JP2020129685A - バルクマグネット構造体、これを用いたｎｍｒ用マグネットシステム、およびバルクマグネット構造体の着磁方法 - Google Patents

バルクマグネット構造体、これを用いたｎｍｒ用マグネットシステム、およびバルクマグネット構造体の着磁方法 Download PDF

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Abstract

【課題】不均一な印加磁場によりバルクマグネット構造体に対して均一性の高い磁場を着磁する。【解決手段】少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体を有し、かつ、リング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体を積層して構成され、当該バルクマグネット構造体の外周面を覆う少なくとも１つの外周補強リングが嵌合されたバルクマグネット構造体を、温度制御装置により超電導状態を維持した状態で、バルクマグネット構造体への印加磁場の強度を減じる基本着磁工程を含み、基本着磁工程の後、バルクマグネット構造体の軸方向における少なくとも一部の領域の磁場分布が着磁前の印加磁場分布よりも均一となる磁場均一化領域となるように温度制御装置または磁場発生装置のうち少なくともいずれか一方を制御して、バルクマグネット構造体を着磁する。【選択図】図３B

Description

本発明は、バルクマグネット構造体およびその着磁方法に関し、より詳細には、不均一な静磁場を用いて着磁し、より均一な磁場を得るバルクマグネット構造体、これを用いたＮＭＲ用マグネットシステム、およびバルクマグネット構造体の着磁方法に関する。
単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥは、希土類元素）相中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５相が分散した酸化物超電導バルク体（所謂ＱＭＧ（登録商標）バルク体）は、高い臨界電流密度（以下、「Ｊｃ」と示すこともある。）を有するために、磁場中の冷却やパルス着磁により励磁され、強力な磁場を発生できる超電導バルクマグネットとして使用可能である。
強磁場を必要とする応用分野として、例えばＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）がある。いずれに使用される超電導バルクマグネットにも数Ｔの強磁場とｐｐｍオーダーの高い均一性とが必要とされる。
酸化物超電導バルク体を用いたＮＭＲ応用に関しては、例えば特許文献１〜６および非特許文献１、２に記載された小型（例えば卓上）ＮＭＲへの応用が挙げられる。これらの小型ＮＭＲ応用の基本的な技術思想は、次のようなものである。着磁用マグネットとして使用される従来のＮＭＲ用超電導マグネットは、超電導線材を使用し、比較的大型であり、ｐｐｍオーダーの高均一性を有し、かつ、高強度の磁場を発生することができる。従来のＮＭＲ用超電導マグネットの室温ボアの内部には複数個のリング状酸化物超電導バルク体が積層されてなるバルクマグネット構造体が配置される。このバルクマグネット構造体を高均一磁場中で超電導状態に冷却し、印加磁場を取り除くことにより、従来のＮＭＲ用超電導マグネットにより発生した均一磁場がバルクマグネット構造体に複写（コピー）される。
このような小型ＮＭＲへの応用では、通常、ワイドボア（室温ボア径８９ｍｍ）のＮＭＲ用超電導マグネットが用いられる。これに合わせて、外径６０ｍｍ程度、内径３０ｍｍ程度のリング状酸化物超電導バルク体が組み合わせられて使用される。このときの着磁温度は、４０Ｋ程度とかなり低温で、十分に高い臨界電流密度（Ｊｃ）が得られる条件で着磁が行われている。これは、リング状酸化物超電導バルク体の断面内の超電導電流が断面全体を流れる状態（フル着磁状態）ではなく、部分的にしか超電導電流が流れていない状態（非フル着磁状態）とすることで、余裕をもってＮＭＲ用超電導マグネット内の強磁場をコピーできるようにしている。さらに、着磁後は、リング状酸化物超電導バルク体内にコピーした磁場の時間的な安定性を確保するために、着磁温度からさらに冷却して小型ＮＭＲ用のマグネットとしている。
ここで、特許文献１〜６および非特許文献１、２の着磁方法に着目すると、例えば特許文献１には、リング状酸化物超電導バルク体を積層したバルクマグネットを有するＮＭＲシステムにおける、パルス着磁または静磁場着磁による着磁方法が開示されている。特許文献２には、リング状酸化物超電導バルク体を積層したバルクマグネットを有するＮＭＲシステムにおいて、中央部分の磁場強度分布が上に凸または下に凸のいずれかの磁場分布を有するようにして着磁する着磁方法が開示されている。磁場分布が上に凸の場合、その頂点で磁場強度はピークとなり、磁場分布が下に凸の場合、その頂点で磁場強度は極小となる。
また、特許文献３および非特許文献１には、均一な静磁を印加し着磁する着磁方法が記載されている。かかる着磁方法では、円筒形状で磁化率の大きい超電導バルクの両端面に円筒形状で磁化率の小さい超電導バルクを同軸状に配設することにより構成された円筒形状の超電導体を有する超電導磁場発生装置を用いている。例えば特許文献３に開示された超電導磁場発生装置によれば、超電導バルクの磁化率と形状を一定の条件を満たすように設計することにより、超電導体の軸方向における磁場強度が均一な捕捉磁場を、超電導体のボア内に形成することができるとされている。
特許文献４には、円筒形状の超電導バルクからなる超電導体の周囲に配置された補正コイルを有する超電導磁場発生装置が開示されている。かかる超電導磁場発生装置によれば、超電導体に磁場を印加して着磁する際に補正コイルで印加磁場を補正することにより、超電導体の軸方向における磁場強度が均一な捕捉磁場を、超電導体のボア内に形成することができるとされている。
特許文献５には、円筒形状であって軸方向における中央部分の内径が端部分の内径よりも大きくなるように形成された超電導体を有する超電導磁場発生装置が開示されている。かかる超電導磁場発生装置によれば、円筒形状の超電導体の軸方向における中央部分の内径を端部分の内径よりも大きくしたことにより、超電導体の磁化により生じる不均一な磁場を相殺するような磁場が超電導体のボア内に流れる。特許文献５では、こうして不均一な磁場が除去されることにより、超電導体の軸方向における磁場強度が均一な捕捉磁場を超電導体のボア内に形成することができるとされている。特許文献５での着磁は、均一な磁場中に高温超伝導体を挿入し、超伝導転移温度以下に冷却して高温超伝導体に磁場を捕捉させることにより行われる。また、特許文献５は、高温超伝導体だけでは均一な磁場を得ることは難しく、高温超伝導体の円筒内の空間に補正コイルを配置する必要がある、と開示している。
特許文献６および非特許文献２には、リング状酸化物超電導バルク体を積層したバルクマグネットの内側に高い臨界電流密度Ｊｃを有するテープ線材を螺旋状に巻き付けた筒を挿入することで、軸方向に対して垂直な磁場成分を打ち消し均一な磁場を得る着磁方法が開示されている。
一方、小型ＮＭＲへの応用においては、バルクマグネット構造体のコンパクトな空間に非常に強力な磁場を閉じ込めることになる。このため、超電導バルク体内部に大きな電磁応力が作用することになる。この電磁応力は、閉じ込められた磁場が広がるように作用するのでフープ応力とも呼ばれる。５〜１０Ｔ級の強磁場の場合には、電磁応力が超電導バルク体の自身の材料機械強度を超えることもあり、その結果、超電導バルク体が破損するおそれがある。超電導バルク体が破損すると、超電導バルク体は強磁場を発生することができなくなる。
このような電磁力による超電導バルク体の破損を防止するために、例えば特許文献７には、超電導バルクマグネットを、円柱状の超電導バルク体とこれを囲む金属リングにより構成することが開示されている。このような構成にすることにより、冷却時に金属リングによる圧縮応力が超電導バルク体に加わり、その圧縮応力が電磁応力を軽減する効果を有するため、超電導バルク体の割れを抑制することができる。このように、特許文献７には、円柱状の超電導バルク体の破損が防止できることが示されている。
また、超電導バルク体の破損を防止するための超電導バルク体の他の構成例として、例えば特許文献８には、六角形の超電導バルク体を７個組み合わせて、その周囲に繊維強化樹脂等からなる補強部材配置し、さらにその外周にはステンレスやアルミ等の金属からなる支持部材が配置された超電導磁場発生素子が開示されている。特許文献９には、結晶軸のｃ軸方向の厚さが０．３〜１５ｍｍのリング状バルク超電導体を積層した酸化物超電導バルクマグネットが開示されている。特許文献１０には、外周および内周が補強された複数のリング状超電導体を積層した超電導バルク磁石が開示されている。特許文献１１には、半径方向に多重リング構造を有する超電導体を積層した超電導バルク磁石が開示されている。特許文献１２には、一つのバルク体の外周および上下面が補強されたバルク磁石が開示されている。
特開２００２−００６０２１号公報 特開２００７−１２９１５８号公報 特開２００８−０３４６９２号公報 特開２００９−１５６７１９号公報 特開２０１４−０５３４７９号公報 特開２０１６−６８２５号公報 特開平１１−３３５１２０号公報 特開平１１−２８４２３８号公報 特開平１０−３１０４９７号公報 特開２０１４−７５５２２号公報 国際公開第２０１１／０７１０７１号 特開２０１４−１４６７６０号公報
仲村高志等：低温工学 ４６巻３号 ２０１１年 Ｈｉｒｏｙｕｋｉ Ｆｕｊｉｓｈｉｒｏ ｅｔ ａｌ； Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２８（２０１５）０９５０１８
しかし、これらの特許文献１〜１２および非特許文献１、２には、不均一な静磁場を着磁し均一に着磁できるバルクマグネット構造体およびその着磁方法は記載されていない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、不均一な印加磁場を用いてもより均一性の高い磁場を着磁可能なバルクマグネット構造体およびその着磁方法を提供する。この着磁方法に必要な構造および高い磁場強度条件下でも、超電導バルク体の破損を防止できるバルクマグネット構造体、さらに、これによりＮＭＲ用の磁場の均一性がバルクマグネット構造体、およびこれを用いたＮＭＲ用マグネットシステムを提供することを目的とする。
発明者らは鋭意検討の結果、

不均一な静磁場に応じて、バルクマグネット構造体の内径を軸方向に変化させれば、着磁後の磁場を均一にできることを見出した。バルクマグネット構造体は、一般にリング状酸化物超電導バルク体を重ねて構成されるため、異なる内径のリング状酸化物超電導バルク体を組み合わせることで、適切な内径の軸方向の分布を有するバルクマグネット構造体を得ることができる。
バルクマグネット構造体の内径の軸方向の変化は少なくとも一つの前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径を、当該酸化物超電導バルク体に隣接する前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きくすることで実現できる。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のリング状酸化物超電導バルク体と、複数積層されたリング状酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、を備え、少なくとも一つのリング状酸化物超電導バルク体の内周径は、当該酸化物超電導バルク体に隣接するリング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きい、バルクマグネット構造体が提供される。
リング状酸化物超電導バルク体のうち積層方向中央部に位置する中央酸化物超電導バルク体の内周径は、当該中央酸化物超電導バルク体に隣接する前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きくてもよい。
隣接するリング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きいリング状酸化物超電導バルク体の積層方向（Ｚ軸方向）高さが１０ｍｍから３０ｍｍであってもよい。
バルクマグネット構造体には、さらに円柱状酸化物超電導バルク体を積層させてもよい。
バルクマグネット構造体の積層方向端部のうちいずれか一方には、円柱状酸化物超電導バルク体が配置されてもよい。
さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のリング状酸化物超電導バルク体と、複数積層されたリング状酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、を備え、少なくとも一つのリング状酸化物超電導バルク体は、リング状酸化物超電導バルク体と第１平面リングとが交互に配置された積層体からなる、バルクマグネット構造体が提供される。
少なくとも一つのリング状酸化物超電導バルク体の内周径は、当該酸化物超電導バルク体に隣接するリング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きくてもよい。
リング状酸化物超電導バルク体のうち積層方向中央部に位置する中央酸化物超電導バルク体の内周径は、当該中央酸化物超電導バルク体に隣接する前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きくてもよい。
隣接するリング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きいリング状酸化物超電導バルク体の積層方向（Ｚ軸方向）高さが１０ｍｍから３０ｍｍであってもよい。
バルクマグネット構造体には、さらに円柱状酸化物超電導バルク体を積層させてもよい。
バルクマグネット構造体の積層方向端部のうちいずれか一方には、円柱状酸化物超電導バルク体が配置されてもよい。
第１平面リングと積層体を構成するリング状酸化物超電導バルク体の厚さは５ｍｍ以下とするのがよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の酸化物超電導バルク体と、複数積層された酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、を備え、複数の酸化物超電導バルク体は、少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体を含み、かつ、リング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体を積層して構成され、バルクマグネット構造体を構成する酸化物超電導バルク体のうち少なくとも１つは、リング状酸化物超電導バルク体と第２平面リングとが交互に配置された積層体からなり、第２平面リングは金属から形成されるバルクマグネット構造体が提供される。
少なくとも一つのリング状酸化物超電導バルク体の内周径は、当該酸化物超電導バルク体に隣接するリング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きくてもよい。
リング状酸化物超電導バルク体のうち積層方向中央部に位置する中央酸化物超電導バルク体の内周径は、当該中央酸化物超電導バルク体に隣接する前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きくてもよい。
隣接するリング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きいリング状酸化物超電導バルク体の積層方向（Ｚ軸方向）高さが１０ｍｍから３０ｍｍであってもよい。
バルクマグネット構造体には、さらに円柱状酸化物超電導バルク体を積層させてもよい。
バルクマグネット構造体の積層方向端部のうちいずれか一方には、円柱状酸化物超電導バルク体が配置されてもよい。
ここで、第２平面リングと積層体を構成するリング状酸化物超電導バルク体の厚さは１０ｍｍ以下とするのがよい。
また、酸化物超電導バルク体と外周補強リングとの間に、第２外周補強リングを備えてもよい。
リング状酸化物超電導バルク体は、内部に内周補強リングを備えてもよい。
リング状酸化物超電導バルク体と内周補強リングとの間に、第２内周補強リングを備えてもよい。
第２平面リング、外周補強リング、第２外周補強リング、内周補強リング及び第２内周補強リングのうち少なくともいずれか１つは、熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、または、室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上の材質から形成してもよい。
リング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体は、結晶軸のｃ軸方向がリング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体の内周軸に略一致し、かつ、結晶軸のａ軸方向がリング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体同士で所定の角度範囲内でずらして積層されてもよい。
バルクマグネット構造体を構成する酸化物超電導バルク体のうち、少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体は、内周軸が一致する多重リング構造を有してもよい。
少なくとも一つの前記リング状酸化物超電導バルク体は、前記リング状酸化物超電導バルク体と第１平面リングとが交互に配置された積層体からなっていてもよい。
酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５（ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素。６．８≦ｙ≦７．１）が分散された組織を有する酸化物を含んでもよい。
なお、上記のバルクマグネット構造体に関する特定事項は、本発明の種々の観点において、特に不都合の生じない範囲で適宜組み合わせてもよい。
さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、真空容器内に収容された上述のいずれかのバルクマグネット構造体と、バルクマグネット構造体を冷却する冷却装置と、バルクマグネット構造体の温度を調整する温度制御装置と、を含む、ＮＭＲ用マグネットシステムが提供される。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、バルクマグネット構造体の着磁方法であって、バルクマグネット構造体は、少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体を有し、かつ、リング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体を積層して構成され、バルクマグネット構造体の温度を調整する温度制御装置およびバルクマグネット構造体に磁場を印加する磁場発生装置により、バルクマグネット構造体の超電導状態が維持されている状態で、磁場発生装置により、バルクマグネット構造体に印加される印加磁場の強度を減じる基本着磁工程を含み、基本着磁工程の後、バルクマグネット構造体の軸方向における少なくとも一部の領域の磁場分布が着磁前の印加磁場分布よりも均一となる磁場均一化領域となるように、温度制御装置または磁場発生装置のうち少なくともいずれか一方を制御して、バルクマグネット構造体を着磁する、バルクマグネット構造体の着磁方法が提供される。
バルクマグネット構造体の軸方向において所定の間隔を有する任意の領域の磁場分布より得られる、当該領域における平均磁場強度に対する最大磁場強度と最小磁場強度との差分の割合を、磁場の均一性を表す均一性評価指標としたとき、磁場均一化領域における着磁前の印加磁場分布の均一性評価指標は１００ｐｐｍ以上としてもよい。
バルクマグネット構造体の軸方向において所定の間隔を有する任意の領域の磁場分布より得られる、当該領域における平均磁場強度に対する最大磁場強度と最小磁場強度との差分の割合を、磁場の均一性を表す均一性評価指標としたとき、磁場均一化領域における着磁前の印加磁場分布の均一性評価指標は１００ｐｐｍ以上であり、着磁後の領域に対応するバルクマグネット構造体の磁場分布の均一性評価指標は、着磁前の印加磁場分布の均一性評価指標よりも小さく、かつ、１００ｐｐｍ未満としてもよい。均一性評価指標は小さいほど均一性が高いため、下限値は小さいほど好ましい。ただし、均一性評価指標を０にするには、非常に高精度の設計、施工、操作が必要となる。現実的な用途およびその費用対効果に応じて、均一性評価指標（下限値）を調整してもよく、例えば、２ｐｐｍ以上、４ｐｐｍ以上、６ｐｐｍ以上、１０ｐｐｍ以上、１５ｐｐｍ以上、２０ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以上、３０ｐｐｍ以上、３５ｐｐｍ以上、４０ｐｐｍ以上、４５ｐｐｍ以上、５０ｐｐｍ以上としてもよい。
また、上記バルクマグネット構造体の着磁方法は、基本着磁工程の後、バルクマグネット構造体の温度を保持または所定の温度まで昇温し、磁場均一化領域の磁場分布の均一性を向上させる第１温度調整工程と、第１温度調整工程の後、バルクマグネット構造体を降温する第２温度調整工程と、を含んでもよい。
ここで、磁場発生装置による着磁前のバルクマグネット構造体の軸方向における印加磁場分布は、磁場中心部で上に凸または下に凸であり、第１温度調整工程において、少なくともバルクマグネット構造体の中央部分に配置されたリング状酸化物超電導バルク体の超電導電流分布を変化させる。
第１温度調整工程において、バルクマグネット構造体の中央部分に配置されたリング状酸化物超電導バルク体を、当該リング状酸化物超電導バルク体全体に超電導電流が流れるフル着磁状態にする。
また、磁場発生装置による着磁前のバルクマグネット構造体の軸方向における印加磁場分布は、磁場中心部で上に凸または下に凸であり、バルクマグネット構造体の中央部分には、リング状酸化物超電導バルク体と第１平面リングとが交互に積層された積層体が配置されてもよい。
ここで、第１平面リングと積層体を構成するリング状酸化物超電導バルク体の厚さは５ｍｍ以下であってもよい。
また、磁場発生装置による着磁前のバルクマグネット構造体の軸方向における印加磁場分布は、磁場中心部または磁場中心部を挟む中心隣接部で上に凸または下に凸であり、バルクマグネット構造体を構成する酸化物超電導バルク体のうち少なくとも１つは、リング状酸化物超電導バルク体と第２平面リングとの積層体からなり、第２平面リングは金属から形成してもよい。
ここで、第２平面リングと積層体を構成するリング状酸化物超電導バルク体の厚さは１０ｍｍ以下であってもよい。
上記バルクマグネット構造体はＮＭＲ用マグネットであってもよい。
上記バルクマグネット構造体の着磁方法で着磁するバルクマグネット構造体が上述のいずれかに記載のバルクマグネット構造体であってもよい。
以上説明したように本発明によれば、不均一な印加磁場を用いても均一性の高い磁場を着磁することができるバルクマグネット構造体、及び、その着磁方法が得られる。
本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体を着磁するための着磁システムの概略構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法に関し、バルクマグネット構造体に印加される不均一な印加磁場分布の一例と、着磁後のバルクマグネット構造体内の均一化された磁場分布の一例を示す説明図である。 従来の小型ＮＭＲ用のバルクマグネット構造体の着磁に用いられる着磁方法の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法を示す説明図である。 リング状酸化物超電導バルク体の外観図および断面図を示す説明図である。 着磁条件１での酸化物超電導バルク体の電流分布及び磁場分布の概念図である。 着磁条件２での酸化物超電導バルク体の電流分布及び磁場分布の概念図である。 着磁条件３での酸化物超電導バルク体の電流分布及び磁場分布の概念図である。 本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の一構成例を示す概略断面図である。 図６のバルクマグネット構造体の基本着磁工程後の温度を上昇させたときの磁場分布の一例を示す説明図である。 同実施形態に係るバルクマグネット構造体の他の構成例を示す概略断面図である。 同実施形態に係るバルクマグネット構造体の他の構成例を示す概略断面図である。 第１の形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の一例を示す概略分解斜視図である。 第２の形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の一例を示す概略分解斜視図である。 図１１Ａに示すバルクマグネットの部分断面図である。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の他の変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 第３の形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の一例を示す概略分解斜視図である。 第４の形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の一例を示す概略分解斜視図である。 第５の形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の一例を示す概略分解斜視図である。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の他の変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の他の変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の他の変形例であって、バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 第６の形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の他の構成例であって、中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 第同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の他の構成例であって、中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。 リング状バルク体の結晶学的方位の揺らぎを示す説明図である。 第８の形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体の一例を示す概略分解斜視図である。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体のリング状バルク体の一構成例であって、リング状バルク体の平面図を示す。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体のリング状バルク体の他の構成例であって、リング状バルク体の平面図を示す。 同形態に係るリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体のリング状バルク体の他の構成例であって、リング状バルク体の平面図を示す。 実施例１において、着磁の各工程におけるバルクマグネット構造体の中心軸上の磁場分布の測定結果を示す説明図である。 実施例３において着磁対象としたバルクマグネット構造体の構成を示す概略断面図である。 実施例４において着磁対象としたバルクマグネット構造体の構成を示す概略断面図である。 実施例４において、バルクマグネット構造体の端部に配置する２個のバルクマグネットの構成を示す概略断面図である。 実施例５において着磁対象としたバルクマグネット構造体の構成を示す概略断面図である。 実施例５において一端側に設けられる円板状のバルクマグネットの構成を示す概略断面図である。 図２１Ａに示したバルクマグネット構造体を着磁するための着磁システムの概略構成を示す説明図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
まず、本発明の実施形態で用いる酸化物超電導バルク体に関して説明する。本実施形態で用いる酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５相（２１１相）等に代表される非超電導相が微細分散した組織を有するもの（所謂ＱＭＧ（登録商標）材料）であってもよい。ここで、単結晶状というのは、完璧な単結晶でなく、小傾角粒界等の実用に差し支えない欠陥を有するものも包含するという意味である。ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ相（１２３相）及びＲＥ２ＢａＣｕＯ５相（２１１相）におけるＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる希土類元素及びそれらの組み合わせで、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄを含む１２３相は１：２：３の化学量論組成から外れ、ＲＥのサイトにＢａが一部置換した状態になることもある。また、非超電導相である２１１相においても、Ｌａ、Ｎｄは、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕとは幾分異なり、金属元素の比が非化学量論的組成であったり、結晶構造が異なっていることが知られている。
前述のＢａ元素の置換は、臨界温度を低下させる傾向がある。また、より酸素分圧の小さい環境においては、Ｂａ元素の置換が抑制される傾向にある。
１２３相は、２１１相とＢａとＣｕとの複合酸化物からなる液相との包晶反応、
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物） → １２３相
によりできる。そして、この包晶反応により、１２３相ができる温度（Ｔｆ：１２３相生成温度）は、ほぼＲＥ元素のイオン半径に関連し、イオン半径の減少に伴いＴｆも低くなる。また、低酸素雰囲気及びＡｇ添加に伴い、Ｔｆは低下する傾向にある。
単結晶状の１２３相中に２１１相が微細分散した材料は、１２３相が結晶成長する際、未反応の２１１粒が１２３相中に取り残されるためにできる。すなわち、酸化物超電導バルク体は、
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物） → １２３相＋２１１相
で示される反応によりできる。
酸化物超電導バルク体中の２１１相の微細分散は、Ｊｃ向上の観点から極めて重要である。Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量添加することで、半溶融状態（２１１相と液相からなる状態）での２１１相の粒成長を抑制し、結果的に材料中の２１１相が約１μｍ程度に微細化される。添加量は、微細化効果が現れる量及び材料コストの観点から、Ｐｔで０．２〜２．０質量％、Ｒｈで０．０１〜０．５質量％、Ｃｅで０．５〜２．０質量％が望ましい。添加されたＰｔ、Ｒｈ、Ｃｅは１２３相中に一部固溶する。また、固溶できなかった元素は、ＢａやＣｕとの複合酸化物を形成し、材料中に点在することになる。
また、マグネットを構成するバルク酸化物超電導体は、磁場中においても高い臨界電流密度（Ｊｃ）を有する必要がある。この条件を満たすには、超電導的に弱結合となる大傾角粒界を含まない単結晶状の１２３相である必要がある。さらに高いＪｃ特性を有するためには、磁束の動きを止めるためのピンニングセンターが必要となる。このピンニングセンターとして機能するものが微細分散した２１１相であり、より細かく多数分散していることが望ましい。先に述べたように、Ｐｔ、ＲｈやＣｅは、この２１１相の微細化を促進する働きがある。また、ピンニングサイトとして、ＢａＣｅＯ３、ＢａＳｉＯ３、ＢａＧｅＯ３、ＢａＳｎＯ３等の可能性が知られている。また、２１１相等の非超電導相は、劈開し易い１２３相中に微細分散することによって、超電導体を機械的に強化し、バルク材料として成り立たす重要な働きをも担っている。
１２３相中の２１１相の割合は、Ｊｃ特性及び機械強度の観点から、５〜３５体積％が望ましい。また、材料中には、５０〜５００μｍ程度のボイド（気泡）を５〜２０体積％含むことが一般的であり、さらにＡｇ添加した場合、添加量によって１〜５００μｍ程度のＡｇ又はＡｇ化合物を０体積％超２５体積％以下含む。
また、結晶成長後の材料の酸素欠損量（ｘ）は、０．５程度で半導体的な抵抗率の温度変化を示す。これを各ＲＥ系により３５０℃〜６００℃で１００時間程度、酸素雰囲気中においてアニールすることにより酸素が材料中に取り込まれ、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下となり、良好な超電導特性を示す。この時、超電導相中には双晶構造ができる。しかしながら、この点を含めここでは単結晶状と呼ぶことにする。
次に、本実施形態に係るバルクマグネット構造体を着磁するための装置と着磁方法についての概念を説明する。
［着磁システム構成］
図１は、本実施形態に係るバルクマグネット構造体を着磁するための着磁システム１の概略構成を示す説明図である。本実施形態に係る着磁システム１は、図１に示すように、磁場発生装置５と、内部にバルクマグネット構造体１００が収容される真空断熱容器１０と、冷却装置２０と、温度制御装置３０とを含んで構成される。
磁場発生装置５は、バルクマグネット構造体５０に磁場を与えるための印加磁場（外部磁場）を発生する装置である。磁場発生装置５には筒状の超電導マグネット７が収容されており、その中空部分に真空断熱容器１０を配置可能となっている。真空断熱容器１０には、バルクマグネット構造体５０が収容される。
バルクマグネット構造体５０は、冷却装置２０のコールドヘッド２１上に載置された状態で、真空断熱容器１０内に配置されている。これにより、バルクマグネット構造体５０は、冷却装置２０と熱的に接続され、冷却装置２０により冷却可能な状態とされている。また、コールドヘッド２１には、バルクマグネット構造体５０の温度を上昇させるためのヒーター２３が設けられている。さらに、真空断熱容器１０内には、容器内温度を測定する１または複数の温度センサ（図示せず。）を設置してもよい。温度センサは、例えば、真空断熱容器１０上部や、バルクマグネット構造体５０が載置されるコールドヘッド２１付近に設置してもよい。
冷却装置２０は、バルクマグネット構造体５０を冷却する装置である。冷却装置２０としては、例えば液体ヘリウムまたは液体ネオン等の冷媒や、ＧＭ冷凍機（Gifford-McMahon cooler）、パルスチューブ冷凍機等を用いることができる。冷却装置２０は、温度制御装置３０により制御され駆動する。温度制御装置３０は、着磁の各工程に応じてバルクマグネット構造体５０の温度が所望の温度となるように冷却装置２０を制御する。
［着磁方法の概要］
