JP4851261B2 - 冷却式ｎｍｒプローブヘッド - Google Patents

Description

本発明は、化学分析などに用いられるＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance：核磁気共鳴）分析装置においてＮＭＲ信号の検出を行うための冷却式ＮＭＲプローブヘッドに関する。

ＮＭＲ信号を検出する手段として、ＮＭＲ用アンテナコイルを備えたＮＭＲプローブヘッドが知られる。前記ＮＭＲ用アンテナコイルは、一般に筒状をなし、その内側に挿入されたサンプルに高周波（ＲＦ：Radio Frequency）パルスを照射し、その照射から一定時間経過後に前記サンプルから放出される磁気共鳴信号をピックアップする。しかし、このようにして検出されるＮＭＲ信号は微弱なため、その検出感度の向上が要求される。

そのための方法として、前記アンテナコイルをヘリウム等の冷媒を用いて極低温まで冷却することにより熱雑音を減らす技術が開発されている。前記ＮＭＲ信号のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）は、次式（１）に示されるようにアンテナコイルの温度Ｔｃと抵抗値Ｒｃの積を含む値の平方根に反比例するので、前記アンテナコイルを冷却することはＮＭＲ信号の検出感度の著しい向上をもたらす。

ＳＮＲ∝１／√［Ｔ_ｃＲ_ｃ＋Ｔ_ｓＲ_ｓ＋Ｔ_ａ（Ｒ_ｃ＋Ｒ_ｓ）^２］ （１）
ここで、Ｔ_ｓは測定対象となるサンプルの温度、Ｒ_ｓは同サンプルの有効抵抗値、Ｔ_ａは信号を増幅させるためのプリアンプの温度である。

前記アンテナコイルを冷却する手段として、下記特許文献１は、前記アンテナコイルを支持する円筒状の熱伝導体と、ＧＭ冷凍機により冷却されたヘリウムガスが導入される熱交換器とを具備するプローブヘッドを開示する。具体的に、この特許文献１の図２は、前記熱伝導体の下端が前記熱交換器の上面に立直状態で結合された構造を示している。
米国特許出願公開第２００４／０００４４７８号明細書及び図面

前記（１）式から明らかなように、ＮＭＲ信号のＳ／Ｎ比の向上のためには、前記アンテナコイルの温度が極力低いことが望ましい。しかし、従来の冷却式ＮＭＲプローブヘッドでは、アンテナコイルが２０Ｋ〜２５Ｋ程度の温度下で運転されており、その温度が冷却の限界とされている。その理由は次のとおりである。

上述のように、ＮＭＲ用アンテナコイルは、一般にＮＭＲ検出コイルとＲＦ送信コイルとに兼用され、測定用の電力の導入を受ける。この電力の一部はジュール熱として前記アンテナコイル内で消費され、同コイルの温度を上昇させる。一方、前記アンテナコイルを形成する金属（例えば銅やアルミニウム）の比熱は２０Ｋ〜２５Ｋを下回る温度域では著しく小さいため、僅かなジュール熱も前記アンテナコイルの温度を著しく上昇させてしまう。しかも、前記アンテナコイルの材料である銅やアルミニウムの電気抵抗値は、当該材料の温度に伴って増大し、この電気抵抗の増大が当該アンテナコイルのジュール熱による温度上昇を促進する。その電気抵抗値は、１０Ｋ〜２０Ｋ付近の低い温度域では「残留抵抗」と呼ばれる非常に小さな抵抗値に抑えられるが、当該温度域よりも高い温度域、例えば上記のような従来のアンテナコイルの運転温度領域（２０Ｋ〜２５Ｋ）では当該温度の増加に伴って急激に増大するという特性を有している。

本発明は、このような事情に鑑み、前記アンテナコイルの有効な冷却によりその運転温度を低下させてＮＭＲ信号の検出感度を高めることが可能な冷却式ＮＭＲプローブヘッドを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、アンテナコイルを備え、このアンテナコイルが冷却された状態でＮＭＲ信号を検出する冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、前記アンテナコイルを支持するコイル支持部材と、このコイル支持部材の少なくとも一部の周囲に配置され、当該コイル支持部材との間に冷媒が流通可能な冷却用空間を形成する冷却用部材とを備え、前記冷却用空間を流れる前記冷媒が前記コイル支持部材の外周面に直接接触するように前記冷却用部材が前記コイル支持部材に連結されているものである。

