JP3871789B2 - Passive shield superconducting magnet - Google Patents

Passive shield superconducting magnet Download PDF

Info

Publication number
JP3871789B2
JP3871789B2 JP34711397A JP34711397A JP3871789B2 JP 3871789 B2 JP3871789 B2 JP 3871789B2 JP 34711397 A JP34711397 A JP 34711397A JP 34711397 A JP34711397 A JP 34711397A JP 3871789 B2 JP3871789 B2 JP 3871789B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shield plate
superconducting magnet
refrigerator
magnetic field
yoke
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP34711397A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11155831A (en
Inventor
寛 田崎
千賀子 飯塚
弘隆 竹島
武 八尾
孝男 本名
肇 田邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Hitachi Medical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp, Hitachi Medical Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP34711397A priority Critical patent/JP3871789B2/en
Publication of JPH11155831A publication Critical patent/JPH11155831A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3871789B2 publication Critical patent/JP3871789B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、MRIと略称する)装置などに使用されるパッシブシールド型超電導磁石に係り、特にパッシブシールド型超電導磁石での冷凍機の取付構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
超電導磁石は様々な分野で用いられているが、汎用超電導磁石として現在最も実用化が進んでいるのはMRI装置への利用である。MRI装置は、磁石により、一定空間内に,一定方向に,一定磁場強度の均一磁場を作り、各種コイル(傾斜磁場コイル−MRIに際し、スピンの位置情報を得るために傾斜磁場を与える;高周波(RF)コイル−被検体に高周波磁場を照射し、原子核を励起すると共に、被検体で発生した核磁気共鳴(NMR)信号を受信する;等)を用い、前記空間内に挿入された被検体からのNMR情報を収集し、被検体の任意位置,任意方向の断面図を再構成するものである。一般に、MRI装置は均一磁場の方向により、水平方向のものと、垂直方向のものに分類される。
【0003】
医用MRI装置では、従来、超電導磁石を使用したものとしては水平磁場方式が一般的であった。しかし、近年磁石として永久磁石を用いた、均一磁場が垂直方向である開放型永久磁石方式MRI装置が実用化され、その開放性ゆえに、広く全世界に価値が認識されるようになった。そこで、現在では、永久磁石では達成できない高い磁場強度を生成することができる超電導方式による開放型(垂直磁場方式)MRI装置の開発が行われている。
【0004】
超電導磁石においては、均一磁場を発生するための超電導コイルの冷却方法が重要な技術となる。超電導磁石の冷却方法としては、一般に下記の4種類が行われている。(中込秀樹;冷凍機を用いた超電導マグネット:第1回超伝導・低温若手セミナー テキスト 題目:超伝導の基礎理論・デバイスの基礎と冷凍機の原理・応用、p.14〜20、平成8年7月25日〜27日、低温工学協会東北・北海道支部主催)
(1)開放タイプ;冷媒(液体ヘリウム等)のみを用いて冷却する方式で、冷媒容器内で超電導コイルを冷媒に浸漬させて冷却する。
(2)ベビーシッタタイプ;超電導コイル自体については(1)と同様に冷媒で直接冷却し、冷却容器のうちの冷媒容器を収容する2層の熱シールドを極低温冷凍機で2つの温度レベル(例えば、77Kと20K)にて冷却するものである。
(3)直接冷却タイプ;超電導コイル自体については(1)と同様に冷媒で直接冷却するが、極低温冷凍機にて気化した冷媒を再度液化して冷媒容器に戻すものである。
(4)冷凍機直接タイプ;極低温冷凍機の先端の温度を超電導コイルの臨界温度以下にして直接(又は熱の良伝導体を介して)超電導コイルを冷却するものである。
上記の冷却方法において、初期は、(1)の方法が超電導方式MRI装置の冷却の主流を占めていたが、近年では極低温冷凍機の性能向上にともない、(2)〜(4)の方法が次第に用いられるようになってきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
垂直磁場方式超電導磁石において、均一磁場の磁場強度を高めようとすると、磁場の漏洩が大きくなり、この磁場の漏洩をどのように防止するかが問題となる。特願平8−165317や特開平5−234746号公報には、図8に示すように、1組の超電導コイル2と冷却容器3とから成る静磁場発生源1を、上下に配置した強磁性体から成る磁気シールド板4と磁気シールド板を支持する強磁性体から成るヨーク5にて囲む構造の垂直磁場方式の超電導磁石が開示されている。この構造の超電導磁石では、静磁場発生源1と磁気シールド板4とヨーク5とで磁気回路を構成し、静磁場発生源1で発生した磁場が超電導磁石の外部に漏洩するのを極力防止している。このような超電導磁石は、パッシブシールド型超電導磁石と呼ばれている。
【0006】
このパッシブシールド型超電導磁石を用いて、高磁場の垂直磁場方式MRI装置を構成しようとする場合、漏洩磁場を低減するためには、磁気シールド板4を厚くし、ヨーク5を太くしなければならないので、多量の強磁性体が必要となり、装置は大型化する。装置を小型・コンパクト化しようとすると、漏洩磁場の低減が不十分になることが考えられる。
【0007】
一方、超電導磁石の冷却に使用される極低温冷凍機(以下、冷凍機という)は、液体ヘリウム等の冷媒の蒸発した気体を高温側で圧縮し、低温側で膨張させることにより気体のエントロピーを変化させ、熱エネルギーを低温側から高温側に移動し、冷凍機の先端部(低温側)を冷却するものである。高温側で気体を圧縮する部分を圧縮機と呼んでいるが、この圧縮機はピストンを用い、気体の圧縮作業を行っている。ピストンを駆動させるためにインダクションモータが使用されている。インダクションモータ内の磁性体は直流の漏洩磁場にさらされると、磁性体が飽和し、モータが動かなくなることがあり、また、この磁性体が交流の漏洩磁場にさらされると、モータの回転周波数が乱れることがある等の問題があり、冷凍機を漏洩磁場の大きい位置に設置する動作不良を起こすことがある。
【0008】
以上説明した如く、超電導磁石における冷凍機の配置は重要な課題であり、この配置の如何によっては冷凍機の性能を十分発揮できず、超電導磁石の性能にも影響を及ぼす可能性がある。また、本発明の対象としている垂直磁場方式のパッシブシールド型超電導磁石に冷凍機を設置する場合の設置位置についても、殆ど検討されていなかった。
従って、本発明では、漏洩磁場が冷凍機に悪影響を及ぼすことのないパッシブシールド型超電導磁石を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のパッシブシールド型超電導磁石は、上下方向に対向して配置された1組の超電導コイルと、それぞれの超電導コイルを収納し冷却する1組の冷却容器とから成る静磁場発生源を有し、該静磁場発生源の上下外側に強磁性体から成る磁気シールド板を配置し、該上下の磁気シールド板の間を1本以上の強磁性体から成るヨークにて結合するパッシブシールド型超電導磁石において、前記冷却容器を冷却する冷凍機は、上側磁気シールド板の上で、かつ、該上側磁気シールド板と前記ヨークの接合部位(以下、シールド板・ヨーク接合部位という)から離れた位置に取り付けられており、前記上側磁気シールド板を通して前記冷却容器に接続されている
【0010】
パッシブシールド型超電導磁石では、上側磁気シールド板上においては、シールド板・ヨーク接合部位の周辺部の漏洩磁場が大きくなり、それから離れた位置で漏洩磁場が小さくなるので、上記構成のように冷凍機を取り付け配置することにより、漏洩磁場による冷凍機への悪影響を低減することができる。また、漏洩磁場の小さい位置に取り付けられているので、冷凍機の動作信頼性が向上し、超電導コイルの冷却が確実に行われる。
【0011】
本発明のパッシブシールド型超電導磁石では更に、前記ヨークが1本であり、前記冷凍機が前記上側磁気シールド板の中央部又は該中央部よりも前記シールド板・ヨーク接合部位から離れた位置に取り付けられている。この構成では、シールド板・ヨーク接合部位が1個所であり、その周辺部の漏洩磁場が大きくなる。従って、冷凍機の取り付け位置をシールド板・ヨーク接合部位を基準にして上側磁気シールド板の中央部、またはそれより遠い位置まで離せば漏洩磁場を小さくすることができる。
【0012】
本発明のパッシブシールド型超電導磁石では更に、前記ヨークが2本以上であり、前記冷凍機が隣合う前記シールド板・ヨーク接合部位を結ぶ線分のほぼ垂直2等分線上に取り付けられている。ヨークが2本以上の場合には、隣合うシールド板・ヨーク接合部位からほぼ等距離の位置において漏洩磁場が最も小さくなるので、上記構成のように冷凍機を取り付け配置することにより、漏洩磁場による冷凍機への悪影響を大幅に低減することができる。
【0013】
本発明のパッシブシールド型超電導磁石では更に、前記冷凍機が前記上側磁気シールド板の上に設けた非磁性体から成る固定板上に取り付けられている。この構成では、冷凍機と上側磁気シールド板の間に固定板を挿しているので、固定板の厚さ分だけ超電導コイルより離れることになり、漏洩磁場強度は小さくなる。また、固定板を加工してこれに冷凍機を強固に固定することも可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図1に、本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第1の実施例を示す。図1(a)は縦断面図、図1(b)は上面図である。図1(a)において、超電導磁石は、均一磁場領域10に垂直磁場B0を発生する静磁場発生源1と,この静磁場発生源1の発生する磁束線の帰路を構成する磁気シールド板4とヨーク5の組合せと,静磁場発生源1を冷却する冷凍機12と,静磁場発生源1を磁気シールド板4に固定する固定部13とからなる。
【0016】
静磁場発生源1は、均一磁場領域10の上下に配置された1組の超電導コイル2と,超電導コイル2を収納し冷却する1組の冷却容器3とから構成される。上下の超電導コイル2は、各々1個以上のコイルから成り、コイルの配列を適当にすることにより、均一磁場領域10に均一性の良い高磁場を発生する。冷却容器2は、超電導コイル2を超電導状態に保持する超電導用冷媒(液体ヘリウムなど)を収容する冷媒容器と,冷媒容器を囲む熱シールドと,熱シールドを囲む真空容器とから成る。
【0017】
磁束線14の帰路となる磁気シールド板4とヨーク5は共に鉄などの強磁性体から成る。磁気シールド板4は、静磁場発生源1の上下にほぼ水平に配置される。以後、上側に配置されたものを上側磁気シールド板,下側に配置されたものを下側磁気シールド板と呼ぶことにする。冷却容器2は固定部13により磁気シールド板4に固定されている。磁気シールド板4とヨーク5とは、ヨーク5の端部で接合されている。以下、この接合部位をシールド板・ヨーク接合部位と呼ぶ。本実施例の場合、上側磁気シールド板4は2本のヨーク5に支持され、ヨーク5の長さにより、上下の磁気シールド板4の間隔および冷却容器3の間隔が保持されている。このように磁束線14の帰路を構成することにより、超電導コイル2によって発生された磁束14の大部分は、均一磁場領域10から上側の超電導コイル2,上側磁気シールド板4,上側のシールド板・ヨーク接合部位11,ヨーク5,下側のシールド板・ヨーク接合部位11,下側磁気シールド板4,下側の超電導コイル2を経由して、均一磁場領域10に戻ることになる。
