JP2005093464A - Magnet and nmr spectroscope, mri system or icr mass spectrograph - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁場漏れを抑制するマグネット及びこのマグネットを用いるNMR分析装置、MRI装置又はICR質量分析装置に関するものである。 The present invention relates to a magnet for suppressing magnetic field leakage and an NMR analyzer, MRI apparatus or ICR mass spectrometer using the magnet.
従来から、例えば、磁場漏れを抑制するマグネット及びこのマグネットなどを用いるMRI装置は公知となっている。
例えば、下記特許文献1や下記特許文献2に開示されるものがある。特許文献1のものは、MRI断層撮像用の超電導マグネットコイルである。この超電導マグネットコイルは、コイルボア内に均一な磁場を発生させる酸化物超電導線材からなる5個の主コイルと、主コイルの外部磁場を打ち消す酸化物超電導線材からなるシールドコイルとを備えてなる。
特許文献2のものは、水平磁場方式などの磁石を使ったMRI装置を磁気シールドルーム内に設置しているものである。
For example, there are those disclosed in
The thing of
特許文献1のものの場合、シールドコイルを主コイルからいくらでも離して配置するのが許されるのなら、例えば、心臓ペースメーカの安全基準とされる20ガウス程度以下に抑制することは困難ではない。しかし、この場合、シールドコイルの直径を主コイル外直径の2倍程度とする必要があり、低温容器内に無駄な空間ができ、極めて非効率な設計となってしまう。また、合理的な大きさのシールドコイル直径の装置とするには、低温容器外表面近傍での磁場強度は100ガウス程度以下にすることは極めて困難であった。
In the case of
特許文献2のものの場合、部屋全体に少なくとも数mm程度の厚さの鉄板を施工することが必要で、高コストとなってしまう。また、鉄板は室温変動があると、膨張・収縮によって位置ずれしたり、磁化率が変化したりするので、マグネット中心部の試料空間において、磁場均一度が乱れてしまうこととなる。
In the case of
そこで、本発明の目的は、漏れ磁場及び磁場均一度乱れを抑制するコンパクトで軽量なマグネットと、このマグネットを用いるNMR分析装置、MRI装置又はICR質量分析装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a compact and lightweight magnet that suppresses a leakage magnetic field and magnetic field uniformity disturbance, and an NMR analyzer, an MRI apparatus, or an ICR mass spectrometer using the magnet.
本発明のマグネットは、試料空間となる中空筒と、前記中空筒の外周部に沿って設けられ、試料空間に磁場を発生させるメインコイルと、前記メインコイルの外側に設けられ、前記メインコイルの外部への磁場漏れを抑制する少なくとも一つのシールドコイルと、2重筒と、該2重筒の各筒の両端において、前記2重筒の各筒同士を固定し、前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第1低温容器と、2重の外筒と、前記2重の外筒の内部に配置される内筒と、前記2重の外筒及び前記内筒の両端において、前記2重の外筒及び前記内筒を固定し、前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第2低温容器とを備え、前記メインコイルが、前記第1低温容器の前記2重筒内部に配置され、前記第1低温容器が、前記第2低温容器の前記2重の外筒と前記内筒との間に配置されており、前記第2低温容器の前記2重の外筒の少なくとも一方の筒と前記両端の蓋部とが磁性体からなる。
上記構成により、マグネットから外部への漏れ磁場、及び、試料空間での磁場均一度乱れを十分に抑制するコンパクトで軽量なマグネットを提供できる。
The magnet of the present invention includes a hollow cylinder that serves as a sample space, a main coil that is provided along the outer periphery of the hollow cylinder, generates a magnetic field in the sample space, and is provided outside the main coil. At least one shield coil that suppresses magnetic field leakage to the outside, a double cylinder, and the cylinders of the double cylinder are fixed to each other at both ends of the cylinder, and the hollow cylinder communicates with the outside. A first cryogenic container having a lid portion provided with a hole to be made, a double outer cylinder, an inner cylinder disposed inside the double outer cylinder, the double outer cylinder, and the inner A second cryogenic container having a lid portion provided with a hole for fixing the double outer cylinder and the inner cylinder and communicating the hollow cylinder with the outside at both ends of the cylinder; , Disposed inside the double cylinder of the first cryogenic container, A cryogenic container is disposed between the double outer cylinder and the inner cylinder of the second cryogenic container, and at least one of the double outer cylinders of the second cryogenic container and the both ends The lid is made of a magnetic material.
