磁場がもっと大きい場合、角度の要求条件はも
っと厳しくなる。

【００５１】上記の精度を有する位置はまた長期にわた
って絶対的に安定していなければならない。全ての機械
的成分は“漸動”する傾向があり、電子部品は不安定で
あり、ドリフトがあるということを考えると、これは望
みがなさそうに思われるだろう。さらに、横方向磁場を
測定するデバイスが磁場の均一性を乱さないようにしな
ければならない。

【００５２】超伝導コイルに作用する横方向磁場を実際
に制御することが従来試みられなかった理由は上記によ
って明らかである。

【００５３】さらに、システマティックな一貫性のある
制御が必要であるということを最初に認識しておかなけ
ればならない。何故なら、超伝導コイルの角度の方向づ
けの問題は、単にプローブ・ヘッド内部のＲＦコイルの
角度の方向づけと安定性に関わるだけでなく、上記の限
界内に維持することができない磁石に対するＲＦコイル
全体の角度の方向づけと安定性に関わるからである。し
たがって、横方向磁場変化の問題をプローブ・ヘッドと
超伝導コイルという全くの剛構造だけによって解決しよ
うという試みは必ず失敗に終わる。この点の認識は非常
に重要である。

【００５４】これに関連して、さらに次の２つの点が注
意される。

【００５５】ａ）常伝導金属から作られたＲＦコイルを
有し、他に全く余分な超伝導素子を有しないプローブ・
ヘッドの場合、全ての素子によって生ずる磁化は実質的
にＢ ₀磁場と平行である。その場合この磁化は大きさと
方向に関して磁場に比例する。本質的に小さな擾乱しか
生じない材料及び／又は磁気的に補償される物質から成
る材料（高分解能用途では体積透磁率が約１０^-7ＭＫ
Ｓ）しか使用されないので、磁化の大きさはきわめて小
さい。磁場に対する傾きが変化しても、小さな擾乱は小
さな擾乱にとどまる。磁気的に補償される装置の場合、
ｚ方向に連続した同一の透磁率の物質（例えば、サンプ
ル・チューブとサンプル自身）に基づいているが、傾き
によって生ずる擾乱は傾き角の二乗に依存し、したがっ
て、小さな傾き角では無視できる。もしもこの特徴がな
かったら、プローブ・ヘッドに対する磁石のサスペンシ
ョンは比較的柔らかいので実用的に動作するＮＭＲ装置
を製造することは不可能であろう。

【００５６】ｂ）しかし、超伝導素子は磁場変化に対し
てきわめて感度がよい。超伝導体に対する磁石の傾きか
ら生ずる横方向磁場変化は、一次的に、傾き角に依存す
る。この横方向磁場変化は超伝導体の横方向磁化を生ず
るが、この磁化は差動的な反磁性のためにきわめて強い
（完全反磁石：体積透磁率約−１ＭＫＳ、すなわち、
約１０⁰ＭＫＳのオーダー、これは磁気的に補償される
物質の場合より７けたも強い）。幸いなことに、差動透
磁率から生ずる磁化は磁場の変化に比例する。超伝導体
がクールダウンするときには無視できるほど小さな擾乱
しか生じないが、磁場のその後の変化に応答してサンプ
ル容積内にＢｚのかなりの変化が生じ、ＮＭＲスペクト
ルに擾乱が生ずる可能性がある。これは、一次的に、傾
き角に依存し一般に非常に強い。

【００５７】長手方向の磁化も同じように扱うことがで
きる。Ｂ₀の変化も超伝導体の長手方向の磁化にかなり
の変化を生ずる。しかし、次の２つの理由によりこれは
実際にはあまり影響がない。

【００５８】i）１０Ｔの場合、Ｂ₀の１Ｇの変化は１０
ｐｐｍという変化に対応し、陽子ではそれはスペクトル
の幅全体になる。最新の分光器ではロック・システムが
設けられており、磁場は約１０^-10まで一定に保たれ、
それは１０^-5Ｇに対応する。したがって、長手方向の磁
場は、擾乱になるとして言及されたほど変化しない。

【００５９】ii）起こりうるもっと大きな磁場変化で
も、例えばパルス磁場勾配が印加されたときでも、臨界
電流は、非常に薄い層及び誘導電流が囲む面積の小ささ
と協働して、ｚ方向の磁化の最大の大きさを低く抑え
る。

【００６０】したがって、横方向磁場を約１Ｇの精度で
正確に一定に保つことが技術的に可能であれば、超伝導
ＲＦコイルの磁化によって生ずる静磁場の追加の擾乱は
本質的に除くことができる。

【００６１】しかし、磁場（すなわち、横方向成分
Ｂ_T）を安定化するという問題は解決できる。以下で示
すようにパッシブ・デバイス及びアクティブ・デバイス
が原理的にそれに適する。

【００６２】本発明のＮＭＲ分光器の好ましい実施の形
態では、安定化デバイスは常伝導体から成る、好ましく
は冷却された横方向磁場シールドであって、オプション
として付加的な超伝導素子を含み、且つＲＦ共振器の周
囲を囲むものを有し、それと剛体的に相対的な傾きを制
御するように、好ましくは傾きを防止して、ＲＦ共振器
に作用する横方向磁場成分Ｂ_Tを少なくとも減衰させる
ように、結合される。

【００６３】高周波擾乱はこれによって非常に簡単にフ
ィルターされて除去される。振動で生じ、磁場の変調と
スペクトルの乱れを生ずる擾乱をフィルターして除去で
きるので、これは非常に有効に全く他の手段なしに適用
できる。以下で述べる補償法は遅すぎるので、これは高
周波擾乱に対処する唯一の合理的な方法かもしれない。
この実施の形態はまた、高い周波数領域（例えば、１０
〜１００Ｈｚという領域）のアクティブ補償法を補っ
て、０Ｈｚから無限までの全範囲にわたって全体的な広
域安定化を実現するために理想的である。さらに、この
シールドには全く不利益がなく、シム機能に関しても、
応答が少し遅れるだけなので全てのシム機能は維持され
る。

【００６４】本発明の別の有利な実施の形態では、安定
化デバイスは超伝導体の横方向磁場シールドを有し、こ
れは平らなシート状の、又は離散的なワイヤ状又は層状
の導体によってＲＦ共振器の周囲を囲み、相対的な傾き
を制御するように、特にＲＦ共振器に作用する横方向磁
場成分Ｂ_Tを一定に保つように傾きなしにそれと剛体的
に結合される。

【００６５】このタイプのシールドには永続的な電流が
流れる。したがって、これは原理的にはゼロまでの低周
波のシールドに適している。理想的な場合、このシール
ドを実施することによって、他の計測方式は、アクティ
ブな計測方式も含めて不要になる。しかし、シム機能と
Ｂ₀制御（ロック）に関して問題が起こる可能性があ
る。このような装置は冷却のために多少複雑になるが、
完全な制御の自由度のためには超伝導コイルと独立でな
ければならない。転移温度より低く冷却した後、シムの
値が十分な精度で維持できるかどうか、疑問がある。さ
らに、この実施の形態ではその後のシム調整は、実際に
必要ではないかもしれないが、通常不可能である。

【００６６】上記の実施の形態の特に有利な別の発展例
は、横方向磁場シールドが、均一な静磁場のｚ成分が妨
げられることなく通過できるスリットによってｚ方向に
一つ以上の箇所で中断されていることを特徴とする。こ
の実施の形態では磁場ロックを好適に使用できるが、シ
ム調整は別に手段を講じなければ（例えば、シム調整時
のＴｃ以上のに加熱、又はインナーシム系）不可能であ
る。

【００６７】本発明のＮＭＲ分光器の特に好ましい別の
実施の形態は、横方向磁場成分Ｂ_Tを測定する検出デバ
イスが設けられ、安定化デバイスはアクティブ補償デバ
イスを有し、測定された横方向磁場成分Ｂ_Tがフィード
バック又は制御手段によってそれに供給され、アクティ
ブ補償デバイスがＲＦ共振器の超伝導素子の領域におけ
る横方向磁場成分を一定に保つということを特徴とす
る。これは適当な努力によって実現できる非常に効果的
且つ弾力的な方法であるが、きわめて安定な検出器を必
要とし、かつ周波数応答に上限がある。

