JP2015043358A - Superconducting magnet device, magnetic resonance imaging device, and protection method of superconducting coil - Google Patents

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Yukihiro Murata
幸弘 村田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting magnet device which has a simple constitution and can quickly consume accumulated magnetic energy when quenching has occurred, and to provide a magnetic resonance imaging device and a protection method of a superconducting coil.SOLUTION: A superconducting magnet device 1 includes superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, and 4b; a cooling container for storing the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, and 4b together with a cooling medium and cooling the superconducting coils; a permanent current switch 6 which is connected to the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, and 4b in series for constituting a first closed circuit C1 and feeding a permanent current Ip; a diode D which is connected to the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, and 4b in series separately from the first closed circuit C1 for constituting a second closed circuit C21; a thermoelectric transducer 10 which is thermally connected to the diode D; and an electric heater 13 which is electrically connected to the thermoelectric transducer 10 and thermally connected to the superconducting coil 4a.

Description

本発明は、超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および超電導コイルの保護方法に関する。   The present invention relates to a superconducting magnet device, a magnetic resonance imaging apparatus, and a method for protecting a superconducting coil.

一般的に、磁場を利用する装置、例えば磁気共鳴画像装置（以下、ＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置とも称する。）は、発生磁場の強度が高いほど生体の大部分を構成する水素原子核の核磁気共鳴（ＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)）現象が組織によって異なることを利用して、生体組織を画像化するものである。このような装置においては、共鳴の強さや、共鳴の時間的変化の速さが画像のコントラストとして現われるようになっている。   In general, an apparatus using a magnetic field, for example, a magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter also referred to as an MRI (Magnetic Resonance Imaging) apparatus) has a higher magnetic field intensity, and the nuclear magnetic field of hydrogen nuclei constituting most of a living body. A biological tissue is imaged by utilizing the fact that a resonance (NMR (Nuclear Magnetic Resonance)) phenomenon varies depending on a tissue. In such an apparatus, the strength of resonance and the speed of temporal change of resonance appear as image contrast.

ＭＲＩ装置では、高画質の画像を得るために、撮像領域に磁場強度が高く時間的空間的に高い均一度を有する静磁場（均一磁場空間）を生成する必要がある。また、放射光施設で用いられる軌道を曲げるための偏向磁石においては、その磁場強度が高いほど曲げ角度が大きくなり、装置の小型化が可能となる。したがって、これらの装置は近年高磁場化する傾向にあり、しばしば超電導磁石装置が用いられる。   In an MRI apparatus, in order to obtain a high-quality image, it is necessary to generate a static magnetic field (uniform magnetic field space) having high magnetic field strength and high temporal and spatial uniformity in an imaging region. In addition, in a deflection magnet for bending a track used in a synchrotron radiation facility, the bending angle increases as the magnetic field strength increases, and the apparatus can be miniaturized. Therefore, these devices tend to have a high magnetic field in recent years, and superconducting magnet devices are often used.

超電導磁石装置では、それに用いられる超電導コイルの超電導線材の一部が超電導状態から常電導状態へと転移（常電導転移）して磁場が消滅するクエンチが、発生する場合がある。このクエンチ発生時には、常電導転移により電気抵抗が生じた超電導コイルは、コイル電流（永久電流）が流れてジュール発熱し、このコイル電流を迅速に減衰させ、超電導コイルに蓄積された磁気エネルギを迅速に消費する。この場合、コイル電流（永久電流）の減衰に時間がかかると、超電導コイルに不均一な電磁力が作用するおそれがある。   In the superconducting magnet device, a quench may occur in which a part of the superconducting wire of the superconducting coil used in the superconducting coil transitions from the superconducting state to the normal conducting state (normal conducting transition) and the magnetic field disappears. When this quench occurs, the superconducting coil that generates electrical resistance due to the normal conduction transition causes a coil current (permanent current) to flow and generates Joule heat. This coil current is quickly attenuated, and the magnetic energy stored in the superconducting coil is quickly absorbed. To consume. In this case, if it takes time to attenuate the coil current (permanent current), non-uniform electromagnetic force may act on the superconducting coil.

したがって、従来から、NbTiやNb3Snなどの金属製の超電導コイルについてのクエンチに対する保護対策が行われている。
例えば、（ａ）クエンチが発生した場合、他の超電導コイルにクエンチが伝搬して回路中の対地電圧を過度に上昇させないように、超電導コイル群を複数の小さな閉回路に分割し、且つ各閉回路に直列に定電圧ダイオードを挿入して電圧上昇を抑制する方法がある。
また、（ｂ）クエンチ発生時に、超電導コイルのクエンチが発生していない箇所にもクエンチを発生させて、ある特定の超電導コイルへの電力流入の集中を防止し、蓄積された磁気エネルギを他の超電導コイルでも迅速に消費するための保護回路を設ける方法がある。（ｂ）の方法のうちで従来からよく用いられる方法の一つに、超電導コイルと電熱ヒータが並列に接続され、超電導コイルにクエンチが検出されたとき、超電導コイルを流れる電流が電熱ヒータへ転流し、その入熱によって他のコイル群に連鎖的にクエンチを誘発させることでエネルギ消費を分散させて超電導コイルを保護する方法がある。 Therefore, conventionally, protective measures against quenching have been performed for superconducting coils made of metal such as NbTi and Nb 3 Sn.
For example, (a) when a quench occurs, the superconducting coil group is divided into a plurality of small closed circuits so that the quench is not propagated to other superconducting coils and the ground voltage in the circuit is excessively increased. There is a method of suppressing voltage rise by inserting a constant voltage diode in series with the circuit.
In addition, (b) when quenching occurs, quenching is also generated in a portion where the quenching of the superconducting coil has not occurred, so that concentration of power inflow to a specific superconducting coil is prevented, and the stored magnetic energy is There is a method of providing a protection circuit for quickly consuming even a superconducting coil. Among the methods of (b), one of the methods often used conventionally is that when a superconducting coil and an electric heater are connected in parallel and a quench is detected in the superconducting coil, the current flowing through the superconducting coil is transferred to the electric heater. There is a method of protecting the superconducting coil by flowing energy and dispersing the energy consumption by inducing chain quench in other coil groups by the heat input.

しかし、（ｂ）の方法では、コイル電流が電熱ヒータに直接流れ込むため、超電導磁石装置が大型化してコイル電流が大きくなると電熱ヒータを過熱させるおそれがある。この対策として、電熱ヒータの物量を大型化し、想定される電熱ヒータへ流れ込む最大電流量でも過熱しない設計は可能である。しかし、超電導磁石装置が大型化すると電熱ヒータの物量も増大し、電熱ヒータの設置のための支持構造物も大型化するため、極低温領域への熱侵入量が増大するおそれがある。またコスト増大の要因ともなる。   However, in the method (b), since the coil current flows directly into the electric heater, the electric heater may be overheated when the superconducting magnet device is enlarged and the coil current is increased. As a countermeasure against this, it is possible to increase the quantity of the electric heater so that it can be designed not to be overheated even by the maximum current flowing into the electric heater. However, when the superconducting magnet device is increased in size, the amount of the electric heater is increased, and the support structure for installing the electric heater is also increased in size, which may increase the amount of heat penetration into the cryogenic region. Moreover, it becomes a factor of cost increase.

電熱ヒータの物量の増大を回避しながら電熱ヒータの過熱を防止する技術として、特開２０１１−７１５１５号公報（特許文献１）には、電熱ヒータと直列にヒューズを挿入し、電熱ヒータの電流定格よりも低い或る特定の電流レベルでヒューズを溶断して、電熱ヒータの損傷を防止する技術が提案されている（特許文献１の段落［００２４］、［００２５］参照）。   As a technique for preventing overheating of the electric heater while avoiding an increase in the quantity of the electric heater, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-71515 (Patent Document 1) inserts a fuse in series with the electric heater to determine the current rating of the electric heater. A technique has been proposed in which a fuse is blown at a specific current level lower than that to prevent the electric heater from being damaged (see paragraphs [0024] and [0025] of Patent Document 1).

特開２０１１−７１５１５号公報JP 2011-71515 A

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、クエンチ発生後に超電導磁石装置を再稼働するためにはヒューズを交換する必要があり、超電導磁石装置の外部の室温側に、ヒューズ交換用ポートを設置することが不可欠である。このため、極低温状態にある超電導コイルと室温状態にあるヒューズとを電気的に接続するための特別の機構が必要となり、装置が煩雑になるという課題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to replace the fuse in order to restart the superconducting magnet device after the occurrence of a quench, and a fuse replacement port is provided on the room temperature side outside the superconducting magnet device. It is essential. For this reason, a special mechanism for electrically connecting the superconducting coil in the cryogenic state and the fuse in the room temperature state is required, and there is a problem that the apparatus becomes complicated.

また、電熱ヒータへのコイル電流の転流量を制限するために、電熱ヒータと並列に定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）を接続する方法もある。この方法によれば、電熱ヒータに印加される電圧の上限値が制限されるため、過大な電流の流入による電熱ヒータの過熱を防止することができる。しかしながら、超電導磁石装置が大型化して電熱ヒータおよび定電圧ダイオードを備える回路素子の数が増えると、それらと直列に接続された永久電流スイッチの両端に印加する電圧が、永久電流スイッチの耐電圧を上回るおそれがある。この場合、永久電流スイッチを保護する機構が別途必要となり、装置が煩雑になるという課題がある。   There is also a method of connecting a constant voltage diode (zener diode) in parallel with the electric heater in order to limit the commutation flow of the coil current to the electric heater. According to this method, since the upper limit value of the voltage applied to the electric heater is limited, it is possible to prevent the electric heater from being overheated due to an excessive current flow. However, when the superconducting magnet device becomes larger and the number of circuit elements including an electric heater and a constant voltage diode increases, the voltage applied to both ends of the permanent current switch connected in series with them increases the withstand voltage of the permanent current switch. There is a risk of exceeding. In this case, a mechanism for protecting the permanent current switch is required separately, and there is a problem that the apparatus becomes complicated.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成により、クエンチが発生した場合には蓄積された磁気エネルギを迅速に消費できる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および超電導コイルの保護方法を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a problem to be solved by the present invention is a superconductivity capable of quickly consuming accumulated magnetic energy when a quench occurs with a simple configuration. A magnet apparatus, a magnetic resonance imaging apparatus, and a method for protecting a superconducting coil.

上記課題を解決するために、本発明に係る超電導磁石装置は、少なくとも一つの超電導コイルと、前記超電導コイルを冷媒と共に収納し冷却する冷却容器と、前記少なくとも一つの超電導コイルに直列に接続して第１閉回路を構成し前記超電導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチと、前記第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列に接続して第２閉回路を構成するダイオードと、前記ダイオードに熱的に接続される熱電変換素子と、前記熱電変換素子と電気的に接続され、前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに熱的に接続される電熱ヒータと、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a superconducting magnet device according to the present invention includes at least one superconducting coil, a cooling container that houses and cools the superconducting coil together with a refrigerant, and is connected in series to the at least one superconducting coil. A permanent current switch that forms a first closed circuit and passes a permanent current to the superconducting coil, and a second closed circuit that is connected in series to at least one of the superconducting coils separately from the first closed circuit A diode, a thermoelectric conversion element thermally connected to the diode, and an electric heater electrically connected to the thermoelectric conversion element and thermally connected to at least one of the superconducting coils. It is characterized by that.

