JP2009156719A - 超電導磁場発生装置、超電導磁場発生装置の着磁方法および核磁気共鳴装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導体の筒内空間においてできるだけ均一な磁場を広範囲に発生することができる超電導磁場発生装置、その着磁方法および超電導磁場発生装置を利用する核磁気共鳴装置を提供する。
【解決手段】超電導磁場発生装置は、超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発すると共に筒内空間１０を有する筒状の超電導体１と、超電導体１を冷却する冷却装置と、超電導体１を収容する真空断熱容器３と、超電導体１の筒内空間１０の磁場分布を補正すると共に超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向における長さＬが超電導体１の長さ以下に設定されている補正コイル４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は超電導磁場発生装置、超電導磁場発生装置の着磁方法および核磁気共鳴装置に関する。

特許文献１は、筒状の高温超電導体を着磁してその中空部に磁場を発生させ、その磁場内に試料と検出コイルを配置してＮＭＲ信号を検出するＮＭＲ分析装置を開示している。着磁は、超電導マグネットにより均一な磁場を発生させ、その磁場中に高温超電導体を挿入し、冷凍機により超電導体を超電導転移温度以下に冷却した後、超電導磁石の発生磁場を停止することにより、磁場を高温超電導体に捕捉させる。この技術によれば、バルク（塊）状の高温超電導体を着磁して磁場を発生させるので、従来からある超電導コイルによるものに比べＮＭＲ分析装置のマグネットが小型で簡便になる。

特許文献２は、高温超電導体を着磁した後、一度超電導遷移温度より低い温度まで上昇させてから冷却して磁場の強度や分布を制御する超電導体磁場応用装置の制御方法とそれを用いた核磁気共鳴装置、超伝導磁石装置を開示している。このものによれば、発生磁場の大きさと分布を所望の大きさに制御し、かつ一定に保持することが出来る。

特許文献３は、筒状の超電導バルク体の両端の臨界電流密度を中央部より高くした磁場発生装置および核磁気共鳴装置を開示している。ここで、超電導バルクの中央部付近における均一磁場な範囲が広い磁場発生装置を提供でき、これを用いて小型で高感度・高分解能な核磁気共鳴装置が可能になる。

特許文献４は、筒状の超電導バルク体の端の磁化率を中央部より小さくした超電導磁場発生装置とその着磁方法、核磁気共鳴装置を開示している。超電導バルクの磁化率と形状を一定の条件を満たすように設定することにより、超電導バルクの中央部付近に均一な磁場空間を形成できる。

特許文献５は、ピン止め効果を有する高温超電導体の外周側にバイアス磁石を同軸的に配置し、高温超電導体に囲まれた空間が所望の磁場分布となるように、バイアス磁石により高温超電導体の周囲から磁場を形成し、その後、高温超電導体が高温超電導状態を保つように冷却して所望の磁場部分布の転写を行い、転写後に高温超伝導体の周囲の磁場を取り除くといったＭＲＩ装置およびＭＲＩ装置製造方法を開示している。そして、バイアス磁石として永久磁石またはソレノイドが採用されている。筒形状のバイアス磁石の軸長は、筒形状の高温超電導体の軸長よりもかなり長く設定されている。従って、筒形状のバイアス磁石の軸長の端部は、筒形状の高温超電導体の軸長の端部よりも軸長方向において外方に突出している。
特開２００２−００６０２１号公報 特開２００２−００８９１７号公報 特開２００７−１２９１５８号公報 特開２００６−２０７８５７号公報 特開平９−２０１３４７号公報

ところで、ＮＭＲ装置のマグネット等に代表される磁気装置には、高い磁場均一性（例えば１ｐｐｍ以下）が要求されており、通常、マグネット本体の室温ボア（円筒空間）に補正コイルを追加して目標とする磁場均一性を実現する。超電導バルクを用いた特許文献１のＮＭＲ装置のマグネットでは、着磁により超電導体に捕捉される磁場を利用するが、バルク超電導体の筒内空間は狭く、磁場分布を補正する補正コイルの大きさや数は限られるため、筒内空間に補正コイルを入れて高い磁場均一性を得るのは難しい。磁場均一性を高めるには、筒状の超電導体の長さを長くして筒内空間に入れる補正コイルの大きさや数を制限する必要があるが、これは、ＮＭＲ装置のマグネットの小型化というメリットを損なうものであり、また、コスト的にも不利であった。

特許文献２によれば、超電導バルクを着磁した後に、超電導バルクの温度を変化させて磁場の強度や分布を調整するが、超電導バルクの温度を部分的に変化させることは難しく、細かい磁場分布の補正は出来なかった。

特許文献３によれば、超電導バルクの両端部の臨界電流密度を中央部より高くすることにより、着磁後に磁場が端部から抜ける現象（磁束クリープ）を抑制している。これによれば、磁場分布の時間的な変化は抑制できるが、磁場均一性に関する空間的な補正はできない。

特許文献４によれば、着磁した後に磁場分布を補正するのではなく、着磁の時点で超電導体に如何に均一な磁場を印加して捕捉させるかについて工夫を行っている。超電導バルクの着磁の際にはｐｐｍオーダで均一な磁場を印加するが、超電導体自身が持つ磁化で印加磁場が乱れ、結果として着磁後の磁場分布の均一性が得られないというのが本質的な問題である。これに対し、超電導バルクの両端部の磁化率を中央部より小さくし、磁化率と外形寸法を一定の条件を満たすように設定することにより、超電導バルクの磁化の影響を最小化して筒内空間の中央部の磁場均一性を向上させている。しかしながら、この技術では、超電導バルクの構成で印加磁場の分布が決まるので、一度バルク構成を決めると印加磁場の均一性を上げることは困難であった。また、超電導バルクの厚みを増加すると、筒内空間中央部の中心軸方向の印加磁場分布が磁化の影響を受けて下に凸状から上に凸状に変化する性質を利用し、磁化の大きい中央部のバルクの厚みをその境界の寸法に一致させることで磁場の均一化を行っているので、寸法条件が厳しく厚みのズレによって磁場均一性が大きく変化する恐れがあった。また、原理的に均一な磁場が得られる範囲が限られており、それ以上に均一磁場空間を広げることは困難であった。

特許文献５によれば、前述したように、筒形状のバイアス磁石の軸長は、筒形状の高温超電導体の軸長よりも長く設定されている。従って、筒形状のバイアス磁石の軸長の端部は、筒形状の高温超電導体の軸長の端部よりも軸長方向において外方に突出している。この場合、超電導体の筒内空空間において広い磁場均一領域を得るには限界がある。更に、バイアス磁石がソレノイドであるときには、単位時間あたりのジュール発熱量が増加する。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、超電導体の筒内空間においてできるだけ均一な磁場を広範囲に発生することができる超電導磁場発生装置、その着磁方法、および、超電導磁場発生装置を利用する核磁気共鳴装置を提供することを課題とする。

様相１に係る超電導磁場発生装置は、超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発すると共に筒内空間を有する筒状の超電導体と、超電導体を冷却する冷却装置と、超電導体を収容する断熱容器と、超電導体の筒内空間の磁場分布を補正すると共に超電導体の仮想中心軸が延びる方向における長さが超電導体の長さ以下に設定されている補正コイルとを具備していることを特徴とする。

この場合、筒状の超電導体、冷却装置、断熱容器、補正コイルが設けられているので、外部磁場印加装置によって超電導体に磁場を印加させて超電導体を着磁させる際において、補正コイルに通電して補正コイルにより磁場を補正すれば、超電導体に実際に印加される磁場分布に対して補正コイルによる磁場によって補正することができる。故に、超電導体の筒内空間においてできるだけ均一な磁場を広範囲に発生することができる超電導磁場発生装置が得られる。

更に、補正コイルのうち、超電導体の仮想中心軸が延びる方向における長さは、超電導体の長さ（超電導体の仮想中心軸に沿った方向の長さ）以下に設定されている。このため補正コイルによって補正するとき、補正コイルの通電によるジュール熱が低減され、単位時間あたりの補正コイルの発熱量が抑制される。故に冷却装置に与える負荷を低減される。ここで、上記した『以下』とは、超電導体の仮想中心軸が延びる方向における長さは、超電導体の長さ（超電導体の仮想中心軸に沿った方向の長さ）と同じであっても良いし、それ未満であっても良いという意味である。

ここで、筒状の超電導体とは、内径、外径、高さで規定される形状だけなく、超電導体の仮想中心軸に対して軸対称な回転体形状を含めたものをいう。筒状は、円筒状および角筒状を含む意味であり、仮想中心軸の軸直角方向に沿った断面形状を問わない。補正コイルは、超電導体の筒内空間の磁場分布を補正する磁場を発生させる導電材料を意味する。従って、補正コイルは、超電導体の筒内空間の磁場分布を補正する磁場を発生させる超電導体に沿って配置されているものであれば良く、補正コイルの形状は、螺旋巻回構造に限定されるものではなく、超電導体に印加させる磁場を補正する様々な形態によって変更することができる。

冷却装置としては、超電導体を冷却できるものであれば何でも良く、GM（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）冷凍機、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機等の蓄冷型冷凍機を用いることができる。NMR用のマグネットを用いる場合は、振動の少ないパルス管冷凍機が好ましい。

