JP2023071604A - 超伝導磁石システムの磁場プロファイルを、特に測定された磁場プロファイルによるフィードバックによって均一化するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超伝導磁石システムの磁場プロファイルを簡単かつ安価な方法で均一化する方法を提供する。【解決手段】超伝導磁石システムの磁場プロファイルを均一化するための方法は、初期電流を最終電流に変更するために、バルクサブ磁石の温度を測定することなく、バルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力を制御することによって複数のバルクサブ磁石（上部バルクサブ磁石、中間バルクサブ磁石、下部バルクサブ磁石）の温度を選択し、バルクサブ磁石の少なくとも一部について、加熱力が少なくとも一時的に互いに異なるように設定し、かつ／または冷却力を少なくとも一時的に互いに異なるように設定する。【選択図】図６

Description

本発明は、超伝導磁石システムの磁場プロファイルを均一化するための方法に関するものであり、
超伝導磁石システムは、
－室温ボアを有するクライオスタットと、
－クライオスタット内に収容され、室温ボアと同軸に配置された超伝導バルク磁石と、
－超伝導バルク磁石を冷却するように適合された極低温冷却システムと
を備え、
超伝導バルク磁石は、Ｎ≧３である少なくともＮ個の軸方向に積み重ねられたバルクサブ磁石を備え、
初期状態において、バルクサブ磁石は、初期分配方式に従った相対的な割合を有するそれぞれの初期電流を搬送し、
この方法は、初期電流を、初期分配方式とは異なる最終分配方式に従った相対的な割合を有する最終電流に変更する事後補正ステップを含み、
最終電流に基づく超伝導バルク磁石の磁場プロファイルは、初期電流に基づく磁場プロファイルよりも均一であり、
極低温冷却システムは、各バルクサブ磁石の温度を別々に制御するように適合され、
初期電流を最終電流に変更するために、バルクサブ磁石の少なくとも一部の温度は、互いに少なくとも一時的に異なるように選択され、その結果
－バルクサブ磁石の第１の部分について、この第１の部分におけるバルクサブ磁石は、少なくともほぼ磁気的に飽和、特に、少なくとも９９％の相対磁気飽和となっており、
－バルクサブ磁石の第２の部分について、この第２の部分におけるバルクサブ磁石は、磁気飽和から大きく離れており、特に、最大で９５％の相対磁気飽和となっている。

そのような方法は、公開後の欧州特許出願第２０１７４６８３．１号明細書から知られている。

超伝導体は、実質的にオーム損失なしで電流を搬送することができる材料である。超伝導体は、例えば、高強度の磁場の生成のため、特に核磁気共鳴（＝ＮＭＲ）ために使用される。しかし、超伝導状態は超伝導材料に特有の臨界温度Ｔ_ｃｒｉｔ未満でしか想定されないので、超伝導体は極低温にさらされる必要がある。したがって、超伝導体は、通常、断熱のためにクライオスタット内に配置される。

一般的な超伝導体用途は、テープ状またはワイヤ状の超伝導線などの超伝導線である。超伝導線は、（例えば、電流輸送のために）、そのまま、または、所望の形態、例えばコイル状に巻いた後に使用されてもよい。具体的には、高磁場用途の超伝導コイルは、通常、ソレノイド型に巻かれた超伝導線から作製される。

しかしながら、超伝導バルク磁石も知られている。この場合、超伝導電流は、超伝導バルク磁石が概して閉じたリング形状である状態で、超伝導体の部片または積層片の内部を循環する。そのような構造は、製造が簡単で安価であり、しばしば高温超伝導体（＝ＨＴＳ）材料から作製される。

超伝導バルク磁石は、例えば米国特許出願第７，８５９，３７４Ｂ２号明細書に記載されている「磁場冷却」と呼ばれる手順によって装填されてもよい。この手順では、超伝導バルク磁石が充電器磁石の充電器ボアの内側に配置され、次いで、超伝導バルク磁石の温度Ｔ_ｂｕｌｋがまだＴ_ｃｒｉｔを上回っている間に、充電器磁石がオンにされ磁場を生成する。次いで、超伝導バルク磁石はＴ_ｃｒｉｔ未満まで冷却され、超伝導になる。続いて、Ｔ_ｂｕｌｋをＴ_ｃｒｉｔ未満に維持した状態で、充電器磁石がオフにされ、この手段によって超伝導バルク磁石内に電流が誘導され、その結果、超伝導バルク磁石内の磁束が維持される。言い換えれば、超伝導バルク磁石は、その内部に磁場を捕捉する。次いで、超伝導バルク磁石は、充電器磁石から取り外されてもよく、捕捉磁場が使用され得る場所に運ばれてもよい。

上述されたＮＭＲ用途などの多くの用途では、磁場に高い均一性があることが望ましい。しかしながら、磁場冷却プロセスを介して磁化され、その超伝導ボア内にもたらされる超伝導バルク磁石の磁場は、典型的には比較的低い均一性を有する。

欧州特許出願第３４９２９４１Ａ１号明細書は、同一の外径および異なる半径方向の厚さの、軸方向に積み重ねられた複数のリング状バルク体からなるバルク磁石構造体を提案している。中央バルク体は、最小の半径方向の厚さを有する。バルク体の間には、熱伝導率が高い金属製の平面リングが配置される。バルク磁石構造体は、基本的な磁化ステップにおいて磁場冷却によって帯電する。次いで、第１の温度調整ステップでは、バルク磁気構造体の温度は、磁場分布の均一性を改善するために上げられ、中央バルク体は完全磁化状態になる。第２の温度調整ステップでは、バルク磁気構造体の温度が下げられる。

この手順は、磁場の均一化のためにバルク磁気構造体内の電流の何らかの再分配を可能にするが、達成可能な電流分布は、リング状バルク体の半径方向の厚さの分布によって、すなわちハードウェア設計によって制限される。したがって、製造公差による磁場不均一性の補償はかなり制限される。

欧州特許出願第２０１７４６８３．１号明細書では、超伝導磁石システムおよび超伝導磁石システムの磁場プロファイルを均一化するためのいくつかの方法が提案されている。超伝導磁石システムは、クライオスタットと、複数のバルクサブ磁石を有する超伝導バルク磁石と、極低温冷却システムとを備える。極低温冷却システムは、各バルクサブ磁石の温度を別々に制御するように適合され、各バルクサブ磁石における温度センサと、各バルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力を調整するための調整ユニットとを備える。１つの方法では、超伝導バルク磁石によって搬送される初期のあまり均一でない磁場を補正することが提案されている。この目的のために、少なくとも一時的に、バルクサブ磁石の第１の部分は、温度を上げることによって少なくとも磁気飽和に近づけられ、バルクサブ磁石の第２の部分は、磁気飽和から大きく離れた状態とする。このようにして、第１の部分では何らかのドリフトが開始され得るが、第２の部分は安定したままであり、これにより、磁場の均一性を高めるため、異なるバルクサブ磁石の磁場寄与を調整することができる。この方法の実行中、磁場プロファイルは繰り返し測定される。同欧州特許出願の図２２に提示された例では、パラメータの中で特に、異なるバルクサブ磁石の温度を時間の関数として示している。同欧州特許出願の図２７のワークフローについての説明では、バルクサブ磁石ごとに温度センサを備える上述された超伝導磁石システム上で上記方法を実行することが記載される。

バルクサブ磁石にあるそのような温度センサは、超伝導磁石システムまたはその極低温冷却システムをより複雑にし、且つその結果、より高価にする。さらに、温度センサは、超伝導体のクライオスタットの内部および充電器磁石の充電器ボアの内部の限られた空間にいくらかの追加の空間を必要とし、それは、所与のシステムサイズでのシステム性能を低下させ、且つその結果、コスト効率を低下させる可能性がある。

公開後の欧州特許出願第２１１６９４６５．８号明細書は、複数のバルクサブ磁石を備える超伝導磁石システムの磁場冷却のための方法をさらに開示する。この方法では、バルクサブ磁石は、事前に計算された充電器電流ステップパターンに従って順次冷却され充電される。

欧州特許出願第２０１７４６８３．１号明細書 米国特許出願第７，８５９，３７４Ｂ２号明細書 欧州特許出願第３４９２９４１Ａ１号明細書 欧州特許出願第２１１６９４６５．８号明細書

本発明の目的は、超伝導磁石システムの磁場プロファイルが簡単かつ安価な方法で均一化され得る方法を提供することである。

本発明によれば、冒頭で紹介した方法により、初期電流を最終電流に変更するために、バルクサブ磁石の温度を測定することなく、バルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力を制御することによってバルクサブ磁石の温度が選択され、バルクサブ磁石の少なくとも一部について、加熱力が少なくとも一時的に互いに異なるように設定され、かつ／または冷却力が少なくとも一時的に互いに異なるように設定されることを特徴とすることで、上記目的が達成される。

本発明は、各バルクサブ磁石の正確な温度を知らずとも、バルクサブ磁石の加熱力および／または冷却力を変更することによって初期電流を最終電流に変更することを提案する。個々のバルクサブ磁石の温度チェックは完全に省かれ、事後補正ステップにおける磁場の均一化を単純化する。これは、本発明の方法が、個々のバルクサブ磁石用の温度センサなしに超伝導磁石システム上で実行され得ることを意味する。超伝導磁石システムの設計を簡単なものに保つことができ、そのコストは、そのような温度センサを含む超伝導磁石システムと比較して廉価に保つことができる。