また、上記課題を解決するために、本発明に係る磁気共鳴画像装置は、前記超電導磁石装置と、被検体を載置するベッドと、前記ベッドを移動させ、前記被検体を前記超電導磁石装置が生成する均一磁場空間へ搬送する搬送装置と、前記均一磁場空間に置かれた前記被検体からの核磁気共鳴信号を処理する処理装置と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention includes the superconducting magnet device, a bed on which a subject is placed, the bed is moved, and the superconducting magnet device moves the subject. A transport device for transporting to the generated uniform magnetic field space, and a processing device for processing a nuclear magnetic resonance signal from the subject placed in the uniform magnetic field space.

また、上記課題を解決するために、本発明に係る超電導コイルの保護方法は、少なくとも一つの超電導コイルが直列に接続されて構成され永久電流を流す第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列にダイオードが接続されて構成される第２閉回路において、前記ダイオードに生じる熱を起電力に変換する熱電変換ステップと、前記熱電変換ステップにおいて得られた起電力を用いて電熱ヒータを発熱させる発熱ステップと、前記発熱ステップにおいて得られた前記電熱ヒータの熱により前記超電導コイルのうちの少なくとも一つにクエンチを誘発させるステップと、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, a method for protecting a superconducting coil according to the present invention includes a superconducting coil separately from a first closed circuit configured by connecting at least one superconducting coil in series and flowing a permanent current. In a second closed circuit configured by connecting a diode in series with at least one of the above, using a thermoelectric conversion step for converting heat generated in the diode into an electromotive force, and using the electromotive force obtained in the thermoelectric conversion step A heat generation step for generating heat from the electric heater, and a step of inducing quenching in at least one of the superconducting coils by heat of the electric heater obtained in the heat generation step.

本発明によれば、簡易な構成により、クエンチが発生した場合には蓄積された磁気エネルギを迅速に消費できる超電導磁石装置、磁気共鳴画像装置および超電導コイルの保護方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a superconducting magnet apparatus, a magnetic resonance imaging apparatus, and a method for protecting a superconducting coil that can quickly consume stored magnetic energy when a quench occurs with a simple configuration.

本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置が適用されたＭＲＩ装置を模式的に示す外観斜視図である。1 is an external perspective view schematically showing an MRI apparatus to which a superconducting magnet apparatus according to a first embodiment of the present invention is applied. 本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。It is a figure which shows the lower part of the longitudinal cross-sectional view containing the central axis (symmetric axis) of the superconducting magnet apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 互いに逆極性に並列接続される一対のダイオード部を備えたダイオードユニットとその周辺の模式図である。It is a schematic diagram of the diode unit provided with a pair of diode part connected in parallel with mutually opposite polarity, and its periphery. 熱電変換素子の作動原理を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the working principle of a thermoelectric conversion element. 本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a superconducting magnet device according to a first embodiment of the present invention. 熱電ヒータの発熱によるクエンチ誘発動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the quench induction operation | movement by the heat_generation | fever of a thermoelectric heater. ダイオード、ダイオード冷却用銅板、および熱電変換素子の斜視図である。It is a perspective view of a diode, a copper plate for diode cooling, and a thermoelectric conversion element. 銅の熱伝導率と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heat conductivity of copper, and temperature. 銅の比熱と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the specific heat of copper, and temperature. ダイオードへの通電開始からのダイオード冷却用銅板の温度の時間的変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the temperature of the copper plate for diode cooling after the energization start to a diode. 本発明の第２実施形態に係る超電導磁石装置の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の上側部分を示す図である。It is a figure which shows the upper part of the longitudinal cross-sectional view containing the central axis (symmetric axis) of the superconducting magnet apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る超電導磁石装置の回路図である。It is a circuit diagram of the superconducting magnet apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る超電導磁石装置の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。It is a figure which shows the lower part of the longitudinal cross-sectional view containing the central axis (symmetric axis) of the superconducting magnet apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
Note that, in the drawings shown below, the same members or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate. In addition, the size and shape of the member may be schematically represented by being modified or exaggerated for convenience of explanation.

〔第１実施形態〕
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１が適用された磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ装置）１００について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１が適用されたＭＲＩ装置１００を模式的に示す外観斜視図である。ＭＲＩ装置１００は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体（図示せず、以下同じ）の断層画像を得るものである。 [First Embodiment]
First, a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) 100 to which the superconducting magnet apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an external perspective view schematically showing an MRI apparatus 100 to which the superconducting magnet apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is applied. The MRI apparatus 100 uses a nuclear magnetic resonance (NMR) phenomenon to obtain a tomographic image of a subject (not shown, the same applies hereinafter).

図１に示すように、ＭＲＩ装置１００は、被検体にＮＭＲ現象を誘起してＮＭＲ信号を受信するための各種装置を収容するガントリ１０１、被検体を載置するベッド１０２、このベッド１０２に載置された被検体を均一磁場空間Ｆ（図２参照）へ搬送する搬送装置１０３、ガントリ１０１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１０４、検出されたＮＭＲ信号を処理するコンピュータ等の処理装置１０５、処理されたＮＭＲ信号に基づき断層画像を表示する表示装置１０６等を含み、それぞれ電源・信号線１０７で接続されている。   As shown in FIG. 1, an MRI apparatus 100 includes a gantry 101 that houses various apparatuses for inducing an NMR phenomenon in a subject and receiving NMR signals, a bed 102 on which the subject is placed, and a bed 102 on which the subject is placed. A transport device 103 for transporting a placed subject to a uniform magnetic field space F (see FIG. 2), a power source for controlling various devices in the gantry 101, a control device 104 housing various control devices, and processing detected NMR signals A processing device 105 such as a computer, a display device 106 for displaying a tomographic image based on the processed NMR signal, and the like, each connected by a power source / signal line 107.

ガントリ１０１は、均一磁場を生成する超電導磁石装置１（図２参照）を内部に備えている。ガントリ１０１、ベッド１０２、および搬送装置１０３は、高周波電磁波と静磁場を遮蔽する図示しないシールドルーム内に配置されており、制御装置１０４、処理装置１０５、および表示装置１０６は、シールドルーム外に配置されている。   The gantry 101 includes a superconducting magnet device 1 (see FIG. 2) that generates a uniform magnetic field. The gantry 101, the bed 102, and the transfer device 103 are disposed in a shield room (not shown) that shields high-frequency electromagnetic waves and static magnetic fields, and the control device 104, the processing device 105, and the display device 106 are disposed outside the shield room. Has been.

図２は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１の中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。
図２に示すように、ダイオードユニット５の中に、ダイオードＤ（図３に示すダイオードＤ１〜Ｄ６の総称）と、ダイオード冷却用銅板７（図３に示すダイオード冷却用銅板７ａ〜７ｈの総称）と、熱電変換素子１０とが備えられている。図２中のｚ軸は、超電導磁石装置１の円筒形状の外形の中心軸に略一致している。 FIG. 2 is a view showing a lower part of the longitudinal sectional view including the central axis (symmetric axis) of the superconducting magnet device 1 according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the diode unit 5 includes a diode D (generic name of the diodes D1 to D6 shown in FIG. 3) and a diode cooling copper plate 7 (general name of the diode cooling copper plates 7a to 7h shown in FIG. 3). And a thermoelectric conversion element 10. The z axis in FIG. 2 substantially coincides with the central axis of the cylindrical outer shape of the superconducting magnet device 1.

超電導磁石装置１は、ｚ軸上の原点（中心）Ｏ近傍に均一磁場空間（目標磁場空間）Ｆを生成するための超電導主コイル（超電導コイル）２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂが均一磁場空間Ｆ以外に生成した磁場が超電導磁石装置１外へ漏洩することを抑制するための超電導シールドコイル（超電導コイル）４ａ，４ｂと、を有している。   The superconducting magnet device 1 includes superconducting main coils (superconducting coils) 2a, 2b, 3a, 3b for generating a uniform magnetic field space (target magnetic field space) F near the origin (center) O on the z-axis, and the superconducting main coil. 2a, 2b, 3a, 3b have superconducting shield coils (superconducting coils) 4a, 4b for suppressing the magnetic field generated outside the uniform magnetic field space F from leaking out of the superconducting magnet device 1.

超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂは、ｚ軸を中心軸として同軸となるように配置されている。超電導主コイル２ａと２ｂは、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面（図示せず）に対して対称に配置されている。同様に、超電導主コイル３ａと３ｂは、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面（図示せず）に対して対称に配置されている。また、超電導シールドコイル４ａと４ｂは、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面（図示せず）に対して対称に配置されている。超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂには、一定の電流（永久電流）が流され、超電導シールドコイル４ａ，４ｂには、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂとは逆方向の前記一定の電流（永久電流）が流される。   Superconducting main coils 2a, 2b, 3a, 3b and superconducting shield coils 4a, 4b are arranged so as to be coaxial with the z-axis as the central axis. The superconducting main coils 2a and 2b are arranged symmetrically with respect to a symmetry plane (not shown) passing through the center O of the uniform magnetic field space F and having the z axis as a normal line. Similarly, the superconducting main coils 3a and 3b are arranged symmetrically with respect to a symmetry plane (not shown) passing through the center O of the uniform magnetic field space F and having the z axis as a normal line. The superconducting shield coils 4a and 4b are arranged symmetrically with respect to a symmetry plane (not shown) that passes through the center O of the uniform magnetic field space F and has the z axis as a normal line. A constant current (permanent current) is passed through the superconducting main coils 2a, 2b, 3a and 3b, and the superconducting shield coils 4a and 4b have the constant in the direction opposite to the superconducting main coils 2a, 2b, 3a and 3b. Current (permanent current).

なお、これらの超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂは、電磁力、漏洩磁場、最大経験磁場、磁場均一度、および磁場強度を許容範囲内に抑えるように、位置、形状、および設置個数の変更が可能である。例えば図２の例では、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの総数を４個としているが、この限りではなく、５個以上であってもよい。   The superconducting main coils 2a, 2b, 3a, 3b and the superconducting shield coils 4a, 4b are positioned so that the electromagnetic force, the leakage magnetic field, the maximum empirical magnetic field, the magnetic field uniformity, and the magnetic field strength are kept within an allowable range. It is possible to change the shape and the number of installation. For example, in the example of FIG. 2, the total number of the superconducting main coils 2a, 2b, 3a, 3b is four, but the number is not limited to this and may be five or more.

また、超電導磁石装置１は、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと、超電導シールドコイル４ａ，４ｂとを、冷媒２４と共に収納し、冷却する円筒形状の冷却容器２１と、この冷却容器２１を覆うように形成された円筒形状の輻射シールド２２と、冷却容器２１と輻射シールド２２を囲繞し、内部を真空にした真空容器２３とを有している。冷媒２４としては、例えば、液体ヘリウム等の液化した冷媒を用いることができ、冷却容器２１内の超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂとを、４．２Ｋ程度の極低温に保ち、超電導状態に維持することができる。なお、この冷媒２４と輻射シールド２２とを冷却するために図示しない冷凍機を設けてもよい。   The superconducting magnet apparatus 1 also includes a superconducting main coil 2a, 2b, 3a, 3b and a superconducting shield coil 4a, 4b together with a refrigerant 24, and a cylindrical cooling container 21 for cooling, and the cooling container 21. It has a cylindrical radiation shield 22 formed so as to cover it, and a vacuum vessel 23 that surrounds the cooling vessel 21 and the radiation shield 22 and has a vacuum inside. As the refrigerant 24, for example, a liquefied refrigerant such as liquid helium can be used, and the superconducting main coils 2a, 2b, 3a, 3b and the superconducting shield coils 4a, 4b in the cooling vessel 21 are about 4.2K. It can be kept at a very low temperature and maintained in a superconducting state. In order to cool the refrigerant 24 and the radiation shield 22, a refrigerator (not shown) may be provided.