【0018】
図2は、本実施例のパッシブシールド型超電導磁石における磁束分布の概略を示したものである。図2によれば、均一磁場領域10を発した磁束14は上側の超電導コイル2を通った後に、上側磁気シールド板4において左右の方向に分かれ、左右のシールド板・ヨーク接合部位11を通って、左右のヨーク5に入ることが判る。このため、上側磁気シールド板4上のシールド板・ヨーク接合部位11の周辺部で磁場強度が高く、中央部は磁場強度の低い場所になっている。これは、ヨーク5を2本配置したことにより、超電導コイル2で発生した磁束14が上側磁気シールド板4の中央部で左右に分かれ、左右のシールド板・ヨーク接合部位11に向かって集中して行くためと考えられる。この磁束線の分布を考慮して、本実施例では、冷凍機12を上側磁気シールド板4上であって、その中央部に配置したものである。
【0019】
これを図1(b)に基づいて説明する。図1(b)は、本実施例の超電導磁石を上から見た図である。上側磁気シールド板4の内部では、磁束線14は図中の上下方向の中心線16を境にして、左右のシールド板・ヨーク接合部位11に向かうことになる。このため、上側磁気シールド板4上のこの中心線16上の部分は漏洩磁場の最も少ない部位となる。この中心線16は、シールド板・ヨーク接合部位11から最も離れた位置であり、また2つのシールド板・ヨーク接合部位11を結ぶ線分15の垂直2等分線に相当する。以上のことから、上側磁気シールド板4上のこの中心線16上、又はその近傍に冷凍機12を配置すれば、この部分の漏洩磁場が最も小さくなり、冷凍機に対する磁場の悪影響を最も小さくすることができる。
【0020】
図3には、本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第2の実施例を示す。図3は、超電導磁石の上面図である。本実施例は、2本のヨーク5をもつ超電導磁石であるが、冷凍機12を2つのシールド板・ヨーク接合部位11を結ぶ線分15の垂直2等分線16上であるが、上側磁気シールド板4の中央部でなく、周辺部に位置をずらして配置したものである。冷凍機12を上側磁気シールド板4の周辺部に配置することにより、冷凍機12のメインテナンス時等に、冷凍機12へのアクセス性が良くなり、修理者の負担が軽減される。
【0021】
図4には本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第3の実施例を示す。本実施例では、上側磁気シールド板4と冷凍機12との間に固定板15を挿入している。固定板15の材質は非磁性体とし、その厚さを適当に厚くすることにより、冷凍機12を超電導コイル2から離すことができる。その結果、冷凍機12が設置される位置の漏洩磁場を低減できるので、磁場の冷凍機への悪影響を更に低減できる。また、固定板15は冷凍機12を固定しやすい構造に加工するすることも可能であるので、固定板12を介して冷凍機12を固定する方が、上側磁気シールド板4に直接固定するよりも強固に固定されるので、耐振性などを向上することができる。
【0022】
図5には、本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第4の実施例を示す。本実施例はヨーク5が1本の場合のものである。図6は、ヨーク5が1本の場合の超電導磁石の磁束分布の概略を示したものである。図6によれば、均一磁場領域10を発した磁束14の大部分は上側の超電導コイル2を通った後、上側磁気シールド板4内でシールド板・ヨーク接合部位11のある左側に進み、シールド板・ヨーク接合部位11を通って、ヨーク5に入る。このため、上側磁気シールド板上では、シールド板・ヨーク接合部位11の周辺部で漏洩磁場が大きく、その中央部又は中央部よりもシールド板・ヨーク接合部位11から離れた位置において漏洩磁場が小さくなっている。この磁束線の分布を考慮して、本実施例では、冷凍機12を上側磁気シールド板4上であって、その中央部又は中央部よりもシールド板・ヨーク接合部位11から離れた位置に配置したものである。
【0023】
また、上記第4の実施例の1本ヨークの超電導磁石においても、第2の実施例の如く、冷凍機12を上側磁気シールド板4の周辺部に配置したり、第3の実施例の如く、冷凍機12と上側磁気シールド板4との間に固定板15を挿入することは可能であり、各々の実施例で得られる効果と同様な効果が得られる。
【0024】
3本以上のヨーク5を持つパッシブシールド型超電導磁石においては、隣合う2本のヨーク5の間での上側磁気シールド板4内の磁束分布は2本のヨーク5を持つ超電導磁石の磁束分布に近似するものとなり、上側磁気シールド板4上では、隣合う2つのシールド板・ヨーク接合部位11を結ぶ線分の垂直2等分線上において漏洩磁場が小さくなる。従って、第1の実施例と同様に、冷凍機12を上側磁気シールド板4上の、隣合う2つのシールド板・ヨーク接合部位11を結ぶ線分のほぼ垂直2等分線上に配置するのが、磁場の冷凍機への悪影響を低減するのに効果がある。
【0025】
図7に、本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第5の実施例を示す。本実施例では、冷凍機12と冷却容器2との接続構造例を示したものである。図7は、本実施例の要部断面図を示したものである。図7において、上側磁気シールド板4の上に冷凍機12が配置され、上側磁気シールド板4の下部に上側の冷却容器3が支持されている。上側磁気シールド板4に穴25が設けられ、この穴25を通して、冷却容器3と冷凍機12とが接続されている。冷却容器3は、液体ヘリウム等の冷媒を収容する冷媒容器21と,冷媒容器21を収容する2層の熱シールド22,23と,熱シールド22,23を収容する真空容器24とから成り、超電導コイル2は冷媒容器21内の冷媒に浸漬して、超電導状態に冷却される。冷凍機12は2つの温度レベルの冷却用のステージを持つ極低温冷凍機で、冷却方式はベビーシッタータイプである。冷凍機12は、冷却機本体部26と第1ステージ冷却部27と第2ステージ冷却部28とから成り、第1ステージ冷却部27は管29を通して内側の熱シールド22に、第2ステージ冷却部28は管30を通して外側の熱シールド23に、それぞれ接続されている。このとき、各熱シールドは、別々の温度に、例えば内側の熱シールド22は20Kに、外側の熱シールド23は80Kに冷却される。冷凍機12全体としては、管31を通して真空容器24に接続される。このように冷却方式を構成することにより、熱シールド22,23の冷却を通して、冷媒容器21内の冷媒が冷却され、超電導コイル2が超電導状態に保持される。なお、上側の冷却容器と下側の冷却容器との間は、連結管などにより、真空容器24,熱シールド22,23,冷媒容器21それぞれについて連結すればよい。
【0026】
真空容器24に接続された管31とそれを通す穴25については、強磁性体などで確実に覆ったり、穴25を小さくしたりして、上側磁気シールド板4の上に磁場が漏れないようにし、冷凍機本体26内のインダクションモータなどに磁場が悪影響しないようにする。
【0027】
本実施例では、冷凍機12による冷却容器3の冷却方式としてベビーシッタータイプの冷却方式を採用した場合について説明したが、本発明ではこれに限定されず、直接冷却タイプの冷却方式や冷凍機直冷タイプの冷却方式を採用してもよいことは言うまでもない。
【0028】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によれば、パッシブシールド型超電導磁石において、冷凍機が上側磁気シールド板上の漏洩磁場の小さい位置に設置されるので、冷凍機に対する磁場による悪影響を除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第1の実施例。
【図2】第1の実施例の超電導磁石における磁束分布の概略。
【図3】本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第2の実施例。
【図4】本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第3の実施例。
【図5】本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第4の実施例。
【図6】ヨーク1本の場合の超電導磁石の磁束分布の概略。
【図7】本発明のパッシブシールド型超電導磁石の第5の実施例。
【図8】パッシブシールド型超電導磁石の構造例。
【符号の説明】
1 静磁場発生源
2 超電導コイル
3 冷却容器
4 磁気シールド板
5 ヨーク
10 均一磁場領域
11 シールド板・ヨーク接合部位
12 冷凍機
13 固定部
14 磁束線
15 2つの隣合うシールド板・ヨーク接合部を結ぶ線分
16 垂直2等分線
21 冷媒容器
22,23 熱シールド
24 真空容器
25 穴
26 冷凍機本体
27 第1ステージ冷却部
28 第2ステージ冷却部
29,30,31 管
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a passive shield superconducting magnet used in a magnetic resonance imaging (hereinafter abbreviated as MRI) apparatus, and more particularly to an improvement of a refrigerator mounting structure using a passive shield superconducting magnet.
[0002]
[Prior art]
Although superconducting magnets are used in various fields, the most practical use of general-purpose superconducting magnets is currently being applied to MRI apparatuses. The MRI apparatus creates a uniform magnetic field with a constant magnetic field strength in a fixed direction in a fixed space by a magnet, and applies various coils (gradient magnetic field coil-MRI to provide a gradient magnetic field to obtain spin position information; high frequency ( RF) coil—irradiates a subject with a high frequency magnetic field, excites nuclei, and receives nuclear magnetic resonance (NMR) signals generated in the subject; etc.) from the subject inserted in the space NMR information is collected, and a cross-sectional view in an arbitrary position and an arbitrary direction of the subject is reconstructed. In general, MRI apparatuses are classified into those in the horizontal direction and those in the vertical direction according to the direction of the uniform magnetic field.
[0003]
