JP2020056791A - 核磁気共鳴用磁場発生装置及び核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 単結晶状のREBa2Cu3Oy相にRE2BaCuO5相が分散した組織(REは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素であり、yは、6.8≦y≦7.1を満たす。)を有し、かつ、リング状である、複数の酸化物超電導バルク体を含む磁石ユニットと、
前記磁石ユニットを内部に収容する収容槽と、
を備え、
前記磁石ユニットは、複数の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれが、同軸に、かつ同軸方向に積層された積層体を含み、
前記収容槽は、前記磁石ユニットの内周面に沿って設けられる筒状の収容槽内壁と、前記磁石ユニットの外表面に沿って設けられる収容槽外壁と、により形成され、
前記積層体の最外層に配置された前記酸化物超電導バルク体のうちの少なくとも一方の第1酸化物超電導バルク体の内径は、前記積層体の最外層以外に配置された第2酸化物超電導バルク体の内径よりも小さく、かつ、前記収容槽内壁における前記第2酸化物超電導バルク体の内周面側に位置する部分の外径よりも小さい、核磁気共鳴用磁場発生装置。
(2) 前記収容槽の内部には、ヘリウムガスが充填されている、(1)に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
(3) 前記収容槽を囲む外槽と、
前記収容槽内壁よりも前記積層体の中心軸側に、前記積層体と同軸に配置される円筒状の試料収容槽と、を更に備え、
前記収容槽と前記外槽と前記試料収容槽とで囲まれる空間には、断熱層が配置される、(1)又は(2)に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
(4) 前記収容槽内壁と前記試料収容槽との間に配置されたリング状のコイルを更に備える、(3)に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
(5) 前記磁石ユニットの下面と接するコールドヘッドを有する、(1)〜(4)のいずれか1項に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
(6) 前記収容槽において、前記磁石ユニットの周囲に、前記磁石ユニットを保冷する保冷層が更に配置される、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
(7) 前記保冷層はヘリウムガスである、(6)に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
(8) 単結晶状のREBa2Cu3Oy相にRE2BaCuO5相が分散した組織(REは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素であり、yは、6.8≦y≦7.1を満たす。)を有し、かつ、リング状である、複数の酸化物超電導バルク体を含む磁石ユニットと、
前記磁石ユニットに含まれる、複数の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれが、同軸に、かつ同軸方向に積層された積層体の中空部に配置された円筒状の試料収容槽と、
前記試料収容槽における前記磁石ユニット側の面に配置されたリング状のコイルと、
を備え、
前記積層体の最外層に配置された前記酸化物超電導バルク体のうちの少なくとも一方の第1酸化物超電導バルク体の内径は、前記積層体の最外層以外に配置された第2酸化物超電導バルク体の内径よりも小さく、かつ、前記コイルの外径よりも小さい、核磁気共鳴用磁場発生装置。
(9) (1)〜(7)のいずれか1項に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法であって、
前記第1酸化物超電導バルク体以外の複数の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれを、同軸に、かつ同軸方向に積層した磁石中間物をコールドヘッドに載置するステップと、
前記磁石中間物の内周面に沿った前記収容槽内壁を設けるステップと、
前記磁石中間物の上端に、前記第1酸化物超電導バルク体を、前記磁石中間物と同軸に、かつ同軸方向に配置して前記磁石ユニットを得るステップと、
前記磁石ユニットの外表面を囲む収容槽外壁を設けるステップと、
を含む、核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法。
(10) (8)に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法であって、