また、超電導磁石装置１は、冷却容器２１内に、一対のダイオード部５ａ，５ｂ（図３参照）を備えたダイオードユニット５を有している。ダイオードユニット５は、ダイオードＤと、該ダイオードＤで発生した熱を放熱させダイオードＤを冷却するためのダイオード冷却用銅板７とを有している。ダイオード冷却用銅板７は、ダイオードＤに圧接している。   The superconducting magnet device 1 has a diode unit 5 having a pair of diode portions 5a and 5b (see FIG. 3) in a cooling vessel 21. The diode unit 5 includes a diode D and a diode cooling copper plate 7 for dissipating heat generated in the diode D and cooling the diode D. The diode cooling copper plate 7 is in pressure contact with the diode D.

そして、超電導磁石装置１は、ダイオードＤで発生した熱を熱電変換素子１０を介して冷媒２４に伝熱する。熱電変換素子１０を流れる熱がダイオードＤ側から冷媒２４側への一方向の流れとなるように、熱電変換素子１０は、ダイオードＤ側および冷媒２４側の両端部以外の側面が断熱材１５（図４参照）で覆われている。   Then, the superconducting magnet device 1 transfers the heat generated in the diode D to the refrigerant 24 via the thermoelectric conversion element 10. The thermoelectric conversion element 10 has side surfaces other than both ends on the diode D side and the refrigerant 24 side of the heat insulating material 15 (so that the heat flowing through the thermoelectric conversion element 10 flows in one direction from the diode D side to the refrigerant 24 side. 4).

熱電変換素子１０は、ダイオード冷却用銅板７を介さずに直接ダイオードＤに熱的に接触していてもよい。また、図２の例では、熱電変換素子１０に電気配線１４を介して電気的に接続された電熱ヒータ１３は、超電導シールドコイル（超電導コイル）４ａに熱的に接続しているが、これに限られない。電熱ヒータ１３は、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、および超電導シールドコイル４ａ，４ｂのいずれに接続されていてもよい。なお、熱電変換素子１０に生じる起電力により電熱ヒータ１３が加熱される作動原理については後記する。   The thermoelectric conversion element 10 may be in direct thermal contact with the diode D without going through the diode cooling copper plate 7. In the example of FIG. 2, the electric heater 13 electrically connected to the thermoelectric conversion element 10 via the electric wiring 14 is thermally connected to the superconducting shield coil (superconducting coil) 4a. Not limited. The electric heater 13 may be connected to any of the superconducting main coils 2a, 2b, 3a, 3b and the superconducting shield coils 4a, 4b. The operating principle of heating the electric heater 13 by the electromotive force generated in the thermoelectric conversion element 10 will be described later.

また、電気配線１４は、図２では模式的に１本の線で描かれているが、実際には熱電変換素子１０と電熱ヒータ１３とを直列に接続する閉回路を構成するために、換素子１０と電熱ヒータ１３との間を２本の導線でつないでいる（図３および図４参照）。この電気配線１４としては、ツイスト線もしくは同軸線を用いることが、磁気的な影響を排除できる観点から好ましい。   Further, although the electrical wiring 14 is schematically drawn by one line in FIG. 2, the electrical wiring 14 is actually replaced to form a closed circuit in which the thermoelectric conversion element 10 and the electric heater 13 are connected in series. The element 10 and the electric heater 13 are connected by two conductive wires (see FIGS. 3 and 4). As the electrical wiring 14, it is preferable to use a twisted wire or a coaxial wire from the viewpoint of eliminating magnetic influence.

図３は、互いに逆極性に並列接続される一対のダイオード部５ａ，５ｂを備えたダイオードユニット５とその周辺の模式図である。
図３に示すように、ダイオード部５ａは、複数（図３の例では３個）のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３と、複数（図３の例では４枚）のダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと、加圧装置８と、を有している。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３それぞれを、ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄで挟むように、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３とダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとが交互に積層（スタック）されている。これらは、加圧装置８によって積層方向に加圧され、隣接するダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３とダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとは圧接している。これにより、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、ダイオード冷却用銅板７ｂ，７ｃを介して、電気的に同じ方向に直列に接続している。また、ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の電極として機能し、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を流れる電流は、ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに対して流れ込んだり、流れ出たりする。ダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に熱的に接続している。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に電流が流れ、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３が発熱すると、その熱は、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３からダイオード冷却用銅板７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを伝導して除熱される。 FIG. 3 is a schematic diagram of the diode unit 5 including a pair of diode portions 5a and 5b connected in parallel with opposite polarities and the periphery thereof.
As shown in FIG. 3, the diode portion 5a includes a plurality (three in the example of FIG. 3) of diodes D1, D2, and D3, and a plurality (four in the example of FIG. 3) of the diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c and 7d, and a pressurizing device 8. The diodes D1, D2, D3 and the diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c, 7d are alternately stacked (stacked) so that the diodes D1, D2, D3 are sandwiched between the diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c, 7d. ) These are pressurized in the stacking direction by the pressurizing device 8, and the adjacent diodes D1, D2, D3 and the diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c, 7d are in pressure contact. Thereby, the diodes D1, D2, and D3 are electrically connected in series in the same direction via the diode cooling copper plates 7b and 7c. The diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c, and 7d function as electrodes of the diodes D1, D2, and D3, and the currents flowing through the diodes D1, D2, and D3 are transferred to the diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c, and 7d. In contrast, it flows in and out. The diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c, and 7d are thermally connected to the diodes D1, D2, and D3. When current flows through the diodes D1, D2, D3 and the diodes D1, D2, D3 generate heat, the heat is conducted from the diodes D1, D2, D3 through the diode cooling copper plates 7a, 7b, 7c, 7d and removed. .

また、ダイオード部５ｂは、複数のダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６と、複数のダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈと、加圧装置８と、を有している。ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６それぞれを、ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈで挟むように、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６とダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈとが交互に積層されている。これらは、加圧装置８によって積層方向に加圧され、隣接するダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６とダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈとは圧接している。これにより、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６は、ダイオード冷却用銅板７ｆ，７ｇを介して、電気的に同じ方向に直列に接続している。また、ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈは、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６の電極として機能し、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６を流れる電流は、ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈに対して流れ込んだり、流れ出たりする。ダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈは、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６に熱的に接続している。ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６に電流が流れ、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６が発熱すると、その熱は、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６からダイオード冷却用銅板７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈを伝導して除熱される。   The diode portion 5b includes a plurality of diodes D4, D5, D6, a plurality of diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, 7h, and a pressurizing device 8. The diodes D4, D5, and D6 and the diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, and 7h are alternately stacked so that the diodes D4, D5, and D6 are sandwiched between the diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, and 7h. Yes. These are pressurized in the stacking direction by the pressurizing device 8, and the adjacent diodes D4, D5, D6 and the diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, 7h are in pressure contact. Thereby, the diodes D4, D5, and D6 are electrically connected in series in the same direction via the diode cooling copper plates 7f and 7g. The diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, and 7h function as the electrodes of the diodes D4, D5, and D6, and the current flowing through the diodes D4, D5, and D6 is transferred to the diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, and 7h. In contrast, it flows in and out. The diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, and 7h are thermally connected to the diodes D4, D5, and D6. When current flows through the diodes D4, D5, and D6 and the diodes D4, D5, and D6 generate heat, the heat is conducted from the diodes D4, D5, and D6 through the diode cooling copper plates 7e, 7f, 7g, and 7h and removed. .

そして、ダイオード冷却用銅板７ａと７ｅが、ノードｎ４において接続されている。ダイオード冷却用銅板７ｂと７ｆが、ノードｎ３において接続されている。ダイオード冷却用銅板７ｃと７ｇが、ノードｎ２において接続されている。ダイオード冷却用銅板７ｄと７ｈが、ノードｎ１において接続されている。これにより、ダイオードＤ１とＤ４は、互いに逆極性に並列接続されている。ダイオードＤ２とＤ５は、互いに逆極性に並列接続されている。ダイオードＤ３とＤ６は、互いに逆極性に並列接続されている。そして、ダイオードＤ１とＤ４の並列接続と、ダイオードＤ２とＤ５の並列接続と、ダイオードＤ３とＤ６の並列接続とが、直列接続されている。   The diode cooling copper plates 7a and 7e are connected at the node n4. Diode cooling copper plates 7b and 7f are connected at node n3. Diode cooling copper plates 7c and 7g are connected at node n2. Diode cooling copper plates 7d and 7h are connected at node n1. Thus, the diodes D1 and D4 are connected in parallel with opposite polarities. The diodes D2 and D5 are connected in parallel with opposite polarities. The diodes D3 and D6 are connected in parallel with opposite polarities. The parallel connection of the diodes D1 and D4, the parallel connection of the diodes D2 and D5, and the parallel connection of the diodes D3 and D6 are connected in series.

ここでは、熱電変換素子１０が、ダイオード冷却用銅板７ａを介してダイオードＤ１に熱的に接続されている。   Here, the thermoelectric conversion element 10 is thermally connected to the diode D1 via the diode cooling copper plate 7a.

図４は、熱電変換素子１０の作動原理を説明するための概念図である。
図４に示すように、熱電変換素子１０は、一端がダイオードＤ（図２参照）にダイオード冷却用銅板７を介して熱的に接続し、他端が冷媒２４に熱的に接続している。また、熱電変換素子１０の側面に断熱材１５が設けられている。すなわち、熱電変換素子１０は、ダイオードＤにダイオード冷却用銅板７を介して熱的に接続する側の端部（熱端部）およびその反対側の端部（冷端部）以外の側面を断熱材１５で覆っている。このような構成によれば、高温側であるダイオード冷却用銅板７を介したダイオードＤの熱を低温側である冷媒２４に一方向に無駄なく伝熱させることができ、より確実に起電力を発生させることができる。断熱材１５の材料としては、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等を用いることができる。 FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the operating principle of the thermoelectric conversion element 10.
As shown in FIG. 4, one end of the thermoelectric conversion element 10 is thermally connected to the diode D (see FIG. 2) via the diode cooling copper plate 7, and the other end is thermally connected to the refrigerant 24. . A heat insulating material 15 is provided on the side surface of the thermoelectric conversion element 10. That is, the thermoelectric conversion element 10 insulates the side surfaces other than the end portion (hot end portion) on the side thermally connected to the diode D via the diode cooling copper plate 7 and the opposite end portion (cold end portion). Covered with material 15. According to such a configuration, the heat of the diode D through the diode cooling copper plate 7 on the high temperature side can be transferred to the refrigerant 24 on the low temperature side in one direction without waste, and the electromotive force can be more reliably generated. Can be generated. As a material of the heat insulating material 15, fiber reinforced plastic (FRP) or the like can be used.

