JP3043478B2

JP3043478B2 - 磁石組立体

Info

Publication number: JP3043478B2
Application number: JP3206367A
Authority: JP
Inventors: ゼルトナーレオンハルト; デイヴイースフランシス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: US5329266A; EP0468425B1; JPH04287903A; GB9016184D0; EP0468425A2; EP0468425A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁石組立体特に能動
シールド形超伝導磁石組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】能動シールド形磁石組立体の内部では、
内側コイル装置と外側コイル装置とが逆方向の磁界を発
生させるために直列に接続される。それにより強い均一
磁界がコイル装置の中心部で発生するが、コイル装置の
外側に広がる漂遊磁界は非常に小さい。

【０００３】この種の磁石組立体は欧州特許第0144171
号明細書に記載され、その内容は本明細書に参照引用さ
れている。欧州特許第0144171 号明細書に記載の磁石組
立体では、逆向きの磁界を発生させるコイル装置が超伝
導線により巻かれている。超伝導コイル装置はコイル装
置の中心部に発生する磁界の強さ及び高精度を達成する
ために用いられる。これらの磁石組立体の主な用途は核
磁気共鳴イメージング装置であり、ここではこれらの特
性が極めて重要である。

【０００４】核磁気共鳴技術を用いて患者の画像を撮影
するために、撮影すべき領域（作業容積）にわたり均一
な一定の基本磁界が必要である。この均一磁界上には、
画像信号中へ位置情報を符号化して入れるために用いら
れ時間と共に変化する傾斜磁界が重畳される。超伝導コ
イル装置は、基本磁界強さが例えば０．３Ｔ以上の大き
さでありかつ作業容積が例えば０．５ｍの直径の球の大
きさであるときに、特に有利である。

【０００５】コイルの超伝導状態は極低温技術を用いて
４．２Ｋの程度の極低温までコイルを冷却することによ
り達成される。超伝導状態では導線中の無視できるエネ
ルギー損失により導線が非常に大きい電流を流すことが
できる。

【０００６】従来の超伝導コイル磁石（すなわち能動シ
ールド形組立体としての釣り合わせコイル装置の無い単
一コイル装置）は、別の遠方のコイル装置又は磁化した
物体のような外部の磁界源に基づく作業容積中の磁界へ
の磁気的妨害が自動的に或る程度まで補償されるという
点で、優れた特性を有する。このことは、閉じた超伝導
ループ中の電流がループを貫く全磁束の外部妨害作用に
よる変化を阻止するように自動的に変化するという、超
伝導コイルの特性から生じる。磁界妨害が自動的に補償
される範囲は、とりわけ磁石の形状特にそのアスペクト
比（比ｄ／ｌ、ただしｄは磁石の内径でありｌは磁石の
長さである）に依存する。撮像用途に用いられるような
アスペクト比２〜３を有する磁石に対しては、仮に磁石
が存在しないとした場合に起こる磁界変動に比べたと
き、外部妨害の影響が約８分の１に減る。この自己遮蔽
効果の基礎となる理論は、国際特許出願公開第89/09475
号公報に更に詳細に記載されている。この公報にはまた
更に外部妨害の影響を低減することを意図する超伝導ス
クリーニングコイルの配置が記載されている。

【０００７】しかしながら能動シールド形磁石組立体を
形成するために外側コイル装置を付け加えることの直接
的な結果として、この自動補償がもはや作業容積内で有
効でなくなる。従来の単一の超伝導コイル磁石と比べた
ときに、この結果は外部妨害作用からの干渉に対する能
動シールド形磁石組立体内の感受性の増加となる。この
干渉は作業容積中の基本磁界と傾斜磁界との相互作用に
より作り出される画像の乱れにより明らかにされる。

【０００８】能動シールド形磁石組立体の作業容積中の
磁界に働く妨害作用の影響を減少することが望ましい。
これに関しては、超伝導コイル中の電流がほぼ一定であ
る磁石組立体の定常状態ばかりでなく、電流が変化する
過渡状態をも考慮することが重要である。