このＮＭＲプローブヘッドでは、前記コイル支持部材が前記冷却用部材との間に冷却用空間を形成し、この冷却用空間を流通する冷媒が前記コイル支持部材の外周面に直接接触する。従って、当該冷媒は当該コイル支持部材と高い効率で熱交換し、このコイル支持部材に支持されるアンテナコイルを有効に冷却する。

前記コイル支持部材のうち少なくとも当該アンテナコイルを支持する部位は、単結晶サファイア、ジルコニア、石英、ダイアモンドの中から選ばれる少なくとも一つの材料により構成されていることが、好ましい。これらの材料は電気絶縁性が高く、前記アンテナコイルによるＮＭＲ信号の検出にほとんど影響を与えない。その一方で熱伝導性が高く、前記アンテナコイルの有効な冷却に寄与する。

本発明において、前記コイル支持部材は筒状をなし、前記冷却用部材が、前記コイル支持部材の軸方向の少なくとも一部の外周面を少なくともその径方向外側から全周にわたって覆う形状を有する。さらに、本発明は前記冷却用部材について次の第１の特徴または第２の特徴を含む。

第１の特徴は、前記冷却用部材が、前記コイル支持部材の径方向外側に配置されて当該コイル支持部材の少なくとも一部を取り囲む外周壁と、この外周壁の内側面と前記コイル支持部材の外周面とに挟まれる空間を上下からそれぞれ覆う上蓋及び下蓋とを有し、当該上蓋及び下蓋の内側端がそれぞれ前記コイル支持部材の外周面上に連結されていることである。

第２の特徴は、前記冷却用部材が、前記コイル支持部材の径方向に撓み変位可能な可撓部を有し、この可撓部が前記コイル支持部材に接合されていることである。前記可撓部の撓み変位は、前記コイル支持部材と前記冷却用部材との径方向の熱収縮差を吸収して当該熱収縮差に起因する熱応力を緩和する。

前記冷却用部材と前記アンテナコイルとの位置関係については、前記冷却用部材が前記コイル支持部材の軸方向の一部を覆う形状を有し、前記アンテナコイルが前記コイル支持部材のうち前記冷却用部材により覆われる部分から前記軸方向に外れた部分の外周面上に固定されてもよいし、前記アンテナコイルが前記コイル支持部材のうち前記冷却用部材により覆われる部分に固定されてもよい。前者の場合は、アンテナコイルのメンテナンス作業等が容易になる。後者の場合は、前記コイル支持部材のうち前記冷媒と直接接触する部位に前記アンテナコイルが固定されるので、このアンテナコイルの冷却効率が高い。

さらに、前記アンテナコイルが、前記コイル支持部材のうち前記冷却用部材により覆われる部分の外周面上で前記冷却用空間内を流れる冷媒と直接接触することが可能な位置に固定されているものでは、当該アンテナコイルと冷媒との直接接触が当該アンテナコイルの温度をより有効に低下させる。

前記冷却用部材のうち少なくとも前記アンテナコイルの径方向外側に位置する部位は、単結晶サファイア、ジルコニア、石英、ダイアモンドの中から選ばれる少なくとも一つの材料により構成されていることが、より好ましい。当該材料で構成された冷却用部材は、前記アンテナコイルによるＮＭＲ信号の検出にほとんど影響を与えない。

また本発明は、前記のうちのいずれかの冷却式ＮＭＲプローブヘッドと、このＮＭＲプローブヘッドの周囲に設けられる超電導コイルと、この超電導コイルを収容する低温容器とを備えるＮＭＲ分析装置である。