上記した様相１によれば、補正コイルは、超電導体の仮想中心軸が延びる方向の磁場を補正するコイルであり、その仮想中心軸が延びる方向の長さが超電導体の長さ以下であるように設定されている。この場合、ＮＭＲ用マグネット等の磁気装置として用いる場合には、超電導体の筒内空間において、特に測定試料を設置する場所について印加磁場をできるだけ均一にすることが好ましい。

ここで、筒内空間の仮想中心軸が延びる方向における印加磁場を補正する際、補正コイルの軸長方向の長さが長いと、仮想中心軸方向の磁場分布の大きな変化を補正することは可能である。しかしながら試料設置場所の狭い範囲での分布の歪み（曲率半径の小さい歪み）を補正することは困難になる。

また、補正に必要な電流を補正コイルに通電するとき、補正コイルの軸長寸法が長いほど、補正コイルが発生するジュール発熱が大きくなる。故に、補正コイルを冷凍機で冷却する際の冷却装置の熱負荷が大きくなって超電導体を所定の温度まで冷却できなくなるおそれがある。この場合、超電導体を所定の温度まで冷却させるために大型の冷却装置が必要になる等の問題が生じるおそれがある。この点について本発明に係る超電導磁場発生装置によれば、補正コイルの軸長方向の長さ寸法を超電導体の軸長（高さ）以下に設定しているので、狭い範囲の分布の歪みを補正できると同時に、補正コイルの発熱を抑制させることができ、冷却装置の小型化に有利である。

様相２によれば、上記様相において、補正コイルは、超電導体に外側に配置されていることを特徴とする。補正コイルは超電導体の外側に配置されているので、超電導体の全体に印加される磁場を良好に補正することができ、より効果的に超電導体に対して磁場補正するのに有利となる。補正コイルは超電導体に対して同軸的に配置することができる。

様相３によれば、上記様相において、補正コイルは複数のコイルから成ることを特徴とする。この場合、補正コイルは複数のコイルで形成されているので、超電導体に対して複雑な印加磁場分布の補正が可能になる。補正コイル数が多いほど、より複雑な補正が可能になる利点が得られる。

様相４によれば、上記様相において、補正コイルは断熱容器の内部に配置されていることを特徴とする。この場合、補正コイルは断熱容器の内部に配置されている。補正コイルを超電導体の近傍に巻くことができるので、曲率半径のより小さな磁場分布の歪みを補正することができる。また、断熱容器の外壁面には、補正コイルによる突起が生じないので、超電導体の着磁を行う際に用いる超電導マグネット等の着磁用のマグネットの内径を小さくできる利点が得られる。

様相５によれば、上記様相において、補正コイルは、冷却装置により冷却されるように配置されていることを特徴とする。この場合、補正コイルは冷却装置で冷却されるので、補正コイルの電気抵抗が低下する。よって、少ない電力で超電導体の磁場の乱れを補正できる。また、補正コイルは冷却装置で効果的に冷却されるため、補正コイルの発熱が少なくなり、超電導体を安定的に冷却できる。

様相６によれば、上記様相において、補正コイルは、超電導材料で形成されている超電導補正コイルであり、超電導補正コイルの超電導遷移温度が超電導体より高いことを特徴とする。この場合、補正コイルは超電導材料で形成されているため、補正コイルは、着磁される超電導体より高い超電導遷移温度を持つ。このため電気抵抗が少ない状態で（実質的にゼロで）補正コイルに電流を流すことができ、超電導体の磁場が大きな乱れを発生しているときであっても、補正コイルによる磁場を大きくでき、超電導体の磁場を良好に補正できる。また、補正コイルのジュール発熱が実質的になくなるので、着磁される超電導体への熱的影響がなく安定に冷却できる利点が得られる。

様相７によれば、上記様相において、補正コイルは、外部磁場印加装置により超電導体を着磁する際の磁場分布補正に用いられることを特徴とする。補正コイルは外部磁場印加装置により超電導体を着磁する際の磁場分布補正に用いるので、印加磁場の乱れを補正することができる。故に、できるだけ均一な磁場を広範囲に発生させることができる超電導磁場発生装置が得られる。

様相８によれば、上記様相において、超電導体は、超電導体の仮想中心軸が延びる方向における少なくも１方の端を形成する第１部位と、第１部位の磁化率と異なる磁化率をもつ第２部位とを備えており、超電導体の第１部位の磁化率が、第２部位の磁化率よりも小さく設定されていることを特徴とする。この場合、端部の磁化率が中央部の磁化率よりも小さな超電導体を用いるので、超電導バルクの構成で決めた磁場分布をより一層均一に補正することができ、より均一な磁場を広範囲に発生する超電導磁場発生装置が得られる。

様相９によれば、超電導体は臨界電流密度の異なる部分からなり、前記超電導体のうちの仮想中心軸が沿った方向における少なくとも一方の端部の臨界電流密度が、中央部の臨界電流密度よりも大きく設定されていることを特徴とする。この場合、超電導体の端部の臨界電流密度が中央部より大きい超電導体を用いるので、均一な磁場を広範囲に時間的に安定して発生する超電導磁場発生装置が得られる。

様相１０によれば、超電導体は、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上）で表される組成を有することを特徴とする。この場合、主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上）で表される超電導体は、特に溶融法で作製することにより、大きな磁場を捕捉できる。溶融法は超電導体を構成する材料を溶融し、その後、凝固させて超電導体を形成する方法である。この場合、超電導となる母相に絶縁相が微細に分散した組織を形成することができる。この場合、微細に分散した絶縁相が磁場のピン止め点として働くため、捕捉磁場が大きい超電導体が得られる。例えば、超電導体を構成する超電導バルクの配合組成については、主成分としては、ＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ（ＲＥ１２３相）、ＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５（ＲＥ２１１相）、および／または、ＲＥ_４Ｂａ_２Ｃｕ_２Ｏ_１０（ＲＥ４２２相）とすることができる。超電導バルクの添加成分としては、例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈのうち１種または２種以上を単体または化合物の形で含有することができる。但し、これに限定されるものではなく、公知の超電導材料を用いることができる。

様相１１に係る超電導磁場発生装置の着磁方法は、超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発すると共に筒内空間を有する筒状の超電導体と、超電導体を冷却する冷却装置と、超電導体を収容する断熱容器とを具備する超電導磁場発生装置における超電導体を着磁する着磁方法において、（Ａ）外部磁場印加装置により、超電導体に超電導体の超電導遷移温度以上で磁場を印加する磁場印加工程と、（Ｂ）超電導体の近傍に設けられ外部の補正コイルにより、超電導体の筒内空間の磁場分布を補正する磁場補正工程と、（Ｃ）磁場を印加して補正した状態で、冷却装置により、超電導体を超電導遷移温度以下に冷却する冷却工程と、（Ｄ）外部磁場印加装置または補正コイルにより印加した磁場を解除する磁場停止工程と、を順に実施することを特徴とする。

上記した外部磁場印加装置は、一般的には、超電導体の外側に配置されている。外部磁場印加装置としては超電導マグネット等が例示される。この場合、従来の（Ａ）磁場印加工程、（Ｃ）冷却工程、（Ｄ）磁場停止工程に加え、新たに（Ｂ）外部の補正コイルによる磁場補正工程を追加している。このため、超電導体に印加される磁場を磁場補正工程において補正することができる。ひいてはできるだけ均一な磁場を広範囲に発生するように超電導磁場発生装置の超電導体を着磁することができる。上記した（Ａ）の磁場印加工程と（Ｂ）補正コイルによる磁場補正工程とは、時間的にずらして実施することができるが、場合によっては時間的に同時に実施しても良い。『時間的に同時に実施』とは、磁場印加工程および磁場補正工程とが時間的に完全に重複している形態と、磁場印加工程および磁場補正工程とが時間的に一部に重複している形態とを含む。外部の補正コイルとは、超電導磁場発生装置の断熱容器の外部に配置されている補正コイルを意味する。

また様相１２に係る超電導磁場発生装置の着磁方法は、超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発する筒内空間を有する筒状の超電導体と、超電導体を冷却する冷却装置と、超電導体を収容する断熱容器と、断熱容器内に配置され超電導体の筒内空間の磁場分布を補正する補正コイルとを具備する超電導磁場発生装置の着磁方法において、
（Ａ）外部磁場印加装置により、超電導体に超電導遷移温度以上で磁場を印加する磁場印加工程と、（Ｂ）補正コイルにより、超電導体の筒内空間の磁場分布を補正する磁場補正工程と、（Ｃ）磁場を印加して補正した状態で、冷却装置により、超電導体を超電導遷移温度以下に冷却する冷却工程と、（Ｄ）外部磁場印加装置または補正コイルにより印加した磁場を解除にする磁場停止工程とを順に実施することを特徴とする。

この場合、補正コイルは超電導磁場発生装置の断熱容器内に内蔵されているので、（Ａ）磁場印加工程で磁場印加に使用する外部磁場印加装置に合わせて、印加磁場を補正することができる利点が得られる。上記した（Ａ）の磁場印加工程と（Ｂ）補正コイルによる磁場補正工程とは、時間的にずらして実施することができるが、場合によっては同時に実施しても良い。『時間的に同時に実施』とは、磁場印加工程および磁場補正工程とが時間的に完全に重複している形態と、磁場印加工程および磁場補正工程とが時間的に一部に重複している形態とを含む。

