JP2006324411A

JP2006324411A - 磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石調整方法

Info

Publication number: JP2006324411A
Application number: JP2005145534A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Ariyoshi; 昭彦有吉; Shoichi Yokoyama; 彰一横山; Yoshio Imai; 良夫今井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石調整方法において、この超電導電磁石の永久電流を長期間に渡って安定的に保持し、突発的なクエンチ現象の発生を抑制することを目的とするものである。
【解決手段】巻回された超電導線の間に熱硬化性樹脂を浸透させて硬化させてなる超電導コイルを有し、かつ磁気共鳴イメージング装置の磁場発生源である超電導電磁石に対して、この超電導電磁石の定格電流または定格電流より１％以上かつ超電導線の臨界電流未満の過電流まで励磁した後に消磁する励消磁を、少なくとも３回繰り返すようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、超電導電磁石の技術分野に属するものであり、安定的に永久電流を保持するための調整方法に関するものである。

磁気浮上式鉄道や磁気共鳴イメ−ジング装置に用いられる超電導電磁石は、超電導線を巻回してなる超電導コイルを備えており、超電導コイル励磁後の定常状態において、電流の減衰時間が十分に長い永久電流モードで使用する。例えば、磁気共鳴イメ−ジング装置においては、１年以上の長期間に渡って安定的に永久電流を保持する必要がある。

超電導コイルは、永久電流モード時に何らかの擾乱で超電導線が数μｍ程度動くと、移動エネルギーが発生し、超電導コイルに局部的な発熱が生じる。この発熱による温度上昇は、周囲の冷却により通常は抑えられる。しかし、発熱量が冷却能力より大きくなって、温度上昇値が超電導線の臨界温度を超えると、局部的に発熱した箇所は超電導状態から常電導状態へ転移してしまう。この常電導状態が超電導コイル全域に伝播してしまい、超電導コイルとしての特性を失うことを、クエンチ現象と称している。また、超電導線が動かなくても、超電導線周囲に何らかの熱エネルギーが発生すれば、局部的な発熱が生じて常電導転移の芽が起こり、クエンチ現象に至ることもあり得る。

そこで、超電導コイルの超電導線間に熱硬化性樹脂を浸透させて固化固定するなど、永久電流モード時における常電導転移の芽の発生を抑制する工夫がなされてきた。従来の超電導コイルでは、熱硬化性樹脂を硬化する際に、コイル状巻回部中心付近の樹脂層から先に硬化させることで、超電導コイルの移動を誘発するヒケ部の発生を低減し、クエンチ現象を生じにくくしている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−２３６３４３号公報

しかしながら、従来の技術では、短期的にはクエンチ現象を防止できても、磁気共鳴イメ−ジング装置のように１年以上の長期間に渡って永久電流を保持する場合において、突発的にクエンチ現象が発生すると言う問題点があった。この原因は、超電導コイル内部構造の経年変化と推定される。超電導コイルには、永久電流モードであるために電磁力が作用した状態が継続し、超電導線が数μｍ移動したり、あるいは超電導線間の樹脂が割れて発熱したりするものと推定される。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石の永久電流を長期間に渡って安定的に保持し、突発的なクエンチ現象の発生を抑制することを目的とするものである。

この発明における磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石調整方法は、巻回された超電導線の間に熱硬化性樹脂を浸透させて硬化させてなる超電導コイルを有し、かつ磁気共鳴イメージング装置の磁場発生源である超電導電磁石に対して、この超電導電磁石の定格電流または定格電流より１％以上かつ超電導線の臨界電流未満の過電流まで励磁した後に消磁する励消磁を、少なくとも３回繰り返すものである。

また、巻回された超電導線の間に熱硬化性樹脂を浸透させて硬化させてなる超電導コイルを有し、かつ磁気共鳴イメージング装置の磁場発生源である超電導電磁石に対して、この超電導電磁石の定格電流より１％以上かつ超電導線の臨界電流未満の過電流を通電した状態で超電導コイルを加熱し、強制的に常電導転移を発生させるものである。

