JP2017117980A - Superconducting magnet and superconducting magnet device for MRI - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting magnet and superconducting magnet device for MRI, capable of suppressing a sudden change in the intensity of a magnetic field even when a superconducting coil is quenched.SOLUTION: A superconducting magnet 1 includes: a cooling coil body 63; a conductive guide plate 64 disposed, being spaced from the cooling coil body 63; and a heat insulation spacer 65 interposed between the cooling coil body 63 and the guide plate 64. The cooling coil body 63 has a superconducting coil 66 and a cooling plate 67 overlapped on the superconducting coil 66.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、超電導コイルを備えている超電導マグネット、及びMRI用超電導マグネット装置に関するものである。   The present invention relates to a superconducting magnet having a superconducting coil and a superconducting magnet device for MRI.

従来、高温超電導線材を環状に巻いて構成した超電導コイルに冷却板を接触させ、冷却板を冷凍機で冷却することにより超電導コイルを冷却するようにした超電導コイル装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a superconducting coil device is known in which a cooling plate is brought into contact with a superconducting coil formed by winding a high-temperature superconducting wire in a ring shape, and the cooling plate is cooled by a refrigerator to cool the superconducting coil (for example, Patent Document 1).

特開2012−182176号公報JP 2012-182176 A

しかし、特許文献1に示されている従来の超電導コイル装置では、超電導コイルの一部が超電導状態から常電導状態に転移、即ちクエンチすると、磁場の変化によって冷却板に誘導電流が流れ、冷却板が加熱昇温する。従来の超電導コイル装置では、超電導コイルが冷却板に接触しているため、冷却板が加熱昇温すると、超電導コイルの超電導状態にある他の部位もクエンチしやすくなり、超電導コイルのクエンチの連鎖が生じやすくなる。これにより、従来の超電導コイル装置では、超電導コイル装置の磁場の強度の変化が大きくなりやすくなってしまう。従って、例えば医療用のMRI(Magnetic Resonance Imaging)用超電導マグネット装置に、特許文献1に示されている従来の超電導コイル装置が適用された場合、超電導コイルの一部のクエンチが生じると、被検体である人体が受ける磁場の強度の変化が大きくなりやすくなり、人体に悪影響が生じるおそれがある。   However, in the conventional superconducting coil device disclosed in Patent Document 1, when a part of the superconducting coil changes from the superconducting state to the normal conducting state, that is, quenches, an induced current flows through the cooling plate due to a change in the magnetic field, and the cooling plate Heats up. In the conventional superconducting coil device, since the superconducting coil is in contact with the cooling plate, when the cooling plate is heated and heated, other parts of the superconducting coil in the superconducting state are easily quenched, and the quenching chain of the superconducting coil is It tends to occur. Thereby, in the conventional superconducting coil device, the change in the strength of the magnetic field of the superconducting coil device tends to increase. Therefore, for example, when the conventional superconducting coil device shown in Patent Document 1 is applied to a medical superconducting magnet device for MRI (Magnetic Resonance Imaging), if a part of the superconducting coil is quenched, the subject The change in the strength of the magnetic field received by the human body is likely to increase, and there is a risk that the human body will be adversely affected.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、超電導コイルがクエンチしても磁場の強度の急激な変化を抑制することができる超電導マグネット、及びMRI用超電導マグネット装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. A superconducting magnet and an MRI superconducting magnet apparatus capable of suppressing a rapid change in magnetic field intensity even when the superconducting coil is quenched. The purpose is to obtain.

この発明による超電導マグネットは、扁平状の超電導コイルと、超電導コイルに重なっている冷却板とを有する冷却コイル体、冷却コイル体から離れて配置されている導電性の誘導板、及び冷却コイル体と誘導板との間に介在している断熱スペーサを備えている。   A superconducting magnet according to the present invention includes a cooling coil body having a flat superconducting coil and a cooling plate overlapping the superconducting coil, a conductive induction plate disposed away from the cooling coil body, and a cooling coil body. A heat insulating spacer is provided between the induction plate and the guide plate.

この発明による超電導マグネット、及びMRI用超電導マグネット装置によれば、超電導コイルがクエンチした場合に、磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板に発生させることができ、超電導マグネットの磁場の変化を緩やかにすることができる。これにより、超電導コイルがクエンチしても磁場の強度の急激な変化を抑制することができる。   According to the superconducting magnet and the MRI superconducting magnet apparatus according to the present invention, when the superconducting coil is quenched, an induced current can be generated in the induction plate in a direction to suppress the change of the magnetic field, and the change of the magnetic field of the superconducting magnet can be achieved. Can be relaxed. Thereby, even if the superconducting coil is quenched, a sudden change in the strength of the magnetic field can be suppressed.

この発明の実施の形態1によるMRI用超電導マグネット装置を示す一部破断斜視図である。1 is a partially broken perspective view showing a superconducting magnet device for MRI according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 図1の超電導マグネットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the superconducting magnet of FIG. 実施例1、比較例1及び比較例2のそれぞれによる超電導マグネットについての中心磁界B0(T)と経過時間t(sec)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the center magnetic field B0 (T) and elapsed time t (sec) about the superconducting magnet by each of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. 実施例1、比較例1及び比較例2のそれぞれによる超電導マグネットについての磁場の変化dB/dT(T/sec)と経過時間t(sec)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the change dB / dT (T / sec) of magnetic field about the superconducting magnet by each of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 and elapsed time t (sec). この発明の実施の形態3による超電導マグネットの単位積層部を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the unit lamination | stacking part of the superconducting magnet by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による超電導マグネットの単位積層部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the unit lamination | stacking part of the superconducting magnet by Embodiment 4 of this invention.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるMRI用超電導マグネット装置を示す一部破断斜視図である。MRI用超電導マグネット装置は、筒状の超電導マグネット1と、超電導マグネット1を収容する真空断熱容器2と、超電導マグネット1を冷却する冷却装置である冷凍機3とを有している。MRI用超電導マグネット装置は、例えば医療用に使われる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing an MRI superconducting magnet apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The superconducting magnet device for MRI has a cylindrical superconducting magnet 1, a vacuum heat insulating container 2 that houses the superconducting magnet 1, and a refrigerator 3 that is a cooling device that cools the superconducting magnet 1. The MRI superconducting magnet device is used for medical purposes, for example.

真空断熱容器2は、超電導マグネット1の径方向内側に位置する内周壁と、超電導マグネット1の径方向外側に位置する外周壁とを持つ筒状の容器である。これにより、真空断熱容器2の内側には、真空断熱容器2の内周壁で囲まれた円柱状の空間が形成されている。真空断熱容器2の内周壁で囲まれている空間には、被検体10が載せられた支持台11が配置される。被検体10としては、例えば人体等が挙げられる。真空断熱容器2内で超電導マグネット1が収容されている空間の真空度は、予め設定された設定真空度以下に保たれている。   The vacuum heat insulating container 2 is a cylindrical container having an inner peripheral wall located on the radially inner side of the superconducting magnet 1 and an outer peripheral wall located on the radially outer side of the superconducting magnet 1. Thereby, a columnar space surrounded by the inner peripheral wall of the vacuum heat insulating container 2 is formed inside the vacuum heat insulating container 2. In a space surrounded by the inner peripheral wall of the vacuum heat insulating container 2, a support base 11 on which the subject 10 is placed is disposed. Examples of the subject 10 include a human body. The degree of vacuum in the space in which the superconducting magnet 1 is accommodated in the vacuum heat insulating container 2 is kept below a preset degree of vacuum.

