JP2016537611A - 直接的に連続したさらなるバンドセグメントによってそれぞれがオーバーラップした連結バンドセグメントを有する超伝導構造からなる巻線を有する超伝導マグネットコイルを含むｎｍｒ分光計 - Google Patents

Abstract

ＮＭＲマグネットコイル（９１）を有するＮＭＲ分光計（１３１）であって、少なくとも１つのセクション（１２１）において、超伝導構造（１）を有する伝導体の巻線を含み、当該構造（１）は、帯状の超伝導体からなる複数のバンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）を含み、各バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）は、可撓性基材（３）および当該基材（３）上に堆積した超伝導層（４）を含み、バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）はそれぞれ、２０ｍ以上の長さを有し、バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）は、互いに接続されており、バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）の少なくとも１つは、連結バンドセグメント（２、２ａ）を形成し、各連結バンドセグメント（２、２ａ）は、少なくとも２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の組み合わせが、連結バンドセグメント（２、２ａ）の全長（Ｌ）の少なくとも９５％とオーバーラップするように、少なくとも２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）に接続されているＮＭＲ分光計。本発明は、特に、分光計のマグネットコイルがサンプル体積内に特に高い磁場を発生させることができ、且つ低いドリフトを有する、改善されたＮＭＲ分光計を提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＮＭＲマグネットコイルを有するＮＭＲ分光計に関し、ＮＭＲマグネットコイルの少なくとも１つのセクションは超伝導構造を有する伝導体の巻線を含み、当該構造は、帯状の超伝導体の複数のバンドセグメントを含み、それぞれのバンドセグメントは、基材およびその上に堆積された超伝導層を含み、このバンドセグメントは互いにジョイントされている。

超伝導体は、実質的に抵抗損なく電流を運ぶことができる。超伝導体は、高電流が必要とされる場所、例えばマグネットコイルに特に配置される。

超伝導体は、臨界温度（転移温度とも呼ばれる）未満および温度依存性臨界磁場強度（方向依存性でもあり得る）未満でのみ、臨界電流密度まで損失なく電流を運ぶことができる。これらの臨界パラメータ、すなわち互いに依存した臨界電流密度、臨界温度および臨界磁場強度を超えると、超伝導体は常伝導状態に入る。

ワイヤとして加工処理され得る金属超伝導材料、例えばＮｂＴｉは、相対的に低い臨界温度（ＮｂＴｉに関して、例えば約９Ｋ）を有し、そのため、特に必要な冷却に用いると非常に高価である。さらに、金属超伝導体は、相対的に低い臨界磁場を有しており、これを超えると金属超伝導体は超伝導特性を失う。

高温超伝導体（ＨＴＳＬ）、例えばイットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）は、顕著に高い臨界温度を有し、ＹＢＣＯについては例えば約９０Ｋであるが、そのセラミック特性に起因して加工処理が困難である。臨界温度よりも顕著に低い温度で使用される場合、ＨＴＳＬは比較的大きな電流を伝導でき、すなわち、ＨＴＳＬは高い臨界電流密度を有する。比較的高い臨界磁場強度を有しているため、これらの材料は、高いスペクトル分解能を得るために、例えばＮＭＲ分光計に所望されるような強磁場における低い操作温度にも好適である。

技術的応用については、ＨＴＳＬは、通常、帯状の通常は金属の基材上に薄層として堆積し、概して１つ以上のバッファ層が基材と超伝導層との間に介在し、１つ以上の最終金属層が超伝導層の頂部に堆積する。この構造はまた帯状の超伝導体と称され、英語では「ｃｏａｔｅｄｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（コーティングされた伝導体）」として一般に知られている。

しかし、良質な超伝導層を堆積させることは相対的に困難である。概して、特別なテクスチャを有する基材表面が必要であるが、これは限られた長さでしか提供することができない。現在、帯状の超伝導体の良質なバンドセグメントは、約１００〜５００ｍの最大範囲に限定される。結果として、マグネットコイルにおいて、すなわちＮＭＲ分光計において巻き付けることができるコイルセクションのサイズは制限される。マグネットコイルにおいてジョイントを用いてバンドセグメントを接続することは技術的に困難であり、一般にマグネットコイルのドリフトを増大させる。これは、高分解能ＮＭＲ分光法の分野において特に望ましくない。

欧州特許出願公開第０５４５６０８（Ａ２）号明細書には、より長い距離、例えば数キロメートルにわたって電流を輸送可能にするために、限定された長さのみ良質に製造することができる接合伝導体セグメントが提案されている。

米国特許出願公開第２００５／０１７３６７９（Ａ１）号明細書には、帯状の超伝導体の２つのバンドセグメントを接合し、それぞれの基材上の超伝導層は互いに対向することが開示される。超伝導層は超伝導接触状態となり、２つの多結晶超伝導層が近接することによって有効な粒子境界面を増大させ、ひいては臨界電流を改善することが意図されている。

米国特許第６８２８５０７（Ｂ１）号明細書にはまた、帯状の超伝導体の２つのバンドセグメントを接合し、それぞれの基材上の超伝導層は互いに対向するが開示される。超伝導層は、１つ以上の常伝導中間層（例えば個々のバンドセグメントの被覆層）によって接合される。

米国特許第６１２１２０５（Ａ）号明細書には、オーバーラップする複数の超伝導体ユニットを含む超伝導構造において、超伝導体ユニットは、それぞれ金属酸化物結晶、例えばＺｒＯ_２またはＭｇＯからなる基材および超伝導層、例えばＲｅＢＣＯ材料からなる超伝導層を含むことが開示される。超伝導構造において、超伝導体ユニットの超伝導層は互いに対向する。

米国特許出願公開第２００３／０２１３６１１（Ａ１）号明細書には、オーバーラップする固体ＹＢＣＯからなる複数の棒状の超伝導体ユニットからなる超伝導構造が開示されている。棒状の超伝導体ユニットは、特に、積み重ねられた３つの面に配置されてもよく、直線方向に沿って接続されてもよい。１つの記載された実施形態において、超伝導体材料は単結晶ＭｇＯ基材上に薄層を形成する。

独国特許出願公開第６００３１７８４（Ｔ２）号明細書には、ＨＴＳによってコーティングされた２つの要素の配置が開示されており、これらの要素は、金属性カバー層を介して互いに対向するＨＴＳ層において互いに接続されている。ＨＴＳ被覆要素は、長手伸張方向に対して垂直な方向に、互いにわずかにオフセットするように配置されてもよい。

本発明の目的は、サンプル体積内に特に高い磁場強度を発生させることができ、低いドリフトを有する、特に分光計のマグネットコイルを有する改善されたＮＭＲ分光計を提供することである。特に、マグネットコイルが高い磁場強度において高い電流保持容量を有し、動作中、スイッチを介して短絡されることができ、マグネットコイル内側のサンプル体積内において均一且つ一時的に極めて安定な磁場を発生させるのに好適であり、すなわち、持続モード動作において、マグネットコイルの伝導体、そのセクション間のジョイントおよび／またはスイッチの残留抵抗によって発生した磁場のドリフトが、例えば高分解能ＮＭＲ分光法に関して許容限度内に留まるようなＮＭＲ分光計が提供される。

この目的は、少なくとも１つのセクションにおいて超伝導構造を有する伝導体の巻線を含むＮＭＲマグネットコイルを有するＮＭＲ分光計によって達成され、超伝導構造は、帯状の超伝導体の複数のバンドセグメントを含み、ここで、各バンドセグメントは、可撓性基材およびその上に堆積された超伝導層を含み、バンドセグメントのそれぞれは２０ｍ以上の長さを有し、バンドセグメントは互いに接続され、バンドセグメントの少なくとも１つは、連結バンドセグメントであり、各連結バンドセグメントのさらなるバンドセグメントが共に、連結バンドセグメントの全長の少なくとも９５％とオーバーラップするように少なくとも２つのさらなるバンドセグメントに接続する。バンドセグメントは、さらに上述したように、市販の超伝導体テープであってもよい。

本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルの少なくとも１つのセクションにおいて、超伝導構造は、１つ以上の連結バンドセグメントに基づく。連結の範囲において、超伝導構造は特に高い電流保持容量を有し、これにより、（概して臨界電流よりも顕著に低い電流を用いた）マグネットコイルの操作中、局所的に生じる臨界電流密度の不均一性およびその結果局所的に生じる（依然として非常に小さい）オーム抵抗に耐えることができる。電流は、互いに対向している平行な連結バンドセグメント間で交換され得る。バンドセグメントの１つにおいて臨界電流密度が不均一（例えば、超伝導層における常伝導ｎｓ）である場合、臨界電流密度の不均一性は、対応する対向バンドセグメントによってブリッジされ、また逆も同様に行われる。結果として、このような不均一性は、超伝導構造全体の電流保持容量に顕著な障害を引き起こさない。特に、このことはまた、この種の最も大規模な妨害、すなわちバンドセグメントがつなぎ合わされるギャップにおいても同様である。

さらに、互いに対向するバンドセグメント間の接触領域は非常に大きい。本発明の範囲内では、一般に連結バンドセグメントの全長は、横方向の電流交換に使用されてもよく、接触抵抗（横方向の抵抗）は非常に小さくなる。特に、超伝導層間のコンタクトとして常伝導材料の１つ以上の層を使用することができ、それによって顕著なレベルまでオーム抵抗を増大させることはない。それでもなお、これらの常伝導層は、良好な電気伝導性を有する材料（例えば、貴金属または銅、またはこれら金属の合金）から製造されるべきである。これらの中間層は、超伝導構造の製造プロセスを単純化でき、熱伝導体として、超伝導状態を安定化させるために超伝導層に対して平行に延在する電流経路として、およびクエンチ保護としても役立ち得る。特に、平行バンドセグメントはまた、それぞれの銅カバーの単純なハンダ付けによって接続され得る。一般に、ハンダ付けは、５ｍを超える、好ましくは２０ｍを超えるバンド方向に沿って延在する。いずれにせよ、それはセクションにおいて複数の巻線を含む。

本発明の範囲内では、多数のバンドセグメントを連続的に連結させる場合にも、顕著なオーム伝導体抵抗の発生を回避することができる。このように、本発明はまた、多数の巻線を、例えばキロメートル範囲で有するコイルにも非常に適している。ＮＭＲの目的のために、数十ｎＯｈｍ未満の総横方向抵抗を得ることが望ましく、１桁大きくても許容可能である可能性が高い。銅エンクロージャを介して２つのバンドセグメントをハンダ付けすることにより、典型的な市販のＨＴＳテープ伝導体に関して、約４０ｎＯｈｍ／ｃｍ^２の横方向抵抗がもたらされた。

本発明の範囲内において、超伝導層が互いに隣り合う（互いに対向する）２つのバンドセグメントを接続することにより、全体としてはオーム抵抗が消失するように超伝導または擬超伝導電気的接触がもたらされ得る。テープ伝導体の銅カバーが基材を包み込む場合、テープは積み重ねるように（ａｓ ｓｔａｃｋｓ）ハンダ付けされてもよく、すなわち超伝導層は（鏡面方式で）互いに対向している必要はない。したがって、個々のテープの基材層を結果として半径方向外側位置に維持することができるようになり（増大した横方向抵抗を犠牲にして）、これにより、ローレンツ力による超伝導層の分離リスクが低減される。

