JP2013232461A - 超電導磁石装置および磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導線を巻回した超電導コイルと、前記超電導コイルを少なくとも1つ冷媒とともに内包する冷媒容器1と、冷媒容器1を覆うシールド板2と、シールド板2を覆う真空容器5と、真空容器5の外部に配置された外部磁場発生源と、を備え、シールド板2は切り欠き部2aを有し、真空容器5に一端が固定され、切り欠き部2aを介して冷媒容器1とシールド板2とを支持する断熱支持構造物4と、切り欠き部2aの周縁部において切り欠き部2aを包囲するように設置され、シールド板2と電気的に接続され、電気抵抗値がシールド板2以下であって、真空容器5側に向けて突出している抵抗部材3と、を備える構成とした。
【選択図】図1
Description
従来、そのための対策として、冷媒容器を覆うようにシールド板を配置する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
撮像時には、傾斜磁場コイルに、パルス状またはステップ状の電流を流すことで動磁場が発生するが、この超電導磁石側に侵入しようとする動磁場が上記の外部変動磁場に相当する。
特許文献1では、この切り欠き部の存在については言及されていない。ここで、切り欠き部があると、シールド板に誘起される外部変動磁場による渦電流が、切り欠き部を迂回して流れることによって、渦電流が集中する箇所が生じることが考えられる。このように渦電流が集中すると発熱が生じ、その発熱の合計値が、冷凍機の冷却性能を超えてしまうと、超電導磁石を安定に運転することができなくなるおそれがある。
なお、上記の切り欠き部は1つの例であり、他にも製作性の観点からシールド板で冷媒容器を完全に覆いきれない領域が存在し、同様の課題が生じることも想定される。
図1に示すように、超電導磁石装置は、図示しない超電導コイルを液体ヘリウム等の冷媒とともに内包する冷媒容器1と、この冷媒容器1を覆うシールド板2と、を備え、冷媒容器1とシールド板2とが、断熱支持構造物4を介して真空容器5に支持されている。このように、断熱支持構造物4を介して冷媒容器1を真空容器5から支持することによって、冷媒容器1への熱侵入を防いでいる。なお、外部磁場発生源は、図示はしないが、真空容器5の外側に配置されているものとする。
シールド板2には、断熱支持構造物4を挿通させるための丸穴状の切り欠き部2aが形成されている。切り欠き部2aは断熱支持構造物4の外径に対応した内径(断熱支持構造物4の横断面形状と同様の開口)を有しており、切り欠き部2aの縁部には、電気抵抗率の低い抵抗部材3が一体的に立設されている。
なお、抵抗部材3は、シールド板2と電気抵抗値が同等か、それ以下の部材であればよく、したがって抵抗部材3とシールド板2の材質が同じであれば、抵抗部材3の肉厚は、シールド板2の肉厚に比べて分厚く形成してもよい。このように抵抗部材3を分厚く形成することによって、抵抗値を低くすることができる。このことは、後記するように、外部変動磁場印加時に誘起される渦電流の流量増加に寄与する場合があり、磁気シールド効果の高まりによって、冷媒容器1での渦電流による発熱を低減できると考えられる。
本実施形態では、抵抗部材3の高さ寸法を、抵抗部材3の幅L(外径)の2分の1となるL/2としてある。
抵抗部材3が設置されていない場合は、シールド板2に比べて断熱支持構造物4の電気抵抗が高いため、図5に示すように、断熱支持構造物4を迂回するように渦電流が流れてしまう。
これに対して、シールド板2に抵抗部材3が設置されていると、図3に示すように、シールド板2の表面だけではなく、抵抗部材3にも渦電流が流れることとなる。これにより、外部変動磁場印加時に誘起される渦電流量が増加する状態となる。この渦電流は、外部磁場と逆向きの磁場を発生するため、磁気シールド効果が向上される。
したがって、磁石を製作する上で必要な切り欠き部2aがシールド板2に設けられた構成であるにもかかわらず、外部変動磁場による渦電流発熱を好適に抑制することができる超電導磁石装置が得られる。
なお、ここで電気抵抗率の比較対象として挙げたステンレス鋼は一例であって、抵抗部材3は、シールド板2と同程度またはそれ以下の抵抗値を有しており、好適に渦電流を流すことができれば上記の効果を得ることができる。
なお、ここで熱伝導率の比較対象として挙げたステンレス鋼は一例であって、超電導磁石装置を稼動させる上で求められる熱伝導率の高さを抵抗部材3が有していればよい。
第2実施形態の超電導磁石装置について図6を参照して説明する。本実施形態が前記第1実施形態と異なるところは、切り欠き部2bが矩形状であり、これに挿通される断熱支持構造物4Aが四角柱状を呈し、さらに、断熱支持構造物4Aを覆う抵抗部材3Aが長四角筒状に形成されている点である。なお、その他の構成に変わりはない。
渦電流の流線の方向が図6中矢印X1方向である場合には、流線に沿う辺となる、抵抗部材3Aの短辺aを基準として短辺aの2分の1(a/2)に設定される。また、渦電流の流線の方向が図6中矢印X2方向である場合には、流線に沿う辺となる、抵抗部材3Aの長辺bを基準として長辺bの2分の1(b/2)に設定される。