冷凍機3は、超電導マグネット1に複数の熱伝導部材を介して接続されている。超電導マグネット1は、冷凍機3によって各熱伝導部材を介して伝導冷却される。超電導マグネット1の温度は、冷凍機3による超電導マグネット1の冷却によって設定温度以下の極低温になる。設定温度としては、例えば30Kとされている。   The refrigerator 3 is connected to the superconducting magnet 1 via a plurality of heat conducting members. The superconducting magnet 1 is conductively cooled by the refrigerator 3 through each heat conducting member. The temperature of the superconducting magnet 1 becomes an extremely low temperature below the set temperature by cooling the superconducting magnet 1 by the refrigerator 3. The set temperature is, for example, 30K.

図2は、図1の超電導マグネット1を示す断面図である。超電導マグネット1は、筒状の内枠5と、内枠5の外周部に設けられている筒状の積層コイル6とを有している。内枠5は、超電導マグネット1の軸線と同軸に配置されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the superconducting magnet 1 of FIG. The superconducting magnet 1 has a cylindrical inner frame 5 and a cylindrical laminated coil 6 provided on the outer periphery of the inner frame 5. The inner frame 5 is disposed coaxially with the axis of the superconducting magnet 1.

積層コイル6は、超電導マグネット1の軸線方向について並んでいる複数の単位積層部61と、各単位積層部61間にそれぞれ介在している複数の断熱スペーサ62とを有している。従って、積層コイル6では、超電導マグネット1の軸線方向について単位積層部61と断熱スペーサ62とが交互に重なっている。各単位積層部61間の熱の移動は、各断熱スペーサ62によって抑制される。   The laminated coil 6 includes a plurality of unit laminated portions 61 arranged in the axial direction of the superconducting magnet 1 and a plurality of heat insulating spacers 62 interposed between the unit laminated portions 61. Accordingly, in the laminated coil 6, the unit laminated portions 61 and the heat insulating spacers 62 are alternately overlapped in the axial direction of the superconducting magnet 1. The heat transfer between the unit laminated portions 61 is suppressed by the heat insulating spacers 62.

各単位積層部61は、冷却コイル体63と、超電導マグネット1の軸線方向について冷却コイル体63から離れて配置されている導電性の金属板である誘導板64と、冷却コイル体63と誘導板64との間に介在している断熱スペーサ65とを有している。冷却コイル体63と誘導板64との間の熱の移動は、断熱スペーサ65によって抑制される。断熱スペーサ62,65は、電気絶縁性及び熱絶縁性を持つ環状の平板である。この例では、断熱スペーサ62,65のそれぞれの大きさが互いに同じになっている。   Each unit laminated portion 61 includes a cooling coil body 63, an induction plate 64 that is a conductive metal plate disposed away from the cooling coil body 63 in the axial direction of the superconducting magnet 1, and the cooling coil body 63 and the induction plate. And a heat insulating spacer 65 interposed therebetween. The heat transfer between the cooling coil body 63 and the induction plate 64 is suppressed by the heat insulating spacer 65. The heat insulating spacers 62 and 65 are annular flat plates having electrical insulating properties and thermal insulating properties. In this example, the sizes of the heat insulating spacers 62 and 65 are the same.

冷却コイル体63は、環状で扁平状の超電導コイル66と、超電導マグネット1の軸線方向について超電導コイル66の側面に重なっている環状の金属製の平板である冷却板67とを有している。   The cooling coil body 63 includes an annular flat superconducting coil 66 and a cooling plate 67 that is an annular metal flat plate overlapping the side surface of the superconducting coil 66 in the axial direction of the superconducting magnet 1.

超電導コイル66は、予め決まったターン数で環状に巻かれているテープ状のコイル線材を有している。また、超電導コイル66は、コイル線材7が超電導コイル66の径方向について重なって形成されているパンケーキコイルになっている。超電導コイル66を構成するコイル線材は、超電導線材である。   The superconducting coil 66 has a tape-like coil wire wound in an annular shape with a predetermined number of turns. The superconducting coil 66 is a pancake coil in which the coil wire 7 is formed so as to overlap in the radial direction of the superconducting coil 66. The coil wire constituting the superconducting coil 66 is a superconducting wire.

冷却板67は、超電導コイル66と熱的に接続されている。冷却板67には、冷却板67の径方向外側へ突出する接続部67aが設けられている。冷却板67の接続部67aには、冷凍機3が熱伝導部材を介して接続されている。超電導コイル66は、冷凍機3によって熱伝導部材及び冷却板67を介して冷却される。超電導コイル66の状態は、超電導コイル66が冷凍機3で冷却されることにより超電導状態になる。真空断熱容器2の内周壁で囲まれている空間には、各超電導コイル66が励磁されることにより超電導マグネット1の磁場が形成される。   The cooling plate 67 is thermally connected to the superconducting coil 66. The cooling plate 67 is provided with a connecting portion 67 a that protrudes radially outward of the cooling plate 67. The refrigerator 3 is connected to the connection portion 67a of the cooling plate 67 via a heat conducting member. The superconducting coil 66 is cooled by the refrigerator 3 via the heat conducting member and the cooling plate 67. The state of the superconducting coil 66 becomes superconducting when the superconducting coil 66 is cooled by the refrigerator 3. In the space surrounded by the inner peripheral wall of the vacuum heat insulating container 2, the magnetic field of the superconducting magnet 1 is formed by exciting each superconducting coil 66.

誘導板64は、環状の平板である。この例では、誘導板64が、超電導コイル66の冷却板67側とは反対側の面に断熱スペーサ65を介して重なっている。また、この例では、誘導板64、超電導コイル66及び冷却板67のそれぞれの外径が互いに同じになっている。さらに、この例では、断熱スペーサ62,65のそれぞれの外径が誘導板64及び超電導コイル66のそれぞれの外径よりも大きくなっている。   The guide plate 64 is an annular flat plate. In this example, the induction plate 64 overlaps the surface of the superconducting coil 66 opposite to the cooling plate 67 side via a heat insulating spacer 65. Further, in this example, the outer diameters of the induction plate 64, the superconducting coil 66, and the cooling plate 67 are the same. Further, in this example, the outer diameters of the heat insulating spacers 62 and 65 are larger than the outer diameters of the induction plate 64 and the superconducting coil 66, respectively.

次に、動作について説明する。積層コイル6への給電により各超電導コイル66が励磁されると、真空断熱容器2の内周壁で囲まれた空間には、超電導マグネット1の磁場が形成される。   Next, the operation will be described. When each superconducting coil 66 is excited by supplying power to the laminated coil 6, the magnetic field of the superconducting magnet 1 is formed in the space surrounded by the inner peripheral wall of the vacuum heat insulating container 2.