バンドセグメントが少なくとも２つのさらなるバンドセグメントに接続され、これらの組み合わせが（バンドセグメントの伸長方向／長手方向において）バンドセグメントの全長と実質的にオーバーラップする場合に、このバンドセグメントは、連結バンドセグメントとして指定される。このように、さらなるバンドセグメントは、特に連結バンドセグメントの欠陥範囲において、連結バンドセグメントのための平行電流経路として作用し得る。逆も同様に、連結バンドセグメントは、特にさらなるバンドセグメント間のギャップ（接触点）において、さらなるバンドセグメントのための平行電流経路を提供する。

本発明に係る連結バンドセグメントにオーバーラップして接続されたさらなるバンドセグメントの１つ以上（特に同様にすべて）は、それらのターンでは連結バンドセグメントであり得る。したがって、単純な方法で、有効な任意の巻線長さは本発明に係る超伝導構造を用いて実現することができる。さらに、超伝導構造のバンドセグメントは、１つ以上の連結バンドセグメントに対してさらなるバンドセグメントとしても作用し得る。

超伝導構造の長手方向において互いに続くさらなるバンドセグメント間において、（できる限り狭い）ギャップ（隣接端部、収容範囲（ｆｉｔｔｉｎｇ ｒａｎｇｅ））が形成され、連結バンドセグメントによってブリッジされる。さらに、通常、さらなるバンドセグメントのそれぞれは、連結バンドセグメントを越えて一方の端部で長手方向に延在する。

本発明に係るＮＭＲ分光計のＮＭＲマグネットコイルは、シム調整を行っていない状態で、好ましくは少なくとも１ｃｍ^３、最も好ましくは少なくとも１０ｃｍ^３のサンプル体積において、１００ｐｐｍまたはより高い、好ましくは１０ｐｐｍまたはより高い、最も好ましくは２ｐｐｍまたはより高い均一性を含み、サンプル体積にわたって、好ましくは１０テスラ以上、特に２０テスラ以上、またはさらに２３．５テスラ以上、例えば２８．２テスラ（＝１２００ＭＨｚのプロトン共鳴周波数）の磁束密度を生じる。超伝導構造のバンドセグメントはそれぞれ、特にＮＭＲマグネットコイルのセクションの周りに巻き上げることができる可撓性の、好ましくは金属性の基材、例えば鋼製の基材を含む。バンドセグメントの典型的な幅は、２ｍｍ〜６０ｍｍの範囲である。バンドセグメントの典型的な厚さは、２５μｍ〜３００μｍの範囲である。バンドセグメントの長さは、約２０ｍ以上、多くは１００ｍ以上である。

本発明に係るＮＭＲ分光計の好ましい実施形態において、超伝導構造は、少なくともＮ個の連結バンドセグメントを含み、Ｎ≧５、好ましくはＮ≧２０である。特に、Ｎ個連結したバンドセグメントは、連結バンドセグメントのそれぞれのさらなるバンドセグメントの少なくとも１つが、そのターンでは連結バンドセグメントであるような方法で、連続して互いに接続される。このように、その利点を含む超伝導構造は、任意の、特に大きな長さにおいても用いられ得る。互いに連続してリンクした連結バンドセグメントの配列において（テープ方向に関して）内側バンドセグメントのすべてに関し、２つのさらなるバンドセグメントはそれぞれ連結バンドセグメントであり、当該配列の外側のバンドセグメントの両方に関しては、さらなるバンドセグメントの一方だけが連結バンドセグメントを形成する。変形例の超伝導構造は、少なくとも２つの面（上方および下方面）において基本的に平行なバンドセグメントを含む。上方面の連結バンドセグメントは、好ましくはそれらの超伝導層が下方に向かって配向されるように列をなして配置され、下方面の連結バンドセグメントはまた、好ましくはそれらの超伝導層が上方に向かって配向されるように列をなして配置される。

本実施形態の好ましい変形例において、超伝導構造は、連結バンドセグメントの伸長方向に沿って連結バンドセグメントを介して周期的に構成される。この手段によって構造が特に容易となり、特に同じ長さのバンドセグメントが本設計に使用されてもよい。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの連結バンドセグメントは少なくとも１つの既知の欠陥領域を含み、当該特定の連結バンドセグメントとオーバーラップするさらなるバンドセグメントの少なくとも１つは、さらなるバンドセグメントが既知の欠陥領域の周りの第１の長手方向範囲において、特に既知の欠陥領域の両側の少なくとも１０ｍの第１の長手方向範囲において欠陥を含まないように、選択され、および／または長手方向に位置付けられる。特定のバンドセグメントにおける欠陥領域が既知の（および受容された）位置である場合、当該バンドセグメントは、オーバーラップするバンドセグメントに接続されるべきであり、オーバーラップするバンドセグメントは、第１のバンドセグメントの既知の欠陥位置の周りの長手方向範囲、概して約１０ｍから数十メートルの範囲に沿って欠陥を含まないように選択され、必要により長手方向にシフトされる。当該範囲によって、十分低い横方向のオーム抵抗を伴う電流移動が可能となる。

もちろん同様に、特に最も関連のある欠陥領域に関して、すなわち２つのセグメントが共につなぎ合わせられる場所であればこれがあてはまる。結果として、連結バンドセグメントは、２つのさらなるバンドセグメント間のギャップの周りの第２の長手方向範囲に欠陥を含まず、２つのさらなるバンドセグメントは、特にギャップの両側に向かって少なくとも１０ｍの第２の長手方向範囲において、連結バンドセグメントとオーバーラップして接続される実施形態が好ましい。

好ましい実施形態において、セクションは半径方向に複数の巻線層を含み、同じ連結バンドセグメントにオーバーラップして接続された２つのさらなるバンドセグメント間のギャップの位置は、半径方向に互いに重なり合う巻線層において方位角方向にずれる。バンドセグメントが共につなぎ合わされる位置（ギャップ）は潜在的に機械的に弱いスポットでもあるため、多層巻線の場合、半径方向に互いに重なり合って配置されるべきではなく、長手方向に互いに隣接させて配置されるべきでもない。このように、マグネットコイルの機械的安定性を増大させることができる。好ましくは可能な限り、連結バンドセグメントの構造を有する伝導体の製造中に、重要な伝導体セグメントがコイルセクションにおいて最終的な位置がどこになるかを予め考慮しておくべきである。この目的を達成するために、特定の利用可能なバンドセグメントは、上述の基準を満たすために、意図的に短くしてもよく、ジョイントしてもよい。

従って、セクションが、少なくとも１つの巻線層において軸方向に隣接したいくつかの巻線を含み、同じ巻線層のギャップは方位角方向にずれることがさらに有利である。

本発明に係るＮＭＲ分光計の有利な実施形態において、セクションは、少なくとも１つの単一バンドの部分セクションを含み、当該単一バンド部分セクションには単一の連続バンドセグメントが巻き付けられ、セクションはさらに、少なくとも１つの多重バンド部分セクションを含み、当該少なくとも1つの多重バンド部分セクションには超伝導構造を有する伝導体が巻き付けられる。欠陥を含まないテープ伝導体が大きな長さで利用可能であるが、当該長さが所望のコイルセクション全体に連続的に巻き付けるのには不十分である場合、（完全な電流密度を有する）連続テープ伝導体（バンドセグメント）のみから巻き付けられる単一バンド部分セクションが形成されてもよく、さらに、（電流密度が低減された）連結バンドセグメントを有する複数テープ部分セクションが形成されてもよい。マグネットコイル内で設計が可能な幾何学形状配置は、連続テープ伝導体を有する２つの部分セクションに軸方向を囲まれたリンクを有する軸方向内側の部分セクションであってもよい。しかし、あるいは、例えば巻線層から巻線層に、単一バンドから連結二重バンドに、切り替えてもよい（適宜戻す）。極端な場合では、二重バンドに連結した単一バンドを有する二重バンドにおける１つの層は、セクション内で（擬）超伝導ジョイントとして作用する。これは２つの有利な方法で達成されてもよい。第１の変形例において、単一バンドは、セクションの軸端部で、半径方向に１つあいて隣の巻線層まで上がる。中間巻線層において、セクションを覆うセクション端部からその他方の軸端部まで共に巻き付けられたさらなるバンドセグメントが存在する。元々のバンドセグメントおよび共に巻き付けられたバンドセグメントは、セクションの軸中心の周りまで二重バンドを形成するようにハンダ付けされる。そこで（１つあけて隣の層において）、元々のバンドセグメントが終了し、新しいバンドセグメントがそれにつなぎ合わされ、共に巻き付けられたバンドセグメント（セクションの軸端部まで）にハンダ付される。このように、コイル電流は、元々のバンドセグメントから共に巻き付けられたバンドセグメントへ第１の軸方向の半分を介して移動し、残り半分においては共に巻き付けられたバンドセグメントからつなぎ合わされたバンドセグメントに移動する。好ましくは、ハンダ付けされたバンドセグメントの超伝導層は互いに対向する。第２の変形例（請求項２９および図１５ａ、１５ｂを参照）において、セクションの一方の軸端部から他方の端部まで延在する少なくとも１つの二重層では、コイル電流が、１つの層の１つの到達バンドセグメントから次の層のハンダ付けされたバンドセグメントまで移動する。セクションの全軸長は、この目的を果たすことができ、いくつかの二重層を介してハンダ接続する場合、セクションの軸長の倍数が利用可能であり、さらに転移抵抗を低下させる。この第２の変形例において、半径方向外側に基材を維持するためにハンダ付けされたバンドセグメントを単に積み重ねることがより有利であると思われる。バンドセグメントそれぞれが完全に、電気的に伝導性が高い材料、好ましくは銅によって（例えば、帯状の超伝導体全体を、一側部、好ましくは基材側においてハンダ付けされるとじ目を形成する銅箔によって完全に取り囲むことによって）包まれる場合、ハンダ付けされたバンドセグメント間の電流移動のための大きな移動長さと組み合わせて、横方向のオーム抵抗は、許容可能な範囲内に留まる。最初のテスト実験では、１ｎＯｈｍを大きく下回る移動抵抗が生じた。

上記実施形態の好ましい変形例において、セクションは、２つの軸方向外側の単一バンド部分セクションおよび軸中心の多重バンド部分セクションを含む。軸中心の多重バンド部分セクションは単に１つの連結バンドセグメントを含むことが特に好ましい。電流密度が単一バンド部分セクションに対して低減する軸中心の多重バンド部分セクションは、特に高い磁場強度が生じるマグネットコイルの中心範囲に位置する。

特に好ましい実施形態において、一方の連結バンドセグメントおよび他方のさらなるバンドセグメントは、超伝導層が互いに対向するようにオーバーラップして接続される。したがって、連結バンドセグメントとそのそれぞれのさらなるバンドセグメントとの間の電気抵抗は、特に低いレベルで維持され得る。コイルセクション内側において現れる半径方向の力に有利であり得る代替実施形態において、バンドセグメントにおける超伝導層は、同じ側部に向かって配向した超伝導構造の両方の面にある（すなわち、両方において、つまり、連結バンドセグメント、およびそれぞれのさらなるバンドセグメントにおいて）。通常、すべてのバンドセグメントに対して巻き付けられたマグネットコイルにおいて、基材（通常鋼シート）は半径方向外側に配向され、超伝導層は半径方向内側に配向される。この場合、横方向の電流輸送は、通常、バンドセグメントのハンダ付けされた銅のエンケーシング（ｅｎｃａｓｉｎｇｓ）を介して少なくとも部分的に行われる。