前記第1酸化物超電導バルク体以外の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれを、同軸に、かつ同軸方向に積層した磁石中間物をコールドヘッドに載置するステップと、
前記第1酸化物超電導バルク体の内径が、前記コイルの外径よりも小さくなるように、前記試料収容槽を配置するステップと、
前記磁石中間物の中空部に、前記磁石中間物側の面に前記コイルを備える円筒状の収容槽内壁を設けるステップと、
を含む、核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法。
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明者らが本発明をするに至った経緯について説明する。
続いて、図1及び図2を参照して、本発明の一実施形態に係るNMR用磁場発生装置が適用され得るNMR装置10の構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る核磁気共鳴用磁場発生装置が適用され得る核磁気共鳴装置の概略構成の一例を示す部分断面図である。図2は、本実施形態に係る核磁気共鳴装置を中心軸を含む平面で切断した部分断面図である。
211相+液相(BaとCuの複合酸化物)→123相
211相+液相(BaとCuの複合酸化物)→123相+211相
補正コイル1410は、中心軸方向、又はこれと垂直なX−Y平面内の磁場を補正する。磁場の中心軸方向(Z軸方向)成分を補正する補正コイル1410は、試料収容槽1250の磁石ユニット1100側の円筒面に巻かれることが多く、例えば、リング状の形状を有することが多い。一方、磁場のZ軸方向と垂直な平面内において互いに直交するX軸方向成分又はY軸方向成分を補正する補正コイル1410は、試料収容槽1250の磁石ユニット1100側の円筒面上に閉ループをなすことが多い。よって、補正コイル1410は、複数のリング状の通電可能なコイルから構成されてもよい。この場合、磁場のZ軸方向成分を補正するコイルは必須であるため、磁場のZ軸方向成分を補正するコイルと磁場のX軸方向成分又はY軸方向成分を補正するコイルの双方を使用する場合であっても、巻き枠も含めて全体としてリング状になる。従って、複数のコイルで構成された補正コイル1410もリング状となる。
また、補正コイル1410が収容槽内壁1221と、試料収容槽1250との間の断熱層1230に配置されることで、磁石ユニット1100の中心軸側に位置する広い中空空間が有効に活用される。
続いて、図3を参照して、本実施形態に係るNMR用磁場発生装置の製造方法を説明する。図3は、本実施形態に係る核磁気共鳴装置の製造方法を説明するための説明図である。
(磁場発生装置100Aの構成)
続いて、図4を参照して、第2の実施形態に係るNMR用磁場発生装置の構成について説明する。図4は、本実施形態に係る核磁気共鳴装置を中心軸を含む平面で切断した部分断面図である。
続いて、図5を参照して、本実施形態に係る磁場発生装置100Aの製造方法を説明する。図5は、本実施形態に係る核磁気共鳴装置の製造方法を説明するための説明図である。
上述した第1の実施形態及び第2の実施形態では、支持部材1120が、積層体1110の外周面側に設けられる場合を説明したが、本発明に係る支持部材は、図示の態様に限定されない。図6を参照して、支持部材の別の態様を説明する。図6は、支持部材の変形例を説明するための、磁場発生装置の部分断面図である。支持部材は、例えば、磁石ユニット1100の外表面側の端面を覆うように延長されることができる。例えば、図6では、支持部材1120Aが、酸化物超電導バルク体1112の端面及び酸化物超電導バルク体1112の周囲に設けられる支持部材1120の端面を覆うように設けられている。また、支持部材は、積層体1110の最外層に位置する酸化物超電導バルク体の内周面側に設けられることができる。例えば、図6では、支持部材1120Bが、酸化物超電導バルク体1112の内周面側及び支持部材1120Aの内周面側に設けられている。このとき、支持部材1120Bの内径IQ3は、酸化物超電導バルク体1113の内径IQ2よりも小さく、かつ、収容槽内壁1221における酸化物超電導バルク体1113の内周面側に位置する部分の外径Owよりも小さい。積層体1110の最外層に位置する酸化物超電導バルク体1112は、他の酸化物超電導バルク体1113に比べ、着磁過程において大きな電磁気力が作用するため、破損しやすい。そのため、支持部材1120Aが、磁石ユニット1100の外表面側の端面を覆うように延長され、又は、積層体1110の最外層に位置する酸化物超電導バルク体1112の内周面側に設けられることで、積層体1110の最外層に位置する酸化物超電導バルク体1112の内周面の割れを防止することが可能となる。なお、ここでいう端面は、筒状の酸化物超電導バルク体1112における中心軸方向の端部に位置する面である。