何等かの原因で各超電導コイル66のいずれかの一部がクエンチし、超電導コイル66の一部に大きな抵抗が生じた場合、積層コイル6の電流が急激に低下し、超電導コイル66の発生する磁場が大きく変化する。このとき、誘導板64には、超電導コイル66による磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流が流れる。これにより、超電導マグネット1の磁場の変化が緩やかになる。従って、真空断熱容器2の内周壁で囲まれた空間に被検体10がある場合、被検体10が受ける磁場の変化が緩やかになり、磁場の変化による被検体10の悪影響が抑制される。また、このとき、誘導板64には、誘導電流が流れることによりジュール熱が発生するが、誘導板64から超電導コイル66への熱の移動が断熱スペーサ62,65によって抑制され、超電導コイル66のクエンチの誘発及び促進が抑制される。   When any part of each superconducting coil 66 is quenched for some reason and a large resistance is generated in a part of the superconducting coil 66, the current of the laminated coil 6 is rapidly reduced, and the superconducting coil 66 is generated. The magnetic field changes greatly. At this time, an induction current flows through the induction plate 64 in a direction in which the change of the magnetic field by the superconducting coil 66 is suppressed. Thereby, the change of the magnetic field of the superconducting magnet 1 becomes gentle. Therefore, when the subject 10 is in the space surrounded by the inner peripheral wall of the vacuum heat insulating container 2, the change in the magnetic field received by the subject 10 becomes moderate, and the adverse effect of the subject 10 due to the change in the magnetic field is suppressed. At this time, Joule heat is generated by the induction current flowing in the induction plate 64, but the heat transfer from the induction plate 64 to the superconducting coil 66 is suppressed by the heat insulating spacers 62 and 65, and the superconducting coil 66 Induction and promotion of quenching is suppressed.

このようなMRI用超電導マグネット装置及び超電導マグネット1では、冷却コイル体63が、超電導コイル66と、超電導コイル66に重なっている冷却板67とを有し、導電性の誘導板64が冷却コイル体63から離れて配置され、冷却コイル体63と誘導板64との間に断熱スペーサ65が介在しているので、超電導コイル66の少なくとも一部がクエンチした場合に、超電導コイル66の発生する磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板64に発生させることができ、超電導マグネット1の中心磁場の変化を緩やかにすることができる。これにより、超電導コイル66がクエンチしても被検体10が受ける磁場の強度の急激な変化を抑制することができる。また、誘導板64で発生した熱を断熱スペーサ65によって超電導コイル66に伝えにくくすることができる。これにより、超電導コイル66の温度上昇を抑制することができ、超電導コイル66のクエンチの誘発及び促進を抑制することができる。   In such a superconducting magnet device for MRI and the superconducting magnet 1, the cooling coil body 63 has a superconducting coil 66 and a cooling plate 67 overlapping the superconducting coil 66, and the conductive induction plate 64 is a cooling coil body. Since the heat insulating spacer 65 is interposed between the cooling coil body 63 and the induction plate 64, the magnetic field generated by the superconducting coil 66 is generated when at least a part of the superconducting coil 66 is quenched. An induction current can be generated in the induction plate 64 in a direction to suppress the change, and the change in the central magnetic field of the superconducting magnet 1 can be moderated. Thereby, even if the superconducting coil 66 is quenched, a rapid change in the strength of the magnetic field received by the subject 10 can be suppressed. Further, the heat generated in the induction plate 64 can be made difficult to be transmitted to the superconducting coil 66 by the heat insulating spacer 65. Thereby, the temperature rise of the superconducting coil 66 can be suppressed, and induction and promotion of quenching of the superconducting coil 66 can be suppressed.

ここで、超電導マグネット1の中に誘導板64がない場合を考える。誘導板64がない場合、各超電導コイル66のいずれかがクエンチして、超電導コイル66の発生する磁場が大きく変化すると、誘導板64による磁場の変化の抑制効果がないことから、真空断熱容器2の内周壁で囲まれた空間に形成される超電導マグネット1の磁場も大きく変化する。磁場の減衰時定数は積層コイル6のインダクタンスLc及び積層コイル6の発生抵抗Rcによって決まることから、積層コイル6の発生抵抗Rcが時間とともに増加することを考慮すると、例えば、Lcが20H、Rcが20Ωである場合には、磁場の減衰時定数は1秒になる。従って、この場合、超電導マグネット1の中心磁場が3Tであると、数T/secの大きな磁場の変化が生じることになる。被検体10が人体である場合、被検体10が受ける磁場の変化が1T/sec以上になると、被検体10に対する悪影響として例えば閃光現象等が現れるおそれがある。   Here, a case where the induction plate 64 is not present in the superconducting magnet 1 is considered. In the absence of the induction plate 64, if any of the superconducting coils 66 is quenched and the magnetic field generated by the superconducting coil 66 changes greatly, there is no effect of suppressing the change of the magnetic field by the induction plate 64. The magnetic field of the superconducting magnet 1 formed in the space surrounded by the inner peripheral wall also greatly changes. Since the decay time constant of the magnetic field is determined by the inductance Lc of the laminated coil 6 and the generated resistance Rc of the laminated coil 6, considering that the generated resistance Rc of the laminated coil 6 increases with time, for example, Lc is 20H and Rc is In the case of 20Ω, the decay time constant of the magnetic field is 1 second. Therefore, in this case, when the central magnetic field of the superconducting magnet 1 is 3T, a large magnetic field change of several T / sec occurs. When the subject 10 is a human body, if the change in the magnetic field received by the subject 10 is 1 T / sec or more, for example, a flash phenomenon may occur as an adverse effect on the subject 10.

これに対して、本実施の形態では、誘導板64に流れる誘導電流によって生じる磁場により磁場の変化が抑制されるため、積層コイル6の見かけの抵抗Rcを、誘導板64がない場合よりも小さい値、例えば1Ω以下に抑制することができ、磁場の減衰時定数を10秒以上にすることができる。これにより、被検体10に対する悪影響をなくすことができる。また、誘導板64と超電導コイル66との間に介在する断熱スペーサ65によって誘導板64と超電導コイル66との間の熱時定数を一定値以上にすることができる。これにより、超電導コイル66のクエンチの誘発及び促進を抑制することができ、磁場の急激な減衰を抑制することができる。   On the other hand, in the present embodiment, since the change of the magnetic field is suppressed by the magnetic field generated by the induced current flowing through the induction plate 64, the apparent resistance Rc of the laminated coil 6 is smaller than that without the induction plate 64. The value can be suppressed to, for example, 1Ω or less, and the decay time constant of the magnetic field can be set to 10 seconds or more. Thereby, the bad influence with respect to the subject 10 can be eliminated. Further, the thermal time constant between the induction plate 64 and the superconducting coil 66 can be set to a predetermined value or more by the heat insulating spacer 65 interposed between the induction plate 64 and the superconducting coil 66. Thereby, induction and promotion of quenching of the superconducting coil 66 can be suppressed, and rapid attenuation of the magnetic field can be suppressed.

また、本実施の形態による超電導マグネット1での磁場の変化の抑制効果を確認するために、実施例1、比較例1及び比較例2のそれぞれによる超電導マグネットについて、超電導コイル66の一部がクエンチしたときの中心磁界B0(T)と経過時間t(sec)との関係と、超電導コイル6の一部がクエンチしたときの磁場の変化dB/dT(T/sec)と経過時間t(sec)との関係とを解析により算出し、実施例1、比較例1及び比較例2のそれぞれの解析結果を比較した。   In addition, in order to confirm the effect of suppressing the change in the magnetic field in the superconducting magnet 1 according to the present embodiment, a part of the superconducting coil 66 is quenched for the superconducting magnets of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. Relationship between the central magnetic field B0 (T) and the elapsed time t (sec), and the change in magnetic field dB / dT (T / sec) and the elapsed time t (sec) when a part of the superconducting coil 6 is quenched. And the analysis results of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 were compared.