他の好ましい実施形態において、超伝導構造は、少なくとも２つの端部バンドセグメントを含み、各端部バンドセグメントは、連結バンドセグメントが端部バンドセグメントの全長と実質的にオーバーラップするように連結バンドセグメントに接続される。端部バンドセグメントによって、超伝導構造はその両端部において末端処理されてもよく、セクション／部分セクションの巻線インプットまたはアウトプットをそれぞれ形成してもよい。端部バンドセグメントは、同じ面またはさらに異なる面において配置されてもよい。通常、連結バンドセグメントは、端部バンドセグメントの長さの少なくとも９５％、好ましくは少なくとも９９％、またはさらには１００％でオーバーラップする。

本発明に係る超伝導構造の特に好ましい実施形態において、さらなるバンドセグメントの組み合わせは、連結バンドセグメントの全長の少なくとも９５％、好ましくは少なくとも９９％オーバーラップする。このように、オーバーラップするバンドセグメント間には非常に大きな接触領域が達成され得、それにより、小さい電気抵抗が達成され得る。連結バンドセグメントの潜在的に残った（オーバーラップされていない）長さは、通常、さらなるバンドセグメント間のギャップ（またはいくつかのギャップ）に、および／または電流のインプットまたはアウトプット（後者の場合、通常はマグネットコイルのセクションの端部または部分セクションの端部において）に割り当てられる。

さらに好ましい実施形態において、連結バンドセグメントは、少なくとも１００ｍ、好ましくは少なくとも２００ｍの長さを有する。これにより、一方では、さらなるバンドセグメントとのオーバーラップの長さも大きいことが保証され（通常は、各さらなるバンドセグメントについて連結バンドセグメントの長さの約半分）、他方では、このような大きなバンドセグメント長を使用することによって、コイルセクションの伝導体の大きな全長が効率の良い方法で達成され得る。

さらに好ましい実施形態において、超伝導構造（またはセクション／部分セクションの伝導体）は、少なくとも１０００ｍ、好ましくは少なくとも２０００ｍの全長を含む。本発明に係る構造は、このような大きな全長を容易に提供でき、結果として、高い磁束密度を有するマグネットコイルが製造され得る。

好ましい実施形態において、同じ連結バンドセグメントにオーバーラップして接続された２つのさらなるバンドセグメント間のギャップは、５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下のバンドセグメントの伸長方向におけるギャップ幅を含み、特にギャップは、さらなるバンドセグメントを隣接させるために閉じられてもよい。このように、さらなるバンドセグメントではなく、連結バンドセグメントのみが電流を運ぶのに利用可能である場合の距離は最小限になる。

さらに好ましい実施形態において、同じ連結バンドセグメントにオーバーラップして接続された２つのさらなるバンドセグメント間のギャップは、連結バンドセグメントの長さに対して少なくともおおよそ中心に配置される。ギャップを中心に配置した結果、おおよそ同一長さが、さらなるバンドセグメントに対する接触領域に利用可能であり、これにより、さらなるバンドセグメントの１つに対する接触抵抗を不均衡に増大させることが回避される。通常、ギャップ位置は、連結バンドセグメントの長さに対して連結バンドセグメントの中心から最大１０％、好ましくは最大５％外れる。

本発明に係る超伝導構造の有利な実施形態において、同じ連結バンドセグメントにオーバーラップして接続された互いに対向する２つのさらなるバンドセグメントの端部はそれぞれ、他のさらなるバンドセグメントの方向に先細り且つ狭くなり、特に、少なくともセクションにおいて、これら２つのさらなるバンドセグメント間のギャップは、バンドセグメントの伸長方向に対して５°から３０°の角度で延在する。この変形例において、さらなるバンドセグメント間のギャップは、少なくとも、連結バンドセグメントの伸長方向に対して傾いた（特に、垂直ではない）セクションにおいても延在する。ギャップは相当な距離を介して（連結バンドセグメントの伸長方向において）延在するが、決して超伝導構造の総幅に到達しない（２ｍｍ〜６ｃｍの典型的なバンド幅を参照のこと）。この設計は、実際に有用であることが証明されている。

さらなる実施形態において、オーバーラップして接続されたバンドセグメントの超伝導層は、
−直接隣接し、
−または、貴金属を含有する１つ以上の層、特に銀を含有する層、および／または銅、を含有する１つ以上の層、特に銅層によって互いに接続される。超電導層が直接隣接する場合には、原理上、非常に良好な接触状態が（超伝導でさえ）超伝導層間において達成され得るが、ジョイント技術は習得が困難である。常伝導層（またはこのようないくつかの層）を介する接続の場合、超伝導構造の製造は容易になり、このような層が機能的に（例えば、安定化、およびクエンチ保護のために）使用され得る。接触領域が大きいため、常伝導層（またはこのような複数の層）は、好適な材料（例えば、十分良好な電気伝導性を有する材料）および好適な層厚さ（厚過ぎない）が選択される場合に、無視できるオーム抵抗のみを生じる。

さらに有利な実施形態において、超伝導構造のバンドセグメントは、その外側表面にシャント構造を含み、特に、バンドセグメントは、部分的にまたは完全にシャントカバーによって囲まれてもよい。このように、超伝導性の突然のブレイクダウン（「クエンチ」）が発生した場合に先の超伝導電流を引き継ぎ得る、超伝導層に対して平行な常伝導電流経路が生成される。このように、超伝導層の過熱（「バーンアウト」）が回避される。シャント構造は、特に銅で製造されてもよい。

本実施形態の好ましい変形例において、オーバーラップして接続される２つのバンドセグメントは、バンドセグメントの伸張方向に対して垂直な１つ以上の突出範囲においてオーバーラップせず、シャント構造は、当該突出範囲の少なくとも１つにおいて関連するバンドセグメントと接触する。このように、クエンチの場合のバンドセグメントの超伝導層からの電流の放電が、特に単純化される。伸張方向に対して垂直な等しい幅のバンドセグメントのずれは、２つの突出範囲を生じる場合があり、１または２つの突出範囲は、異なる幅を有するバンドセグメントを用いることによって生じ得る。

さらに特に好ましい実施形態において、超伝導層は、高温超伝導材料、特にＹＢＣＯまたはＢＳＣＣＯタイプの高温超電導材料を含む。ＨＴＳＬ材料を用いることによって、特に高い電流保持容量（低温での、例えば、ＬＨｅを用いる冷却による）が達成され得る。本発明の範囲内において、４０Ｋを超える転移温度を有するすべての材料はＨＴＳＬ材料として指定される。ＢＳＣＣＯ材料は、Ｂｉ_２Ｓｒ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８＋ｘおよび／またはＢｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_１０＋ｘを含んでいてもよい。

本実施形態の有利な変形例において、さらなるバンドセグメントの少なくとも１つは、ＬＴＳ超伝導材料のフィラメントを含有する低温超伝導体（＝ＬＴＳ）のワイヤへのジョイントを形成し、当該さらなるバンドセグメントおよびＬＴＳワイヤは、ハンダによってさらなるバンドセグメントの長手方向において、少なくとも１ｍ、好ましくは少なくとも１０ｍに沿って互いにオーバーラップしてハンダ付けされる。このように、ＬＴＳワイヤへの低いオーム転移が生じ得る。ジョイントは、良好な電流保持容量を達成するために、高い磁場領域の外側に配置されるべきである。通常、ＮｂＴｉは、ＬＴＳ材料として使用される。好ましくは、このようなジョイントは超伝導構造の各端部に設けられる。ジョイント領域において、エンケーシングまたは保護カバーは、フィラメントから、および／または超伝導層から除去されてもよい。本発明の範囲内において、４０Ｋ未満の転移温度を有するすべての材料、特に、ＮｂＴｉおよびＮｂ３ＳｎはＬＴＳ材料として指定される。

好ましい変形例において、マグネットコイルは、そのターンでは、超伝導構造を有する伝導体の巻線を含む少なくとも１つのＨＴＳセクション、およびそのターンではＬＴＳワイヤの巻線を含む少なくとも１つのＬＴＳセクションを含む。特に、ＨＴＳセクションおよびＬＴＳセクションは、ＨＴＳセクションが内側に位置するように積み重ねられる。このように、特に高い磁場強度に関しては好適であるコイル設計が実現されてもよい。ＨＴＳセクションおよびＬＴＳセクションは、直列に接続され、好ましくは超伝導短絡モードにおいて、「持続モード」において操作され、残留ドリフトに対する本質的に既知の手段は、いずれかの通常の方法で使用されてもよい。

さらに好ましい実施形態において、バッファ層、特にＣｅＯ_２を含有する層が、基材と超伝導層との間に配置される。これにより、超伝導層の品質が改善され得る。場合によっては、複数のバッファ層を挿入してもよい。

３つ以上のバンド層を使用する実施形態
本発明に係るＮＭＲ分光計のさらに好ましい実施形態において、超伝導構造は、少なくとも１つのセクションにおいて、Ｍ倍バンド設計を含み、Ｍは３以上の自然数であり、バンドセグメントの少なくとも１つは、複数連結バンドセグメントとして構成され、各複数連結バンドセグメントは、さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の各セットの組み合わせが複数連結バンドセグメント（２ａ）の全長（Ｌ）の少なくとも９５％とオーバーラップされるように、Ｍ−１セットの少なくとも２つのさらなるバンドセグメントそれぞれ（７ａ〜７ｅ）に接続される。複数セットのさらなるバンドセグメントを用いることによって、欠陥またはギャップをブリッジする電流経路の数は、複数連結バンドセグメントまたは複数連結バンドセグメントに基づく超伝導構造の各位置で増加し得、これにより、超伝導構造のバンドセグメントの有効な電流密度を増加させることができる。

二重バンド（２倍バンド）を有するセクションは、二重バンドにおける隣接位置では、ブリッジするバンドセグメントのみが電流フロー全体を運ばなければならないため、単一の（つなぎ合わされていない）欠陥のない単一バンドを有するセクションとほぼ同じ電流のみをほぼ損失がない方法で運ぶことができる。その結果、二重バンドにおいて使用可能な電流密度は、単一バンドに対して効率的にほぼ半分となる。利用可能な長さ、欠陥がないこと、および長さあたりの発生している横方向抵抗に応じて、一連（積み重ね）の２つを超えるバンド層（面）、例えば、３つを組み合わせて連結させることが賢明な場合がある。このように、隣接位置（ギャップ）間の距離は、実際短くなる。しかしながら、この場合、各位置におけるＭ個の層に関して、Ｍ−１個の長手方向に連続する電流経路を使用することができる。Ｍ＝３個の層に関し、超伝導構造において、各隣接位置において２つの電流経路又はブリッジするバンドセグメントがそれぞれ利用可能であるため、単一バンド電流または二重バンド電流を（ほぼ）倍増させることが可能となる。すなわち、三重バンドの有効電流密度が、実際には（単一バンドの臨界電流密度の約１／２の）二重バンドの場合よりも幾分大きくなり得る（単一バンドの臨界電流密度の約２／３）。

有効な電流密度は、層が増加すること（より大きなＭ）によってさらに増大し得る。しかしながら、Ｍが増加するにつれて、伝導体の製造および巻線処理はより困難になり、より高価になり、欠陥を生じ易くなる。したがって、ほとんどの場合、二重バンドまたは三重バンドが最良の選択である。