図１に示した着磁システム１を用いてバルクマグネット構造体を着磁するにあたり、例えばＮＭＲ、ＭＲＩへ適用するバルクマグネット構造体には、数Ｔの強磁場とｐｐｍオーダーの高い均一性とが必要とされる。しかし、従来のＮＭＲ／ＭＲＩ用のマグネットではない比較的安価で一般的な磁場発生装置５によってバルクマグネット構造体に印加される印加磁場の分布は、図２左側に示すように、バルクマグネット構造体の軸方向（Ｚ方向）において均一ではない。例えば、磁場強度のピークを中心として当該ピークを含む軸方向１０ｍｍの範囲内において、磁場強度に５００ｐｐｍ程度のずれがある場合もある。このような印加磁場によってバルクマグネット構造体を従来の着磁方法により着磁すると、バルクマグネット構造体の磁場分布も同様の分布となり、不均一な磁場がバルクマグネット構造体に複写されてしまうことになる。
ここで、磁場分布の均一性評価指標としては、ある領域における平均磁場強度に対する最大磁場強度と最小磁場強度との差分の割合を、ｐｐｍで表示したものを用いる。ＭＲＩ用マグネットでは、磁場分布を均一化したい領域（すなわち、磁場均一化領域）において、印加磁場分布の均一性評価指標としてｐｐｍオーダー程度と高い磁場均一度を要求されることが多い。これに対して、ＮＭＲやＭＲＩの高均一度の磁場発生を主な目的としない磁場発生装置が発生可能な磁場の均一度は比較的不均一であり、磁場均一化領域において要求される磁場均一度は、印加磁場分布の均一性評価指標として１００ｐｐｍ以上であることが多い。そのため、上記磁場均一化領域における着磁前の印加磁場分布の均一性評価指標が１００ｐｐｍ以上となるような比較的安価な磁場発生装置を用いて本発明の着磁方法を適用した場合にメリットは大きく、好ましい。さらに、このような比較的安価な磁場発生装置を用いて、着磁後のバルクマグネット構造体の磁場分布の均一性評価指標を１００ｐｐｍ未満とするとより好ましく、５０ｐｐｍ以下とするとさらにより好ましい。しかしながら、１００ｐｐｍ以下の高い均一度を有する印加磁場分布で着磁した場合においても、より高い均一度を得るための着磁方法であるため、本着磁方法は、高い有効性を発揮することは言うまでもない。
なお、ある点の磁場強度は、ホール素子、または、高感度の磁場測定装置（例えば、テスラメーター（Ｍｅｔｒｏｌａｂ社製））、及びＮＭＲ信号の半値幅等に基づき、概ね求めることができる。また、最大磁場強度及び最小磁場強度は、ある領域における最も高い磁場強度値、及び、最も低い磁場強度値であり、平均磁場強度は、最大磁場強度と最小磁場強度の平均値である。
本発明に係るバルクマグネット構造体の着磁方法では、外部の磁場発生装置５により発生する印加磁場の分布は変更することなく不均一な静磁場を用いてバルクマグネット構造体を着磁し、より均一な磁場を得ることを目的とする。例えば図２右側に示すように、印加磁場により着磁されたバルクマグネット構造体内の磁場分布のピークを印加磁場のピークよりも小さくする（例えば、１／５程度以下とする）ことで、軸方向における所定の範囲内でのバルクマグネット構造体の磁場分布を均一にする。
本実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法について、図３Ａ〜図５Ｃに基づき、以下、より具体的に説明する。ここで、図３Ａは、従来の小型ＮＭＲ用のバルクマグネット構造体の着磁に用いられる着磁方法の一例を示す説明図である。図３Ｂは、本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法を示す説明図である。図４は、リング状酸化物超電導バルク体の外観図および断面図を示す説明図である。図５Ａ〜図５Ｃは、着磁条件１〜３での酸化物超電導バルク体の電流分布及び磁場分布の概念図である。なお、以下においては、リング状酸化物超電導バルク体を、「リング状バルク体」ともいう。
まず、図３Ａ及び図３Ｂに基づき、従来のバルクマグネット構造体の着磁方法と本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法とを比較して説明する。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、実線は温度制御装置により制御されるバルクマグネット構造体の温度を示し、破線は磁場発生装置により発生する印加磁場の磁場強度を示す。
従来のバルクマグネット構造体の着磁方法は、図３Ａに示すように、まず、着磁前工程として、磁場発生装置によりバルクマグネット構造体に印加する印加磁場を発生させ、所定の磁場強度となるまで磁場強度を高めていく。そして、所定の印加磁場が形成されると、温度制御装置は、バルクマグネット構造体の冷却を開始し、超電導転移温度（Ｔｃ）以下の所定の温度（着磁温度）となるようにする。そして、着磁温度まで冷却されると、磁場発生装置は印加磁場を徐々に減らし、バルクマグネット構造体の着磁処理を行う。この磁場発生装置による減磁（すなわち、バルクマグネット構造体の着磁処理）が開始されるまでの状態を着磁前状態とする。
印加磁場を減磁してバルクマグネット構造体に超電導電流が流れる領域を増大させる着磁工程の終了前には、バルクマグネット構造体内に捕捉された磁束が低下するフラックスクリープを抑制するため、温度制御装置により、着磁温度からさらに所定の温度まで温度を下げて、バルクマグネット構造体に複写された磁場分布を安定化させる。フラックスクリープ抑制のために所定の温度まで温度を下げた以降の状態を着磁後状態とする。
図３Ａに示した着磁方法において、バルクマグネット構造体に図２左側のような印加磁場を印加すると、同様の磁場分布がバルクマグネット構造体に複写され、不均一な磁場分布となる。そこで、本実施形態に係る着磁方法では、図３Ｂに示すように、減磁後にバルクマグネット構造体を一旦昇温あるいは目標とする着磁温度よりも高い所定の温度を保持する工程を行い、その後、フラックスクリープ抑制のための冷却工程を実施することで、バルクマグネット構造体の少なくとも一部の軸方向範囲の磁場分布を均一化する。
ここで、本実施形態に係る着磁方法における着磁状態について、図４及び図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。ここでは、例えば図４に示すようなリング状の酸化物超電導バルク体７０についての着磁状態を、いくつかの着磁条件で考える。図５Ａ〜図５Ｃは、それぞれの着磁条件において、常伝導状態のバルクマグネット構造体に印加されていた磁場を超電導状態とした後冷却し、その後、印加磁場を取り除く基本的な着磁工程でのバルクマグネット構造体内の着磁状態を示している。図５Ａ〜図５Ｃには、図４に示した軸方向及び半径方向での酸化物超電導バルク体７０の断面７２を用いて、超電導電流が流れていない領域７２ａと超電導電流が流れている領域７２ｂとを示しており、合わせてその断面での臨界電流密度分布及び磁場分布を示している。
（着磁条件１：Ｔ＝ＴＳ、Ｂａ＝Ｂ１）
まず、着磁条件１として、常伝導状態のリング状酸化物超電導バルク体を磁場Ｂ１中に置き、超電導転移温度（Ｔｃ）以下の温度Ｔｓに冷却した後、印加磁場を徐々に減らすようにした。このときの酸化物超電導バルク体内の超電導電流の分布および磁場分布を図５Ａに示す。状態Ａは減磁前の状態であり、酸化物超電導バルク体内には超電導電流は流れていない。印加磁場を徐々に低下させると、状態Ｂに示すように、リング状酸化物超電導バルク体内には、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）の値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂが外周部分から現れる。さらに印加磁場を低下させた後、印加磁場をゼロとすると、状態Ｃに示すように、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂがさらに内側に広がる。着磁条件１では、状態Ｃに示すように、印加磁場がゼロになったときにも酸化物超電導バルク体断面の内側に超電導電流が流れていない領域７２ａが存在する。このような状態を、以下、「非フル着磁状態」と称する。
（着磁条件２：Ｔ＝Ｔｈ（Ｔｈ＞ＴＳ）、Ｂａ＝Ｂ１）
次に、着磁条件２は、印加磁場は着磁条件１と同一であるが、酸化物超電導バルク体を着磁条件１での温度ＴＳよりも高い温度Ｔｈとした。着磁条件１に対し温度が高く、臨界電流密度Ｊｃが低い着磁条件２では、図５Ｂに示すように、減磁前の状態である状態Ａでは、着磁条件１と同様、酸化物超電導バルク体内には超電導電流は流れていない。印加磁場を徐々に低下させると、状態Ｂに示すように、リング状酸化物超電導バルク体内には、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）の値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂが外周部分から現れる。このとき、着磁条件１よりも早く内側まで超電導電流が流れる領域７２ｂが現れる。そして、さらに印加磁場を低下させた後、印加磁場をゼロとした状態Ｃでは、酸化物超電導バルク体の断面全体に超電導電流が流れるようになる。このような状態を、以下、「フル着磁状態」と称する。
（着磁条件３：Ｔ＝ＴＳ、Ｂａ＝Ｂ２（Ｂ２＞Ｂ１））
一方、着磁条件３は、着磁温度は着磁条件１と同一であるが、印加磁場を着磁条件１よりも高くした。このような着磁条件では、図５Ｃに示すように、減磁前の状態である状態Ａでは、着磁条件１、２と同様、酸化物超電導バルク体内には超電導電流は流れていない。印加磁場を徐々に低下させると、状態Ｂに示すように、リング状酸化物超電導バルク体内には、臨界電流密度Ｊｃ（Ｔｓ）の値を有する超電導電流が流れる領域７２ｂが外周部分から現れる。このとき、着磁条件２と同様、着磁条件１よりも早く内側まで超電導電流が流れる領域７２ｂが現れる。そして、さらに印加磁場を低下させた後、印加磁場をゼロとした状態Ｃでは、酸化物超電導バルク体の断面全体に超電導電流が流れ、フル着磁状態となっている。
また、酸化物超電導バルク体断面内の磁束密度の勾配に着目すると、図５Ｂ及び図５Ｃより、磁束密度の勾配は臨界電流密度Ｊｃに比例することがわかる。図５Ａ〜図５Ｃでは、臨界電流密度Ｊｃは温度に対し一定（すなわち、変化しない）ものとして３つの着磁条件を示したが、実際には、対数的に時間と共に低下する。そのため、リング状酸化物超電導バルク体内に捕捉された磁束は、時間と共に低下することになる。このように時間と共に徐々に低下する現象はクリープと呼ばれている。しかしながら、着磁条件１のように非フル着磁状態になっている場合は、クリープにより臨界電流密度Ｊｃが低下していく場合においても、臨界電流密度Ｊｃが低下する分、まだ超電導電流が流れていない領域に超電導電流が流れるようになる。そのため、酸化物超電導バルク体内部の磁束は、電流分布が変化する分、極僅かに低下するに留まる。一方、着磁条件２、３の場合では、クリープによって臨界電流密度Ｊｃが低下した分がすべて酸化物超電導バルク体内の磁束密度の変化に繋がり、磁場のクリープが大きく表れる。
さらに、図５Ａ〜図５Ｃでは、軸方向に十分に長いリング状酸化物超電導バルク体の概念図を示したが、実際の長さは有限であるため、軸方向の端部に位置するバルクマグネットの一方は、隣接するバルクマグネットが存在しない。このため、急激に磁場が低下するとともに、磁場勾配が大きくなるため、大きな臨界電流が流れ、その分、臨界電流が流れる領域が内周側に流れるようになる。その結果、酸化物超電導バルク体断面内の臨界電流密度Ｊｃ分布は上下の端部でより内側に入り込んだ分布になり、また、上下の端部で捕捉された磁場強度も低下する。
そこで、上述の知見に鑑み、本実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法では、不均一な印加磁場分布を用いて酸化物超電導バルク体を着磁する際に、バルクマグネット構造体の軸方向における少なくとも一部の領域の磁場分布が着磁前の印加磁場分布よりも均一となる磁場均一化領域となるように、温度制御装置または磁場発生装置のうち少なくともいずれか一方を制御して、バルクマグネット構造体を着磁する。上述のように、着磁は、超電導状態において印加磁場を変化させることによって誘導された超電導電流により超電導バルク体が磁化されることであり、超電導バルク体を磁石（マグネット）として機能させるための工程である。ここでは、この着磁工程を基本着磁工程と呼ぶことにする。
酸化物超電導バルク体を着磁する不均一な印加磁場分布は、例えば、図２左側に示したように、軸方向中心部に印加磁場分布のピークを有し、ピーク位置を中心に挟んだ約１０ｍｍの範囲において、約５００ｐｐｍの磁場強度の差がある。なお、この印加磁場分布は、概ね同心円筒状に巻かれた巻線の対称軸（Ｚ軸）上の分布である。印加磁場は、一般に、高均一性を必要とするＮＭＲ用の超電導マグネット以外の超電導マグネット（汎用実験用等）のマグネットによって発生される。
一方、従来の小型ＮＭＲへの応用においては、ＮＭＲ用の超電導マグネットによるｐｐｍオーダーの均一性の印加磁場中でバルクマグネット構造体は着磁されていた。したがって、高均一性の印加磁場（概ねｐｐｍオーダーの均一性の磁場）が、バルクマグネット構造体中にコピーされる。しかし、本実施形態によれば、不均一な印加磁場分布中において、温度制御装置または磁場発生装置のうち少なくともいずれか一方を制御して、バルクマグネット構造体の軸方向における少なくとも一部の領域の磁場分布を、着磁前の印加磁場分布よりも均一とすることができる。例えば図２右側に示すように、軸方向中心部の磁場強度のピークが小さくなり、磁場均一性を大幅に改善することが可能である。このように、着磁前の不均一な印加磁場分布に対し、着磁後のバルクマグネット構造体内の磁場分布が大きく改善することが可能となるバルクマグネット構造体およびその着磁方法を提供することが本発明の本質である。
一般に、所望の磁場空間を発生させるためのマグネット（例えば、実験用、ＮＭＲ用、ＭＲＩ用等のマグネット）は、磁場強度、磁場の空間均一度及び磁場均一空間の体積が重要な指標となる。ＮＭＲ用やＭＲＩ用のマグネットは、一般的な実験用マグネットに比べ、高い磁場均一性が要求される。また、一般にＭＲＩ用マグネットは、ＮＭＲ用マグネットに比べ、測定対象が大型になるため広い磁場均一空間が求められるが、測定手法の違いから、均一度は一桁程度低い値でもよい。一般に汎用の実験用のマグネットは、高い均一度を要求されない分、安価になる。
これらのマグネットはいずれも極力、高磁場、高均一度、大空間の磁場が得られるように設計される。このような思想で設計されるマグネットは、一般に同心円状にコイルを巻き極力、対称性（軸対称性、軸の二方向に対する対称性）を高めた構造を取る。このような構造とした場合、軸方向をｘ方向、半径方向をｙ方向として表される磁場分布ｙ＝ｆ（ｘ）は、マグネットの中心位置において、基本的に微分値（ｄｙ／ｄｘ）がゼロとなる極値を持つ。すなわち、有限の体積を有するマグネットは、上に凸または下に凸のいずれかの磁場分布を有する。磁場分布が上に凸の場合、磁場強度はピークとなり、磁場分布が下に凸の場合、磁場強度は極小値をとる。
ここで、本発明では、バルクマグネット構造体に転写される着磁前の不均一な印加磁場分布を均一な磁場分布に変化させる必要がある。そのため、本発明では、バルクマグネット構造体を、例えば図６、図８及び図９に示すように、磁場分布を均一化したい領域（磁場均一化領域）に対応するリング状バルク体の内径が、他のリング状バルク体の内径よりも大きくなるように構成する。この磁場分布を均一化したい領域（磁場均一化領域）に対応するリング状バルク体は、バルクマグネット構造体の積層方向中央部分に位置してもよい。なお、本明細書にて、リング状酸化物超電導バルク体のうち積層方向中央部とはリング状酸化物超電導バルク体のうち測定部に相当する部位と読み替えてもよい。
（構成Ａ）
例えば、図６に示すバルクマグネット構造体５０Ａは、複数のリング状バルク体５１ａ〜５１ｇからなるリング状バルク体部５１Ａと、各リング状バルク体５１ａ〜５１ｇの外周にそれぞれ嵌合された複数の外周補強リング５３ａ〜５３ｇからなる外周補強リング部５３とを含んでなる。バルクマグネット構造体５０Ａは、各リング状バルク体５１ａ〜５１ｇの中心軸を揃えて積層し構成されている。各リング状バルク体５１ａ〜５１ｇは、外径は同一であるが、内径は軸方向中心に向かうほど大きくなるように（すなわち、半径方向の厚みが小さくなるように）積層されている。具体的には、軸方向の両端に位置するリング状バルク体５１ａ、５１ｇの内径が最小であり、中央部のリング状バルク体５１ｄの内径が最大となっている。図６においては、リング状バルク体５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆの内径は、最大内径よりも小さく、最小内径より大きく設定されている。本発明の一態様による着磁方法においては、リング状バルク体に大きな電磁気力が作用し得る。例えば、リング状バルク体を膨らませようとする周方向への引っ張り力（フープ力）等のリング状バルク体に破壊をもたらす応力が働く。そのため、本発明の一態様によるバルクマグネット構造体は、外周補強リングを備える。外周補強リングを備えることにより、リング状バルク体に大きな電磁気力（応力）が作用した場合でも、リング状バルク体が破壊することを防ぐことができる。
このような図６に示すバルクマグネット構造体５０Ａでは、内径が最大の中央部のリング状バルク体５１ｄ付近で磁場分布を均一にするように、図３Ｂに示したような工程で着磁が行われる。すなわち、図６に示した複数のリング状バルク体５１ａ〜５１ｇからなるリング状バルク体部５１Ａを含むバルクマグネット構造体５０Ａを断熱真空容器内のコールドヘッド上に載置し、まず、十分に低温で着磁し、バルクマグネット構造体全体の磁場分布がほとんど変化しない非フル着磁状態にする。次に、バルクマグネット構造体を徐々に昇温し、少なくとも半径方向の厚みが小さい中央部のリング状バルク体５１ｄだけをフル着磁状態にし、その後、フラックスクリープ抑制する冷却を実施する。これにより、フル着磁状態とされた軸方向中央部のリング状バルク体の高すぎる磁束密度を低下させ、磁束密度を均一化することができる。ここで、もし、図６に示す５１ｄの内径が、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆと同じであった場合（すなわち、５１ｂから５１ｆまでの軸方向の高さが８０ｍｍ）では、図７の状態Ｄとなり、磁場の均一化は起こらない。状態Ｂのようにうまく均一化が起こる５１ｄのＺ軸方向の厚さ（高さ）は、印加する磁場分布の形状に依存する。５１ｄ等の各リング状バルク体のＺ軸方向の厚さ（高さ）は、１０ｍｍから３０ｍｍであってもよい。この範囲であれば本発明により容易に均一磁場を得ることが可能である。