なお、実施例1による超電導マグネットの構成は、図2の超電導マグネット1の構成と同じである。また、比較例1による超電導マグネットは、実施例1の構成から誘導板64、断熱スペーサ62,65及び冷却板67を無くし、残った超電導コイル66同士を熱短絡させた超電導マグネットである。比較例2による超電導マグネットは、実施例1の構成から誘導板64及び断熱スペーサ62,65を無くし、残った冷却コイル体63、即ち超電導コイル66及び冷却板67を熱短絡させた超電導マグネットである。また、解析に用いた超電導マグネットは、本発明の効果を定性的に計算で比較するため、インダクタンスが20H程度の小型の超電導コイルを用いた簡易モデルとしている。さらに、解析では、実施例1における誘導板64と超電導コイル66との間の熱時定数を20(sec)で計算し、温度依存性は考慮していない。   The configuration of the superconducting magnet according to the first embodiment is the same as that of the superconducting magnet 1 shown in FIG. The superconducting magnet according to Comparative Example 1 is a superconducting magnet in which the induction plate 64, the heat insulating spacers 62 and 65, and the cooling plate 67 are eliminated from the configuration of Example 1 and the remaining superconducting coils 66 are thermally short-circuited. The superconducting magnet according to the comparative example 2 is a superconducting magnet in which the induction plate 64 and the heat insulating spacers 62 and 65 are eliminated from the configuration of the first embodiment, and the remaining cooling coil body 63, that is, the superconducting coil 66 and the cooling plate 67 are thermally short-circuited. . The superconducting magnet used for the analysis is a simple model using a small superconducting coil having an inductance of about 20H in order to qualitatively compare the effects of the present invention. Further, in the analysis, the thermal time constant between the induction plate 64 and the superconducting coil 66 in Example 1 is calculated at 20 (sec), and temperature dependence is not considered.

図3は、実施例1、比較例1及び比較例2のそれぞれによる超電導マグネットについての中心磁界B0(T)と経過時間t(sec)との関係を示すグラフである。また、図4は、実施例1、比較例1及び比較例2のそれぞれによる超電導マグネットについての磁場の変化dB/dT(T/sec)と経過時間t(sec)との関係を示すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the central magnetic field B0 (T) and the elapsed time t (sec) for the superconducting magnets according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the magnetic field change dB / dT (T / sec) and the elapsed time t (sec) for the superconducting magnets according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. .

図3に示すように、超電導コイル66のみを有する比較例1の超電導マグネットでは、超電導コイル66がクエンチしてから約7秒で磁場が無くなるのに対して、誘導板64、断熱スペーサ65、超電導コイル66及び冷却板67を有する実施例1の超電導マグネットでは、超電導コイル66がクエンチしてから約18秒で磁場が無くなることが分かる。また、誘導板64がなく冷却板67が存在する比較例2の超電導マグネットでは、超電導コイル66の磁場の変化によって冷却板67に誘導電流が流れるため、超電導コイル66がクエンチしてから約2秒後までは、磁場の減衰が抑制されるが、その後、冷却板67の誘導電流による発熱によって超電導コイル66が加熱されて超電導コイル66の抵抗の増加が促進されるため、磁場が急激に減衰し、超電導コイル66がクエンチしてから約5秒で磁場が無くなることが分かる。このように、実施例1の超電導マグネットでは、比較例1及び2の超電導マグネットに比べて磁場の減衰時間が長くなっていることが分かる。   As shown in FIG. 3, in the superconducting magnet of Comparative Example 1 having only the superconducting coil 66, the magnetic field disappears about 7 seconds after the superconducting coil 66 is quenched, whereas the induction plate 64, the heat insulating spacer 65, and the superconducting magnet. In the superconducting magnet of Example 1 having the coil 66 and the cooling plate 67, it can be seen that the magnetic field disappears about 18 seconds after the superconducting coil 66 is quenched. Further, in the superconducting magnet of Comparative Example 2 in which the induction plate 64 is not present and the cooling plate 67 is present, an induction current flows through the cooling plate 67 due to a change in the magnetic field of the superconducting coil 66, and therefore about 2 seconds after the superconducting coil 66 is quenched. Until then, the attenuation of the magnetic field is suppressed. However, since the superconducting coil 66 is heated by the heat generated by the induced current of the cooling plate 67 and the resistance of the superconducting coil 66 is increased, the magnetic field is rapidly attenuated. It can be seen that the magnetic field disappears about 5 seconds after the superconducting coil 66 is quenched. Thus, it can be seen that the superconducting magnet of Example 1 has a longer magnetic field decay time than the superconducting magnets of Comparative Examples 1 and 2.

また、図4に示すように、誘導板64がなく冷却板67が存在する比較例2の超電導マグネットでは、超電導コイル66のみを有する比較例1の超電導マグネットよりも、磁場の最大変化が大きくなっている。また、比較例2の超電導マグネットでは、磁場の最大変化が1.2T/secになっており、上記の被検体10が人体である場合に悪影響が出る値以上になっている。これに対して、実施例1の超電導マグネットでは、磁場の最大変化が、0.3T/secであり、比較例1の超電導マグネットよりも半分以下に抑制されていることが分かる。このように、実施例1の超電導マグネットでは、比較例1及び2の超電導マグネットに比べて磁場の変化が緩やかになっていることが分かる。   Further, as shown in FIG. 4, in the superconducting magnet of the comparative example 2 in which the induction plate 64 is not provided and the cooling plate 67 is present, the maximum change of the magnetic field is larger than that of the superconducting magnet of the comparative example 1 having only the superconducting coil 66. ing. In the superconducting magnet of Comparative Example 2, the maximum change in the magnetic field is 1.2 T / sec, which is greater than or equal to a value that adversely affects when the subject 10 is a human body. On the other hand, in the superconducting magnet of Example 1, the maximum change in the magnetic field is 0.3 T / sec, which is found to be suppressed to less than half that of the superconducting magnet of Comparative Example 1. Thus, it can be seen that in the superconducting magnet of Example 1, the change in the magnetic field is more gradual than in the superconducting magnets of Comparative Examples 1 and 2.

また、MRI用超電導マグネット装置に用いられる大型の超電導マグネット1になると、解析に用いた簡易モデルに比べて蓄積エネルギが10倍以上になるため、磁場の変化の特性は上記の解析と異なると考えられるが、MRI用超電導マグネット装置に用いられる超電導マグネット1による磁場の変化の抑制効果は、上記の解析よりもさらに顕著になると考えられる。   In addition, when the large-sized superconducting magnet 1 used in the MRI superconducting magnet apparatus is used, the stored energy is more than 10 times that of the simple model used for the analysis, so the magnetic field change characteristics are different from the above analysis. However, it is considered that the effect of suppressing the change of the magnetic field by the superconducting magnet 1 used in the MRI superconducting magnet device becomes more remarkable than the above analysis.