Ｍ倍バンドを用いる設計は、基本的に、複数連結バンドセグメントを提供し、さらにのＭ個積み重ねられた面（バンド層）の総数に対応する超伝導構造において、各セットに１つの面（バンド層）を提供する。通常、超伝導構造は、５つ以上、好ましくは２０つ以上の複数連結バンドセグメントを含み、これらは、通常、複数リンクしたバンドセグメントの各セットにおいて、さらなるバンドセグメントの少なくとも１つがそのターンにおいて連結バンドセグメントであるように、連続して互いに接続される。

本発明の範囲内において、マグネットコイルは、一般に、単一バンド伝導体が巻き付けられ、および／または個々の連結バンドセグメントの上述の連結構造を有する二重バンドが巻き付けられ、および／またはＭ＞２のＭ倍バンドが巻き付けられた、直列に接続された複数のセクションまたは部分セクションを含むことに留意すべきである。ただし、少なくとも１つのセクションまたは部分セクションには、多重バンドが巻き付けられる。先に列挙された二重バンドバージョンの有利な変形例も、Ｍ倍バンドに変更してもよい。

本実施形態の有利な変形例において、同じ複数連結バンドセグメントとオーバーラップする、異なるセットの２つのさらなるバンドセグメント間のギャップは、複数連結バンドセグメントの長さに沿っておおよそ均等に分布する。これにより、一方では異なるセットのギャップが互いに重なり合うことが回避され、他方では超伝導構造におけるギャップ間の長さが統一されてもよい。このように、連結バンドセグメントの電流保持容量が最適に用いられる。

別の好ましい変形例において、超伝導構造は、Ｍ＝３の三重バンド設計を含み、バンドセグメントは互いに積み重ねられた３つの層に配置され、両方の外層のバンドセグメントの超伝導層は中心層のバンドセグメントに対向し、中心層のバンドセグメントの超伝導層は交互に両方の外層のバンドセグメントに対向する。このように、少なくともセクションに関しては、両方の外層及び中心層の間で低オーム転移が達成され得る。

有利には、両方の外層のバンドセグメント間のギャップは、互いに対して長手方向にずれ、中心層のバンドセグメントの超伝導層は、各中心層のバンドセグメントの長さにわたってギャップを示す特定の外層と対向する。このように、両方の外層のバンドセグメントから中心層のバンドセグメントへの低オーム電流転移は、最も必要な箇所であればどこでも、すなわちギャップの周りに提供され、これにより、超伝導構造の総抵抗が低レベルに維持される。中心層のバンドセグメントは、単純な方法で、外層のバンドセグメントの長さの半分の長さで選択されてもよく、さらには一方の外層の各ギャップは、他方の外層の各ギャップに対して中心に配置されてもよく、さらに中心層の各バンドセグメントは、外層のそれぞれブリッジされたギャップに対して中心に配置されてもよい。

二重層を使用する本発明の変形例
本発明の範囲はまた、ＮＭＲマグネットコイルを有するＮＭＲ分光計を含み、当該ＮＭＲマグネットコイルは少なくとも１つのセクションにおいて、ソレノド状に複数の層が巻き付けられ、直列に接続された帯状の超伝導体のいくつかのバンドセグメントを含超伝導構造を有する伝導体の巻線を含み、各バンドセグメントは、可撓性の金属基材および当該基材上に堆積された超伝導層を含み、セクションの少なくとも２つのバンドセグメントは、常伝導方式で少なくとも２０ｍのバンド長に沿って互いにハンダ付けされ、常伝導方式でハンダ付けされたバンド長に沿って完全な二重層としてまたは複数の完全な二重層として巻き付けられる。この設計において、両方のバンドセグメントは、少なくとも１つの二重層として常伝導方式でハンダ付けされたバンド長に沿って巻き付けられ、各二重層はセクションの全体軸長に沿って延在する。超伝導構造によって、低電気抵抗を有する２つ（または連続するさらに多くの）バンドセグメントは互いに連結されてもよく、いずれの場合にも、両方のバンドセグメントは、常伝導方式でハンダ付けされるバンド長を介してオーバーラップする。常伝導方式でハンダ付けされたバンド長が大きいため、１つのバンドセグメントから直列に接続された他のバンドセグメントへの電流転移のオーム抵抗は非常に低く、実際には、これまで１ｎＯｈｍ未満の転移抵抗に到達している。二重層の各軸端部において、両方のバンドセグメントの１つは、二重層の下にまたは頂部に巻き付けられる単一層に（または場合によっては両方のバンドセグメントがさらなる二重層に）転移する。二重層の軸端部における転移によって、セクションの巻き付けの間の工程が回避され、マグネットコイル操作中のローレンツ力によって生じるピーク力が排除される。バンドセグメントのハンダ付けは、互いに対向する超伝導層を用いて行われてもよく、または好ましくは、半径方向に同じ側に、特に半径方向内側にある超伝導層を用いて行われてもよいことに留意すべきである。これは、超伝導層に作用する半径方向のローレンツ力に対して有利であり、当該ローレンツ力は外側に位置付けされた金属性基材によって吸収される。さらに上述のバンドセグメントの銅エンケースメントと組み合わせると、互いに対向する超伝導層を有する実施形態に比較して増大したオーム転移抵抗は、許容可能な限度内に維持され得る。なお、ＮＭＲ分光計ならびに超伝導構造、および特にバンドセグメントは、（少なくとも１つの連結バンドセグメントを含む）記載される本発明の変形例に従って構築され得る。

本発明のさらなる利益は、明細書および図面からもたらされる。同様に、本発明の範囲内において、上述の特徴およびさらに下記の特徴のそれぞれは、それ自体が使用されてもよく、任意の組み合わせで使用されてもよい。示され且つ記載される実施形態は、決定的な列挙とはみなされず、むしろ本発明を示すための例示的な特徴を有する。

本発明および図面の詳細な説明
本発明は、図示され、実施形態を参照して詳細に記載される。

本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の周期的な詳細を横断する長手方向における概略断面である。 ５つの連結バンドセグメントおよび２つの端部バンドセグメントを有する、本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造を横断する長手方向における概略断面である。 伸張方向に対して垂直な方向に延在するギャップの範囲において、本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の詳細に関する概略斜視図である。 伸張方向に対して傾いた方向に延在するギャップの範囲において、本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の詳細に関する概略斜視図である。 本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の実施形態の概略断面図である。 本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の実施形態の概略断面図である。 本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の実施形態の概略断面図である。 本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の実施形態の概略断面図である。 本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の実施形態の概略断面図である。 本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造の実施形態の概略断面図である。 本発明に係る超伝導構造の伸長方向に沿った位置の関数として超伝導構造の連結バンドセグメントに沿った横方向電流を概略的に表すダイアグラムである。 種々の長さのバンドセグメントを有する本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造を横断する長手方向の概略断面である。 均一に分布するギャップを有する三重バンド設計を用いた本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造を横断する概略長手方向断面である。 面ＶＩＩｂにおける図７ａの超伝導構造を横断する断面図である。 中心層にバンドセグメントの交互に配向された超伝導層を有する三重バンド設計を用いた本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造を横断する長手方向の概略断面である。 二重バンドとして構成されている超伝導構造が巻き付けられた本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造を横断する長手方向の概略断面である。 方位角方向に分布するギャップを有する本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造を横断する長手方向の概略断面である。 ２つの単一バンド部分セクションおよび１つの二重バンド部分セクションを含む超伝導構造が巻き付けられた本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルのための超伝導構造を横断する長手方向の概略断面である。 図１１ａのマグネットコイルの巻かれていない超伝導構造を横断する長手方向の概略断面である。 ＨＴＳセクションおよびＬＴＳセクションを有する本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルを横断する長手方向の概略断面である。 図１２ａの切断面ＸＩＩｂの範囲において図１２ａのマグネットコイルのさらなるバンドセグメントおよびＬＴＳワイヤがオーバーラップする範囲を横断する概略断面である。 本発明に係るＮＭＲ分光計の概略図である。 二重層において連結バンドセグメントが巻き付けられた本発明に係るＮＭＲ分光計のＮＭＲマグネットコイルの長手方向の概略断面図である。 図１４ａのマグネットコイルの巻き付けられていない超伝導構造の長手方向概略断面である。 二重層において常伝導方式で互いにハンダ付けされた超伝導構造の２つのバンドセグメントが巻き付けられた本発明に係るＮＭＲ分光計のＮＭＲマグネットコイルの長手方向の概略断面図である。 図１５ａのマグネットコイルの巻き付けられていない超伝導構造を横断する長手方向の概略断面である。 二重バンド範囲において、図１５ｂの超伝導構造を横断する概略断面である。

図１は、本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルの超伝導構造１の詳細を長手方向の概略断面において示す。超伝導構造１は、帯状の超伝導体の複数の接続されたバンドセグメントを含み、これらが互いに連結して、長手方向に延在する伝導体を形成（図１において、左から右）する。図が示す部分は、いわゆる連結バンドセグメント２のみを含む。詳細には、互いに接続された全部で１１個連続する連結バンドセグメント２が部分的にまたは完全に示される（単純化のために、図においてはバンドセグメントの１つだけを参照番号２で標識する）。

各バンドセグメント２は、基材３（例えばシート鋼で構成される）および基材３上に堆積された１つの超伝導層４を含む。図示の例において、バンドセグメント２は、２つの面（または層）Ｅ１、Ｅ２において配置される。上方面Ｅ１におけるバンドセグメント２は、下方を向く（下方面Ｅ２に向く）超伝導層４を有し、下方面Ｅ２におけるバンドセグメント２は、上方を向く（上方面Ｅ１に向く）超伝導層４を有する。すなわち、超伝導層４は互いに対向する。異なる面Ｅ１、Ｅ２のバンドセグメント２間において、図示の例では銀を含有する合金からなるハンダ層５が配置される。

示される実施形態において、各面Ｅ１、Ｅ２の隣接するバンドセグメント２間には、バンドセグメント２の長さＬよりも非常に小さいギャップ幅ＳＰを有するギャップ６が存在する。図示の詳細では、超伝導構造１は、（各面Ｅ１、Ｅ２及び全体において）伸張方向（ｘ方向）において周期性を有する。特に、図示の例では、すべての連結バンドセグメント２は、等しい長さＬを有し、ギャップ６は等しいギャップ幅ＳＰを有する。

図１（さらに後続の図も）は、正確な寸法ではなく、容易に認識可能なように多くの構成要素を拡大して示していることに留意すべきである。超伝導構造１の伸長方向ｘにおいて、バンドセグメント２のそれぞれは、通常、１０メートル以上の長さＬを有し、ギャップ幅ＳＰ（ｘ方向）は通常５ｍｍ以下である。図１の投影面に垂直なバンドセグメント２の幅（ｙ方向）は、通常、２ｍｍ〜６ｃｍであり、ｚ方向のバンドセグメント２の厚さは、通常、２００μｍ以下、通常は約１００μｍ以下の範囲である。（ｚ方向における）超伝導層４の厚さは、通常、数μｍであり、典型的なハンダ層５の厚さは、通常、１００μｍ以下の範囲、多くの場合２５μｍ以下である。