【０００９】これらの過渡状態のうちの最も関連の深い
ものは、超伝導状態から常伝導状態へのコイルの移行に
対して与えられる用語である「クエンチ」である。クエ
ンチは局部的妨害又は構造的欠陥に基づき意図に反して
起こるか、又は磁界を急速に低減する手段として（例え
ば局部的な電気ヒータにより）意図的に起こすことがで
きる。このことは例えば、磁石組立体中で核磁気共鳴断
層撮影を受けている患者に対し緊急の処置を行うことが
必要である場合に要求される。クエンチが起こるときコ
イルのクエンチした部分中で抵抗の急増が生じ、この抵
抗の急増はコイル装置中に蓄えられたエネルギーを熱へ
変換させる。熱はコイルの隣接部分へ伝達されこれらの
部分をクエンチさせる。コイルのますます大きい部分が
クエンチするにつれて温度は熱エネルギーに関連して上
昇し、コイルの抵抗を更に増加させ、蓄えられたすべて
の磁気エネルギーが熱へ変換されるまでクエンチ過程を
加速させる。クエンチは非常に速やかに一般的には約１
０〜２０秒内で起こり得る。

【００１０】欧州特許第0144171 号明細書に記載のよう
に能動シールド形磁石組立体のコイルは、組立体の中心
部に均一磁界を作り出すばかりでなく組立体のできるだ
け近くにできるだけ低い外部磁界を作り出すように設計
されている。外部磁界は以下で「漂遊磁界」と呼ばれ、
磁石組立体に基づく磁界が外側ではどこでも規定のレベ
ルを超えないような楕円体形又は円筒形の体積によって
一般に記述される。この体積は磁石からの或る距離の安
全領域を表示する方法を提供する。

【００１１】前記の国際特許出願公開第89/09475号公報
は、能動シールド形磁石に関連する特殊な問題すなわち
過渡状態中に起こる難点を取り扱っていない。

【００１２】この問題に対処しようとする試みは、内側
及び外側の磁石装置が超伝導電流制限器により減結合さ
れている能動シールド形磁石について記載されている欧
州特許出願公開第0299325 号公報に提案されている。電
流制限器は僅かな電流差が内側コイル装置と外側コイル
装置との間に存在するのを許す。その結果各コイル装置
内の磁界妨害を電流修正により補償することができる。
この理論は正しいが、この理論に基づく信頼できる実用
的な方式を提供することにはかなりの困難が存在する。
特に核磁気共鳴装置に用いるのに適した寸法と形状の磁
石に対しては、もし漂遊磁界をクエンチ状態中にさえ或
る限界内に維持しようとするならば、電流制限器は１Ａ
以下の制限電流を有ししかもその両端に加えられる数百
Ｖに耐えることができなければならない。超伝導体中の
一般的な臨界電流密度は約４０００Ａ／ｍｍ² であるの
で、１Ａ以下とするためには１０μｍ程度の非常に細い
フィラメントを用いることが必要である。この種のフィ
ラメントは製造も取扱いも共に困難である。更にフィラ
メントの端部が巻かれたコイルに接近しているときに、
発生する高電圧のゆえに非常に強力な絶縁が端部間で必
要である。従って前記の問題は実用レベルでは未解決の
ままである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、作
業容積内の磁界への妨害作用の影響を低減するために取
られる処置を、クエンチのときでさえ漂遊磁界が正常の
限界値を超えないようなものにすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、第１の磁界を発生させる第１の超伝導コイル組立
体と、第２の磁界を発生させる第２の超伝導コイル組立
体とを備え、第２の超伝導コイル組立体が第１の超伝導
コイル組立体と電気的に直列に接続され、第１及び第２
の超伝導コイル組立体はそれぞれ相応する磁界成分がほ
ぼ同程度の大きさである磁界を使用時に発生させ、両コ
イル組立体は合成均一磁界が作業容積内に発生しかつ第
２の磁界がほぼ磁石組立体の外部で第１の磁界に対抗す
るように配置された磁石組立体において、磁石組立体が
更に複数のスクリーニングコイルを備え、各スクリーニ
ングコイルが第１及び第２の超伝導コイル組立体のター
ン数に比べて少数のターン数を有し、スクリーニングコ
イルは閉ループを形成するように電気的に直列に接続さ
れ、かつ第１及び第２の超伝導コイル組立体との相互作
用が磁石組立体の作業容積内の磁界への妨害作用の影響
を低減するのに役立ち、他方では作業容積内の磁界の均
一性に重大な影響を及ぼさないように配置されているこ
とを特徴とする磁石組立体により解決される。