実施の形態2.
実施の形態2では、誘導板64が合金で構成されている。誘導板64を構成する合金としては、例えば白銅、黄銅、ステンレス又はジュラルミン等が挙げられる。誘導板64を構成する合金の電気抵抗率の温度依存性は、純金属(例えば純銅又は純アルミニウム等)の電気抵抗率の温度依存性よりも低くなっている。即ち、実施の形態2では、純金属よりも電気抵抗率の温度依存性の低い合金が、誘導板64を構成する材料として用いられている。これにより、誘導板64の温度が変化しても、誘導板64の電気抵抗率の変化は小さくなり、超電導マグネット1の磁場の減衰時定数の急激な変化が抑制される。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, the guide plate 64 is made of an alloy. Examples of the alloy constituting the guide plate 64 include white copper, brass, stainless steel, and duralumin. The temperature dependence of the electrical resistivity of the alloy constituting the induction plate 64 is lower than the temperature dependence of the electrical resistivity of a pure metal (for example, pure copper or pure aluminum). That is, in the second embodiment, an alloy having a temperature dependency of electrical resistivity lower than that of pure metal is used as a material constituting the induction plate 64. Thereby, even if the temperature of the induction | guidance | derivation board 64 changes, the change of the electrical resistivity of the induction | guidance | derivation board 64 becomes small, and the rapid change of the attenuation | damping time constant of the magnetic field of the superconducting magnet 1 is suppressed.

例えば、誘導板64を構成する材料が90Cu−10Niの白銅である場合、白銅の温度が20Kから室温まで変化しても、白銅の電気抵抗率は、1.5×10−7Ωmから1.7×10−7Ωmに変化するだけで、10%強しか変化しない。これに対して、誘導板64を構成する材料が純銅である場合、純銅の温度が20Kから室温まで変化すると、純銅の電気抵抗率は、1.8×10−10Ωmから1.8×10−8Ωmに変化し、100倍も増加してしまう。このように、白銅の電気抵抗率の温度依存性は、純銅の電気抵抗率の温度依存性よりも低くなっている。黄銅、ステンレス及びジュラルミンの電気抵抗率の温度依存性も、白銅と同様に、純銅の電気抵抗率の温度依存性よりも低くなっている。他の構成は実施の形態1と同様である。 For example, when the material constituting the induction plate 64 is 90Cu-10Ni white copper, even if the temperature of the white copper changes from 20 K to room temperature, the electrical resistivity of the white copper is 1.5 × 10 −7 Ωm to 1. It only changes to 7 × 10 −7 Ωm and changes only 10%. On the other hand, when the material constituting the induction plate 64 is pure copper, when the temperature of the pure copper changes from 20K to room temperature, the electrical resistivity of the pure copper changes from 1.8 × 10 −10 Ωm to 1.8 × 10. It changes to -8 Ωm and increases 100 times. Thus, the temperature dependence of the electrical resistivity of white copper is lower than the temperature dependence of the electrical resistivity of pure copper. The temperature dependence of the electrical resistivity of brass, stainless steel and duralumin is also lower than the temperature dependence of the electrical resistivity of pure copper, as is the case with white copper. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

このようなMRI用超電導マグネット装置及び超電導マグネット1では、誘導板64が白銅、黄銅、ステンレス又はジュラルミンで構成されているので、超電導コイル66の一部がクエンチして誘導板64の温度が変化しても、誘導板64の電気抵抗率の変化を、誘導板64が純金属で構成されている場合よりも小さくすることができる。これにより、超電導マグネット1の磁場の急激な変化をさらに抑制することができる。   In such a superconducting magnet device for MRI and the superconducting magnet 1, the induction plate 64 is made of white copper, brass, stainless steel or duralumin, so that a part of the superconducting coil 66 is quenched and the temperature of the induction plate 64 changes. However, the change in the electrical resistivity of the guide plate 64 can be made smaller than when the guide plate 64 is made of pure metal. Thereby, the rapid change of the magnetic field of the superconducting magnet 1 can be further suppressed.

実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3による超電導マグネットの単位積層部61を示す分解斜視図である。各単位積層部61では、環状の平板である冷却板67に、冷却板67の内周部から冷却板67の外周部に達する切断部であるスリット67bが設けられている。スリット67bは、冷却板67の内周部及び外周部のそれぞれで開放されている。この例では、スリット67bが冷却板67の径方向に沿って設けられている。冷却板67のスリット67bを介して対向する2つの対向部は、互いに離れている。これにより、冷却板67は、冷却板67の周方向についてスリット67bの位置で電気的に絶縁されている。また、スリット67bは、冷却板67の中で、冷凍機3(図1)に接続されている接続部67aから最も遠い位置に設けられている。他の構成は実施の形態1と同様である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a unit laminated portion 61 of a superconducting magnet according to Embodiment 3 of the present invention. In each unit laminated portion 61, a cooling plate 67 that is an annular flat plate is provided with a slit 67 b that is a cutting portion that reaches the outer peripheral portion of the cooling plate 67 from the inner peripheral portion of the cooling plate 67. The slit 67 b is opened at each of the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the cooling plate 67. In this example, the slit 67 b is provided along the radial direction of the cooling plate 67. The two facing portions facing each other through the slit 67b of the cooling plate 67 are separated from each other. Thereby, the cooling plate 67 is electrically insulated at the position of the slit 67 b in the circumferential direction of the cooling plate 67. Moreover, the slit 67b is provided in the cooling plate 67 in the position farthest from the connection part 67a connected to the refrigerator 3 (FIG. 1). Other configurations are the same as those in the first embodiment.

このようなMRI用超電導マグネット装置及び超電導マグネット1では、冷却板67の内周部から外周部に達するスリット67bが冷却板67に設けられているので、冷却板67が受ける磁場が変化しても、冷却板67での誘導電流の発生をスリット67bによって防止することができ、冷却板67に大きなジュール熱が発生することを防止することができる。これにより、熱伝導率の高い金属材料、例えば純銅又は純アルミニウム等を冷却板67に用いることができ、超電導コイル66に対する冷却性能を高めることができる。また、通常の給電制御によって超電導コイル66の励磁及び消磁を行う場合でも、超電導コイル66の温度上昇を防止することができ、超電導コイル66の励磁及び消磁を安定して行うことができる。   In such a superconducting magnet device for MRI and the superconducting magnet 1, the cooling plate 67 is provided with slits 67b reaching from the inner periphery to the outer periphery of the cooling plate 67, so that even if the magnetic field received by the cooling plate 67 changes. The generation of the induced current in the cooling plate 67 can be prevented by the slit 67b, and the generation of large Joule heat in the cooling plate 67 can be prevented. As a result, a metal material having a high thermal conductivity, such as pure copper or pure aluminum, can be used for the cooling plate 67, and the cooling performance for the superconducting coil 66 can be enhanced. Further, even when excitation and demagnetization of the superconducting coil 66 are performed by normal power supply control, a temperature rise of the superconducting coil 66 can be prevented, and excitation and demagnetization of the superconducting coil 66 can be performed stably.

また、冷却板67の中で、冷凍機3に接続されている接続部67aから最も遠い位置にスリット67bが設けられているので、スリット67bを冷却板67に設けても、冷却板67による超電導コイル66の冷却性能を低下しにくくすることができる。   Further, since the slit 67b is provided in the cooling plate 67 at the position farthest from the connecting portion 67a connected to the refrigerator 3, even if the slit 67b is provided in the cooling plate 67, superconductivity by the cooling plate 67 is achieved. The cooling performance of the coil 66 can be made difficult to deteriorate.

なお、上記の例では、冷却板67の周方向について1箇所にのみスリット67bが設けられているが、冷却板67の周方向について複数箇所にスリット67bを設けてもよい。   In the above example, the slit 67 b is provided only at one location in the circumferential direction of the cooling plate 67, but the slit 67 b may be provided at multiple locations in the circumferential direction of the cooling plate 67.