超伝導構造１は、その伸張方向ｘ（長手方向において）に沿って電流を輸送するという目的を果たす。この目的のために、バンドセグメント２は、本発明に係る連結バンドセグメント２として設計される。この例において、各連結バンドセグメント２は、２つのさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂ（それらのターンでは共に連結バンドセグメントである）とｘ方向においてオーバーラップし、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂは、バンドセグメント２にオーバーラップして接続される。これにより、連結バンドセグメント２の長さＬは、両方のバンドセグメント７ａ、７ｂの組み合わせによって実質的に完全にオーバーラップされ、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂ間のギャップ６の範囲においてだけは、示される実施形態においてオーバーラップされない。ここで、ギャップ６は、各バンドセグメント７ａ、７ｂとのオーバーラップ長さが約Ｌ／２であるように、連結バンドセグメント２に対して中心に位置する。

さらなるバンドセグメント７ａにおいて（またはそれらの超伝導層４において）、超伝導構造１の伸長方向（ｘ方向）に沿って輸送されるべき電流は、ギャップ６が伸長方向ｘにおいてさらなる電流フローをブロックするまで、連結バンドセグメント２に非常に大きい面積を介して移動され得る（ｚ方向の横方向電流フロー）。結果として、この転移におけるオーム抵抗は低い。この転移後、電流フローは、連結バンドセグメント２おいてギャップ６をバイパスしてもよい。続いて、同様の方法で、電流は、続くギャップなどをブリッジするために、さらなるバンドセグメント７ｂに移動してもよい。

図２はまた、本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルの超伝導構造１の長手方向の断面を示し、ここでは正確に連結バンドセグメント２を５つ、および端部バンドセグメント８ａ、８ｂを２つを有し、超伝導構造１はｘ方向に沿って延在する。本実施形態において、両方の面（層）Ｅ１、Ｅ２内で互いに隣にあるバンドセグメント２、８ａ、８ｂ間のギャップ６は、先細ギャップ幅（ｘ方向）を有する。

上方面Ｅ１において、左および右両方の外側の連結バンドセグメント２は、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂがハンダ層５を介してオーバーラップして接続されるとき、超伝導層４が、端部バンドセグメント８ａ、８ｂの１つおよび連結バンドセグメント２と対向するように配向される。ここで端部バンドセグメント８ａ、８ｂは、それぞれの隣接する外側の連結バンドセグメント２によってｘ方向に完全にオーバーラップされる。

示される実施形態では、バンドセグメント２、８ａ、８ｂのバッファ層９が描かれ、当該バッファ層９は例えばＣｅＯ２を含有し、基材３と超伝導層４との間に配置される。

図２に示される実施形態において超伝導構造１の全長ＧＬは約１２００ｍである。

図３ａは、超伝導構造１の上方面において隣接する２つの連結バンドセグメント２間のギャップ６の範囲において図１に示されるような超伝導構造の例に関して、本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルの超伝導構造１の詳細を概略斜視図で示し、これらのバンドセグメントの両方は、下方面におけるバンドセグメント２に対してはさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂを表す。示される実施形態において、ギャップ６は、超伝導構造１の伸長方向ｘに対して横方向（垂直に）延在し、このギャップ幾何学形状は特に容易な方法で製造され得る。

ただし、あるいはギャップ６はまた、図３ｂの超伝導構造１に示されるように、伸長方向（ｘ方向）に対して傾いていてもよい。超伝導構造１の上方面において、バンドセグメント２または７ａ、７ｂの端部１０ａ、１０ｂはそれぞれ、他のバンドセグメント２または７ａ、７ｂそれぞれに向かう方向に先細になるが、端部１０ａ、１０ｂは、２つのバンドセグメント２または７ａ、７ｂの総幅Ｂで実質的に組み合わされる。残りのギャップ６は、大抵の場合、伸張方向ｘに対して約１５°の角度αで延在する。

本発明の範囲内において、ギャップ幅ＳＰは、ギャップ６が伸張方向ｘに対して傾くべきであるような場合であっても、伸張方向ｘにおいて常に測定されることに留意すべきである。ギャップ幅がギャップ６に沿って変動すべきである場合、ギャップ全体のギャップ幅ＳＰは、結果としてギャップ６に沿って生じる最大ギャップ幅に従って決定される。

図４ａから４ｆにおいて、本発明に係るＮＭＲ分光計のマグネットコイルの超伝導構造１の種々の実施形態にわたる断面（図１の面ＩＶを参照）を示す。断面の位置はギャップからの距離で選択される。

図４ａからわかるように、超伝導構造１の隣接する、ここでは等しい幅の隣接バンドセグメント２は、２つの突出領域１３が伸長方向ｘに対して垂直に維持されるように、互いに対して側部方向に（ｙ方向において）配置されてもよい。これらは、超伝導層４に平行な２つの常伝導電流経路がもたらされ、それによってシャント構造１２が形成されるように、好ましくは銅製の２つのシャント要素１１ａ、１１ｂによって接触する。超伝導層４間において（ただし、この例において、シャント要素１１ａ、１１ｂ間ではない）、銀を含有するハンダが良好な電気的接触を達成するために提供される。

図４ｂに係る超伝導構造１の実施形態において、異なる幅の２つのバンドセグメント２が使用される。より狭い上方バンドセグメント２は、下方のより広いバンドセグメント２に対して中心に配置され、シャントカバー１４によって囲まれ、当該シャントカバー１４はまた下方バンドセグメント２の突出領域１３をカバーする。示される実施形態において、シャントカバー１４（好ましくは銅製）は、ハンダ層５と接触させることによって、両方の超伝導層４に対して良好な電気的接触を確実にする。このようにして、シャントカバー１４を両方のバンドセグメント２に対してのシャント構造１２として容易に作用し得る。

図４ｃの超伝導構造の実施形態において、隣接するが、側部方向にずれた２つのバンドセグメント２は、シャントカバー１４によって完全に囲まれ、シャンとカバー１４はまた同様に、（ここではハンダ層５を介して）突出領域１３と接触する。シャントカバー１４は、シャント構造１２として作用するだけでなく、両方のバンドセグメント２に対する機械的クランプとしても作用する。

図４ｄは、図４ａの実施形態の変形例を示し、ここで追加のＬ字形状シャントカバー１４は、両方のシャント要素１１ａ、１１ｂおよび上方バンドセグメント２を留める。このように、シャント構造１２の全体の断面積を増大させてもよい。

突出領域１３が保持されるように、図４ｅにおいて下方に配置されるバンドセグメント２を上方バンドセグメント２とｙ方向における側部方向に部分的にのみオーバーラップさせ、突出領域１３と補助バンドセクション１５とを接触させることもできる。補助バンドセクションは、超伝導構造１の連結バンドセグメントであってもよいが、そうでなくてもよい。補助バンドセクション１５は補助突出領域１３ａを生じ、当該補助突出領域１３ａはシャント要素１１と接触してもよい。補助突出領域１３ａの幅（ｙ方向）は、補助バンドセクション１５の幅によって自由自在に実質的に調節されてもよい。このように、シャント構造１２の効率が調節されてもよい。

さらに、２つのシャントカバー１４ａ、１４ｂ（ここでは銅製）によってシャント構造１２を構成することができ、シャントカバー１４ａ、１４ｂはそれぞれ、それ自体で両方のバンドバンドセグメント２の１つを囲み、ハンダ層５を介して２つのシャントカバー１４ａ、１４ｂを接続させることができる（図４ｆを参照）。このように、２つのバンドセグメント２の隣接する超伝導層４間において、２つの銅層１４ｃ、１４ｄおよび１つのハンダ層５（ここでは銀を含有する）を効果的に位置させている。

図５は、伸張方向ｘにおいて輸送される本発明に係る超伝導構造１における電流５０のフローを示す。超伝導構造１は、少なくとも１つの連結バンドセグメント２および先のセグメントに接続された２つのさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂを含み、これらは組み合わせて、ｙ方向に延在するギャップ６は別にして、ｘ方向の全長に沿ってバンドセグメント２と完全にオーバーラップする。図において、横方向の電流フローＩ_ｚ、すなわちバンドセグメント２の超伝導層４に垂直に入るｚ方向の電流フロー（または負号に関してはこの層４から出る）は、ｘ位置の関数として示される。より明確には、バンドセグメント２、７ａ、７ｂは、図の上方部分においてある程度拡大されたスケールで表される。

まず、図５においてバンドセグメント２の左端部５１の近くでは、この領域において左から来て、さらなるバンドセグメント７ａを通って流れる電流がまた、最初にバンドセグメント２に到達して、バンドセグメント２利用し得るので、横方向電流Ｉ_ｚは最大値Ｍａｘ１を有する。ギャップ６の前に、最終的に（残留）電流全体は、さらなるバンドセグメント７ａからバンドセグメント２まで移動しなければならず、これは、さらなる最大値Ｍａｘ２を導く。通常、Ｍａｘ１およびＭａｘ２は等しい強度を有することに留意すべきである。両方のさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂ間のギャップ６のすぐ上方には（ｚに対して同じ位置を有する、すなわち１つの面にある）、横方向の電流フローは不可能である。ギャップ６の後初めて、電流は、さらなるバンドセグメント７ｂ内を流れることができ、これは、横方向電流Ｉ_ｚの第１の最小値Ｍｉｎ１を導く。バンドセグメント２の右末端５２の直前において、最終的に（残留）電流全体は、さらなるバンドセグメント７ｂに移動しなければならず、これはさらなる最小値Ｍｉｎ２によって示される。

臨界電流の不均一性（例えば超伝導層４における常伝導欠陥領域）は、ギャップ６がバイパスされるのと同様の方法で電流５０によってバイパスされ得る。

図６は、本発明に係る超伝導構造１のさらなる実施形態を示し、伸長方向ｘにおいて異なる長さのバンドセグメント２、７ａ、７ｂ、７ｃを組み込む。バンドセグメント２、７ａ、７ｂ、７ｃはそれぞれ、基材３および超伝導層４を含む。

ここで、参照番号２によって標識された連結バンドセグメントは、全部で３つのさらなるバンドセグメント、すなわちさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂおよび７ｃにオーバーラップして接続される。これらの３つのバンドセグメント７ａ、７ｂおよび７ｃは、組み合わせて、連結バンドセグメント２の全体長さＬとオーバーラップする。ここで、連結バンドセグメント２の長さＬは、さらなるバンドセグメント７ｃの長さＬ７ｃの約１．５倍の大きさである。超伝導構造１において異なる長さのバンドセグメント２、７ａ、７ｂ、７ｃを用いることによって、高価な帯状の超伝導体の浪費が回避され得るか、または少なくとも低減され得る。

しかしながら、超伝導構造１の製造中、バンドセグメントにおける既知の欠陥領域の周りの範囲において、この欠陥領域をブリッジするバンドセグメントは、既知の欠陥領域を含まないことを確かめる必要がある。例えば、連結バンドセグメント２の既知の欠陥領域ＦＢ（例えば連結バンドセグメント２の超伝導体層４の常伝導スポット）をブリッジするさらなるバンドセグメント７ｃは、第１の長手方向範囲ＬＢ１内に既知の欠陥領域を含まず、欠陥領域ＦＢの前および後方にそれぞれ少なくとも１０ｍにわたって延在する。

ギャップの周りにおいて当該ギャップをブリッジするバンドセグメントは既知の欠陥領域を含まないことも保証すべきである。例えば、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｃ間のギャップの周りにおいて、このギャップは参照番号６によって図６に示されており、連結バンドセグメント２は、第２の長手方向範囲ＬＢ２内において既知の欠陥領域（例えば連結バンドセグメント２の超伝導体層４における常伝導スポット）を含まず、この場合に、欠陥領域ＦＢの前および後方にそれぞれ少なくとも１０ｍにわたって延在する。