熱電変換素子１０として、ここではネルンスト効果を利用した直方体のネルンスト素子が使用される。図４に示す直方体のネルンスト素子の長さＬ、幅Ｗとして、熱流束を長さＬ方向に、磁場（磁束密度Ｂ）を奥行き方向（図４の紙面に垂直な方向）にそれぞれ印加した場合、ネルンスト素子の幅Ｗ方向に起電力Ｖｎが誘起される。したがって、熱電変換素子１０の設置姿勢は、図２および図３では単に図面に表示し易い向きに設定されているが（以降の図においても同様）、熱電変換素子１０に誘起される起電力Ｖｎの方向を考慮して設定する必要がある。   As the thermoelectric conversion element 10, here, a rectangular parallelepiped Nernst element using the Nernst effect is used. When the heat flux is applied in the length L direction and the magnetic field (magnetic flux density B) is applied in the depth direction (perpendicular to the plane of FIG. 4) as the length L and width W of the rectangular Nernst element shown in FIG. The electromotive force Vn is induced in the width W direction of the Nernst element. Therefore, although the installation posture of the thermoelectric conversion element 10 is set in a direction that is easy to display in the drawings in FIGS. 2 and 3 (the same applies to the subsequent drawings), the electromotive force Vn induced in the thermoelectric conversion element 10 is set. It is necessary to set in consideration of the direction.

なお、熱電変換素子１０は、必ずしもネルンスト素子に限定されるものではなく、例えばゼーベック効果を利用するゼーベック素子、あるいはネルンスト効果とゼーベック効果の双方を利用する素子であってもよい。   Note that the thermoelectric conversion element 10 is not necessarily limited to a Nernst element, and may be, for example, a Seebeck element that uses the Seebeck effect, or an element that uses both the Nernst effect and the Seebeck effect.

図５は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置１の回路図である。
図５に示すように、超電導磁石装置１においては、ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続と、ダイオードＤ２とＤ５の互いに逆極性の並列接続と、ダイオードＤ３とＤ６の互いに逆極性の並列接続とが、直列接続されている。また、超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂとが、直列接続されている。超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂの直列接続に、永久電流スイッチ６が直列接続して、第１閉回路Ｃ１を構成している。この第１閉回路Ｃ１に、永久電流Ｉｐを流すことができる。超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂの直列接続に対して、ダイオードＤ１とＤ４の並列接続とダイオードＤ２とＤ５の並列接続とダイオードＤ３とＤ６の並列接続との直列接続が、並列接続されている。 FIG. 5 is a circuit diagram of the superconducting magnet device 1 according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, in the superconducting magnet device 1, diodes D1 and D4 are connected in parallel with opposite polarities, diodes D2 and D5 are connected in opposite polarities in parallel, and diodes D3 and D6 are connected in parallel with opposite polarities. Are connected in series. Superconducting main coils 2a, 2b, 3a and 3b, and superconducting shield coils 4a and 4b are connected in series. The permanent current switch 6 is connected in series to the series connection of the superconducting main coils 2a, 2b, 3a and 3b, and the superconducting shield coils 4a and 4b, thereby forming a first closed circuit C1. The permanent current Ip can flow through the first closed circuit C1. With respect to the series connection of the superconducting main coils 2a, 2b, 3a and 3b and the superconducting shield coils 4a and 4b, the parallel connection of the diodes D1 and D4, the parallel connection of the diodes D2 and D5, and the parallel connection of the diodes D3 and D6 Series connection is connected in parallel.

永久電流スイッチ６の両端には、直流電源１８とスイッチ１９の直列接続を、着脱可能に接続することができる。超電導主コイル２ａと２ｂと３ａと３ｂと、超電導シールドコイル４ａと４ｂと、ダイオードＤ１〜Ｄ６と、永久電流スイッチ６とが、冷却容器２１（図２参照）内に配置され、冷却されている。直流電源１８とスイッチ１９は、冷却容器２１（真空容器２３、図２参照）の外に配置されている。   A series connection of a DC power source 18 and a switch 19 can be detachably connected to both ends of the permanent current switch 6. Superconducting main coils 2a, 2b, 3a and 3b, superconducting shield coils 4a and 4b, diodes D1 to D6, and permanent current switch 6 are arranged in cooling vessel 21 (see FIG. 2) and cooled. . The DC power supply 18 and the switch 19 are disposed outside the cooling container 21 (the vacuum container 23, see FIG. 2).

そして、超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、超電導シールドコイル４ａ，４ｂ、直流電源１８、およびスイッチ１９からなる閉回路で、超電導コイル群が励磁される。永久電流スイッチ６は、付設されるヒータをオフにすることで閉となる。励磁が終了した後、スイッチ１９を開とすることで、永久電流スイッチ６と超電導主コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと超電導シールドコイル４ａ，４ｂとからなる第１閉回路Ｃ１を形成し、永久電流Ｉｐが第１閉回路Ｃ１を流れる。   Then, the superconducting coil group is excited by a closed circuit composed of the superconducting main coils 2a, 2b, 3a, 3b, the superconducting shield coils 4a, 4b, the DC power source 18, and the switch 19. The permanent current switch 6 is closed by turning off the attached heater. After the excitation is completed, the switch 19 is opened to form a first closed circuit C1 composed of the permanent current switch 6, the superconducting main coils 2a, 2b, 3a, 3b and the superconducting shield coils 4a, 4b. The current Ip flows through the first closed circuit C1.

図５に示すように、超電導主コイル２ｂと、超電導シールドコイル４ａとが、直列接続されている。超電導主コイル２ｂと、超電導シールドコイル４ａとは、図２に示すように、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面を挟むようにその両側に配置され、位置的に離れている。このため、超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの間の相互インダクタンスは小さくなっている。図５に示すように、超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの直列接続に、ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続が、直列接続して、第２閉回路Ｃ２１が構成されている。ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続の両端のノードｎ３とｎ４に、超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの直列接続が接続している。   As shown in FIG. 5, a superconducting main coil 2b and a superconducting shield coil 4a are connected in series. As shown in FIG. 2, the superconducting main coil 2b and the superconducting shield coil 4a are disposed on both sides so as to sandwich a plane of symmetry passing through the center O of the uniform magnetic field space F and having the z axis as a normal line. Is far away. For this reason, the mutual inductance between the superconducting main coil 2b and the superconducting shield coil 4a is small. As shown in FIG. 5, a parallel connection of diodes D1 and D4 having opposite polarities is connected in series to a series connection of a superconducting main coil 2b and a superconducting shield coil 4a, thereby forming a second closed circuit C21. A series connection of a superconducting main coil 2b and a superconducting shield coil 4a is connected to nodes n3 and n4 at both ends of diodes D1 and D4 having opposite polarities in parallel connection.

また、超電導主コイル２ａと、超電導シールドコイル４ｂとが、直列接続されている。超電導主コイル２ａと、超電導シールドコイル４ｂとは、図２に示すように、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする対称面を挟むようにその両側に配置され、位置的に離れている。このため、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの間の相互インダクタンスは小さくなっている。図５に示すように、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの直列接続に、ダイオードＤ３とＤ６の互いに逆極性の並列接続が、直列接続して、第２閉回路Ｃ２３が構成されている。ダイオードＤ３とＤ６の互いに逆極性の並列接続の両端のノードｎ１とｎ２に、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの直列接続が接続している。   Superconducting main coil 2a and superconducting shield coil 4b are connected in series. As shown in FIG. 2, the superconducting main coil 2a and the superconducting shield coil 4b are arranged on both sides so as to sandwich a plane of symmetry passing through the center O of the uniform magnetic field space F and having the z axis as a normal line. Is far away. For this reason, the mutual inductance between the superconducting main coil 2a and the superconducting shield coil 4b is small. As shown in FIG. 5, a parallel connection of opposite polarities of diodes D3 and D6 is connected in series to a series connection of a superconducting main coil 2a and a superconducting shield coil 4b, thereby forming a second closed circuit C23. A series connection of a superconducting main coil 2a and a superconducting shield coil 4b is connected to nodes n1 and n2 at both ends of diodes D3 and D6 connected in parallel with opposite polarities.

また、超電導主コイル３ａと３ｂとが、直列接続されている。超電導主コイル３ａと３ｂとは、図２に示すように、均一磁場空間Ｆの中心Ｏを通り且つｚ軸を法線とする前記対称面を挟むようにその両側に配置され、位置的に近接している。このため、超電導主コイル３ａと３ｂの間の相互インダクタンスは大きくなっている。図５に示すように、超電導主コイル３ａと３ｂの直列接続に、ダイオードＤ２とＤ５の互いに逆極性の並列接続が、直列接続して、第２閉回路Ｃ２２が構成されている。ダイオードＤ２とＤ５の互いに逆極性の並列接続の両端のノードｎ２とｎ３に、超電導主コイル３ａと３ｂの直列接続が接続している。   Superconducting main coils 3a and 3b are connected in series. As shown in FIG. 2, the superconducting main coils 3a and 3b are arranged on both sides so as to sandwich the plane of symmetry passing through the center O of the uniform magnetic field space F and having the z-axis as a normal, and are close to each other. doing. For this reason, the mutual inductance between the superconducting main coils 3a and 3b is large. As shown in FIG. 5, the parallel connection of the diodes D2 and D5 having opposite polarities is connected in series to the series connection of the superconducting main coils 3a and 3b to form the second closed circuit C22. A series connection of superconducting main coils 3a and 3b is connected to nodes n2 and n3 at both ends of diodes D2 and D5 connected in parallel with opposite polarities.

次に、図２、図５および図６を主に参照して、前記したように構成されたＭＲＩ装置１００の超電導磁石装置１においてクエンチが発生した場合の作用について説明する。
図６は、熱電ヒータ１３の発熱によるクエンチ誘発動作を示すフローチャートである。 Next, with reference mainly to FIG. 2, FIG. 5, and FIG. 6, the operation when quenching occurs in the superconducting magnet apparatus 1 of the MRI apparatus 100 configured as described above will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing a quench inducing operation due to heat generation of the thermoelectric heater 13.

永久電流Ｉｐは、正常時には、第１閉回路Ｃ１を流れるが、例えばクエンチが超電導主コイル２ｂまたは超電導シールドコイル４ａで発生すると、超電導主コイル２ｂまたは超電導シールドコイル４ａの両端に電圧が発生し、永久電流Ｉｐの一部は、第２閉回路Ｃ２１を流れ、ダイオードＤ１とＤ４の互いに逆極性の並列接続に流れ込む。この並列接続に流れ込む永久電流Ｉｐの流れの方向に対して、ダイオードＤ１は順方向に接続され、ダイオードＤ４は逆方向に接続されている。すなわち、クエンチ時に、永久電流Ｉｐの一部は、ノードｎ４から、ダイオードＤ１（とＤ４の互いに逆極性の並列接続）を経由して、ノードｎ３へ流れるが、その流れの方向に対して、ダイオードＤ１は順方向に接続され、ダイオードＤ４は逆方向に接続されている。そして、その順方向に接続されているダイオードＤ１に、熱電変換素子１０が熱的に接続されている。熱電変換素子１０を含む回路は、第２閉回路Ｃ２１とは別の経路で構成されており、電熱ヒータ１３を介して超電導シールドコイル４ａに熱が流入する。   The permanent current Ip flows through the first closed circuit C1 in a normal state. For example, when a quench occurs in the superconducting main coil 2b or the superconducting shield coil 4a, a voltage is generated at both ends of the superconducting main coil 2b or the superconducting shield coil 4a. Part of the permanent current Ip flows through the second closed circuit C21 and flows into the parallel connection of the diodes D1 and D4 having opposite polarities. The diode D1 is connected in the forward direction and the diode D4 is connected in the reverse direction with respect to the direction of the permanent current Ip flowing into the parallel connection. That is, at the time of quenching, a part of the permanent current Ip flows from the node n4 to the node n3 via the diode D1 (and D4 connected in parallel with each other in reverse polarity). D1 is connected in the forward direction, and the diode D4 is connected in the reverse direction. The thermoelectric conversion element 10 is thermally connected to the diode D1 connected in the forward direction. The circuit including the thermoelectric conversion element 10 is configured by a path different from the second closed circuit C21, and heat flows into the superconducting shield coil 4a via the electric heater 13.