この発明によれば、磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石の永久電流を長期間に渡って安定的に保持し、突発的なクエンチ現象の発生を抑制できる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１を、図１及び図２により説明する。図１は、磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石における励消磁タイムチャートである。第１回目の励消磁において、時間ｔ０から時間ｔ１の間に０Ａから定格電流Ｉｏｐまで電流を増し、時間ｔ１から時間ｔ２の間に再び０Ａまで電流を減ずる。第２回目の励消磁において、時間ｔ２から時間ｔ３の間に０Ａから定格電流Ｉｏｐまで電流を増し、時間ｔ３から時間ｔ４の間に０Ａまで電流を減ずる。第３回目の励消磁において、時間ｔ４から時間ｔ５の間に０Ａから定格電流Ｉｏｐまで電流を増し、時間ｔ５から時間ｔ６の間に０Ａまで電流を減ずる。すなわち、同様の励消磁パターンを３回繰り返している。

図２は、図１の励消磁タイムチャートに基づいて超電導電磁石を励消磁する際に、この超電導電磁石に取り付けたＡＥセンサーと呼ばれる音響を測定するセンサーにより観測される発生音のカウント累積回数を示した特性図である。ここで、超電導電磁石の励消磁におけるＡＥセンサーでの測定については、例えば学術論文「Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ１９９２Ｖｏｌ．３２、Ｎｏ．５ｐ．５０２〜５０７」などに記載があるように一般的に行われており、励消磁における発生音のカウント累積回数が超電導電磁石内の超電導コイルの内部における超電導線の数μｍ程度の移動、あるいは樹脂が割れる音に起因するものと報告されている。

図２において、第１回目の励消磁における発生音のカウント累積回数を実線２１、第２回目の励消磁における発生音のカウント累積回数を点線２２、第３回目の励消磁における発生音のカウント累積回数を一点破線２３で示す。なお、ＡＥセンサーで観測される発生音には、常電導転移の芽となる超電導線の数μｍ程度の移動あるいは超電導線間の樹脂割れに起因する不可逆的発生音と、超電導コイルと巻枠との間の滑りなどに起因する可逆的発生音とがある。

第１回目の励消磁において、時間ｔ０から時間ｔ２までの間に観測された発生音のカウント累積回数は、実線２１の最終的な値であるＮ１となる。続く第２回目の励消磁において、時間ｔ２から時間ｔ４までの間に観測された発生音のカウント累積回数は、点線２２の最終的な値であるＮ２となる。続く第３回目の励消磁において、時間ｔ４から時間ｔ６までの間に観測された発生音のカウント累積回数は、一点破線２３の最終的な値であるＮ３となる。ここで、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３であり、励消磁を繰り返すことによって発生音のカウント累積回数は減少している。これは、超電導コイルの内部において、先の励消磁で数μｍ程度の移動を起こした超電導線は、後の励消磁ではより安定した位置にあるため、移動を繰り返さないか移動量が小さくなるためである。また、超電導コイルの内部の樹脂に関しても、先の励消磁で割れが発生した箇所は、後の励消磁ではより安定した状態にあるため、さらに割れることがないか、割れる量が小さくなるためである。その結果、観測される発生音のカウント累積回数が減少する。また、第３回目の励消磁までに不可逆的発生音の原因が概ね除去される。第４回目以降の励消磁ではカウント累積回数はほぼ一定であり、観測されるのはほとんど可逆的発生音である。

言い換えると、励消磁を少なくとも３回繰り返した超電導電磁石は、超電導コイル内部構造の経年変化を実質的に加速させた状態となる。そのため、この実施の形態における超電導電磁石は、永久電流モードで電磁力が保持されたまま長期運転を実施しても、超電導線の数μｍ程度の移動あるいは超電導線間の樹脂割れによる常電導転移の芽を事前に除去したので、永久電流を長期間に渡って安定的に保持し、突発的なクエンチ現象の発生を抑制できる。