【００６８】本発明のＮＭＲ分光器のある実施の形態も
好ましいものである。この実施の形態では、安定化デバ
イスは、ＲＦ共振器の超伝導素子を均一な磁場Ｂ₀と平
行でないある軸のまわりで回転させる手段を含む。

【００６９】超伝導素子の回転は、その座標系で所望の
横方向磁場を生成するために非常に効果的な方法で利用
できる。磁場コイルに比べて、非常に高いＢ_T成分を有
利に容易に得ることができ、コイルで必要な（多分非常
に高い）動作電流による散逸は全くない。この横方向磁
場はまたきわめて均一であり、それは磁場コイルでは容
易に実現できない。最初に傾きによって生じた擾乱に対
して、傾けることは全く正しい物理的な対応である。あ
る平面内に配置された、又はある平面と平行に配置され
た薄い層状のコイルの場合、この平面に直角でなく、Ｂ
₀と平行でない１つの軸で十分である。

【００７０】別に、他の実施の形態では、安定化デバイ
スはＲＦ共振器の超伝導素子を相互に平行でなく、均一
磁場Ｂ₀とも平行でない２つの軸のまわりに回転させる
手段を含む。単一の平面に向いていない超伝導（ＳＣ）
コイルの場合、Ｂ_Tの両方の成分を制御しなければなら
ない。それは本発明のこの実施の形態では容易である。
しかし、その配置は複雑になる。

【００７１】本発明のＮＭＲ分光器の、別の有利な実施
の形態では、安定化デバイスは、ＲＦ共振器の超伝導素
子の領域に横方向磁場を生ずる一つ以上の磁場コイルを
含む。可動部分を含まない高速アクチュエータを使用す
ることができる。しかし、コイルの設計で磁場の均一性
を考慮しなければならない。

【００７２】別の発展例では、検出デバイスが横方向磁
場成分Ｂ_Tを測定する一つ以上のホール・プローブを有
する。この方法は非常に簡単で金もかからないが、長期
安定性、ドリフト、及び擾乱的な温度係数に関して問題
が起こる可能性がある。さらに、この装置では電流源が
必要になり、それが磁場擾乱を生ずる可能性もある。

【００７３】ホール・プローブの少なくとも一つは、測
定しようとする横方向磁場成分に対するプローブ感度を
高めるような形で超伝導ループと結合されることが好ま
しい。これにより、複雑さを増す代償としての装置の安
定性をも高める。変圧器ループがＮＭＲサンプルの領域
におけるＢ₀磁場を乱してはならない。ゼロ点設定のた
めの加熱手段も必要になるかもしれない。ループが何ら
かの理由によって“クエンチ”した場合、ゼロ点基準が
失われる。

【００７４】別のある発展例では、横方向磁場成分Ｂ_T
を測定する検出デバイスは、一つ以上の超伝導ループに
よって横方向磁場と結合した一つ以上のＳＱＵＩＤセン
サを含む。ＳＱＵＩＤセンサは、≪１Ｇという磁場を検
出できるので、この装置はきわめて感度が高い。

【００７５】別の特に好ましいある発展例では、検出デ
バイスは横方向磁界成分Ｂ_Tを測定するための一つ以上
の導電ピックアップ・ループから成り、それが周期的に
傾けられて誘導される電流が評価される。この装置は十
分に感度が高く、全く“異種の”技術を利用せず、正し
く操作すれば絶対ゼロ位置（コイル面が正確にＢ₀と直
角）は常に保証される。大きな信号挙動は取り扱いが明
快である。原理的に、ゼロ基準は失われない。増幅器が
高度に抵抗性であれば（ＦＥＴ）、電圧は誘導されるが
電流は流れないので、Ｂ₀磁場は乱されない。さらに、
この装置は温度に依存しない。したがって、このような
検出器はこの用途に理想的であるように思われる。

【００７６】この発展例は、ピックアップ・ループを平
均として、また動作位置で、その面が実質的に均一磁場
と直角になるような角度の方向づけをすることによって
さらに改良される。その場合、動作位置での出力電圧は
正確にゼロである。これは、システムが常にゼロに調節
されるので、増幅器エレクトロニクスにおける利得の不
安定さが全くマイナスの影響を及ぼさないという利点が
ある。最適な効果を得るためには、このシステムの機構
が精密に調整されなければならない。

【００７７】別の改良例では、検出デバイスはピックア
ップ・ループに誘導される電圧の位相感度検波のための
手段を有する。これによって好適な信号分析が可能にな
り、有用な信号がゼロ以外の周波数に変調されているた
め増幅器エレクトロニクスの静的なゼロ点ドリフトが重
要でなくなるという利点がある。

【００７８】基本周波数ｆにおけるＢ_T成分についての
所望の情報を得て、それを静磁場Ｂ₀から発生する望ま
れない２ｆ成分と区別するために、ピックアップ・ルー
プに誘導される電圧の位相感度分析は傾きの運動の基本
周波数で行われなければならない。

【００７９】逆の周期で傾けられる２つ以上のピックア
ップ・コイルがＢ_T信号成分が加え合わされるように切
り替えされると、ｆにおける有用な信号の増大と同時に
２ｆにおける擾乱的な信号の減少が生ずる。

【００８０】この別の発展例は、逆の周期で傾けられる
コイルを、均一磁場Ｂ₀によって生ずる信号成分ができ
るだけ高い精度で打ち消し合うように寸法設計し、傾け
る振幅で作動させて切り替えするとさらに大きく改良で
きる。これはｆにおける有用な信号を増加させると同時
に２ｆにおける擾乱信号を除去する。これによってもっ
と大きな傾き振幅を用いることが可能になり、したがっ
て有用な信号が大きくなって感度と安定性が改善され
る。

【００８１】２つの必要なＢ_T成分を検出する基本的な
実施の形態では、横方向磁場成分Ｂ_Tに関連した各自由
度が１つのピックアップ・コイル、１つのコイル対、又
はいくつかのピックアップ・コイルを含む１つのコイル
系を有する。

【００８２】あるいはまた、横方向磁場成分Ｂ_Tに関連
する２つの自由度がただ１つのピックアップ・コイル、
１つのコイル対、又は周期的に２つの平行でない軸に対
して傾けられる１つのコイル系を有する。これによって
１つのコイルが不要になる。

【００８３】これは、傾き運動を一時的に、好ましくは
９０°、位相シフトさせ、誘導される電圧の分析を２つ
の位相同期した検出器によって、基準位相を互いに位相
シフトさせ傾き運動と同期させることによって改善でき
る。これは多分、両方の傾き軸で同じ周波数を使用する
ときに２つの信号を分離する最も簡単な方法である。

【００８４】高い精度と長期的な安定性が別の発展例で
達成できる。この発展例では検出デバイスが横方向磁場
成分Ｂ_Tを測定するＮＭＲ送信／受信システムを含み、
それが核の共鳴周波数を決定することによって測定容積
における磁場の絶対値を決定し、隣接する超伝導構造に
よって横方向磁場成分の変化ｄＢ_Tを長手方向磁場変化
ｄＢ₀に変換する。このＳＣ（超伝導）構造は超伝導コ
イル自身と同じ基板上に配置される。これによってきわ
めて精密な測定が可能になる。

【００８５】別の有利な発展例では、検出デバイスに作
用する横方向磁場成分の変化ｄＢ_TはＲＦ共振器の超伝
導素子に作用するものにほとんどが該当し、調節手段、
好ましくはＰＩ又はＰＩＤレギュレータ、が設けられ、
それが検出デバイスで測定された横方向磁場成分Ｂ_Tを
連続的に、好ましくはゼロに、調節する。