様相１３によれば、磁場補正工程は、超電導体の超電導遷移温度と、超電導遷移温度よりも＋１０℃との間の温度領域において行われることを特徴とする。この場合、超電導体の超電導遷移温度をＴｃとすると、磁場補正工程は、Ｔｃ〜（Ｔｃ＋１０℃°）との間で実施される。上記した温度領域における着磁の際には、基本的に超電導遷移温度で印加されている磁場の分布が超電導体に捕捉される。一般に超電導体の磁化は温度に依存しており、温度により変わる。その結果、超電導体自身の磁化による磁場分布の乱れも温度に依存し、温度より変化する。この点について、（Ｂ）磁場補正工程を、超電導遷移温度と超電導遷移温度よりも＋１０℃との間の温度領域で行うので、より正確な磁場の補正が可能となる。

様相１４によれば、補正コイルは、超電導体よりも高い超電導遷移温度を有する超電導補正コイルであり、磁場補正工程を、超電導補正コイルの超電導遷移温度より低く超電導体の超電導遷移温度より高い温度で行うことを特徴とする。この場合、補正コイルは、着磁される超電導体より高い超電導遷移温度を持つ超電導体からなり、（Ｂ）磁場補正工程を補正コイルの超電導遷移温度より低く着磁される超電導体の遷移温度より高い温度で行うので、電気抵抗が実質的にゼロの段階で補正コイルに電流を流すことができ、大きな磁場の乱れを補正できる。また、補正コイルのジュール発熱が抑制されるため、着磁される超電導体への熱的影響がなく安定に冷却できる。

様相１５によれば、磁場印加工程と磁場補正工程とを同時に行うことを特徴とする。この場合、（Ａ）磁場印加工程と（Ｂ）磁場補正工程を時間的に同時に行うので、より短い時間で着磁を行うことができる利点が得られる。同時とは、磁場印加工程と磁場補正工程とが時間的に完全にあるいは部分的に重複していることを意味する。

様相１６に係る核磁気共鳴装置は、上記した様相に係る超電導磁場発生装置をマグネットとして備えることを特徴とする。この場合、上記した様相に係る超電導磁場発生装置をマグネットとすることで、小型で高性能な核磁気共鳴装置が得られる。

本発明によれば、超電導体の筒内空間にできるだけ均一な磁場を広範囲に発生することができ、更に、補正コイルが単位時間に発熱する発熱量を少なくすることができる効果を有する超電導磁場発生装置その着磁方法を提供することができる。更に、上記した効果を有する超電導磁場発生装置を利用する核磁気共鳴装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。

＜実施形態１＞
図１は実施形態１を示す。本実施形態に係る超電導磁場発生装置は、超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発すると共に筒内空間１０を有する仮想中心軸１１（仮想中心線）を有する超電導バルクで形成された筒状（円筒状）の超電導体１と、超電導体１を冷却する冷却装置２（冷凍機）と、超電導体１を収容する断熱室３０をもつ真空断熱容器３（材質：アルミニウム合金等の非磁性材料）と、超電導体１の筒内空間１０の磁場分布を補正するための補正コイル４とを備えている。断熱室３０は高真空状態に維持される。

寒冷が発生するコールドヘッド２２と冷却装置２との間には、コールドヘッド２２を冷却するための冷却機構２０が設けられている。真空断熱容器３は、先端壁３ａと周壁３ｂとをもち、先端壁３ａから筒内空間１０に挿入されたパイプ３５とをもつ。パイプ３５は、断熱室３０内の真空維持のための底壁３６を有する。パイプ３５内は空間１０ｃとされており、検査対象物を配置できる。このように筒内空間１０に挿入されたパイプ３５内の空間１０ｃ内に検査対象物が挿入されるため、超電導体１の筒内空間１０における磁場をできるだけ均一にすることが好ましい。

補正コイル４は、超電導体１の仮想中心軸１１に沿って延びるコイル軸芯４０をもつ筒形状をなすコイルであり、超電導体１とほぼ同軸的に配置されている。補正コイル４において、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向の長さＬは、超電導体１の高さＨ（超電導体１の軸長方向の長さ寸法に相当する）以下に設定されている。従って、Ｌ≦Ｈの関係に設定されている。補正コイル４は、超電導体１の軸長方向の中央に配置されている。但し、これに限定されない。

上記した補正コイル４は、超電導体１の外周側を同軸に包囲する単数のコイルから成り、超電導体１の外周側に配置されている。補正コイル４においては、電流はコイル軸芯４０の回りを流れる。図１に示すように、補正コイル４は、真空断熱容器３の断熱室３０の内部に配置されている。この結果、補正コイル４は、冷却装置２により冷却されるように配置されている。補正コイル４は、超電導体１を着磁する際の磁場分布補正に用いる。超電導体１は、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上）で表される組成を有する。具体的には、本実施形態によれば、超電導体１を構成する超電導バルクは、ＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ（ＲＥ１２３相）、ＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５（ＲＥ２１１相）、Ｐｔ、Ａｇ_２Ｏの各原料粉末を所定の比率に配合し、溶融法により形成されている。超電導バルクは、超電導となる母相に絶縁相が微細に分散した組織を形成することができる。この場合、微細に分散した絶縁相が磁場のピン止め点として働くため、捕捉磁場が大きい超電導体１が得られる。

更に説明を加える。図１に示すように、筒状の超電導バルクで形成された超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向の印加磁場分布を補正する補正コイル４が設けられている。補正コイル４は、冷却装置２のコールドヘッド２２に超電導体１を固定するための筒形状の試料ホルダ５（材質：アルミニウム合金）に保持されている。ここで、補正コイル４は超電導体１と一緒に冷却装置のコールドベッド２２で冷却される。このため補正コイル４の電気抵抗が小さくなり、少ない電力で磁場の乱れを補正することができる。補正コイル４は超電導線材で作製しても良いし、超電導線材以外の導電材料で形成しても良い。補正コイル４が超電導線材で作製されている場合には、電気抵抗が実質的にゼロで補正コイル４での発熱が抑制されるので、超電導バルクで形成された超電導体１への熱的影響が抑制される。即ち、補正コイル４が超電導材料で形成されている超電導補正コイルである場合には、超電導補正コイルの超電導遷移温度が超電導体１よりも高いことが好ましい。この場合、補正コイル４は超電導材料で形成されているため、補正コイル４は、着磁される超電導体１より高い超電導遷移温度を持つ。このため電気抵抗が少ない状態で（実質的にゼロで）補正コイル４に電流を流すことができ、超電導体１の磁場が大きな乱れを発生しているときであっても、補正コイル４による磁場を大きくでき、超電導体１の磁場を良好に補正できる。また、補正コイル４のジュール発熱が実質的になくなるので、着磁される超電導体１への熱的影響がなく安定に冷却できる利点が得られる。

本実施形態によれば、コールドヘッド２２、超電導体１、試料ホルダ５、補正コイル４は、内部を真空にした断熱室３０を形成する真空断熱容器３内に収納されている。真空断熱容器３および試料ホルダ５は、磁場分布に乱れを起こさないようアルミニウム合金（非磁性材料）製となっている。アルミニウム合金に代えて、オーステナイト系のステンレス鋼、セラミックスで形成しても良い。断熱室３０を形成する真空断熱容器３の上部には、先の塞がった底部３６を有する有底状のパイプ３５が筒内空間１０内において同軸的に取り付けられている。これにより筒状の超電導体１の内周側には、大気に連通して大気圧に維持される空間１０ｃが形成されている。例えば、本装置をＮＭＲ装置のマグネット６として使用する際には、この筒内空間１０内の空間１０ｃ内に被測定物を配置することにより、ＮＭＲ分析を行うことができる。

本実施形態によれば、補正コイル４は真空断熱容器３の内部に配置されているため、補正コイル４を超電導体１の近傍に巻いて配置することができ、曲率半径のよりも小さな磁場分布の歪みを補正することができる。また、真空断熱容器３の外壁面には補正コイル４による突起が生じないので、超電導体１の着磁を行う際に用いる超電導マグネット等の着磁用のマグネットの内径を小さくできる利点が得られる。また、補正コイル４は、冷却装置２により冷却されるように配置されている。このため、補正コイル４は冷却装置２で冷却されるので、補正コイル４の電気抵抗が低下する。よって、少ない電力で超電導体１の磁場の乱れを補正できる。また、補正コイル４は冷却装置２で効果的に冷却されるため、補正コイル４の発熱が少なくなる。

本実施形態によれば、補正コイル４は、外部磁場印加装置により超電導体１を着磁する際の磁場分布補正に用いられる。補正コイル４は外部磁場印加装置により超電導体１を着磁する際の磁場分布補正に用いるので、印加磁場の乱れを補正することができる。故に、できるだけ均一な磁場を広範囲に発生させることができる超電導磁場発生装置が得られる。