REとしてEuを用い、外径が64mmであり、内径が28mmであり、高さが20mmであるリング状の酸化物超電導バルク体を作製した。支持部材として、外径80mmであり、内径が64mmであり、高さが20mmであるアルミニウム合金リングを用いた。つまり、使用したアルミニウム合金リングの肉厚は8mmであった。このアルミニウム合金リングの内周面に真空グリースを塗布して、作製した酸化物超電導バルク体をアルミニウム合金リングに嵌め、第1嵌合体を作製した。この第1嵌合体を2つ製造した。
この時、補正コイルの外径は32mmであり、また、試料収容槽の内径は20mmであり、径方向に厚さ4.5mmの補正コイルを形成することができた。また、補正コイルの周囲及び試料収容槽の周囲は、スーパーインシュレーションを巻きつけた状態にあった。一方、挿入した収容槽内壁の第2嵌合体の内周に沿った部分の外径は、36mmであり、当該部分以外の収容槽内壁の外径は、26mmとした。次に、第1嵌合体を、磁石中間物の上面に、磁石中間物と同軸に1つ積層し、磁石ユニットを得た。その後、磁石ユニットを囲むように収容槽外壁を配置し、収容槽内壁と収容槽外壁とを、磁石ユニットの上方で、インジュームシール及び半田により接続した。この後、試料収容槽にコールドヘッドの孔を介してマグネットの外部から細いパイプを通してヘリウムガスを充填した。そして、収容槽を囲むように外槽を配置し、外槽の下端を冷却装置に接続した。次いで、外槽と試料収容槽の間の断熱層にスーパーインシュレーションを挿入し、外槽と試料収容槽を磁石ユニットの上で半田により接続した。その後、断熱層が高真空になるよう真空引きを行った。これにより、試料収容槽の内部のボア空間の直径を20mmとすることができた。続いて、外槽の外周に、着磁用磁場発生コイルを配置し、磁場発生装置を製造した。この磁場発生装置を使用して、磁石ユニットを着磁し、補正コイルで磁石ユニットの捕捉磁場を調整した。その結果、磁場強度のばらつきがppmオーダーという、優れた均一度を有する磁場を発生させることができた。このように、広いボア空間を有し、NMRに適用可能な磁場発生装置を製造することができた。
REとしてGdを用い、外径が70mmであり、内径が36mmであり、高さが5mmであるリング状の酸化物超電導バルク体を作製した。さらに、このリング状の酸化物超電導バルク体の表面にAg製膜処理を行った後、酸素アニール処理を行った。酸化物超電導バルク体の外周面側に配置される第1支持部材として、外径74mmであり、内径が70mmであり、高さが5mmであるSUS316L製ステンレスリングを用いた。第1支持部材に使用したステンレスリングの肉厚は2mmであった。また、酸化物超電導バルク体の内周面側に配置される第2支持部材として、外径36mmであり、内径が34mmであり、高さが5mmであるSUS316L製ステンレスリングを用いた。第2支持部材に使用したステンレスリングの肉厚は1mmであった。第1支持部材の内周面及び第2支持部材の外周面に予め半田を塗布した後、第1支持部材及び第2支持部材を、それぞれ上記酸化物超電導バルク体の外側及び内側に嵌めて半田付けし、第1嵌合体を作製した。この第1嵌合体を4つ製造した。
REとしてEuを用い、外径が62mmであり、内径が24mmであり、高さが20mmであるリング状の酸化物超電導バルク体を作製した。支持部材として、外径80mmであり、内径が62mmであり、高さが20mmであるアルミニウム合金リングを用いた。つまり、使用したアルミニウム合金リングの肉厚は9mmであった。このアルミニウム合金リングの内周面に真空グリースを塗布して、作製した酸化物超電導バルク体をアルミニウム合金リングに嵌め、第1嵌合体を作製した。この第1嵌合体を2つ製造した。
続いて、外槽の外周に、着磁用磁場発生コイルを配置し、磁場発生装置を製造した。この磁場発生装置を使用して、磁石ユニットを着磁し、補正コイルで磁石ユニットの捕捉磁場を調整することで、磁場強度のばらつきがppmオーダーという、優れた均一度を有する磁場を発生させることができた。このように、広いボア空間を有し、NMRに適用可能な磁場発生装置を製造することができた。
100、100a 磁場発生装置
200 制御装置
300 高周波発生装置
400 検出コイル
1100 磁石ユニット
1111、1112、1113 酸化物超電導バルク体
1120 支持部材
1200 断熱容器
1210 保冷層
1220 収容槽
1221 収容槽内壁
1222 収容槽外壁
1230、1230A 断熱層
1240、1240A 外槽
1250、1250A 試料収容槽
1260 ボア空間
1300 冷却装置
1310 コールドヘッド
1400 着磁用磁場発生コイル
1410、1410A 補正コイル
Claims (10)
- 単結晶状のREBa2Cu3Oy相にRE2BaCuO5相が分散した組織(REは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素であり、yは、6.8≦y≦7.1を満たす。)を有し、かつ、リング状である、複数の酸化物超電導バルク体を含む磁石ユニットと、