With the above configuration, it is possible to provide a compact and lightweight magnet that sufficiently suppresses the leakage magnetic field from the magnet to the outside and the magnetic field uniformity disturbance in the sample space.
本発明のマグネットは、前記メインコイル、前記シールドコイル及び前記第2低温容器の各中心軸が、前記中空筒の中心軸線上にあることが好ましい。
上記構成により、メインコイルとシールドコイルとから発生する磁場による引力の不均衡がなくなるので、マグネットが力学的に安定する。また、磁場の径方向の成分不均一が抑制されるので、試料空間の磁場均一度乱れをさらに抑制できる。
In the magnet of the present invention, it is preferable that the central axes of the main coil, the shield coil, and the second cryogenic container are on the central axis of the hollow cylinder.
With the above configuration, the magnet is mechanically stabilized because the imbalance of the attractive force due to the magnetic field generated from the main coil and the shield coil is eliminated. In addition, since the non-uniform component of the magnetic field in the radial direction is suppressed, it is possible to further suppress the magnetic field uniformity disturbance in the sample space.
本発明のマグネットは、前記メインコイル及び前記シールドコイルが超電導体からなることが好ましい。
上記構成により、強磁場を発生でき、強磁場でありながら上記各効果を有するマグネットを提供できる。
In the magnet of the present invention, it is preferable that the main coil and the shield coil are made of a superconductor.
With the above configuration, a strong magnetic field can be generated, and a magnet having the above-described effects while being a strong magnetic field can be provided.
本発明のマグネットは、前記メインコイルと前記シールドコイルとが同一電源に直列接続されていることが好ましい。
上記構成により、メインコイルとシールドコイルとに同量の電流が流れるため、磁場の調整が容易になるので、メインコイルの磁場強度にかかわらず、高い磁場均一度を達成できる。
In the magnet of the present invention, it is preferable that the main coil and the shield coil are connected in series to the same power source.
With the above configuration, since the same amount of current flows through the main coil and the shield coil, the magnetic field can be easily adjusted. Therefore, high magnetic field uniformity can be achieved regardless of the magnetic field strength of the main coil.
本発明のNMR分析装置、MRI装置及びICR質量分析装置は、上記のいずれかに記載のマグネットを備えるものであることが好ましい。
上記構成により、上記各効果を有する高分解能のNMR分析装置、MRI装置及びICR質量分析装置を提供できる。
The NMR analyzer, MRI apparatus, and ICR mass spectrometer of the present invention preferably include any of the magnets described above.