なお、定格電流Ｉｏｐまでの励消磁を３回繰り返すと説明したが、過電流Ｉｏｃとして定格電流よりも１％増しの電流値までの励消磁を３回繰り返しても、同様の効果が得られる。なお、過電流Ｉｏｃは、定格電流よりも１％以上かつ超電導線の臨界電流未満の範囲で設定できる。さらに、このような励消磁を少なくとも３回繰り返す超電導電磁石調整方法は、例えば工場内調整方法として超電導電磁石単体に実施してもよく、例えば現地調整方法として超電導電磁石を組み込んだ磁気共鳴イメージング装置を病院等の現地に設置した後に実施してもよい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を、図３及び図４により説明する。図３は、磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石における励消磁タイムチャートである。まず、超電導電磁石の単体性能を確認するための励磁の際に、時間ｔ０より通電を開始し時間ｔ１までの間に定格電流Ｉｏｐまで到達させる。時間ｔ１から時間ｔ２の間は通電電流をＩｏｐに保持して磁場測定などの試験を行う。その後、時間ｔ２から時間ｔ３までの間に定格電流Ｉｏｐよりも１％増しの過電流Ｉｏｃまで上昇させた後に、時間ｔ３から時間ｔ４まで過電流Ｉｏｃで保持する。なお、過電流Ｉｏｃは、定格電流よりも１％以上かつ超電導線の臨界電流未満の範囲で設定できる。続いて時間ｔ４にて、超電導コイルの内部に予め取り付けたヒータなどによってこの超電導コイルを加熱し、強制的にクエンチ現象を発生（強制クエンチ）させ、電流を減衰させる。超電導コイルに流れていた電流は、急激に減衰し時間ｔ５にて０Ａになる。

図４は、図３の励消磁タイムチャートに基づいて超電導電磁石を励消磁する際に、強制クエンチさせた時間ｔ４から時間ｔ５において、この超電導電磁石に取り付けたＡＥセンサーにより観測される発生音の１秒あたりのカウント回数を示した特性図である。

時間ｔ４での強制クエンチ直後において、発生音の１秒あたりのカウント回数は、ｎｑ回／秒であった。電流値が０Ａに減衰する時間ｔ５までの間に、間断なく発生音が観測された。この間、超電導コイルの内部では、数μｍ程度の超電導線の移動が間断なく発生してより安定した位置に移動するとともに、超電導コイルの内部の樹脂に関しても間断なく割れが発生してより安定した状態に遷移する。

言い換えると、過電流Ｉｏｃを通電中に強制的にクエンチ現象を発生させることで、超電導コイル内部構造の経年変化を実質的に加速させた状態となる。そのため、この実施の形態における超電導電磁石は、永久電流モードで電磁力が保持されたまま長期運転を実施しても、超電導線の数μｍ程度の移動あるいは超電導線間の樹脂割れによる常電導転移の芽を事前に除去したので、永久電流を長期間に渡って安定的に保持し、突発的なクエンチ現象の発生を抑制できる。

実施の形態１を説明するための励消磁タイムチャートである。実施の形態１を説明するための発生音のカウント累積回数を示した特性図である。実施の形態２を説明するための励消磁タイムチャートである。実施の形態２を説明するための発生音の１秒あたりのカウント回数を示した特性図である。

符号の説明

２１第１回目の励消磁における発生音のカウント累積回数
２２第２回目の励消磁における発生音のカウント累積回数
２３第３回目の励消磁における発生音のカウント累積回数

Claims

巻回された超電導線の間に熱硬化性樹脂を浸透させて硬化させてなる超電導コイルを有し、かつ磁気共鳴イメージング装置の磁場発生源である超電導電磁石に対して、
前記超電導電磁石の定格電流または前記定格電流より１％以上かつ前記超電導線の臨界電流未満の過電流まで励磁した後に消磁する励消磁を、少なくとも３回繰り返すことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石調整方法。
巻回された超電導線の間に熱硬化性樹脂を浸透させて硬化させてなる超電導コイルを有し、かつ磁気共鳴イメージング装置の磁場発生源である超電導電磁石に対して、
前記超電導電磁石の定格電流より１％以上かつ前記超電導線の臨界電流未満の過電流を通電した状態で前記超電導コイルを加熱し、強制的に常電導転移を発生させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の超電導電磁石調整方法。