ＮＭＲ分光に用いられる試料管の軸方向の長さは、２０ｍｍ程度が一般的であり、この領域の磁場の均一度が重要であり、５１ｄ等の各リング状バルク体のＺ軸方向の厚さが１０ｍｍから３０ｍｍの場合、より、効果的に均一化できる。また、例として、図６の５１ｄの内径とその両隣の５１ｃ、および５１ｅとの内径の差は、寸法精度の観点から、１ｍｍ以上であることが望ましい。
なお、特許文献５の対応特許（特許第６０９０５５７号）公報では、
「円柱形状となる外形の軸芯と同軸芯の内側空間部を備えた筒形状を有する超電導体であって、
前記内側空間部は、前記軸芯に沿った方向で中央に位置する中央空間部分と、前記軸芯に沿った方向で前記中央空間部分の両側に位置する端空間部分とを含み、
前記中央空間部分の前記軸芯に垂直な方向の内側寸法は前記端空間部分の前記軸芯に垂直な方向の内側寸法よりも大きい、構成であり、
前記内側空間部は、前記中央空間部分の前記軸芯に直交する姿勢で交差する第１面及び第２面と２つの前記端空間部分の前記軸芯の方向に沿う側面とが交わる第１角部と、前記第１面及び前記第２面と前記中央空間部分の前記軸芯の方向に沿う側面とが交わる第２角部を有し、
前記第２角部は、前記超電導体の内部で超電導電流が流れる領域より内側で、超電導電流が流れない領域に位置している超電導体。」が開示されている。この超電導体では、超電導体の全体で、非フル着磁の状態であって、フル着磁状態のリング状バルク体が存在していない。
特許文献５の第２角部は、本発明に係る図６の５１ｄの内周角部に相当するが、５１ｄの内周角部は、フル着磁状態であり、すなわち超電導電流が流れる領域である。言い換えると、本願発明の一態様では「前記第２角部は、前記超電導体の内部で超電導電流が流れる領域の境界（外側）で、超電導電流が流れる領域（境界）に位置している超電導体」が得られる。
例えば、図６のバルクマグネット構造体５０Ａの基本着磁工程後の温度を上昇させたときの磁場分布の一例を図７に示す。図７では、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃの順により高い温度まで昇温させている。図７の状態Ａでは、すべてのリング状バルク体５１ａ〜５１ｇにおいて超電導電流が流れていない領域７２ａが存在していたが、さらに昇温すると、状態Ｂに示すように、まず、最も半径方向の厚みの小さいリング状バルク体５１ｄが全体に超電導電流が流れる領域７２ｂとなり、フル着磁状態となる。そして、さらに昇温すると、状態Ｃに示すように、リング状バルク体５１ｄの次に半径方向の厚みの小さいリング状バルク体５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆまでフル着磁状態となる。
図７の状態Ａ〜Ｃの中央領域（ここではリング状バルク体５１ｃ〜５１ｅの軸方向領域とする。）における磁場強度の分布をみると、図７下側に示すように、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃの順に磁場強度のピークが下がり、当該領域において磁場分布が均一化されるようになっている。このように、基本着磁工程の後、着磁温度から所定の温度まで昇温することで、軸方向の所定の領域における磁場強度分布にすることができる。なお、図７の状態Ｄは、上述のとおり、図６に示す５１ｄの内径が、５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆと同じであり、５１ｂから５１ｆまでの軸方向の高さが８０ｍｍであった場合であり、この場合では磁場の均一化は起こらない。
（構成Ｂ）
図６に示した構成Ａでは、バルクマグネット構造体５０Ａの軸方向中央部の高すぎる磁束密度を低下させるために、当該領域に半径方向の厚みの小さいリング状バルク体を配置したが、他の構成として、例えば軸方向中央部のリング状バルク体を、軸方向の厚みが小さいリング状バルク体と第１平面リングとを交互に積層して構成することで、中央部分の磁束を低下させることもできる。つまり、第１平面リングは、バルクマグネット構造体の積層方向軸方向中央部のリング状バルク体に採用してもよい。
具体的には、図８に示すように、バルクマグネット構造体５０Ｂは、複数のリング状バルク体５１ａ〜５１ｃ、５１ｅ〜５１ｇ及びリング状バルク体と第１平面リングとからなる積層体（以下、単に「積層体」ともいう。）５１ｄからなるリング状バルク体部５１Ｂと、各リング状バルク体５１ａ〜５１ｃ、５１ｅ〜５１ｇ及び積層体５１ｄの外周にそれぞれ嵌合された複数の外周補強リング５３ａ〜５３ｇからなる外周補強リング部５３とを含んでなる。バルクマグネット構造体５０Ｂは、各リング状バルク体５１ａ〜５１ｃ、５１ｅ〜５１ｇ及び積層体５１ｄの中心軸を揃えて積層し構成されている。各リング状バルク体５１ａ〜５１ｃ、５１ｅ〜５１ｇ及び積層体５１ｄは、外径は同一であるが、内径は軸方向中心に向かうほど大きくなるように（すなわち、半径方向の厚みが小さくなるように）積層されている。具体的には、軸方向の両端に位置するリング状バルク体５１ａ、５１ｇの内径が最小であり、中央部の積層体５１ｄの内径が最大となっている。図８においては、リング状バルク体５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆの内径は、最大内径よりも小さく、最小内径より大きく設定されている。
積層体５１ｄは、軸方向の厚みが小さいリング状バルク体５１ｄ１と第１平面リング５１ｄ２とが交互に積層して構成されている。このとき、積層体５１ｄの軸方向両端にはリング状バルク体５１ｄ１が位置するようにする。積層体５１ｄには、中央部分の磁束密度を維持しようとして超電導電流がリング状バルク体５１ｄ１の断面内に流れるが、第１平面リング５１ｄ２が存在する分、中央部分の磁場を維持できる電流量が少なくなる。このため、昇温時、積層体５１ｄに隣接するリング状バルク体に比べて、早い段階でフル着磁状態に達する。したがって、徐々に昇温することによって、中央部の高すぎる磁束密度を低下させ磁束密度を均一化することが可能になる。
すなわち、バルクマグネット構造体５０Ｂの軸方向の少なくとも一部に、比較的薄いリング状バルク体５１ｄ１と第１平面リング５１ｄ２とを交互に積層した積層体５１ｄを設けることにより、実質的に当該積層構造を有するバルクマグネット構造体５０Ｂの平均的な臨界電流を低下させ、周辺のバルクマグネットに比べて早い段階でフル着磁状態に達するようにすることができる。なお、バルクマグネット構造体５０Ｂの軸方向中心部に均一性が優れた領域を形成するためには、薄いリング状バルク体と第１平面リングとを積層して、これらを含む５１ｄの臨界電流を制御する場合、リング状バルク体と第１平面リングとの厚さは、電流分布の均一性の観点から、それぞれ薄い方が望ましい。第１平面リングの厚さは、リング状バルク体に比べ比較的調整が容易であるが、リング状バルク体に関しては、加工歩留まり及び加工性の観点から、直径（外径）にも依存するが、リング状バルク体５１ｄ１の厚さは５ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは２ｍｍ以下であり０．３ｍｍ以上である。リング状バルク体５１ｄ１の厚さが０．３ｍｍ以下となると割れやすくなり、リング状バルク体の特性の不均一が起きやすくなるためである。第１平面リングは、第１平面リングを含むバルクマグネット中のリング状バルク体と第１平面リングとの割合を調整し、このバルクマグネットの超電導体の断面積を調整するものである。このため、リング状バルク体の厚さに対応して厚さは５ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは２ｍｍ以下である。また、第１平面リングは超電導体ではない材料から構成されてもよく、後述する第２平面リングと同様の構成を採用してもよい。
（構成Ｃ）
また、均一な強磁場を必要とするＮＭＲおよびＭＲＩへ応用する場合には、リング状バルク体に大きな電磁気力が作用する。例えば、リング状バルク体を膨らませようとする周方向への引っ張り力（フープ力）等のリング状バルク体に破壊をもたらす応力が働く。そのため、従来の外周補強リングでの補強では、不十分な場合がある。そこで、バルクマグネット構造体において最も大きな応力が作用する軸方向両端のリング状バルク体を、軸方向の厚みが小さいリング状バルク体と第２平面リングとを交互に積層して構成し補強してもよい。つまり、第２平面リングは、バルクマグネット構造体の積層方向軸方向の両端のリング状バルク体に採用してもよい。
例えば図９に示すように、バルクマグネット構造体５０Ｃは、複数のリング状バルク体５１ｂ〜５１ｆ及び積層体５１ａ、５１ｇからなるリング状バルク体部５１Ｃと、各リング状バルク体５１ｂ〜５１ｆ及び積層体５１ａ、５１ｇの外周にそれぞれ嵌合された複数の外周補強リング５３ａ〜５３ｇからなる外周補強リング部５３とを含んでなる。バルクマグネット構造体５０Ｃは、リング状バルク体５１ｂ〜５１ｆ及び積層体５１ａ、５１ｇの中心軸を揃えて積層し構成されている。各リング状バルク体５１ｂ〜５１ｆ及び積層体５１ａ、５１ｇは、外径は同一であるが、内径は軸方向中心に向かうほど大きくなるように（すなわち、半径方向の厚みが小さくなるように）積層されている。具体的には、軸方向の両端に位置する積層体５１ａ、５１ｇの内径が最小であり、中央部のリング状バルク体５１ｄの内径が最大となっている。図９においては、リング状バルク体５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆの内径は、最大内径よりも小さく、最小内径より大きく設定されている。
積層体５１ａ、５１ｇは、軸方向の厚みが小さいリング状バルク体５１ａ１、５１ｇ１と第２平面リング５１ａ２、５１ｇ２とが交互に積層して構成されている。このとき、積層体５１ａ、５１ｇの軸方向両端にはリング状バルク体５１ａ１、５１ｇ１が位置するようにする。これは、積層体５１ａ、５１ｇが配置されるバルクマグネット構造体５０Ｃの軸方向両端は、最も大きな応力が作用する部分であり、この中でも、特に、これらの内表面部分及び軸方向両端表面付近に大きな応力が作用する。このため、少なくともバルクマグネット構造体の端部に配置するバルクマグネットは十分な機械的強度を有することが望ましい。そこで、積層体５１ａ、５１ｇの軸方向両端にはリング状バルク体５１ａ１、５１ｇ１が位置することが望ましい。また、さらに高い機械強度を得るために、軸方向両端に以外に配置されているリング状バルク体も、軸方向の厚みが小さいリング状バルク体と第２平面リングが交互に積層された積層体を用いることが望ましい。
以下、図９に示したバルクマグネット構造体５０Ｃを構成する積層体５１ａ、５１ｇ、さらにリング状バルク体５１ｂ〜５１ｆのいずれかを軸方向の厚みが小さいリング状バルク体と第２平面リングとを交互に配置したときの積層体の具体的構成例を、図１０〜図１７Ｄに基づき説明する。
（第１の形態）
まず、図１０に基づいて、積層体の第１の形態を説明する。図１０は、第１の形態に係る積層体の一例を示す概略分解斜視図である。
本実施形態に係るバルクマグネット１００は、円板の中央部に貫通孔を有するリング状バルク体１１０と、円板の中央部に貫通孔を有するリング形状の第２平面リング１２０と、外周補強リング１３０とからなる。本実施形態では、リング状バルク体１１０として、３つのリング状バルク体１１２、１１４、１１６が設けられており、第２平面リング１２０として、２つの第２平面リング１２２、１２４が設けられている。リング状バルク体１１０と第２平面リング１２０とは、バルクマグネットのリングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば、超電導バルク体１１２、１１４の間に第２平面リング１２２が配置され、リング状バルク体１１４、１１６の間に第２平面リング１２４が配置されている。積層されたリング状バルク体１１０と第２平面リング１２０とは結合または接着され、その外周に中空の金属製の外周補強リング１３０が嵌合される。こうして中央が貫通した、バルクマグネットが形成される。
中心軸線方向に積層されたリング状バルク体１１０と第２平面リング１２０との結合または接着は、例えば樹脂またはグリース等で行ってもよく、より望ましくは、より強固な結合力が得られる半田付けで行うのがよい。半田付けの場合、リング状バルク体１１０の表面にＡｇ薄膜をスパッタ処理等により製膜し、さらに１００℃〜５００℃でアニール処理することが望ましい。これにより、Ａｇ薄膜とリング状バルク体表面とがよくなじむ。半田自身にも熱伝導性を向上さる働きがあるため、半田付け処理は、熱伝導性を向上させバルクマグネット全体の温度を均一化させる観点からも望ましい。
また、このとき、電磁気的な応力に対しての補強方法として、第２平面リング１２０としては、半田付けが可能なアルミ合金、Ｎｉ基合金、ニクロム、ステンレス等の金属が望ましい。さらには、線膨脹係数がリング状バルク体１１０と比較的近く、室温からの冷却の際に僅かにリング状バルク体１１０に圧縮応力を作用させるニクロムがさらに望ましい。一方、クエンチによる破壊防止の観点からは、第２平面リング１２０として、高熱伝導度および高電気伝導度を有する銅、銅合金、アルミニウム、アルミ合金、銀、銀合金等の金属が望ましい。なおこれらの金属は半田付けが可能である。さらには、無酸素銅、アルミニウム、銀が熱伝導度および電気伝導度の観点から望ましい。また、半田等で結合する際、気泡の巻き込み等を抑制し半田を均一に浸透させるため、細孔を有する第２平面リング１２０を用いることは有効である。
このような金属からなる第２平面リング１２０による補強により、全体としての熱伝導率化により、バルクマグネットとしての熱的安定性が増し、クエンチが発生しにくくなり、より低温領域すなわち高臨界電流密度Ｊｃ領域での高磁場着磁が可能となる。銅、アルミニウム、銀等の金属は、電気伝導度も高いことから、局所的に超電導特性を劣化させる揺籃が発生した場合、超電導電流を迂回させる作用が期待でき、クエンチ抑制効果があると考えられる。また、このとき、クエンチ抑制効果を高めるためには、リング状バルク体と高電気伝導の第２平面リングとの界面の接触抵抗が小さいことが望ましく、リング状バルク体の表面に銀皮膜を形成した後、半田等で接合することが望ましい。
バルクマグネットの実際上の設計では、金属からなる第２平面リング１２０を挿入する分、超電導材料の割合が減少するため、目的とする使用条件に合わせて、第２平面リング１２０の割合を決定すればよい。また、上記の観点から、第２平面リング１２０を、強度が高い金属と熱伝導率が高い金属とを複数それぞれの割合を決めて、組み合わせて構成することが望ましい。
また、リング状バルク体１１０の常温引っ張り強度は６０ＭＰａ程度であり、また、第２平面リング１２０をリング状バルク体１１０に貼り付けるための半田の常温引っ張り強度は、通常８０ＭＰａ未満である。このことから、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上の第２平面リング１２０は、補強部材として有効である。そのため、第２平面リング１２０の強度は、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上であることが好ましい。さらに、熱伝導度が高い金属の熱伝導率としては、超電導材料内で発生した熱の伝達、吸収の観点から、２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、第２平面リング１２０として、複数の種類の第２平面リングがリング状バルク体１１０の間に配置されている場合、当該第２平面リングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
また、外周補強リング１３０についても、クエンチ抑制効果を高めるために、高い熱伝導率を有する材質から形成してもよい。この場合、外周補強リング１３０には、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する外周補強リング１３０の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。
また、外周補強リング１３０は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの外周補強リングを構成する。この場合、外周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
第２平面リング１２０および外周補強リング１３０の加工は、一般的な機械加工法で加工される。各リング形状のリング状バルク体１１０の内外周の中心軸は、発生磁場強度向上および均一性（または対称性）向上のため必要である。また、各リング状バルク体１１０の外周の直径および内周の直径は、設計事項であり、必ずしも一致させる必要はない。例えば、ＮＭＲまたはＭＲＩ用のバルクマグネットの場合、中心付近に磁場均一性を高めるためのシムコイル等を配置する必要が生じる場合がある。その際には、中心付近の内径を大きくし、シムコイル等を配置し易くすることが望ましい。また、外周の直径に関しても、中心部の磁場強度を増したり、均一性を向上させるため、外周部の直径を変化させ目的とする磁場強度や均一性を調整することは、有効である。