【００１５】少なくとも部分的に十分に小さい臨界電流
の超伝導線からスクリーニングコイルを巻くことによ
り、スクリーニングコイルが漂遊磁界に対し及ぼすおそ
れのある最大の影響を些細なものにすることができる。
スクリーニングコイルのターン数は第１及び第２の超伝
導コイル組立体のターン数に比べて小さいので、小さい
スクリーニング磁界を発生させるためにさえ大きい電流
を流さなければならない。それゆえに付加的な漂遊磁界
を発生させる危険なしに適当なスクリーニング能力を提
供するために、この電流をほどよい値に制限することが
容易である。疑いを避けるためにこれに関連して述べれ
ば、「…に比べて小さい」ということは「…より少なく
とも１桁小さい」ということを意味する。

【００１６】望ましくは第２の超伝導コイル組立体が第
１の超伝導コイル組立体と同軸にかつ半径方向外側に配
置され、コイル組立体は第１のコイル組立体中の電流が
第２のコイル組立体中の電流と逆方向へ流れるように巻
かれる。この場合にはスクリーニングコイルの一部を第
２の（外側の）コイル組立体のコイルに接近して置き、
他のスクリーニングコイルを第１の（内側の）コイル組
立体に接近して置くことができる。しかしながらこれら
のスクリーニングコイルはすべて同一方向へ磁界を発生
させるように接続されている。これにより、スクリーニ
ングコイルの本来のスクリーニング効果を高めるような
超伝導コイル組立体との相互インダクタンスの選択範囲
を提供するために、外側のコイル組立体の逆接続が利用
可能となる。

【００１７】クエンチ時の第１及び第２の超伝導コイル
中の電流の急激な変化は、選択された相互インダクタン
スを介してスクリーニングコイルへ結合される。スクリ
ーニングコイルが小さい臨界電流を有する材料から巻か
れている場合には、このことは超伝導状態から常伝導状
態への移行をスクリーニングコイルにもたらすので、過
度の電流が流れるおそれがなく損害が生じない。変形案
としてスクリーニングコイルは第１及び第２のコイル組
立体のために用いられる導線と同様に大きい臨界電流を
有する導線から巻くことができ、しかし閉ループの一部
として小さい臨界電流の異なる導線を有するならば、こ
の電流が限界を超えたときに回路のこの小さい部分だけ
が常伝導となるので、熱の発生を第１及び第２のコイル
組立体から離れた局部に制限することができる。所望な
らば、装置の操作員により要求されるときにスクリーニ
ングコイル中の電流をゼロにリセットするために、この
接続部は常伝導状態へ移行させるための電気ヒータを備
えた超伝導スイッチの形とすることができる。

【００１８】クエンチ状態に加えて、磁石コイルの電流
の小さい自然減衰の影響を考慮することも重要である。
この減衰は実用導体で用いられる導線の小さいしかし有
限の抵抗から生じ、一般的に毎時１０⁸ の数分の１であ
る。この減衰電流の影響は磁石コイルと磁気的に結合さ
れたスクリーニングコイル中に補償電流を誘導すること
である。もしスクリーニングコイルにより作られる磁界
が主磁石の磁界とは異なる特性特に程度の低い均一性を
有するならば、装置全体の性能が時間と共に変化する。
従来の超伝導磁石（すなわち非能動シールド形装置）で
は、その均一性を改善すべく磁界のひずみを修正するた
めに超伝導シムコイルを用いることが知られている。こ
れらのシムコイルは、主磁石コイルのそばに正及び逆の
ランニングコイルを適当に配置することにより、主磁石
と結合しないように設計することができる。主磁石コイ
ルからのシムコイルの減結合は、シムコイルから生じる
スクリーニング効果が存在しないという結果をもたらす
ので、この種の解決策はこの発明と共に用いるために適
用することはできない。その代わりとしてこの発明の有
利な実施態様は、スクリーニングコイルの電流を周期的
にゼロヘリセットするために働く回路を備える。こうし
てスクリーニングコイル中の電流の蓄積、及び作業体積
中の均一性を破壊するおそれのある磁界のそのために起
こる発生が回避される。