このＮＭＲ分析装置では、前記ＮＭＲプローブヘッドのもつＮＭＲ信号の高い検出感度が精度の高いＮＭＲ分析を可能にする。

以上のように、本発明によれば、アンテナコイルを支持するコイル支持部材が、冷却用部材とともに冷却用空間を形成し、この冷却用空間を流通する冷媒と直接接触することが可能であるため、当該コイル支持部材に支持される前記アンテナコイルが高い効率で冷却される。このような冷却は前記アンテナコイルの運転温度を有効に低下させ、ＮＭＲ信号の検出感度を向上させる。この検出感度の向上は、例えば、非常に精度の高いＮＭＲ分析装置を得ることを可能にする。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、ＮＭＲ（核磁気共鳴）分析装置の全体構成を示したものである。この装置は、液体ヘリウム等の冷媒を収容する低温容器１０と、その冷媒中に浸漬される超電導コイル１２と、冷却式ＮＭＲプローブヘッド１６とを備える。前記超電導コイル１２は、鉛直軸を中心とする筒状の巻枠と、その周囲に巻付けられる超電導線材とで構成され、この超電導コイル１２を径方向内側から覆うように前記低温容器１０もドーナツ状をなしている。つまり、この低温容器１０の中央には鉛直方向に延びる内側空間１４が形成されている。前記冷却式ＮＭＲプローブヘッド１６は前記内側空間１４内に下から挿入される。

この冷却式ＮＭＲプローブヘッド１６は、電極部１８と、この電極部１８につながる円柱状のプローブ本体２０とを有し、このプローブ本体２０が前記内側空間１４内に下側から挿入される。

図２は、前記プローブ本体２０の上部の内部構造を示す。このプローブ本体２０は、その中心軸上に位置するサンプル挿入管２２と、このサンプル挿入管２２を囲む略円筒状のアンテナコイル２４と、このアンテナコイル２４を支持するコイル支持部材２６と、このコイル支持部材２６とともに冷却ステージ２８を構成する冷却用部材３０と、外筒３２とを備える。

前記サンプル挿入管２２は、石英等からなり、その内側の空間３４内は常温常圧に保たれている。この空間３４内には上からサンプル管３６が挿入される。このサンプル管３６は、ＮＭＲ分析の対象となるサンプル３８を収容する。

前記アンテナコイル２４は、略円筒状の周壁を有し、この周壁は例えば金属薄板を丸めることによって形成される。このアンテナコイル２４の具体的な形状は限定されず、ＮＭＲ検出に用いられるＲＦパルスの周波数その他の仕様に応じて適宜設定される。

前記コイル支持部材２６は、この実施の形態では円筒状をなし、前記サンプル挿入管２２と同軸に配置される。このコイル支持部材２６の上部が前記アンテナコイル２４を支持する。詳しくは、当該コイル支持部材２６の上部の外周面に前記アンテナコイル２４の内周面が接合される。

前記冷却用部材３０は前記コイル支持部材２６の下部を覆うように配置されて当該コイル支持部材２６とともに前記冷却ステージ２８を構成する。この冷却ステージ２８は中空で、同ステージ２８に冷媒導入管４０及び冷媒排出管４２が接続される。前記冷媒導入管４０は図略の冷凍機で冷却されたヘリウムガス等の冷媒を前記冷却ステージ２８内に導き、前記冷媒排出管４２内は前記冷却ステージ２８内の冷媒を系外へ排出する。すなわち、前記冷却ステージ２８内に前記冷媒が流される。この冷媒は、前記コイル支持部材２６さらにはこのコイル支持部材２６に接合された前記アンテナコイル２４を有効に冷却する。その詳細は後述する。

前記外筒３２は、前記コイル支持部材２６及び冷却ステージ２８を径方向外側から囲むように配置される。この外筒３２は、前記コイル支持部材２６及び冷却ステージ２８を囲む高さ領域に設けられる上側筒部４４と、それよりも下方の下側筒部４６とを有する。下側筒部４６は例えばアルミニウム合金やステンレス鋼といった金属材料で構成されるのに対し、上側筒部４４は合成樹脂等の非金属材料で構成される。この上側筒部４４の上端からは、前記アンテナコイル２４及びコイル支持部材２６を上から覆いながら前記サンプル挿入管２２の上端とつながる天井壁４８が延び、この天井壁４８の下側の空間５０が外部から隔離されている。この空間５０には図略のポンプにより真空が形成される。すなわち、前記アンテナコイル２４等は真空空間５０内に収容される。