さらに説明すると、熱電変換素子１０と熱的に接続されたダイオードＤ１を備える第２閉回路Ｃ２１の、超電導主コイル２ｂまたは超電導シールドコイル４ａにおいて、クエンチが発生した場合には、それにより生じる電圧上昇のために、第２閉回路Ｃ２１内に大きな電流が流れる。このため、ダイオードＤ１で発熱し、その熱が熱電変換素子１０を介して、冷媒２４に伝熱することで、熱電変換素子１０に起電力が発生する（図６のステップＳ１参照）。これにより、熱電変換素子１０と電気的に接続された電熱ヒータ１３でジュール熱が発生する（図６のステップＳ２参照）。超電導シールドコイル４ａで最初にクエンチが発生したときには、クエンチが発生した超電導シールドコイル４ａにおけるまだクエンチの発生していない箇所を電熱ヒータ１３のジュール熱で加熱し、クエンチを拡散させることができるので（図６のステップＳ３参照）、迅速に永久電流Ｉｐを減衰できる。また、超電導主コイル２ｂで最初にクエンチが発生したときには、超電導シールドコイル４ａを電熱ヒータ１３のジュール熱で加熱し、クエンチを拡散させることができるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰できる。なお、減衰した永久電流Ｉｐは、オーバーシュートして逆方向に流れようとするので、この逆方向の電流は、ダイオードＤ４を流れる。このときダイオードＤ４は発熱するが、この発熱のタイミングは、ダイオードＤ１の発熱のタイミングより当然遅れる。したがって、できるだけ早いタイミングで熱を超電導シールドコイル４ａに伝導するために、ここでは、ダイオードＤ１側に熱電変換素子１０を設けるようにしている。   More specifically, when a quench occurs in the superconducting main coil 2b or the superconducting shield coil 4a of the second closed circuit C21 including the diode D1 thermally connected to the thermoelectric conversion element 10, a voltage rise caused by the quenching occurs. Therefore, a large current flows in the second closed circuit C21. Therefore, heat is generated in the diode D1, and the heat is transferred to the refrigerant 24 via the thermoelectric conversion element 10, whereby an electromotive force is generated in the thermoelectric conversion element 10 (see step S1 in FIG. 6). Thereby, Joule heat is generated in the electric heater 13 electrically connected to the thermoelectric conversion element 10 (see step S2 in FIG. 6). When quenching occurs for the first time in the superconducting shield coil 4a, a portion of the superconducting shield coil 4a where quenching has not occurred can be heated by Joule heat of the electric heater 13 to diffuse the quench ( The permanent current Ip can be quickly attenuated (see step S3 in FIG. 6). Further, when quenching first occurs in the superconducting main coil 2b, the superconducting shield coil 4a can be heated by the Joule heat of the electric heater 13 to diffuse the quench, so that the permanent current Ip can be quickly attenuated. Since the attenuated permanent current Ip overshoots and tends to flow in the reverse direction, the current in the reverse direction flows through the diode D4. At this time, the diode D4 generates heat, but this heat generation timing is naturally delayed from the heat generation timing of the diode D1. Therefore, in order to conduct heat to the superconducting shield coil 4a at the earliest possible timing, the thermoelectric conversion element 10 is provided on the diode D1 side here.

超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａとは、前記したように両者間の相互インダクタンスが小さいので、クエンチ時の磁場変化を互いに伝達し難いが、クエンチ時における永久電流Ｉｐの変化を第２閉回路Ｃ２１において互いに伝達できクエンチを拡散させることができる。位置的に離れた超電導主コイル２ｂと超電導シールドコイル４ａの間で、クエンチを拡散できるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰でき、クエンチ時の漏洩磁場の広がりを抑制することができる。   Since the superconducting main coil 2b and the superconducting shield coil 4a have a small mutual inductance between them as described above, it is difficult to transmit the magnetic field change at the time of quenching to each other, but the change of the permanent current Ip at the time of quenching is the second closed circuit. C21 can communicate with each other and diffuse quenches. Since the quench can be diffused between the superconducting main coil 2b and the superconducting shield coil 4a that are separated from each other, the permanent current Ip can be quickly attenuated, and the spread of the leakage magnetic field at the time of quenching can be suppressed.

また、図２に示すように、超電導シールドコイル４ａは、超電導主コイル２ａ，３ａと径方向に対向して配置され、超電導シールドコイル４ａと、超電導主コイル２ａ，３ａの間の相互インダクタンスは、大きくなっている。クエンチ時の磁場変化を互いに伝達し合うことで、クエンチを拡散させることができる。例えば、超電導シールドコイル４ａでクエンチが発生すれば、それによる磁場変化により、超電導主コイル２ａ、３ａへクエンチを拡散させることができる。   Further, as shown in FIG. 2, the superconducting shield coil 4a is arranged to face the superconducting main coils 2a and 3a in the radial direction, and the mutual inductance between the superconducting shield coil 4a and the superconducting main coils 2a and 3a is It is getting bigger. By transmitting the magnetic field changes at the time of quenching to each other, the quench can be diffused. For example, if a quench occurs in the superconducting shield coil 4a, the quench can be diffused to the superconducting main coils 2a and 3a due to a change in the magnetic field.

また、超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂとは、前記したように両者間の相互インダクタンスが小さいので、クエンチ時の磁場変化を互いに伝達し難いが、クエンチ時における永久電流Ｉｐの変化を第２閉回路Ｃ２３において互いに伝達できクエンチを拡散させることができる。位置的に離れた超電導主コイル２ａと超電導シールドコイル４ｂの間で、クエンチを拡散できるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰でき、クエンチ時の漏洩磁場の広がりを抑制することができる。   Further, since the superconducting main coil 2a and the superconducting shield coil 4b have a small mutual inductance between them as described above, it is difficult to transmit the magnetic field change at the time of quenching to each other, but the change of the permanent current Ip at the time of quenching is the second. The closed circuit C23 can communicate with each other and diffuse the quench. Since the quench can be diffused between the superconducting main coil 2a and the superconducting shield coil 4b that are distant from each other, the permanent current Ip can be quickly attenuated, and the spread of the leakage magnetic field during the quench can be suppressed.

永久電流Ｉｐは、正常時には、第１閉回路Ｃ１を流れるが、クエンチが超電導主コイル２ａまたは超電導シールドコイル４ｂで発生すると、超電導主コイル２ａまたは超電導シールドコイル４ｂの両端に電圧が発生し、永久電流Ｉｐの一部は、第２閉回路Ｃ２３を流れ、ダイオードＤ３（とＤ６の互いに逆極性の並列接続）に流れ込む。この並列接続に流れ込む永久電流Ｉｐの流れの方向に対して、ダイオードＤ３は順方向に接続され、ダイオードＤ６は逆方向に接続されている。なお、ダイオードＤ６には、永久電流Ｉｐが減衰して逆方向にオーバーシュートした電流が流れる。   The permanent current Ip normally flows through the first closed circuit C1, but when quenching occurs in the superconducting main coil 2a or the superconducting shield coil 4b, a voltage is generated at both ends of the superconducting main coil 2a or the superconducting shield coil 4b. A part of the current Ip flows through the second closed circuit C23 and flows into the diode D3 (and parallel connection of D6 and D6). The diode D3 is connected in the forward direction and the diode D6 is connected in the reverse direction with respect to the flow direction of the permanent current Ip flowing into the parallel connection. Note that a current that overshoots in the reverse direction due to the decay of the permanent current Ip flows through the diode D6.

また、超電導主コイル３ａと３ｂは、前記したように両者間の相互インダクタンスが大きいので、クエンチ時の磁場変化を互いに伝達することができ、クエンチを拡散させることができる。また、クエンチ時における永久電流Ｉｐの変化を第２閉回路Ｃ２２において超電導主コイル３ａと３ｂとで互いに伝達できクエンチを拡散させることができる。超電導主コイル３ａと３ｂの間で、クエンチを拡散できるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰させることができる。   Further, since the superconducting main coils 3a and 3b have a large mutual inductance between them as described above, the magnetic field change at the time of quenching can be transmitted to each other, and the quench can be diffused. Further, the change of the permanent current Ip at the time of quenching can be transmitted to the superconducting main coils 3a and 3b in the second closed circuit C22, and the quench can be diffused. Since the quench can be diffused between the superconducting main coils 3a and 3b, the permanent current Ip can be quickly attenuated.

永久電流Ｉｐは、正常時には、第１閉回路Ｃ１を流れるが、クエンチが超電導主コイル３ａまたは３ｂで発生すると、超電導主コイル３ａまたは３ｂの両端に電圧が発生し、永久電流Ｉｐの一部は、第２閉回路Ｃ２２を流れ、ダイオードＤ２（とＤ５の互いに逆極性の並列接続）に流れ込む。この並列接続に流れ込む永久電流Ｉｐの流れの方向に対して、ダイオードＤ２は順方向に接続され、ダイオードＤ５は逆方向に接続されている。なお、ダイオードＤ５には、永久電流Ｉｐが減衰して逆方向にオーバーシュートした電流が流れる。   The permanent current Ip flows through the first closed circuit C1 in a normal state, but when quenching occurs in the superconducting main coil 3a or 3b, a voltage is generated at both ends of the superconducting main coil 3a or 3b, and a part of the permanent current Ip is , Flows through the second closed circuit C22 and flows into the diode D2 (and parallel connection of D5 and opposite polarities). The diode D2 is connected in the forward direction and the diode D5 is connected in the reverse direction with respect to the flow direction of the permanent current Ip flowing into the parallel connection. Note that a current that overshoots in the reverse direction due to the decay of the permanent current Ip flows through the diode D5.