本発明の方法を実行するために、通常、初期捕捉磁場プロファイルは、バルクサブ磁石によって搬送される初期電流に基づいて特定（測定）される。次いで、磁場均一性を改善するために補正される必要がある初期捕捉磁場プロファイルの領域、すなわち、他の領域と比較して所望の捕捉磁場よりも局所的に高いことを示す領域が識別され、さらに、所望の捕捉磁場よりも局所的に高いことに関与し、したがって初期捕捉磁場プロファイルの電流減少を必要とする対応するバルクサブ磁石（「バルクサブ磁石の第１の部分」）が識別される。これに続いて、電流減少を必要としないバルクサブ磁石（「バルクサブ磁石の第２の部分」）の温度は、それぞれのバルクサブ磁石が磁気飽和から大きく離れるように設定／変更される。バルクサブ磁石の第１の部分の温度は、それぞれのバルクサブ磁石が少なくともほぼ磁気的に飽和するように設定／変更される。これは、個々のバルクサブ磁石において（例えば、バルクサブ磁石の第１の部分のためのヒータ要素の加熱力の増加、またはバルクサブ磁石の第２の部分のための調整可能な熱インピーダンスの冷却力の増加に伴って）加熱力および／または冷却力を設定／変更することによって行われる。

バルクサブ磁石の第１の部分が少なくともほぼ磁気飽和すると、第１の部分のバルクサブ磁石は、それらの電流の著しい漸進的喪失（「ドリフト」）を示し、この第１の部分のバルクサブ磁石のエネルギーはゆっくりと消散し、磁場プロファイルに対する第１の部分のバルクサブ磁石の寄与を弱める。結合により、磁束（およびそれぞれの電流）の一部は、第２の部分の他の（非飽和）バルクサブ磁石によって引き継がれてもよい。第１の部分のバルクサブ磁石内のドリフトは、磁場プロファイルをゆっくりと調整するために、特にそれを均一化するために使用される。このドリフトは、第１の部分の異なるバルクサブ磁石において異なる強さであってもよく、かつ／または第１の部分の異なるバルクサブ磁石において異なる長さで持続するように設定されてもよいことに留意されたい。詳細には、バルクサブ磁石はそれぞれ、事後補正ステップ中に第１の部分と第２の部分との間で（通常、第１の部分から第２の部分に）個別にシフトすることができる。

ドリフトの強度を特定し、かつ／または磁場プロファイルの変化を監視するために、捕捉磁場プロファイルの測定は、通常、事後補正ステップ中に定期的に、特に、周期的または連続的に実行される。次いで、例えば、ドリフトがないか、またはドリフトが低すぎるときに、第１の部分のバルクサブ磁石のための加熱力および／または冷却力が調整されてもよい。この調整は、バルクサブ磁石の正確な温度を知ることなく実行される。

所望の磁場プロファイルに達すると、第１の部分の（最後に残った）バルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力は、それぞれのバルクサブ磁石が磁気飽和から大きく離れるように変更される。所望の磁場プロファイルに達する直前に、ここでの加熱力および／または冷却力を徐々に変化させること、特に、第１の部分のバルクサブ磁石ごとに別々に変化させることも可能である。このようにして、事後補正ステップの終わりに近い磁場プロファイルの補正がより正確に実行され、より高い最終磁場の均一性をもたらすことができるように、ドリフトを調整する（すなわち、弱める／減速する）ことができる。詳細には、第１の部分の１つまたは複数のバルクサブ磁石の寄与を非常に弱くすることによって磁場プロファイルに不均一性をもたらすリスクを低減することができる。

したがって、本発明によれば、個々のバルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力は、サンプルボリューム内の超伝導磁石システムの磁場プロファイルの反復測定からのフィードバックを使用して適合されてもよく、特に高い磁場均一性が達成されうる。

加熱力および／または冷却力の個別の制御により、バルクサブ磁石は、それらのそれぞれの磁場寄与を弱めるために自由に選択されてもよい。通常、１つのバルクサブ磁石または２つのバルクサブ磁石のみが、一度に少なくともほぼ磁気飽和になる。事後補正ステップにおける第１の部分または第２の部分へのバルクサブ磁石の割当ては経時的に変更してもよく、必要な場合、そのような割当ては個々のバルクサブ磁石に対して複数回行われてもよい。

この方法は、超伝導磁石システムのサンプルボリューム内に非常に高い均一性を有する磁場を確立することを可能にし、実行が容易であり、その温度を知らずとも正常に機能する。

本発明の好ましい変形形態
本発明の方法の好ましい変形形態では、超伝導磁石システムは、バルクサブ磁石の温度を測定するための熱センサなしで設計される。本発明の方法はバルクサブ磁石の温度を測定せずとも正常に機能するので、超伝導磁石システムにおけるそれぞれのバルクサブ磁石に熱センサを装備する必要はない。しかしながら、通常、（共通の）冷却ステージ（「冷却プレート」）に１つの熱センサが存在することに留意されたい。超伝導磁石システムの複雑度は低く保たれ、超伝導磁石システムはコンパクトな設計を有することができ、且つ全体的なコストを減らすことができる。

別の好ましい変形形態では、第１の部分において、バルクサブ磁石における加熱力は、第２の部分と比較して少なくとも一時的に高く選択され、かつ／または第１の部分において、バルクサブ磁石における冷却力は、第２の部分と比較して少なくとも一時的に低く選択される。これは、特に、バルクサブ磁石が等しいタイプ（特に同じサイズおよび材料）である場合に、第１の部分のバルクサブ磁石を磁気飽和に近づける容易な方法である。次いで、バルクサブ磁石の第１の部分においてドリフトが開始され、それによって第１の部分のバルクサブ磁石の磁場寄与を調整することができる。

事後補正ステップ中に、超伝導磁石システムの中間磁場プロファイルが最終電流に基づく所望の磁場プロファイルが取得されるまで繰り返し測定され、測定の間に、バルクサブ磁石の少なくともいくつかの加熱力および／もしくは冷却力が変更され、かつ／またはある時間待機される変形形態も好ましい。磁場プロファイルの繰り返し測定により、その温度を知らずとも、バルクサブ磁石の現在の状態、特にドリフト状態について知ることが可能である。さらに、本発明の方法の進行を監視することができる。本発明の方法の過程における予想外の変化に迅速に反応することも可能である。この変形形態の反復により、最終磁場の特に高い均一性が達成され得る。

この変形形態の好ましいさらなる発展形態では、少なくとも１つの測定された中間磁場プロファイルから、磁場均一性を高めるべく、前記磁場プロファイルへの寄与を低減させる、以下では過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）と呼ばれる１つまたは複数のバルクサブ磁石が識別されると、過充電バルクサブ磁石の寄与を低減するために、中間磁場プロファイルの測定後のしばらくの間、１つまたは複数のそれぞれの過充電バルクサブ磁石について、過充電バルクサブ磁石ではないバルクサブ磁石と比較して冷却力がより小さく選択され、かつ／または加熱力がより大きく選択される。これは、磁場プロファイルを均一化する簡単な方法である。磁場プロファイルに対して軸方向に積み重ねられたバルクサブ磁石のそれぞれの寄与は、それ自体の軸方向位置で最も強く、それ自体の軸方向位置から離れるにつれて弱くなっている。一般に、中央領域（ｚ＝０）のサンプルボリューム内の磁場プロファイルを調整するために、１つまたは複数の中央バルクサブ磁石が加熱力／冷却力に関して調整され、側部領域（ｚ＞０またはｚ＝０）のサンプルボリューム内の磁場プロファイルを調整するために、それぞれの側部の１つまたは複数の側部バルクサブ磁石が加熱力／冷却力に関して調整される。

別の好ましいさらなる発展形態では、過充電バルクサブ磁石の少なくとも一部に対して、それぞれの過充電バルクサブ磁石について、過充電バルクサブ磁石ではないバルクサブ磁石と比較して冷却力がより小さく選択され、かつ／または加熱力がより大きく選択される量は、磁場プロファイルに対するそれぞれのバルクサブ磁石の寄与を低減する最終局面で経時的に低減され、特に、前記量の減少は、中間磁場プロファイルの１つまたは複数のさらなる測定において識別される、磁場プロファイルに対するそれぞれのバルクサブ磁石の寄与が、残りどれくらい低減されるかに依存する。このようにして、磁場プロファイルの最終調整を慎重かつ正確に実行することが可能である。元々の不均一性は精度よく排除でき、且つ、新しい不均一性の導入を最小化することができる。事後補正ステップによる磁場の全体的な損失を最小化することができる。

バルクサブ磁石の少なくともいくつかにおいて加熱力および／または冷却力を変更した後の少なくとも１回の機会において、第１の時間期間が待機され、次いで少なくとも
－中間磁場プロファイルの第１の測定が行われ、
－第２の時間期間が待機され、
－中間磁場プロファイルの第２の測定が行われ、
少なくとも第１および第２の測定から、中間磁場プロファイルの電流ドリフト特性が特定され、
特定された電流ドリフト特性に基づいて、バルクサブ磁石の少なくともいくつかにおける加熱力および／もしくは冷却力の次の変化、ならびに／または待機されるべき次の時間が決定される
ことを特徴とする、さらなる開発形態も好ましい。待機のための上記第１の時間期間は、（加熱力および／または冷却力の変化によって引き起こされる）バルクサブ磁石内の電流の再分配に起因する可能な緩和プロセスが完了したことを保証することができる。第２の時間期間では、そのような緩和プロセスを伴わない線形ドリフトが生じる。待機のための上記第２の時間期間は、ドリフト特性を特定することを容易とする検出可能な電流変化を起こすことを保証することができる。ドリフト特性の特定は、特に正確に行うことができ、中間磁場プロファイルの補正用の信頼できるデータを提供する。第１および第２の時間期間中に、新しい緩和プロセスの発生を防止し、これにより磁場の補正のための有用で一貫したデータを受信するために、すべての加熱力および冷却力は一定に保たれるべきである。

－室温ボアを有するクライオスタットと、
－クライオスタット内に収容され、室温ボアと同軸に配置された超伝導バルク磁石と、
－超伝導バルク磁石を冷却するように適合された極低温冷却システムと
を備える、超伝導磁石システムであって、
超伝導バルク磁石が、Ｎ≧３である少なくともＮ個の軸方向に積み重ねられたバルクサブ磁石を備え、
バルクサブ磁石が、実質的にリング形状であり、室温ボアと同軸に配置され、
各２つの軸方向に隣接するバルクサブ磁石の間に、中間体が配置され、
中間体が、実質的にリング形状であり、室温ボアと同軸に配置され、
バルクサブ磁石が、中間体に支持され、
中間体が、バルクサブ磁石の材料の特有の熱伝導率よりも小さい特有の熱伝導率を有する非金属断熱材料から作製され、
極低温冷却システムが、各バルクサブ磁石の温度を別々に制御するように適合され、
バルクサブ磁石ごとに、それぞれのバルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力を調整するための調整ユニットが存在し、
超伝導磁石システムが、バルクサブ磁石の温度を測定するための熱センサなしに構成されること
を特徴とする、超伝導磁石システムも本発明の範囲内である。本発明の超伝導磁石システムは、超伝導バルクシステムの各バルクサブ磁石の温度の意図的な設定を可能にする。これにより、次に、充電器磁石による誘導充電後の単一または複数のバルクサブ磁石の意図的な磁気飽和（またはほぼ完全な飽和）が可能となり、したがってバルクサブ磁石内の電流の目標とする再分配が可能になる。結果として、本発明の超伝導磁石システムでは、特に、高い磁場均一性を達成するために、超伝導バルク磁石によって生成された磁場の高精度の再成形が可能になる。

バルクサブ磁石内の電流は別々に設定されてもよく、電流の個別設定は、一般に任意の磁石ハードウェアを用いて実行することができる。本発明は、特別に成形されたバルク超伝導磁石またはバルクサブ磁石をそれぞれ必要とせず、特に簡単で安価でコンパクトな磁石設計を使用することができる。詳細には、本発明の超伝導磁石システムは、軸方向に短い超伝導バルク磁石などのバルクサブ磁石上のデフォルトの（基本的な）電流分布が適用された場合に磁場勾配を引き起こすハードウェア設計で良好に機能する。

本発明は、所望の磁場プロファイルが達成されるまで１つまたは複数の選択されたバルクサブ磁石にドリフトを誘導することにより、超伝導バルク磁石の誘導充電後に電流の精密な設定を適用することができ、磁場プロファイルは、精密設定中にこの目的のために監視されてもよい。

バルクサブ磁石間に非金属断熱材料から作製された中間体を配置することにより、隣接するバルクサブ磁石を熱的に大きく切り離し、バルクサブ磁石間に必要に応じて大きくても細かくても安定した温度差を確立することが可能である。このようにして、バルクサブ磁石の磁化の飽和度（またはバルクサブ磁石内の対応する電流）が非常に正確に設定されてもよい。断熱材料は、通常、プラスチック材料またはプラスチックを含む複合材料である。

均一化のためにバルクサブ磁石の個々の温度をチェックする必要がないので、バルクサブ磁石用の温度センサは存在しない。温度センサがないことにより、超伝導磁石システムは、その複雑度を低減することができ、その結果、より安価になっている。温度センサによって占有される空間を追加で設ける必要がないことにより、所与のシステムサイズでのシステム性能が高められ、その結果、コスト効率を改善することができる。

調整ユニットは、各バルクサブ磁石において所望の加熱力および／または冷却力を別々に確立するために使用される。調整ユニットは、通常、電子制御ユニットによって制御される。典型的な調整ユニットには、調整可能なヒータ要素および／または調整可能な熱インピーダンスが含まれ、特に共通の冷却ステージに連結される。

メインの超伝導バルク磁石またはそれぞれのバルクサブ磁石は、一般に、例えば、ＲｅＢＣＯ型（Ｒｅ：希土類元素、特にＥｕ、Ｙ、もしくはＧｄ）、またはＢＳＣＣＯ型、またはＭｇＢ２型もしくはプニクチドからなる高温超伝導材料から作製される。

超伝導バルク磁石は、実質的に円筒（シリンダジャケット）形状であって且つ超伝導ボアとも呼ばれる中心（軸方向）ボアを有しており、複数の軸方向に積み重ねられたバルクサブ磁石を備える。バルクサブ磁石は、各々持続的な円形電流を可能にするために、一般に、閉じたリング形状である。バルクサブ磁石内の電流は、中心ボアの軸（「ｚ軸」）に実質的に沿って磁場を引き起こす。バルクサブ磁石は、各々「古典型」、すなわち溶融物から成長した一体型リングであってもよい。あるいは、バルクサブ磁石は、各々多数の軸方向層および／もしくは半径方向層を含んでもよく、特に多数の積層リング要素から作製されてもよく、かつ／または１つもしくは複数の管状の搬送体の表面上の円周方向超伝導コーティングを含んでもよい。通常、超伝導バルク磁石は、３～７個のバルクサブ磁石を備え、その温度は別々に制御されてもよい。

超伝導磁石システムの好ましい実施形態は、
バルクサブ磁石ごとに、それぞれのバルクサブ磁石に熱的に接続されたヒータ要素が存在し、
特に、ヒータ要素が調整ユニットによって制御され、調整ユニットがヒータ要素の可変加熱力をそれぞれのバルクサブ磁石に設定するように構成され、
特に、ヒータ要素が電気ヒータ要素であること
を特徴とする。ヒータ要素は、個々の加熱電力をバルクサブ磁石に迅速かつ正確に導入するため、バルクサブ磁石の温度を正確かつ直接的に制御する際に有用である。電気ヒータ要素は、特にコンパクトに構築されてもよく、比較的安価である。

別の好ましい実施形態は、
極低温冷却システムがすべてのバルクサブ磁石のための共通の冷却ステージを備えること、
および、バルクサブ磁石ごとに、共通の冷却ステージからそれぞれのバルクサブ磁石への熱接続部が存在し、
特に、その熱接続部が調整ユニットによって制御される熱スイッチを含むこと
を特徴とする。これは、バルクサブ磁石に冷却力、特に各バルクサブ磁石に少なくともほぼ等しい冷却力を提供するための簡単でコンパクトな方法である。共通の冷却ステージは、クライオクーラーに熱的に結合されており、これにより設計が単純化する。熱スイッチは、特に事後補正ステップ中に、冷却力を一時的に遮断することができる。各バルクサブ磁石において、一定の冷却力が可変の加熱力と組み合わされることが多いことに留意されたい。

好ましいさらなる発展形態では、熱接続部は、調整ユニットによって制御される可変熱インピーダンスを含み、調整ユニットは、それぞれのバルクサブ磁石における可変冷却力を設定するように構成される。このようにして、バルクサブ磁石の温度を正確かつ直接的に制御することも可能である。

有利な実施形態では、超伝導磁石システムは、室温ボアのサンプルボリューム内の磁場プロファイルを測定するための磁場センサデバイスをさらに備える。磁場を知ることにより、磁場プロファイルに対する異なるバルクサブ磁石の電流の影響を特定することが可能である。この情報に基づいて、磁場プロファイルが調整されるように、特に均一化されるように、バルクサブ磁石を加熱または冷却することができる。

好ましいさらなる発展形態は、磁場センサデバイスが、移動ステージ上に配置された少なくとも１つのセンサを備え、それにより、その少なくとも１つのセンサは、サンプルボリューム内の異なる位置におけるその少なくとも１つのセンサの反復読み出しによってサンプルボリューム内の磁場プロファイルを特定するために、サンプルボリューム内で移動できることを実現する。そのようなセンサ（「単一センサ」）は、容易に実現することができる。移動ステージを用いることで、その少なくとも１つのセンサはサンプルボリュームを走査することができる。測定位置の密度は、柔軟に選択することができる。センサデバイスは、軸外センサおよび／または軸上センサを備えてもよい。軸外センサの場合、移動ステージはまた、軸外センサの方位角移動を実現することができる。

代替の好ましいさらなる発展形態は、磁場センサデバイスが、サンプルボリューム内に分布するセンサ配置を備え、所定の位置に固定された上記配置におけるセンサの並列読み出しによってサンプルボリューム内の磁場プロファイルを特定するため、上記配置には、少なくともＮ個、好ましくは少なくとも２＊Ｎ個のセンサが含まれることを実現する。このセンサ配置は、磁場プロファイルの特に高速の（瞬間的な）取得を可能にし、それは、必要なら連続的に行うことができる。このセンサ配置内のセンサの数は、磁場プロファイルの測定の精度を高めるために増やすことができる。センサは、通常、軸外に、または軸上および軸外の両方に設けられる。

好ましい実施形態では、超伝導磁石システムは、室温ボア内の磁場プロファイルを自動的に均一化するための電子制御ユニットをさらに備え、電子制御ユニットは、上述された本発明の方法に従って超伝導バルク磁石の磁場プロファイルを自動的に均一化するように適合され、電子制御ユニットは、磁場センサデバイスで測定された測定中間磁場プロファイルを繰り返し受信し、中間測定値に基づいて、バルクサブ磁石の温度データを受信または評価することなく、電子制御ユニットは、バルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力を自動的に制御する。本発明の方法は、自動実装によく適しており、かなり簡単である。詳細には、いかなる温度データも処理する必要がない。電子制御ユニットの実装は、ユーザにとって非常に快適である。超伝導磁石システムの可用性が改善されうる。

さらに、本発明の上述された方法における本発明の上述された超伝導磁石システムの使用は、本発明の範囲内である。このようにして、簡単で安価な方法で磁場を均一化することが可能である。

説明および同封の図面から、さらなる利点を引き出すことができる。上記および下記に述べられた特徴は、本発明に従って、個別または集合的に任意の組合せで使用することができる。述べられた実施形態は、網羅的な列挙として理解されるべきではなく、むしろ本発明の説明のための例示的な特徴を有する。

本発明が図面に示されている。

本発明による方法を実行するための、単一の軸上磁場センサ、熱スイッチ、およびヒータを有する本発明の超伝導磁石システムの第１の実施形態の概略図である。 本発明による方法を実行するための、磁場センサ、非可変熱インピーダンス、およびヒータが配置される本発明の超伝導磁石システムの第２の実施形態の概略図である。 本発明による方法を実行するための、単一の軸外磁場センサおよび可変熱インピーダンスを有する本発明の超伝導磁石システムの第３の実施形態の概略図である。 本発明による方法を実行するための、単一の軸外磁場センサおよび熱スイッチを有する本発明の超伝導磁石システムの第４の実施形態の概略図である。 本発明の方法の変形形態の、充電器電流、バルクサブ磁石の電流、バルクサブ磁石における全体的な冷却力および加熱力の概略スケジュールを示す図である。 図５の概略的なタイムスケジュールのバルクサブ磁石の電流およびバルクサブ磁石における加熱力、さらに、磁気軸に沿った３つの位置における局所的な磁束密度の拡大図である。 図５および図６に示された本発明の方法の変形形態の過程で３つの時点において取得された磁場プロファイルの概略図である。 例示的な変形形態における、本発明の方法による全体的な充電手順についての概略図である。

本発明の超伝導磁石システム
図１は、例として、充電器磁石３の充電器ボア３ａ内に部分的に配置された本発明の超伝導磁石システム２の第１の実施形態を含む、超伝導充電装置１を概略図で示す。

充電器磁石３は、超伝導型または常伝導型であってもよく、充電器磁石３内を流れる充電器電流は、充電器磁石制御ユニット（詳細には図示せず）とともに設定されてもよい。充電器磁石３により、超伝導磁石システム２を誘導充電する目的で、充電器ボア３ａ内に磁束（または磁場）が生成されてもよい。生成された磁束は、一般に、中心軸Ａに平行に向けられる。

超伝導磁石システム２はクライオスタット４を備え、その内部は断熱のために真空に維持されている。クライオスタット４の内部には、ここでは３つのバルクサブ磁石６ａ，６ｂ，６ｃを備える超伝導バルク磁石５が収容されている。バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、一般に閉じたリング形状であり、超伝導磁石システム２の中心軸Ａに対して軸方向に積み重ねられ同軸に配置され、これにより、超伝導ボア７と呼ばれる、超伝導バルク磁石５の内部に半径方向中央に軸方向に延在する自由空間が生じる。バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、ＹＢＣＯなどの高温超伝導材料から作製される。個々のバルクサブ磁石６ａ～６ｃは、ここでは、各々バルク材料の単一のリングによって形成される。バルク材料の複数のリング状シートを組み合わせて、個々のバルクサブ磁石６ａ～６ｃを形成することも可能である（図示せず）。軸Ａはｚ軸とも呼ばれる。

隣接するバルクサブ磁石６ａ～６ｃの間に軸方向に、バルクサブ磁石６ａ～６ｃを互いに対して断熱するために、ここではポリイミド材料から作製された実質的にリング形状のワッシャのような中間体８ａ，８ｂが配置される。ポリイミド材料のさらなる中間体８ｃが、底部のバルクサブ磁石６ｃとバルクサブ磁石６ａ～６ｃ用の共通の冷却ステージ９（「コールドステージ」）との間に配置される。バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、中間体８ａ，８ｂおよびさらなる中間体８ｃの上に載っている。

図示された例では、バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、すべて同一の外径および内径を有する。さらに、図示された例では、中間体８ａ，８ｂおよびさらなる中間体８ｃは、バルクサブ磁石６ａ～６ｃより大きい外径およびそれらと同じ内径を有する。中間体８ａ，８ｂおよびさらなる中間体８ｃは、バルクサブ磁石６ａ～６ｃと同じ外径および内径を有することも可能である（図示せず）。

クライオスタット４の室温ボア７ａは、超伝導ボア７に達している。充電器磁石３またはその充電器ボア３ａ、超伝導バルク磁石５またはその超伝導ボア７、および室温ボア７ａは、同軸に配置される。超伝導ボア７の磁気中心であって室温ボア７ａ内には、超伝導磁石システム２によって生成された磁束に曝されるサンプルが配置され得るサンプルボリューム１０が配置される。

室温ボア７ａのサンプルボリューム１０内の磁場プロファイルを測定し特定するために、ここでは直線コネクタ１２ａを介して移動ステージ１２に取り付けられた１つのセンサ１１ａ（「単一のセンサ」）で構成された磁場センサデバイス１１が使用される。センサ１１ａは、中心軸Ａに対して軸上に配置され、サンプルボリューム１０内で移動ステージ１２によって垂直に移動することができる。このようにして、磁場プロファイルの軸上勾配、およびそれによる磁場プロファイルの軸上不均一性は、比較的簡単な方法で測定することができる。

超伝導磁石システム２は、超伝導バルク磁石５を冷却するための極低温冷却システム１３をさらに備える。本発明によれば、各バルクサブ磁石６ａ～６ｃの温度は、それぞれのバルクサブ磁石６ａ～６ｃにおいて加熱力および／または冷却力を制御することによって別々に調整されてもよい。この目的のために、ここでは、各バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、電気ヒータ要素１５ａ，１５ｂ，１５ｃおよび熱スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃに接続される。さらに、電気ヒータ要素１５ａ～１５ｃおよび熱スイッチ１６ａ～１６ｃは、調整ユニット１４に接続され（点線で示された接続）、それらはここでは電子制御ユニット１８内で一体化されている。調整ユニット１４を介して、ヒータ要素１５ａ～１５ｃに可変加熱力を設定することが可能であり、熱スイッチ１６ａ～１６ｃを開閉できるため、冷却力を設定することが可能である。電気ヒータ要素１５ａ～１５ｃの加熱力は、電流強度を設定することによって可変的に調整されてもよい。熱スイッチ１６ａ～１６ｃを介してバルクサブ磁石６ａ～６ｃに到達する冷却力は、それぞれの熱スイッチ１６ａ～１６ｃを各々開閉することによって調整される、すなわちオフまたはオンに切り替えられてもよい。

各ヒータ要素１５ａ～１５ｃは、バルクサブ磁石６ａ～６ｃのうちの１つに熱的に結合される。各バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、ここでは熱スイッチ１６ａ～１６ｃを含む熱接続部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して共通の冷却ステージ９に熱的に結合される。図示された設定では、熱スイッチ１６ａ～１６ｃはすべて開かれているので、バルクサブ磁石６ａ～６ｃに冷却力は供給されていない。共通の冷却ステージ９は、充電手順中および通常動作中において、バルクサブ磁石６ａ～６ｃの材料の臨界温度よりも概してはるかに低い極低温にある。

通常動作中に共通の冷却ステージ９を冷却するために、図示された例では、クライオスタット４は、クライオスタット４の内部にその第１のクライオクーラーコールドステージ１９ａを有する第１のクライオクーラー１９を恒久的に備えている。ここで、第１のクライオクーラー１９のクライオクーラーコールドステージ１９ａは、熱クライオクーラーインピーダンス２０を介して共通の冷却ステージ９に接続されている。

充電手順中、第１のクライオクーラー１９の動作は、充電器磁石３から生じる強い浮遊磁場によって損なわれる可能性があり、その場合は使用されるべきではない。したがって、図示された例では、クライオスタット４は、ポート２１と、外部冷却流体をポート２１から共通の冷却ステージ９に導き、戻すための供給ライン２２とをさらに備える。充電手順中、ポート２１は外部の第２のクライオクーラー２３に一時的に接続され、その第２のクライオクーラーコールドステージ２３ａは、別個の補助クライオスタット２４内に配置される。この補助クライオスタット２４の内部には、第２のクライオクーラー２３のクライオクーラーコールドステージ２３ａからポート２１に冷却流体を運び戻すための補助供給ライン２５が設けられている。さらに、通常動作中、充電手順と比較して必要な冷却力が少なくて済む場合があり、したがって、充電手順中に第２のクライオクーラー２３を使用することにより、通常動作用のより小さい第１のクライオクーラー１９が使用できることに留意されたい。

特定のバルクサブ磁石６ａ～６ｃにおいて、ヒータ要素１５ａ～１５ｃの加熱力（もしあれば）、熱スイッチ１６ａ～１６ｃを介した共通の冷却ステージ９の冷却力（もしあれば）、ならびに（黒体放射、または中間体８ａ，８ｂおよびさらなる中間体８ｃを通る残りの熱伝導などの）他の熱伝導経路を介したさらなる加熱力または冷却力が平衡状態にあるとき、バルクサブ磁石６ａ～６ｃは安定した温度（平衡温度）を維持する。ヒータ要素１５ａ～１５ｃの加熱力および／または熱スイッチ１６ａ～１６ｃを介した冷却力を変更することにより、異なる平衡状態が設定されてもよい。これにより、異なる平衡温度が、その温度値がわからないととしても、取得されうる。バルクサブ磁石６ａ～６ｃには、それぞれのバルクサブ磁石６ａ～６ｃの温度を監視するための熱センサが装備されていないことに留意されたい。

磁場センサデバイス１１、ヒータ要素１５ａ～１５ｃ、および熱スイッチ１６ａ～１６ｃは、電子制御ユニット１８に接続されている。磁場センサデバイス１１により、磁場プロファイルを測定することで、磁場プロファイルの不均一性の判断や、磁場プロファイルの補正の進行の監視に役立てる。電子制御ユニット１８は、超伝導バルク磁石５の充電中および超伝導バルク磁石５の磁場プロファイルの補正中、特に事後補正ステップにおいて、ヒータ要素１５ａ～１５ｃおよび熱スイッチ１６ａ～１６ｃの加熱力、それによるバルクサブ磁石６ａ～６ｃの温度（特に平衡温度）を制御する。磁場プロファイルを補正するために、個々のバルクサブ磁石６ａ～６ｃは、しばらくの間ドリフト状態にされてもよい。特定のバルクサブ磁石６ａ～６ｃが磁場均一性を改善するための適切なドリフト状態にあるかどうかは、磁場プロファイルを時間の関数として監視することによって最もよく観察することができる。特定のバルクサブ磁石６ａ～６ｃの現在の温度を知ることは、この目的のためには必要とされないことに留意されたい。

以下の図２～図４は、図１の超伝導磁石システム２を変更して示していることに留意されたい。このため、図１の実施形態に対する特徴の差異のみが以下に記載される。図２～図４に示された実施形態では、第２のクライオクーラー２３は依然として超伝導磁石システム２の一部であるが、簡略化のために示されていないことに留意されたい。しかしながら、第１のクライオクーラー１９のみを有し、第２のクライオクーラー２３をもたない超伝導磁石システム２を使用することも可能であり、この場合、第１のクライオクーラー１９は、充電器磁石３から生じる強い磁場（浮遊磁場）に対して遮蔽され得るので、第１のクライオクーラー１９の動作は損なわれない。以下に示された超伝導磁石システム２のさらなるすべては、バルクサブ磁石６ａ～６ｃの温度を測定するために熱センサが使用されないという共通点を有する。

図２は、例として、本発明の超伝導磁石システム２の第２の実施形態を含む超伝導充電装置１を概略図で示す。図１と比較して、別のタイプの磁場センサデバイス１１が使用され、熱スイッチは、非可変（「固定」）熱インピーダンス２６ａ，２６ｂ，２６ｃに置き換えられている。

室温ボア７ａのサンプルボリューム１０内の磁場プロファイルを測定し特定するために、ここでは静止ステージ２７に取り付けられたセンサ１１ａ（「複数のセンサ」）の配置１１ｂで構成された磁場センサデバイス１１が使用される。センサ１１ａの配置１１ｂは、ここでは６つのセンサ１１ａを備える。３つのセンサ１１ａ’は、中心軸Ａに対して軸上に配置され、３つのセンサ１１ａ’’は、中心軸Ａに対して軸外に配置される。このようにして、磁場プロファイルの軸上勾配および軸外勾配、ならびにそれらによる磁場プロファイルの軸上不均一性および軸外不均一性は、同時にかつ直接的に測定することができる。センサ１１ａの配置１１ｂは、ここでは固定されている。センサ１１ａの配置１１ｂでは、ホールセンサが使用されてもよい。

図示された例では、それぞれの電気ヒータ要素１５ａ～１５ｃが調整ユニット１４に接続されている。調整ユニット１４は、各バルクサブ磁石６ａ～６ｃにおける加熱力のみを可変調整することができる。各バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、ここでは非可変熱インピーダンス２６ａ～２６ｃを含む熱接続部１７ａ～１７ｃを介して共通の冷却ステージ９に熱的に結合される。これにより、共通の冷却ステージ９が低温であるときにバルクサブ磁石６ａ～６ｃに冷却力が常時供給される。

図３は、例として、本発明の超伝導磁石システム２の第３の実施形態を含む超伝導充電装置１を概略図で示す。図１と比較すると、磁場センサデバイス１１はわずかに修正され、熱スイッチは可変熱インピーダンス２８ａ，２８ｂ，２８ｃに置き換えられ、ヒータ要素は除去されている。

室温ボア７ａのサンプルボリューム１０内の磁場プロファイルを測定し特定するために、ここでは傾斜コネクタ１２ｂを介して移動ステージ１２に取り付けられたセンサ１１ａで構成された磁場センサデバイス１１が使用される。センサ１１ａは、中心軸Ａに対して軸外に配置され、サンプルボリューム１０内でそれに沿って移動ステージ１２によって中心軸Ａに平行に移動することができる。さらに、センサ１１ａは、中心軸Ａの周りを回転することができる。通常、センサ１１ａは高再生度センサである。サンプルボリューム１０内でそれに沿って異なる位置が走査される。次いで、球面調和関数解析により、軸上勾配および軸外勾配が計算される。このようにして、軸上および軸外の磁場プロファイル、ならびにそれらによる磁場プロファイルの軸上不均一性および軸外不均一性は、ただ１つのセンサ１１ａで特定することができる。

図示された例では、それぞれの可変熱インピーダンス２８ａ～２８ｃが調整ユニット１４に接続されている。調整ユニット１４は、各バルクサブ磁石６ａ～６ｃにおける冷却力のみを可変調整することができる。各バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、ここでは可変熱インピーダンス２８ａ～２８ｃを含む熱接続部１７ａ～１７ｃを介して共通の冷却ステージ９に熱的に結合される。

図４は、例として、本発明の超伝導磁石システム２の第４の実施形態を含む超伝導充電装置１を概略図で示す。図３と比較すると、可変熱インピーダンスが熱スイッチ１６ａ～１６ｃに置き換えられている。

図示された例では、それぞれの熱スイッチ１６ａ～１６ｃが調整ユニット１４に接続されている。調整ユニット１４は、各バルクサブ磁石６ａ～６ｃにおいて、共通の冷却ステージ９からの冷却力なしと最大冷却力との間を切り替えるだけで、冷却力を調整することができる。各バルクサブ磁石６ａ～６ｃは、ここでは熱スイッチ１６ａ～１６ｃを含む熱接続部１７ａ～１７ｃを介して共通の冷却ステージ９に熱的に結合される。この実施形態の典型的な動作方法では、最初に熱スイッチ１６ａ～１６ｃが閉じられ、バルクサブ磁石６ａ～６ｃが最大冷却電力で冷却され、充電器電流が減少する。次いで、磁場プロファイルが測定され、過充電バルクサブ磁石６ａ～６ｃが識別される。それぞれの熱スイッチ１６ａ～１６ｃが開けられる。それぞれのバルクサブ磁石６ａ～６ｃの温度は、（直接）冷却力が印加されないときに幾分上昇し、そして、それぞれのバルクサブ磁石６ａ～６ｃはドリフトする。磁場プロファイルの均一性、またはそれぞれのバルクサブ磁石の磁場プロファイルへの寄与がそれぞれ所望の通りであるとき、それぞれの熱スイッチ１６ａ～１６ｃが閉じられ、最大冷却力がそれぞれのバルクサブ磁石６ａ～６ｃに印加され、そこでドリフトが停止する。一般に、異なるバルクサブ磁石６ａ～６ｃの熱スイッチ１６ａ～１６ｃは、異なる時点で閉じられなければならないことに留意されたい。あるいは、事後補正ステップ中に、それぞれのバルクサブ磁石６ａ～６ｃの熱スイッチ１６ａ～１６ｃにおいて開状態と閉状態との間で迅速に変化させ、開いている場面および閉まっている場面の持続時間の比を調整することにより、冷却力が効果的に可変調整されてもよい。

磁場プロファイルを均一化するための本発明の方法
本発明は、初期磁場冷却ステップが適用された後に、超伝導磁石システムの磁場プロファイルを均一化するために使用される（初期磁場冷却ステップについては、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる欧州特許出願第２０１７４６８３．１号を参照されたい）。本発明の方法の使用は、図２に示された超伝導磁石システム（すなわち、３つのバルクサブ磁石と、ヒータと、非可変熱インピーダンスと、磁場センサデバイスとを備える超伝導磁石システム）用の例として、図５および図６に示されている。本発明の方法は、他の超伝導磁石システムとともに使用されてもよいことに留意されたい。一般に、事後補正ステップを適用する本発明の方法の過程で、個々のバルクサブ磁石の電流強度はわずかに変化するだけであり、その結果、最終電流は、通常各々初期電流から１０％以下、多くの場合５％以下だけ逸脱する。

図５は、右にプロットされた時間ｔの関数として、充電器電流Ｉ ｃｈａｒｇｅｒ（最上部の図）、バルクサブ磁石内の個々の電流（「Ｉ ｂｕｌｋｓ」、上から２番目の図）の概要、全体の冷却力（「Ｐ ｃｏｏｌ」、最後から２番目の図）、および個々のバルクサブ磁石に印加される加熱力（「Ｐ ｈｅａｔ」、最後の図）を示す。図５の焦点は、主に初期磁場冷却ステップ、言い換えれば、事後補正ステップが行われる前のステップにある。

時間間隔Ａ～Ｂにおいて、充電器磁石は、約１２５Ａ（アンペア）の充電器電流Ｉ ｃｈａｒｇｅｒまで上昇し、バルクサブ磁石は、それらの臨界温度Ｔ_ｃｒｉｔを超える温度にあるので、バルクサブ磁石は充電されないままである。待機間隔Ｂ～Ｃの後に、共通の冷却ステージをその動作温度まで下げる（第２のクライオクーラーを適用する）ことにより、バルクサブ磁石における冷却力Ｐ ｃｏｏｌを間隔Ｃ～Ｄにおいて０％から１００％まで増加させる。同じ間隔Ｃ～Ｄでは、すべてのバルクサブ磁石における加熱力が０Ｗ（ワット）から２Ｗまで増やされる。結果として、バルクサブ磁石の温度は、Ｔ_ｃｒｉｔ未満に低下する。

時間間隔Ｄ～Ｅにおける初期磁場冷却ステップにおいて、充電器電流Ｉ ｃｈａｒｇｅｒは、初期分配方式に従ってバルクサブ磁石に約２４０～２６０ｋＡの初期電流を誘起するゼロまで低下する。バルクサブ磁石は、ここでは初期状態にある。初期状態の初期電流は、超伝導磁石システムのサンプルボリューム内に磁場プロファイルを生成する。室温ボア内部のサンプルボリューム内の磁場プロファイルの均一性を高めるために、その後、事後補正ステップが実行される。事後補正ステップは、初期電流を調整し、それにより、初期電流に基づいて磁場プロファイルを調整する。

図６は、その焦点として、事後補正ステップ５０を示す。右側にプロットされた時間ｔの関数として示されているのは、図５のバルクサブ磁石における電流の倍率（「Ｉ ｂｕｌｋｓ」、最上部の図）、ｚ軸（軸Ａ）上の３つの位置、すなわち、（中間のバルクサブ磁石の寄与を示す）サンプルボリュームの中心にある中間位置、（上部バルクサブ磁石の寄与を示す）上部位置、および（下部バルクサブ磁石の寄与を示す）下部位置（「Ｂｐｏｓ」、中段図、図７も比較）におけるバルクサブ磁石全体によって生成される磁束密度の倍率（Ｂ_ｚ）、ならびに図５のバルクサブ磁石に印加される加熱力の倍率（「Ｐ ｈｅａｔ」、最後の図）である。実線は、上部バルクサブ磁石（図２のバルクサブ磁石６ａと比較）すなわち上部位置を指し、破線は、中間バルクサブ磁石（図２のバルクサブ磁石６ｂと比較）すなわち中間位置を指し、小破線は、下部バルクサブ磁石（図２のバルクサブ磁石６ｃと比較）すなわち下部位置を指す。

時点Ｅにおいて充電器磁石をオフに切り替えた後に、上部バルクサブ磁石の電流は約２６０ｋＡにあり、中間バルクサブ磁石の電流は約２４２．５ｋＡにあり、下部バルクサブ磁石の電流は約２４５ｋＡにある。また、時点Ｅにおいて、サンプルボリューム内（およびサンプルボリューム付近）の磁場プロファイルが測定される。ここで、時間間隔Ｅ～Ｆで緩和時間を待機した後、磁場プロファイルが再度測定されて、初期磁場冷却ステップの緩和が完了したことを確認する。上部位置の磁束密度は約６．１３５０Ｔ（テスラ）であり、中間位置の磁束密度は約６．１３４５Ｔである。下部位置の磁束密度は約６．１３４０Ｔである。事後補正ステップによる磁場プロファイルの補正は、とりわけ、個々のバルクサブ磁石の磁束密度寄与を減少させるので、バルクサブ磁石またはそれぞれの磁束密度が最も小さい位置が予備基準値として選択される。この場合、約６．１３４０Ｔである下部位置における磁束密度が予備基準値として選択される。この値と比較して、上部位置および中間位置における磁束密度は大きすぎる。上部および中間のバルクサブ磁石は過充電バルクサブ磁石であり、磁場プロファイルの均一性を高めるために、磁場プロファイルへのそれらの寄与は低減されるべきである。

時点Ｆにおける初期電流に基づいて磁場プロファイルを補正し、バルクサブ磁石内の電流の所望の再分配を開始するために、それぞれのバルクサブ磁石の加熱力は異なるように設定される。下部バルクサブ磁石の加熱力は、下部位置における磁束密度がすでに所望の通りである（または少なくとも減少するべきではない）ので、２Ｗから０Ｗまで減少する。このようにして、下部バルクサブ磁石の温度がさらに低下し、下部バルクサブ磁石が磁気飽和から安全に大きく離される。これにより、その電流（ドリフト）の緩やかな損失が防止され、その磁場プロファイルの寄与が浪費されない。下部バルクサブ磁石は、磁気飽和から大きく離れたバルクサブ磁石の第２の部分に割り当てられる。対照的に、中間バルクサブ磁石および上部バルクサブ磁石は、磁場プロファイルへのそれらの寄与を低減するために一部の電流を失うはずである。この目的のために、それらは、しばらくの間、少なくともほぼ磁気飽和に至らなければならず、それらは、少なくともほぼ磁気的に飽和しているバルクサブ磁石の第１の部分として選択される。過充電された中間バルクサブ磁石の加熱力は、中間位置の磁束密度が所望よりも大きいので、２Ｗから４Ｗまで増加する。過充電された上部バルクサブ磁石の加熱力は、上部位置の磁束密度が中間位置の磁束密度よりもさらに大きいので、２Ｗから５Ｗまで増加する。

上部バルクサブ磁石および中間バルクサブ磁石における加熱力が増加すると、両方のバルクサブ磁石における温度が上昇し、ある値（または新しい平衡温度）に達する。この温度上昇により、それらの超伝導通電容量は減少するため、ここでの場合のように、それらは磁気飽和近く、または磁気飽和にさえなる。時点Ｆの後、上部バルクサブ磁石の電流は、時点Ｇに達するとここでは約２６０ｋＡから２５８．５ｋＡまで低下し、中間バルクサブ磁石の電流は、時点Ｇに達すると約２４２．５ｋＡから２４１．５ｋＡまで低下した。次に、下部バルクサブ磁石が磁束および対応する電流の一部を引き継ぎ、その電流は約２４５ｋＡから２４７．５ｋＡまで増加し、下部位置の磁束密度は（磁束密度の新しい基準値を表す）約６．１３４２Ｔまで増加する。ここで、時間間隔Ｆ～Ｇの温度変化による電流の再分配は、実際には瞬間的ではなく、その結果、前記再分配が緩和効果と考えることができる時点Ｆを幾分超えて到達することに留意されたい。

（時点Ｆにおける）加熱力の第１の変化の後、緩和が完了することができるように時点ＦとＧとの間の第１の時間期間が待機される。時点Ｇで開始して、中間磁場プロファイルの第１の測定が実行される。次いで、時点Ｇと時点Ｈとの間の第２の時間期間が待機され、その後、時点Ｈにおいて、中間磁場プロファイルの第２の測定が実行される。これらの測定から、バルクサブ磁石についての電流ドリフト特性を特定することができる。第１の時間期間（待機時間）により確実に、第２の時間期間にわたって、その後の準線形ドリフトがバルクサブ磁石において直接観察できるようになることに留意されたい。

ここで、中間バルクサブ磁石は、その磁気飽和（磁気飽和の９９％を超える）にあるか、またはそれに非常に近いので、比較的高いドリフトを示す。加熱力は、この場合の電流ドリフト特性が所望される通りなので維持される。

中間バルクサブ磁石のドリフトのさらなる過程にわたって、磁場プロファイルが（ここでは時点Ｈ～Ｎの間で）繰り返し測定される。時点Ｋにおいて、中間バルクサブ磁石の電流は約２３６ｋＡであり、中間位置の磁束密度は所望の磁束密度に近づく。加熱力は、（時点Ｋにおいて）４Ｗから３．５Ｗまで低減され、ドリフトが減速し、均一化プロセス中の磁場プロファイルに対する中間バルクサブ磁石の寄与の正確な調整が可能となる。図６から分かるように、時点Ｋ以後は時点Ｋ以前に比べてドリフトが緩やかになっている。ここでも、電流ドリフト特性は、上述されたように特定されてもよく（詳細には記載されない）、次いで、加熱力は、この場合の（ＫとＭとの間の）電流ドリフト特性が所望されるように維持される。

磁場プロファイルに対する中間バルクサブ磁石の寄与はさらに続くが、最終局面（ここでは時間間隔Ｋ～Ｍ）ではよりゆっくりと減少する。時点Ｍにおいて、中間位置における磁束密度は、所望の磁束密度（すなわち、基準値）に達している。中間バルクサブ磁石の電流は、現在約２３５ｋＡである。加熱力は３．５Ｗから０Ｗまで低減される。中間バルクサブ磁石の温度は、中間バルクサブ磁石が磁気飽和から大きく離れ、ドリフトが無視できる程度にまで低下する。時点Ｍ以後の中間バルクサブ磁石は、磁気飽和から大きく離れているので、バルクサブ磁石の第２の部分に属する。

時点ＧおよびＨにおける中間磁場プロファイルの測定から、上部バルクサブ磁石に関わる電流ドリフト特性を特定することができる。ここで、上方位置での磁束密度、したがって上部バルクサブ磁石は、時間間隔Ｇ～Ｈにおいて中程度のドリフトを示す。このドリフトを維持すると、全体の処理時間は約５０００分になり、（意図されている）約３０００分にはならない。したがって、ドリフトを加速するためにこの場合の電流ドリフト特性が必要とされないので、上部バルクサブ磁石における加熱力は、時点Ｈにおいて５Ｗから５．５Ｗまで増加する。上部バルクサブ磁石の電流は、時点ＨとＩとの間で約２５８．２ｋＡから２５８．０ｋＡへの非常に小さい降下を示すことに留意されたい。この電流の降下は非常に小さいので、この場合、中間バルクサブ磁石および下部バルクサブ磁石の電流には顕著に影響しない。

加熱力の第２の変化（時点Ｈ）の後、緩和が完了することができるように時点ＨとＩとの間のさらなる第１の時間間隔が待機される。時点Ｉにおいて、中間磁場プロファイルのさらなる第１の測定が実行される。次いで、時点Ｉと時点Ｊとの間のさらなる第２の時間期間が待機され、その後、時点Ｊにおいて、中間磁場プロファイルのさらなる第２の測定が実行される。これらの測定から、電流ドリフト特性が再び特定される。ここで、上部位置における磁束密度、したがって上部バルクサブ磁石は、その磁気飽和（磁気飽和の９９％を超える）にあるか、またはそれに非常に近いので、比較的高いドリフトを示す。加熱力は、この場合の電流ドリフト特性が現在所望されるものであるので、維持される。

ドリフトの過程にわたって、磁場プロファイルが（ここでは時点Ｊ～Ｎの間で）繰り返し測定される。時点Ｌにおいて、上部バルクサブ磁石の電流は約２５０ｋＡであり、その位置の磁束密度は所望の磁束密度に近づく。加熱力は、（時点Ｌにおける）上部バルクサブ磁石において、５．５Ｗから５Ｗまで低減され、ドリフトが減速し、均一化プロセス中の磁場プロファイルに対する上部バルクサブ磁石の寄与の正確な調整が可能となる。ここでも、電流ドリフト特性は、上述されたように特定されてもよい（詳細には記載されない）。次いで、（時点Ｍにおいて）上部バルクサブ磁石の加熱力が５Ｗから４．５Ｗまでさらに減少して、ドリフトをさらに減速させる。

磁場プロファイルに対する上部バルクサブ磁石の寄与はさらに続くが、最終局面（ここでは時間間隔Ｍ～Ｎ）ではよりゆっくりと減少する。時点Ｎにおいて、上部位置の磁束密度は所望の磁束密度（すなわち基準値）に近づき、上部バルクサブ磁石の電流は約２４７．５ｋＡである。加熱力は４．５Ｗから０Ｗまで低減される。上部バルクサブ磁石の温度は、上部バルクサブ磁石が磁気飽和から大きく離れ、ドリフトが無視できる程度にまで低下する。

バルクサブ磁石内の電流Ｉ ｂｕｌｋｓが変更される時間間隔であって、特にドリフトによって微調整される時間間隔Ｅ～Ｏは、事後補正ステップ５０と呼ばれる。この事後補正ステップ５０の間に、低い磁場均一性を伴う初期状態のバルクサブ磁石の電流Ｉ ｂｕｌｋｓ（時点Ｅにおける「初期電流」）は、高い磁場均一性を伴う最終状態のバルクサブ磁石の電流Ｉ ｂｕｌｋｓ（時点Ｎにおける「最終電流」）に変化する。通常、事後補正ステップ中のサンプルボリューム内の均一性は、３倍以上、しばしば５倍以上、好ましくは１０倍以上、最も好ましくは２０倍以上増加させることができる。時点Ｏにおいて、磁場プロファイルの最後の測定が実行されて、事後補正ステップ５０が成功したかどうかをチェックする。

図７は、ｚ＝０における磁気中心付近の磁場プロファイルの時間展開を示す。磁束密度Ｂが上にプロットされ、ｚ軸上の位置が右にプロットされる。時点として、図６のＥ（点線）、Ｋ（破線）、およびＮ（実線）が示される。また、図５で磁束密度が測定された上部位置、中間位置、および下部位置が示されている。

時点Ｅにおいて、磁場プロファイルは、－１５ｍｍと＋１５ｍｍとの間の著しい不均一性を示し（ここではサンプルボリュームの伸長を表す）、Ｂは約６．１３４０テスラと６．１３５０テスラとの間で変動し、約１６３ｐｐｍに対応する。磁場プロファイルは、上方位置近傍で＋１５ｍｍの顕著な最大値を示し、下方位置と比較すると中間位置でも著しく高いＢを示す、すなわち、上部バルクサブ磁石の磁場寄与はかなり大きく、中間バルクサブ磁石の磁場寄与はやや大きいことが示されている。

時点ＥとＮとの間のドリフトの過程にわたって、上部バルクサブ磁石と中間バルクサブ磁石の相対寄与が減少するので、均一性は徐々に増加する。－１５ｍｍと＋１５ｍｍとの間の時点Ｎにおける最終状態の磁場分布は、ここでは２５ｐｐｍ未満の不均一性を有する。

図８は、本発明の例示的な変形形態における磁場プロファイルの均一化の方法を含む、超伝導磁石システム、特に（例えば図１に示された）本発明の超伝導磁石システム向けの充電手順の概略フロー図を示す。

充電手順のステップ１００～１０５は、欧州特許出願第２０１７４６８３．１号に詳細に記載されているので、概略流れ図の最初の部分は、ここでは簡単にのみ記載されている。欧州特許出願第２０１７４６８．１号の内容は、それに応じて参照して組み込まれる。手順は、開始１００の後、最初に初期磁場冷却ステップ１０１を含む。その過程で、充電器磁石の充電器電流は、Ｔ_ｃｒｉｔより上のバルク磁石で上昇し、次いで、バルク磁石はＴ_ｃｒｉｔより下に冷却され、充電器電流は下降する。基本的な分布方式による主電流は、充電器磁石および超伝導磁石システムの固有の特性に従って、バルク磁石のバルクサブ磁石内に誘導される。次いで、得られた磁場プロファイルがマッピングされ（１０２）、ステップ１０３において評価される。

磁場プロファイルがサンプルボリューム内のその均一性に関して許容可能でない場合、熱リセット（１０４）が行われ、すなわち、超伝導バルク磁石が放電され、再びその臨界温度より上に温められる。次いで、前の充電ステップ（ここではステップ１０１）で得られた不均一性の知識を用いて、予備充電ステップを含む最適化磁場冷却（１０５）が行われる。その後、磁場プロファイルが再びマッピングされ（１０２）、評価される（１０３）。捕捉磁場プロファイルがまだ許容可能でない場合、別の熱リセット（１０４）および別の最適化磁場冷却のステップ１０５が含まれてもよい。

磁場プロファイルが許容可能である場合、熱ドリフトシミング（１０６）、すなわち、本発明の方法に従う事後補正ステップを使用した均一化が開始される。この目的のために、磁場均一性を改善するために磁場プロファイルへのそれらの寄与が低減されるバルクサブ磁石の部分が特定される。次いで、それぞれのバルクサブ磁石が少なくとも磁気飽和に近づけられ、したがって加熱力が増加し、かつ／または冷却力が減少し、したがってそれぞれのバルクサブ磁石において温度が上昇する。このようにして、それぞれのバルクサブ磁石においてそれぞれのドリフトが開始されてもよく、したがって、磁場プロファイルに対するそれぞれのバルクサブ磁石の寄与が減少する。磁場プロファイルは繰り返しマッピングされ（１０７）、収束に関して（すなわち、本発明の方法が所望の均一な磁場プロファイルをもたらし、合理的な時間枠で、例えば３０００分の時間枠で実行することができるようなドリフト特性であることが）評価される（１０８）。

磁場プロファイルが所望の（特に所望の均一性が考慮された）磁場プロファイルに向かって十分に速く収束しない場合、１つまたは複数のバルクサブ磁石において加熱力をわずかに増加させ、かつ／または冷却力をわずかに減少させることで（１０９）、特にこれらのバルクサブ磁石内のドリフトを増加させる。必要に応じて、ステップ１０９において加熱力を減少させるかまたは冷却力を増加させることにより、個々のバルクサブ磁石における最初の速すぎるドリフトを低減してもよい。磁場プロファイルのマッピングを継続し（１０７）、収束の評価を繰り返し（１０８）、且つ、必要に応じて、バルクサブ磁石内の温度分布を変更するさらなる変更ステップ（１０９）を含めることもできる。これらのステップのすべてにおいて、バルクサブ磁石の温度に関する知識は磁場プロファイル調整に必要ではないので、バルクサブ磁石の温度の測定は必要でないことに留意されたい。磁場プロファイルを定期的に測定し、磁場プロファイルの変化を観察し、特にバルクサブ磁石のドリフト特性を特定することで十分である。

磁場プロファイルが十分に速く収束する場合、それぞれのバルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力のレベルが保たれる。磁場プロファイルは再び繰り返しマッピングされる（１１０）。次いで、磁場プロファイルの磁場品質が最終的な磁場品質（所望の磁場品質）に近いかどうかが評価される（１１１）。磁場プロファイルが最終的な磁場品質（「閉状態」）に近いかを識別するための典型的な基準には、好ましくは事後補正ステップの開始時の（特定の位置における）最終的な磁束密度からの（その位置における）磁束密度の元の偏差（ＯＤ）と比較して、限界値以下である（その位置における）最終的な磁束密度からの（その位置における）磁束密度の残りの偏差（ＲＤ）が用いうる。通常、限界値は、ＲＤ／ＯＤの比の相対限界値ＲＬＭとして選択され、好ましくは、ＲＬＭには、ＲＬＭ≦２５％、より好ましくは５％≦ＲＬＭ≦２０％が選択される。その位置における最終的な磁束密度は、一般に、最後の加熱力の増加または冷却力の減少の後の（サンプルボリューム内のすべての位置の）磁場プロファイルにおける最小の磁場密度である基準値に対応することに留意されたい。

磁場プロファイルが最終的な磁場品質に近くない場合、現在のドリフトは、少しの待機時間の間、継続することが可能である（１１２）。磁場プロファイルのマッピングが継続し（１１０）、磁場プロファイルが最終的な磁場品質に近いかどうかの評価が繰り返される（１１１）。必要な場合、磁場プロファイルのマッピングが実行される（１１２）。

磁場プロファイルが最終的な磁場品質に近い場合、磁場プロファイルのドリフトを減速させるため、加熱力を減少し、かつ／または冷却力を増加する（１１３）。これは、異なるバルクサブ磁石に対して別々に行われてもよいことに留意されたい。このステップ１１３では、新しいドリフト特性が所望通りであるかどうかがチェックされてもよく、そうでない場合には、さらに、加熱力を減少し、かつ／または冷却力を増加する。磁場プロファイルのマッピングを継続し、所望の磁場プロファイルに達するまで待機する（１１４）。所望の磁場品質に達すると、加熱を停止し、かつ／または冷却力を最大まで増加する（１１５）と、その結果、もはや著しいドリフトは発生せず、手順は最終的に終了する（１１６）。バルクサブ磁石において正確な温度を測定することなく、方法全体が行われた。

１ 超伝導充電装置
２ 超伝導磁石システム
３ 充電器磁石
３ａ 充電器ボア
４ クライオスタット
５ 超伝導バルク磁石
６ａ，６ｂ，６ｃ バルクサブ磁石
７ 超伝導ボア
７ａ 室温ボア
８ａ，８ｂ 中間体
８ｃ さらなる中間体
９ 共通の冷却ステージ
１０ サンプルボリューム
１１ 磁場センサデバイス
１１ａ，１１ａ’，１１ａ’’ （磁場センサデバイスの）センサ
１１ｂ （センサの）配置
１２ 移動ステージ
１２ａ 直線コネクタ
１２ｂ 傾斜コネクタ
１３ 極低温冷却システム
１４ 調整ユニット
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 電気ヒータ要素
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 熱スイッチ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 熱接続部
１８ 電子制御ユニット
１９ 第１のクライオクーラー
１９ａ 第１のクライオクーラーコールドステージ
２０ 熱クライオクーラーインピーダンス
２１ ポート
２２ 供給ライン
２３ 第２のクライオクーラー
２３ａ 第２のクライオクーラーコールドステージ
２４ 別個の補助クライオスタット
２５ 補助供給ライン
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 非可変熱インピーダンス
２７ 静止ステージ
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 可変熱インピーダンス
５０ 事後補正ステップ
１００ 開始
１０１ 初期磁場冷却
１０２ 磁場プロファイルのマッピング
１０３ 磁場プロファイルの評価
１０４ 熱リセット
１０５ 最適化磁場冷却
１０６ 熱ドリフトシミングを開始
１０７ 磁場プロファイルの継続マッピング
１０８ 収束の評価
１０９ 加熱力および／または冷却力の調整
１１０ 磁場プロファイルの継続マッピング
１１１ 磁場品質が最終磁場品質に近いかどうかの評価
１１２ 待機時間
１１３ 加熱力の減少および／または冷却力の増加
１１４ 最終的な磁場品質が達成されるまで待機
１１５ 加熱の停止および最大の冷却
１１６ 終了
Ａ （超伝導磁石システムの）中心軸

Claims (16)

1. 超伝導磁石システム（２）の磁場プロファイルを均一化するための方法であって、
   前記超伝導磁石システム（２）は、
   室温ボア（７ａ）を有するクライオスタット（４）と、
   前記クライオスタット（４）内に収容され、前記室温ボア（７ａ）と同軸に配置された超伝導バルク磁石（５）と、
   前記超伝導バルク磁石（５）を冷却するように適合された極低温冷却システム（１３）と
   を備え、
   前記超伝導バルク磁石（５）は、Ｎ≧３である少なくともＮ個の軸方向に積み重ねられたバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）を備え、
   初期状態において、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）が、初期分配方式に従った相対的な割合を有するそれぞれの初期電流を搬送し、
   前記方法は、前記初期電流を、前記初期分配方式とは異なる最終分配方式に従って相対的な割合を有する最終電流に変更する事後補正ステップ（５０）を含み、
   前記最終電流に基づく前記超伝導バルク磁石（５）の磁場プロファイルは、前記初期電流に基づく磁場プロファイルよりも均一であり、
   前記極低温冷却システム（１３）は、各バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の温度を別々に制御するように適合され、
   前記初期電流を前記最終電流に変更するために、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の少なくとも一部の温度は、互いに少なくとも一時的に異なるように選択され、その結果
   前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の第１の部分について、この第１の部分における前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）は、少なくともほぼ磁気的に飽和、特に、少なくとも９９％の相対磁気飽和となっており、
   前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の第２の部分について、この第２の部分における前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）は、磁気飽和から大きく離れており、特に、多くとも９５％の相対磁気飽和となっており、
   前記初期電流を前記最終電流に変更するために、前記バルクサブ磁石の前記温度を測定することなく、前記バルクサブ磁石における加熱力および／または冷却力を制御することによって前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記温度が選択され、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の少なくとも前記一部について、前記加熱力が少なくとも一時的に互いに異なるように設定され、かつ／または前記冷却力が少なくとも一時的に互いに異なるように設定されること
   を特徴とする方法。
2. 前記超伝導磁石システム（２）が、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記温度を測定するための熱センサなしで設計されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の部分において、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）における前記加熱力が、前記第２の部分と比較して少なくとも一時的に高く選択され、かつ／または前記第１の部分において、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）における前記冷却力が、前記第２の部分と比較して少なくとも一時的に低く選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記事後補正ステップ（５０）中に、前記超伝導磁石システム（２）の中間磁場プロファイルが前記最終電流に基づく所望の磁場プロファイルが取得されるまで繰り返し測定され（１０７、１１０）、測定の間に、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の少なくともいくつかの前記加熱力および／もしくは冷却力が変更され（１０９、１１３、１１５）、かつ／またはある時間待機される（１１４）ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも１つの測定された中間磁場プロファイルから、磁場均一性を高めるべく、前記磁場プロファイルへの寄与を低減させる、以下では過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）と呼ばれる１つまたは複数のバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）が識別されると（１０８）、前記過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記寄与を低減するために、前記中間磁場プロファイルの前記測定後のしばらくの間（１０７）、１つまたは複数のそれぞれの過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）について、過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）ではないバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）と比較して前記冷却力がより小さく選択され、かつ／または前記加熱力がより大きく選択される（１０９）ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の少なくとも一部に対して、それぞれの過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）について、過充電バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）ではないバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）と比較して前記冷却力がより小さく選択され、かつ／または前記加熱力がより大きく選択される量は、前記磁場プロファイルに対する前記それぞれのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記寄与を低減する最終局面で経時的に低減され（１１３）、特に、前記量の減少は、中間磁場プロファイルの１つまたは複数のさらなる測定において識別される、前記磁場プロファイルに対する前記それぞれのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記寄与が、残りどれくらい低減されるかに依存することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の少なくともいくつかにおいて前記加熱力および／または前記冷却力を変更した（１０９）後の少なくとも１回の機会において、第１の時間期間が待機され、次いで少なくとも
   中間磁場プロファイルの第１の測定が行われ（１０７、１１０）、
   第２の時間期間が待機され、
   中間磁場プロファイルの第２の測定が行われ（１０７、１１０）、
   少なくとも前記第１および第２の測定から、前記中間磁場プロファイルの電流ドリフト特性が特定され、
   前記特定された電流ドリフト特性に基づいて、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の少なくともいくつかにおける前記加熱力および／もしくは冷却力の次の変化、ならびに／または待機されるべき次の時間が決定される（１０８、１１１）
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 室温ボア（７ａ）を有するクライオスタット（４）と、
   前記クライオスタット（４）内に収容され、前記室温ボア（７ａ）と同軸に配置された超伝導バルク磁石（５）と、
   前記超伝導バルク磁石（５）を冷却するように適合された極低温冷却システム（１３）と
   を備える、超伝導磁石システム（２）であって、
   前記超伝導バルク磁石（５）が、Ｎ≧３である少なくともＮ個の軸方向に積み重ねられたバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）を備え、
   前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）が、実質的にリング形状であり、前記室温ボア（７ａ）と同軸に配置され、
   各２つの軸方向に隣接するバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の間に、中間体（８ａ，８ｂ）が配置され、
   前記中間体（８ａ，８ｂ）が、実質的にリング形状であり、前記室温ボア（７ａ）と同軸に配置され、
   前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）が、前記中間体（８ａ，８ｂ）に支持され、
   前記中間体（８ａ，８ｂ）が、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記材料の特有の熱伝導率よりも小さい特有の熱伝導率を有する非金属断熱材料から作製され、
   前記極低温冷却システム（１３）が、各バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記温度を別々に制御するように適合され、
   バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）ごとに、前記それぞれのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）における加熱力および／または冷却力を調整するための調整ユニット（１４）が存在し、
   前記超伝導磁石システム（２）が、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の前記温度を測定するための熱センサなしに構成されること
   を特徴とする超伝導磁石システム（２）。
9. バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）ごとに、前記それぞれのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）に熱的に接続されたヒータ要素（１５ａ～１５ｃ）が存在し、
   特に、前記ヒータ要素（１５ａ～１５ｃ）が前記調整ユニット（１４）によって制御され、前記調整ユニット（１４）が前記ヒータ要素（１５ａ～１５ｃ）の可変加熱力を前記それぞれのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）に設定するように構成され、
   特に、前記ヒータ要素（１５ａ～１５ｃ）が電気ヒータ要素（１５ａ～１５ｃ）であること
   を特徴とする請求項８に記載の超伝導磁石システム（２）。
10. 前記極低温冷却システム（１３）がすべてのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）のための共通の冷却ステージ（９）を備えること、
    および、バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）ごとに、前記共通の冷却ステージ（９）から前記それぞれのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）への熱接続部（１７ａ～１７ｃ）が存在し、
    特に、前記熱接続部（１７ａ～１７ｃ）が前記調整ユニット（１４）によって制御される熱スイッチ（１６ａ～１６ｃ）を含むこと
    を特徴とする請求項８又は９に記載の超伝導磁石システム（２）。
11. 前記熱接続部（１７ａ～１７ｃ）は、前記調整ユニット（１４）によって制御される可変熱インピーダンス（２８ａ～２８ｃ）を含み、前記調整ユニット（１４）は、前記それぞれのバルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）における可変冷却力を設定するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の超伝導磁石システム（２）。
12. 前記超伝導磁石システム（２）は、前記室温ボア（７ａ）のサンプルボリューム（１０）内の磁場プロファイルを測定するための磁場センサデバイス（１１）をさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の超伝導磁石システム（２）。
13. 前記磁場センサデバイス（１１）が、移動ステージ（１２）上に配置された少なくとも１つのセンサ（１１ａ，１１ａ’，１１ａ’’）を備え、それによって前記少なくとも１つのセンサ（１１ａ，１１ａ’，１１ａ’’）は、前記サンプルボリューム（１０）内の異なる位置における前記少なくとも１つのセンサ（１１ａ，１１ａ’，１１ａ’’）の反復読み出しによって前記サンプルボリューム（１０）内の前記磁場プロファイルを特定するために、前記サンプルボリューム（１０）内で移動できることを特徴とする請求項１２に記載の超伝導磁石システム（２）。
14. 前記磁場センサデバイス（１１）が、前記サンプルボリューム（１０）内に分布するセンサ（１１ａ，１１ａ’，１１ａ’’）配置（１１ｂ）を備え、所定の位置に固定された前記配置（１１ｂ）における前記センサ（１１ａ，１１ａ’，１１ａ’’）の並列読み出しによって前記サンプルボリューム（１０）内の前記磁場プロファイルを特定するため、上記配置（１１ｂ）に、少なくともＮ個、好ましくは少なくとも２＊Ｎ個のセンサ（１１ａ，１１ａ’，１１ａ’’）が含まれることを特徴とする請求項１２に記載の超伝導磁石システム（２）。
15. 前記超伝導磁石システムは（２）は、前記室温ボア（７ａ）内の磁場プロファイルを自動的に均一化するための電子制御ユニット（１８）をさらに備え、前記電子制御ユニット（１８）は、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の方法に従って前記超伝導バルク磁石（６ａ～６ｃ）の前記磁場プロファイルを自動的に均一化するように調整され、前記電子制御ユニット（１８）が、前記磁場センサデバイス（１１）で測定された測定中間磁場プロファイルを繰り返し受信し、前記中間測定値に基づいて、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）の温度データを受信または評価することなく、前記電子制御ユニット（１８）が、前記バルクサブ磁石（６ａ～６ｃ）における前記加熱力および／または冷却力を自動的に制御することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の超伝導磁石システム（２）。
16. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法における、請求項８乃至１５のいずれか一項に記載の超伝導磁石システム（２）の使用方法。

Images