前記上側筒部４４のうち、前記アンテナコイル２４を含む高さ領域の部分はＰＦＧコイル５２により構成される。このＰＦＧコイル５２は、前記サンプル管３６内のサンプル３８にパルス状の勾配磁場を印加するためのもので、本発明において必須ではない。このＰＦＧコイル５２は前記樹脂製の上側筒部４４とともにモールドされることが可能である。

次に、前記コイル支持部材２６及び冷却用部材３０の具体的構造についての好ましい種々の形態を図３〜図１７を参照しながら説明する。

図３〜図５に示される第１の形態では、前記コイル支持部材２６の上部が前記アンテナコイル２４を支持し、同部材２６の下半部が前記冷却用部材３０とともに前記冷却ステージ２８を構成する。

前記コイル支持部材２６は、電磁波に対して透明な絶縁材料で形成される。これは、当該コイル支持部材２６の存在が前記アンテナコイル２４によるＮＭＲ信号の検出に影響を与えるのを防ぐためである。このコイル支持部材２６の材料は、さらに、熱伝導性に優れたものであることが好ましい。具体的には、単結晶サファイア、ジルコニア（ＺｒＯ_２等）、石英、ダイアモンドが好適な例として挙げられる。特に単結晶サファイアは低温域での熱伝導率に優れていて前記アンテナコイル２４の有効な冷却に大きく寄与する。ちなみに、４．２Ｋでの単結晶サファイアの熱伝導率は２５１［Ｗ／Ｋ／ｍ］であり、１０Ｋでのそれは２８７０［Ｗ／Ｋ／ｍ］である。

前記コイル支持部材２６と前記アンテナコイル２４との接合は例えば図３に示すような接合材料２５を媒介とするロウ付けにより行うことができる。特に、前記コイル支持部材２６が前記単結晶サファイアからなる場合、このコイル支持部材２６と金属製（アルミニウム製や銅製）のアンテナコイル２４との接合のための接合材料２５には、Ｔｉを含むＡｇ−Ｃｕ合金に代表される、活性銀ロウと呼ばれる接合材が好適である。

前記冷却用部材３０は、全体が前記冷媒導入管４０及び冷媒排出管４２とともに銅等の金属材料により一体に形成され、前記コイル支持部材２６の下半部の外周面を径方向外側から全周にわたって覆う形状を有する。そして、当該コイル支持部材２６とともに、ドーナツ状の冷却用空間６０を囲む冷却ステージ２８を構成する。

具体的に、この冷却用部材３０は、外周壁５４と上蓋５５及び下蓋５６とを一体に有する。前記外周壁５４は、コイル支持部材２６の下半部を取り囲むようにその径方向外側に配置される。前記上蓋５５及び下蓋５６は、前記外周壁５４の内側面と前記コイル支持部材２６の外周面とに挟まれる空間を上下からそれぞれ覆うドーナツ状をなし、各蓋５５，５６の径方向内側端がそれぞれ前記コイル支持部材２６の外周面に接合される。

前記上蓋５５の径方向内側端は、当該上蓋５５の本体部分から径方向内側に向かって斜め下方に延びる薄肉の可撓部５５ａである。この可撓部５５ａの下端部は前記コイル支持部材２６の径方向に撓み変位可能であり、当該下端部の内側面が前記接合材料２５と同様の接合材料５８によって前記コイル支持部材２６の外周面に接合される（図４）。同様に、前記下蓋５６の径方向内側端は、当該下蓋５６の本体部分から径方向内側に向かって斜め上方に延びる薄肉の可撓部５６ａであり、この可撓部５６ａの上端部も前記コイル支持部材２６の径方向に撓み変位可能であって、その上端部の内側面が前記接合材料５８と同様の接合材料によって前記コイル支持部材２６の外周面に接合される。各可撓部５５ａ，５６ａの撓みは、前記コイル支持部材２６と前記冷却用部材３０との径方向の相対変位を吸収する。

前記冷媒導入管４０及び前記冷媒排出管４２はともに前記下蓋５６につながっている。従って、前記冷媒は前記冷却用空間６０に対して下から導入され、かつ、下から排出される。