また、上記の例では、冷却板67にスリット67bを設けた構成が実施の形態1の超電導マグネット1に適用されているが、冷却板67にスリット67bを設けた構成を実施の形態2の超電導マグネット1に適用してもよい。   In the above example, the configuration in which the slit 67b is provided in the cooling plate 67 is applied to the superconducting magnet 1 of the first embodiment. However, the configuration in which the slit 67b is provided in the cooling plate 67 is the superconductivity in the second embodiment. You may apply to the magnet 1. FIG.

実施の形態4.
図6は、この発明の実施の形態4による超電導マグネットの単位積層部61を示す拡大断面図である。実施の形態1〜3では、単位積層部61の誘導板64が、断熱スペーサ65を介して冷却コイル体63の超電導コイル66に重なっているが、本実施の形態では、単位積層部61の誘導板64が、断熱スペーサ65を介して冷却コイル体63の冷却板67に重なっている。冷却板67は、超電導コイル66の側面に重なっている。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a unit laminate portion 61 of a superconducting magnet according to Embodiment 4 of the present invention. In the first to third embodiments, the guide plate 64 of the unit laminate portion 61 overlaps the superconducting coil 66 of the cooling coil body 63 via the heat insulating spacer 65. However, in this embodiment, the guide of the unit laminate portion 61 is guided. The plate 64 overlaps the cooling plate 67 of the cooling coil body 63 via the heat insulating spacer 65. The cooling plate 67 overlaps the side surface of the superconducting coil 66.

また、超電導コイル66は、予め決まったターン数で巻かれているテープ状のコイル線材7を有している。また、超電導コイル66は、コイル線材7が超電導コイル66の径方向について重なって形成されているパンケーキコイルになっている。コイル線材7の断面の縦横のアスペクト比は、5以上になっている。   The superconducting coil 66 has a tape-like coil wire 7 wound with a predetermined number of turns. The superconducting coil 66 is a pancake coil in which the coil wire 7 is formed so as to overlap in the radial direction of the superconducting coil 66. The aspect ratio of the length and width of the cross section of the coil wire 7 is 5 or more.

コイル線材7は、高温超電導線材である。また、コイル線材7は、テープ状の金属基板71と、金属基板71に生成されて重なっている高温超電導膜72と、高温超電導膜72に重なっている金属製(例えば銅製等)の保護材73と、金属基板71、高温超電導膜72及び保護材73をまとめて被覆している電気絶縁材74とを有している。即ち、コイル線材7では、金属基板71、高温超電導膜72及び保護材73の順に積層された積層体が電気絶縁材74で被覆されている。   The coil wire 7 is a high-temperature superconducting wire. The coil wire 7 includes a tape-shaped metal substrate 71, a high-temperature superconducting film 72 that is generated and overlapped with the metal substrate 71, and a protective material 73 made of metal (such as copper) that is superimposed on the high-temperature superconducting film 72. And an electrical insulating material 74 that collectively covers the metal substrate 71, the high-temperature superconducting film 72, and the protective material 73. That is, in the coil wire 7, a laminated body in which the metal substrate 71, the high-temperature superconducting film 72 and the protective material 73 are laminated in this order is covered with the electrical insulating material 74.

高温超電導膜72は、通常知られている高温超電導材料で構成されている。高温超電導膜72を構成する高温超電導材料としては、例えば、希土類(RE)系超電導材料(例えばREBCO等)又はイットリウム(Y)系超電導材料(例えばYBCO等)等が用いられている。また、保護材73は、例えばはんだ等によって高温超電導膜72に固定されている。   The high temperature superconducting film 72 is made of a generally known high temperature superconducting material. As the high-temperature superconducting material constituting the high-temperature superconducting film 72, for example, a rare earth (RE) -based superconducting material (for example, REBCO or the like) or an yttrium (Y) -based superconducting material (for example, YBCO or the like) is used. Further, the protective material 73 is fixed to the high temperature superconducting film 72 by, for example, solder.

冷却板67は、テープ状のコイル線材7の幅方向端部に熱伝導ペーストである接着剤8を介して重なっている。これにより、超電導コイル66と冷却板67との間の熱の移動は、接着剤8を介して行われる。接着剤8としては、例えばエポキシ系接着剤等が用いられている。   The cooling plate 67 overlaps the end of the tape-shaped coil wire 7 in the width direction with an adhesive 8 that is a heat conductive paste. Thereby, the movement of heat between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67 is performed via the adhesive 8. As the adhesive 8, for example, an epoxy adhesive is used.

積層コイル6は、真空断熱容器2内の高真空度の環境に置かれているため、超電導コイル66と冷却板67との間に高真空度の空間が介在している。従って、接着剤8が超電導コイル66と冷却板67との間に介在していない場合には、超電導コイル66と冷却板67との間に高真空度の空間が介在し、超電導コイル66と冷却板67との間での熱伝導率が極めて小さくなる。本実施の形態では、熱伝導ペーストである接着剤8が超電導コイル66と冷却板67との間に介在しているので、超電導コイル66と冷却板67との間に接着剤8が介在していない場合よりも、超電導コイル66と冷却板67との間での熱伝導率が高くなっている。また、本実施の形態では、超電導コイル66に対する冷却効率の向上を図るために、冷却板67が超電導コイル66にできるだけ近づけて配置されている。他の構成は実施の形態1と同様である。   Since the laminated coil 6 is placed in a high vacuum environment in the vacuum heat insulating container 2, a high vacuum space is interposed between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67. Therefore, when the adhesive 8 is not interposed between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67, a high vacuum space is interposed between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67, and the superconducting coil 66 and the cooling plate 67 are cooled. The thermal conductivity with the plate 67 becomes extremely small. In the present embodiment, since the adhesive 8 that is a heat conductive paste is interposed between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67, the adhesive 8 is interposed between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67. The thermal conductivity between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67 is higher than in the case where there is not. In the present embodiment, the cooling plate 67 is arranged as close as possible to the superconducting coil 66 in order to improve the cooling efficiency for the superconducting coil 66. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

このように、誘導板64が断熱スペーサ65を介して冷却コイル体63の冷却板67に重なっていても、超電導コイル66の磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板64に発生させることができ、超電導マグネット1の磁場の変化を緩やかにすることができる。   In this way, even if the induction plate 64 overlaps the cooling plate 67 of the cooling coil body 63 via the heat insulating spacer 65, an induction current is generated in the induction plate 64 in a direction that suppresses the change in the magnetic field of the superconducting coil 66. And the change in the magnetic field of the superconducting magnet 1 can be moderated.

また、このようなMRI用超電導マグネット装置及び超電導マグネット1では、超電導コイル66を構成するコイル線材7が高温超電導線材になっているので、液体ヘリウムの温度等の極低温にまで冷却しなくても超電導コイル66を超電導状態にすることができ、超電導コイル66の冷却設備の簡素化を図ることができる。   Further, in such a superconducting magnet device for MRI and the superconducting magnet 1, the coil wire 7 constituting the superconducting coil 66 is a high-temperature superconducting wire, so that it does not have to be cooled to an extremely low temperature such as the temperature of liquid helium. The superconducting coil 66 can be brought into a superconducting state, and the cooling equipment for the superconducting coil 66 can be simplified.