【００８６】別の有利なある発展例では、検出デバイス
は補償デバイスの半径方向外側に配置され、補償デバイ
スは測定された横方向磁場成分に対応して、横方向磁場
成分Ｂ_TがＲＦ共振器の超伝導素子の領域で一定に保た
れるように制御される。スペースが問題であるならば、
検出器は超伝導コイルからさらに遠くに配置することが
できる。

【００８７】検出器のためのスペースが十分にあるなら
ば、正しい横方向磁場成分Ｂ_TはＲＦ共振器の超伝導素
子のすぐ近くに検出デバイスを配置して測定できる。

【００８８】本発明のＮＭＲ分光器のある有利な実施の
形態では、検出デバイスは均一静磁場Ｂ₀を生ずる磁石
装置の磁気中心のすぐ近くに、詳しくは｜ｄＢ₀／ｄｚ
｜＜１００Ｇ／ｍｍである領域内に、配置される。磁場
が不均一である場合、Ｂ_Tの測定は検出器の正確な場所
に依存する。これは、上記の実施の形態では除去される
測定誤差を生ずる可能性がある。しかし、その領域に十
分なスペースがなければならない。

【００８９】別の有利な実施の形態では、検出デバイス
は勾配システムの半径方向外側に配置される。これによ
り、検出デバイスは依然として超伝導コイルに非常に近
く配置されながらも、勾配磁場の影響は減少する。グラ
ジエント・コイルのまわりにスペースを設けなければな
らない。

【００９０】有利な形としては、遮蔽された勾配システ
ムを用いて勾配磁場の影響が無視できるようにする。

【００９１】別の好ましい実施の形態では、検出デバイ
スが磁石軸上に配置されるか又はｚ軸のまわりに配置さ
れるいくつかの部分検出器から構成され、ｚ軸上に発生
する横方向磁場成分Ｂ_Tを効果的に測定できるようにな
っている。検出器を正確に超伝導コイルの場所に配置す
ることはできないので、超伝導コイルの場所におけるＢ
_Tの最良の近似は個々の測定値を平均することによって
決定される。

【００９２】超伝導コイルを傾けると、小さな側方への
移動が生じ、機械的な衝突や可能な傾き角の制限に導く
ことがある。ある有利な実施の形態では、補償デバイス
の回転軸がＲＦ共振器の超伝導素子を通って延びる。

【００９３】別の実施の形態では、補償デバイスの回転
軸が検出デバイスを通って延びる。検出器は調節プロセ
スの際に移動されず、調節の質を損なうような余分の測
定誤差は導入されない。

【００９４】本発明のＮＭＲ分光器のきわめて好ましい
ある実施の形態では、補償デバイスはさらに、別の影響
因子によって生ずる、特に素子の機械的漸動や熱変形に
よって生ずる横方向磁場の補正を行うための信号入力を
有する。これによって、既知の人為結果、誤動作の補償
が容易になり、微調節が可能になる。

【００９５】補償デバイスがＲＦ共振器の超伝導素子を
傾けるための１つ以上の圧電アクチュエータを有するこ
とが有利である。圧電アクチュエータは磁場の中でも機
能し、磁場擾乱を生じない。作業行程は小さな傾き角に
対しては十分である。静止位置では全く電力は入力され
ない。

【００９６】別の好ましい実施の形態では、補償デバイ
スはＲＦ共振器の超伝導素子を傾けるための１つ以上の
導体ループを有し、制御エレクトロニクスから発生され
る電流がＲＦ共振器に供給されてローレンツ力によって
磁場の中で動かされる。ほとんどどんな任意の行程も実
現でき、金がかからず、高電圧も、例えば圧電アクチュ
エータの場合のような高電圧も必要とされない。

【００９７】本発明のＮＭＲ分光器を操作する方法も本
発明の範囲内にあり、この方法ではシム系によって生ず
る既知の影響を考慮に入れて擾乱を評価して横方向磁場
成分の制御を最適化する。

【００９８】本発明のＮＭＲ分光器を操作するある好適
な方法では、シム系の設定の変化によって生ずる新たな
磁場が補正に含められる。

【００９９】別の好ましい変形例の方法では、擾乱が勾
配システムの既知の影響を考慮に入れて評価される。勾
配システムによって生ずる擾乱は、構造的な設計手段に
よって十分に小さくならない場合、その調節を防止する
ことができる。

【０１００】この変形例の方法のある改良例では、勾配
切り換えで発生する付加的な磁場が補正で考慮に入れら
れ、且つ／又は、勾配切り替えの間は全く補正を行わな
い。“ブランキング（blanking）”が上記の擾乱を除去
できる最も簡単な可能性である。ディジタル・インター
フェースが必要であるが、校正は行われない。

【０１０１】別の好ましい変形例の方法では、補償デバ
イスはＲＦ共振器の超伝導素子の冷却前又は冷却中に既
に起動され、転移温度Ｔ_Cよりも低い温度に冷却されて
いる間起動されたままである。このようにして、ＳＣ共
振器に後で発生する遮蔽電流が防止されるだけでなく、
その発生が最初から阻止される。共振コイル装置はこの
タイプの動作に適するものであることが好ましい。超伝
導コイルの転移温度Ｔ _Cより上で既に起動されて全温度
範囲で必要な精度を有する検出器とアクチュエータが用
いられるのでその機能は温度に依存しない。

【０１０２】別の変形例の方法では、補償デバイスはい
つでも、特にＲＦ共振器の超伝導素子の消磁の後、この
時点で印加されるＢ_T磁場を一定に保つために、切り替
えがオンにされる。いったん擾乱がない状態に（どんな
方法であっても）達したら、それを“凍結する”ことが
できる。

【０１０３】本発明のＮＭＲ分光器を操作する最後の特
に好ましい方法では、アクティブ制御の他に、高周波横
方向磁場成分は同時に横方向磁場シールドによって減衰
される。パッシブな方法とアクティブな方法の組み合わ
せは、精度を高め、且つ／又は、制御できない又は調節
を損なう擾乱をかなり減らすのに非常に有利である。

【０１０４】調節では、ある最大値を超えるＢ_Tの偏差
を防止しなければならない。さもないとＳＣ共振器は、
その臨界電流を超えたときに不可逆的に磁化し、消磁又
は加熱することが必要になるからである。短時間の、不
規則な逸脱、例えばショック（jolt）、に応答して臨界
電流を超える可能性がある。リアルタイムの調節が十分
な幅とスピードで行われない場合、これは常に起こるで
あろう。したがって、常伝導体のシールドは、制御され
ない急速なＢ_T磁場の変化を防ぐために非常に重要であ
る。大きなＢ_T磁場の変化は実際に起こりうるが、調節
／制御が追従できるような限定された変化速度でしか起
こらない。

【０１０５】その他の利点は図面及び記述から明らかに
なる。上述の特徴及び以下で述べる特徴は、本発明に従
って、単独でも又は任意の組み合わせによっても利用で
きる。図示され記述される実施の形態は、全てを列挙す
るものではなく、本発明を説明するための例示的な性格
のものと理解すべきである。

【０１０６】

【発明の実施の形態】以下では、本発明の実施の形態を
図面によってさらに詳しく説明する。

【０１０７】本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）の分野に
関し、詳しくはサンプルからのＲＦ信号を受信する超伝
導ＲＦコイルの磁化と磁気的調整に関する。

【０１０８】図２は、従来技術によるＮＭＲ分光器の縦
断面を示す概略図であり、これはｚ軸方向に均一静磁場
Ｂ₀を生成する主磁場磁石から成る磁石装置１、及びサ
ンプル・チューブ３を含む測定容積からのＮＭＲ信号を
受信する、１つ以上の超伝導素子から成る超伝導ＲＦコ
イルが収容された高周波（ＲＦ）共振器２を含む。