Conventionally, in a medical MRI apparatus, a horizontal magnetic field method is generally used as a superconducting magnet. However, in recent years, an open-type permanent magnet MRI apparatus using a permanent magnet as a magnet and having a uniform magnetic field in the vertical direction has been put into practical use, and because of its openness, its value has been widely recognized all over the world. Therefore, at present, an open type (vertical magnetic field type) MRI apparatus based on a superconducting method capable of generating a high magnetic field intensity that cannot be achieved by a permanent magnet is being developed.
[0004]
In a superconducting magnet, a cooling method of a superconducting coil for generating a uniform magnetic field is an important technique. The following four types of cooling methods for superconducting magnets are generally performed. (Hideki Nakagome; Superconducting magnet using a refrigerator: 1st Superconductivity / Low Temperature Young Seminar) Title: Basic theory of superconductivity / Basics of devices and principles / applications of refrigerators, p.14-20, 1996 (July 25-27, sponsored by the Low Temperature Engineering Association Tohoku / Hokkaido Branch)
(1) Open type: A cooling method using only a refrigerant (liquid helium or the like), and cooling is performed by immersing the superconducting coil in the refrigerant in the refrigerant container.
(2) Babysitter type; the superconducting coil itself is directly cooled with a refrigerant in the same manner as in (1), and a two-layer heat shield for housing the refrigerant container among the cooling containers is set at two temperature levels (for example, a cryogenic refrigerator) , 77K and 20K).
(3) Direct cooling type: The superconducting coil itself is directly cooled with a refrigerant as in (1), but the refrigerant evaporated in the cryogenic refrigerator is liquefied again and returned to the refrigerant container.
(4) Refrigerator direct type: The temperature of the tip of the cryogenic refrigerator is made lower than the critical temperature of the superconducting coil, and the superconducting coil is cooled directly (or through a good heat conductor).
In the above cooling method, initially, the method (1) occupied the mainstream of cooling of the superconducting MRI apparatus. However, in recent years, as the performance of the cryogenic refrigerator is improved, the methods (2) to (4) Are gradually being used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a vertical magnetic field type superconducting magnet, if an attempt is made to increase the magnetic field strength of a uniform magnetic field, the leakage of the magnetic field increases, and how to prevent the leakage of the magnetic field becomes a problem. In Japanese Patent Application No. 8-165317 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-234746, as shown in FIG. 8, a ferromagnetic magnetic field generating source 1 composed of a pair of superconducting coils 2 and a cooling vessel 3 is arranged vertically. A vertical magnetic field superconducting magnet having a structure surrounded by a magnetic shield plate 4 made of a body and a yoke 5 made of a ferromagnetic material that supports the magnetic shield plate is disclosed. In the superconducting magnet having this structure, the static magnetic field generating source 1, the magnetic shield plate 4 and the yoke 5 constitute a magnetic circuit, and the magnetic field generated by the static magnetic field generating source 1 is prevented from leaking outside the superconducting magnet as much as possible. ing. Such a superconducting magnet is called a passive shield type superconducting magnet.
[0006]
When an attempt is made to construct a high magnetic field vertical magnetic field MRI apparatus using this passive shield superconducting magnet, the magnetic shield plate 4 must be thickened and the yoke 5 thickened in order to reduce the leakage magnetic field. As a result, a large amount of ferromagnetic material is required, and the apparatus becomes large. When trying to reduce the size and size of the device, the leakage magnetic field may be insufficiently reduced.
[0007]
On the other hand, a cryogenic refrigerator (hereinafter referred to as a refrigerator) used for cooling a superconducting magnet compresses gas evaporated from a refrigerant such as liquid helium on the high temperature side and expands it on the low temperature side, thereby increasing the entropy of the gas. The heat energy is changed to move the heat energy from the low temperature side to the high temperature side to cool the tip (low temperature side) of the refrigerator. The portion that compresses the gas on the high temperature side is called a compressor, and this compressor uses a piston to compress the gas. An induction motor is used to drive the piston. When the magnetic body in the induction motor is exposed to a DC leakage magnetic field, the magnetic body may be saturated, and the motor may not operate.When this magnetic body is exposed to an AC leakage magnetic field, the rotational frequency of the motor may be reduced. There is a problem that it may be disturbed, and it may cause a malfunction in installing the refrigerator at a position where the leakage magnetic field is large.
[0008]
As described above, the arrangement of the refrigerator in the superconducting magnet is an important issue, and depending on the arrangement, the performance of the refrigerator cannot be sufficiently exhibited, and the performance of the superconducting magnet may be affected. In addition, the installation position in the case where the refrigerator is installed in the vertical magnetic field type passive shield superconducting magnet which is the subject of the present invention has been hardly studied.