一方、超電導コイル66を構成するコイル線材7が高温超電導線材である場合、超電導状態から常電導状態に転移する臨界温度が通常の超電導線材よりも高いので、超電導コイル66のクエンチの連鎖速度が非常に遅くなる。このため、コイル線材7が高温超電導線材である場合には、温度上昇が集中するホットスポットが超電導コイル66に発生し、超電導コイル66の局部焼損に至ることが知られている。超電導コイル66に局部焼損が発生すると、超電導コイル66の抵抗が急激に増加し、超電導コイル66による磁場の減衰が激しくなる。本実施の形態では、超電導コイル66に局部焼損が発生した場合であっても、超電導コイル66の磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板64に発生させることができ、超電導マグネット1の磁場の変化を緩やかにすることができる。   On the other hand, when the coil wire 7 constituting the superconducting coil 66 is a high-temperature superconducting wire, the critical temperature for transition from the superconducting state to the normal conducting state is higher than that of the normal superconducting wire. To be late. For this reason, it is known that when the coil wire 7 is a high-temperature superconducting wire, a hot spot in which the temperature rise is concentrated is generated in the superconducting coil 66 and the superconducting coil 66 is locally burned. When local burning occurs in the superconducting coil 66, the resistance of the superconducting coil 66 increases abruptly, and the attenuation of the magnetic field by the superconducting coil 66 becomes severe. In the present embodiment, even when local burning occurs in the superconducting coil 66, an induced current can be generated in the induction plate 64 in a direction to suppress the change in the magnetic field of the superconducting coil 66, and the superconducting magnet 1 The change in the magnetic field can be moderated.

なお、本実施の形態では、冷却板67がコイル線材7に接着剤8を介して重なっているので、超電導コイル66と冷却板67との間の熱時定数が、接着剤8がない場合に比べて短くなっており、超電導コイル66の感度が冷却板67の発熱に敏感になっている。従って、本実施の形態では、実施の形態3と同様に、冷却板67にスリット67bを設けることにより、冷却板67のジュール発熱による超電導コイル66のクエンチの誘発を防止することができ、超電導マグネット1の磁場の急激な変化をさらに抑制することができる。   In the present embodiment, since the cooling plate 67 overlaps the coil wire 7 with the adhesive 8, the thermal time constant between the superconducting coil 66 and the cooling plate 67 has no adhesive 8. The sensitivity of the superconducting coil 66 is sensitive to the heat generated by the cooling plate 67. Therefore, in the present embodiment, as in the third embodiment, by providing the cooling plate 67 with the slit 67b, the induction of quenching of the superconducting coil 66 due to the Joule heat generation of the cooling plate 67 can be prevented, and the superconducting magnet. 1 can be further suppressed.

なお、上記の例では、超電導コイル66を構成するコイル線材7を高温超電導線材にした構成が実施の形態1の超電導マグネット1に適用されているが、超電導コイル66を構成するコイル線材7を高温超電導線材にした構成を実施の形態2又は3の超電導マグネット1に適用してもよい。   In the above example, the configuration in which the coil wire 7 constituting the superconducting coil 66 is a high-temperature superconducting wire is applied to the superconducting magnet 1 of Embodiment 1, but the coil wire 7 constituting the superconducting coil 66 is heated to a high temperature. You may apply the structure made into the superconducting wire to the superconducting magnet 1 of Embodiment 2 or 3.

実施の形態5.
実施の形態5では、超電導マグネット1の磁場の減衰時定数が目標の設定減衰時定数(例えば10秒等)以上になるように、誘導板64の抵抗値が、超電導コイル66と誘導板64との相互インダクタンスLに基づいて特定されている。即ち、目標の設定減衰時定数を10秒とすると、誘導板64の抵抗値はL/10になっている。また、通常の給電制御によって超電導コイル66を励磁するときの誘導板64の誘導発熱総量は、冷却コイル体63を冷却する冷凍機3の冷却能力の1/10以下になっている。これにより、超電導コイル66に対する通常励磁時間及び通常消磁時間が1000秒以上である場合、誘導板64のジュール発熱は冷凍機3の冷却能力よりも十分小さくなり、誘導板64の温度上昇範囲は超電導コイル66の磁場の減衰に支障がない範囲に留まる。
Embodiment 5. FIG.
In the fifth embodiment, the resistance value of the induction plate 64 is set so that the attenuation time constant of the magnetic field of the superconducting magnet 1 is equal to or greater than a target set attenuation time constant (for example, 10 seconds). It is specified based on the mutual inductance L. That is, if the target set decay time constant is 10 seconds, the resistance value of the guide plate 64 is L / 10. In addition, the total amount of induction heat generated by the induction plate 64 when the superconducting coil 66 is excited by normal power supply control is 1/10 or less of the cooling capacity of the refrigerator 3 that cools the cooling coil body 63. Thereby, when the normal excitation time and the normal demagnetization time for the superconducting coil 66 are 1000 seconds or more, the Joule heat generation of the induction plate 64 becomes sufficiently smaller than the cooling capacity of the refrigerator 3, and the temperature rise range of the induction plate 64 is superconducting. It remains in a range where there is no problem in the attenuation of the magnetic field of the coil 66.

この例では、黄銅で構成された1ターンの平板を誘導板64として用いており、コイル線材を巻いた1000ターンのコイルを超電導コイル66として用いている。従って、この例では、誘導板64と超電導コイル66との巻線比率が1:1000になっている。これにより、誘導板64の抵抗値が1×10−3Ω、誘導板64の周長が3mである場合には、誘導板64の厚さは5mm程度になる。なお、黄銅よりも抵抗値の低い純銅の膜を黄銅の板にメッキ等で設けて誘導板64を構成することにより、誘導板64の全体の抵抗値を調整しながら、誘導板64の厚さをさらに薄くすることができる。 In this example, a 1-turn flat plate made of brass is used as the induction plate 64, and a 1000-turn coil wound with a coil wire is used as the superconducting coil 66. Therefore, in this example, the winding ratio between the induction plate 64 and the superconducting coil 66 is 1: 1000. Thereby, when the resistance value of the guide plate 64 is 1 × 10 −3 Ω and the circumferential length of the guide plate 64 is 3 m, the thickness of the guide plate 64 is about 5 mm. In addition, the thickness of the induction | guidance | derivation board 64 is adjusted, adjusting the whole resistance value of the induction | guidance | derivation board 64, by providing the induction | guidance | derivation board 64 by providing the copper plate with a resistance value lower than that of brass by plating or the like. Can be made even thinner.

また、例えば、積層コイル6の通常励磁時間が1000秒である場合、超電導マグネット1では、磁場の減衰時定数が10秒であるため、1/100の磁場の発生の遅れが生じる。また、この場合、誘導板64の発熱量は、1つの超電導コイル66につき1mW程度である。従って、積層コイル6に含まれる超電導コイル66の数が1000個である場合、誘導板64の誘導発熱総量が約1Wになり、運転温度20Kにおける冷凍機3の冷却能力約20Wに対して、誘導板64の温度上昇範囲は1K以下になる。誘導板64の1K以下の温度上昇は、超電導コイル66の励磁には支障のない温度上昇範囲である。通常の給電制御によって超電導コイル66を励磁するときの誘導板64の誘導発熱総量が冷凍機3の冷却能力の1/10以下であれば、超電導コイル66の励磁に支障のない範囲内に誘導板64の温度上昇を留めることができる。他の構成は実施の形態1と同様である。   Further, for example, when the normal excitation time of the laminated coil 6 is 1000 seconds, the superconducting magnet 1 has a magnetic field decay time constant of 10 seconds, so that a delay of 1/100 magnetic field generation occurs. In this case, the heat generation amount of the induction plate 64 is about 1 mW per one superconducting coil 66. Therefore, when the number of superconducting coils 66 included in the laminated coil 6 is 1000, the total amount of induction heat generated by the induction plate 64 is about 1 W, and induction relative to the cooling capacity of the refrigerator 3 at an operating temperature of 20 K is about 20 W. The temperature rise range of the plate 64 is 1K or less. The temperature rise of 1 K or less of the induction plate 64 is a temperature rise range that does not hinder the excitation of the superconducting coil 66. If the total amount of induction heat generated by the induction plate 64 when exciting the superconducting coil 66 by normal power supply control is 1/10 or less of the cooling capacity of the refrigerator 3, the induction plate is within a range that does not hinder the excitation of the superconducting coil 66. The temperature rise of 64 can be stopped. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