計画中、どのバンドセグメントがどこで互いにオーバーラップして接続され得るかというこれらの基本的な概念を考慮する場合、既知の欠陥領域を有するバンドセグメントを利用することも容易に可能になる。既知の欠陥領域はギャップと同様の方法でブリッジされてもよく、結果として全体でそれらが電流保持容量をそれ以上妨げることはない。それによってバンドセグメントにおける既知の欠陥領域により生じる浪費は最小限にできる。

ここでさらなるバンドセグメント７ｃは、１つだけのバンドセグメント、すなわちバンドセグメント２とオーバーラップするので、連結バンドセグメントを構成するとはみなされないことに留意すべきである。対照的に、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂは、そのターンでは、本発明の意味において連結バンドセグメントであり、バンドセグメント７ａ、２および７ｃは、連続して接続された連結バンドセグメントを構成するとみなされ得る。

図１から６はそれぞれ二重バンド設計を有する超伝導構造を示したが、図７ａは、本発明に係る超伝導構造１を表し、当該超伝導構造１は、２つを超える面（層）、具体的には３つの面（層）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３においてバンドセグメントを有する多重バンド設計を含む。また、バンドセグメントはそれぞれ基材３および超伝導層４を含む。

示される実施形態において、超伝導構造１は、多くの複数連結バンドセグメント２ａ（単純化のために、これらのうちの１つだけが図７ａにおいて標識される）および４つの端部バンドセグメント８ａ〜８ｄを含む。例として、２ａが標識された複数連結バンドセグメントは、ここでより詳細に考慮される。

上方面Ｅ１に位置する複数連結バンドセグメント２ａの全長Ｌは、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂの組み合わせによって中心面Ｅ２においてオーバーラップされる（バンドセグメント７ａ、７ｂ間のギャップ６を除く）。したがって、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂは、第１のセットのさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂを形成し、複数連結バンドセグメント２ａにオーバーラップして接続される。

さらに、複数連結バンドセグメント２ａの全長Ｌは、さらなるバンドセグメント７ｃ、７ｄの組み合わせによって下方面Ｅ３においてオーバーラップされる（バンドセグメント７ｃ、７ｄの間のギャップ６は除く）。したがって、さらなるバンドセグメント７ｃ、７ｄは、第２のセットのさらなるバンドセグメント７ｃ、７ｄを形成し、複数連結バンドセグメント２ａにオーバーラップして接続される。

さらなるバンドセグメント７ａ〜７ｄは、それらのターンにおいて、連結バンドセグメントを構成することに留意すべきであり、さらなるバンドセグメント７ａ〜７ｄはそれぞれ完全に、２つのセットのさらなるバンドセグメントによって完全にオーバーラップされる（ギャップ６は除く）。

さらなるバンドセグメント７ｃ、７ｄ間および７ａ、７ｂ間のギャップ６は、複数連結バンドセグメント２ａの長さＬの約１／３および２／３に位置し、したがって、複数連結バンドセグメント２ａの長さＬに沿って均一に分布する。このように、複数連結バンドセグメント２ａの長さＬの約１／３に対応する長さは、常に電流移動に利用可能である。

示される実施形態において、すべてのバンドセグメントの超伝導層４は、同じサイド（上方）に対向するように配向される。こうした設計は、超伝導構造１が巻き付けられたマグネットコイル内における力の分配に対して有利である。面Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３間の横方向電流バランスは、この場合、超伝導構造１を囲む（図７ｂを参照）、例えば銅のシャントカバー１４によって促進されてもよく、ここで図７ｂは切断面ＶＩＩｂにおける図７ａの断面を示す。例えば、電流は、面Ｅ２の中心超伝導層４から側部方向に、良好な伝導率を有するシャントカバー１４に移動でき、（別の長手方向位置においては）再びそこから側部方向に下方面Ｅ３の超伝導層４に移動できる。

異なる面Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のバンドセグメント間の直接横方向電流移動は、三重バンド設計を用いて超伝導構造１の中心面Ｅ２における超伝導層４の交互配向によって行われてもよい（すなわち、図８に表されるように、面Ｅ２におけるバンドセグメントからバンドセグメントへ配向が変化する）。

示される実施形態において、上方面（層）Ｅ１および下方面（層）Ｅ３のバンドセグメントの超伝導層４は共に、中心面（層）Ｅ２に向かって配向される。中心面Ｅ２の各バンドセグメントは、それぞれの超伝導層４が面Ｅ１、Ｅ３に対向するように配向され、これにより、ギャップ６を含むようになる。

これは、下方面Ｅ３の複数連結バンドセグメント（参照番号２ａと標識される）について例示され、図示される。複数連結バンドセグメント２ａは、中心面Ｅ２のさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂ、７ｃのセットによって、および上方面Ｅ１のさらなるバンドセグメント７ｄ、７ｅのセットによってオーバーラップされる。複数連結バンドセグメント２ａの左および右端部におけるギャップ６をブリッジするために、さらなるバンドセグメント７ａおよび７ｃの超伝導層４は、複数連結バンドセグメント２ａ（およびその超伝導層４）に対向する。さらなるバンドセグメント７ｄ、７ｅ間のギャップ６をブリッジするために、さらなるバンドセグメント７ｂの超伝導層４は、さらなるバンドセグメント７ｄ、７ｅ（およびそれらの超伝導層４）に対向する。良好な電気的接触は、それぞれの場合において、超伝導層４間に良好な電気伝導率を有するハンダ５（好ましくは貴金属を含有する）を用いることによって達成され得る。

次いで、図８の超伝導構造１において、電流は、長手方向（ｘ方向）に２つの実質的に超伝導である電流経路８１、８２に沿って流れ得る。電流経路８１において、電流フローは、上方面Ｅ１と中心面Ｅ２との間で変化し、電流は、上方面Ｅ１のギャップ６それぞれにおいて、中心面Ｅ２を介して側部方向にそれる。電流経路８２において、電流フローは、下方面Ｅ３と中心面Ｅ２との間で変化し、電流経路は、下方面Ｅ３のギャップ６それぞれにおいて、中心面Ｅ２を介して側部方向にそれる。

本実施形態において、中心面Ｅ２のバンドセグメントはそれぞれ、外側面Ｅ１、Ｅ３のバンドセグメントの約半分の長さであることに留意すべきである。

本発明によれば、図１から８に示されるような超伝導構造は、ＮＭＲ分光計のＮＭＲマグネットコイルに使用される。図９は、コイルセクションを有する本発明に係る、使用され得るＮＭＲマグネットコイル９１を例示し、当該ＮＭＲマグネットコイル９１には（例えば図１から図６に表されるような）二重バンド設計を有する超伝導構造が巻き付けられる。この例において、巻線は、ソレノイドコイル状に行われる。

二重バンド９３（図９の底部において拡大された詳細を参照）は、２つの面Ｅ１、Ｅ２において連結バンドセグメント２を含み、このオーバーラップする連結バンドセグメント２の超伝導層４は互いに対向し、ハンダ５が超伝導層４間に導入される。

コイル形態９２において、二重バンド９３には、半径方向に複数の巻線層ＷＬ１〜ＷＬ６（ここで６つの巻線層が示される）が巻き付けられ、各巻線層ＷＬ１〜ＷＬ６はそそのターンでは、複数の軸方向の連続巻線を含む。巻き付けられた二重バンド９３によって、軸方向の均質磁場が、コイル形態９２の軸ボアに位置するサンプル体積９４に生じる。ここでサンプル体積９４は、少なくとも１ｃｍ^３、好ましくは少なくとも１０ｃｍ^３を占め、シム調整をすることなく、またはシム調整処理を行なう前に、すなわち、独立シム電流によって駆動されるシムコイルによってさらなる均質化を行うことなく、および／または、フェロ磁性シムプレートレットなしで１００ｐｐｍまたはより高い、好ましくは１０ｐｐｍまたはより高い均一性を有する。シム調整後には、サンプル体積９４においてはるかに良好な均一性、約１０^−９以上、好ましくは１０^−１０以上を達成し得る。サンプル体積９４において、好ましくは１０テスラ以上、好ましくは２０テスラ以上の磁場が生じ得る。ここで、サンプル体積９４は、球体形状を有するように示される。一般には、サンプル体積は、通常、半径２．５〜７．５ｍｍの円形ベース領域および少なくとも２０ｍｍ、好ましくは少なくとも４０ｍｍの軸方向における長手方向伸張を有する円筒状空間をも占め得ることに留意すべきである。

ギャップ６は、二重バンド９３において生じ、ギャップ６それぞれの位置は、巻線の黒色標識によって図９に示される。示される実施形態において、図示の長手方向切断面には６つのギャップ６が存在する。

ＮＭＲコイル、例えばＮＭＲマグネットコイル９１においてローレンツ力による機械的応力を低レベルに維持するために、ギャップ６の配列を有する超伝導構造は、（連結バンドセグメントの長さを選択することによって）機械的に弱いスポットが回避されるように設計される。本発明によれば、ギャップ６は、特に半径方向において互いに重なり合って配置されるべきではなく（半径方向Ｒを参照）、さらに軸方向において互いに隣接するべきでもない（軸方向Ａを参照）。ギャップ６は、同じ（バンド）面Ｅ１、Ｅ２にある連続する２つのバンドセグメント間、特に同じ連結バンドセグメントに接続される２つのさらなるバンドセグメント間に生じる。

一般に、２つのギャップ６が同じ巻線層ＷＬ１〜ＷＬ６の巻線に生じる場合に、これらのギャップは、方位角方向（方位角方向ＡＺ参照）に、特に少なくとも３０°ずれるべきである。この基準は、巻線層ＷＬ１〜ＷＬ６ごとに最大１つのギャップ６を設けることによって最も容易に達成され得る。軸方向に直接隣接した巻線において同じ巻線層ＷＬ１〜ＷＬ６におけるギャップ６を有していないこと好ましい。好ましくは少なくとも２つ、特に好ましくは少なくとも３つの完全な巻線がギャップ６の間にあるべきである。

さらに、異なる巻線層ＷＬ１〜ＷＬ６に位置するが、同じ軸位置において生じるギャップ６の場合に、これらのギャップ６が方位角距離、好ましくは少なくとも３０°にあることが一般に保証されるべきである。異なる巻線層ＷＬ１〜ＷＬ６におけるギャップ６が同じ軸位置で生じる場合、それらは隣接する巻線層には生じるべきではないことも好ましい。

すべてのギャップ６は（特定の層に対する割り当てまたは方位角位置にかかわらず）、特に少なくとも３つの巻線幅で、軸方向に互いにずれることが特に好ましい。すべてのギャップ６は（特定の層に対する割り当てまたは方位角位置にかかわらず）、方位角方向に特に、少なくとも３０°互いにずれることも特に好ましい。

図１０は、断面図において、本発明に係る別のＮＭＲマグネットコイル９１を示す。マグネットコイル９１は、二重バンド９３の２つの巻線層ＷＬ１、ＷＬ２を含む。マグネットコイル９１において、２つのギャップ６が生じ、これらは黒色セクタによって示された断面において標識され、ギャップ６によって生じるマグネットコイル９１の機械的脆弱性を低く維持するために、方位角距離（ここでは約１００°）にある。