Therefore, an object of the present invention is to provide a passive shield superconducting magnet in which a leakage magnetic field does not adversely affect the refrigerator.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a passive shield superconducting magnet according to the present invention comprises a set of superconducting coils arranged facing each other in the vertical direction, and a set of cooling containers for storing and cooling the respective superconducting coils. It has a static magnetic field generation source, magnetic shield plates made of a ferromagnetic material are arranged on the upper and lower outer sides of the static magnetic field generation source, and the upper and lower magnetic shield plates are coupled by a yoke made of one or more ferromagnetic materials. In the passive shield type superconducting magnet, the refrigerator for cooling the cooling vessel is on the upper magnetic shield plate and from the joint portion of the upper magnetic shield plate and the yoke (hereinafter referred to as shield plate / yoke joint portion). It is attached at a remote location and is connected to the cooling vessel through the upper magnetic shield plate .
[0010]
In the passive shield type superconducting magnet, on the upper magnetic shield plate, the leakage magnetic field at the periphery of the shield plate / yoke junction increases, and the leakage magnetic field decreases at a position away from it. By mounting and arranging, the adverse effect on the refrigerator due to the leakage magnetic field can be reduced. Moreover, since it is attached to a position where the leakage magnetic field is small, the operation reliability of the refrigerator is improved and the superconducting coil is reliably cooled.
[0011]
In the passive shield type superconducting magnet of the present invention, the number of the yokes is one, and the refrigerator is attached to a central portion of the upper magnetic shield plate or a position further away from the shield plate / yoke joint portion than the central portion. is not that. In this configuration, there is one shield plate / yoke joint portion, and the leakage magnetic field in the peripheral portion becomes large. Therefore, the leakage magnetic field can be reduced by moving the refrigerator mounting position to the center of the upper magnetic shield plate or a position farther from the shield plate / yoke joint portion.
[0012]
Furthermore a passive shield type superconducting magnet of the present invention, the is a yoke 2 or more, that is attached to a substantially vertical bisector of a segment connecting the shield plate yoke junction where the refrigerator is adjacent. When there are two or more yokes, the leakage magnetic field becomes the smallest at a position approximately equidistant from the adjacent shield plate / yoke joint portion. The adverse effect on the refrigerator can be greatly reduced.
[0013]
Furthermore a passive shield type superconducting magnet of the present invention, the refrigerator is installed in a on the fixed plate made of non-magnetic material provided on said upper magnetic shield plate. In this configuration, since the fixed plate is inserted between the refrigerator and the upper magnetic shield plate, the fixed magnetic plate is separated from the superconducting coil by the thickness of the fixed plate, and the leakage magnetic field strength is reduced. It is also possible to process the fixing plate and firmly fix the refrigerator to this.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention. FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG. 1B is a top view. In FIG. 1A, a superconducting magnet includes a static magnetic field generation source 1 that generates a vertical magnetic field B 0 in a uniform magnetic field region 10 and a magnetic shield plate 4 that constitutes a return path of magnetic flux lines generated by the static magnetic field generation source 1. And a yoke 5, a refrigerator 12 that cools the static magnetic field generation source 1, and a fixing portion 13 that fixes the static magnetic field generation source 1 to the magnetic shield plate 4.
[0016]
The static magnetic field generation source 1 is composed of a set of superconducting coils 2 disposed above and below a uniform magnetic field region 10 and a set of cooling containers 3 that house and cool the superconducting coils 2. The upper and lower superconducting coils 2 are each composed of one or more coils, and generate a high magnetic field with good uniformity in the uniform magnetic field region 10 by appropriately arranging the coils. The cooling container 2 includes a refrigerant container that stores a superconducting refrigerant (such as liquid helium) that holds the superconducting coil 2 in a superconducting state, a heat shield that surrounds the refrigerant container, and a vacuum container that surrounds the heat shield.
[0017]
Both the magnetic shield plate 4 and the yoke 5 serving as the return path of the magnetic flux lines 14 are made of a ferromagnetic material such as iron. The magnetic shield plates 4 are arranged substantially horizontally above and below the static magnetic field generation source 1. Hereinafter, the upper one is referred to as the upper magnetic shield plate, and the lower one is referred to as the lower magnetic shield plate. The cooling container 2 is fixed to the magnetic shield plate 4 by a fixing portion 13. The magnetic shield plate 4 and the yoke 5 are joined at the end of the yoke 5. Hereinafter, this joining portion is referred to as a shield plate / yoke joining portion. In this embodiment, the upper magnetic shield plate 4 is supported by two yokes 5, and the distance between the upper and lower magnetic shield plates 4 and the interval between the cooling containers 3 are maintained by the length of the yoke 5. By configuring the return path of the magnetic flux lines 14 in this way, most of the magnetic flux 14 generated by the superconducting coil 2 is transferred from the uniform magnetic field region 10 to the upper superconducting coil 2, the upper magnetic shield plate 4, the upper shield plate, It returns to the uniform magnetic field region 10 via the yoke joint portion 11, the yoke 5, the lower shield plate / yoke joint portion 11, the lower magnetic shield plate 4, and the lower superconducting coil 2.