本実施形態によれば、磁場補正工程は、超電導体１の超電導遷移温度と、超電導遷移温よりも＋１０℃との間の温度領域において行われる。この場合、超電導体１の超電導遷移温度をＴｃとすると、磁場補正工程は、Ｔｃ〜（Ｔｃ＋１０℃）との間で実施される。上記した温度領域における着磁の際には、基本的に超電導遷移温度で印加されている磁場の分布が超電導体１に捕捉される。一般に超電導体１の磁化は温度に依存しており、温度により変わる。その結果、超電導体１自身の磁化による磁場分布の乱れも温度に依存し、温度より変化する。この点について、（Ｂ）磁場補正工程を、超電導遷移温度と超電導遷移温度よりも＋１０℃との間の温度領域で行うので、より正確な磁場の補正が可能となる。

＜実施形態２＞
図２は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を奏する。以下、異なる部分を中心として説明する。冷却装置２は２段の冷凍機とされている。第２コールドヘッド２２ｓの極低温の冷却温度は、１段目の第１コールドヘッド２２ｆの極低温の冷却温度よりも低い。この場合、図２に示すように、第１コールドヘッド２２ｆと補正コイル４との間には輻射シールド２４（伝熱部材）が配置されている。第１コールドヘッド２２ｆは補正コイル４に筒形状の輻射シールド２４を介して熱的に接触しており、補正コイル４を冷却する。輻射シールド２４の基端２４ａは第１コールドヘッド２２ｆに熱的に接触している。輻射シールド２４の先端２４ｃは真空断熱容器３の先端壁３ａに対面しつつ接近している。輻射シールド２４は超電導体１および試料ホルダ５の外周側に、補正コイル４の内周側に配置されている。補正コイル４は輻射シールド２４により保持されても良いし、他の部材で保持されても良い。

２段目の第２コールドヘッド２２ｓで超電導体１を冷却する。実施形態１との違いは、補正コイル４は輻射シールド２４（材質：銅合金等の非磁性および熱伝導性を有する材料）に熱的に接触しており、輻射シールド２４で低温に冷却されている。故に補正コイル４の冷却を超電導体１の冷却と分離している。これにより補正コイル４が通電されるときに、補正コイル４がジュール発熱するときであっても、補正コイル４による超電導体１の温度上昇を抑制することができる利点が得られる。また、１段目の第１コールドヘッド２２fに筒形状の輻射シールド２４を超電導体１に対してほぼ同軸的に取り付けることができるので、超電導体１全体を均一により低温に冷却することができる。

＜実施形態３＞
図３および図４は実施形態３を示す。本実施形態は上記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を奏する。以下、異なる部分を中心として説明する。超電導体１として、溶融法で合成したＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルク（４０Ｋでの臨界電流密度Jc=６×１０^８Ａ/m^２、１００Ｋでの比透磁率μr=１.０１）を用いる。以下、臨界電流密度は４０Ｋを基準とする。比透磁率μrは１００Ｋを基準とする。

図３は超電導磁場発生装置の発生磁場分布を示す。図３に示すように、超電導体１の外径Ｄｏ６０mm、内径Ｄｉ１６mm、高さ（超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向の寸法）Ｈ６０mmである。補正コイル４については、外径Ｅｏ８０mm、内径Ｅｉ７６mm、長さＬ２６mmである。図３において、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向をｚ方向として示す。超電導体１の半径方向（軸直角方向）をｒ方向として示す。ここで、筒内空間１０においてｚ方向における所定位置（超電導体１の軸長方向の中心）を、ｚ方向の０点とする。筒内空間１０において仮想中心軸１１上の点をｒ方向における０点とする。

図４は、外部磁場印加装置および補正コイル４（Ｌ＝２６ミリメートル）を用いて超電導体１を着磁する形態を示す。図４に示すように、１ｐｐｍ以下のできるだけ均一な磁場を発生する市販のＮＭＲ用超電導マグネット６を着磁用のマグネット（外部磁場印加装置）として用いて行なう。超電導マグネット６は、断熱室３０ａをもつ真空断熱容器３ａに収容されており、超電導磁場発生装置の超電導体１を外周側から同軸的に包囲している。着磁の手順は以下のとおり（表１，表２参照）。表１は、補正コイルで補正する場合を示す。表１は、補正コイルで補正しない場合を示す。

（Ａ）磁場印加工程……表１に示すように、超電導体１の温度Ｔを超電導遷移温度Ｔｃを超える温度にする（Ｔ＞Ｔｃ）。この状態で、（１）超電導マグネット６（図４参照）に図示する方向に電流を流す。これにより所定の磁場（５Ｔ）を、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向の上向きに印加する。この際、超電導マグネット６の磁場は１ｐｐｍ以下の均一性がある。但し、超電導体１自身の磁化の影響を受け、実際の印加磁場は乱れた分布となる。

（Ｂ）磁場補正工程……表１に示すように、（１）超電導マグネット６の磁場を印加したまま、（２）補正コイル４に超電導マグネット６とは逆向き（仮想中心軸１１が延びる方向の下向き）の磁場を発生させるように、補正コイル４に電流を流す。これにより印加磁場の分布を所定の形状になるように補正する（Ｔ＞Ｔｃ）。なお、磁場印加工程（Ａ）と磁場補正工程（Ｂ）とは時間をおいて実施されているが、これに限らず、時間的に全く同時に、あるいは、時間的に重複させて実施してもよい。

（Ｃ）冷却工程……表１に示すように、（１）超電導マグネット６による磁場と（２）補正コイル４による磁場との双方を印加したまま、超電導体１の温度ＴをＴｃ未満に冷却する（Ｔ＜Ｔｃ）。

（Ｄ）磁場停止工程……表１に示すように、超電導体１の温度Ｔを臨界温度Ｔｃ未満に保持した状態（Ｔ＜Ｔｃ）で、（１）超電導マグネット６による磁場と（２）補正コイル４による磁場との双方をゼロにする。この際、図３に示すように、補正された印加磁場分布を維持するように、円筒形状をなす超電導体１の内部に超電導電流が誘起される。その結果、超電導体１の筒内空間１０内に均一磁場空間が形成される。なお、超電導体１の温度ＴがＴｃ未満（Ｔ＜Ｔｃ）であれば、冷却工程の途中で磁場を停止してもよい。また、磁場を停止した後、超電導体１を更に冷却してもよい。

本実施形態によれば、上記した（Ａ）磁場印加工程では超電導マグネット６により５Ｔの磁場を超電導体１に印加し、（Ｂ）磁場補正工程では、補正コイル４に流すコイル電流の電流密度を１６Ａ／ｍｍ^２としている。これにより補正コイル４による磁場を、超電導マグネット６による磁場の向きと反対向きとなるように印加している（図４参照）。なお、超電導マグネット６による磁場、コイル電流の電流密度は、これらに限定されるものではない。

上記した磁場補正工程はシミュレーション解析処理により行った。シミュレーション解析処理については、磁場解析ソフトによりおこなった。表１において、シミュレーション解析は、（Ａ）磁場印加工程〜（Ｄ）磁場停止工程まで実施した。

図５は、超電導体１の筒内空間１０における印加磁場と捕捉磁場との分布（Ｚ方向の磁場分布）を示す。図５において、横軸はｚ方向における距離を示し、縦軸はΔＢｚ／Ｂｏ（ｐｐｍ）を示す。Ｂｏはｚ＝０ミリメートル（０点）における磁束密度を示す。ΔＢｚは仮想中心軸上の距離ｚにおける磁束密度Ｂ（ｚ）とＢｏとの差、つまり、Ｂ（ｚ）−Ｂｏ示す。

ここで、 図５において、『Ｈ６０Ｇｄｔ０』において、『Ｈ６０』は超電導体１の仮想中心軸１１に沿った方向の高さ（軸長寸法）が６０ミリメートルであることを示す。『Ｇｄ』はＧｄ系の超電導バルクを超電導体１として使用していることを示す。『ｔ０』は超電導マグネット６で磁場を印加している状態であることを示す。また、『Ｈ６０Ｇｄ−１６Ａ/mm^２』において、『Ｈ６０』は超電導体１の軸長が６０ミリメートルであることを示す。『１６Ａ/mm^２』は、補正時において補正コイル４に電流を通電しており、通電している電流の電流密度が１６Ａ/mm^２であることを示す。

図６は、超電導体１の筒内空間１０における印加磁場と捕捉磁場との分布（ｒ方向における磁場分布）示す。図６において、横軸はｒ方向における距離を示し、縦軸はΔＢｚ／Ｂｏ（ｐｐｍ）を示す。ここで、図５および表１において、超電導マグネット６により磁場を超電導体１に印加するものの、磁場を補正コイル４で補正しないときの印加磁場分布を○（白丸，特性線Ａ１）として示す。そのまま補正コイル４で補正しないで、磁場停止工程後の発生磁場分布（捕捉磁場分布）を▲（黒印三角，特性線Ａ２）として示す。超電導マグネット６により磁場を超電導体１に印加するものの、補正コイル４に通電して印加磁場補正を行ったときの印加磁場分布を◇（白菱形，特性線Ａ３）として示す。磁場停止工程後における発生磁場分布（捕捉磁場分布）を■（黒印四角，特性線Ａ４）として示す。