図１１ａは、長手方向切断面において、本発明に係るＮＭＲ分光計のＮＭＲマグネットコイル９１の他の実施形態を示す。ＮＭＲマグネットコイル９１は、３つの部分セクション１１１、１１２、１１３を有するコイルセクションを含み、これらは電気的に直列に接続されるべきであると考えられ、且つコイル形態９２上に巻き付けられる。図１１ｂは、巻き付けられ相互に接続された超伝導構造１の設定を示す。

第１の左部分セクション１１１において、超伝導構造１は単一バンド１１４を用いて設計される。第２の中心部分セクション１１２において、超伝導構造は、多重バンド１１５、すなわち二重バンド９３を用いて設計される。部分セクション１１２は、ギャップ６を含む。第３の右部分セクション１１３は、再び単一バンド１１４として設計される。

単一バンド１１４として延在するコイルセクションの部分セクションは、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂによって形成され、これらは、二重バンド９３として延在するコイルセクションの部分セクションの範囲において連結バンドセグメント２にオーバーラップして接続される。したがって、ここでは連結バンドセグメント２は、さらなるバンドセグメント７ａ、７ｂ間のコイルセクションに位置するジョイントとして作用する。

図１２ａは、直列に超伝導接続され、半径方向に並べられた２つのコイルセクション１２１、１２２を有する、本発明に係るＮＭＲ分光計のＮＭＲマグネットコイル９１を示す。

内側の第１コイルセクション１２１には、例えば図１から８に記載されるようなバンドセグメントの超伝導構造が巻き付けられる。そこではバンドセグメントは高温超伝導体材料（ここではＹＢＣＯ）によってコーティングされ、したがって、第１のコイルセクション１２１はＨＴＳセクション１２１を表す。

第２の外側コイルセクション１２２には、低温超伝導体材料（ここではＮｂ３Ｓｎ）のフィラメントを含有するＬＴＳワイヤ１２４が巻き付けられ、したがって、この第２のコイルセクションは、ＬＴＳセクション１２２を表す。

ＨＴＳセクション１２１の超伝導構造は、さらなるバンドセグメント７ａの部分セクションによって第１のコイルセクション１２１の外へ導かれる。さらなるバンドセグメント７ａは、ここではＮｂＴｉのフィラメントを含有するＬＴＳワイヤ１２３とのジョイント１２５を形成し、さらなるバンドセグメント７ａおよびＬＴＳワイヤ１２３は、１ｍ以上、好ましくは１０ｍ以上の長さにわたって互いにオーバーラップして接続される。オーバーラップの範囲は、コンパクトな構成を得るために、図示のように巻き付けられてもよい。図１２ａの切断面ＸＩＩｂにおけるジョイント１２５のオーバーラップ範囲にわたる断面を示す図１２ｂにおいて表されるように、さらなるバンドセグメント７ａおよびＬＴＳワイヤ１２３は、ハンダ１２７（これは、通常、貴金属および／または銅を含有する）を介して互いに二次元で接続される。図示の実施形態において、ＬＴＳワイヤ１２３は、平らに圧延され且つその上方部分においてエッチング除去され、その結果、フィラメント１２８の少なくとも一部は、ハンダ１２７によって直接接触してもよい。さらなるバンドセグメント７ａの超伝導層４は、ハンダ１２７に対向し、ハンダ１２７によって直接接触し、結果として転移抵抗を特に低下させる。

次に、図１２ａからわかるように、ＬＴＳワイヤ１２３（ＮｂＴｉワイヤ）は、従来のジョイント１２６によって、第２のコイルセクション１２２のＬＴＳワイヤ１２４（Ｎｂ３Ｓｎワイヤ）に接続される。

このようなジョイント設計を用いることによって、ＨＴＳセクション１２１およびＬＴＳセクション１２２を、単純で信頼性のある擬超伝導方式によって接続することができる。特に、ＮＭＲマグネットコイル９１の全体は、図１２に示される２つのジョイントおよび通常は超伝導スイッチ（詳細は示さず）を用いて、操作の超伝導短絡モード（「持続モード」）で操作され得る。

図１３は、例として、本発明に係るＮＭＲ分光計１３１を概略的に図示する。

ＮＭＲ分光計１３１は、例えば図１２または図１４または図１５に記載されるように、低温保持装置（詳細は示さず）内に通常配置されるＮＭＲマグネットコイル９１を含む。マグネットコイル９１の磁性中心に位置するサンプル体積において、サンプル１３２（例えば調査されるべき物質が満たされたサンプル管）が配置される。サンプル１３２は、ＲＦ伝送コイル１３３およびＲＦ検出コイル１３４によって囲まれる（他の設計において、ＲＦ伝送および検出コイルが可能であることに留意すべきである）。ＲＦ発生器１３５および検出コイル１３３によって、ＲＦパルスはサンプル１３２に伝送される。ＲＦ検出器１３６およびＲＦ検出コイル１３４によって、サンプル１３２の応答が登録される。測定結果は、評価ユニット１３７によって処理され、例えばＮＭＲスペクトルに変換される。

本発明に係るＮＭＲ分光計１３１は、好ましくは、高分解能ＮＭＲ分光法の要件を満たす。

図１４ａは、さらなる実施形態における本発明に係るＮＭＲ分光計のＮＭＲマグネットコイル９１を長手方向切断面で示す。コイル形態９２において、この場合に全部で４つの巻線層ＷＬ１〜ＷＬ４がソレノイドコイル状に巻き付けられた１つの連結バンドセグメント２および２つのさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂを含む超伝導構造１が配置される。図１４ｂの巻き付けられていない表示からもわかるように、第１の巻線層ＷＬ１は、単一バンド１１４としてさらなるバンドセグメント７ａが巻き付けられる。第２の巻線層ＷＬ２は、連結バンドセグメント２が巻き付けられる。第３の巻線層ＷＬ３の半分（ここでは左半分）は、さらなるバンドセグメント７ａ（点）が巻き付けられ、他の半分（ここでは右半分）はさらなるバンドセグメント７ｂ（斜交平行）が巻き付けられる。したがって、第３の巻線層ＷＬ３は、ギャップ６を含む。第４の巻線層ＷＬ４は、単一バンド１１４として第２のさらなるバンドセグメント７ｂが巻き付けられる。巻線層ＷＬ２およびＷＬ３は、それぞれ二重層ＤＬまたは多重バンド１１５を形成する。二重層ＤＬにおいて、バンドセグメント２および７ａならびに２および７ｂは、互いにオーバーラップして接続され、この場合、常伝導方式において互いにハンダ付けされる（ハンダ層１４０を参照）。

ここでさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂの超伝導層４は、それぞれ半径方向内側に配向され、一方で、連結バンドセグメント２の超伝導層４は半径方向外側に配向される。したがって、二重層ＤＬにおいて、巻線層ＷＬ２およびＷＬ３の超伝導層４は互いに対向し、特に低い転移抵抗を可能にする。

利用可能な欠陥のないバンド長に応じて、さらに２つ以上の巻線層には単一バンドバンド１１４として、それぞれが内側および／または外側にさらなるバンドセグメント７ａ、７ｂが巻き付けられ得ることに留意すべきである。同様に、コイルセクション内において、上述の通り、単一バンド１１４から多重バンド１１５へ、およびその逆に数回切り替えられ得る。

図１５ａにおいて、本発明に係るＮＭＲ分光計のさらなるＮＭＲマグネットコイル９１が表される。サンプル体積９４を有するボアを含むコイル形態９２において、超伝導構造１がソレノイドコイル状に巻き付けられ、ここで超伝導構造１は全部で４つの巻線層ＷＬ１、ＷＬ２、ＷＬ３、ＷＬ４において２つのバンドセグメント１５０、１５１を含む。図１５ｂの巻き付けられていない表示からもわかるように、第１の巻線層ＷＬ１において、第１のバンドセグメント１５０（ドット）が単一バンド１１４として巻き付けられる。第２の巻線層ＷＬ２にはまた、第１のバンドセグメント１５０が巻き付けられる。第３の巻線層ＷＬ３には、第２のバンドセグメント１５１（白色）が巻き付けられる。第４の巻線層ＷＬ４には、第２のバンドセグメント１５１がまた単一バンド１１４として巻き付けられる。巻線層ＷＬ２およびＷＬ３は、それぞれ二重層ＤＬまたは多重バンド１１５を形成する。二重層ＤＬにおいて、バンドセグメント１５０および１５１は、バンド長１５２に沿って互いにオーバーラップして接続され、すなわち常伝導方式で互いにハンダ付けされる（ハンダ層１４０を参照）。両方のバンドセグメント１５０、１５１の超伝導層４は、それぞれ半径方向内側に配向され、または両方のバンドセグメント１５０、１５１の基材３は、半径方向外側に配向される。これにより、操作中にローレンツ力によって超伝導層４が分離することを防止する。本実施形態において、二重層ＤＬは、２つのバンドセグメント１５０、１５１のためのジョイントを形成し、これにより、ＮＭＲマグネットコイル９１の示されたセクションの総軸長が正確に用いられる。ジョイントによって、バンドセグメント１５０、１５１は直列に電気的に接続される。本発明によれば、常伝導方式でハンダ付けされているバンド長１５２は、転移抵抗を低く維持するために少なくとも２０ｍになる。図１５ａ〜１５ｂの実施形態では、コイルまたはセクションそれぞれの全長に沿って正確に１つの（完全な）二重層であるが、特に正確に２つまたは正確に３つのまたはさらに（完全な）二重層の整数も必要となり得る。したがって、単一バンド１１４から多重バンド１１５への転移は、コイルまたはセクションそれぞれの軸端部において常に生じる。

利用可能な欠陥のないバンド長に応じて、さらに２以上の巻線層には単一バンドバンド１１４として、それぞれ内側および／または外側にさらなるバンドセグメント１５０、１５１が巻き付けられ得ることに留意すべきである。

さらに、１つ以上のバンドセグメントの両端部（中心部分ではない）はまた、容易な方法で２つを超えるバンドセグメントを直列に接続するために、他のバンドセグメントに常伝導方式でハンダ付けされてもよい。常伝導方式でハンダ付けされたそれぞれのバンド長は（少なくとも２０ｍの長さ）は、ＮＭＲマグネットコイルにおいて少なくとも１つの二重層を再び形成する。

さらに、図１５ｃは、二重層ＤＬの範囲における超伝導構造１を横断する断面を表す（この文脈において、図１５ｂ、面ＸＶｃを参照）。バンドセグメント１５０、１５１はそれぞれ、伝導性の高いカバー１５２、１５３、特に銅カバー（例えば、約５０μｍ）の厚さを有する銅箔からなる）によって囲まれる。エンケースメント１５２、１５３は、互いにハンダ付けされ（ハンダ層１４０を参照）、超伝導層４はそれぞれ、半径方向内側に配向される（図１５ｃにおいては下方）。特に、超伝導層４およびハンダ層１４０それぞれにおいて直接配置されたエンケースメント１５３の左側および右側セクションおよびエンケースメント１５２、１５３のセクションは、バンドセグメント１５０、１５１の超伝導層４のオーム接続に本質的に寄与する。

バンドセグメント１５０、１５１の基材３は、可撓性の金属性材料、例えばシート鋼からなる。超伝導層４は、通常、ＹＢＣＯタイプまたはＢＳＣＣＯタイプの高温超伝導体材料を含む。常伝導ハンダに関し、特に貴金属および／または銅を含有するハンダが使用されてもよい。