[0018]
FIG. 2 shows an outline of the magnetic flux distribution in the passive shield superconducting magnet of this embodiment. According to FIG. 2, the magnetic flux 14 generated from the uniform magnetic field region 10 passes through the upper superconducting coil 2 and then splits in the left and right directions in the upper magnetic shield plate 4 and passes through the left and right shield plate / yoke joint portions 11. It can be seen that the left and right yokes 5 are entered. For this reason, the magnetic field strength is high in the peripheral portion of the shield plate / yoke joint portion 11 on the upper magnetic shield plate 4, and the central portion is a place where the magnetic field strength is low. This is because the two yokes 5 are arranged so that the magnetic flux 14 generated in the superconducting coil 2 is divided into left and right at the central portion of the upper magnetic shield plate 4 and concentrated toward the left and right shield plate / yoke joint portions 11. It is thought to go. In consideration of the distribution of the magnetic flux lines, in the present embodiment, the refrigerator 12 is disposed on the upper magnetic shield plate 4 in the center thereof.
[0019]
This will be described with reference to FIG. FIG.1 (b) is the figure which looked at the superconducting magnet of a present Example from the top. Inside the upper magnetic shield plate 4, the magnetic flux lines 14 are directed to the left and right shield plate / yoke joint portions 11 with the vertical center line 16 in the figure as a boundary. For this reason, the portion on the center line 16 on the upper magnetic shield plate 4 is a portion having the least leakage magnetic field. The center line 16 is the position farthest from the shield plate / yoke joint part 11 and corresponds to a perpendicular bisector of a line segment 15 connecting the two shield plates / yoke joint parts 11. From the above, if the refrigerator 12 is arranged on or near the center line 16 on the upper magnetic shield plate 4, the leakage magnetic field in this portion is minimized, and the adverse effect of the magnetic field on the refrigerator is minimized. be able to.
[0020]
FIG. 3 shows a second embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention. FIG. 3 is a top view of the superconducting magnet. This embodiment is a superconducting magnet having two yokes 5, but the refrigerator 12 is on the perpendicular bisector 16 of the line segment 15 connecting the two shield plate / yoke joint portions 11. The shield plate 4 is arranged not at the center but at the periphery. By disposing the refrigerator 12 around the upper magnetic shield plate 4, the access to the refrigerator 12 is improved during maintenance of the refrigerator 12, and the burden on the repairer is reduced.
[0021]
FIG. 4 shows a third embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention. In this embodiment, a fixed plate 15 is inserted between the upper magnetic shield plate 4 and the refrigerator 12. The material of the fixed plate 15 is a non-magnetic material, and the refrigerator 12 can be separated from the superconducting coil 2 by appropriately increasing the thickness thereof. As a result, since the leakage magnetic field at the position where the refrigerator 12 is installed can be reduced, the adverse effect of the magnetic field on the refrigerator can be further reduced. Further, since the fixing plate 15 can be processed into a structure that can easily fix the refrigerator 12, fixing the refrigerator 12 via the fixing plate 12 is more directly fixing to the upper magnetic shield plate 4. Also, the vibration resistance and the like can be improved.
[0022]
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention. In this embodiment, one yoke 5 is used. FIG. 6 shows an outline of the magnetic flux distribution of the superconducting magnet when there is one yoke 5. According to FIG. 6, most of the magnetic flux 14 generated from the uniform magnetic field region 10 passes through the upper superconducting coil 2, and then proceeds to the left side where the shield plate / yoke joint portion 11 is located in the upper magnetic shield plate 4. The yoke 5 is entered through the plate / yoke joint portion 11. For this reason, on the upper magnetic shield plate, the leakage magnetic field is large at the periphery of the shield plate / yoke joint part 11, and the leakage magnetic field is small at the center or at a position farther from the shield plate / yoke joint part 11 than the central part. It has become. In consideration of the distribution of the magnetic flux lines, in the present embodiment, the refrigerator 12 is arranged on the upper magnetic shield plate 4 at a position farther from the shield plate / yoke joint part 11 than the central portion or the central portion. It is a thing.
[0023]