【００１９】特に磁石組立体が核磁気共鳴イメージング
装置の一部として用いられる場合には、ループ内の接続
部の有効インダクタンス及び抵抗により形成される時定
数が画像のためのデータ収集に必要な時間に比べて非常
に長いならば、ループを完全に超伝導にすることは必ず
しも必要でない。こうしてスイッチの作動による周期的
なリセットの必要なしに、又は臨界電流を超えて常伝導
状態へ一時的に移行する結果として、スクリーニングコ
イル中の電流は長い期間にわたって自然にゼロに戻る。

【００２０】

【実施例】次にこの発明に基づく磁石組立体の一実施例
を示す図面により、この発明を詳細に説明する。

【００２１】図１は、部分的に破断した形で磁石組立体
１を示す。磁石組立体１は軸線４を有する孔３により構
成され磁石組立体の作業容積を画成するステンレス鋼製
の内側円筒形巻枠２を備える。軸線４と同軸の円筒形ア
ルミニウム製巻枠５が巻枠２の半径方向外側に置かれて
いる。巻枠５は、軸線４に対し直角な組立体の中央面６
（図２参照）に関し対称に配置された３対のコイルＡ、
Ａ′、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′と、中央面６にまたがって対
称に配置された７番目のコイルＤとを支持する。これら
のコイルは図２に示されている。コイルＡ〜Ｄはそれぞ
れ、例えば第２種の超伝導体の細いストランド、内部に
超伝導体ストランドが規則正しい配列の形で埋め込まれ
た良好な常伝導体のマトリックス、並びに通電及び事故
モードの電圧に対処するための表面の電気絶縁を含むよ
うな、超伝導材料から形成されている。各コイルの位置
は後述する。それぞれのコイルＡ〜Ｄは別個に巻かれ数
千ターンの導線を有する。コイルはワックス又はエポキ
シ樹脂中に埋め込まれクランプリング（図示されていな
い）により囲まれている。また各対のコイルは巻枠５の
各対の環状のリブ５Ａ、５Ｂなどの間に位置決めされて
いる。ワックス又はエポキシ樹脂及びリブを使用する目
的は、使用中のコイルの巻線の移動を防止すること、及
びクエンチを招くおそれのある熱の発生を伴うようなす
べての微小運動を防止しようとすることにある。コイル
Ａ〜Ｄの狭い間隔を考慮して、巻枠５は軸線方向に約２
０００００kgf にも及ぶおそれのある隣接コイル間の大
きい力に適合するように構成しなければならない。更に
巻枠５は磁石組立体の全重量を低減するためにできるだ
け軽くなければならず、またできるだけ真の円筒に近く
なければならない。

【００２２】第２のアルミニウム製巻枠７は巻枠５の半
径方向外側に取り付けられている。巻枠７は下記の方法
で磁石組立体の中央面６に関して対称に配置された四つ
の遮蔽コイルＥ、Ｅ′、Ｆ、Ｆ′（図２参照）を支持す
る。コイルＥ〜Ｆ′はコイルＡ〜Ｄと同様な方法で巻枠
７の各対のリブ７Ｅ、７Ｆの間に取り付けられている。
クランプリング（図示されていない）及びワックス又は
エポキシが、巻枠５に関連して前に述べたようにコイル
巻線の運動を低減するために用いられている。

【００２３】コイルＡ〜Ｆ′の巻線が超伝導状態を達成
できるようにするためには、約４．２Ｋまで巻線を冷却
することが必要である。４．２Ｋはヘリウムの沸点であ
り、従って二つの巻枠５、７は外側円筒壁８及び内側円
筒壁９により画成されるヘリウム容器内に置かれる。ヘ
リウム容器は一対のリング部材１２により閉じられてい
る。壁８、９及びリング部材１２はすべてステンレス鋼
から作られている。液体ヘリウムは小塔１４に取り付け
られた入口１３を経てヘリウム容器へ供給される。ヘリ
ウム容器は変形案として、ステンレス鋼より導電性の良
い金属例えばアルミニウムから作ることができる。

【００２４】円筒形のアルミニム製放射シールド１５、
１５′は、シールド１５、１５′とヘリウム容器との間
に真空室１６を画成するために、ヘリウム容器に関して
それぞれ同軸に半径方向外側及び内側に取り付けられて
いる。放射シールド１５、１５′は、シールド１５、１
５′から熱を抽出しこの熱をヘリウム容器から沸騰した
低温のヘリウムガスへ渡す小塔１４中の熱交換器（図示
されていない）を介して、ヘリウムとの接触により冷却
される。