Claims (29)

1. ＮＭＲマグネットコイル（９１）を有するＮＭＲ分光計（１３１）であって、
   前記ＮＭＲマグネットコイル（９１）の少なくとも１つのセクション（１２１）は、超伝導構造（１）を有する伝導体の巻線を含み、前記構造は、帯状の超伝導体の複数のバンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）を含み、
   各バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）は、可撓性基材（３）および当該基材（３）上に堆積した超伝導層（４）を含み、
   前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）はそれぞれ、２０ｍ以上の長さを含み、
   前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）は、互いに接続されており、
   前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）の少なくとも１つは、連結バンドセグメント（２、２ａ）を形成し、
   各連結バンドセグメント（２、２ａ）は、さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）が共に、前記連結バンドセグメント（２、２ａ）の全長（Ｌ）の少なくとも９５％とオーバーラップするように、少なくとも２つの前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）に接続されているＮＭＲ分光計。
2. 前記超伝導構造（１）は、少なくともＮ個の前記連結バンドセグメント（２、２ａ）を含み、Ｎ≧５、好ましくはＮ≧２０であり、
   特に、前記Ｎ個の連結バンドセグメント（２、２ａ）は、前記連結バンドセグメント（２、２ａ）のそれぞれのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の少なくとも１つがそのターンでは連結バンドセグメント（２、２ａ）であるように、互いに連続して接続されることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
3. 前記超伝導構造（１）は、前記連結バンドセグメント（２、２ａ）の伸長方向（ｘ）に沿って前記連結バンドセグメント（２、２ａ）を介して周期的に構成されることを特徴とする請求項２記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
4. 前記連結バンドセグメント（２、２ａ）の少なくとも１つが、少なくとも１つの既知の欠陥領域（ＦＢ）を含み、
   前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）が、前記既知の欠陥領域（ＦＢ）の周りの第１の長手方向範囲（ＬＢ１）、特に、前記既知の欠陥領域（ＦＢ）の両側の少なくとも１０ｍの第１の長手方向範囲（ＬＢ１）において欠陥を含まないような方法で、特定の連結バンドセグメント（２、２ａ）とオーバーラップしたさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の少なくとも１つが、選択され、および／または長手方向において位置付けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
5. 前記連結バンドセグメント（２、２ａ）は、オーバーラップして当該連結バンドセグメント（２、２ａ）に接続される２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）間のギャップ（６）の周りの第２の長手方向範囲（ＬＢ２）、特に、ギャップ（６）の両側に向かって少なくとも１０ｍの第２の長手方向範囲（ＬＢ２）において欠陥を含まないことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
6. 前記セクション（１２１）は、半径方向に複数の巻線層（ＷＬ１〜ＷＬ６）の巻線を含み、
   同じ連結バンドセグメント（２、２ａ）にオーバーラップして接続された前記２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）間の前記ギャップ（６）は、半径方向に互いに重なり合う前記巻線層（ＷＬ１〜ＷＬ６）において方位角方向に分離されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
7. 前記セクション（１２１）は、少なくとも１つの巻線層（ＷＬ１〜ＷＬ６）において、軸方向に隣接した複数の巻線を含み、
   同じ巻線層（ＷＬ１〜ＷＬ６）に位置する前記ギャップ（６）は、互いに方位角方向に分離されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
8. 前記セクション（１２１）は、少なくとも１つの単一バンド部分セクション（１１１、１１３）を含み、当該単一バンド部分セクション（１１１、１１３）には単一連続バンドセグメントが巻き付けられ、且つ少なくとも１つの多重バンド部分セクション（１１２）を含み、当該少なくとも1つの多重バンド部分セクション（１１２）には超伝導構造（１）を有する伝導体が巻き付けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
9. 前記セクション（１２１）は、２つの軸方向外側の単一バンド部分セクション（１１１、１１３）、および軸方向中心の多重バンド部分セクション（１１２）を含み、
   特に、前記軸方向中心の多重バンド部分セクション（１１２）は、連結バンドセグメント（２、２ａ）を１つだけ含むことを特徴とする請求項８に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
10. 一方の前記連結バンドセグメント（２、２ａ）および他方の前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）が、互いに対向するそれらの超伝導層（４）とオーバーラップして接続されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
11. 前記超伝導構造（１）は、少なくとも２つの端部バンドセグメント（８ａ〜８ｄ）を含み、
    各バンドセグメント（８ａ〜８ｄ）は、前記連結バンドセグメント（２、２ａ）が、前記端部バンドセグメント（８ａ〜８ｄ）の全長と実質的にオーバーラップするように前記連結バンドセグメント（２、２ａ）に接続されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
12. 組み合わされた前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）は、前記連結バンドセグメント（２、２ａ）の全長（Ｌ）の少なくとも９９％とオーバーラップすることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
13. 前記連結バンドセグメント（２、２ａ）は、少なくとも１００ｍ、好ましくは少なくとも２００ｍの長さ（Ｌ）を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
14. 前記超伝導構造（１）は、少なくとも１０００ｍ、好ましくは少なくとも２０００ｍの全長（ＧＬ）を含むことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
15. 前記同じ連結バンドセグメント（２、２ａ）にオーバーラップして接続された前記２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）間の前記ギャップ（６）は、５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の、前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の伸長方向（ｘ）におけるギャップ幅（ＳＰ）を含み、特に、前記ギャップ（６）は、前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）が物理的に直接接触している場合に閉じられることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
16. 前記同じ連結バンドセグメント（２、２ａ）にオーバーラップして接続された前記２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）間の前記ギャップ（６）は、前記連結バンドセグメント（２、２ａ）の前記長さ（Ｌ）に対しておおよそ中心に位置することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
17. ２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の端部（１０ａ、１０ｂ）が、互いに対向し、前記同じ連結バンドセグメント（２、２ａ）にオーバーラップして接続され、それぞれ前記他のさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）に向かって先細り且つ狭くなり、特に、前記２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）間のギャップ（６）が、前記バンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の伸長方向（ｘ）に対して５°から３０°の角度（α）で少なくとも部分的に延在することを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
18. オーバーラップして接続されたバンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）の前記超伝導層（４）は、
    −互いに直接隣接し、
    −または、貴金属を含有する1つ以上の層、特に銀を含有する層（５）、および／または銅を含有する１つ以上の層、特に銅層（１４ｃ、１４ｄ）を介して互いに接続されることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
19. 前記超伝導構造（１）の前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）の外側表面が、シャント構造（１２）、特にシャントカバー（１４；１４ａ、１４ｂ）によって部分的にまたは完全に囲まれたシャント構造（１２）を含むことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
20. オーバーラップして接続された２つのバンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）は、前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）の伸張方向（ｘ）に対して垂直な１つ以上の突出範囲（１３、１３ａ）においてオーバーラップせず、
    前記シャント構造（１２）は、前記突出範囲（１３、１３ａ）の少なくとも１つにおいて、関連するバンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）と接触することを特徴とする請求項１９記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
21. 前記超伝導層（４）は、高温超伝導体材料、特にＹＢＣＯタイプまたはＢＳＣＣＯタイプの高温超電導材料を含むことを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
22. 前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の少なくとも１つが、ＬＴＳ超伝導材料のフィラメント（１２８）を含有する低温超伝導体（＝ＬＴＳ）（１２３）のワイヤ（１２３）へのジョイント（１２５）を形成し、
    前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）および前記ＬＴＳワイヤ（１２３）は、ハンダ（１２７）によって前記さらなるバンドセグメント（７ａ）の長手方向において、少なくとも１ｍ、好ましくは少なくとも１０ｍに沿って互いにオーバーラップしてハンダ付けされることを特徴とする請求項２１記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
23. 前記マグネットコイル（９１）は、前記超伝導構造（１）を有する伝導体の巻線をそのターンで含む少なくとも１つのＨＴＳセクション（１２１）、およびＬＴＳワイヤ（１２４）の巻線をそのターンで含む少なくとも１つのＬＴＳセクション（１２２）を含み、
    特に、前記ＨＴＳセクション（１２１）および前記ＬＴＳセクション（１２２）は、前記ＨＴＳセクション（１２１）が内側に位置するようにスタックされることを特徴とする請求項２１または２２記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
24. 特にＣｅＯ_２を含有するバッファ層（９）が、前記基材（３）と前記超伝導層（４）との間に配置されることを特徴とする請求項１から２３のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
25. 前記超伝導構造（１）は、少なくとも１つのセクションにおいて、Ｍ倍バンド設計を含み、Ｍは３以上の自然数であり、前記バンドセグメントの少なくとも１つは、複数連結バンドセグメント（２ａ）として構成され、
    各複数連結バンドセグメント（２ａ）は、各セットの前記さらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）の組み合わせが前記複数連結バンドセグメント（２ａ）の前記全長（Ｌ）の少なくとも９５％とオーバーラップするように、Ｍ−１セットの前記少なくとも２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）に接続されることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
26. 前記同じ複数連結バンドセグメント（２ａ）とオーバーラップする、異なるセットの２つのさらなるバンドセグメント（７ａ〜７ｅ）間の前記ギャップ（６）は、前記複数連結バンドセグメント（２ａ）の前記長さ（Ｌ）に沿っておおよそ均等に分布することを特徴とする請求項２５に記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
27. 前記超伝導構造（１）は、Ｍ＝３の三重バンド設計を含み、前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）は、互いに積み重ねられた３つの層（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）に配置され、両方の外層（Ｅ１、Ｅ３）の前記バンドセグメントの前記超伝導層（４）は、前記中心層（Ｅ２）の前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）に対向し、前記中心層の前記バンドセグメントの前記超伝導層（４）は、前記両方の外層（Ｅ１、Ｅ３）の前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）に交互対向することを特徴とする請求項２５または２６記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
28. 前記両方の外層（Ｅ１、Ｅ３）の前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）間のギャップ（６）は、互いに対して長手方向にずれ、前記中心層（Ｅ２）の前記バンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）の前記超伝導層（４）は、前記中心層（Ｅ２）の前記それぞれのバンドセグメント（２、２ａ、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｄ、１５）の長さにわたってギャップ（６）を示す特定の外層（Ｅ１、Ｅ３）に対向することを特徴とする請求項２７記載のＮＭＲ分光計（１３１）。
29. ＮＭＲマグネットコイル（９１）を有するＮＭＲ分光計（１３１）であって、
    前記ＮＭＲマグネットコイル（９１）には、少なくとも１つのセクション（１２１）においてソレノイド状に複数の層が巻き付けられ、前記ＮＭＲマグネットコイル（９１）は直列に接続した帯状の超伝導体のいくつかのバンドセグメント（１５０、１５１）を含む超伝導構造（１）を有する伝導体の巻線を含み、
    各バンドセグメント（１５０、１５１）は、可撓性の金属基材（３）および当該基板（３）上に堆積された超伝導層（４）を含み、
    前記セクションの少なくとも２つのバンドセグメント（１５０、１５１）は、常伝導方式で少なくとも２０ｍのバンド長（１５２）に沿って互いにハンダ付けされ、常伝導方式でハンダ付けされた前記バンド長（１５２）に沿って完全な二重層（ＤＬ）として、または複数の完全な二重層（ＤＬ）として巻き付けられるＮＭＲ分光計（１３１）。

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