Also, in the superconducting magnet of one yoke of the fourth embodiment, the refrigerator 12 is arranged around the upper magnetic shield plate 4 as in the second embodiment, or as in the third embodiment. It is possible to insert the fixed plate 15 between the refrigerator 12 and the upper magnetic shield plate 4, and the same effect as that obtained in each embodiment can be obtained.
[0024]
In a passively shielded superconducting magnet having three or more yokes 5, the magnetic flux distribution in the upper magnetic shield plate 4 between two adjacent yokes 5 is the magnetic flux distribution of the superconducting magnet having two yokes 5. On the upper magnetic shield plate 4, the leakage magnetic field is reduced on the vertical bisector connecting the two adjacent shield plate / yoke joint portions 11. Therefore, similarly to the first embodiment, the refrigerator 12 is arranged on the upper magnetic shield plate 4 on a substantially perpendicular bisector connecting two adjacent shield plate / yoke joint portions 11. It is effective in reducing the adverse effect of the magnetic field on the refrigerator.
[0025]
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention. In this embodiment, an example of a connection structure between the refrigerator 12 and the cooling container 2 is shown. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the main part of the present embodiment. In FIG. 7, the refrigerator 12 is disposed on the upper magnetic shield plate 4, and the upper cooling container 3 is supported below the upper magnetic shield plate 4. A hole 25 is provided in the upper magnetic shield plate 4, and the cooling container 3 and the refrigerator 12 are connected through the hole 25. The cooling container 3 includes a refrigerant container 21 that stores a refrigerant such as liquid helium, two-layer heat shields 22 and 23 that store the refrigerant container 21, and a vacuum container 24 that stores the heat shields 22 and 23. The coil 2 is immersed in the refrigerant in the refrigerant container 21 and cooled to the superconducting state. The refrigerator 12 is a cryogenic refrigerator having cooling stages of two temperature levels, and the cooling method is a babysitter type. The refrigerator 12 includes a cooler main body portion 26, a first stage cooling portion 27, and a second stage cooling portion 28. The first stage cooling portion 27 passes through a pipe 29 to the inner heat shield 22 and the second stage cooling portion. 28 are respectively connected to the outer heat shield 23 through the pipe 30. At this time, each heat shield is cooled to a different temperature, for example, the inner heat shield 22 is cooled to 20K, and the outer heat shield 23 is cooled to 80K. The refrigerator 12 as a whole is connected to the vacuum vessel 24 through a pipe 31. By configuring the cooling method in this way, the refrigerant in the refrigerant container 21 is cooled through the cooling of the heat shields 22 and 23, and the superconducting coil 2 is maintained in the superconducting state. In addition, what is necessary is just to connect about the vacuum container 24, the heat shields 22 and 23, and the refrigerant | coolant container 21 with a connecting pipe etc. between an upper cooling container and a lower cooling container.
[0026]
The tube 31 connected to the vacuum vessel 24 and the hole 25 therethrough are securely covered with a ferromagnetic material or the like, or the hole 25 is made small so that the magnetic field does not leak onto the upper magnetic shield plate 4. The magnetic field is prevented from adversely affecting the induction motor or the like in the refrigerator main body 26.
[0027]
In the present embodiment, the case where the babysitter type cooling method is adopted as the cooling method of the cooling container 3 by the refrigerator 12 is described. However, the present invention is not limited to this, and the direct cooling type cooling method or the refrigerator direct method is used. It goes without saying that a cold type cooling method may be adopted.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the passive shield superconducting magnet, since the refrigerator is installed at a position where the leakage magnetic field on the upper magnetic shield plate is small, the adverse effect of the magnetic field on the refrigerator can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of a passively shielded superconducting magnet according to the present invention.
FIG. 2 is an outline of magnetic flux distribution in the superconducting magnet of the first embodiment.
FIG. 3 shows a second embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention.
FIG. 4 shows a third embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention.
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention.
FIG. 6 is an outline of magnetic flux distribution of a superconducting magnet in the case of one yoke.
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the passive shield superconducting magnet of the present invention.
FIG. 8 is a structural example of a passive shield superconducting magnet.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Static magnetic field generation source 2 Superconducting coil 3 Cooling container 4 Magnetic shield plate 5 Yoke 10 Uniform magnetic field area 11 Shield plate / yoke joint part 12 Refrigerator 13 Fixed part 14 Magnetic flux line 15 Connecting two adjacent shield plates / yoke joints Line 16 Vertical bisector 21 Refrigerant vessel 22, 23 Heat shield 24 Vacuum vessel 25 Hole 26 Refrigerator main body 27 First stage cooling unit 28 Second stage cooling unit 29, 30, 31 Tube