図５に示す特性線Ａ２によれば、補正コイル４による補正前では、ｚ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で０．７５ミリメートルである。従ってｚ方向における両側を考慮すると、０．７５ミリメートル×２＝１．５ミリメートルであり、狭い範囲である。これに対して、図５に示す特性線Ａ４によれば、補正コイル４による補正後では、ｚ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で７．５ミリメートルである。従ってｚ方向における両側を考慮すると、７．５ミリメートル×２＝１５ミリメートルであり、広い範囲である。

図６に示す特性線Ａ２によれば、補正コイル４による補正前では、ｒ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で１ミリメートルである。従ってｒ方向における両側を考慮すると、１ミリメートル×２＝２ミリメートルであり、狭い範囲である。これに対して、図６に示す特性線Ａ４によれば、補正コイル４による補正後では、ｒ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で５ミリメートルである。従ってｒ方向における両側を考慮すると、５ミリメートル×２＝１０ミリメートルであり、広い範囲である。

上記した図５および図６に示すように、補正コイル４による磁場の補正がない場合（補正前）には、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、ほぼφ２ｍｍ×ＬＡ１．５ｍｍであり、狭い範囲である。これに対して、印加磁場補正をすることにより、均一磁場空間は、φ１０ｍｍ×ＬＡ１５ｍｍとなり、広い範囲となり、超電導体１は均一磁場を広範囲に発生することができることがわかる。

本実施形態によれば、図３に示すように、補正コイル４による磁場の向きを超電導マグネット６の磁場と逆向きにしている。但し、補正コイル４に流す電流の向きは、これに限定されるものではなく、必要に応じて両者を同じ向きにしてもよい。なお、上記した超電導体１を形成するＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルクとしては、例えば、Ｇｄ１２３：Ｇｄ２１１＝３：１（モル比）に対して、０．５mass％Ｐｔ、１０mass％Ａｇ_２Ｏを添加することで形成できる。但し、超電導バルクの組成はこれに限定されるものではない。

＜実施形態４＞
図７〜図９は実施形態４を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。実施形態１を示す装置を用いた。この場合、Ｇｄ系の超電導体１の替わりに、Ｇｄ系よりも磁化が小さいＥｕ系のバルク超電導体１（Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系のバルク超電導体１（Jc=６×１０^８Ａ/m^２、μr=１.００１）を超電導体１として用いる。超電導体１の寸法は、外径Ｄｏ６０mm、内径Ｄｉ１６mm、高さＨ６０mmとした。超電導マグネット６による印加磁場は５Ｔで、実施形態３と同じである。本実施形態においては、シミュレーション解析によれば、磁場補正工程では、補正コイル４（Ｌ＝２６ミリメートル，Ｌ＜Ｈ）に流すコイル電流の電流密度を２Ａ／ｍｍ^２としている。補正コイル４による磁場は、超電導マグネット６による磁場の向きと反対向きとなるように印加している（図７参照）。

図８および図９はシミュレーション解析による補正結果を示す。特性線Ａ１（○）、特性線Ａ２（▲），特性線Ａ３（◇），特性線Ａ４（■）は前述同様である。この場合、前述したように、補正時において補正コイル４の電流の電流密度を２Ａ／ｍｍ^２とした。そして、超電導マグネット６により印加される磁場と逆向きの磁場を補正コイル４により超電導体１に印加させる。

図８に示す特性線Ａ２によれば、補正コイル４による補正前では、ｚ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で２ミリメートルである。従ってｚ方向における両側を考慮すると、２ミリメートル×２＝４ミリメートルである。これに対して、図８に示す特性線Ａ４によれば、補正コイル４による補正後では、ｚ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で６ミリメートルである。従ってｚ方向における両側を考慮すると、６ミリメートル×２＝１２ミリメートルであり、広い範囲である。

図９に示す特性線Ａ２によれば、補正コイル４による補正前では、ｒ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で３ミリメートルである。従ってｒ方向における両側を考慮すると、３ミリメートル×２＝６ミリメートルである。これに対して、図９に示す特性線Ａ４によれば、補正コイル４による補正後では、ｒ方向において、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、０点から片側で７ミリメートルである。従ってｒ方向における両側を考慮すると、７ミリメートル×２＝１４ミリメートルとなる。

これにより、１ｐｐｍ以下の均一磁場空間については、補正コイル４による補正なしの場合には、φ６ｍｍ×ＬＡ４ｍｍであった。これに対して補正コイル４に通電して補正した場合には、φ１４ｍｍ×ＬＡ１２ｍｍに拡大できることがわかる。なお、上記した超電導体１を形成するＥｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルクとしては、例えば、Ｅｕ１２３：Ｅｕ２１１＝１００：３５（モル比）に対して、０．５mass％Ｐｔ、２０mass％Ａｇ_２Ｏを添加することで形成できる。但し、超電導バルクの組成はこれに限定されるものではない。

＜実施形態５＞
図１０〜図１２は実施形態５を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。この場合、超電導体１は、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向における両方の端を形成する筒形状（円筒形状）の端部１２１（第１部位）と、端部１２１（第１部位）の磁化率と異なる磁化率をもつ筒形状（円筒形状）の中央部１２０（第２部位）とを積層方向（仮想中心軸１１が延びる方向）において積層して形成されている。ここで、超電導体１の端部１２１（第１部位）の磁化率は、中央部１２０（第２部位）の磁化率よりも小さく設定されている。

また、臨界電流密度Ｊｃに着目すると、超電導体１は、超電導体１の積層方向において臨界電流密度Ｊｃの異なる部分からなり、超電導体１のうちの仮想中心軸１１が沿った方向における両方の端部１２１と、端部１２１で挟持された中央部１２０とを備えている。端部１２１の電流密度Ｊｃは、中央部１２０の臨界電流密度Ｊｃよりも大きく設定されている。

換言すると、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導体１で形成された中央部１２０を、Ｓｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導体１で形成された２つの端部１２１で、軸長方向において図略の保持具により圧着しつつ挟み込んでいる。これにより図１０に示す超電導積層体が形成されている。超電導積層体の外径Ｄｏ、内径Ｄｉはいずれも６０ｍｍ、１６ｍｍである。Ｇｄ系の中央部１２０の高さＨ１は４０ｍｍであり、Ｓｍ系の端部の高さＨ２は１０ｍｍである。

１００Ｋでの比透磁率μｒについて、Ｇｄ系の超電導バルクで形成されている中央部１２０では１．０１であり、Ｓｍ系の超電導バルクで形成されている端部１２１では１．０００３５である。故に、積層方向の両端に配置されている端部の比透磁率μｒは、積層方向における中央に配置されている中央部の比透磁率μｒよりも小さく設定されている。４０Ｋでの臨界電流密度Ｊｃについては、Ｇｄ系の超電導体１で形成されている中央部は６×１０^８Ａ／ｍ^２であり、Ｓｍ系の超電導体１で形成されている端部１２１は１×１０^９Ａ／ｍ^２である。従って、超電導体１のうち積層方向において、両端の端部１２１のＪｃは、中央部１２０のＪｃよりも大きく設定されている。この場合、均一な磁場を広範囲に時間的に安定して発生させるのに有利となる。

図１１および図１２はシミュレーション解析結果を示す。図１１は、超電導体１の筒内空間１０における印加磁場と捕捉磁場との分布（Ｚ方向の分布）を示す。図１２は、超電導体１の筒内空間１０における印加磁場と捕捉磁場との分布（ｒ方向における分布）示す。この場合、補正特における補正コイル４の電流の電流密度を２Ａ／ｍｍ^２としている。ここで、印加磁場を補正コイル４で補正しないときの印加磁場分布を○（特性線Ａ１）として示す。発生磁場分布（捕捉磁場分布）を▲（特性線Ａ２）として示す。補正コイル４に通電して印加磁場補正を行ったときの印加磁場分布を◇（特性線Ａ３）として示す。磁場停止工程後における発生磁場分布（捕捉磁場分布）を■（特性線Ａ４）として示す。

図１１および図１２に示すように、補正コイル４による印加磁場補正がない場合には、１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間は、ほぼφ３ｍｍ×ＬＡ３ｍｍであった。これに対して、補正コイル４で磁場補正することにより、均一磁場空間は、φ５ｍｍ×ＬＡ７ｍｍとなり、均一磁場を広範囲に発生することができた。

なお本実施形態によれば、補正コイル４による磁場の向きを超電導マグネット６の磁場と逆向きにしている。但し、補正コイル４に流す電流の向きは、これに限定されるものではなく、必要に応じて両者を同じ向きにしてもよい。なお、上記した超電導体１を形成するＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルクとしては、例えば、Ｓｍ１２３：Ｓｍ２１１＝３：１（モル比）に対して、０．５mass％Ｐｔ、２０mass％Ａｇ_２Ｏを添加することで形成できる。但し、超電導バルクの組成はこれに限定されるものではない。

＜実施形態６＞
図１３〜図１５は実施形態６を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。本実施形態では、超電導体１として、Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の筒形状の中央部１２０を、Ｓｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の筒形状の端部１２１で積層方向（超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向）において挟み込んだ超電導積層体を用いる。換言すると、図１３に示すように、超電導体１は、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向における両方の端を形成する円筒形状の端部１２１（第１部位）と、端部１２１（第１部位）の磁化率と異なる磁化率をもつ円筒形状の中央部１２０（第２部位）とを積層して形成されている。超電導体１の端部１２１（第１部位）の磁化率は、中央部１２０（第２部位）の磁化率よりも小さく設定されている。