【０１０９】磁石装置１は、室温の内孔６を有する低温
槽５内の液体ヘリウム容器４に収容されている１つ以上
の超伝導コイルを含む。熱伝導をできるだけ小さく抑え
るために、容器４は低温槽５内の熱絶縁真空７の中に垂
直サスペンション８と側方サスペンション９によって配
置されている。この装置はまた、シム系１０と、ＲＦ共
振器を収容するプローブ・ヘッド１１を含む。冷却配管
１３が、熱交換器１５によってＲＦ共振器２に収容され
る超伝導素子から成る超伝導ＲＦコイルを冷却するため
に熱絶縁真空１２を通って導かれる。最後に、装置はプ
ローブ・ヘッド１１内のサンプル・チューブ３に温度制
御された空気を送る送給ライン１４を有する。

【０１１０】あらゆる周知の超伝導ＲＦコイルによって
静磁場に生ずる擾乱とそれによってスペクトルに生ずる
人為結果を本質的に除去すること、又は従来技術に比べ
て大きく減少させ、その作動時間全体にわたって低く保
つことが本発明の目的である。

【０１１１】これは、ＲＦ共振器２の超伝導ＲＦコイル
に作用する横方向磁場をきわめて精密に制御することに
よって実行される。これによって擾乱的な磁化の発生を
最初から防止できる。さらに、本発明のデバイスは擾乱
なしの長期動作を保証できる。これは横方向磁場成分の
アクティブ制御、及び／又は、常伝導又は超伝導シール
ドを用いるパッシブシールドによって達成される。

【０１１２】Ａ．パッシブシールド 次のようなデバイスを含む。

【０１１３】ａ）純粋に受動的な装置でＲＦ共振器２の
超伝導ＲＦコイルに最初は剛体的に結合された超伝導シ
ールドによるプローブ・ヘッドを遮蔽するもの。第一の
可能性はシールド１７を直接プローブ・ヘッド１１に設
置することである。図２０はプローブ・ヘッド１１にお
ける冷却装置１６によって冷却されるシールド１７の可
能な配置を示す。シールド１７内にオプションの勾配シ
ステム１８、オプションの磁場センサ２１、ならびにオ
プションの回転軸１９が半径方向に設けられている。

【０１１４】これは、例えば、シム調整（shimming）の
際このシールド１７を貫通できないという欠点がある。
この問題を解決するために、シールド１７は、コイルに
無関係にＴ_cより低い温度に望むまま冷却して、それに
よって内側の磁場を凍結することも、Ｔ_cより高い温度
に加熱することでシム調節に対して磁気的に透過するこ
ともできるように熱的に設計されなければならない。

【０１１５】第二の可能性は、シールド１７をシム系の
外側に配置して、いつでもＴ_cより高い温度に加熱で
き、大きなシムの変化又は磁石の再充電が必要ならばＴ
_cより低い温度に冷却できるようにすることである。

【０１１６】シム系の外側にシールド１７を配置するこ
とは、囲まれる磁場に対してシールド１７は実際に磁石
の機能を帯びるので、装置全体の機械的剛性によるが、
ＲＦ共振器２の超伝導コイルに対するシールド１７の傾
きを生ずる可能性がある。このようなシールドは、寸法
が小さいので磁石自身よりもずっと剛性をもって保持さ
れうる。

【０１１７】ｂ）別の実施の形態は、常伝導物質のシー
ルド１７がＲＦ共振器の超伝導コイルのまわりに配置さ
れ、純粋に受動的な配置で最初はそれと剛体的に機械的
に結合されるというものである。常伝導シールドは横方
向磁場変化のＤＣ成分をブロックすることができない
が、高周波振動及び過渡効果を減衰させることができ
る。特にシールドが低温に冷却される場合、これは横方
向磁場に対して非常に効果的な低域フィルタとなり（例
えば、Ｃｕの導電率は室温に比べて因子１００程度増大
する）、例えば磁石の振動によって生ずる影響は非常に
効果的にフィルターされて除かれる。勾配システム１
８，磁場センサ２１，及び回転軸１９をシールド１７に
対して半径方向内側に任意に設けることができる。

【０１１８】図２１（ａ）〜図２１（ｆ）は、上記ａ）
又はｂ）によるこのようなシールドの形の実施の形態を
示す。図２１（ａ）〜図２１（ｃ）までは、簡単な変形
例を遮蔽の効果が増加する順に示している。両端が狭ま
っているほど、それらの端から貫通してくる磁場変化が
小さくなると言うことに注意すべきである。しかし、い
ずれにしても、サンプル自身及び温度制御する空気のた
めの開口がなければならない。

【０１１９】最後に、図２１（ｄ）〜図２１（ｆ）は、
静磁場Ｂ₀の変化を許しながら横方向磁場Ｂ_Tの貫通を防
止又はフィルターするいろいろな溝付きシールドの変形
例を示す。これは、サンプルを変えて異なる透磁率のサ
ンプルに対して正確な共鳴周波数を制御し、ロック・シ
ステムの正常な動作を可能にするために必要になること
がある。図２１では、分かり易くするために磁場変化の
減衰される成分は黒い矢印で表されている。

【０１２０】ｃ）例えば、磁場と平行に向く磁針で、Ｎ
ＭＲコイルの角度の方向づけを機械的に合わせること
は、磁針の磁場がＮＭＲのＢ₀磁場の均一性をこわし、
また実効的な力が非常に弱いので、不可能である。した
がって、このようなシステムの精度は問題にもならない
ので詳しく述べない。

【０１２１】Ｂ．アクティブシールド このタイプのシステムは、実際の横方向成分を測定して
アクティブ調節デバイスによってそれを補正する。この
ようなシステムは、以下で述べるように、技術的に容易
に実現されるので好ましい。また、このタイプのシステ
ムはその実施と動作に関して非常に柔軟性がある。その
ような訳で、本発明の記述の主要な部分は、発生する擾
乱を測定してＮＭＲスペクトルにはっきりと擾乱が現れ
る前に補償デバイスによってそれを補償するアクティブ
シールドに関するものになる。

【０１２２】補償デバイスは、超伝導ＲＦコイルをアク
ティブに機械的に傾けることによって、又は別の横方向
磁場コイルによって、容易に実現できる。ＮＭＲ磁石コ
イル全体の向きを制御する他の変形例も可能である。

【０１２３】アクティブ装置の難しさは、きわめて小さ
な横方向磁場を感度良く安定に測定するために適した検
出器を見つけることにある。本発明のアクティブ装置の
実現可能性は、十分に良い検出器の実現可能性と密接に
結びついている。このような横方向磁場検出器のいろい
ろな実施の形態が図１３（ａ）〜図１３（ｄ）に示され
ている。

【０１２４】一貫性を保つために、検出器は常に円環体
で表され、それは最も単純な場合、例えば、横方向磁場
のある成分（例えば、Ｂ_y）を測定するホール・プロー
ブだけを含み（図１３（ａ））円環体はプローブ・ヘッ
ド１１の対称軸のまわりに配置されている（例えば、図
１の横方向磁場検出器２０参照）。内部のシステム設計
は全く異なる方法で、例えば２つ又は４つのホール・プ
ローブを有するように（図１３（ｂ），図１３（ｃ））
又は振動するピックアップ・コイルを有するように（図
１３（ｄ）、以下参照）実現することもできる。

【０１２５】検出器は、必ずしもプローブ・ヘッド１１
自身の中に設置する必要はなく、原理的にはＮＭＲシス
テムの中でＮＭＲコイルの角度の方向づけと検出器の関
係が定められるどんな位置にも設置できる。特に、検出
器自身をシム系又は磁石系の一部として実施することも
できる。

【０１２６】驚くべきことに、全ての必要条件を満たす
きわめて精密な検出器が、下で例によって説明されるよ
うに実現できる。横方向磁場成分のこのような検出器の
ある実施の形態（振動コイル）は精密に分析できる。こ
の実施の形態は、非常に強い長手方向静磁場（＞１００
０００Ｇ）の存在下で横方向磁場成分を＜１Ｇの精度
で、長期的に安定な方法で測定するデバイス（以下“検
出器”という。）を構成することが技術的に可能である
ということを示している。

【０１２７】このような検出器の技術的な実現に関する
簡単な注意 １．最も簡単な実施の形態 検出器が図１５（ａ）に模式的に示されている。細いワ
イヤが１００〜１０００巻き巻かれた約１ｃｍ²の面積
を有するコイルは最初はその面をＢ₀磁場に正確に直角
に向けている。コイルには１つ以上の機械的アクチュエ
ータ２２があって、それがコイルを最初の位置のまわり
で、コイル面内にあってＢ₀と直角な１つの（又は２つ
の）軸のまわりで周期的に振動させる。振動の周波数は
普通１ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの間にある。振幅は非
常に小さく、普通約１００〜１０００ｎｍである。コイ
ルは、１ｎＶ／Ｈｚ^0.5という典型的なスペクトル・ノ
イズ密度で高感度電圧増幅器に接続される。

【０１２８】図１６（ａ）〜図１６（ｆ）は、分析の概
略を示す。図１６（ａ）は、Ｂ₀と直角なｘｙ平面内の
その静止位置に対するｙ軸のまわりでのコイルの周期的
傾きα（ｔ）を示す。

【０１２９】増幅器の出力で次の２つの異なる周波数の
特性信号が生成される。

【０１３０】ａ）長手方向信号Ｕ_(z)：Ｂ₀方向の実効面
積が傾き角のコサインで減少するために振動の周波数の
２倍となるのきわめて小さな信号。これは両側の傾きで
減少する時間依存する磁束Φ_z（α）を生じ（図１６
（ｂ））、Ｕ＝ｄΦ／ｄｔによる誘導電圧を結果として
もたらす（図１６（ｃ）に示される）。この信号の振幅
は、振動の振幅の二乗の値によって決まるためにきわめ
て小さい。

【０１３１】ｂ）横方向信号Ｕ_(x)：全く横方向磁場が
ない場合、励起周波数で全く信号はない（対称性によ
り）（図１６（ｄ））。しかし、（非常に小さくても）
横方向磁場Ｂ_Txが（振動軸及びＢ₀と直角な方向に）印
加されると、Ｂ_Txの振幅に比例する信号がコイルに誘導
される。位相同期検出の場合、位相はＢ_Tの符号に依存
する（図１６（ｅ）、又はマイナスの符号のＢ_Tでは図
１６（ｆ））。

【０１３２】要約すると、機械的励起と同期した位相検
出による上記の装置は傾き軸と直角な横方向磁場成分に
比例する信号に導くと結論される。簡単な計算から、１
Ｇの磁場偏差を検出できるだけの十分に大きい信号（１
００ｎＶ〜１０μＶのオーダー）が得られる。

【０１３３】この有用な信号がＢ₀から生ずるバックグ
ラウンド信号に重ねられる。バックグラウンド信号は有
用な信号の２倍の周波数を有するので、これはロックイ
ン増幅器を用いて容易に分離される。振動の振幅に対し
てバックグラウンド信号は二乗で依存し、有用な信号は
それに比例するので、十分に小さな振幅の適当な選択に
よって有用な信号に比べたバックグラウンド信号による
擾乱を所望の度合いにまで減少させることができる。

【０１３４】２．改良された実施の形態 振幅の減少は有用な信号も減少させるので、技術的な理
由により振幅をある値より低く減少させることはできな
い。逆に、振幅及びそれに伴う有用な信号はできるだけ
大きくしなければならない。バックグラウンド信号によ
って生ずる擾乱は次のような簡単な方法によってかなり
減らすことができる。

【０１３５】２つのコイルを平行に配置し、平行な軸の
まわりで同期して、しかし逆の位相で振動させるという
組み合わせを用いる（図１５（ｂ））。２つのコイルの
出力は直列に結合されて増幅器に供給される。直列結合
の極性は横方向信号が加え合わされるように選ばれる。

【０１３６】簡単な分析から、面積と振幅（すなわち、
もっと正確にはそれらの積）が等しい実施の形態では、
Ｂ₀のバックグラウンドの寄与が正確にかつ同時に差し
引かれるということが示される。これを利用して振幅を
かなり大きくすることができる。それによって、（横方
向磁場Ｂ_Tから生ずる）有用な信号はずっと大きくな
り、２倍の周波数でのＢ₀磁場からの寄与によって分析
が擾乱されることはない。

【０１３７】３．２つの横方向成分の測定 上の装置によって、横方向成分Ｂ_Tの１つ、例えばＢ_x、
を測定することができる。一般に、もう１つの成分、Ｂ
_y、も測定することが望ましい。これはいろいろな方法
で実行できる。

【０１３８】ａ）２組のコイルを用いる（上のセクショ
ン１又は２にしたがって）、１組のコイルはその傾き軸
（単数又は複数）がｙ軸に平行であり（Ｂ_x成分を測定
する）、他の組はその傾き軸（単数又は複数）がｘ軸に
平行である（Ｂ_y成分を測定する）。

【０１３９】ｂ）１又は２によるコイルが２つの互いに
直角な回転軸（例えば、ユニバーサル・ジョイントのよ
うに）を備えている場合、ハードウエアの条件は実質的
に単純になる。ユニバーサル・ジョイントを用いない簡
単な実施の形態が図１７（ａ），図１７（ｂ）に示され
ている。コイルは同時に両方の軸のまわりで傾けられる
が位相は９０°ずれている（ウオッブリング（wobblin
g）の一種）。電圧は、ダブル・ロックイン増幅器で測
定され、０及び９０度の２つの位相成分を別々に評価
し、それから２つの信号Ｂ_xとＢ_yが得られる。この装置
は一組のコイルと１つの増幅器、そしてただ１つの信号
路だけしか必要なく、スペースとコストが少なくて済む
ので有利である。

【０１４０】４．安定性に関する注意 上記の信号はすべてある搬送周波数で変調されるので、
エレクトロニクスのドリフトはゼロ点のドリフトを生じ
ない。多くの場合、傾きデバイスは安定な振幅を有する
必要はなく、増幅の利得は長期的に安定している必要が
ない。信号がゼロに調整されている装置で用いる場合こ
れは重要でないからである。これらを合わせて、きわめ
て良い短期的及び長期的なシム安定性によって必要な１
Ｇという絶対精度を実現して長期的に維持することが可
能になる。

【０１４１】５．実施の形態に関するその他の注意 上の説明では、傾きは特別の専用アクチュエータ２２に
よって発生されている。しかし、これは絶対に必要とい
う訳ではない。別の周期的信号によって補償デバイスを
同時に信号を発生するために用いる装置（以下参照）も
可能である。

【０１４２】横方向磁場の検出器の他の技術的な実現も
可能である、例えば、感度のよい方向がＢ₀磁場と直角
であるように配置されたホール・プローブを用いて（図
１３（ｂ））磁場の横方向磁場成分を測定することも可
能である。必要なら小さな超伝導変圧器を用いて感度を
さらに高めることができる（図１４（ａ），図１４
（ｂ））。

【０１４３】さらにもっと高度な方法も、例えば、図１
８のＳＱＵＩＤ２３とピックアップ・ループ２４を含む
ＳＱＵＩＤ検出器も使用できる。ＳＱＵＩＤ（“超伝導
量子干渉デバイス”）自身は磁場中で機能しないので、
磁場及び磁化測定の用途にＳＱＵＩＤを用いる場合は通
常行われるように磁束変換器を使用しなければならな
い。超伝導ループ２５のリードにおける遮蔽された信号
線は加熱デバイス２６によって加熱できる。

【０１４４】ピックアップ・ループ２５はＢ₀磁場と直
角に測定する横方向磁場成分の方向に向けなければなら
ないということに注意すべきである。

【０１４５】超伝導素子が横方向磁場変化ｄＢ_Tをサン
プルの場所における長手方向磁場変化ｄＢ_zに（排除さ
れると思われる実際の擾乱のメカニズムと同じ原理によ
って）変換するような形状寸法を持つ超伝導素子（図１
９（ａ）では、サンプル３’に隣接する適当な位置に不
連続がある超伝導表面２７，又は好ましくは、図１９
（ｂ）に示されているような超伝導変換ループ２８）に
隣接して配置される小さな別のＮＭＲサンプル３’によ
って横方向磁場を間接的に測定するといった別の実施の
形態も実現できる。このサンプル３’のＮＭＲ共鳴周波
数を連続的又は周期的測定（ＮＭＲ磁場ロックと同様）
で、補助ＮＭＲ分光器デバイスに供給するＲＦ共振器
２’に収容されるＲＦコイルによって測定する。所望の
周波数からのずれが、超伝導表面２７又はループ２８と
直角の方向に作用する横方向磁場成分Ｂ_Tの値を直接与
える。

【０１４６】このようなシステムの感度は十分であるこ
とが明らかである。何故なら、望ましくない擾乱を生ず
るのと同じメカニズムが測定に利用されるからである。
さらに、このようなシステムの感度は、超伝導素子２
７，２８の適当な（できるだけ“不利な”）形状寸法に
よってかなり高めることができる。

【０１４７】超伝導変換素子を有する全ての実施の形態
は（図１８，図１９（ａ），図１９（ｂ）及びオプショ
ンで図１４（ａ），図１４（ｂ））では、システムの基
準位置で変換器の電流、したがって出力信号、をゼロに
することができるように小さなヒーター２６を設けるこ
とが好ましいということを注意しておくべきである。

【０１４８】上記その他の可能な実施の形態の変形例で
横方向磁場検出器を用いて横方向磁場の１つ（例えば、
Ｂ_x）又は両方（例えば、Ｂ_y）を測定することができ
る。例えば従来技術１による、１つの向きの平行な平面
だけに配置された超伝導コイルの場合（図３（ａ），図
３（ｂ））、ＲＦコイルの超伝導体平面に直角のＢ
_T（すなわち、ここではＢ_x）の制御だけで十分である。

【０１４９】もっと複雑な装置又は従来技術１による直
交するコイルの組み合わせの場合、横方向磁場の両方の
方向を制御しなければならず（図７の２次元的な傾きに
よって示される）、したがってまた両方の方向を測定し
なければならない。

【０１５０】図１は、本発明のデバイスの好ましい実施
の概略図を示す。横方向磁場検出器２０は横方向磁場成
分Ｂ_Tを測定する。検出器２０の出力は、制御／調節デ
バイスを介して補償デバイスのアクチュエータ２２（回
転軸１９のまわりのコイルの傾き）につながっている。
この補償デバイスの制御／調節ループ２９は、偏差が生
じてもＲＦ共振器２の超伝導ＲＦコイルの場所における
横方向磁場成分Ｂ_Tが常に元の状態に戻ることを保証す
る。

【０１５１】超伝導コイルを傾ける補償デバイスでは機
械的なデバイスを使用することが好ましい。それが擾乱
に対抗する横方向磁場成分を生成する。言い換えると、
例えば、磁石が傾くと、超伝導コイルが磁石と平行に同
じ方向に正確に同じ角度傾けられる。

【０１５２】したがって、コイルは常に磁石の方向に追
従して横方向磁場の変化を防止する。

【０１５３】傾きの機構は、好ましくは圧電アクチュエ
ータによって、又は好ましくはＮＭＲ磁石の磁場Ｂ₀内
にある磁場コイルに作用する電磁力によって駆動され
る。他の駆動装置、例えば圧電モーター、電磁モータ
ー、ステップ・モーター、なども実現できる。

【０１５４】補償デバイスはまた、所望の強さと方向の
別の横方向磁場を生ずる磁場コイル３０で構成すること
もできる。それは、コイル位置の横方向磁場成分Ｂ_Tが
不変を維持するように制御される（両成分Ｂ_x及びＢ_yに
関する図１１及び図１２）。これらの磁場コイル３０は
プローブ・ヘッド１１，シム系、又は低温磁石に取り付
けることができる。

【０１５５】好ましい実施の形態では、実際にコイルに
作用する横方向磁場成分の測定ができるだけ精密になる
ように、図１に示される横方向磁場検出器２０が超伝導
コイルにできるだけ近く定常的に配置される、すなわ
ち、プローブ・ヘッド１１に剛体的に結合される（図９
の検出器２０”参照）。制御／調節デバイスは、超伝導
ＲＦコイルが常に一定の横方向磁場中にあるように超伝
導ＲＦコイルを傾けるデバイスを有する補償デバイスを
制御する。

【０１５６】別の好ましい実施の形態では、横方向磁場
検出器２０がＲＦ共振器２の超伝導ＲＦコイルにできる
だけ近く配置され、角度という観点から見て剛体的にそ
れに結合される（図１０参照）。補償デバイスは、ＲＦ
共振器２の超伝導ＲＦコイルを検出器２０と一緒に回転
軸１９’のまわりで傾ける。調節デバイスは、検出器２
０が、したがってまたＲＦ共振器２のＲＦコイルが、常
に一定の横方向磁場の中にとどまるように補償デバイス
を制御する。

【０１５７】検出器における偏差ゼロへの同様な調節
は、補償コイルを用いる場合にも適用でき、その場合、
補償コイルはコイルと検出器の両方に同じ方法で作用す
る（図１１，位置Ａ）。

【０１５８】いずれにしても、検出器を均一磁場領域に
配置することは、ＲＦ共振器２の超伝導ＲＦコイルが受
けていると同じ磁場を検出器が測定することになるとい
う利点がある。検出器は、磁場の勾配が１００Ｇ／ｍｍ
よりも小さな領域に配置するのが有利である。

【０１５９】別の実施の形態では、技術的な理由又は構
成上の理由から必要な場合、検出器をＲＦ共振器２のＲ
Ｆコイルからある程度離して配置することができる（図
１１，位置Ｂ）。このような場合、検出器が測定する擾
乱は必ずしも超伝導ＲＦコイル２に作用する擾乱とは同
一でない。特に、補償デバイスはもはやＲＦコイルと検
出器に同じように作用しない。この場合、Ｂ_T磁場を一
定に保つためには（補償角度の単純な制御又は検出器の
ゼロ調節を超える）複雑なアルゴリズムが必要である。
いろいろな場所にいくつかセンサーを配置し、それによ
ってコイルの場所における実効Ｂ_T磁場と必要な補償を
決定するということも可能である。

【０１６０】制御アルゴリズム一般に関していうと、そ
れらは大体この問題に適応させることができる。アナロ
グ及びディジタル制御が可能であり、調節の帯域幅は、
例えばゆっくりとした擾乱だけが補償されるように、又
は速い調節ループによって振動も補償されるように選択
することができる。

【０１６１】非常に有利な形態は、常伝導磁場シールド
１７と補償デバイスとの組み合わせである（図２０）。
高周波の擾乱（振動、等）はフィルターされて除かれ、
低周波及び準靜的な擾乱は補償デバイスによって調節で
きる。

【０１６２】好ましい実施の形態では、シールド１７は
プローブ・ヘッド１１に剛体的に結合され、ＲＦ共振器
２と検出器２１の装置を回転軸１９のまわりでプローブ
・ヘッド１１に対して制御された方法で傾けて、シール
ド１７によって減衰されて残っている、したがって、ゆ
っくりしたＢ_T変化が十分に速い調節ループによって容
易にかつ正確に調節できるようにする。

【０１６３】パッシブな安定化とアクティブな安定化を
組み合わせるというこの原理は超伝導シールドにも適用
できる。

【０１６４】傾けることによって補正するデバイスは別
の変形例もある。特に、回転軸１９’（１つ又は２つの
方向）を磁石中心に好適に配置することができる（図１
０参照）。それによって、ＲＦ共振器２の超伝導ＲＦコ
イルの側方への移動が小さくなるので有利である。

【０１６５】検出器２０がＲＦ共振器２の超伝導ＲＦコ
イルと直に接しない位置にあると、回転軸１９が好適に
検出器２０を通るようにすることができる（図１参
照）。これによって補正の運動自身が、それに伴う検出
器２０の運動で検出器２０の側方位置のエラーを生ずる
ことがなくなる。さもないと、このエラーが別の測定誤
差を生ずる可能性がある。

【０１６６】同じ横方向成分が検出器２０とＲＦ共振器
２の超伝導ＲＦコイルに作用する上記のシステムは基本
的に調節／補償モードで動作する、すなわち、検出器信
号がゼロにフィードバック調節される、ということに注
意すべきである（例えば、図１参照）。

【０１６７】他方、アクチュエータ２２が検出器２０に
作用しないようにシステムを構築することもできる。そ
の場合、ＲＦ共振器２の超伝導ＲＦコイルに作用する横
方向磁場が一定に保たれるようにアクチュエータ２２は
検出器信号によって制御される。しかし、これには十分
な精度を達成するために非常に正確なシステムの校正が
必要である（図８，図９に同等な例を示す）。

【０１６８】通常ＮＭＲ装置に含まれる次の２つの追加
システムを考察しなければならない。

【０１６９】１．シム系 図２は、シム調整（shimming）の際にさらに付加的な磁
場変化を生ずるシム系１０を模式的に示している。これ
らは一般に非常に小さく（シム強度の大きさは最大でも
通常数Ｇ／ｃｍである）、無視できる程度である、特に
小さなシム変化しかもたらされない場合は、普通ＲＦ共
振器２の超伝導ＲＦコイルにも検出器２０にも影響を及
ぼさないので無視できる。この擾乱は既知であるから、
必要ならば、シム系１０によって生ずる付加的な成分を
自動的に計算して望むならばそれを補正するように、調
節アルゴリズムに取り込むことができる。

【０１７０】２．勾配システム 多くのプローブ・ヘッドは、比較的強い、切り替えされ
る磁場勾配を生成する勾配システムを組み込んでいる。
勾配システム１８（図９，図１０，図２０に示される）
は、サンプル容積にｘ、ｙ、又はｚに比例するＢ_z依存
性を有する直線的に変化するＢ_z成分を発生する付加的
な磁場を生ずる。これらの勾配は、“Ｘ、Ｙ、又はＺ勾
配”と呼ばれる。これらは、横方向磁場に１０Ｇ／ｃｍ
以上の大きさの顕著な変化を生じ、望まれないシステム
調節作用を生ずる可能性がある。

【０１７１】勾配はほんの短時間（普通、例えば、５ｍ
ｓｅｃ）切り替えられるだけなので、この調節作用は適
当でない。この時間の間、磁場はいずれにしても非常に
不均一であり、補償は必要でもなく、望ましくもない。
この強いパルスの間の補償の動きがパルスが減衰した後
も残る調節作用を発生して、調節が最初の状態（グラジ
エント・パルスの前）に戻るのにある一定の時間を必要
とするかもしれない。調節が安定するまで待つことが必
要になるので、パルスの後の回復が不必要に遅れてしま
う。これは次のような手段によって解決できる。

【０１７２】ｉ．勾配の外側にｚ方向で軸方向に十分な
間隔をおいて検出器を設置する（図９，検出器２
０’）。勾配システム１８から外側に間隔が増すと漂遊
磁場はかなり減衰する。

【０１７３】ii．勾配の半径方向外側に検出器を設置す
る（図９，検出器２０”）。普通、勾配システムは非常
に良くアクティブシールドされ、外部の磁場は無視でき
るほど小さくなる。

【０１７４】iii．Ｘ又はＹ勾配の場合、平面ｚ＝０で
のＢ_T磁場は対称性によって正確にゼロである。この平
面上に又は平面に対称に検出器を配置すると全く信号は
生じない。

【０１７５】iv．Ｚ勾配が用いられる場合、勾配磁場と
漂遊磁場は回転対称である。したがって、回転対称な検
出器の配置では全く信号は生じない。これは、ｚ軸上の
どこかで、又は例えば２つ以上のホール・プローブを対
向する点に、又はｚ軸のまわりに同じ間隔で一様な角度
で並べる対称配置で見られる（図１３（ｃ））。これは
また、ｚ軸のまわりに対称に配置されるピックアップ・
コイルにもあてはまる（図１３（ｄ））。

【０１７６】ｖ．勾配が作用する時間の影響も計算によ
って補償できる。

【０１７７】vi．最後に、グラジエント時間の間システ
ムを“保留”にして、入力の変化を無視し、全く補正を
行わないようにすることができる。

【０１７８】全体として、シム系磁場や切り替えされる
磁場勾配に関する要求は、本発明の安定化の実施を妨げ
ないようにして満たすことができる。

【０１７９】本発明のデバイスの動作モードに関して次
のことを付け加えることができる。

【０１８０】１．上述のように、このシステムは消磁さ
れた状態にあるコイルに対する横方向磁場を安定化する
のに使用できる。ＲＦコイルが消磁されたときにシステ
ムの切り替えをオンにする（任意の方法で、例えば従来
技術２）。すると、ＲＦコイルは一定にとどまり、この
システムが作動して正しく機能する限り、恒久的に消磁
されたままでいる。

【０１８１】２．どんな超伝導コイルの磁場擾乱も非常
に低く一定に抑えられる。

【０１８２】３．横方向磁場に対して感度が悪い性質の
ＲＦコイル（従来技術１，６参照）は、横方向磁場に対
する感度の低さに加えて、そのような磁場が小さく抑え
られるので、このシステムの動作中はさらに安定にな
る。これによって擾乱磁場は二重に（二乗で）制御さ
れ、サンプル位置におけるＮＭＲ擾乱はきわめて小さく
なる。この組み合わせは、例えば超伝導ＮＭＲコイルと
きわめて小さなサンプルで必要とされる新しい低レベル
の磁場擾乱の基礎を形成する。

【０１８３】４．得られた低擾乱の他に、この方法は別
の非常に興味ある利点を有する。もしもこの安定化シス
テムを超伝導ＲＦコイルを冷却する前に、及び冷却手順
の間にまだコイルがＴｃよりも高温である間に作動させ
て、ＳＣ転移の間も後の動作の間も中断なく作動させ続
けると、横方向磁化の発生を完全に防止することができ
る。もしもＳＣ層が常に均一磁場Ｂ₀と正確に平行であ
るならば、横方向磁化は単に対称性の理由だけからして
も発生させることができない。したがって、ＳＣは横方
向磁化を免れるように冷却することができ、従来技術
２，３による方法は省略できる。

【０１８４】５．補償／調節システムは付加的な信号入
力を好適に含むことができる。既知の擾乱を補償するた
めに必要ならば補正入力を提供することができる（例え
ば、エラーが発生する場合又は冷却中の既知の系統的偏
差を補正するための付加的なシム調整の可能性。これは
薄い層のコイルを正確にＢ₀と平行に維持して横方向磁
化を精密にゼロにするために用いることが好ましい）。

【０１８５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１記
載の核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光器によれば、ＲＦ共振器
の超伝導コンポーネントに作用する、均一磁場Ｂ₀に対
して横方向である磁場成分Ｂ_Tを一定に保つ安定化デバ
イスを提供するので、超伝導コンポーネントを含むＲＦ
コイルを有するＮＭＲ分光器において擾乱となる横方向
磁化の初期発生を防止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の概略縦断面図である。

【図２】従来技術による超伝導磁石コイルと低温槽を有
するＮＭＲ分光器の概略縦断面図である。

【図３】従来技術による超伝導ＲＦ受信コイル装置の一
例であり、（ａ）は透視図、（ｂ）はｘｚ平面での断面
図である。

【図４】擾乱がないときの主磁場コイルの磁力線を示す
図である。

【図５】擾乱があるときの主磁場コイルの磁力線を示す
図であり、（ａ）はＲＦ受信コイル装置の傾きによる擾
乱を示し、（ｂ）は磁石コイル系の傾きによる擾乱を示
す。

【図６】（ａ）は、横方向磁化Ｍ_Tを示す図であり、
（ｂ）は、横方向磁場成分の変化ｄＢ_Tがサンプルの場
所における磁場成分Ｂ_zの均一性に及ぼす影響を示す図
である。

【図７】２つの自由度（傾き）によってＢ_xとＢ_yを制御
する本発明の装置を示す概略透視図である。

【図８】傾けられるコイルと固定検出器を有する装置の
概略縦断面図である。

【図９】勾配システムの外側に検出器を有する装置を示
す図である。

【図１０】回転軸がＲＦ受信コイル装置の領域内にある
装置を示す図である。

【図１１】磁場コイルを用いて補償する装置を示す図で
ある。

【図１２】磁場成分Ｂ_xとＢ_yを制御する２つの磁場コイ
ルを有する装置を示す透視図である。

【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、いくつかの実施の形態に
おける本発明の検出デバイスの概略配置を示す図であ
る。

【図１４】（ａ）〜（ｂ）は、ＳＣ変圧器を用いるホー
ル・プローブの感度増大を示す図である。

【図１５】（ａ）は、誘導ループを有する検出器の基本
配置を示す図であり、（ｂ）は、均一磁場Ｂ₀の 影響が
補償される検出器配置を示す図である。

【図１６】（ａ）〜（ｆ）は、誘導ループを有する検出
器配置の機能の分析を示す図である。

【図１７】誘導ループと２つの検出方向を有する検出器
配置の実施の形態を示す図であり、（ａ）は非対称な配
置、（ｂ）は対称な配置を示す。

【図１８】ＳＱＵＩＤを用いる横方向磁場検出器を示す
図である。

【図１９】ＮＭＲ信号を用いる横方向磁場検出器であ
り、（ａ）は、サンプル３'に隣接する適当な位置に不
連続がある超伝導表面２７を有するもの、（ｂ）は、超
伝導変換ループ２８を有するものを示す図である。

【図２０】横方向磁場シールドを通る概略縦断面図であ
る。

【図２１】（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態に係る横方向
磁場シールドを示す図である。

【符号の説明】

１ 磁石装置 ２ ＲＦ共振器 ３ サンプル・チューブ ４ 液体ヘリウム容器 ５ 低温槽 １０ シム系 １１ プローブ・ヘッド １７ 常伝導磁場シールド １８ 勾配システム １９ 回転軸 ２０ 横方向磁場検出器 ２２ アクチュエータ ２９ 制御／調節ループ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｚ軸の方向に均一な静磁場Ｂ₀を生成す
   る磁石装置（１）と、測定容積からのＮＭＲ信号を受信
   するための１つ以上の超伝導素子を有するラジオ周波数
   （ＲＦ）共振器（２）とを含む核磁気共鳴（ＮＭＲ）分
   光器であって、該ＲＦ共振器の超伝導素子に作用する、
   該均一磁場Ｂ₀に対して横方向の磁場成分Ｂ_Tを一定に保
   つ安定化デバイスが設けられていることを特徴とする核
   磁気共鳴（ＮＭＲ）分光器。
2. 【請求項２】 該安定化デバイスが、常伝導素子及びオ
   プションとして付加的な超伝導素子を含む横方向磁場シ
   ールド（１７）を備え、該シールド（１７）は該ＲＦ共
   振器（２）の周りを囲んで、少なくとも該ＲＦ共振器
   （２）に作用する横方向磁場成分Ｂ_Tを減衰させるため
   の相対的な傾きに関して、特に傾かないように制御され
   た方法で、それと剛体的に結合されていることを特徴と
   する請求項１記載のＮＭＲ分光器。
3. 【請求項３】 該安定化デバイスが、該ＲＦ共振器
   （２）の超伝導素子を、互いに平行でも、該均一磁場Ｂ
   ₀と平行でもない１つ又は２つの軸のまわりで回転させ
   る手段（２２）を含むことを特徴とする請求項１又は２
   記載のＮＭＲ分光器。
4. 【請求項４】 該横方向磁場成分Ｂ_Tを測定する検出デ
   バイス（２０）が設けられ、該安定化デバイスはアクテ
   ィブ補償デバイスを含み、測定された横方向磁場成分Ｂ
   _Tがフィードバック／制御手段（２９）を通してそれに
   供給され、該アクティブ補償デバイスが該ＲＦ共振器
   （２）の超伝導素子の領域において該横方向磁場成分を
   一定に保つことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   １項に記載のＮＭＲ分光器。
5. 【請求項５】 該横方向磁場成分Ｂ_Tを測定する該検出
   デバイス（２０）が１つ以上のホール・プローブを備
   え、少なくとも１つの該ホール・プローブは超伝導ルー
   プと、測定される横方向磁場成分に対する該ホール・プ
   ローブの感度を該ループが高めるように結合されること
   を特徴とする請求項４記載のＮＭＲ分光器。
6. 【請求項６】 該横方向磁場成分Ｂ_Tを測定する該検出
   デバイス（２０）が１つ以上の導電ピックアップ・ルー
   プ（２４）を含み、該ピックアップ・ループ（２４）が
   周期的に傾けられてその誘導電圧が評価されることを特
   徴とする請求項４又は５記載のＮＭＲ分光器。
7. 【請求項７】 該検出デバイス（２０）が該ピックアッ
   プ・ループ（単数又は複数）（２４）の誘導電圧の位相
   感度検出のための手段を含み、該ピックアップ・ループ
   （２４）の誘導電圧の位相感度評価が傾き運動の基本周
   波数で行われることを特徴とする請求項６記載のＮＭＲ
   分光器。
8. 【請求項８】 反対に周期的に傾けられる２つ以上のピ
   ックアップ・ループ（２４）がＢ_T信号成分が加え合わ
   されるように切り替えされ、該反対に傾けられるコイル
   は、該均一磁場Ｂ₀から生ずる信号成分が最高の精度で
   打ち消し合うように寸法設計され、傾きの振幅が操作さ
   れ、切り替えされることを特徴とする請求項６又は７記
   載のＮＭＲ分光器。
9. 【請求項９】 該横方向磁場成分Ｂ_Tを測定する該検出
   デバイス（２０）が核の共鳴周波数の決定によって測定
   容積内の磁場の絶対値を決定するＮＭＲ送信／受信シス
   テムを含み、横方向磁場成分の変化ｄＢ_Tが隣接する超
   伝導構造によって長手方向磁場の変化ｄＢ₀に変換され
   ることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記
   載のＮＭＲ分光器。
10. 【請求項１０】 該検出デバイス（２０”）が磁石軸上
    に配置され、又はｚ軸のまわりに配置されるいくつかの
    部分検出器で構成され、ｚ軸における該横方向磁場成分
    Ｂ_Tを効果的に測定することを特徴とする請求項４乃至
    ９のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光器。
11. 【請求項１１】 該補償デバイスが該ＲＦ共振器（２）
    の超伝導素子を傾けるための１つ以上の圧電アクチュエ
    ータ（２２）を有することを特徴とする請求項４乃至１
    ０のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光器。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１項に記
    載のＮＭＲ分光器を操作する方法であって、シム系（１
    ０）によって生ずる既知の影響を考慮に入れて擾乱が評
    価され、該シム系（１０）の設定の変化によって生ずる
    付加的な磁場が補正で考慮に入れられることを特徴とす
    る方法。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至１１のいずれか１項に記
    載のＮＭＲ分光器を操作する方法であって、勾配システ
    ム（１８）によって生ずる既知の影響を考慮に入れて擾
    乱が評価され、勾配切り替えによって生ずる付加的な磁
    場が補正で考慮に入れられ、且つ／又は勾配切り替えさ
    れている間は全く補正が行われないことを特徴とする方
    法。
14. 【請求項１４】 請求項４乃至１１のいずれか１項に記
    載のＮＭＲ分光器を操作する方法であって、該補償デバ
    イスが該ＲＦ共振器（２）の超伝導素子の冷却前又は冷
    却中に既に起動され、転移温度Ｔ_Cより低く冷却中は起
    動されたままにとどまることを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至１１のいずれか１項に記
    載のＮＭＲ分光器を操作する方法であって、アクティブ
    制御の他に、高周波横方向磁場成分が請求項２に記載の
    横方向磁場シールド（１７）によって同時に減衰される
    ことを特徴とする方法。