Claims (4)

上下方向に対向して配置された1組の超電導コイルと、それぞれの超電導コイルを収納し冷却する1組の冷却容器とから成る静磁場発生源を有し、該静磁場発生源の上下外側に強磁性体から成る磁気シールド板を配置し、該上下の磁気シールド板の間を1本以上の強磁性体から成るヨークにて結合するパッシブシールド型超電導磁石において、
前記冷却容器を冷却する冷凍機は、上側磁気シールド板の上で、かつ、該上側磁気シールド板と前記ヨークの接合部位(以下、シールド板・ヨーク接合部位という)から離れた位置に取り付けられており、前記上側磁気シールド板を通して前記冷却容器に接続されていることを特徴とするパッシブシールド型超電導磁石。
It has a static magnetic field generation source composed of a pair of superconducting coils arranged opposite to each other in the vertical direction and a pair of cooling containers for storing and cooling the respective superconducting coils, and above and below the static magnetic field generation source. In a passively shielded superconducting magnet in which a magnetic shield plate made of a ferromagnetic material is disposed and the upper and lower magnetic shield plates are coupled by a yoke made of one or more ferromagnetic materials,
Refrigerator for cooling the cooling container, on the upper magnetic shield plate, and the joint portion of the the upper side magnetic shield plate yoke (hereinafter, referred to as the shield plate yoke junction) is attached at a position away from the And a passively shielded superconducting magnet, which is connected to the cooling vessel through the upper magnetic shield plate .
請求項1記載のパッシブシールド型超電導磁石において、前記ヨークが1本であり、前記冷凍機が前記上側磁気シールド板の中央部又は該中央部よりも前記シールド板・ヨーク接合部位から離れた位置に取り付けられていることを特徴とするパッシブシールド型超電導磁石。  2. The passive shield superconducting magnet according to claim 1, wherein the number of the yokes is one, and the refrigerator is located at a central portion of the upper magnetic shield plate or at a position farther from the shield plate / yoke joint portion than the central portion. A passively shielded superconducting magnet characterized by being attached. 請求項1記載のパッシブシールド型超電導磁石において、前記ヨークが2本以上であり、前記冷凍機が隣合う前記シールド板・ヨーク接合部位を結ぶ線分のほぼ垂直2等分線上に取り付けられていることを特徴とするパッシブシールド型超電導磁石。  2. The passive shield type superconducting magnet according to claim 1, wherein the number of the yokes is two or more, and the refrigerator is mounted on a substantially perpendicular bisector connecting the adjacent shield plate / yoke joint portions. A passively shielded superconducting magnet. 請求項1乃至3のいずれかに記載パッシブシールド型超電導磁石において、前記冷凍機が前記上側シールド板の上に設けた非磁性体から成る固定板に上に取り付けられていることを特徴とするパッシブシールド型超電導磁石。In the passive shield type superconducting magnet according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the refrigerator is mounted on a fixed plate made of non-magnetic material which is provided on the upper shield plate Passive Shielded superconducting magnet.
JP34711397A 1997-12-01 1997-12-01 Passive shield superconducting magnet Expired - Fee Related JP3871789B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34711397A JP3871789B2 (en) 1997-12-01 1997-12-01 Passive shield superconducting magnet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34711397A JP3871789B2 (en) 1997-12-01 1997-12-01 Passive shield superconducting magnet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11155831A JPH11155831A (en) 1999-06-15
JP3871789B2 true JP3871789B2 (en) 2007-01-24