また、臨界電流密度Ｊｃに着目すると、図１３に示すように、超電導体１は臨界電流密度の異なる部分を積層して形成されており、超電導体１のうちの仮想中心軸１１が沿った方向における２つの端部１２１と、２つの端部で挟持された中央部１２０とを備えている。ここで、端部１２１の臨界電流密度Ｊｃは、中央部１２０の臨界電流密度Ｊｃよりも大きく設定されている。

換言すると、超電導体１として、Ｅｕ系の超電導バルクで形成された中央部１２０を、Ｓｍ系の超電導バルクで形成された２つの端部１２１で、軸長方向（積層方向）において挟み込むことにより、超電導積層体Ｂが形成されている。この場合、均一な磁場を広範囲に時間的に安定して発生させるのに有利となる。

超電導積層体の外径Ｄｏ、内径Ｄｉはいずれも６０ｍｍ、１６ｍｍである。Ｅｕ系の中央部１２０の高さＨ１は４０ｍｍ、Ｓｍ系の端部１２１の高さＨ２は１５ｍｍである。電流密度Ｊｃについては、Ｅｕ系の中央部１２０では６×１０^８Ａ／ｍ^２、Ｓｍ系の端部１２１では１×１０^９Ａ／ｍ^２であり、両端の端部１２１の電流密度Ｊｃは中央部１２０の電流密度Ｊｃよりも大きい。

比透磁率μｒについては、Ｅｕ系の端部１２１では１．００１であり、Ｓｍ系の端部１２１では１．０００３５で、両端の端部１２１の比透磁率μｒが中央部１２０のμｒよりも小さい。図１４および図１５はシミュレーション解析結果を示す。本実施形態によれば、補正コイル４の電流の電流密度を０．４Ａ／ｍｍ^２とする。これにより１ｐｐｍ以下の磁場均一磁場空間を、補正なしのφ９ｍｍ×ＬＡ８ｍｍから、φ１３ｍｍ×ＬＡ１５ｍｍに拡大できることがわかる。

＜実施形態７＞
図１６は実施形態７を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。図３に示す実施形態３で用いたＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導バルクで形成された超電導体１（外径Ｄｏ６０mm、内径Ｄｉ１６mm、高さＨ６０mm、比透磁率μr＝１．０１）について、実施形態１の装置構成を用いて補正コイル４（外径８０mm、内径７６mm）の長さＬを変えて印加磁場の補正を行った（図１７参照）。このときにおける印加磁場分布（図１７）と補正コイル４の単位時間あたりの発熱量（図１８）をシミュレーション解析により調べた。

図１７において、『Ｌ１０』は補正コイル４の長さが１０ミリメールの場合、即ち、超電導体１の軸長さ（高さ）よりも短い場合を示す。『Ｌ６０』は補正コイル４の長さが６０ミリメールの場合、即ち、超電導体１の軸長（高さ）と等しい場合を示す。『Ｌ１４０』は補正コイル４の長さが１４０ミリメールの場合、即ち、超電導体１の軸長よりも長い場合を示す。

図１７において『Ｈ６０Ｇｄｔ０』は、高さ６０ミリメートルのＧｄ系の超電導バルクで形成されている超電導体１を用いていることを示す。『ｔｏは、超電導マグネットで磁場を印加している状態であることを示す』 『Ｌ１０Ｊ２０．５』は、補正コイル４の長さＬが１０ミリメートルであり、補正コイル４の電流密度Ｊが２０．５Ａ/mm２であることを示す。

図１７に示すように、L１０mm：２０.５Ａ/mm^２、L２０mm：１１.５Ａ/mm^２、L３０mm：９.２２Ａ/mm^２、L４０mm：８.８Ａ/mm^２、L５０mm：９.３Ａ/mm^２、L６０mm：１０.５５Ａ/mm^２、L７０mm：１２.５Ａ/mm^２、L８０mm：１５.１Ａ/mm^２、L９０mm：１８.５Ａ/mm^２、L１００mm：２２.８Ａ/mm^２、L１１０mm：２８.３Ａ/mm^２、L１２０mm：３５.１Ａ/mm^２、L１３０mm：４３.２Ａ/mm^２、L１４０mm：５３Ａ/mm^２について、調べた。その結果を図１７に示す。図１７に示すように、●として示すように、補正コイル４による補正がなされていないとき、１ｐｐｍ以下の磁場均一領域は狭い範囲である。これに対して、補正コイル４による補正がなされたときには、補正コイル４の長さがＬ１０（１０ミリメートル）〜Ｌ６０（６０ミリメートル）の範囲のとき、１ｐｐｍ以下の磁場均一領域を広くすることができることがわかる。

即ち、図１７に示すように、補正コイル４の長さＬが６０ミリメートル以下である場合には、補正コイル４の長さＬが短いほど、補正後の印加磁場の１ｐｐｍの領域はｚ方向において広くなることがわかる。また、補正コイル４の長さＬが超電導バルクの高さ６０ｍｍよりも長くなると、ｚ方向において、１ｐｐｍの均一磁場空間の領域を増大させる効果は緩和されるものの、補正コイル４の単位時間あたりの発熱量が指数関数的に増加する（図１８参照）。

なお、図１８に示す特性線Ｗ１によれば、補正コイル４の単位時間あたりの発熱量は、超電導体１の高さＨが６０ミリメートルのとき、Ｌ２０〜４０ミリメートルで最小域を形成し、殊にＬ３０ｍｍ付近で最小を示す。上記した結果から、超電導体１においては、補正コイル４の長さＬは超電導バルクで形成されている超電導体１の高さＨよりも短い方が、発熱量が少なくなる。したがって、冷却装置に対する熱負荷が小さくなり、印加磁場分布をより広い領域で均一に補正できることがわかる。換言すると、超電導体１の高さＨを１００と相対表示するとき、補正コイル４の長さＬは、３３〜６６程度、あるいは、４０〜５０程度にできる。但し、必要に応じて相対表示で１０〜９０，２０〜８０としても良い。

＜実施形態８＞
図１９および図２０は実施形態８を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。実施形態７と同様にして、Ｇｄ系の超電導バルクよりも磁化率（透磁率）が小さい性質を有するＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルクで形成されている超電導体１（外径Ｄｏ６０mm、内径Ｄｉ１６mm、高さＨ８０mm、比透磁率μr＝１．０００３５）を用いたときにおける補正コイル４の長さＬと、印加磁場分布と補正コイル４の単位時間あたりの発熱量（図２０参照）との関係をシミュレーション解析により調べた。

この場合、L１０mm：０.５２Ａ/mm^２、L２０mm：０.２８５Ａ/mm^２、L３０mm：０.２２５Ａ/mm^２、L４０mm：０.２１Ａ/mm^２、L５０mm：０.２２Ａ/mm^２、L６０mm：０.２４Ａ/mm^２、L７０mm：０.２７Ａ/mm^２、L８０mm：０.３３Ａ/mm^２、L９０mm：０.４Ａ/mm^２、L１００mm：０.４９Ａ/mm^２、L１１０mm：０.６１Ａ/mm^２、L１２０mm：０.７６Ａ/mm^２、L１３０mm：０.９４Ａ/mm^２、L１４０mm：１.１５Ａ/mm^２について調べた。この場合においても、補正により磁場均一領域が広くなる。

また、補正コイル４の単位時間あたりの発熱量は指数関数的に増加する（図２０）。なお、超電導体１の高さＨが８０ミリメートルのとき、補正コイル４の単位時間あたりの発熱量は、Ｌ２０〜４０ミリメートルにおいて最小域を示す。殊に補正コイル４の長さＬが３０ｍｍで、発熱量は最小となる。換言すると、超電導体１の高さＨを１００と相対表示するとき、補正コイル４の長さＬは、２５〜５０程度、あるいは、３０〜４０程度にできる。但し、必要に応じて相対表示で１０〜９０，２０〜８０としても良い。以上により、磁化率の小さいＳｍ系の超電導バルクで形成されている超電導体１についても、補正コイル４の長さＬが超電導バルクの高さＨよりも短い方が冷却装置に対する熱負荷が小さくなり、印加磁場分布をより広い領域で均一に補正できることがわかる。

＜実施形態９＞
図２１及び図２２は実施形態９を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。本実施形態では、超電導体１として、Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の筒形状の中央部１２０を、Ｓｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の筒形状の端部１２１で積層方向（超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向）において挟み込んだ超電導積層体を超電導体１として用いる。換言すると、図２１に示すように、超電導体１は、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向における両方の端を形成する円筒形状の端部１２１（第１部位）と、端部１２１（第１部位）の磁化率と異なる磁化率をもつ円筒形状の中央部１２０（第２部位）とを積層して形成されている。超電導体１の端部１２１（第１部位）の磁化率は、中央部１２０（第２部位）の磁化率よりも小さく設定されている。この場合、後述するように均一な磁場を広範囲に時間的に安定して発生させる超電導磁場発生装置を提供するのに有利となる。ここで、端部１２１の臨界電流密度Ｊｃは中央部１２０の臨界電流密度Ｊｃよりも大きく設定されている。