外周補強リング１３０の形状（外周および内周）は、リング状バルク体１１０の外周面が外周補強リング１３０の内周面に密着していればよい。また、図１０には３枚のリング状バルク体からなるバルクマグネットの例を示したが、本発明の要旨は、比較的強度が低いリング状バルク体と相対的に高強度の第２平面リングとの複合材料化による高強度化であるため、より多く多層化することで複合化の効果が発揮される。リング状バルク体の厚さは、直径（外径）にも依存するが、１０ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは６ｍｍ以下であり、１ｍｍ以上である。バルクマグネット構造体中の端部に配置されるバルクマグネットの厚さとしては、概ね３０ｍｍ以下であり、リング状バルク体の厚さが１ｍｍ以下となると、酸化物超電導体の結晶性の揺らぎによる超電導特性の劣化が起こる。また、バルクマグネット構造体中の端部に配置されるバルクマグネットの厚さとしては、概ね３０ｍｍ以下であり、使用されるリング状バルク体の厚さはリング状バルク体の枚数は、３枚以上が望ましく、さらに望ましくは５枚以上である。第２平面リングは、第２平面リングを含むバルクマグネット中の第２平面リングとリング状バルク体との割合を調整し、このバルクマグネットの強度を調整するものである。これより、必要とされる強度に応じて厚さを調整すればよく、２ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは１ｍｍ以下である。
以上、本実施形態に係る第１の積層体について説明した。本実施形態によれば、少なくとも積層されたリング状バルク体１１０の間に、第２平面リング１２０が配置される。特に引っ張り応力に対し、比較的低強度であるリング状バルク体１１０と第２平面リング１２０とを交互に積層させて複合材料化することで、その強度を高めることができる。さらに、第２平面リング１２０および外周補強リング１３０として熱伝導率の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、リング状バルク体１１０の破損を防止することができ、バルクマグネット内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が優れたバルクマグネット構造体を提供することができる。
（第２の形態）
次に、図１１Ａ〜図１１Ｃに基づいて、第２の形態に係るｖを説明する。図１１Ａは、第２の形態に係る積層体の一例を示す概略分解斜視図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示すバルクマグネット２００の部分断面図である。図１１Ｃは、第２の積層体の変形例であって、バルクマグネット２００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
第２の積層体２００は、第１の積層体と比較して、中心軸線方向の端部に、第２平面リング２２０が設けられる点で相違する。図１１Ａに示すように、バルクマグネット２００は、リング状バルク体２１０と、第２平面リング２２０と、外周補強リング２３０とからなる。本実施形態では、リング状バルク体２１０として、３つのリング状バルク体２１２、２１４、２１６が設けられており、第２平面リング２２０として、４つの第２平面リング２２１、２２３、２２５、２２７が設けられている。リング状バルク体２１０と第２平面リング２２０とは、リングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図１１Ａに示すように、リング状バルク体２１２、２１４の間に第２平面リング２２３が配置され、リング状バルク体２１４、２１６の間に第２平面リング２２５が配置されている。
また、リング状バルク体２１２には、第２平面リング２２３が配置された側と反対側の面に第２平面リング２２１が設けられる。同様に、リング状バルク体２１６には、第２平面リング２２５が配置された側と反対側の面に第２平面リング２２７が設けられる。このとき、最端部の第２平面リング２２１およびもう一方の最端部の第２平面リング２２７と、外周補強リング２３０との位置関係は、図１１Ｂに示すように、第２平面リング２２１、２２７が外周補強リング２３０内に収まるようにしてもよい。あるいは、図１１Ｃに示すように、第２平面リング２２１、２２７の外径を外周補強リング２３０の外径と略同一として、外周補強リング２３０の端面を第２平面リング２２１、２２７で覆うようにしてもよい。
積層されたリング状バルク体２１０と第２平面リング２２０とは結合または接着され、その外周に中空の金属製の外周補強リング２３０が嵌合される。こうして中央が貫通したバルクマグネットが形成される。なお、中心軸線方向に積層されたリング状バルク体２１０と第２平面リング２２０との結合または接着は、第１の積層体の場合と同様に行ってもよい。
また、図１１Ａ〜図１１Ｃでは、バルクマグネット２００の中心軸線方向の両端部に、第２平面リング２２１、２２７を設ける例を示したが、必ずしも両端部に第２平面リング２２１、２２７を配置する必要はない。例えば図１１Ａの最上面にのみ第２平面リング２２１を配置したバルクマグネットの下に、図１１Ａの最下面にのみ補強部材２２７を配置したバルクマグネットを配置することによって、全体として最上面および最下面の両方に第２平面リング２２１、２２７を配置したバルクマグネットを構成してもよい。
以上、積層体の第２の形態について説明した。本実施形態によれば、積層されたリング状バルク体２１０の間および中心軸線方向の端部に、第２平面リング２２０が配置される。このようなリング状バルク体２１０と第２平面リング２２０とを交互に積層させて複合材料化することで、その強度を高めることができる。さらに、第２平面リング２２０および外周補強リング２３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、リング状バルク体２１０の破損を防止することができ、バルクマグネット内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が優れたバルクマグネット構造体２００を提供することができる。
なお、図１１Ａ〜図１１Ｃでは、１つの外周補強リング２３０を設けた場合を示したが、本発明はかかる例に限定されず、例えば図１１Ｄに示すように、３つのリング状バルク体２１２、２１４、２１６に対応して分割された３つの外周補強リング３２１、２３２、２３３を設けてもよい。このとき第２平面リング２２１、２２３、２２５、２２７は、外周補強リング３２１、２３２、２３３と外径が揃うように、リング状バルク体２１２、２１４、２１６よりも半径方向に延設される。
（第３の形態）
次に、図１２に基づいて、第３の形態に係る積層体を説明する。図１２は、第３の形態に係る積層体の一例を示す概略分解斜視図である。
第３の形態に係る積層体であるバルクマグネット３００は、図１２に示すように、リング状バルク体３１０と、第２平面リング３２０と、外周補強リング３３０とからなる。本実施形態では、リング状バルク体３１０として、３つのリング状バルク体３１２、３１４、３１６が設けられており、第２平面リング３２０として、４つの第２平面リング３２１、３２３、３２５、３２７が設けられている。
リング状バルク体３１０と第２平面リング３２０とは、リングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図１２に示すように、リング状バルク体３１２、３１４の間に第２平面リング３２３が配置され、リング状バルク体３１４、３１６の間に第２平面リング３２５が配置されている。また、リング状バルク体３１２には、第２平面リング３２３が配置された側と反対側の面に第２平面リング３２１が設けられる。同様に、リング状バルク体３１６には、第２平面リング３２５が配置された側と反対側の面に第２平面リング３２７が設けられる。なお、中心軸線方向に積層されたリング状バルク体３１０と第２平面リング３２０との結合または接着は、第１の形態に係る積層体と同様に行ってもよい。
本実施形態に係るバルクマグネット３００は、第２の形態に係る積層体と比較して、図１２の最上面または最下面の第２平面リング３２１、３２７のうち少なくともいずれか一方の厚みが、他の第２平面リング３２３、３２５の厚さに比べ厚くなっている。これは、着磁過程においてバルクマグネット３００の上面および下面の表面に最大応力がかかるためであり、この部分を十分に補強する必要がある。本実施形態に係るバルクマグネット３００のように、バルクマグネット３００の最上面または最下面の補強部材３２１、３２７の厚みを大きくすることで、最大応力に耐え得る十分な強度を確保することができる。
なお、第２の形態に係る積層体と同様、例えば図１２の最上面にのみ第２平面リング３２１を配置したバルクマグネットおよび図１２の最下面にのみ補強部材３２７を配置したバルクマグネットをバルクマグネット構造体に配置することによって、バルクマグネット構造体全体として最上面および最下面の両方に第２平面リング３２１、３２７を配置したバルクマグネット構造体を構成してもよい。
（第４の形態）
次に、図１３に基づいて、第４の形態に係る積層体を説明する。図１３は、第４の形態に係る積層体の一例を示す概略分解斜視図である。
第４の形態に係る積層体であるバルクマグネット４００は、リング状バルク体４１０と、第２平面リング４２０と、外周補強リング４３０とからなる。第４の積層体では、リング状バルク体４１０として、４つのリング状バルク体４１２、４１４、４１６、４１８が設けられており、第２平面リング４２０として、５つの第２平面リング４２１、４２３、４２５、４２７、４２９が設けられている。
第４の積層体であるバルクマグネット４００は、第１〜第３の積層体と比較して、第２平面リング４２０の内径がリング状バルク体４１０の内径より小さくなっている。リング状バルク体４１０の内周面は、着磁過程において応力が集中する部分である。バルクマグネット４００に割れが発生する場合、この部分から発生することが多い。第２平面リング４２０の内径を小さくすることにより、リング状バルク体４１０の内周面からの亀裂の発生を抑制する効果を高めることができる。また、第２平面リング４２０の内径は、その上下の各リング状バルク体４１０の内径が異なる場合は、より小さい方の内径より小さくする必要がある。亀裂の起点となる部分を補強することによって亀裂に対する補強効果を高めることができる。リング状バルク体４１０の亀裂の起点は内周面にあり、特に上面あるいは下面と内周面との交点線部分を補強することが望ましい。したがって、第２平面リング４２０の内径を、内径が小さい方のリング状バルク体４１０より小さくすることで、内径が小さいリング状バルク体４１０を補強することができる。さらに、第２平面リング４２０および外周補強リング４３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。
（第５の形態）
次に、図１４Ａ〜図１４Ｅに基づいて、第５の形態に係る積層体を説明する。図１４Ａは、第５の形態に係る積層体の一例を示す概略分解斜視図である。図１４Ｂ〜図１４Ｅは、第５の形態に係る積層体の変形例であって、バルクマグネット５００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
第５の積層体であるバルクマグネット５００は、リング状バルク体５１０と、第２平面リング５２０と、外周補強リング５３０と、内周補強リング５４０とからなる。図１４Ａに示す例では、リング状バルク体５１０として、２つのリング状バルク体５１２、５１４が設けられており、第２平面リング５２０として、３つの第２平面リング５２１、５２３、５２５が設けられている。また、内周補強リング５４０として、２つの内周補強リング５４２、５４４が設けられている。
第５の積層体であるバルクマグネット５００は、第１〜第４の積層体と比較して、リング状バルク体５１０の内周面を補強するための内周補強リング５４０が、リング状バルク体５１０の内周面に結合または接着されている点で相違する。内周補強リング５４０は、第２平面リング５２０とも結合または接着しているため、線膨脹係数がリング状バルク体５１０より大きな素材である場合にも、リング状バルク体５１０および第２平面リング５２０の内周面と強固に結合することができる。したがって、これらの内周面を補強することができ、割れを抑制する効果を有する。
さらに、第２平面リング５２０、内周補強リング５４０および外周補強リング５３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。このとき、第２平面リング５２０および外周補強リング５３０は、上記第１の積層体と同様に構成することができる。また、内周補強リング５４０についても、クエンチ抑制効果を高めるために、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する内周補強リング５４０の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、内周補強リング５４０は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの内周補強リングを構成する。この場合、内周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
また、このとき、リング状バルク体５１０の内周面と内周補強リング５４０の外周面とを密着させることが望ましい。また、内周補強リング５４０と第２平面リング５２０との基本的な位置関係としては、例えば図１４Ｂに示すように、リング状バルク体５１０および第２平面リング５２０の内径を同一にして、１つの内周補強リング５４１を設けてもよい。
あるいは、図１４Ｃに示すように、第２平面リング５２０の内径をリング状バルク体５１０の内径よりも僅かに小さくし、各リング状バルク体５１２、５１４、５１６の内周面にそれぞれ内周補強リング５４１、５４３、５４５を設け、各第２平面リング５２１、５２３、５２５の内径と内周補強リング５４１、５４３、５４５の内径とを同一とするようにしてもよい。内周補強リング５４０の肉厚が第２平面リング５２０の肉厚に対して大きい場合には、強度の観点から図１４Ｃに示す構成であることが望ましい。これにより、内周補強リング５４０と第２平面リング５２０との接触面積を大きくすることができ、内周補強リング５４０と第２平面リング５２０との接続部分の強度を高めることができる。また、リング状バルク体５１０の内周径が異なる場合には、作業性の観点から、図１４Ｄに示すように内周補強リング５４０が内周補強リング５４１、５４３、５４５のように分割されている方が望ましい。
なお、図１４Ａ〜図１４Ｄでは、１つの外周補強リング５３０を設けた場合を示したが、本発明はかかる例に限定されず、例えば図１４Ｅに示すように、３つのリング状バルク体５１２、５１４、５１６に対応して分割された３つの外周補強リング５３１、５３２、５３３を設けてもよい。このとき第２平面リング５２１、５２３、５２５、５２７は、外周補強リング５３１、５３２、５３３と外径が揃うように、リング状バルク体５１２、５１４、５１６よりも半径方向に延設される。
（第６の形態）
次に、図１５Ａ〜図１５Ｃに基づいて、第６の形態に係る積層体を説明する。図１５Ａ〜図１５Ｃは、第６の形態に係る積層体６００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
第６の形態に係る積層体であるバルクマグネット６００は、リング状バルク体６１０と、第２平面リング６２０と、外周補強リング６３００と、第２外周補強リング６３１０と、内周補強リング６４００と、第２内周補強リング６４１０とからなる。図１５Ａに示す例では、リング状バルク体６１０として、５つのリング状バルク体６１１〜６１５が設けられており、第２平面リング６２０として、６つの第２平面リング６２１〜６２６が設けられている。
第６の積層体であるバルクマグネット６００は、第１〜第５の積層体と比較して、第２平面リング６２０の外周端部が第２外周補強リングと外周補強リングとで結合されている点、及び、第２平面リング６２０の内周端部が第２内周補強リングと内周補強リングとで結合されている点で相違する。ここで、第２外周補強リング、外周補強リング、第２内周補強リング及び内周補強リングは、金属を使用できるため、金属の第２平面リングと半田等により強固に接続することが可能である。したがって、二重構造を有する第２内周補強リング、内周補強リング、第２外周補強リング、外周補強リングにより側面および上下面の二方向からリング状バルク体６１１〜６１５を強固に結合することができる。この効果によりリング状バルク体６１０は、周囲の第２平面リング、第２内周補強リング、第２外周補強リングと強固に結合することができ、割れを抑制する顕著な効果を有する。
さらに、第２平面リング６２０、二重構造の第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００および二重構造の外周補強リング６３００、第２外周補強リング６３１０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。このとき、第２平面リング６２０および外周補強リング６３００、第２外周補強リング６３１０は、上記第１の積層体と同様に構成することができる。また、第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００についても、クエンチ抑制効果を高めるために、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。
また、第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００を構成する。この場合、第２内周補強リング６４１０、内周補強リング６４００を構成する素材のうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
図１５Ｂに、図１５Ａの変形例として、外周のみ二重リング構造による第２平面リングの外周端部の側面および上下面からの結合した場合の一例を示す。設計上、内径を確保する必要がある場合等、第２平面リングの内周端部は内周補強リング内による上下面からのみ結合する場合も考えられるためである。また、同様に、図１５Ｃに内周のみ二重リング構造による第２平面リングの内周端部の側面および上下面からの結合した場合の一例を示す。設計上、外径の制約をある場合等、第２平面リングの外周端部は外周補強リングによる上下面からのみ結合する場合も考えられるためである。
（第７の形態）
次に、図１６に基づいて、第７の形態に係る積層体を説明する。図１６は、リング状バルク体６１０の結晶学的方位の揺らぎを示す説明図である。
リング状バルク体６１０は単結晶材料であることから、結晶方位の異方性が捕捉磁束密度分布の乱れ（軸対称性からのズレ）として現れる。この結晶方位の異方性を平均化するために、リング状バルク体６１０の結晶方位をずらしながらリング状バルク体６１０を積層してもよい。
複数のリング状バルク体６１０を積層する際、相対的な結晶軸に関し、ｃ軸方向が各リングの内周軸と略一致するように配置すると同時にａ軸の方位をずらすことが望ましい。単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング状バルク体６１０は、一般に単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙの結晶方位に揺らぎを有している。ｃ軸方向の揺らぎの大きさは、±１５°程度あり、ここでいうｃ軸方向が各リングの内周軸と略一致するとは、単結方位のずれが±１５°程度あることを意味する。ａ軸をずらす角度は積層枚数にもよるが、１８０°、９０°等、４回対称にならない角度が望ましい。
このように、リング状バルク体６１０の結晶方位をずらしながらリング状バルク体６１０を積層することで、結晶方位の異方性を平均化することができる。
（第８の形態）
次に、図１７Ａ〜図１７Ｄに基づいて、第８の形態に係る積層体を説明する。図１７Ａは、第８の形態に係る積層体の一例を示す概略分解斜視図である。図１７Ｂ〜図１７Ｄは、第８の形態に係る積層体のリング状バルク体７１０の一構成例であって、リング状バルク体７１０の平面図を示す。
第８の形態に係る積層体であるバルクマグネット７００は、第１〜第７の積層体と比較して、酸化物超電導バルク体７１０が径方向に多重リング構造を有する点で相違する。多重リング構造とは、径方向に単一のリングではなく、複数のリングが同心円状に配置された構造をいう。例えば図１７Ｂに示すように、リング状バルク体７１０は、内径および外径の異なる、径方向の幅が略同一であるリング状バルク体７１０ａ〜７１０ｅを、径方向に所定の隙間７１３を設けて同心円状に配置した五重リング構造としてもよい。
また、例えば図１７Ｃに示すように、リング状バルク体７１０は、内径および外径の異なるリング状バルク体７１０ａ〜７１０ｃを、径方向に所定の隙間７１３を設けて同心円状に配置した四重リング構造としてもよい。このとき、リング状バルク体７１０ｃの径方向の幅が、他のリング状バルク体７１０ａ、７１０ｂの径方向の幅よりも大きくともよい。各リングの幅は設計事項である。
このような多重リング構造のリング状バルク体７１０を積層することによって、リング状バルク体７１０は、４回対称性を伴う結晶成長により超電導電流分布にも４回対称性が僅かに反映される傾向があるが、同心円の多重リング形状とすることで、着磁によって誘起される超電導電流の流路を軸対称に近づけるという作用が生ずる。この効果により、捕捉した磁場の均一性が向上する。このような特性を有するバルクマグネット７００は、特に高い磁場均一性が求められるＮＭＲやＭＲＩ応用に適している。
また、リング状バルク体７１０は、例えば図１７Ｄに示すように、１つのリングに、同心円の円弧形状の隙間７１３を形成し、同一円周上にある隙間７１３の周方向に複数の継ぎ目７１５を設けるようにしてもよい。これにより、バルクマグネット７００の組み立て作業を簡便にすることができる。
（構成Ｄ）
本発明に係るバルクマグネット構造体の他の構成として、例えば図９に示した構成Ｃのバルクマグネット構造体のうち、少なくとも一端側のリング状バルク体と第２平面リングが交互に積層された積層体をリング状ではなく、円柱状に形成してもよい。すなわち、円柱状酸化物超電導バルク体と円柱状の平面補強板とを交互に積層させた積層体を構成する。これにより、より高い機械強度を得ることが可能となる。
なお、円柱状に製造するのは一端側の積層体だけでなく、当該積層体側の１または複数のバルク体も円柱状としてもよい。ただし、磁場分布を均一化したい領域（磁場均一化領域）に対応するバルク体についてはリング状バルク体とする。また、円柱状に製造する一端側の部材は、円柱状酸化物超電導バルク体と円柱状の平面補強板とを交互に積層させた積層体であってもよく、円柱状酸化物超電導バルク体のみから構成してもよい。このようなバルクマグネット構造体は、例えば後述する図２１Ａに示すように構成することができる。
（実施例１）
実施例１では、上述した本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法により、図６に示したバルクマグネット構造体５０Ａを着磁した。具体的には、磁場発生装置として、室温ボア径１５０ｍｍの超電導マグネット（ＪＡＳＴＥＣ製 １０Ｔ１５０）を約５Ｔに励磁し、着磁のための印加磁場とした。このときの印加磁場の分布は図２左側に示すような形状であった。すなわち、印加磁場の磁場強度がピークとなる位置を中心として、両側約１０ｍｍの区間で、５００ｐｐｍ程度の不均一な磁場分布を有していることが確認された。
一方、単結晶状のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された外径６０ｍｍ、内径２８ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を作製した。また、同様の組織を有する外径６０ｍｍ、内径３６ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を２個、外径６０ｍｍ、内径３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリング状バルク体を２個、外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を１個作製し、各リング状バルク体にアルミ合金（Ａ５１０４）製の外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍの外周補強リングを嵌め込み、図６に示すように積層してバルクマグネット構造体を作製した。このとき、アルミ製の外周補強リングとリング状バルク体との隙間にグリースを入れ、これらを接着した。
得られたバルクマグネット構造体は、冷却装置のコールドヘッド上に固定され、真空断熱容器のカバーを装着した後、１００Ｋに冷却した。そして、バルクマグネット構造体の中心が図２左側に示した印加磁場の中心位置に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分を超電導マグネットの室温ボアに挿入した。その後、超電導マグネットの中心磁場が約５Ｔとなるよう通電し、超電導マグネットを励磁した。
超電導マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体を３０Ｋに冷却し、温度が安定した後、超電導マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った（基本着磁工程）。着磁後、バルクマグネット構造体が固定された冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットのボアから引き抜き、バルクマグネット構造体の中心軸上の磁場分布を測定した。その結果を図１８にＡ線で示す。Ａ線で示す磁場分布は、図２左側に示した印加磁場分布と極めてよく一致していることが確認できる。
次に、冷却装置の温度制御を行う温度制御装置を用い、バルクマグネット構造体を６０Ｋに昇温し、温度が安定した状態で、中心軸上の磁場分布を測定した。その結果を図１８にＢ線で示している。測定結果より、僅かに磁場強度が低下している様子が確認されたので、約１時間後に再度測定したところ、図１８にＣ線で示すように、磁場分布の中心にあった磁場強度のピークがなくなり、磁場分布は均一化されていた。これはフラックスクリープの影響によるものと考える。当該結果から、フラックスクリープによる磁場強度の低下を防止するため、素早く３０Ｋにまで冷却し、温度が３０Ｋで安定した状態で再度軸方向中心部の磁場分布を測定した。その結果を図１８にＤ線で示す。図１８より、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間における磁場強度の差が１１０ｐｐｍ以内にまで均一化していることが確認できた。
このような着磁方法により、単結晶状のＧｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング状バルク体を複数個が積層された構造を有するバルクマグネット構造体を、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間において５００ｐｐｍの均一性を有する外部磁部分布中で着磁することによって、バルクマグネット構造体内の同区間における磁場強度の差を１１０ｐｐｍ以内にまで均一化できることが確認できた。
（実施例２）
実施例２では、上述した本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法により、図８に示したバルクマグネット構造体５０Ｂを着磁した。具体的には、磁場発生装置として、室温ボア径１５０ｍｍの超電導マグネット（ＪＡＳＴＥＣ製 １０Ｔ１５０）を約５Ｔに励磁し、着磁のための印加磁場とした。このときの印加磁場の分布は、実施例１と同様、図２左側に示すような形状であった。
一方、単結晶状のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された外径６０ｍｍ、内径２８ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を２個作製した。また、同様の組織を有する外径６０ｍｍ、内径３６ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を２個、外径６０ｍｍ、内径３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリング状バルク体を２個作製し、各リング状バルク体の表面に銀成膜処理を行った。そして、各リング状バルク体にアルミ合金（Ａ５１０４）製の外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２０ｍｍまたは１０ｍｍの外周補強リング中に半田接合し、リング状バルク体を嵌め込んだ。
さらに、同様に作製した外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ２ｍｍのリングを８枚作製し、表面に銀成膜処理を行い、７枚の外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＮｉＣｒリング板を第１平面リングとしてリング状バルク体と交互に積層し、外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２０ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製の外周補強リング中に配置した。このとき、アルミ合金製外周補強リング、リング状バルク体、ＮｉＣｒ製の第１平面リングとは、半田によりそれぞれ接着した。
これらのアルミ合金製外周補強リングを用い半田接続した各バルクマグネットを図８に示すように積層し、バルクマグネット構造体を作製した。
積層して得られたバルクマグネット構造体は、冷却装置のコールドヘッド上に固定され、真空断熱容器のカバーを装着した後、１００Ｋに冷却した。そして、バルクマグネット構造体の中心が印加磁場の中心位置に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットの室温ボアに挿入した。その後、マグネットの中心磁場が約５Ｔとなるよう通電し、マグネットを励磁した。
マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体を２５Ｋに冷却し、温度が安定した後、マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った（基本着磁工程）。着磁後、冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットのボアから引き抜き、バルクマグネット構造体の中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場分布に対し、僅かに磁場中心部で磁場強度がピークを有する度合いが低くなり、着磁によって極僅かに均一化していることがわかった。
次に冷却装置の温度制御を行う温度制御装置を用い、バルクマグネット構造体を５６Ｋに昇温し、温度が安定した状態で、中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、僅かに磁場強度が低下している様子が確認できたので、約１時間後に再度測定したところ、フラックスクリープの影響により、磁場中心部で磁場強度が低下し磁場分布が均一化していた。そこで、フラックスクリープによる磁場強度の低下を防止するため、素早く３０Ｋにまで冷却し、温度が３０Ｋで安定した状態で再度軸方向中心部の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間における磁場強度の差が８５ｐｐｍ以内にまで均一化していることが確認できた。
このような着磁方法により、単結晶状のＧｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング状バルク体を複数個が積層された構造を有し、かつ、第１平面リングを介して積層されたバルクマグネットを有するバルクマグネット構造体を、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間において５００ｐｐｍの均一性を有する外部磁部分布中で着磁することによって、バルクマグネット構造体内の同区間における磁場強度の差を８５ｐｐｍ以内にまで均一化できることが確認できた。
（実施例３）
実施例３では、上述した本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法により、図１９に示すリング状バルク体部５１Ｄを有するバルクマグネット構造体５０Ｄを着磁した。具体的には、磁場発生装置として、室温ボア径１５０ｍｍの超電導マグネット（ＪＡＳＴＥＣ製 １０Ｔ１５０）を約６Ｔに励磁し、着磁のための印加磁場とした。このときの印加磁場の分布は、実施例１と同様、図２左側に示すような形状であった。
図１９に示すリング状バルク体部５１Ｄの作製にあたり、単結晶状のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された外径６０ｍｍ、内径２８ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を１４枚作製した。これらは、図１９のリング状バルク体５１ａ１、５１ｆ１に相当する。また、同様の組織を有する外径６０ｍｍ、内径３６ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を２個、外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を２個作製した。これらは、図１９のリング状バルク体５１ｂ、５１ｅ、及び、中央部のリング状バルク体５１ｃ、５１ｄにそれぞれ相当する。また、それぞれのリング状バルク体の表面に銀成膜処理を行った。
次に、外径６０ｍｍ、内径２８ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を用いて、補強されたバルクマグネットを作製した。バルクマグネットの作製にあたり、外径が異なる２種類の第２平面リングとして、外径６０ｍｍ、内径２７．８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ板を１２枚と、外径８０ｍｍ、内径２７．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ板を４枚作製した。なお、図１９においては、概略を示しているため、外径の異なる２種類の第２平面リングは同一形状で表され、第２平面リング５１ａ２、５１ｆ２として示している。
また、外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ１８．５ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製の外周補強リングを２個作製し、この外周補強リング中に厚さ２．０ｍｍのリング状バルク体５１ａ１、５１ｆ１を７枚と、外径６０ｍｍの第２平面リング５１ａ２、５１ｆ２を６枚とを交互に積層し、さらに外径８０ｍｍ、内径２７．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ板からなる第２平面リングをこれらの両端に配置することで、２組の積層体５１ａ、５１ｆを作製した。外周補強リングは、図１９の外周補強リング５３ａ、５３ｆに相当する。外径８０ｍｍの第２平面リングは、外周補強リング５３ａ、５３ｆの両端面も覆うように配置した。そして、一つのアルミ合金（Ａ５１０４）製の外周補強リング中のリング状バルク体とＳＵＳ３１６Ｌ製の第２平面リングとを半田により接着した。このようにしてバルクマグネット構造体５０Ｄの両端部に配置するバルクマグネットを２個作製した。
一方、外径６０ｍｍ、内径３６ｍｍ、厚さ２０ｍｍの２個のリング状バルク体５１ｂ、５１ｅおよび、外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ２０ｍｍの２個のリング状バルク体５１ｃ、５１ｄについては、それぞれ外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製の外周補強リング５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ中に半田接合により配置し、４個のバルクマグネットを作製した。
このようにして得られた６個のバルクマグネットを、図１９に示すように積層して、リング状バルク体部５１Ｄを有するバルクマグネット構造体５０Ｄを作製した。
積層して得られたバルクマグネット構造体５０Ｄは、冷却装置のコールドヘッド上に固定され、真空断熱容器のカバーを装着した後、１００Ｋに冷却した。バルクマグネット構造体５０Ｄの中心が印加磁場の中心位置に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットの室温ボアに挿入した。その後、マグネットの中心磁場が約６Ｔとなるよう通電し、マグネットを励磁した。マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体５０Ｄを２５Ｋに冷却し、温度が安定した後、マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った。着磁後、冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットのボアから引き抜き、バルクマグネット構造体５０Ｄの中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場分布に対し、ほぼ同レベルの磁場分布が得られていることが分かった。
次に冷却装置の温度制御を行う温度制御装置３０を用い、バルクマグネット構造体５０Ｄを５２Ｋに昇温し、温度が安定した状態で、中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、僅かに磁場強度が低下している様子が確認できたので、約１時間後に再度測定したところ、フラックスクリープの影響により、磁場中心部で磁場強度が低下し、磁場分布が均一化していた。そこで、フラックスクリープによる磁場強度の低下を防止するため、素早く３０Ｋにまで冷却し、温度が３０Ｋで安定した状態で再度軸方向中心部の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間における磁場強度の差が４５ｐｐｍ以内にまで均一化していることが確認できた。
このような着磁方法により、単結晶状のＧｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング状バルク体を複数個が積層された構造を有し、かつ、バルクマグネット構造体５０Ｄの端部に第２平面リングを用いて補強されたバルクマグネットを配置することによって、６Ｔの強磁中においても、割れることなく、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間において５００ｐｐｍの均一性を有する外部磁部分布中で着磁することによって、バルクマグネット構造体５０Ｄ内の同区間における磁場強度の差を４５ｐｐｍにまで均一化できることが確認できた。
（実施例４）
実施例４では、上述した本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法により、図２０Ａに示したバルクマグネット構造体５０Ｅを着磁した。具体的には、磁場発生装置として、室温ボア径１５０ｍｍの超電導マグネット（ＪＡＳＴＥＣ製 １０Ｔ１５０）を約７Ｔに励磁し、着磁のための印加磁場とした。このときの印加磁場の分布は、実施例１と同様、図２左側に示すような形状であった。
単結晶状のＥｕＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＥｕ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された外径６０ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を１４枚作製した。また、同様の組織を有する外径６０ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ１５ｍｍのリング状バルク体を４個、外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を８枚作製し、また、それぞれのリング状バルク体の表面に銀成膜処理を行った。
次に、外径６０ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を用いて、補強されたバルクマグネットを作製した。バルクマグネットの作製にあたり、第２平面リングとして、外径６４ｍｍ、内径２６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ板を１６枚作製した。また、外周補強リングとして外径８０ｍｍ、内径６４ｍｍ、高さ１９ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ製のリングを２個作製し、第２外周補強リングとして、外径６４ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２ｍｍのＣｕ製のリングを１４個作製した。さらに、第２内周補強リングとして、外径２９ｍｍ、内径２６ｍｍ、高さ２ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ製のリングを１４個作製し、内周補強リングとして、外径２６ｍｍ、内径２４ｍｍ、高さ１９ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製のリングを２個作製した。このとき、１つのＳＵＳ３１６Ｌ製の外周補強リング中のＣｕ製の第２外周補強リング、リング状バルク体、ＳＵＳ３１６Ｌ製の第２平面リング、ＳＵＳ３１６Ｌ製の第２内周補強リング、アルミ合金（Ａ５１０４）製の内周補強リングを、半田によりそれぞれ接着した。
これらを図２０Ａのように配置することで、バルクマグネット構造体５０Ｅの端部に配置する２個のバルクマグネットを作製した。図２０Ｂに示したバルクマグネット構造体５０Ｅの端部に配置する２個のバルクマグネット８００は、図２０Ａの積層体５１ａと外周補強リング５３ａとからなるバルクマグネット、及び、積層体５１ｇと外周補強リング５３ｇとからなるバルクマグネットを詳細に示したものである。かかるバルクマグネット８００は、外径６０ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体８１０、第２平面リング８２０、８３０、外周補強リング８４１、第２外周補強リング８４３、内周補強リング８５１、及び、第２内周補強リング８５３から構成されている。
さらに、図２０Ａに示す外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング５１ｄ１の８枚に関しては、表面に銀成膜処理を行い、９枚の外径６０ｍｍ、内径４３．５ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍのＮｉＣｒリング板を第１平面リング５１ｄ２と交互に積層してリング状バルク体５１ｄとし、外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２０ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製の外周補強リング５３ｄ中に配置した。このとき、リング５１ｄ１とＮｉＣｒ製の第１平面リング、アルミ合金製外周補強リング５３ｄとリング状バルク体５１ｄとは、半田によりそれぞれ接着した。
また、外径６０ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの４個のリング状バルク体５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ、５１ｆについては、それぞれ外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ１５．０ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製の外周補強リング５３ｂ、５３ｃ、５３ｅ、５３ｆ中に半田接合により配置し、４個のバルクマグネットを作製した。
このようにして得られた７個のバルクマグネットを、図２０Ａに示すように積層し、バルクマグネット構造体５０Ｅを作製した。
積層して得られたバルクマグネット構造体５０Ｅは、冷却装置のコールドヘッド上に固定され、真空断熱容器のカバーを装着した後、１００Ｋに冷却した。バルクマグネット構造体５０Ｅの中心が印加磁場の中心位置に一致するように、冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットの室温ボアに挿入した。その後、マグネットの中心磁場が約７Ｔとなるよう通電し、マグネットを励磁した。マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体５０Ｅを２５Ｋに冷却し、温度が安定した後、マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った。着磁後、冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットのボアから引き抜き、バルクマグネット構造体５０Ｅの中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場分布に対し、ほぼ同レベルの磁場分布が得られていることが分かった。
次に冷却装置の温度制御を行う温度制御装置を用い、バルクマグネット構造体５０Ｅを５１Ｋに昇温し、温度が安定した状態で、中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、僅かに磁場強度が低下している様子が確認できたので、約１時間後に再度測定したところ、フラックスクリープの影響により、磁場中心部で磁場強度が低下し、磁場分布が均一化していた。そこで、フラックスクリープによる磁場強度の低下を防止するため、素早く３５Ｋにまで冷却し、温度が３５Ｋで安定した状態で再度軸方向中心部の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間における磁場強度の差が５０ｐｐｍ以内にまで均一化していることが確認できた。
このような着磁方法により、単結晶状のＥｕ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＥｕ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング状バルク体を複数個が積層された構造を有し、かつ、バルクマグネット構造体５０Ｅの端部に第２平面リングを用いて補強されたバルクマグネットを配置することによって、７Ｔの強磁中においても、割れることなく、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間において５００ｐｐｍの均一性を有する外部磁部分布中で着磁することによって、バルクマグネット構造体５０Ｅ内の同区間における磁場強度の差を５０ｐｐｍにまで均一化できることが確認できた。
（実施例５）
実施例５では、上述した本発明の一実施形態に係るバルクマグネット構造体の着磁方法により、図２１Ａに示すバルクマグネット構造体５０Ｆを着磁した。具体的には、図２１Ｃに示すような、磁場発生装置５と、内部にバルクマグネット構造体５０Ｆが収容される真空断熱容器１０Ｂと、冷却装置２０と、温度制御装置３０とを含んで構成される着磁システム１Ｂを用いて着磁を行った。図２１Ｃに示す着磁システム１Ｂは、図１に示した着磁システム１と構成は同一である。バルクマグネット構造体５０Ｆは、図２１Ｃに示すように、円柱状のバルクマグネット側がコールドヘッド２１と接触するように載置される。磁場発生装置として、室温ボア径１５０ｍｍの超電導マグネット（ＪＡＳＴＥＣ製 １０Ｔ１５０）を約６Ｔに励磁し、着磁のための印加磁場とした。このときの印加磁場の分布は、実施例１と同様、図２左側に示すような形状であった。
単結晶状のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散された外径６０ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を７枚作製した。また、同様の組織を有する外径６０ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリング状バルク体を１個、また、同様の組織を有する外径６０ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状バルク体を２個作製した。さらに、同様の組織を有する外径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状酸化物超電導バルク体を１個作製した。
また、外径６０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を８枚作製し、また、それぞれのリング状バルク体の表面に銀成膜処理を行った。さらに同様の組織を有する外径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状酸化物超電導バルク体を７枚作製した。
次に、外径６０ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング状バルク体を用いて、補強されたバルクマグネットを作製した。バルクマグネットの作製にあたり、第２平面リングとして、外径６４ｍｍ、内径２６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３１４板を８枚作製した。また、外周補強リングとして外径８０ｍｍ、内径６４ｍｍ、高さ１９ｍｍのＳＵＳ３１４製のリングを１個作製し、第２外周補強リングとして、外径６４ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２ｍｍのＣｕ製のリングを７個作製した。さらに、第２内周補強リングとして、外径２９ｍｍ、内径２６ｍｍ、高さ２ｍｍのＳＵＳ３１４製のリングを７個作製し、内周補強リングとして、外径２６ｍｍ、内径２４ｍｍ、高さ１９ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製のリングを１個作製した。このとき、１つのＳＵＳ３１４製の外周補強リング中のＣｕ製の第２外周補強リング、リング状バルク体、ＳＵＳ３１４製の第２平面リング、ＳＵＳ３１４製の第２内周補強リング、アルミ合金（Ａ５１０４）製の内周補強リングを半田によりそれぞれ接着した。このようにバルクマグネット構造体の端部に配置する１個のバルクマグネットを作製した。
また、外径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状酸化物超電導バルク体を用いて、補強されたバルクマグネットを作製した。バルクマグネットの作製にあたり、平面補強板として、外径６４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３１４板を８枚作製した。また、外周補強リングとして外径８０ｍｍ、内径６４ｍｍ、高さ１９ｍｍのＳＵＳ３１４製のリングを１個作製した。また、第２外周補強リングとして、外径６４ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２ｍｍのＣｕ製のリングを７個作製した。
これらを図２１Ｂのように配置することで、バルクマグネット構造体の端部に配置する１個の円柱状のバルクマグネットを作製した。図２１Ｂに示したバルクマグネット構造体の一側の端部に配置する円柱状のバルクマグネット９００は、図２１Ａの積層体５１ａと外周補強リング５３ａとからなるバルクマグネットを詳細に示したものである。かかるバルクマグネット９００は、外径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状酸化物超電導バルク体９１０、平面補強板９２０、外周補強リング９３１、第２外周補強リング９３３から構成されている。
さらに、図２１Ａに示す外径６０ｍｍ、内径４２ｍｍ、厚さ２ｍｍのリング５１ｄ１の８枚に関しては、表面に銀成膜処理を行い、９枚の外径６０ｍｍ、内径４３．５ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍのＳＵＳ３１６リング板を第１平面リング５１ｄ２と交互に積層してリング状バルク体５１ｄとし、外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ２０ｍｍのアルミ合金（Ａ５１０４）製の外周補強リング５３ｄ中に配置した。このとき、リング５１ｄ１とＮｉＣｒ製の第１平面リング５１ｄ２、アルミ合金製の外周補強リング５３ｄとリング状バルク体５１ｄとは、半田によりそれぞれ接着した。
このようにして得られた７個のバルクマグネットを、図２１Ａに示すように積層し、バルクマグネット構造体５０Ｆを作製した。
積層して得られたバルクマグネット構造体５０Ｆは、図２１Ｃに示した冷却装置２０のコールドヘッド２１上に固定され、真空断熱容器１０Ｂのカバーを装着した後、１００Ｋに冷却した。バルクマグネット構造体５０Ｆの中心が印加磁場の中心位置に一致するように、冷却装置２０のコールドヘッド２１部分をマグネットの室温ボアに挿入した。その後、マグネットの中心磁場が約６Ｔとなるよう通電し、マグネットを励磁した。マグネットの励磁完了後、バルクマグネット構造体５０Ｆを２５Ｋに冷却し、温度が安定した後、マグネットの印加磁場を０．０５Ｔ／分でゼロ磁場まで減磁し、着磁を行った。着磁後、冷却装置のコールドヘッド部分をマグネットのボアから引き抜き、バルクマグネット構造体５０Ｆの中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場分布に対し、ほぼ同レベルの磁場分布が得られていることが分かった。
次に冷却装置２０の温度制御を行う温度制御装置３０を用い、バルクマグネット構造体５０Ｆを５３Ｋに昇温し、温度が安定した状態で、中心軸上の磁場分布を測定した。その結果、僅かに磁場強度が低下している様子が確認できたので、約１時間後に再度測定したところ、フラックスクリープの影響により、磁場中心部で磁場強度が低下し、磁場分布が均一化していた。そこで、フラックスクリープによる磁場強度の低下を防止するため、素早く３０Ｋにまで冷却し、温度が３０Ｋで安定した状態で再度軸方向中心部の磁場分布を測定した。その結果、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間における磁場強度の差が８０ｐｐｍ以内にまで均一化していることが確認できた。
このような着磁方法により、単結晶状のＧｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング状バルク体および円柱状酸化物超電導バルク体を複数個が積層された構造を有し、かつ、バルクマグネット構造体５０Ｆの端部に第２平面リングを用いて補強されたバルクマグネットを配置することによって、６Ｔの強磁中においても、割れることなく、印加磁場の中心の両側約１０ｍｍの区間において５００ｐｐｍの均一性を有する外部磁部分布中で着磁することによって、バルクマグネット構造体５０Ｆ内の同区間における磁場強度の差を８０ｐｐｍにまで均一化できることが確認できた。
なお、図２１Ａに示した実施例５のバルクマグネット構造体５０Ｆは、上述したように、図２１Ｃに示すような磁場発生装置５と、内部にバルクマグネット構造体１００が収容される真空断熱容器１０Ｂと、冷却装置２０と、温度制御装置３０とを含んで構成される着磁システム１Ｂにより着磁される。この際、コールドヘッド２１上には、円柱状酸化物超電導バルク体を用いて構成された補強されたバルクマグネットが接触するようにバルクマグネット構造体５０Ｆは配置される。また、本発明において円柱状酸化物超電導バルク体の位置は特に限定されないが、ＮＭＲ等にて使用する際には、図２１Ｃに示すように、試料挿入側はリング状バルク体とし、これと反対側のコールドヘッド２１側に円柱状酸化物超電導バルク体を配置するのが好ましい。
（比較例１）
外周補強リングを用いずにバルクマグネット構造体を構成した点を除いて、実施例１と同様の条件で、着磁し、磁場分布を測定した。その結果、少なくとも中央部の５１ｄに割れが発生し、中央部の捕捉磁束密度は、２Ｔ程度にまでで低下した。この結果から外周補強リングなしでは、５Ｔレベルの強磁場を捕捉することすら困難であることが確かめられた。
（比較例２）
図６の中央の５１ｄの内径を５１ｃおよび５１ｅと同一にした点を除いて、実施例１と同様の条件で、着磁し、磁場分布を測定した。その結果、マグネット構造体の積層方向の中心から軸方向に１０ｍｍの範囲内の空間で、磁場均一性は５００ｐｐｍであり、中心部分での磁場の均一化は見られなかった。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆ バルクマグネット構造体
５１ｄ 積層体
５１ｄ２ 第１平面リング
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ バルクマグネット
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０ リング状酸化物超電導バルク体
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０ 第２平面リング
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３００ 外周補強リング
５４０、６４００ 内周補強リング
６３１０ 第２外周補強リング
６４１０ 第２内周補強リング
９１０ 円柱状酸化物超電導バルク体
９２０ 平面補強板

Claims (15)

  1. 複数のリング状酸化物超電導バルク体と、
    複数積層された前記リング状酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、
    を備え、
    少なくとも一つの前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径は、当該酸化物超電導バルク体に隣接する前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きい、バルクマグネット構造体。
  2. 複数のリング状酸化物超電導バルク体と、
    複数積層された前記リング状酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、
    を備え、
    少なくとも一つの前記リング状酸化物超電導バルク体は、前記リング状酸化物超電導バルク体と第１平面リングとが交互に配置された積層体からなる、バルクマグネット構造体。
  3. 複数の酸化物超電導バルク体と、
    複数積層された前記酸化物超電導バルク体の外周面を覆うように嵌合された少なくとも１つの外周補強リングと、
    を備え、
    複数の前記酸化物超電導バルク体は、少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体を含み、かつ、前記リング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体を積層して構成され、
    バルクマグネット構造体を構成する前記酸化物超電導バルク体のうち少なくとも１つは、前記リング状酸化物超電導バルク体と第２平面リングとが交互に配置された積層体からなり、
    前記第２平面リングは、金属からなる、バルクマグネット構造体。
  4. 前記リング状酸化物超電導バルク体のうち積層方向中央部に位置する中央酸化物超電導バルク体の内周径は、当該中央酸化物超電導バルク体に隣接する前記リング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
  5. 前記隣接するリング状酸化物超電導バルク体の内周径よりも大きいリング状酸化物超電導バルク体の積層方向（Ｚ軸方向）高さが１０ｍｍから３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
  6. バルクマグネット構造体の積層方向端部のうちいずれか一方には、円柱状酸化物超電導バルク体が配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
  7. 前記第２平面リングと積層体を構成する前記リング状酸化物超電導バルク体の厚さは１０ｍｍ以下である、請求項３〜６のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
  8. 前記酸化物超電導バルク体と前記外周補強リングとの間に、第２外周補強リングを備える、請求項３〜７のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
  9. 前記リング状酸化物超電導バルク体は、内部に内周補強リングを備え、前記リング状酸化物超電導バルク体と前記内周補強リングとの間に、第２内周補強リングを備える請求項３〜８のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
  10. 前記酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５（ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素。６．８≦ｙ≦７．１）が分散された組織を有する酸化物を含んでなる、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体。
  11. バルクマグネット構造体の着磁方法であって、
    前記バルクマグネット構造体は、少なくとも１つのリング状酸化物超電導バルク体を有し、かつ、前記リング状酸化物超電導バルク体または円柱状酸化物超電導バルク体を積層して構成され、
    前記バルクマグネット構造体の温度を調整する温度制御装置および前記バルクマグネット構造体に磁場を印加する磁場発生装置により、前記バルクマグネット構造体の超電導状態が維持されている状態で、前記磁場発生装置により、前記バルクマグネット構造体に印加される印加磁場の強度を減じる基本着磁工程を含み、
    当該基本着磁工程の後、前記バルクマグネット構造体の軸方向における少なくとも一部の領域の磁場分布が着磁前の印加磁場分布よりも均一となる磁場均一化領域となるように、前記温度制御装置または前記磁場発生装置のうち少なくともいずれか一方を制御して、前記バルクマグネット構造体を着磁する、バルクマグネット構造体の着磁方法。
  12. 前記基本着磁工程の後、前記バルクマグネット構造体の温度を保持または所定の温度まで昇温し、前記磁場均一化領域の磁場分布の均一性を向上させる第１温度調整工程と、
    前記第１温度調整工程の後、前記バルクマグネット構造体を降温する第２温度調整工程と、
    を含む、請求項１１に記載のバルクマグネット構造体の着磁方法。
  13. 前記磁場発生装置による着磁前の前記バルクマグネット構造体の軸方向における印加磁場分布は、磁場中心部で上に凸または下に凸であり、
    前記第１温度調整工程において、少なくとも前記バルクマグネット構造体の中央部分に配置された前記リング状酸化物超電導バルク体の超電導電流分布を変化させる、請求項１２に記載のバルクマグネット構造体の着磁方法。
  14. 前記第１温度調整工程において、前記バルクマグネット構造体の中央部分に配置された前記リング状酸化物超電導バルク体を、当該リング状酸化物超電導バルク体全体に超電導電流が流れるフル着磁状態にする、請求項１３に記載のバルクマグネット構造体の着磁方法。
  15. 真空容器内に収容された前記請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバルクマグネット構造体と、
    前記バルクマグネット構造体を冷却する冷却装置と、
    前記バルクマグネット構造体の温度を調整する温度制御装置と、
    を含む、ＮＭＲ用マグネットシステム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019225721A1 (ja) * 2018-05-23 2019-11-28 日本製鉄株式会社 磁場発生装置及び磁場発生装置の着磁方法
JP7048413B2 (ja) * 2018-05-23 2022-04-05 株式会社東芝 超電導磁石装置の運転方法および超電導磁石装置
JP7151173B2 (ja) * 2018-05-28 2022-10-12 住友電気工業株式会社 超電導コイル体および超電導機器
WO2020067458A1 (ja) * 2018-09-28 2020-04-02 日本製鉄株式会社 核磁気共鳴用磁石ユニット及び核磁気共鳴用磁場発生装置
EP3822992B1 (en) 2019-11-14 2023-09-06 Bruker Switzerland AG Method for charging a superconductor magnet system, with a main superconductor bulk magnet and a shield superconductor bulk magnet
EP3910651B1 (en) 2020-05-14 2022-10-26 Bruker Switzerland AG Superconducting magnet system, with individual temperature control of axially stacked bulk sub-magnets
EP4053860B1 (en) 2021-03-05 2023-06-21 Bruker Switzerland AG A method for charging a superconductor bulk magnet by field-cooling, with at least one non-homogeneous magnetic field component of the applied charger magnetic field
JP2022161154A (ja) * 2021-04-08 2022-10-21 住友重機械工業株式会社 超伝導磁石装置およびサイクロトロン
EP4080527B1 (en) * 2021-04-20 2023-06-21 Bruker Switzerland AG Method for charging a superconductor magnet system, with sequential cooling of superconductor bulk sub-magnets
EP4177624A1 (en) 2021-11-09 2023-05-10 Bruker Switzerland AG A method for homogenizing a magnetic field profile of a superconductor magnet system, in particular with feedback by a measured magnetic field profile

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002008917A (ja) * 2000-06-26 2002-01-11 Inst Of Physical & Chemical Res 超伝導体磁場応用装置の制御方法とこの方法を用いた核磁気共鳴装置と超伝導磁石装置
JP2007129158A (ja) * 2005-11-07 2007-05-24 Aisin Seiki Co Ltd 磁場発生装置及び核磁気共鳴装置
JP2009156719A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Imura Zairyo Kaihatsu Kenkyusho:Kk 超電導磁場発生装置、超電導磁場発生装置の着磁方法および核磁気共鳴装置
US20100219833A1 (en) * 2007-07-26 2010-09-02 Emscan Limited Magnet assembly
JP2014053479A (ja) * 2012-09-07 2014-03-20 Aisin Seiki Co Ltd 超電導体、超電導磁石、超電導磁場発生装置及び核磁気共鳴装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4317646B2 (ja) * 2000-06-26 2009-08-19 独立行政法人理化学研究所 核磁気共鳴装置
JP5143006B2 (ja) * 2005-10-03 2013-02-13 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 磁気の共鳴スペクトルを得るための輪状磁石を使ったシステム
JP5583502B2 (ja) * 2010-07-14 2014-09-03 公益財団法人鉄道総合技術研究所 強磁場小型超電導マグネット
US20160155554A1 (en) * 2013-05-22 2016-06-02 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Oxide superconducting bulk magnet
JP6402501B2 (ja) * 2014-06-20 2018-10-10 アイシン精機株式会社 超電導磁場発生装置、超電導磁場発生方法及び核磁気共鳴装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002008917A (ja) * 2000-06-26 2002-01-11 Inst Of Physical & Chemical Res 超伝導体磁場応用装置の制御方法とこの方法を用いた核磁気共鳴装置と超伝導磁石装置
JP2007129158A (ja) * 2005-11-07 2007-05-24 Aisin Seiki Co Ltd 磁場発生装置及び核磁気共鳴装置
US20100219833A1 (en) * 2007-07-26 2010-09-02 Emscan Limited Magnet assembly
JP2009156719A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Imura Zairyo Kaihatsu Kenkyusho:Kk 超電導磁場発生装置、超電導磁場発生装置の着磁方法および核磁気共鳴装置
JP2014053479A (ja) * 2012-09-07 2014-03-20 Aisin Seiki Co Ltd 超電導体、超電導磁石、超電導磁場発生装置及び核磁気共鳴装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230084198A (ko) 2020-10-09 2023-06-12 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 정보 처리 장치, 이동체 장치, 및 통신 시스템

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