このようなMRI用超電導マグネット装置及び超電導マグネット1では、超電導マグネット1の磁場の減衰時定数が設定減衰時定数以上になるように、超電導コイル66と誘導板64との相互インダクタンスLに基づいて誘導板64の抵抗値が特定されており、超電導コイル66を励磁するときの誘導板64の誘導発熱総量が冷凍機3の冷却能力の1/10以下になっているので、誘導板64の誘導発熱による超電導コイル66のクエンチの発生をより確実に抑制することができ、超電導マグネット1の磁場の急激な変化をさらに確実に抑制することができる。   In such a superconducting magnet device for MRI and the superconducting magnet 1, induction is performed based on the mutual inductance L between the superconducting coil 66 and the induction plate 64 so that the attenuation time constant of the magnetic field of the superconducting magnet 1 is equal to or greater than the set attenuation time constant. Since the resistance value of the plate 64 is specified and the total amount of induction heat generated by the induction plate 64 when exciting the superconducting coil 66 is 1/10 or less of the cooling capacity of the refrigerator 3, the induction heat generation of the induction plate 64 The occurrence of quenching of the superconducting coil 66 due to can be more reliably suppressed, and a sudden change in the magnetic field of the superconducting magnet 1 can be further reliably suppressed.

なお、上記の例では、誘導板64の抵抗値及び冷凍機3の冷却能力に関する上記の構成が実施の形態1に適用されているが、誘導板64の抵抗値及び冷凍機3の冷却能力に関する上記の構成を実施の形態2〜4に適用してもよい。   In the above example, the above-described configuration related to the resistance value of the induction plate 64 and the cooling capacity of the refrigerator 3 is applied to the first embodiment. However, the resistance value of the induction plate 64 and the cooling capacity of the refrigerator 3 are related. You may apply said structure to Embodiment 2-4.

また、各上記実施の形態では、各単位積層部61における断熱スペーサ65が一体の平板になっているが、超電導コイル66と誘導板64との間に複数の断熱スペーサ65を互いに離して分散して介在させてもよい。この場合、各単位積層部61の超電導コイル66間で電磁力が発生するので、複数の断熱スペーサ65の強度は、各超電導コイル66間に発生する電磁力に耐えうる強度になっている。このように、超電導コイル66と誘導板64との間に複数の断熱スペーサ65を互いに離して分散して介在させれば、超電導コイル66と誘導板64との間に高真空度の空間を一部介在させることができ、超電導コイル66と誘導板64との間の熱時定数をより確実に確保することができる。また、断熱スペーサ65に必要な材料を少なくすることができ、コストの低減化を図ることもできる。   Further, in each of the above embodiments, the heat insulating spacer 65 in each unit laminated portion 61 is an integrated flat plate, but a plurality of heat insulating spacers 65 are separated from each other between the superconducting coil 66 and the induction plate 64 and dispersed. May be interposed. In this case, since an electromagnetic force is generated between the superconducting coils 66 of each unit laminated portion 61, the strength of the plurality of heat insulating spacers 65 is strong enough to withstand the electromagnetic force generated between the superconducting coils 66. In this way, if a plurality of heat insulating spacers 65 are spaced apart from each other between the superconducting coil 66 and the induction plate 64, a high vacuum space is created between the superconducting coil 66 and the induction plate 64. The thermal time constant between the superconducting coil 66 and the induction plate 64 can be ensured more reliably. Further, the material required for the heat insulating spacer 65 can be reduced, and the cost can be reduced.

また、各上記実施の形態では、この発明の超電導マグネット1がMRI用超電導マグネット装置に適用されているが、この発明の超電導マグネット1を例えばNMR(nuclear magnetic resonance)用超電導マグネット装置等に適用してもよい。   In each of the above embodiments, the superconducting magnet 1 of the present invention is applied to a superconducting magnet device for MRI. However, the superconducting magnet 1 of the present invention is applied to, for example, a superconducting magnet device for NMR (nuclear magnetic resonance). May be.

1 超電導マグネット、7 コイル線材(高温超電導線材)、63 冷却コイル体、64 誘導板、65 断熱スペーサ、66 超電導コイル、67 冷却板。   1 superconducting magnet, 7 coil wire (high temperature superconducting wire), 63 cooling coil body, 64 induction plate, 65 heat insulation spacer, 66 superconducting coil, 67 cooling plate.

Claims (6)

扁平状の超電導コイルと、前記超電導コイルに重なっている冷却板とを有する冷却コイル体、
前記冷却コイル体から離れて配置されている導電性の誘導板、及び
前記冷却コイル体と前記誘導板との間に介在している断熱スペーサ
を備えている超電導マグネット。
A cooling coil body having a flat superconducting coil and a cooling plate overlying the superconducting coil;
A superconducting magnet comprising: a conductive induction plate disposed away from the cooling coil body; and a heat insulating spacer interposed between the cooling coil body and the induction plate.
前記誘導板は、白銅、黄銅、ステンレス又はジュラルミンで構成されている請求項1に記載の超電導マグネット。   The superconducting magnet according to claim 1, wherein the induction plate is made of white copper, brass, stainless steel, or duralumin. 前記冷却板は、環状の平板であり、
前記冷却板には、前記冷却板の内周部から前記冷却板の外周部に達する切断部が設けられている請求項1又は請求項2に記載の超電導マグネット。
The cooling plate is an annular flat plate,
The superconducting magnet according to claim 1 or 2, wherein the cooling plate is provided with a cutting portion that reaches from the inner periphery of the cooling plate to the outer periphery of the cooling plate.
前記超電導コイルを構成するコイル線材は、高温超電導線材である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の超電導マグネット。   The superconducting magnet according to any one of claims 1 to 3, wherein the coil wire constituting the superconducting coil is a high-temperature superconducting wire. 前記誘導板の抵抗値は、磁場の減衰時定数が設定減衰時定数以上になるように、前記超電導コイルと前記誘導板との相互インダクタンスに基づいて特定されており、
前記超電導コイルが励磁されているときの前記誘導板の誘導発熱総量は、前記冷却コイル体を冷却する冷却装置の冷却能力の1/10以下である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の超電導マグネット。
The resistance value of the induction plate is specified based on the mutual inductance of the superconducting coil and the induction plate so that the attenuation time constant of the magnetic field is equal to or greater than a set attenuation time constant,
5. The total amount of induction heat generated by the induction plate when the superconducting coil is excited is 1/10 or less of the cooling capacity of a cooling device that cools the cooling coil body. The superconducting magnet described in 1.
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の超電導マグネットを備えているMRI用超電導マグネット装置。   A superconducting magnet device for MRI, comprising the superconducting magnet according to any one of claims 1 to 5.
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