ここで、Ｓｍ系の端部１２１（高さ１５mm）と、Ｅｕ系の中央部１２０と（高さ４０mm）と、Ｓｍ系の端部１２０（高さ１５mm）とを積層方向において積層させた超電導積層体（外径６０mm、内径１６mm、全高７０mm）を用い、補正コイル４の長さＬを変化させたとき、印加磁場分布と補正コイル４の単位時間あたりの発熱量とをシミュレーション解析により調べた。この場合においても、磁場均一領域を広くできる。超電導体１の高さＨが７０ミリメートルのとき、補正コイル４の単位時間あたりの発熱量については、補正コイル４の長さＬ２０〜４０ミリメートルで最小領域が得られた。特に、Ｌ３０ミリメートルで発熱量が最小となり、補正コイル４の長さＬが超電導バルクの高さ７０ｍｍより長くなると、発熱量が指数関数的に増加することがわかる（図２２）。上記したことからＳｍ／Ｅｕ／Ｓｍの積層バルクで形成された超電導体１においても、補正コイル４の長さＬが超電導体１の高さＨよりも短い方が、冷却装置２に対する熱負荷が小さくなり、より効率的に印加磁場分布を均一に補正できることがわかる。なお、超電導体１の高さＨを１００と相対表示するとき、中央部１２０は３０〜９０、４０〜８０にできる。各端部１２０は５〜３０にできる。

＜実施形態１０＞
図２３は実施形態１０を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。図２３に示すように、本実施形態では、超電導体１として、Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の筒形状の中央部１２０を、Ｓｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の筒形状の端部１２１で積層方向（超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向）において挟み込んだ超電導積層体を超電導体１として用いる。換言すると、図２３に示すように、超電導体１は、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向における両方の端を形成する円筒形状の端部１２１（第１部位）と、端部１２１（第１部位）の磁化率と異なる磁化率をもつ円筒形状の中央部１２０（第２部位）とを積層して形成されている。超電導体１の端部１２１（第１部位）の磁化率は、中央部１２０（第２部位）の磁化率よりも小さく設定されている。ここで、端部１２１の臨界電流密度Ｊｃは中央部１２０の臨界電流密度Ｊｃよりも大きく設定されている。この場合、後述するように均一な磁場を広範囲に時間的に安定して発生させる超電導磁場発生装置を提供するのに有利となる。

ここで本実施形態によれば、超電導体１の内径Ｄｉは、実施形態９の内径よりも大きく設定されている。Ｓｍ系の端部１２１（高さ２６mm）と、Ｅｕ系の中央部１２０（高さ４８mm）と、Ｓｍ系（高さ２６mm）の端部１２１とを積層方向に積層した積層バルクで形成した超電導体１（外径６０mm、内径２４mm、全高１００mm）とした。この場合、補正コイル４の単位時間あたりの発熱量（図２４）をシミュレーション解析により調べた。

図２４は、補正コイル４の長さＬを変化させたとき補正コイル４の発熱特性をシミュレーション解析した結果を示す。補正コイル４の単位時間あたりの発熱量については、Ｌ２０〜５０ミリメートル付近で最小域が得られた。殊に、補正コイル４の長さＬが３０ｍｍのとき、補正コイル４の発熱量は最小となり、補正コイル４の長さＬが超電導体１の高さＨ（１００ｍｍ）よりも長くなると、発熱量は指数関数的に増加するため、好ましくないことがわかる（図２４）。上記したことから、内径が大きいＳｍ／Ｅｕ／Ｓｍの積層バルクで形成されている超電導体１においても、補正コイル４の長さＬが超電導体１の高さＨよりも短い方が、冷却装置に対する熱負荷が小さく、より効率的に印加磁場分布を均一に補正できることがわかる。

＜実施形態１１＞
図２５は実施形態１１を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。実施形態１において、超電導体１の仮想中心軸（ｚ軸）方向において補正コイル４（第１補正コイル４１および第２補正コイル４２）を２個直列に、且つ、超電導体１の仮想中心軸１１に対してほぼ同軸的に配置した構造をもつ超電導磁場発生装置が用いられている。第１補正コイル４１および第２補正コイル４２は同じサイズ（外径Ｅｏ８０mm、内径Ｅｉ７６mm、長さＬＡ１０mm）とされている。第１補正コイル４１および第２補正コイル４２は、超電導バルクで形成されている超電導体１の高さ方向（軸長方向）において、超電導体１の中心点に対して上下対称の位置に配置されている。且つ、第１補正コイル４１および第２補正コイル４２は、電流の向きが互いに逆になるように、電源（図示せず）に接続されている。第１補正コイル４１および第２補正コイル４２同士の間隔（ｇａｐ）を、０，１０，２０，３０，４０，５０，６０ミリメートルにそれぞれ設定した。

補正コイル４に電流密度１Ａ／ｍｍ^２を流したときにおける補正コイル４の発生磁場分布（シミュレーション解析）を図２６に示す。特性線Ｃ１は、ｇａｐが０ミリメートルでＬが２０ミリメートルのときを示す。特性線Ｃ２は、ｇａｐが１０ミリメートルでＬが３０ミリメートルのときを示す。特性線Ｃ３は、ｇａｐが２０ミリメートルでＬが４０ミリメートルのときを示す。特性線Ｃ４は、ｇａｐが３０ミリメートルでＬが５０ミリメートルのときを示す。特性線Ｃ５は、ｇａｐが４０ミリメートルでＬが６０ミリメートルのときを示す。特性線Ｃ６は、ｇａｐが５０ミリメートルでＬが７０ミリメートルのときを示す。特性線Ｃ７は、ｇａｐが６０ミリメートルでＬが８０ミリメートルのときを示す。

第１補正コイル４１および第２補正コイル４２に通電することにより補正すれば、磁場均一領域を広くすることができる。２つの第１補正コイル４１および第２補正コイル４２の電流の向きを互いに逆にすることにより、超電導体１の仮想中心軸１１が延びる方向における印加磁場分布の直線的な傾きを補正することができる（１次の補正）。

第１補正コイル４１と第２補正コイル４２とのｇａｐの間隔が広くなるに従って、ｚ＝０近傍における磁場分布の勾配は、増加している。勾配が大きい方が良好である。従って特性線Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７は良好である。特性線Ｃ５に示すように、ｇａｐが４０ｍｍ（Ｌ６０ｍｍ）近傍で最大となった後に減少する。これより、同じ電流で磁場分布の１次の補正をするのに、第１補正コイル４および第２補正コイル４を合わせた両端の長さＬがコイル外径以下の範囲において最適なコイル間隔が存在することがわかる。

＜実施形態１２＞
図２７および図２８は実施形態１２を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。第１補正コイル４１および第２補正コイル４２の斜視図を図２８に示す。図２７および図２８に示すように、超電導体１の径方向であるｒ方向（ｘ方向）において第１補正コイル４１および第２補正コイル４２を並設して用いる場合の超電導磁場発生装置が用いられている。第１補正コイル４１および第２補正コイル４２の斜視図を図２８に示す。

図２８に示すように、第１補正コイル４１は、一方側（上側）のＣ形状をなす円弧部４１ａと、他方側（下側）のＣ形状をなす円弧部４１ｂと、円弧部４１ａ，４１ｂ同士を繋ぐように超電導体１の軸長方向に沿って延びる連接部４１ｃとをもつ。第２補正コイル４２は、第１補正コイル４１と対称形状をなしており、一方側（上側）のＣ形状をなす円弧部４２ａと、他方側（下側）のＣ形状をなす円弧部４２ｂと、円弧部４２ａ，４２ｂ同士を繋ぐように超電導体１の軸長方向に沿って延びる連接部４２ｃとをもつ。

この場合、第１補正コイル４１および第２補正コイル４２に逆向きに電流を流す。第１補正コイル４１および第２補正コイル４２に電流を逆向きに流す場合には、ｒ方向（ｘ方向）において図２６に類似した補正磁場が形成され、印加磁場分布の直線的な傾きを補正できる（１次の補正）。

＜実施形態１３＞
図２９および図３０は実施形態１３を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。図２９に示すように、超電導体１の径方向であるｒ方向（ｘ方向）において第１補正コイル４１および第２補正コイル４２を並設して用いる場合の超電導磁場発生装置が用いられている。第１補正コイル４１および第２補正コイル４２の斜視図を図３０に示す。この場合、第１補正コイル４１および第２補正コイル４２に同じ向きに電流を流す。図３０に示すように、第１補正コイル４１は、一方側（上側）のＣ形状をなす円弧部４１ａと、他方側（下側）のＣ形状をなす円弧部４１ｂと、円弧部４１ａ，４１ｂ同士を繋ぐように超電導体１の軸長方向に沿って延びる連接部４１ｃとをもつ。第２補正コイル４２は、第１補正コイル４１と対称形状をなしており、一方側（上側）のＣ形状をなす円弧部４２ａと、他方側（下側）のＣ形状をなす円弧部４２ｂと、円弧部４２ａ，４２ｂ同士を繋ぐように超電導体１の軸長方向に沿って延びる連接部４２ｃとをもつ。