【００２５】一層低い温度を達成するためにシールドを
更に冷却することは、閉サイクルのギフォード・マクマ
ホン形冷凍機の第２段に接続された第２の熱交換器によ
り達成することができる。

【００２６】別のアルミニウム製放射シールド１７、１
７′が、真空室１８を画成するためにシールド１５、１
５′に関してそれぞれ同軸に半径方向外側及び内側に取
り付けられている。使用時に液体窒素が、シールド１７
により外壁を形成された環状のタンク２６へ供給され
る。これらのシールドはタンクからの窒素の蒸発を減ら
す又はなくすために、十分な冷却容量を有する２段閉サ
イクルのギホード・マクマフォン冷凍機の第１段へ熱交
換器を経て結合されている。最後に円筒形のステンレス
鋼製外側ケーシング２０が、真空室２１を画成するため
にシールド１７の周りに同軸に取り付けられている。外
側ケーシングは変形案としてアルミニウムから作ること
ができる。対のアルミニム製鏡板２２、２３、２４（図
２参照）が真空室１６、１８、２１の端部を閉じるため
に設けられている。

【００２７】熱負荷を最小にするために、種々のシール
ドは相応の取付板に取り付けられたガラス強化プラスチ
ック製の棒（図示されていない）の装置により支えられ
ている。これらの棒は支柱の三次元の配列として構成さ
れるとき、０．０４ｗ以下の熱漏洩の犠牲において４０
００ｋｇの磁石を支える。

【００２８】使用時にヘリウム容器８、９は４．２１Ｋ
の温度の液体ヘリウムを充填される。液体ヘリウムが沸
騰するとき、生じた気体は約４０Ｋの温度にシールド１
５、１５′を冷却する小塔１４中の熱交換器の中を通
る。これらのシールド１５、１５′は一般に４０Ｋ熱シ
ールドと呼ばれる。タンク２６中に存在する液体窒素は
シールド１７、１７′を約７７Ｋの温度に維持する。こ
れらのシールド１７、１７′は一般に８０Ｋ熱シールド
と呼ばれる。これらの低温のシールドは真空室１６、１
８、２１内に存在する真空と共に、液体ヘリウムの沸騰
により４．２Ｋに維持されるヘリウム容器への熱入力を
最小にするのを助ける。

【００２９】真空室１６、１８、２１は真空引きできる
ように大気へバルブ２７を経て接続されている。

【００３０】シールド１５、１７が２段ギフォード・マ
クマホン閉サイクル冷凍機により冷却される他の方式で
は、窒素タンク２６を省略することができる。

【００３１】磁石装置１の構成要素の位置は、組立体の
半径方向断面を示す図２を参照することにより一層よく
理解することができる。

【００３２】この発明の方式の原理を図３を参照して説
明する。図３は磁石コイルＡ〜Ｆ′と、閉ループとなる
ように直列に接続された一組のスクリーニングコイルａ
〜ｆ′との結合を示す回路線図であり、図示の実施例で
はスクリーニングコイルが各磁石コイルに隣接して設け
られ関連する小文字により図３中に示されている。スク
リーニングコイルはすべてのスクリーニングコイルａ〜
ｆ′が同一方向へ電流を流すように巻かれている。スク
リーニングコイルは約１００ターンの超伝導線により巻
かれている。

【００３３】スクリーニングコイルａ〜ｆ′の寸法を決
定するための基準は、磁石コイルＡ〜Ｆ′との相互イン
ダクタンス、及びスクリーニングコイル中の電流Ｉ_s に
より作り出された磁石装置の中心領域３中に広がる均一
磁界の歪である。妨害磁界Ｂ_d に対しては磁石コイルの
ための回路方程式を数１として表すことができ、スクリ
ーニングコイルのための回路方程式を数２として表すこ
とができ、ここで矢印→はベクトル量を意味し、下付き
文字ｓ、ｍはそれぞれスクリーニングコイルの組及び磁
石コイルの組を意味し、積分は計算中の電流により囲ま
れる領域Ａ（その増分はｄＡ）にわたり計算される。