Family

ID=18388005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34711397A Expired - Fee Related JP3871789B2 (en) 1997-12-01 1997-12-01 Passive shield superconducting magnet

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3871789B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3728167B2 (en) 2000-02-10 2005-12-21 株式会社日立メディコ Magnetic resonance imaging system
JP3934312B2 (en) * 2000-07-11 2007-06-20 株式会社日立メディコ Magnetic resonance imaging system
JP4565721B2 (en) * 2000-09-18 2010-10-20 株式会社日立メディコ Superconducting magnet device and MRI device
JP3728199B2 (en) 2000-11-14 2005-12-21 株式会社日立メディコ Magnetic resonance imaging system
JP2006141655A (en) * 2004-11-19 2006-06-08 Hitachi Ltd Superconductive magnet device and magnetic resonance imaging device using it
JP4404021B2 (en) 2005-06-30 2010-01-27 株式会社日立製作所 Superconducting magnet for MRI
JP5224275B2 (en) * 2008-03-28 2013-07-03 日立金属株式会社 PET / MRI integrated device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11155831A (en) 1999-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5132618A (en) Magnetic resonance imaging system including active shield gradient coils for magnetically canceling leakage gradient field
EP0773565B1 (en) Cryogen-cooled open MRI superconductive magnet
JP3673556B2 (en) Open magnetic resonance imaging magnet with superconducting shield
EP0676647B1 (en) Open MRI magnet
EP0940685B1 (en) Shielded and open superconductive magnet
CN101226809B (en) Superconducting magnet and magnetic resonance imaging apparatus
JPH10225447A (en) Plane-type magnetic resonance imaging magnet
JPH09187439A (en) Open type magnetic resonance imaging magnet
EP0826977B1 (en) Compact MRI superconducting magnet
JP3663262B2 (en) Open magnetic resonance imaging magnet
JP3871789B2 (en) Passive shield superconducting magnet
JP3711660B2 (en) Open magnetic resonance imaging magnet
US6201462B1 (en) Open superconductive magnet having a cryocooler coldhead
US8171741B2 (en) Electrically conductive shield for refrigerator
JP2001224571A (en) Open type superconductive magnetic and magnetic resonance imaging instrument using it
US6664876B2 (en) Superconducting magnet and magnetic resonance imaging apparatus using the same
US6667676B2 (en) Superconducting magnet and magnetic resonance imaging apparatus using the same
JP4065747B2 (en) Superconducting magnet and magnetic resonance imaging apparatus using the same
JPH10256027A (en) Superconducting magnet system
JP4565721B2 (en) Superconducting magnet device and MRI device
WO2013150951A1 (en) Superconductor electromagnet and magnetic resonance imaging device
JP2001110626A (en) Superconducting magnet
JP4023703B2 (en) Magnetic resonance imaging system
JPH01262605A (en) Superconductive magnet device
US20060017536A1 (en) Systems, methods and apparatus for hybrid shielding in a magnetic resonance imaging system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041029

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060731

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060915

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20061017

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061018

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091027

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101027

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101027

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111027

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111027

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121027

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees