JP2007501412A

JP2007501412A - 結合高温超伝導体コイル

Info

Publication number: JP2007501412A
Application number: JP2006532785A
Authority: JP
Inventors: カーター，チヤールズ・エフ，ザサード; ローバシヤー，ダニエル・ビー; マキヤムブリツジ，ジエイムズ・デイ; ウイルカー，チヤールズ; シエング，ジウン
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2007-01-25
Also published as: US7521932B2; KR20060009299A; US20050046420A1; EP1620746A2; AU2004239683A1; WO2004102596A3; WO2004102596A2

Abstract

２つもしくはそれ以上のコイルを互いに機械的に変位させることにより、Ｑの劣化をほとんど伴うことなく、２つもしくはそれ以上の結合された本質的に同一の高温超伝導体コイルの基本対称モードの周波数を同調させることができる。これらの結合されたコイルは、周波数を検出するための検出システムに有用である。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００３年５月６日出願の米国仮出願第６０／４６８，２２０号明細書；２００３年８月２７日出願の同第６０／４９８，０４５号明細書；および２００４年２月２日出願の同第６０／５４１，１４４号明細書；による特典を請求する。それらはそれぞれ、実際上、その全体が本明細書の一部分として組み入れられるものとする。

本発明は、２つもしくはそれ以上のコイルを互いに機械的に変位させることにより２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体（「ＨＴＳ」）自己共振コイルの共振周波数を同調させる方法に関する。本発明はまた、そのような結合されたコイルを含有する検出システムに関する。

核磁気共鳴スペクトルを取得する際および磁気共鳴映像法を行う際にＨＴＳコイルを使用した結果、シグナル対ノイズ比の実質的増加を生じた。たとえば、非特許文献１および非特許文献２を参照されたい。多くの用途では、これらのコイルの自己共振周波数を同調させることができれば有利である。

ウォン（Ｗｏｎｇ）ら著，低温工学の進歩（ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＣｒｙｏｇｅｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），第４２Ｂ巻，ｐ．９５３−９５９（１９９７年）ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）著，医学における磁気共鳴（Ｍａｇ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．），第４１巻，ｐ．７２−７９（１９９９年）

本発明の目的は、高温超伝導体（ＨＴＳ）コイルの共振周波数を同調させることに関連する方法および装置を提供することである。

本発明は、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルの共振周波数を同調させる方法を提供する。この方法は、２つもしくはそれ以上のコイルの中心間距離を変化させることを含んでなる。とくに、基本対称モードの共振周波数は、２つもしくはそれ以上のコイルの中心間距離が増加するにつれて増加し、そして基本対称モードの共振周波数は、中心間距離が減少するにつれて減少する。

２つもしくはそれ以上のコイルは、好ましくは本質的に同一であり、最も好ましくはそれらは同一である。２つもしくはそれ以上のコイルは、好ましくは平行であり、それらは好ましくは表面コイルまたは平面コイルである。

本発明はまた、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体コイルと、コイル間距離を変化させる手段と、を含んでいる周波数検出システム（たとえば、核四重極共鳴検出システム）を提供する。

２つもしくはそれ以上の結合されたＨＴＳ自己共振コイルの基本対称モードの共振周波数を用いて、その周波数の信号の存在を検出することができる。２つもしくはそれ以上の
ＨＴＳコイルの中心間距離が十分に小さい場合、基本対称モードの共振周波数を容易に同調させることができることから、このように同調を行えば信号の存在を検出できることにこのたび気付いた。

本発明は、２つもしくはそれ以上のコイルの中心間距離を変化させることにより基本対称モードの共振周波数を同調させる方法を提供する。２つもしくはそれ以上のコイルの中心間距離が増大するにつれて、共振周波数は増加する。２つもしくはそれ以上のコイルの中心間距離が減少するにつれて、共振周波数は低下する。この同調は、コイルの品質係数（「Ｑ」）の劣化や低下をほとんど伴うことなく（すなわち２０％未満の変化で）達成される。

２つもしくはそれ以上のＨＴＳコイルは、実際に同一ではないにしても、本質的に同一である。可能なかぎりすべての点でほぼ同等であれば、実際に同一ではないにしても、コイルは本質的に同一である。本質的に同一のコイルでは、作製の原料となった材料、作製に用いられた方法、およびそれらが呈する特性は、可能なかぎりほぼ同等である。しかしながら、好ましくは、コイルは実際に同一である。

本発明に使用するのに好ましいコイルは、基板の片側だけにＨＴＳコイル構成体を有するかまたはより好ましくは基板の両側に同一（もしくは本質的に同一）のＨＴＳコイル構成体を有する平面コイルまたは表面コイルである。実施例で使用されるコイルは、基板の両側に同一ではないにしても本質的に同一のＨＴＳコイル構成体を有する。コイルの平面は、ＨＴＳコイル構成体を支持する基板の平面である。

２つの結合されたＨＴＳコイルの概略断面図を図１ａに示す。第１のコイル１は、図面の平面に垂直な平面２内に位置する。第１のコイル１は、平面２内に位置するコイル中心３を有する。第２のコイル４は、図面の平面に必ずしも垂直であるとは限らずかつ平面２に平行でない平面５内に位置する。第２のコイル４は、平面５内に位置するコイル中心６を有する。平面７は、平面２に平行であるとともにコイル中心６を含有する。距離ｄは、コイル中心３とコイル中心６との間の離隔距離である。中心３と６を結ぶラインは、平面２および７に垂直である。

平面２と７との間の離隔距離を増大させることにより；図１ａの平面内で平面７内の鉛直線上に上向きまたは下向きに第２のコイル４を移動させることにより；図１ａの平面に垂直であるが依然として平面７内で第２のコイル４を移動させることにより；またはコイル中心３とコイル中心６との間の離隔距離の増大を生じるそのような移動の組合せにより；距離ｄを増大させることができるので、それにより基本周波数を増加させることができる。

図１ｂは、２つのＨＴＳコイルが平行であり（すなわち、平面５が回転されて平面７に一致し）かつ同軸である（すなわち、それらの中心を結ぶラインがコイルの平面（平面２および５）に垂直である）ときのそれらの断面図である。第１のコイル１は、この場合も、図面の平面に垂直な平面２内に位置し、かつ平面２内に位置するコイル中心３を有する。第２のコイル４は、この場合には平面２に平行である平面５内に位置する。第２のコイル４は、平面５内に位置するコイル中心６を有する。距離ｄは、コイル中心３とコイル中心６との間の離隔距離である。平面２と５との間の離隔距離を増大させることにより；図面の平面内で平面５内の鉛直線上に上向きまたは下向きに第２のコイル４を移動させることにより；平面５内で水平に（すなわち、図１ｂの平面に垂直に）第２のコイル４を移動させることにより；またはコイル中心３とコイル中心６との間の離隔距離の増大を生じるそのような移動の組合せにより；距離ｄを増大させることができるので、それにより基本対称モードの周波数を増加させることができる。

一実施形態では、たとえば、２つのコイルが平行である場合、基本対称モードの周波数を同調させるための本発明の方法は、コイルの平面（すなわち、図１ｂの平面２と平面５）間の距離がコイルの半径の約５０％未満であるときに有用である。平面２と５との間の距離が本質的にゼロからコイルの半径の約５０％まで増大するにつれて、基本対称モードの共振周波数は増加し；平面２と５との間の距離がコイルの半径の約５０％から約ゼロまで減少するにつれて、基本対称モードの共振周波数は低下する。

この実施形態では、図１ｂに示されるように２つのコイルが平行であるだけでなく同軸構成でもある場合、コイルの中心間距離（すなわち中心３と６の間の距離）を本質的にゼロからコイルの半径の約５０％に等しい距離まで変化させることにより、基本対称モードの共振周波数を同調させることができる。典型的には、この範囲にわたり距離を変化させれば（すなわち、０からコイルの半径の約５０％まで増大させれば）、Ｑの劣化をほとんど伴うことなく基本対称モードの共振周波数の約１５〜２０％の増加を生じるであろう。

図１ｃは、２つのＨＴＳコイルが平行であるが（すなわち、平面２が平面５に平行であるが）コイルが同軸でない（すなわち、コイルの中心を結ぶラインが各コイルの平面に垂直でない）ときのそれらの断面図である。第１のコイル１は、この場合も、図面の平面に垂直な平面２内に位置し、かつ平面２内に位置するコイル中心３を有する。第２のコイル４は、平面２に平行でありかつ図面の平面に垂直である平面５内に位置する。第２のコイル４は、平面５内に位置するコイル中心６を有する。距離ｄは、コイル中心３とコイル中心６との間の離隔距離である。しかしながら、図１ｃに示されるように、中心３と６とを結ぶラインは、もはや平面２および５に垂直ではない。平行平面２および５は、距離ｘだけ離隔されている。第２のコイル４の同軸位置からの鉛直線上の変位またはオフアクシス変位は、ｙとして示されている。

この実施形態では、２つのコイルが平行であるが同軸構成でない場合（図１ｃの構成で示されるような場合）、コイルの中心間距離ｄ（すなわち、中心３と６との間の距離）を変化させることにより基本対称モードの共振周波数を同調させることができる。ｘおよび／またはｙを変化させることにより距離ｄを変化させることができるので、それにより基本対称モードの共振周波数を変化させることができる。先に述べたように、基本対称モードの共振周波数を同調させるための本発明の方法は、ｘが０からコイルの半径の約５０％までの範囲内であるときに有用である。ｙの変化量は、ｘの大きさに依存する。一例として、ｘがコイルの半径の約５％である場合、鉛直線上の変位ｙは、コイルの半径と同程度の大きさでありうる。ｘがコイルの半径の約５％でありかつｙがゼロからほぼコイルの半径まで増大される場合、典型的には、Ｑの劣化をほとんど伴うことなく基本対称モードの共振周波数の約２５〜３０％の増加が得られる。

この実施形態では、コイルの平面が平行でありかつ平面間距離が同一であるかぎり、第２のコイルの平面内の任意の他の方角で側方変位および他のオフアクシス変位を行っても、先に記載した鉛直線上のオフアクシス変位と同一の効果が得られるので、それと等価である。

共振周波数を低下させるために、距離を増大させた先に記載の移動と逆の移動を行うことにより、コイル間距離を減少させることができる。

コイルは平行であることが好ましいが、コイルは非平行であってもよい。すなわち、一方のコイルの平面を他のコイルの平面に対して小さい角度だけ回転させてもよい。その結果として、さらに他の実施形態では、アライメントプロセスが不完全な結果になったときのようにコイルが正確には平行でない場合、２つもしくはそれ以上のコイルを先に記載し
た移動のタイプのいずれかに付したときに共振周波数の変化は同一の大きさになる。

どんなに多くのコイルを結合させたとしても、コイルの平面間距離を変化させることにより（すなわち、同軸コイルの側方変位により）または隣接コイルに対して１層もしくはそれ以上のコイルのオフアクシス変位を調整することにより、隣接コイル間の距離を変化させることができる。

任意の便利な手段によりコイルの中心間距離を変化させることができる。コイル間距離を変化させる手段としては、２つもしくはそれ以上のコイルの中心間距離を連続的に変化させることにより基本対称モードの共振周波数を連続的に同調させることができるように、マイクロポジショナーを用いて、ｘおよびｙの両方を変化させるかまたは任意の他の方向で距離を変化させることが挙げられる。

結合された高温超伝導体コイルの基本対称モードの周波数は、単一コイルの共振周波数よりも低い。単一コイルの共振周波数に対する結合された高温超伝導体コイルの基本対称モードの周波数の低下は、使用したコイル数が多くなるほど大きくなる。２つの結合されたコイルは、単一コイルの共振周波数から特定パーセント低下した基本対称モード周波数を提供するであろう。３つのそのようなコイルを使用すると、より大きいパーセント低下した基本対称モード周波数が提供され、４つのそのようなコイルを使用すると、さらに大きいパーセント低下した基本対称モード周波数が提供される。これらのより大きい低下は重要である。結合されたコイルの周波数同調範囲の上限は、単一コイルの共振周波数により設定され、下限は、本質的にコイル間の離隔距離をもたせずに結合されたコイルの基本対称モード周波数により設定される。したがって、２つの結合されたコイルを使用すると、特定の周波数同調範囲が提供され、３つ、４つ、もしくはそれ以上結合されたコイルを使用すると、増大された周波数同調範囲が提供される。使用されるコイル数が増加するにつれて、範囲は増大する。

２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルの基本対称モードの共振周波数を同調させるための本発明の方法は、結合されたコイルが周波数を検出するための検出システムに使用される場合に有用である。周波数を同調させる能力は、特定の化合物に関してＮＱＲ周波数の特異性が存在するときに特定の化合物の存在を検出するために使用される核四重極共鳴（ＮＱＲ）検出システムにとくに有益である。

２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルと、それらの間の距離を変化させる手段と、を含んでいるＮＱＲ検出システムは、任意の目的で化合物の存在を検出するために使用することができるが、爆薬、薬物、または任意の種類の禁制品のような規制物質の存在の検出にとくに有用である。そのようなＮＱＲ検出システムは、セーフティーシステム、セキュリティーシステム、または法執行スクリーニングシステムに効果的に組み込みうる。たとえば、人およびその衣服、機内持ち込み品、旅行用鞄、積荷、郵便物、および／または乗物を走査するために、これらのシステムを使用することができる。また、品質管理の監視、空気または水質の監視、および生体物質の検出を行うために、それらを使用することもできる。

本発明に係る検出システムでは、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルを信号の送信および受信の両方に使用することができるので、ＮＱＲ検出システムでは、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルをＮＱＲの励起にも得られるＮＱＲ周波数の検出にも使用することができる。好ましくは、２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルをセンサーとして（すなわち、ＮＱＲ周波数を検出するために）単独で使用し、１つもしくはそれ以上の他のコイルをＲＦ信号の送信およびＮＱＲの励起に使用する。

高温超伝導体は、約７７Ｋ超でまたは液体窒素で冷却することにより達成しうる温度で、超伝導を示す。ＨＴＳコイルの形成に使用される高温超伝導体は、好ましくは、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７、Ｔｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８、ＴｌＢａ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_９、（ＴｌＰｂ）Ｓｒ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_７、および（ＴｌＰｂ）Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_９よりなる群から選択される。最も好ましくは、高温超伝導体はＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８である。

コイルは、たとえば、ＣｅＯ_２バッファー層を有する単結晶サファイア基板と、単結晶サファイア基板のそれぞれの側のＣｅＯ_２バッファー層上の中心に位置する図２に示される構成の高温超伝導体パターンと、から構築しうる。または、さらなる例では、単結晶ＬａＡｌＯ_３基板と、単結晶ＬａＡｌＯ_３基板のそれぞれの側の中心に位置する図２に示される構成の高温超伝導体パターンと、からそれらを構築しうる。

以下に記載の一連の実施例により、本発明の有利な効果を実証する。実施例の基となる本発明の実施形態は、例示的なものにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

実施例１
この実施例では、中心間距離を変化させたときに２つの結合されたコイルの基本対称モード共振周波数が変化することを実証すべく、実際に同一ではないにしても本質的に同一である２つのＨＴＳのＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８コイルを、それぞれ、各基板の両側に図２に示されるコイル設計構成で、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板上で使用する。

２インチ（５．１ｃｍ）の半径および０．０１８インチ（０．４６ｍｍ）の近似厚さを有するクリーンな研磨された単結晶サファイア基板をユニオン・カーバイド・コーポレーション（ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅＣｏｒｐ．）から入手した。基板温度を約７００〜８００℃の範囲内に保持してオフアクシススパッター堆積により、基板の両側でエピタキシャルＣｅＯ_２バッファー層を成長させた。Ｂａ：Ｃａ：Ｃｕ酸化物ターゲットのオフアクシスマグネトロンスパッタリングを用いて、基板の両側のＣｅＯ_２バッファー層上にアモルファス前駆体Ｂａ：Ｃａ：Ｃｕ酸化物膜を室温（約２０℃）で堆積させた。このアモルファスＢａ：Ｃａ：Ｃｕ酸化物膜は、約５５０ｎｍの厚さであり、約２：１：２の化学量論比を有していた。次に、Ｔｌ_２Ｂａ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_１０とＴｌ_２Ｏ_３との粉末混合物の存在下、８５０℃、空気中で、それを約４５分間アニーリングすることにより、前駆体膜をタリウム化した。この粉末混合物を加熱した場合、粉末混合物からＴｌ_２Ｏが発生し、前駆体膜中に拡散してそれと反応し、Ｔｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８相を形成する。

次に、サンプルの両側にフォトレジストをコーティングし、焼成した。図２に示される設計を有するコイル設計マスクを作製した。コイルは、約１０．５ｍｍの内半径および約２２．５ｍｍの外半径を有していた。コイルの最外ＨＴＳリングは約２ｍｍの幅であり、最内ＨＴＳリングは約３．５ｍｍの幅であった。中間ＨＴＳリングは、約２５０μｍの幅であり、約２５０μｍのリング間ギャップを有していた。次に、基板のフロント面上のＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８膜を覆うフォトレジストの中心にコイル設計マスクを配置し、紫外光を照射した。次に、基板のバック面上のＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８膜を覆うフォトレジストの中心にコイル設計マスクを配置し、紫外光を照射した。次に、基板の両側でレジストを現像し、レジストの現像時に露出されたＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８膜の部分をアルゴンビームエッチングによりエッチング除去した。次に、残留するフォトレジスト層を酸素プラズマにより除去した。その結果、ＣｅＯ_２バッファー層を有する単結晶サファイア基板と、単結晶サファイア基板のそれぞれの側のＣｅＯ_２バッファー層上の中心に位置する図２に示される構成の高温超伝導体Ｔｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８パターンと、を含んでいるコイルを得た。本質的に同じようにプロセスを反復し、第２のコイルを作製し
た。ナルゲン（Ｎａｌｇｅｎｅ）（登録商標）（ニューヨーク州ロチェスターのナルジェ・ヌンク・インターナショナル（ＮａｌｇｅＮｕｎｃＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，ＮＹ））デュワー瓶内に保持された液体窒素中に浸漬して以下に記載の測定法により決定したとき、２つの各コイルは、４６９６ｋＨｚの共振周波数を有していた。

同軸構成でコイルの平面が平行になるようにかつできるかぎり近接一体化されるように、すなわち、中心を結ぶラインがコイルの２つの平面に垂直になるように、２つのコイルを配置した。ナルゲン（Ｎａｌｇｅｎｅ）（登録商標）デュワー瓶内に保持された液体窒素中にコイルを浸漬した。銅線のループを含んでいるピックアップコイルをコイルから約１インチ（２．５ｃｍ）離してピックアップコイルの平面がコイルの平面に平行になるように配置した。０．０８０インチ（２ｍｍ）の同軸ケーブルの１部片から外側ジャケットおよび誘電体スペーサーを除去することにより、ピックアップコイルを形成した。内部導体を円形に曲げて、ジャケットおよび誘電体が除去された点のすぐ外側で同軸ケーブルの外側ジャケットにそれを半田付けすることにより、ループを形成した。アジレント８７５３ベクトル・ネットワーク・アナライザー（Ａｇｉｌｅｎｔ８７５３ＶｅｃｔｏｒＮｅｔｗｏｒｋＡｎａｌｙｚｅｒ）（カリフォルニア州パロアルトのアジレント・テクノロジーズ（ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＰａｌｏＡｌｔｏ，ＣＡ））にピックアップコイルを接続する。周波数を掃引し、同軸構成を保持しつつコイルの中心間距離を本質的にゼロから（すなわち、２つのコイルが可能なかぎり互いに近接して配置された位置から）６．１ｍｍまで増大させたときの共振周波数およびＱを測定した。図１ｃの構成を参照する。この同軸離隔距離では、ｙ＝０であり、ｘは、０〜６．１ｍｍ（コイルの半径の約２７％）の間の値をとる。本質的にゼロの離隔距離では、すなわち、ｘ＝０では、基本対称モード共振周波数は３４３０ｋＨｚであり、Ｑ＝１４，０００であった。離隔距離を６．１ｍｍに増大させたとき、基本対称モード共振周波数は４１１３ｋＨｚであり、Ｑ＝１４，０００であった。これは、Ｑの有意な低下を伴うことなく基本対称モード共振周波数が２０％増加することを示す。

次に、同軸構成でコイルの平面が平行になるように、すなわち、中心を結ぶラインがコイルの２つの平面に垂直になるように、２つのコイルを配置した。再度、図１ｃを参照する。中心離隔距離ｘは１ｍｍ（コイルの半径の約４．５％）であり、ｙ＝０であった。次に、中心がそのもとの同軸位置から１インチ（２５．４ｍｍ）離れるまで、すなわち、ｙ＝２５．４ｍｍ（ほぼコイルの半径）になるまで、第２のコイルを第１のコイルに対してオフアクシスに鉛直線上で移動させた。ｙ＝０では、基本対称モード共振周波数は３６８２ｋＨｚであり、Ｑ＝１４，４００であった。オフアクシス変位が２５．４ｍｍのとき、基本対称モード共振周波数は４４８９ｋＨｚであり、Ｑ＝１４，０００であった。これは、３％未満のＱの変化を伴って基本対称モード共振周波数が３０％増加することを示す。これらの２つの結果を三角形状の点として図３に示す。

これらの結果から、一方のコイルを他方のコイルに対して機械的に変位させることにより２つの本質的に同一の結合された高温超伝導体自己共振コイルの基本対称モード共振周波数を同調させるための本方法が実証される。

実施例２
この実施例では、中心間距離を変化させたときに２つの結合されたコイルの基本対称モード共振周波数が変化することを実証すべく、実際に同一ではないにしても本質的に同一である２つのＨＴＳのＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８コイルを、それぞれ、各基板の両側に図２に示されるコイル設計構成で、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板上で使用する。実施例１に記載の方法に本質的に従ってこれらのコイルを作製した。

次に、同軸構成でコイルの平面が平行になるように、すなわち、中心を結ぶラインがコイルの２つの平面に垂直になるように、２つのコイルを配置した。再度、図１ｃを参照する。中心離隔距離ｘは１ｍｍ（コイルの半径の約４．５％）であり、ｙ＝０であった。次に、中心がそのもとの同軸位置から２０．３ｍｍ離れるまで、すなわち、ｙ＝２０．３ｍｍになるまで、マイクロメーターにより、第２のコイルを第１のコイルに対してオフアクシスに鉛直線上で移動させた。オフアクシス変位の関数としての基本対称モード共振周波数の増加を、菱形形状の点として図３にプロットする。

これらの結果から、一方のコイルを他方のコイルに対して機械的に変位させることにより２つの結合された本質的に同一の高温超伝導体自己共振コイルの基本対称モード共振周波数を同調させるための本方法が実証される。

実施例３
この実施例では、コイルの中心間距離を変化させたときに２つの結合されたコイルの基本対称モード共振周波数が変化することを実証すべく、実際に同一ではないにしても本質的に同一である２つのＨＴＳのＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８コイルを、それぞれ、各基板の両側に図２に示されるコイル設計構成で、ＬａＡｌＯ_３基板上で使用する。クリーンな研磨された単結晶サファイア基板の代わりにクリーンな研磨された単結晶ＬａＡｌＯ_３基板（ニュージャージー州モリスプレーンズのリットン・エアトロン（ＬｉｔｔｏｎＡｉｒｔｒｏｎ，ＭｏｒｒｉｓＰｌａｉｎｓ，ＮＪ）から入手）を使用したことおよびＣｅＯ_２バッファー層が存在しなかったこと以外は本質的に実施例１に記載の方法により、２つのコイルを作製した。それぞれのクリーンな研磨された単結晶ＬａＡｌＯ_３基板は、２インチ（５．１ｃｍ）の半径および約０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）の厚さを有していた。２つの各コイルは、単結晶ＬａＡｌＯ_３基板と、単結晶ＬａＡｌＯ_３基板のそれぞれの側の中央に位置する図２に示される構成の高温超伝導体Ｔｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８パターンと、を含んでいるものであった。

同軸構成でコイルの平面が平行になるように、すなわち、中心を結ぶラインがコイルの２つの平面に垂直になるように、２つのコイルを配置した。再度、図１ｃを参照する。中心離隔距離ｘは、４０ミル（１ｍｍ）（コイルの半径の約４．５％）であった。ｙ＝０のとき、および中心がそのもとの同軸位置から１インチ（２５．４ｃｍ）離れるまで第２のコイルを第１のコイルに対して鉛直線上で移動させたとき、測定を行った。ｙ＝０では、基本対称モード共振周波数は２６６８ｋＨｚであり、Ｑ＝２１，０００であった。離隔距離を１インチ（２５．４ｍｍ）に増大させたとき、基本対称モード共振周波数は３４４６ｋＨｚであり、Ｑ＝２０，０００であった。これは、わずかに約５％のＱの低下を伴って基本対称モード共振周波数共振が約２９％増加することを示す。

実施例４
２つ、３つ、または４つの結合されたコイルを使用する利点をさらに実証すべく、さらには２つもしくはそれ以上の結合されたコイルを使用することにより得られる周波数同調をさらに実証すべく、１３０８８ニューヨーク州リバプールのソネット・ソフトウェア・インコーポレーテッド（ＳｏｎｎｅｔＳｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃ．，Ｌｉｖｅｒｐｏｏｌ，ＮＹ１３０８８）から入手したソネットＥＭ（ＳｏｎｎｅｔＥＭ）ソフトウェアを用いて、結合されたコイルの性能のシミュレーションを行った。以下のモデルを使用した。基板は、０．５ｍｍの厚さおよび誘電率ε＝２４を有していた。基板は、フロント面とバック面とを有していた。最外巻き幅が２ｍｍであり、最内巻き幅が３．２５ｍｍであ
り、かつ他のすべての巻き幅および間隔が０．２５ｍｍである３６ｍｍ×３６ｍｍ方形コイル（基板の両側）のシミュレーションを行った。

１つのそのような方形コイルの共振周波数は、４．９５ＭＨｚであった。２つ、３つ、および４つのそのようなコイルを同軸構成でコイルの平面が平行になるように結合し、種々のコイル間離隔距離に対して基本対称モード周波数を決定した。２つの結合されたコイルを使用したとき、離隔距離は２つのコイルの基板間距離であった。３つもしくは４つの結合されたコイルを使用したとき、離隔距離は、隣接コイルの基板間距離であった。得られた結果を表Ｉに示す。「ＦＳＭ周波数」とは、基本対称モード周波数である。「ＦＳＭ周波数低下」とは、単一コイル共振周波数に対するＦＳＭ周波数の低下率である。たとえば、０．０５ｍｍ離隔した２つの結合されたコイルのＦＳＭ周波数は、３．２９ＭＨｚである。これは、単一コイル共振周波数４．９５ＭＨｚよりも３４％低いので、ＦＳＭ周波数低下は、その低下率（すなわち０．３４）として列挙される。

２つの結合されたコイル（グラフ上の点は菱形で示される）および３つの結合されたコイル（グラフ上の点は正方形で示される）について、ＦＳＭ周波数低下を離隔距離の関数として図４にプロットする。先に述べたように、離隔距離が大きくなるほど、低下は小さくなる。すなわち、周波数は高くなる。２つのコイルを用いるよりも３つのコイルを用いるほうが、より大きい低下が達成される。

結合されたコイルの数の関数としてＦＳＭ周波数低下を図５にプロットする。隣接コイルの基板間離隔距離は、０．５ｍｍであった。結合されるコイルの数が大きくなるほど、大きい低下が達成されるので、広い周波数同調範囲が達成される。

実施例５
この実施例では、３つの結合されたコイルを用いて達成される基本対称モード共振周波数の低下が、２つの結合されたコイルを用いて達成される低下と比較して大きいことを実証すべく、本質的に同一である３つのＨＴＳのＴｌ_２Ｂａ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８コイルを単結晶ＬａＡｌＯ_３基板上で使用する。

内半径が約３．５ｍｍになるようにコイル設計構成を変更したこと以外は本質的に実施例３に記載されているように、３つのコイルを作製した。外半径は、先の場合と同じように約２２．５ｍｍであった。コイルの最外ＨＴＳリングは１．８８ｍｍの幅であり、最内ＨＴＳリングは３．３８ｍｍの幅であった。１９個の中間ＨＴＳリングは、約２５０μｍの幅であり、約２５０μｍのリング間ギャップを有していた。これに加えて、テフロン^Ｔ
^ＭＡＦ（Ｔｅｆｌｏｎ^ＴＭＡＦ）の薄い保護層を各コイルにコーティングした。

３つの各コイルの共振周波数は、２．４３ＭＨｚであった。コイルのうちの２つをテフロン^ＴＭＡＦ（Ｔｅｆｌｏｎ^ＴＭＡＦ）層以外はそれらの間に意図的な離隔距離をもたせることなく配置したとき、基本対称モード周波数は、単一コイル共振周波数よりも３８％低い１．５０ＭＨｚであった。３つのコイルすべてをテフロン^ＴＭＡＦ（Ｔｅｆｌｏｎ^ＴＭＡＦ）層以外はそれらの間に意図的な離隔距離をもたせることなく配置したとき、基本対称モード周波数は、単一コイル共振周波数よりも５８％低い１．０２ＭＨｚであった。

このことから、３つの結合されたコイルを用いて達成される基本対称モード共振周波数の低下が、２つの結合されたコイルを用いて達成される低下と比較して大きいことが実証される。したがって、周波数同調範囲は拡大される。

種々の構成の２つの結合されたＨＴＳコイルの断面図を示している。実施例１、２、および３で使用される２つの結合されたＨＴＳコイルのＨＴＳコイル構成体の上面図を示している。２つの結合されたＨＴＳコイルの一方のコイルの他方のコイルに対するオフアクシス変位を変化させることにより実施例１および２で得られた基本対称モード共振周波数同調結果を示している。２つの結合されたＨＴＳコイルおよび３つの結合されたＨＴＳコイルの離隔距離を変化させることにより実施例４でみられた単一コイル共振周波数に対する基本対称モード周波数低下を示している。隣接コイルの平面間離隔距離が０．５ｍｍであるときの２つ、３つ、および４つの結合されたＨＴＳコイルに対して実施例４でみられた単一コイル共振周波数に対する基本対称モード周波数低下を示している。

Claims

２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルの共振周波数を同調させる方法であって、２つもしくはそれ以上のコイルを互いに機械的に変位させることを含んでなる方法。
２つの結合された高温超伝導体自己共振コイルが存在し、かつ同調される共振周波数が基本対称モードの共振周波数である請求項１に記載の方法。
前記２つのコイルが本質的に同一である請求項２に記載の方法。
前記２つのコイルが平面コイルである請求項３に記載の方法。
前記平面コイルが、それぞれ、基板と、該基板の両側の高温超伝導体コイル構成体と、を含んでいる請求項４に記載の方法。
前記２つのコイルが平行かつ同軸であり、しかも前記２つのコイルの前記基本対称モード共振周波数が、前記２つのコイルの平面間の距離を変化させることにより同調される請求項４に記載の方法。
前記２つのコイルの前記平面間の距離が、本質的にゼロから前記２つのコイルの半径の約５０％まで変化される請求項６に記載の方法。
前記２つのコイルが平行であり、前記コイルの平面が、前記２つのコイルの半径の約５０％未満の距離だけ離隔され、かつ前記２つのコイルの前記基本対称モード共振周波数が、前記２つのコイルのうちの一方のコイルの他方のコイルに対するオフアクシス変位を変化させることにより同調される請求項４に記載の方法。
前記２つのコイルの前記平面が、前記２つのコイルの半径の約５％の距離だけ離隔される請求項８に記載の方法。
前記オフアクシス変位が、ゼロから前記２つのコイルのほぼ半径まで変化される請求項９に記載の方法。
３つもしくは４つの結合された高温超伝導体自己共振コイルが存在し、かつ同調される共振周波数が基本対称モードの共振周波数である請求項１に記載の方法。
前記３つもしくは４つのコイルが本質的に同一である請求項１１に記載の方法。
前記３つもしくは４つのコイルが平面コイルである請求項１２に記載の方法。
前記平面コイルが、それぞれ、基板と、該基板の両側の高温超伝導体コイル構成体と、を含んでいる請求項１３に記載の方法。
前記３つもしくは４つのコイルが平行かつ同軸であり、しかも前記３つもしくは４つのコイルの前記基本対称モード共振周波数が、前記３つもしくは４つのコイルの平面間の距離を変化させることにより同調される請求項１３に記載の方法。
前記３つもしくは４つのコイルが平行であり、かつ前記３つもしくは４つのコイルの前記基本対称モード共振周波数が、前記３つもしくは４つのコイルのうちの少なくとも１つ
のコイルの他のコイルに対するオフアクシス変位を変化させることにより同調される請求項１３に記載の方法。
２つもしくはそれ以上の結合された高温超伝導体自己共振コイルと、１つもしくはそれ以上の該コイル間の距離を変化させる手段と、を含んでいる、周波数検出システム。
前記周波数検出システムが、２つの結合された高温超伝導体自己共振コイルを含んでいる請求項１７に記載の周波数検出システム。
前記２つのコイルが本質的に同一である請求項１８に記載の周波数検出システム。
前記２つのコイルが平面コイルである請求項１９に記載の周波数検出システム。
前記平面コイルが、それぞれ、基板と、該基板の両側の高温超伝導体コイル構成体と、を含んでいる請求項２０に記載の周波数検出システム。
前記２つのコイルが平行であり、かつ前記手段が前記２つのコイルの平面間の距離を変化させる請求項２０に記載の周波数検出システム。
前記２つのコイルが平行であり、かつ前記手段が前記２つのコイルのうちの一方のコイルの他方のコイルに対するオフアクシス変位を変化させる請求項２０に記載の周波数検出システム。
前記２つのコイルが平行であり、かつ前記手段が、前記２つのコイルの平面間の距離と、前記２つのコイルのうちの一方のコイルの他方のコイルに対するオフアクシス変位と、を変化させる請求項２０に記載の周波数検出システム。
前記手段が、前記２つのコイルの平面間の距離を本質的にゼロから前記コイルの半径の約５０％まで変化させる請求項２２に記載の周波数検出システム。
前記２つのコイルの平面が、本質的にゼロから前記コイルの半径の約５０％までの距離だけ離隔され、かつ前記手段が、前記２つのコイルのうちの一方のコイルの他方のコイルに対するオフアクシス変位を変化させる請求項２３に記載の周波数検出システム。
前記手段が、前記２つのコイルの前記平面間の前記距離を本質的にゼロから前記コイルの半径の約５０％まで変化させ、かつ前記２つのコイルのうちの一方のコイルの他方のコイルに対するオフアクシス変位をゼロから前記２つのコイルのほぼ半径まで変化させる請求項２４に記載の周波数検出システム。
前記手段がマイクロポジショナーを含んでいる請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の周波数検出システム。
前記周波数検出システムが、３つもしくは４つの結合された高温超伝導体自己共振コイルを含んでいる請求項１７に記載の周波数検出システム。
前記３つもしくは４つのコイルが本質的に同一である請求項２９に記載の周波数検出システム。
前記３つもしくは４つのコイルが平面コイルである請求項３０に記載の周波数検出システム。
前記平面コイルが、それぞれ、基板と、該基板の両側の高温超伝導体コイル構成体と、を含んでいる請求項３１に記載の周波数検出システム。
前記３つもしくは４つのコイルが平行であり、かつ前記手段が前記３つもしくは４つのコイルの平面間の距離を変化させる請求項３１に記載の周波数検出システム。
前記３つもしくは４つのコイルが平行であり、かつ前記手段が前記３つもしくは４つのコイルのうちの少なくとも１つのコイルの他のコイルに対するオフアクシス変位を変化させる請求項３１に記載の周波数検出システム。
前記手段が前記３つもしくは４つのコイルのうちのすべてのコイルの他のコイルに対するオフアクシス変位を変化させる請求項３４に記載の周波数検出システム。
前記３つもしくは４つのコイルが平行であり、かつ前記手段が、前記３つもしくは４つのコイルの平面間の距離と、前記３つもしくは４つのコイルのうちの少なくと１つのコイルの他のコイルに対するオフアクシス変位と、を変化させる請求項３１に記載の周波数検出システム。
前記手段が前記３つもしくは４つのコイルのうちのすべてのコイルの他のコイルに対するオフアクシス変位を変化させる請求項３６に記載の周波数検出システム。
前記手段がマイクロポジショナーを含んでいる請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の周波数検出システム。
前記周波数検出システムが核四重極共鳴検出システムである請求項１７〜２７または２９〜３７のいずれか一項に記載の周波数検出システム。
前記周波数検出システムが核四重極共鳴検出システムである請求項２８に記載の周波数検出システム。
前記周波数検出システムが核四重極共鳴検出システムである請求項３８に記載の周波数検出システム。
請求項１７、２４、または２９のいずれか一項に記載の周波数検出システムを含んでなる、セキュリティーシステム、セーフティーシステム、または法執行スクリーニングシステム。