With the above configuration, it is possible to provide a high-resolution NMR analyzer, MRI apparatus, and ICR mass spectrometer having the above effects.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るマグネットを示す図である。マグネット1は、試料空間となる中空筒2と、中空筒2の外周部に沿って設けられ、試料空間に磁場を発生させるメインコイル3と、メインコイル3の外側に設けられ、メインコイル3の外部への磁場漏れを抑制する2つのシールドコイル4と、メインコイル3が内部に配置される第1低温容器5と、第1低温容器5が内部に配置される第2低温容器6と、第2低温容器6が内部に配置される外容器7と、外容器7及び第2低温容器6を介して第1低温容器5内部と外部とを連通させる管8と、外容器7を固定支持する土台9と、外容器7を介して第2低温容器6の2重の外筒6a内部と外部とを連通させる管14とを備えてなる。なお、マグネット1は、さらに図示しない輻射シールドを第1低温容器5と第2低温容器6との間に備えてなる。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a magnet according to a first embodiment of the present invention. The
中空筒2は、外部と連通するように水平に配置されるものである。なお、マグネット1がNMR分析装置、MRI装置やICR質量分析装置において利用されるときは、中空筒2の中心部付近が試料空間や被験空間となる。また、MRI装置においてマグネット1を利用する場合、中空筒2の口径は、被験者がこの中空筒2内部を仰向けの状態で通過できるような大きさとなる。
The
メインコイル3は、強磁場を発生できるので、超電導体からなることが好ましい。強磁場を発生できると、マグネット1がNMR分析装置、MRI装置やICR質量分析装置において利用されるとき、信号強度が大きくなり、分解能が高くなるという効果が得られる。
Since the main coil 3 can generate a strong magnetic field, the main coil 3 is preferably made of a superconductor. If a strong magnetic field can be generated, when the
シールドコイル4は、メインコイルと逆向きに電流を流すことにより、メインコイルの外部磁場を打ち消すものである。また、メインコイル3が超電導体からなるときは、その外部の強磁場を打ち消すためにシールドコイル4は、超電導体からなることが好ましい。なお、2つのシールドコイル4とメインコイル3とは、同一電源に直列に接続されている。
The
第1低温容器5は、中心軸線が少なくとも平行となるように配置されている外筒5aと内筒5cからなる2重筒と、外筒5aと内筒5cそれぞれの両端において、外筒5aとを固定して密閉空間を形成し、さらに中空筒2を外部と連通させる穴が設けられている蓋部5bとを有している。この第1低温容器5は、詳細には、外筒5a内周部と内筒5c外周部と蓋部5b内壁とで囲まれてなるものであり、液体ヘリウム槽として使用される。なお、第1低温容器5内部には、管8により液体ヘリウムが供給される。
The first
第2低温容器6は、外側筒6a1と内側筒6a2からなる2重の外筒6aと、この2重の外筒6aの内部に配置される内筒6cと、この2重の外筒6a及び内筒6cの両端において、2重の外筒6a及び内筒6cを固定して密閉空間を形成し、さらに中空筒2を外部と連通させる穴が設けられている蓋部6bとを有している。この第2低温容器6は、詳細には、外側筒6a1内周部と内側筒6a2外周部と蓋部6b内壁とで囲まれる空間が液体窒素槽として使用され、内側筒6a2内周部と内筒6cと蓋部6b内壁とで囲まれる空間は、第1低温容器5が配置される。また、管14により、外側筒6a1内周部と内側筒6a2外周部と蓋部6b内壁とで囲まれる空間は、その外部と連通していて、この管14から外側筒6a1内周部と内側筒6a2外周部と蓋部6b内壁とで囲まれる空間に液体窒素を供給できるようになっている。
また、第2低温容器6は、第2低温容器の2重筒6aの外側筒6a1と両端の蓋部6bとが鉄で構成されている。なお、この鉄部材は、これに限定されず、磁性体若しくは強磁性体であってもよい。また、図示しないが、2重筒6aの外側筒6a1の代わりに内側筒6a2が鉄などの磁性体であってもよいし、外側筒6a1、内側筒6a2ともに鉄などの磁性体であってもよい。
The
外容器7は、筒7aと、この筒7aの両端に中空筒2を外部と連通させる蓋部7bとを有しているものである。外容器7の外部の熱を断熱するために、内部は真空引きされている。
The
次に、マグネット1の作用について説明する。同一電源に直列に接続されているメインコイル3と2つのシールドコイル4とに電流を流すと、メインコイル3とシールドコイル4とは電流が逆向きに流れるように構成されているので、メインコイル3が発生させる外部磁場をシールドコイル4で発生する磁場が打ち消し、抑制する。また、鉄などの磁性体からなる第2低温容器の2重筒6aの外側筒6a1と両端の蓋部6bとによっても、上記外部磁場を抑制できる。
Next, the operation of the
上記第1実施形態のマグネット1によれば、強磁場を発生でき、マグネット1から外部への漏れ磁場、及び、試料空間での磁場均一度乱れを十分に抑制するコンパクトで軽量なマグネット1を提供できる。また、メインコイルとシールドコイルとに同量の電流が流れるため、磁場の調整が容易になるので、メインコイルの磁場強度にかかわらず、高い磁場均一度を達成できる。