【数１】

【数２】

【００３４】もし妨害磁界Ｂ_d が一様であるならば妨害
磁界は積分記号の外に置くことができ、能動シールド形
磁石に対しては数３が成立することに注目すれば、数１
は数４となる。

【数３】

【数４】

【００３５】数４からのｄＩ_m ／ｄｔの値を数２に代入
すれば数５が得られる。

【数５】

【００３６】コイル軸線に平行な強い均一磁界中では、
軸線に垂直なすべての小さい磁界成分は全磁界強さに重
要な影響を有しない。それゆえに軸線に平行な磁界成分
だけを考慮すれば十分であり、この場合にはスクリーニ
ングコイル装置の中心磁界に対する寄与は数６により表
され、磁石コイルの中心磁界に対する寄与は数７により
表される。ここでｇ_s 、ｇ_m はコイルの形状寸法により
決定される定数である。そして中心磁界Ｂ₀ 中の全変化
は妨害磁界Ｂ_d とＢ_m とＢ_s との和として数８により表
される。

【数６】

【数７】

【数８】

【００３７】時間に関して数８を微分すると数９が得ら
れる。数４及び数５から求められた値を数９へ代入する
と数１０が得られ、これを整理すると数１１となる。数
１１は結合係数Ｋに置き替えて数１２として表すことが
でき、ここでＫ² ＝Ｍ_sm ² ／（Ｌ_s Ｌ_m ）である。

【数９】

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【００３８】Ｎ_s がターン数でありｒ_i がｉ番目のター
ンの半径であるコイルに対しては、数１３が数１４へ簡
単化されそれにより数１５が得られる。

【数１３】

【数１４】

【数１５】

【００３９】完全なスクリーニングは、ｄＢ₀ ／ｄｔと
ｄＢ_d／ｄｔとの間の結合が存在しないとき、すなわち
数１６が満足されるときに得られる。

【数１６】

【００４０】磁石コイルに関してスクリーニングコイル
の寸法と位置を調節することにより、−１＜Ｋ＜１の領
域以内のＫの値の広い領域が許され、ここでＫの負の値
は外側コイルＥ〜Ｆ′との結合が内側コイルＡ〜Ｄとの
結合より強いことを意味する。それによりスクリーニン
グ条件を満足する設計を見いだすことができる。

【００４１】考慮すべき他の基準はスクリーニングコイ
ルにより発生させられる磁界成分の均一性である。磁気
学でよく知られているように、またギャレット（M. W.
Garrett ）の論文「磁界を発生させかつ測定するための
軸線方向に対称な装置（Axially symmetric systems fo
r generating and measuring magnetic fields）」ジャ
ーナルオブアプライドフィジックス（Journal of
Applied Physics）、第２２巻、第１０９１ページ、１
９５１年に記載のように、球形領域中の軸線対称磁界の
均一性は数１７に示された球面調和展開式によって表現
でき、ここでｒ₀ は問題の球形領域の半径であり、Ｐ_n
（ｃｏｓθ）はルジャンドルの多項式である。

【数１７】

【００４２】数１７を参照すれば、均一磁界は次式の場
合に対する磁界である。Ａ₀ ≠０Ａ_n ＝０ｎ＝１・・・∞ 大抵の場合にこの条件と数１６とを同時に満足する設計
を達成することは不可能であろうが、それにもかかわら
ず任意の特別な場合に対して合理的な妥協を見いだすた
めに、適当な最適化コンピュータプログラムの目的関数
を形成することは、適当な重みづけと共にこれらの項を
用いることにより可能である。

【００４３】どの程度まで数１６が満足させられるべき
かを決定するための基準は、能動シールド形磁石組立体
として働く外側コイルの無い従来の単一の超伝導磁石コ
イルを考慮することにより導くことができ、この場合に
はｄＢ₀ ／ｄＢ_d ≒０．１となる。

【００４４】本明細書に記載の磁石組立体でスクリーニ
ングのこのレベルを達成すれば満足であろう。更に遮蔽
されるべき磁界変化のレベルは全く小さい。１００ｎＴ
の変化は画像上に重大な影響を有するが、経験されるの
は稀である。それゆえに臨界電流に到達する前に数μＴ
の磁界を発生させることができるスクリーニングコイル
が適当である。磁界のこのレベルでは、もしスクリーニ
ング磁界が約１％まで均一であるならば、基本磁界の均
一性への影響は無視できる。このことは数１７で表され
た磁界展開式の最低の次数（ｎの最低値）だけを実際に
考慮する必要があるということを意味する。