すなわち、抵抗部材3Aの高さは、シールド板2に生じる渦電流の流線方向において切り欠き部2bの幅寸法の2分の1となる。
したがって、磁石を製作する上で必要な切り欠き部2bがシールド板2に設けられた構成であるにもかかわらず、外部変動磁場による渦電流発熱を好適に抑制することができる超電導磁石装置が得られる。
図7に本発明の第3実施形態である水平型の磁気共鳴イメージング装置の概略断面図を示す。
磁気共鳴イメージング装置は、核磁気共鳴現象を利用して被検体(不図示、以下同じ)の断層画像を得るものであり、図7に示すように、各種装置を収容するガントリ10を備える。磁気共鳴イメージング装置は、この他に、被検体を載置するベッドや、被検体を磁場空間内の撮像領域へ搬送する搬送手段、ガントリ10内の各種装置を制御する電源や各種制御装置を収納した制御装置、検出された核磁気共鳴信号を処理するコンピュータ等の処理装置、断層画像を表示する表示装置等(いずれも不図示)を含んで構成されている。
シールド板12には、断熱支持構造物4Bを挿通させるための、例えば丸穴状の切り欠き部12aが形成されている。切り欠き部12aは断熱支持構造物4Bの外径に対応した内径(断熱支持構造物4Bの横断面形状と同様の開口)を有しており、切り欠き部12aの縁部には、傾斜磁場コイル14側に向けて抵抗部材15が一体的に立設されている。
なお、抵抗部材15の肉厚は、シールド板12の肉厚に比べて分厚く形成してもよく、このように分厚く形成することによって、電気抵抗率を低くすることができる。このことは、傾斜磁場コイル14による外部磁場変動印加時に誘起される渦電流の流量増加に寄与する。
したがって、磁石を製作する上で必要な切り欠き部12aがシールド板12に設けられた構成であるにもかかわらず、外部変動磁場による渦電流発熱を好適に抑制することができる超電導磁石装置が得られる。
前記各実施形態では、円筒状の抵抗部材3,15や長四角筒状の抵抗部材3Aを示したが、これに限られることはなく、断熱支持構造物の横断面形状に応じて変更可能である。例えば、断熱支持構造物の横断面形状が三角柱状であるときには、三角筒状の抵抗部材とすることができ、断熱支持構造物の横断面形状が楕円柱状や多角柱状であるときには、三角筒状、多角筒状の抵抗部材とすることができる。
2,12 シールド板
2a,2b,12a 切り欠き部
3,3A,15 抵抗部材
4,4A,4B 断熱支持構造物
5,13 真空容器
10 ガントリ
11 冷媒容器
14 傾斜磁場コイル(外部磁場発生源)
Claims (6)
- 超電導線を巻回した超電導コイルと、前記超電導コイルを少なくとも1つ冷媒とともに内包する冷媒容器と、前記冷媒容器を覆うシールド板と、前記シールド板を覆う真空容器と、前記真空容器の外部に配置された外部磁場発生源と、を備えた超電導磁石装置において、
前記シールド板は切り欠き部を有し、
前記真空容器に一端が固定され、前記切り欠き部を介して前記冷媒容器と前記シールド板とを支持する断熱支持構造物と、
前記切り欠き部の周縁部において前記切り欠き部を包囲するように設置され、前記シールド板と電気的に接続され、電気抵抗値が前記シールド板以下であって、前記真空容器側に向けて突出している抵抗部材と、を備えることを特徴とする超電導磁石装置。 - 請求項1に記載の超電導磁石装置において、前記抵抗部材は、前記切り欠き部の周縁部から前記断熱支持構造物に沿って前記真空容器側に向けて突出するように設置されていることを特徴とする超電導磁石装置。
- 請求項1または請求項2に記載の超電導磁石装置において、
前記抵抗部材の突出高さ寸法は、前記シールド板に生じる渦電流の流線方向における前記切り欠き部の幅寸法の2分の1以下であることを特徴とする超電導磁石装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超電導磁石装置において、前記抵抗部材と前記シールド板とは同じ材料で構成されていて、前記抵抗部材の厚みは、前記シールド板よりも厚く、前記抵抗部材は、前記シールド板よりも電気抵抗値が低いことを特徴とする超電導磁石装置。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の超電導磁石装置において、前記シールド板および前記抵抗部材は、非磁性で、かつ、ステンレス鋼に比べて熱伝導率が高く、電気抵抗率が低い材料で構成されていることを特徴とする超電導磁石装置。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の超電導磁石装置を静磁場発生装置として用いた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記外部磁場発生源として機能し、撮像空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、
シールド板として機能する輻射シールドと、を備えてなることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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