JP4839292B2 - 冷却式磁気共鳴プローブヘッド用の真空容器 - Google Patents
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Description
−低温冷却することができ、z方向に平行に配設される平坦なコイルとしてそれぞれが設計された複数のRF共振器コイルが中に配設された真空容器であって、全RF共振器コイルが、x方向でy方向よりも長い延在部を有し、x、y、z方向が直角座標系をなす真空容器と、
−RF共振器コイル間に配設され、z方向に延在する細長い試験試料用の凹部を有する中心管ブロックとを備え、中心管ブロックが、真空容器を部分的に画定し、凹部が、真空容器の外側に位置される磁気共鳴プローブヘッドに関する。
本発明の磁気共鳴プローブヘッドの1つの特に好ましい実施形態では、少なくとも1つの冷却材ガイダンスが、中心ブロックに配設され、試験試料が、試験試料用の凹部に配置され、少なくとも1つの冷却材ガイダンスが、RF共振器コイル間の領域内でx方向に関して試験試料の傍に延在し、少なくとも1つの冷却材ガイダンスが、RF共振器コイル間の領域内であって試験試料のy延在部の領域内部に収まるようにy方向に沿って全体的に配置される。冷却材ガイダンスは、特に強力な熱供給または放熱を実現する。冷却材ガイダンスが(試験試料の)x方向に関する側に配設されるので、中心管ブロックの所要のy延在部は、試験試料によってのみ規制され、冷却材ガイダンスは、y方向で試験試料を越えて突出しない。これは、高い充填率を提供する。
特に好ましいさらなる発展形態では、少なくとも1つの冷却材ガイダンスが、試験試料用の凹部から離れ、その結果、冷却材ガイダンス内の冷却材の流れを簡単に制御することができる。このとき、試験試料の温度は、中心管ブロック、または試験試料に面する凹部の壁のみを介して制御される。
この設計のさらなる発展形態では、試験試料用の凹部がフローセルとして設計され、特に、凹部は、試験試料としての流動性の試料物質で直接充填される。このとき、中心ブロックの試験試料用の試料容器を省くことができ、それによりコイル体積における試料物質の割合を増加させる。
離れた冷却材ガイダンスを備える設計の特に好ましいさらなる発展形態では、試験試料は、試験試料用の凹部内に配置され、試験試料は、試料物質で充填された試料容器を備える。この構成は、実際に有用であることが実証されており、試験試料の良好で迅速な取扱いを可能にする。試料物質は、液体(典型的には溶媒を含有する)であってよく、または固体試料(典型的には粉末)であってもよい。通常、試料容器は、円形の試験管である。
少なくとも1つの冷却材ガイダンスを有する実施形態の好ましいさらなる発展形態では、試験試料用の凹部はまた、少なくとも1つの冷却材ガイダンスを備え、試験試料は、試験試料用の凹部内に配置され、試験試料は、試料物質を含む試料容器を備え、試料容器が、少なくとも1つの冷却材ガイダンスを部分的に画定する。このさらなる発展形態では、試験試料の温度は、熱流を改善するために冷却材を通すことによって部分的に直接制御される。このとき、中心管ブロックの熱コンダクタンスに関する要件は低減される。さらに、(例えば冷却材ガイダンス用の)壁は、中心管ブロック内にあまり空間を必要とせず、それにより充填率を高める。
本発明の磁気共鳴プローブヘッドのさらなる実施形態では、試験試料用の凹部は、実質的に円筒形であり、シリンダ軸はz方向に延在し、それにより試験試料内での磁場の高い一様性を提供する。
本発明は、構成上の対策によって、平坦なHTS−RT共振器コイルを有するプローブヘッドの充填率を高めることにある。これは、プローブヘッドの感度をかなり高める。
第1に、z軸に平行に、B0磁場の方向に延在する外側円筒形境界面および内側円筒形境界面を有する内部領域を備え、外側円筒形境界面および内側円筒形境界面が、上部および底部で互いに接続されることより内部領域を封止し、
第2に、外部領域ARを備え、該外部領域ARが、真空容器の中心領域内に配設され、内側境界面の円筒形部分によって取り囲まれ、
第3に、少なくとも1つの低温冷却式コイル/共振器システムを備え、該システムが、内部領域内に配設され、測定プロセス中に外部領域AR内の領域z1<z<z2内で高周波数磁場B1を発生および/または受信し、
第4に、試験試料を備え、該試験試料が、外部領域AR内においてz軸に平行に位置決められ、内側境界面が、z軸に垂直に向けられた断面表面を少なくともその直行軸が異なる長さを有する、領域z1<z<z2内で取り囲み、コイル/共振器システムが平坦な要素から形成され、試験試料が円形の断面形状を有する
真空容器の使用を提供する。
図4(a)〜4(c)は、様々な概略断面図における本発明のプローブヘッド40を示す。図4(a)は、xy平面を通る断面を示し、強い磁場B0が、図面の平面に対して垂直に、NMR装置内のz方向に印加される。図4(b)は、図4(a)の線Bに沿った断面を示し、図4(c)は、図4(a)の線Cに沿った断面を示す。
試験管132を中心合わせするガイダンス133、141(図14(a)、14(b)も参照)から隔離する。図13(b)、14(b)はそれぞれ、図13(a)、14(a)における線Bに沿った断面を示す。変位要素131は、(既定の溶媒または使用される溶媒、例えば水で充填された)試験管132の磁化率を概して再現するように設計されることがある。これは、試験管132の端部での磁化率の遷移によって引き起こされる磁気外乱を制限する。変位要素131は、中心管ブロック111に直接取り付けられることがあり、あるいは延在部142を使用して下方向に案内されて取り付けられることもある(図14(a))。ガイダンス133は、好ましくは、小さなばね力と、周囲媒体(空気、窒素など)に対して調節された磁化率とを有する材料から製造されて、静磁場の外乱を防止する。その他、ガイダンス141は、連続的なバーとして設計されることもあり、測定体積の高さ(z方向での高さ)よりもかなり長くなることがある。これは、材料の磁化率に関する要件を不必要にする。
1 クニヒコ US3525928(A)
2 マレク:DE10006324
3 マレク:US5247256
4a ブラック、レーマー:US5258710
4b コツボ、ブラック:US5508613
5 ウィザーズ:US5585723
6 ホフマン他:US6838880(B2)
7 ハセガワ他:US6914430
8 スウィート:US2005077900
2、35 試験試料
3、36 試料容器
4、37 試料物質
5 壁
6 温度制御ギャップ
7、39 断熱ギャップ
11 基板
21、22 HTS−RF共振器コイル
33 中心管ブロック
34 凹部
40 プローブヘッド
43 真空容器
46 中心合わせ要素
47、48 冷却材ガイダンス
91、92 半シェル
131 変位要素
161 ストッパ
182 フローセル
Claims (20)
- 低温冷却することができ、z方向に平行に配設される平坦なコイルとしてそれぞれが設計された複数のRF共振器コイル(31、32;51〜54、61〜64)を備えた真空容器であって、全てのRF共振器コイル(31、32;51〜54、61〜64)が、x方向(RSx)においてy方向(RSy)よりも大きな延在部を有し、前記x、y、z方向が直交座標系をなす真空容器(43)と、
前記z方向に細長い試験試料(35)用の凹部(34、112、122)を有する、前記RF共振器コイル(31、32;51〜54、61〜64)間に配設された中心管ブロック(33;81;111;121;171;181)とを備え、前記中心管ブロック(33;81;111;121;171;181)が、前記真空容器(43)を部分的に画定し、前記凹部(34、112、122)が、前記真空容器(43)の外側にあり、
前記中心管ブロック(33;81;111;121;171;181)が、前記RF共振器コイル(31、32;51〜54、61〜64)間の領域内で、前記x方向(ZRx)において前記y方向(ZRy)よりも大きい延在部を有することを特徴とする磁気共鳴プローブヘッド(40)。 - 試験試料(35)が、該試験試料(35)用の前記凹部(34;112;122)内に配設されることを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記試験試料(35)が、前記直交座標系のxy平面に関して円形断面を有することを特徴とする請求項2記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記y方向における前記試験試料(35)の直径が、前記y方向における前記凹部(34;112;122)の直径(AUy)に等しいことを特徴とする請求項2記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記直交座標系のxz平面における平坦なコイルとしてそれぞれが設計された2つのRF共振器コイル(31、32;51〜54)を備え、前記2つのRF共振器コイル(31、32;51〜54)が、前記y方向において互いから離隔され、且つ対向して配設されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 開いた側が互いに面する2つの「V」字形の前記xy平面に関する断面形状を有する4つの平坦なRF共振器コイル(61〜64)を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記xy平面において、前記中心管ブロック(81;111)が、前記真空容器(43)に向かって丸みを付けられた外側断面を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記外側断面が、完全に、またはある部分で楕円形または長円形であることを特徴とする請求項7項に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記中心管ブロック(33;81;111;121;171;181)が、熱伝導率≧5W/(m*K)を有する材料からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記中心管ブロックは、サファイア、アモルファス酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、またはこれらの物質を含有する群の1つから選択される材料からなることを特徴とする請求項9に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記中心管ブロックは、機械加工可能なセラミック材料からなることを特徴とする請求項9に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記中心管ブロック(33;81;111;121;171;181)が、溝を備え、且つ前記xz平面において互いに対して取り付けられる2つの半シェル(91、92)を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記2つの半シェルは、前記xz平面において互いに対して接着、溶融、またははんだ付けされることを特徴とする請求項12記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 少なくとも1つの冷却材ガイダンス(47、48、134、135)が、中心管ブロック(33;81;111;121;181)に配され、前記試験試料(35)が、該試験試料(35)用の前記凹部(34;112;122)内に配置され、前記少なくとも1つの冷却材ガイダンス(47、48、134、135)が、前記RF共振器コイル(31、32;51〜54;61〜64)間の領域内であって前記x方向に関して前記試験試料(35)の傍に延在し、前記少なくとも1つの冷却材ガイダンス(47、48;134、135)が、前記RF共振器コイル(31、32;51〜54;61〜64)間の領域内であって前記試験試料の完全にy延在部の領域内に収まるように前記y方向に沿って配置されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記少なくとも1つの冷却材ガイダンス(47、48)が、前記試験試料(35)用の前記凹部(34)から離れていることを特徴とする請求項14記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記試験試料(35)は、流動性の試料物質であり、前記試験試料(35)用の前記凹部(34)が、フローセル(182)として構成されることを特徴とする請求項15記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記試験試料(35)は、試料物質及び当該試料物質で充填された試料容器(36)からなり、前記試験試料(35)が、該試験試料(35)用の前記凹部(34)内に配置されることを特徴とする請求項15記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記凹部(34)が、前記中心管ブロック(33;81;171)を介する連続的なボアとして構成され、前記ボアの一端がストッパ(161)によって閉じられ、前記試料容器(36)に面する前記ストッパ(161)の端部が、前記ストッパ(161)に面する前記試料容器(36)の端部に平行に湾曲され、前記ストッパ(161)の前記材料の磁化率が、前記試験試料(35)の磁化率に一致すること、または前記凹部(34)が、前記中心管ブロック(33;81;171)の止まり穴として設計されることを特徴とする請求項17記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記試験試料(35;132)用の前記凹部(112;122)がまた、前記少なくとも1つの冷却材ガイダンス(134、135)を備え、前記試料容器(132)が、前記少なくとも1つの冷却材ガイダンス(134、135)を部分的に画定することを特徴とする請求項17記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
- 前記中心管ブロック(111)が、少なくとも前記RF共振器コイル(31;51〜54;61〜64)のRF磁場の領域内で、前記xy平面に関して一定の断面壁厚を有することを特徴とする請求項19記載の磁気共鳴プローブヘッド(40)。
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