【００４５】能動シールド形磁石から生じる結合係数Ｋ
の選択の融通性は、構造を簡単化するために更に別の制
約を受け入れることが最適化処理の範囲内で可能である
こと、例えばスクリーニングコイルが磁石コイルの表面
上に置かれ追加の巻枠を必要としないことを意味する。

【００４６】図３に示された特別の実施例ではスクリー
ニングコイルは、コイル寸法が表１に記載された磁石に
対する外部妨害に対してスクリーニングを提供するよう
に設計されている。中心線ＯＸからの軸線方向位置がｃ
ｍで与えられている。この磁石は３８．２Ｈの自己イン
ダクタンスを有し、２．６５ｍＴ／Ａの中心磁界を作り
出す。

【表１】

【００４７】スクリーニングコイルは磁石コイルの外面
上に直接的に単層で巻かれている。スクリーニングコイ
ルの軸線方向位置及び寸法が表２に記載されている。す
べてのコイルが図３に示すように同一方向へ延びて直列
に接続されるとき、この組のコイルの自己インダクタン
スは７６．９ｍＨであり、中心磁界での寄与は０．１４
ｍＴ／Ａである。主コイルとの結合係数Ｋは０．２１で
あり、スクリーニング係数はｄＢ₀ ／ｄＢ_d ＝０．１５
である。

【表２】

【００４８】スクリーニングコイルにより作り出される
磁界は、磁石中心の周りに置かれた５０ｃｍ直径の球形
領域にわたり１．１％まで均一である。

【００４９】スクリーニングコイルは二つの機能を果た
す小さい超伝導スイッチ３２を経て直列に接続されてい
る。スイッチ３２は、スイッチを超伝導状態から常伝導
状態へ移行させるために小さい加熱要素により加熱で
き、その場合にはスイッチの抵抗は約１００Ωである。
この状態ではスクリーニングコイル中の電流が急速にゼ
ロへ減衰するので、スイッチはスクリーニングコイルへ
の結合を避けるために主磁石の起動又は停止時に用いる
ことができる。スイッチ３２はまた本質的に非常に小さ
い臨界電流のために限流機能を有し、それにより磁石が
クエンチする場合に、もしスクリーニングコイル中の電
流が過度に上昇するならば、例えばスイッチは常伝導状
態へ切り換わる。主磁石コイル自体は主超伝導スイッチ
３０を経て結合されている。

【００５０】表２に記載された設計に対しては適当なス
イッチが１０Ａ以下の臨界電流を有し、この種のスイッ
チは細い超伝導線を用い特殊な技術を必要とせずに容易
に得られる。そのときこのスイッチを横切って発生する
おそれのある最大電圧はクエンチ期間中でさえ非常に小
さい。

【００５１】スクリーニングコイルはほぼ均一である
が、主磁石電流の自然の減衰の影響が絶えずスクリーニ
ングコイルの電流を増加させる。仮にこの電流がスイッ
チの常伝導状態への突然の移行により制限される約１０
Ａに到達することを許されるならば、撮像領域における
磁界への影響は１０×０．０１１×０．１４ｍＴすなわ
ち１５μＴの不均一性となる。高性能用途に対してはこ
のことは望ましくない。この問題を克服するために図４
に示すようにリセット回路を用いることができる。リセ
ット回路は設定された間隔で信号を供給するタイマ回路
３１を備える。高性能用途に対してはタイマ回路は２４
時間ごとに信号を供給するように調整できるが、週１回
の間隔が一般に十分であると考えられる。この信号は一
定期間（例えば５秒）のパルスをヒータ電源３４へ供給
するパルスタイマ３３へ供給される。

【００５２】ヒータ電源３４は超伝導スイッチ３２のた
めの小さい加熱要素３６を加熱する。これはスクリーニ
ングコイルの電流をゼロへ減衰させるのに十分であるの
で、均一性への蓄積的作用が生じない。磁界が立ち上げ
られている間連続的に、及び自然減衰率が高かった後に
短期間の間、この同じ装置を加熱要素３６を付勢するよ
うに調整することもできる。図４では、符号３８はスク
リーニングコイルを示し、符号４０は主磁石コイルを示
す。主超伝導スイッチ３０もまた別の電源４４により給
電される加熱要素４２に結合されている。両電源３４、
４４は主磁石電源４６から制御される。