（熱電変換素子の特性および電熱ヒータの発熱量）
次に、図４を参照して、本実施形態に係る熱電変換素子１０の熱的および電気的特性について説明し、電熱ヒータ１３での発熱量を具体的に見積もる。
熱電変換素子１０として、ここではネルンスト効果を利用した直方体のネルンスト素子を想定する。ネルンスト効果とは、導体や半導体を温度勾配とそれに直交する磁場の中に置いたとき、両者に垂直な方向に起電力を発生する現象である。超電導コイルの一部が常電導転移を開始したタイミングでは、超電導コイルが作る磁場が残っているため、かかる磁場を有効に利用できる。 (Characteristics of thermoelectric conversion element and calorific value of electric heater)
Next, with reference to FIG. 4, the thermal and electrical characteristics of the thermoelectric conversion element 10 according to the present embodiment will be described, and the amount of heat generated by the electric heater 13 will be specifically estimated.
As the thermoelectric conversion element 10, a rectangular parallelepiped Nernst element using the Nernst effect is assumed here. The Nernst effect is a phenomenon in which, when a conductor or semiconductor is placed in a temperature gradient and a magnetic field perpendicular thereto, an electromotive force is generated in a direction perpendicular to both. At the timing when a part of the superconducting coil starts the normal conducting transition, the magnetic field created by the superconducting coil remains, so that the magnetic field can be used effectively.

図４に示す直方体の熱電変換素子（ネルンスト素子）１０の長さＬ、幅Ｗとして、熱流束を長さＬ方向に、磁場（磁束密度Ｂ）を奥行き方向（図４の紙面に垂直な方向）にそれぞれ印加した場合、ネルンスト素子の幅Ｗ方向に誘起される起電力Ｖｎは、下記式（１）で求められる。
Ｖｎ＝ＷＮＢ（Ｔｈ−Ｔｃ）／Ｌ （１）
ここで、Ｎはネルンスト係数、Ｔｈはダイオード冷却用銅板温度、Ｔｃは冷媒温度である。ネルンスト係数は、素子の物質によって異なる値をとり、所定の大きさと正負いずれかの符号をとる。 The length L and the width W of the thermoelectric conversion element (Nernst element) 10 shown in FIG. 4 are the heat flux in the length L direction and the magnetic field (magnetic flux density B) in the depth direction (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 4). ), The electromotive force Vn induced in the width W direction of the Nernst element is obtained by the following formula (1).
Vn = WNB (Th-Tc) / L (1)
Here, N is the Nernst coefficient, Th is the diode cooling copper plate temperature, and Tc is the refrigerant temperature. The Nernst coefficient takes a different value depending on the material of the element, and takes either a predetermined magnitude or a sign.

まず、ダイオード冷却用銅板７の温度を見積もる。
図７は、ダイオードＤ、ダイオード冷却用銅板７、および熱電変換素子１０の斜視図である。図８は、銅の熱伝導率と温度との関係を示す図である。図９は、銅の比熱と温度との関係を示す図である。 First, the temperature of the diode cooling copper plate 7 is estimated.
FIG. 7 is a perspective view of the diode D, the diode cooling copper plate 7, and the thermoelectric conversion element 10. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the thermal conductivity of copper and the temperature. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the specific heat of copper and the temperature.

銅の熱伝導率および比熱は、図８および図９に示す、温度に依存した値を用いる。ダイオード冷却用銅板７は、図７に示す大きさとし、ダイオード冷却用銅板７の両面においてその中心にダイオードＤを設置する。ダイオードＤとしては、たとえばＷＥＳＴＣＯＤＥ社製Ｗ０９４４ＷＣ０４０を利用できる。超電導コイル電流が５００Ａ通電時に、ダイオード順方向降下電圧が１Ｖと仮定すると、電流と電圧の双方の積で表されるダイオードの発熱量は５００Ｗ／片面となる。ダイオード冷却用銅板７と冷媒２４との間の熱伝達率は、「低温工学ハンドブック」（内田老鶴圃新社発行）に記載の銅板温度１００Ｋ近傍での値５０ｋＷ／ｍ２で固定した。この場合、ダイオード冷却用銅板７への入熱量は片面で、５００Ｗ−５０×１０３Ｗ／ｍ２×０．１ｍ×０．０６ｍ＝２００Ｗであるから、両面で合計４００Ｗとなる。 As the thermal conductivity and specific heat of copper, values depending on temperature shown in FIGS. 8 and 9 are used. The diode cooling copper plate 7 has the size shown in FIG. 7, and the diode D is installed at the center of both sides of the diode cooling copper plate 7. As the diode D, for example, W0944WC040 manufactured by Westcode can be used. Assuming that the diode forward drop voltage is 1 V when the superconducting coil current is 500 A, the amount of heat generated by the diode represented by the product of both the current and voltage is 500 W / single side. The heat transfer coefficient between the diode cooling copper plate 7 and the refrigerant 24 was fixed at a value of 50 kW / m 2 in the vicinity of a copper plate temperature of 100 K described in “Cryogenic Engineering Handbook” (published by Uchida Otsukuru New Company). In this case, the amount of heat input to the diode cooling copper plate 7 is 500 W−50 × 10 3 W / m 2 × 0.1 m × 0.06 m = 200 W on one side, so the total is 400 W on both sides.

図１０は、ダイオードＤへの通電開始からのダイオード冷却用銅板７の温度の時間的変化を示す図である。図１０に示すダイオード冷却用銅板７の熱電変換素子１０近傍の温度、すなわちダイオード冷却用銅板７の熱電変換素子１０との接触部分の温度は、ダイオード冷却用銅板７の温度４Ｋを開始温度として、銅の比熱と熱伝導率を用いて計算され得る。図１０からわかるように、通電開始から約３０秒でダイオード冷却用銅板７の温度が１００Ｋを超えると試算される。そこで、通電開始後、つまり超電導コイルがクエンチしてから３０秒後の電熱ヒータ１３の発熱量を計算する。   FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in the temperature of the diode cooling copper plate 7 from the start of energization of the diode D. FIG. The temperature in the vicinity of the thermoelectric conversion element 10 of the diode cooling copper plate 7 shown in FIG. 10, that is, the temperature of the contact portion of the diode cooling copper plate 7 with the thermoelectric conversion element 10, starts from the temperature 4K of the diode cooling copper plate 7. It can be calculated using the specific heat and thermal conductivity of copper. As can be seen from FIG. 10, when the temperature of the diode cooling copper plate 7 exceeds 100 K in about 30 seconds from the start of energization, it is estimated. Therefore, the amount of heat generated by the electric heater 13 after the start of energization, that is, 30 seconds after the superconducting coil is quenched, is calculated.

図４を参照して、熱電変換素子（ネルンスト素子）１０としてＢｉ２Ｔｅ３を想定し、その大きさを、幅Ｗ＝１０ｍｍ、長さＬ＝１０ｍｍ、奥行き（奥行き方向（図４の紙面に垂直な方向）の寸法）ｔ＝１０ｍｍとする。この場合、Ｔｈ−Ｔｃ＝１００Ｋ、ネルンスト素子の奥行き方向の磁場４Ｔにおける電熱ヒータ１３（１０ｍΩ）での発熱量は、文献Ｊ．Ａdvanced Science, Vol9, No.3,4, ｐｐ．１６５−１７０（１９９７）を参照することにより約４．９Ｗとなる。これまでの経験から入熱２Ｗ（５０Ω、２００ｍＡ）でコイルクエンチを誘発できることがわかっているため、前記の条件で強制的にコイルクエンチさせることが可能である。 Referring to FIG. 4, Bi 2 Te 3 is assumed as thermoelectric conversion element (Nernst element) 10, and the dimensions are as follows: width W = 10 mm, length L = 10 mm, depth (depth direction (on the paper surface of FIG. 4). The dimension in the vertical direction) is t = 10 mm. In this case, the amount of heat generated by the electric heater 13 (10 mΩ) in the magnetic field 4T in the depth direction of the Nernst element is Th−Tc = 100K. Advanced Science, Vol9, No.3,4, pp. It becomes about 4.9 W by referring to 165-170 (1997). Since experience has shown that coil quenching can be induced with a heat input of 2 W (50 Ω, 200 mA), it is possible to force coil quenching under the above conditions.

熱電変換素子１０は、ネルンスト素子として知られる、Ｓｂ、Ａｇ、ＰｂＴe、Ｂｉ２Ｔｅ３等を利用できる。熱電変換素子１０は、その体積を大きくすることで発生する起電力が大きくなるため、その体積を調整することで、クエンチを誘発するために必要な電熱ヒータ１３での発熱量を確保できる。また、超電導磁石装置１の定格運転状態からクエンチが発生した場合、ダイオードＤに流れる電流およびダイオード順方向降下電圧から発熱量が決まるために、熱電変換素子１０への流入熱量の見積もりが容易である。このため、熱電変換素子１０の健全性（熱に対する信頼性）を確保し、繰り返し動作が可能で、安定したクエンチ保護を実現できる。 As the thermoelectric conversion element 10, Sb, Ag, PbTe, Bi 2 Te 3 or the like known as a Nernst element can be used. Since the electromotive force generated by increasing the volume of the thermoelectric conversion element 10 increases, the amount of heat generated by the electric heater 13 necessary for inducing quenching can be secured by adjusting the volume. In addition, when quenching occurs from the rated operating state of the superconducting magnet device 1, the amount of heat generation is determined from the current flowing through the diode D and the forward voltage drop of the diode, and therefore it is easy to estimate the amount of heat flowing into the thermoelectric conversion element 10. . For this reason, the soundness (reliability with respect to heat) of the thermoelectric conversion element 10 is ensured, repeated operation is possible, and stable quench protection can be realized.

発熱源として、ここではダイオードＤを用いたが、これに限られず、ダイオード以外の他の半導体素子や、抵抗体等を用いることができる。これらによっても、ダイオードＤを用いた場合と同様の効果を得ることができる。なお、ダイオードＤの発熱量は、順方向降下電圧値（ほぼ一定値）と電流値の積で表されるのに対し、抵抗体の発熱量（ジュール発熱量）は、抵抗値と電流値の二乗の積で表される。したがって、ダイオードＤの発熱量は、抵抗体のジュール発熱量に比べて、電流値変化に対する発熱量変化が小さい。このため、ダイオードＤを用いる方法は、幅広い電流域に対して変化幅は小さいが大きな発熱量が得られるので、励磁中の低電流時での電源遮断時には、抵抗体を用いる方法に比べて、より幅広い電流域で、必要な発熱量を確保することができる。   Although the diode D is used here as the heat source, the present invention is not limited thereto, and other semiconductor elements other than the diode, resistors, and the like can be used. Also by these, the same effect as the case where the diode D is used can be acquired. The amount of heat generated by the diode D is represented by the product of the forward drop voltage value (almost constant value) and the current value, whereas the amount of heat generated by the resistor (Joule heat amount) is the resistance value and the current value. Expressed as a square product. Therefore, the heat generation amount of the diode D is smaller in the heat generation amount change with respect to the current value change than the Joule heat generation amount of the resistor. For this reason, the method using the diode D has a small change width over a wide current range, but a large calorific value is obtained. Therefore, when the power is cut off at a low current during excitation, compared to the method using a resistor, Necessary heat generation can be secured in a wider current range.