According to the
次に、本発明に係る第2実施形態のマグネットについて説明する。図2は、本発明の第2実施形態に係るマグネットを示す図である。このマグネット10は、上記第1実施形態のマグネット1とほぼ同様の構成であるが、メインコイル3、シールドコイル4及び第2低温容器6の各中心軸が、中空筒2の中心軸線上に配置されている点で異なる。
Next, a magnet according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a view showing a magnet according to a second embodiment of the present invention. The
次に、マグネット10の作用について説明する。このマグネット10は、上記第1実施形態のマグネット1と同様の作用を有する。また、メインコイル3、シールドコイル4及び第2低温容器6の各中心軸が同一軸線上に配置されているので、メインコイルとシールドコイルとから発生する磁場による引力の不均衡がなくなるとともに、磁場の径方向の成分不均一が抑制される。
Next, the operation of the
上記第2実施形態のマグネット10によれば、上記第1実施形態のマグネット1と同様の効果を有するとともに、メインコイルとシールドコイルとから発生する磁場による引力の不均衡がなくなるので、マグネットが力学的に安定するという利点もある。また、磁場の径方向の成分不均一が抑制されるので、試料空間の磁場均一度乱れをさらに抑制できる。
According to the
また、図示しないが、上記各実施形態のマグネットによれば、信号強度が高くなるので、高分解能の上記各実施形態のマグネットを備えたNMR分析装置、MRI装置及びICR質量分析装置を提供できる。 Further, although not shown, according to the magnet of each of the above embodiments, the signal intensity is high, so that it is possible to provide an NMR analyzer, an MRI apparatus, and an ICR mass spectrometer including the magnet of each of the above embodiments with high resolution.
次に、本発明の第1実施形態に係るマグネット1の実施例について説明する。まず、図1におけるマグネット1の主要構成部品の寸法を述べる。中空筒2の内径が100mm、長さ990mm、メインコイル3は、内径140mm、外径230mm、長さ500mm、シールドコイル4は、内径410mm、外径440mmである。なお、2つのシールドコイル4は、同中心軸線上に140mm離され、外側の端同士の距離が480mmとなるように配置されている。また、外側の端同士の距離の中心がメインコイルの中心と同一直線上にあるように配置されている。
また、第1低温容器5の外筒5aの内径は600mm、長さは780mm、第2低温容器6の外側筒6a1(鉄部材)の内径は790mm、長さは856mm、肉厚が5mm、内側筒6a2の内径は700mm、外容器7の筒7aの内径は865mm、長さは990mmである。また、蓋部6bの直径は795mm、肉厚は5mmである。なお、第2低温容器6の外側筒6a1と蓋部6bとの重量は110kgである。
Next, examples of the
The inner diameter of the
図3は、実施例1のマグネット1のメインコイル3と2つのシールドコイル4に電流を流したときの漏れ磁場分布を示す図である。マグネット1のメインコイル3と2つのシールドコイル4に電流を1秒間に83アンペア流すと、この図3に示すように、外容器7の外表面近傍での磁場は、中空筒2直近を除く全ての箇所で10ガウス以下となることが確認された。具体的には、20ガウスの分布線は、中空筒2の一端から最大でも12cmまで、5ガウスの分布線は、中空筒2の一端から最大でも28cmまでであった。ここで、漏れ磁場の測定は、ガウスメーターによって行った。以下の比較例においても同様である。
また、試料空間となる半径25mm、長さ80mmの円筒状空間内における磁場均一度を測定したところ、最大値と最小値の差は5ppm以内であった。
なお、試料空間の磁場は7テスラであった。
FIG. 3 is a diagram showing a leakage magnetic field distribution when current is passed through the main coil 3 and the two
Further, when the magnetic field uniformity was measured in a cylindrical space having a radius of 25 mm and a length of 80 mm as the sample space, the difference between the maximum value and the minimum value was within 5 ppm.
The magnetic field in the sample space was 7 Tesla.
次に、比較例1について説明する。図4は、比較例1のマグネット11におけるメインコイル3と2つのシールドコイル4に電流を流したときの漏れ磁場分布を示す図である。この比較例1のマグネット11は、マグネット1における第2低温容器6の外側筒6a1について、鉄の代わりにアルミニウムを用いたものである。図4に示すように、マグネット11外壁面から40cm離れた位置においても、100ガウスの漏れ磁場が確認できた。
Next, Comparative Example 1 will be described. FIG. 4 is a diagram showing a leakage magnetic field distribution when a current is passed through the main coil 3 and the two
次に、比較例2について説明する。図5は、比較例2のマグネット12におけるメインコイル3に電流を流したときの漏れ磁場分布を示す図である。この比較例2のマグネット12は、マグネット1におけるシールドコイル4を備えないもので、第2低温容器6の外側筒6a1について、鉄の代わりにアルミニウムを用いたものである。また、厚さ20cmの鉄板である磁性体シールド13が、マグネット12の外容器7の外周部から30cm離して全面を覆うように配置されている。図5に示すように、中空筒2直近付近において、漏れ磁場を50ガウス程度まで抑制することができた。なお、鉄板の重量は4.2tとなった。
Next, Comparative Example 2 will be described. FIG. 5 is a diagram showing a leakage magnetic field distribution when a current is passed through the main coil 3 in the
したがって、上記比較例1では、漏れ磁場の抑制が十分にはできておらず、また、上記比較例2では漏れ磁場を抑制できているが、4.2tもの重量を有する鉄板による床荷重などの設置環境について問題が発生する。これらに対し、実施例1のマグネット1は、漏れ磁場を十分に抑制しながら、高い磁場均一度を保持しつつ、重量も軽くコンパクトなマグネットであることがわかる。
Therefore, in the above comparative example 1, the leakage magnetic field is not sufficiently suppressed, and in the above comparative example 2, the leakage magnetic field can be suppressed, but the floor load by the iron plate having a weight of 4.2 t or the like. Problems arise in the installation environment. On the other hand, it can be seen that the
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。 The present invention can be changed in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above-described embodiments and examples.
1、10、11、12 マグネット
2 中空筒
3 メインコイル
4 シールドコイル
5 第1低温容器
5a 外筒
5b、6b、7b 蓋部
5c、6c 内筒
6 第2低温容器
6a 2重の外筒
6a1 外側筒
6a2 内側筒
7 外容器
7a 筒
8、14 管
13 磁性体シールド
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記中空筒の外周部に沿って設けられ、試料空間に磁場を発生させるメインコイルと、
前記メインコイルの外側に設けられ、前記メインコイルの外部への磁場漏れを抑制する少なくとも一つのシールドコイルと、
2重筒と、該2重筒の各筒の両端において、前記2重筒の各筒同士を固定して密閉空間を形成し、さらに前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第1低温容器と、
2重の外筒と、前記2重の外筒の内部に配置される内筒と、前記2重の外筒及び前記内筒の両端において、前記2重の外筒及び前記内筒を固定して密閉空間を形成し、さらに前記中空筒を外部と連通させる穴が設けられている蓋部とを有する第2低温容器と
を備え、
前記メインコイルが、前記第1低温容器の前記2重筒内部に配置され、前記第1低温容器が、前記第2低温容器の前記2重の外筒と前記内筒との間に配置されており、
前記第2低温容器の前記2重の外筒の少なくとも一方の筒と前記両端の蓋部とが磁性体からなるマグネット。 A hollow cylinder serving as a sample space;
A main coil provided along the outer periphery of the hollow cylinder and generating a magnetic field in the sample space;
At least one shield coil which is provided outside the main coil and suppresses magnetic field leakage to the outside of the main coil;
A lid provided with a double cylinder and a hole at both ends of each cylinder of the double cylinder to fix the cylinders of the double cylinder to form a sealed space and to communicate the hollow cylinder with the outside A first cryogenic container having a portion;
The double outer cylinder and the inner cylinder are fixed at both ends of the double outer cylinder, the inner cylinder disposed inside the double outer cylinder, the double outer cylinder and the inner cylinder. And a second cryogenic container having a lid portion provided with a hole for forming a sealed space and further communicating the hollow cylinder with the outside,
The main coil is disposed inside the double cylinder of the first cryogenic container, and the first cryocontainer is disposed between the double outer cylinder and the inner cylinder of the second cryogenic container. And
A magnet in which at least one of the double outer cylinders of the second cryogenic container and the lids at both ends are made of a magnetic material.
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WO2009089007A2 (en) * | 2008-01-08 | 2009-07-16 | The University Of Georgia Research Foundation, Inc. | Upper stack for a nuclear magnetic resonance spectrometer apparatus and associated method of operating a nuclear magnetic resonance spectrometer apparatus |
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