第１補正コイル４１および第２補正コイル４２に電流を同じ向きに流す場合には、ｒ方向（ｘ方向）において、左右対称な印加磁場分布の補正（２次の補正）ができる。

なお、図３０に示すように、補正コイル４１，４２をｒ方向（ｘ方向）において並設したが、それに直角なｒ方向（ｙ方向）においても、図示しないものの、第３補正コイルおよび第４補正コイルを配置し、第１補正コイル４１、第２補正コイル４２、第３補正コイル、第４補正コイルにそれぞれに流す電流の向きや大きさを変えることにより、ｘ−ｙ平面内の印加磁場の歪みを補正できる。

＜実施形態１４＞
図３１は実施形態１４を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成、および作用効果を有する。本実施形態は、上記した超電導磁場発生装置を核磁気共鳴装置に組み込んだものである。

核磁気共鳴装置２００は、上記した超電導磁場発生装置を備える核磁気共鳴装置であり、小型で高性能な核磁気共鳴装置である。その好適な一実施の形態を図３０の構成図で示す。本実施形態の核磁気共鳴装置２００は、図３１に示すように、超電導磁場発生装置１００と分析手段３００とを備えている。超電導磁場発生装置１００の冷却装置２は圧縮機２２０に接続されており、真空断熱容器３は真空ポンプ２３０に連通している。破線で示すＭは印加時のみ使用する超電導マグネット（外部磁場印加装置）である。また、分析手段３００は、高周波発生装置３１０、パルスプログラマ（送信器）３２０、高周波増幅器３３０、プリアンプ（信号増幅器）３４０、位相検波器（受信器）３５０、アナログデジタル変換器３６０、コンピュータ３７０などからなる。

このような構成を有する核磁気共鳴装置２００は、補正可能な均一磁場を発生する超電導磁場発生装置１００を備えているので、コンパクトでありかつ高精度のＮＭＲ分析を行うことができる。

（そのほか）
本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。超電導体１は上記した組成に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択できる。積層構造の超電導体においても、端部１２１と中央部１２０の組成は上記したものに限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択できる。超電導磁場発生装置において用いられている非磁性材料は上記した材料に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択できる。

本発明の超電導磁場発生素子を有する超電導磁場発生装置は、強力な静磁場を均一な分布で発生させることができるので核磁気共鳴装置の磁場発生装置として好適である。また、このような超電導核磁気共鳴装置は、高感度で高分解能を備えかつコンパクトであるので、医療分野におけるＭＲＩ装置、あるいは工業用素材や農作物などの成分及び構造分析などに好適に用いることができる。

実施形態１に係り、超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係り、超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、補正コイルで補正しつつ超電導マグネットで超電導体に磁場を印加して着磁している状態を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、ｚ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態３に係り、ｒ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態４に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態４に係り、ｚ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態４に係り、ｒ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態５に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態５に係り、ｚ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態５に係り、ｒ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態６に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態６に係り、ｚ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態６に係り、ｒ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態７に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態７に係り、ｚ方向において１ｐｐｍ以下の磁場均一性が得られる均一磁場空間を示すグラフである。 実施形態７に係り、補正コイルの長さＬを変化させたときにおける発熱特性を示すグラフである。 実施形態８に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態８に係り、補正コイルの長さＬを変化させたときにおける発熱特性を示すグラフである。 実施形態９に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態９に係り、補正コイルの長さＬを変化させたときにおける発熱特性を示すグラフである。 実施形態１０に係り、超電導体および補正コイルを模式的に示す断面図である。 実施形態１０に係り、補正コイルの長さＬを変化させたときにおける発熱特性を示すグラフである。 実施形態１１に係り、超電導体および補正コイルを断熱容器内に備える超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１１に係り、第１補正コイルと第２補正コイルとの間隔を変化させたときにおける補正磁場との関係を示すグラフである。 実施形態１２に係り、超電導体および補正コイルを断熱容器内に備える超電導磁場発生装置の要部を模式的に示す断面図である。 実施形態１２に係り、超電導体に装備されている補正コイルを模式的に示す斜視図である。 実施形態１３に係り、超電導体および補正コイルを断熱容器内に備える超電導磁場発生装置の要部を模式的に示す断面図である。 実施形態１３に係り、超電導体に装備されている補正コイルを模式的に示す斜視図である。 実施形態１４に係り、超電導磁場発生装置を核磁気共鳴装置に組み込んだ状態を示す構成図である。

符号の説明

１００は超電導磁場発生装置、１は超電導体、１０は筒内空間、１１は仮想中心軸、１２１は端部、１２０は中央部、２は冷却装置、２２はコールドヘッド、３は真空断熱容器、３０は断熱室、４は補正コイル、６は超電マグネット（外部磁場印加装置）を示す。

Claims (16)

1. 超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発すると共に筒内空間を有する筒状の超電導体と、前記超電導体を冷却する冷却装置と、前記超電導体を収容する断熱容器と、前記超電導体の前記筒内空間の磁場分布を補正すると共に前記超電導体の仮想中心軸が延びる方向における長さが前記超電導体の長さ以下に設定されている補正コイルとを具備していることを特徴とする超電導磁場発生装置。
2. 請求項１において、前記補正コイルは前記超電導体の外側に配置されていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
3. 請求項１または２において、前記補正コイルは複数のコイルで形成されていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記補正コイルは、前記断熱容器の内部に配置されていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記補正コイルは、前記冷却装置により冷却されるように配置されていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記補正コイルは、超電導材料で形成されている超電導補正コイルであり、前記超電導補正コイルの超電導遷移温度が前記超電導体より高いことを特徴とする超電導磁場発生装置。
7. 請求項１〜６のうちのいずれか一項において、前記補正コイルは、外部磁場印加装置により前記超電導体を着磁する際の磁場分布補正に用いられることを特徴とする超電導磁場発生装置。
8. 請求項１〜７のうちのいずれか一項において、前記超電導体は、前記超電導体の前記仮想中心軸が延びる方向における少なくも１方の端を形成する第１部位と、前記第１部位の磁化率と異なる磁化率をもつ第２部位とを備えており、前記超電導体の前記第１部位の磁化率が、前記第２部位の磁化率よりも小さく設定されていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
9. 請求項１〜８のうちのいずれか一項において、前記超電導体は臨界電流密度の異なる部分からなり、前記超電導体のうちの前記仮想中心軸が沿った方向における少なくとも一方の端部の臨界電流密度が、前記超電導体の中央部の臨界電流密度よりも大きく設定されていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
10. 請求項１〜９のうちのいずれか一項において、前記超電導体は、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上）で表される組成を有することを特徴とする超電導磁場発生装置。
11. 超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発すると共に筒内空間を有する筒状の超電導体と、前記超電導体を冷却する冷却装置と、前記超電導体を収容する断熱容器とを具備する超電導磁場発生装置における前記超電導体を着磁する着磁方法において、
    （Ａ）外部磁場印加装置により、前記超電導体に前記超電導体の超電導遷移温度以上で磁場を印加する磁場印加工程と、
    （Ｂ）前記超電導体の近傍に設けられた外部の補正コイルにより、前記超電導体の前記筒内空間の磁場分布を補正する磁場補正工程と、
    （Ｃ）磁場を印加して補正した状態で、前記冷却装置により、前記超電導体を超電導遷移温度以下に冷却する冷却工程と、
    （Ｄ）前記外部磁場印加装置または前記補正コイルにより印加した磁場を解除する磁場停止工程とを含むことを特徴とする超電導磁場発生装置の着磁方法。
12. 超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより磁場を発すると共に筒内空間を有する筒状の超電導体と、前記超電導体を冷却する冷却装置と、前記超電導体を収容する断熱容器と、前記断熱容器内に配置され前記超電導体の筒内空間の磁場分布を補正する補正コイルとを具備する超電導磁場発生装置の着磁方法において、
    （Ａ）外部磁場印加装置により、前記超電導体に前記超電導体の超電導遷移温度以上で磁場を印加する磁場印加工程と、
    （Ｂ）前記補正コイルにより、前記超電導体の筒内空間の磁場分布を補正する磁場補正工程と、
    （Ｃ）磁場を印加して補正した状態で、前記冷却装置により、前記超電導体を超電導遷移温度以下に冷却する冷却工程と、
    （Ｄ）前記外部磁場印加装置または前記補正コイルにより印加した磁場を解除する磁場停止工程とを含むことを特徴とする超電導磁場発生装置の着磁方法。
13. 請求項１１または１２において、前記磁場補正工程を前記超電導体の超電導遷移温度と前記超電導遷移温度よりも＋１０℃との間の温度領域において行うことを特徴とする超電導磁場発生装置の着磁方法。
14. 請求項１１〜１３のうちのいずれか一項において、前記補正コイルは、前記超電導体よりも高い超電導遷移温度を有する超電導補正コイルであり、前記磁場補正工程を、前記超電導補正コイルの超電導遷移温度より低く前記超電導体の超電導遷移温度より高い温度で行うことを特徴とする超電導磁場発生装置の着磁方法。
15. 請求項１１〜１４のうちのいずれか一項において、前記磁場印加工程と前記磁場補正工程とを同時に行うことを特徴とする超電導磁場発生装置の着磁方法。
16. 請求項１〜１０のうちの一項に記載の前記超電導磁場発生装置をマグネットとして備えることを特徴とする核磁気共鳴装置。

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