前記したように、第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００の超電導磁石装置１は、少なくとも一つの超電導コイルとしての６個の超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂと、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを冷媒２４と共に収納し冷却する冷却容器２１と、前記少なくとも一つの超電導コイルとしての６個の超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに直列に接続して第１閉回路Ｃ１を構成し超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに永久電流Ｉｐを流す永久電流スイッチ６と、第１閉回路Ｃ１とは別に超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル２ｂ，４ａに直列に接続して第２閉回路Ｃ２１を構成するダイオードＤと、ダイオードＤに熱的に接続される熱電変換素子１０と、熱電変換素子１０と電気的に接続され、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル４ａに熱的に接続される電熱ヒータ１３と、を有している。   As described above, the superconducting magnet device 1 of the MRI apparatus 100 according to the first embodiment includes the six superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b as at least one superconducting coil, and the superconducting coil 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b are connected in series to the cooling container 21 for storing and cooling together with the refrigerant 24 and the six superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b as the at least one superconducting coil. Then, the first closed circuit C1 and the permanent current switch 6 for passing the permanent current Ip to the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b, and the superconducting coils 2a, 2b and 3a are separated from the first closed circuit C1. , 3b, 4a, 4b, which is connected in series to the superconducting coils 2b, 4a, and constitutes the second closed circuit C21, and the diode D is heated. And the thermoelectric conversion element 10 connected to the thermoelectric conversion element 10 and thermally connected to the superconducting coil 4a which is at least one of the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b. The electric heater 13 is provided.

そして、第１実施形態では、少なくとも一つの超電導コイルとしての６個の超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが直列に接続されて構成され永久電流を流す第１閉回路Ｃ１とは別に超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル２ｂ，４ａに直列にダイオードＤが接続されて構成される第２閉回路Ｃ２１において、ダイオードＤに生じる熱を起電力に変換する熱電変換ステップと、この熱電変換ステップにおいて得られた起電力を用いて電熱ヒータ１３を発熱させる発熱ステップと、この発熱ステップにおいて得られた電熱ヒータ１３の熱により超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの少なくとも一つである超電導コイル４ａにクエンチを誘発させるステップと、を有する超電導コイルの保護方法が実行される。   In the first embodiment, the first closed circuit C1 is configured by connecting six superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, and 4b as at least one superconducting coil connected in series to flow a permanent current. Separately, the diode D is generated in the second closed circuit C21 in which the diode D is connected in series to the superconducting coils 2b and 4a which are at least one of the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b. A superconducting coil is formed by a thermoelectric conversion step for converting heat into an electromotive force, a heat generation step for generating heat from the electric heater 13 using the electromotive force obtained in the thermoelectric conversion step, and the heat of the electric heater 13 obtained in the heat generation step. Step for inducing quench in superconducting coil 4a, which is at least one of 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b. When the protection method of the superconducting coil with runs.

すなわち、第１実施形態では、熱電変換素子１０と熱的に接続されたダイオードＤを備える第２閉回路Ｃ２１の、超電導コイル２ｂまたは４ａにおいて、クエンチが発生した場合、それにより生じる電圧上昇のために第２閉回路Ｃ２１内に大きな電流が流れる。このため、ダイオードＤで発熱し、その熱が熱電変換素子１０を介して、冷媒２４に伝熱することで、熱電変換素子１０に起電力が発生する。これにより、熱電変換素子１０と電気的に接続された電熱ヒータ１３でジュール熱が発生して、超電導コイル４ａを加熱し、クエンチを拡散させることができるので、迅速に永久電流Ｉｐを減衰できる。
また、クエンチが発生した場合の熱電変換素子１０への流入熱量を容易に見積もることができるため、熱電変換素子１０の熱に対する信頼性を確保しつつ繰り返し動作が可能となり、安定したクエンチ保護を実現できる。
したがって第１実施形態によれば、簡易な構成により、クエンチが発生した場合には蓄積された磁気エネルギを迅速に消費できる超電導磁石装置１およびＭＲＩ装置１００を提供することができる。 That is, in the first embodiment, when a quench occurs in the superconducting coil 2b or 4a of the second closed circuit C21 that includes the diode D that is thermally connected to the thermoelectric conversion element 10, a voltage increase caused thereby occurs. A large current flows in the second closed circuit C21. For this reason, heat is generated by the diode D, and the heat is transferred to the refrigerant 24 via the thermoelectric conversion element 10, whereby an electromotive force is generated in the thermoelectric conversion element 10. As a result, Joule heat is generated in the electric heater 13 electrically connected to the thermoelectric conversion element 10, and the superconducting coil 4a can be heated and the quench can be diffused, so that the permanent current Ip can be quickly attenuated.
Moreover, since the amount of heat flowing into the thermoelectric conversion element 10 when quenching can be easily estimated, it is possible to repeatedly operate while ensuring the reliability of the thermoelectric conversion element 10 with respect to heat, thereby realizing stable quench protection. it can.
Therefore, according to the first embodiment, it is possible to provide the superconducting magnet apparatus 1 and the MRI apparatus 100 that can quickly consume the accumulated magnetic energy when a quench occurs with a simple configuration.

〔第２実施形態〕
次に、図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る超電導磁石装置１ａについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る超電導磁石装置１ａの中心軸（対称軸）を含む縦断面図の上側部分を示す図である。 [Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 11, the superconducting magnet device 1a according to the second embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of common points will be omitted as appropriate. .
FIG. 11 is a diagram showing an upper portion of a longitudinal sectional view including the central axis (symmetric axis) of the superconducting magnet device 1a according to the second embodiment of the present invention.

図１１に示すように、第２実施形態は、ダイオードＤが超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの最下部よりも上側に配置されている点で、第１実施形態と異なっている。特に図１１では、ダイオードＤの少なくとも一部が超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの最上部よりも上側に配置されている。   As shown in FIG. 11, the second embodiment is different from the first embodiment in that the diode D is disposed above the lowermost part of the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b. Yes. In particular, in FIG. 11, at least a part of the diode D is arranged above the uppermost part of the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b.

このような第２実施形態によれば、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが冷却されて超電導状態にあるときに、ダイオードＤを液面２４ａから出したり、出しやすくしたりすることができる。クエンチ時には、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂやダイオードＤでの発熱により、冷媒２４が蒸発し、冷媒２４の液面２４ａは下降していき、ダイオードＤが液面２４ａより上に露出する。液化した冷媒２４中にダイオードＤがある場合に比べて、冷媒２４の液面２４ａからダイオードＤが露出した場合には、ダイオードＤの温度上昇はより顕著になるため、より迅速に電熱ヒータ１３の温度を上昇させ、すみやかにクエンチを誘発できる。   According to the second embodiment, when the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b are cooled and are in a superconducting state, the diode D is taken out of the liquid surface 24a or easily made out. be able to. At the time of quenching, the refrigerant 24 evaporates due to heat generated by the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b and the diode D, the liquid level 24a of the refrigerant 24 descends, and the diode D rises above the liquid level 24a. Exposed to. Compared with the case where the diode D is present in the liquefied refrigerant 24, when the diode D is exposed from the liquid surface 24a of the refrigerant 24, the temperature rise of the diode D becomes more conspicuous. The temperature can be raised and a quench can be triggered immediately.

〔第３実施形態〕
次に、図１２を参照して、本発明の第３実施形態に係る超電導磁石装置１ｂについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る超電導磁石装置１ｂの回路図である。 [Third Embodiment]
Next, with reference to FIG. 12, the superconducting magnet device 1b according to the third embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of common points will be omitted as appropriate. .
FIG. 12 is a circuit diagram of a superconducting magnet device 1b according to the third embodiment of the present invention.

図１２に示すように、第３実施形態は、電熱ヒータ１３ａ，１３ｂが、均一磁場空間Ｆ（図２参照）の中心Ｏを通り且つ超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの中心軸（ｚ軸）を法線とする対称面に対して、熱電変換素子１０と熱的に接続されたダイオードＤ１を備える第２閉回路Ｃ２１中の超電導コイル２ｂ，４ａと対称位置にある超電導コイル２ａ，４ｂに熱的に接続されている点で、第１実施形態と異なっている。   As shown in FIG. 12, in the third embodiment, the electric heaters 13a and 13b pass through the center O of the uniform magnetic field space F (see FIG. 2) and the centers of the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b. A superconducting coil in a symmetrical position with respect to the superconducting coils 2b and 4a in the second closed circuit C21 including the diode D1 thermally connected to the thermoelectric conversion element 10 with respect to a symmetry plane having the axis (z-axis) as a normal line. It is different from the first embodiment in that it is thermally connected to 2a and 4b.

このような第３実施形態では、例えば超電導コイル４ａでクエンチが発生した場合、ダイオードＤ１は電流が流れて発熱し、熱電変換素子１０の一端が加熱されて起電力が発生する。これにより、電熱ヒータ１３ａ，１３ｂが加熱されて、超電導コイル２ａおよび／または超電導コイル４ｂが強制的にクエンチさせられる。したがって、クエンチが発生した超電導コイル４ａと対称位置にある超電導コイル２ａ，４ｂの電流の減衰を合わせることで、超電導磁石装置１に作用する電磁力の不均衡を抑制して、超電導磁石装置１の健全性（信頼性）を向上させることができる。   In the third embodiment, for example, when quenching occurs in the superconducting coil 4a, the diode D1 generates heat due to current flow, and one end of the thermoelectric conversion element 10 is heated to generate electromotive force. Thereby, the electric heaters 13a and 13b are heated, and the superconducting coil 2a and / or the superconducting coil 4b are forcibly quenched. Therefore, by combining the attenuation of the currents of the superconducting coils 2a and 4b in the symmetric position with the superconducting coil 4a where the quench occurs, the imbalance of the electromagnetic force acting on the superconducting magnet device 1 is suppressed, and the superconducting magnet device 1 Soundness (reliability) can be improved.

なお、図１２には、ダイオードＤ１に熱的に接続された熱電変換素子１０、および超電導コイル２ａ，４ｂにそれぞれ熱的に接続された電熱ヒータ１３ａ、１３ｂが描かれているが、この限りではない。例えば、熱電変換素子１０がダイオードＤ１に熱的に接続され、電熱ヒータが超電導コイル２ａと４ｂの一方に熱的に接続されていてもよい。また、熱電変換素子１０がダイオードＤ３に熱的に接続され、電熱ヒータ１３ａ、１３ｂが超電導コイル２ｂ，４ａにそれぞれ熱的に接続されていてもよい。   FIG. 12 shows the thermoelectric conversion element 10 thermally connected to the diode D1 and the electric heaters 13a and 13b thermally connected to the superconducting coils 2a and 4b, respectively. Absent. For example, the thermoelectric conversion element 10 may be thermally connected to the diode D1, and the electric heater may be thermally connected to one of the superconducting coils 2a and 4b. Further, the thermoelectric conversion element 10 may be thermally connected to the diode D3, and the electric heaters 13a and 13b may be thermally connected to the superconducting coils 2b and 4a, respectively.

〔第４実施形態〕
次に、図１３を参照して、本発明の第４実施形態に係る超電導磁石装置１ｃについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図１３は、本発明の第４実施形態に係る超電導磁石装置１ｃの中心軸（対称軸）を含む縦断面図の下側部分を示す図である。 [Fourth Embodiment]
Next, with reference to FIG. 13, the superconducting magnet device 1c according to the fourth embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of common points will be omitted as appropriate. .
FIG. 13: is a figure which shows the lower part of a longitudinal cross-sectional view containing the central axis (symmetric axis) of the superconducting magnet apparatus 1c which concerns on 4th Embodiment of this invention.

図１３に示すように、第４実施形態は、ダイオードＤおよび熱電変換素子１０が、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのうちの一つである超電導コイル４ａに近接して配置されている点で、第１実施形態と異なっている。   As shown in FIG. 13, in the fourth embodiment, the diode D and the thermoelectric conversion element 10 are arranged close to the superconducting coil 4a which is one of the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b. This is different from the first embodiment.