【００５３】主磁界が変更されるときには、主スイッチ
の加熱要素４２を付勢するための磁石電源４６からの制
御信号が、スクリーニングコイルスイッチの加熱要素３
６を付勢するためにも用いられる。これは主磁石電流が
設定されている間にスクリーニングコイルの電流が流れ
ないことを保証するので、主磁石電流は要求される中央
磁界に対して正しく設定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁石組立体の従来例の部分的に破断して示した
斜視図である。

【図２】この発明に基づく磁石組立体の一実施例の長手
方向断面図である。

【図３】図２に示す磁石コイル及びスクリーニングコイ
ルの回路図である。

【図４】スクリーニングコイル電流のリセット装置の一
実施例の回路図である。

【符号の説明】

Ａ、Ａ′、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′、Ｄ第１の超伝導コイ
ルＥ、Ｅ′、Ｆ、Ｆ′ 第２の超伝導コイルａ、ａ′、ｂ、ｂ′、ｃ、ｃ′、ｅ、ｅ′、ｆ、ｆ′
スクリーニングコイル３２超伝導スイッチ３３パルスタイマ３４ヒータ電源３６加熱要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390039413 シーメンスアクチエンゲゼルシヤフトＳＩＥＭＥＮＳＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴドイツ連邦共和国Ｄ−80333 ミュンヘンヴィッテルスバッハープラッツ２ (72)発明者レオンハルトゼルトナードイツ連邦共和国 8501 シユワイクウントレーテルヴエーク 10 (72)発明者フランシスデイヴイースイギリス国オツクスフオードオーエツクス８１ビーピーエンシヤムワーフロード（番地なし）オツクスフオードマグネツトテクノロジーリミテツド内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 7/20 H01F 6/00 ZAA

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の磁界を発生させる第１の超伝導コ
イル組立体（Ａ〜Ｄ）と、第２の磁界を発生させる第２
の超伝導コイル組立体（Ｅ〜Ｆ′）とを備え、第２の超
伝導コイル組立体が第１の超伝導コイル組立体と電気的
に直列に接続され、第１及び第２の超伝導コイル組立体
はそれぞれ相応する磁界成分がほぼ同程度の大きさであ
る磁界を使用時に発生させ、両コイル組立体は合成均一
磁界が作業容積内に発生しかつ第２の磁界がほぼ磁石組
立体の外部で第１の磁界に対抗するように配置された磁
石組立体において、磁石組立体が更に複数のスクリーニ
ングコイル（ａ〜ｆ′）を備え、各スクリーニングコイ
ルが第１及び第２の超伝導コイル組立体のターン数に比
べて少数のターン数を有し、スクリーニングコイルは閉
ループを形成するように電気的に直列に接続され、かつ
第１及び第２の超伝導コイル組立体との相互作用が磁石
組立体の作業容積内の磁界への妨害作用の影響を低減す
るのに役立ち、他方では作業容積内の磁界の均一性に重
大な影響を及ぼさないように配置されていることを特徴
とする磁石組立体。
【請求項２】スクリーニングコイル（ａ〜ｆ′）の全
部又は一部が１Ａの程度の臨界電流を有する導線から形
成されることを特徴とする請求項１記載の磁石組立体。
【請求項３】スクリーニングコイルの全部又は一部は
その内部の１区画が１Ａの程度の臨界電流を有する超伝
導線から形成されることを特徴とする請求項１又は２記
載の磁石組立体。
【請求項４】スクリーニングコイルの全部又は一部が
内部に接続された常伝導体の区画を備える超伝導線から
形成されることを特徴とする請求項１ないし３の一つに
記載の磁石組立体。
【請求項５】スクリーニングコイル（ａ〜ｆ′）と直
列に結合された超伝導スイッチ（３２）と、スクリーニ
ングコイルの電流を周期的にリセットするために超伝導
スイッチ（３２）を加熱する装置（３３、３４、３６）
とを備えることを特徴とする請求項１ないし４の一つに
記載の磁石組立体。