前記磁石ユニットを内部に収容する収容槽と、
を備え、前記磁石ユニットは、複数の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれが、同軸に、かつ同軸方向に積層された積層体を含み、
前記収容槽は、前記磁石ユニットの内周面に沿って設けられる筒状の収容槽内壁と、前記磁石ユニットの外表面に沿って設けられる収容槽外壁と、により形成され、
前記積層体の最外層に配置された前記酸化物超電導バルク体のうちの少なくとも一方の第1酸化物超電導バルク体の内径は、前記積層体の最外層以外に配置された第2酸化物超電導バルク体の内径よりも小さく、かつ、前記収容槽内壁における前記第2酸化物超電導バルク体の内周面側に位置する部分の外径よりも小さい、核磁気共鳴用磁場発生装置。 - 前記収容槽の内部には、ヘリウムガスが充填されている、請求項1に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
- 前記収容槽を囲む外槽と、
前記収容槽内壁よりも前記積層体の中心軸側に、前記積層体と同軸に配置される円筒状の試料収容槽と、を更に備え、
前記収容槽と前記外槽と前記試料収容槽とで囲まれる空間には、断熱層が配置される、請求項1又は2に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。 - 前記収容槽内壁と前記試料収容槽との間に配置されたリング状のコイルを更に備える、請求項3に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
- 前記磁石ユニットの下面と接するコールドヘッドを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
- 前記収容槽において、前記磁石ユニットの周囲に、前記磁石ユニットを保冷する保冷層が更に配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
- 前記保冷層はヘリウムガスである、請求項6に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置。
- 単結晶状のREBa2Cu3Oy相にRE2BaCuO5相が分散した組織(REは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素であり、yは、6.8≦y≦7.1を満たす。)を有し、かつ、リング状である、複数の酸化物超電導バルク体を含む磁石ユニットと、
前記磁石ユニットに含まれる、複数の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれが、同軸に、かつ同軸方向に積層された積層体の中空部に配置された円筒状の試料収容槽と、
前記試料収容槽における前記磁石ユニット側の面に配置されたリング状のコイルと、
を備え、
前記積層体の最外層に配置された前記酸化物超電導バルク体のうちの少なくとも一方の第1酸化物超電導バルク体の内径は、前記積層体の最外層以外に配置された第2酸化物超電導バルク体の内径よりも小さく、かつ、前記コイルの外径よりも小さい、核磁気共鳴用磁場発生装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法であって、
前記第1酸化物超電導バルク体以外の複数の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれを、同軸に、かつ同軸方向に積層した磁石中間物をコールドヘッドに載置するステップと、
前記磁石中間物の内周面に沿った前記収容槽内壁を設けるステップと、
前記磁石中間物の上端に、前記第1酸化物超電導バルク体を、前記磁石中間物と同軸に、かつ同軸方向に配置して前記磁石ユニットを得るステップと、
前記磁石ユニットの外表面を囲む収容槽外壁を設けるステップと、
を含む、核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法。 - 請求項8に記載の核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法であって、
前記第1酸化物超電導バルク体以外の前記酸化物超電導バルク体のそれぞれを、同軸に、かつ同軸方向に積層した磁石中間物をコールドヘッドに載置するステップと、
前記第1酸化物超電導バルク体の内径が、前記コイルの外径よりも小さくなるように、前記試料収容槽を配置するステップと、
前記磁石中間物の中空部に、前記磁石中間物側の面に前記コイルを備える円筒状の収容槽内壁を設けるステップと、
を含む、核磁気共鳴用磁場発生装置の製造方法。
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