このような第４実施形態によれば、ダイオードＤおよび熱電変換素子１０は、超電導コイル４ａ近傍の磁場の高い位置に設置されることになる。ここで、前記した式（１）より、熱電変換素子（ネルンスト素子）１０が経験する磁場（磁束密度Ｂ）は、ネルンスト効果により誘導される起電力Ｖｎと比例する。したがって、熱電変換素子１０が超電導コイル４ａ近傍に設置されることにより、熱電変換素子１０が誘起する起電力Ｖｎを高めることができる。これにより、迅速に電熱ヒータ１３の温度を上昇させ、すみやかにクエンチを誘発できる。   According to such 4th Embodiment, the diode D and the thermoelectric conversion element 10 will be installed in the high magnetic field position of the superconducting coil 4a vicinity. Here, from the above equation (1), the magnetic field (magnetic flux density B) experienced by the thermoelectric conversion element (Nernst element) 10 is proportional to the electromotive force Vn induced by the Nernst effect. Therefore, the electromotive force Vn induced by the thermoelectric conversion element 10 can be increased by installing the thermoelectric conversion element 10 in the vicinity of the superconducting coil 4a. Thereby, the temperature of the electric heater 13 can be quickly raised, and quenching can be promptly induced.

なお、本発明は、前記した第１〜第４実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した第１〜第４実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。   In addition, this invention is not limited to above-described 1st-4th embodiment, Various modifications are included. For example, the first to fourth embodiments described above have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

例えば、熱電変換素子１０は、ダイオードＤ１〜Ｄ６の少なくとも一つに熱的に接続して設けられ得る。また、電熱ヒータ１３は、超電導コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの少なくとも一つに熱的に接続されて設けられ得る。   For example, the thermoelectric conversion element 10 can be provided in thermal connection with at least one of the diodes D1 to D6. The electric heater 13 can be provided by being thermally connected to at least one of the superconducting coils 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b.

ただし、電熱ヒータ１３を用いてクエンチを誘発する対象となる超電導コイルとしては、磁気エネルギのより大きな超電導シールドコイル（超電導コイル）４ａ、４ｂや、超電導主コイル（超電導コイル）２ａ、２ｂを選択することが好ましい。その理由は、磁気エネルギの小さな超電導主コイル（超電導コイル）３ａ、３ｂでクエンチが発生した場合、フェイルセーフの考えのもと、磁気エネルギの大きな超電導コイル２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂをすみやかにクエンチさせることができ、全磁気エネルギを磁気エネルギの小さな超電導主コイル（超電導コイル）３ａ、３ｂで消費することとなるのを避けることができるからである。   However, as a superconducting coil to be subjected to quenching using the electric heater 13, superconducting shield coils (superconducting coils) 4a and 4b having a larger magnetic energy and superconducting main coils (superconducting coils) 2a and 2b are selected. It is preferable. The reason is that when a quench occurs in the superconducting main coils (superconducting coils) 3a and 3b having a small magnetic energy, the superconducting coils 2a, 2b, 4a and 4b having a large magnetic energy are promptly quenched based on the fail-safe concept. This is because it can be avoided that the total magnetic energy is consumed by the superconducting main coils (superconducting coils) 3a and 3b having a small magnetic energy.

また、前記した実施形態では、超電導磁石装置１は、ＭＲＩ装置１００に適用されているが、これに限定されるものではなく、例えば放射光施設で用いられる軌道を曲げるための偏向磁石に適用されてもよい。   In the above-described embodiment, the superconducting magnet apparatus 1 is applied to the MRI apparatus 100. However, the present invention is not limited to this. For example, the superconducting magnet apparatus 1 is applied to a deflection magnet for bending a trajectory used in a radiation facility. May be.

１，１ａ〜１ｃ 超電導磁石装置
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ 超電導主コイル（超電導コイル）
４ａ，４ｂ 超電導シールドコイル（超電導コイル）
６ 永久電流スイッチ
１０ 熱電変換素子
１３，１３ａ，１３ｂ 電熱ヒータ
１５ 断熱材
２１ 冷却容器
２４ 冷媒
１００ ＭＲＩ装置（磁気共鳴画像装置）
１０２ ベッド
１０３ 搬送装置
１０５ 処理装置
Ｃ１ 第１閉回路
Ｃ２１〜Ｃ２３ 第２閉回路
Ｄ（Ｄ１〜Ｄ６） ダイオード
Ｆ 均一磁場空間
Ｉｐ 永久電流
Ｏ 中心 1, 1a-1c Superconducting magnet device 2a, 2b, 3a, 3b Superconducting main coil (superconducting coil)
4a, 4b Superconducting shield coil (superconducting coil)
6 Permanent Current Switch 10 Thermoelectric Conversion Element 13, 13a, 13b Electric Heater 15 Heat Insulating Material 21 Cooling Container 24 Refrigerant 100 MRI Device (Magnetic Resonance Imaging Device)
102 Bed 103 Transport device 105 Processing device C1 First closed circuit C21-C23 Second closed circuit D (D1-D6) Diode F Uniform magnetic field space Ip Permanent current O Center

Claims (12)

少なくとも一つの超電導コイルと、
前記超電導コイルを冷媒と共に収納し冷却する冷却容器と、
前記少なくとも一つの超電導コイルに直列に接続して第１閉回路を構成し前記超電導コイルに永久電流を流す永久電流スイッチと、
前記第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列に接続して第２閉回路を構成するダイオードと、
前記ダイオードに熱的に接続される熱電変換素子と、
前記熱電変換素子と電気的に接続され、前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに熱的に接続される電熱ヒータと、
を有することを特徴とする超電導磁石装置。 At least one superconducting coil;
A cooling container for storing and cooling the superconducting coil together with a refrigerant;
A permanent current switch connected in series to the at least one superconducting coil to form a first closed circuit and to pass a permanent current through the superconducting coil;
A diode that is connected in series to at least one of the superconducting coils separately from the first closed circuit to form a second closed circuit;
A thermoelectric conversion element thermally connected to the diode;
An electric heater electrically connected to the thermoelectric conversion element and thermally connected to at least one of the superconducting coils;
A superconducting magnet device comprising: 前記熱電変換素子は、一端が前記ダイオードに熱的に接続し、他端が前記冷媒に熱的に接続しており、前記熱電変換素子の側面に断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。   One end of the thermoelectric conversion element is thermally connected to the diode, the other end is thermally connected to the refrigerant, and a heat insulating material is provided on a side surface of the thermoelectric conversion element. The superconducting magnet device according to claim 1. 前記ダイオードは、前記超電導コイルの最下部よりも上側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。   The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the diode is disposed above a lowermost part of the superconducting coil. 前記ダイオードは、前記超電導コイルの最下部よりも上側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の超電導磁石装置。   The superconducting magnet device according to claim 2, wherein the diode is disposed above a lowermost part of the superconducting coil. 前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。   The electric heater includes the diode thermally connected to the thermoelectric conversion element with respect to a symmetry plane that passes through the center of the uniform magnetic field space generated by the superconducting coil and has the central axis of the superconducting coil as a normal line. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the superconducting magnet device is thermally connected to a superconducting coil in a symmetrical position with the superconducting coil in the second closed circuit. 前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の超電導磁石装置。   The electric heater includes the diode thermally connected to the thermoelectric conversion element with respect to a symmetry plane that passes through the center of the uniform magnetic field space generated by the superconducting coil and has the central axis of the superconducting coil as a normal line. The superconducting magnet device according to claim 2, wherein the superconducting magnet device is thermally connected to a superconducting coil in a symmetrical position with the superconducting coil in the second closed circuit. 前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導磁石装置。   The electric heater includes the diode thermally connected to the thermoelectric conversion element with respect to a symmetry plane that passes through the center of the uniform magnetic field space generated by the superconducting coil and has the central axis of the superconducting coil as a normal line. The superconducting magnet device according to claim 3, wherein the superconducting magnet device is thermally connected to a superconducting coil in a symmetrical position with the superconducting coil in the second closed circuit. 前記電熱ヒータは、前記超電導コイルが生成する均一磁場空間の中心を通り且つ前記超電導コイルの中心軸を法線とする対称面に対して、前記熱電変換素子と熱的に接続された前記ダイオードを備える前記第２閉回路中の超電導コイルと対称位置にある超電導コイルに熱的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導磁石装置。   The electric heater includes the diode thermally connected to the thermoelectric conversion element with respect to a symmetry plane that passes through the center of the uniform magnetic field space generated by the superconducting coil and has the central axis of the superconducting coil as a normal line. The superconducting magnet device according to claim 4, wherein the superconducting magnet device is thermally connected to a superconducting coil in a symmetrical position with the superconducting coil in the second closed circuit. 前記ダイオードおよび前記熱電変換素子は、前記超電導コイルに近接して配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超電導磁石装置。   The superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 8, wherein the diode and the thermoelectric conversion element are disposed in proximity to the superconducting coil. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超電導磁石装置と、
被検体を載置するベッドと、
前記ベッドを移動させ、前記被検体を前記超電導磁石装置が生成する均一磁場空間へ搬送する搬送装置と、
前記均一磁場空間に置かれた前記被検体からの核磁気共鳴信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴画像装置。 The superconducting magnet device according to any one of claims 1 to 8,
A bed on which the subject is placed;
A transport device that moves the bed and transports the subject to a uniform magnetic field space generated by the superconducting magnet device;
A processing device for processing a nuclear magnetic resonance signal from the subject placed in the uniform magnetic field space;
A magnetic resonance imaging apparatus comprising: 請求項９に記載の超電導磁石装置と、
被検体を載置するベッドと、
前記ベッドを移動させ、前記被検体を前記超電導磁石装置が生成する均一磁場空間へ搬送する搬送装置と、
前記均一磁場空間に置かれた前記被検体からの核磁気共鳴信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴画像装置。 The superconducting magnet device according to claim 9,
A bed on which the subject is placed;
A transport device that moves the bed and transports the subject to a uniform magnetic field space generated by the superconducting magnet device;
A processing device for processing a nuclear magnetic resonance signal from the subject placed in the uniform magnetic field space;
A magnetic resonance imaging apparatus comprising: 少なくとも一つの超電導コイルが直列に接続されて構成され永久電流を流す第１閉回路とは別に前記超電導コイルのうちの少なくとも一つに直列にダイオードが接続されて構成される第２閉回路において、前記ダイオードに生じる熱を起電力に変換する熱電変換ステップと、
前記熱電変換ステップにおいて得られた起電力を用いて電熱ヒータを発熱させる発熱ステップと、
前記発熱ステップにおいて得られた前記電熱ヒータの熱により前記超電導コイルのうちの少なくとも一つにクエンチを誘発させるステップと、
を有することを特徴とする超電導コイルの保護方法。 In a second closed circuit configured by connecting a diode in series to at least one of the superconducting coils separately from the first closed circuit configured by connecting at least one superconducting coil in series and flowing a permanent current, A thermoelectric conversion step for converting heat generated in the diode into electromotive force;
A heat generation step for generating heat in the electric heater using the electromotive force obtained in the thermoelectric conversion step;
Inducing quench in at least one of the superconducting coils by the heat of the electric heater obtained in the exothermic step;
A method for protecting a superconducting coil, comprising:
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