この第１の形態において、前記コイル支持部材２６の下半部は、前記冷却用部材３０とともに冷却用空間６０を囲んでいてこの冷却用空間６０内を冷媒が流通するので、この冷媒は前記コイル支持部材に直接接触可能である。従って、例えば前記冷却用部材３０の外側面に前記コイル支持部材２６の下端部が接合される構造に比べると、前記冷媒は非常に高い効率で前記コイル支持部材２６を冷却することができ、このコイル支持部材２６に接合されるアンテナコイル２４の温度を非常に低い温度まで低下させることが可能である。例えば、前記冷媒として４．２Ｋの液体ヘリウムが使用された場合、アンテナコイル２４の温度は６Ｋ以下の温度まで低下することが可能である。

前記冷却は、前記コイル支持部材２６と前記冷却用部材３０との間にその材質の相違による熱収縮差を与える。例えば、前記コイル支持部材２６が単結晶サファイア製である場合、その室温での線膨張係数は５×１０^−６〜５．８×１０^−６［１／Ｋ］であるのに対し、前記冷却用部材３０が銅製である場合、その線膨張係数は前記の線膨張係数よりも著しく大きい３３×１０^−６［１／Ｋ］である。しかし、前記各可撓部５５ａ，５６ａの撓みが前記熱収縮差を吸収し、この熱収縮差に起因する熱応力の発生を有効に抑止する。

これら可撓部５５ａ，５６ａの向きは限定されない。図６及び図７が示す第２の形態のように、前記可撓部５５ａが上向きに延び、前記可撓部５６ａが下向きに延びていても前記熱収縮差の吸収が可能である。

図８及び図９は、第３の形態として、前記コイル支持部材２６の下部が前記上蓋５５の径方向中間部分に対してこの上蓋５５を貫通するように上から挿入される形態を示している。この形態では、前記コイル支持部材２６の下部が前記冷却用部材３０によって径方向外側と径方向内側の双方から覆われ、冷却用空間６０内を流れる冷媒と直接接触する。

この第３の形態では、前記上蓋５５から下向きに内外一対の薄肉の可撓部５５ｂ，５５ｃが延び、これらの可撓部５５ｂ，５５ｃがそれぞれ前記コイル支持部材２６の内側面と外側面とに接合される。これら可撓部５５ｂ，５５ｃの撓みも前記コイル支持部材２６と前記冷却用部材３０との径方向の熱収縮差を吸収することが可能である。

しかし、以上記した可撓部５５ａ〜５５ｃ，５６ａは本発明に必須のものではない。前記熱収縮差が小さい状況では前記可撓部の省略が可能である。例えば、前記図３に示される可撓部５５ａ，５６ａを取り去った形状をもつ上蓋５５及び下蓋５６の径方向内側端面がそのまま前記コイル支持部材２６の外周面に突き当たる状態で当該外周面と接合されてもよい。

第４の形態を図１０及び図１１に示す。この形態に係る冷却用部材３０は、コイル支持部材２６の周囲をその軸方向全域にわたって覆う。この冷却用部材３０は、前記図３に示される冷却用部材３０と同様に外周壁５４と上蓋５５および下蓋５６を有し、これら上蓋５５及び下蓋５６の径方向内側端がそれぞれ前記コイル支持部材２６の上端外周面及び下端外周面に接合される。

この形態に係るアンテナコイル２４は、前記コイル支持部材２６の軸方向中間部位の外周面上に固定されている。すなわち、このアンテナコイル２４は、前記コイル支持部材２６が前記冷却用部材３０により覆われている部位に固定されていて、冷却用空間６０内に存在している。

前記冷却用部材３０は、前記コイル支持部材２６と同様に、電磁波に対して透明な絶縁材料で形成される。これは、当該冷却用部材３０の存在、特に前記アンテナコイル２４の径方向外側に位置する外周壁５４の存在が前記アンテナコイル２４によるＮＭＲ信号の検出に影響を与えるのを防ぐためである。前記コイル支持部材２６と同様、前記冷却用部材３０の材料も熱伝導性に優れたものであることが好ましい。従って、その具体例として前記の単結晶サファイア、ジルコニア（ＺｒＯ_２等）、石英、ダイアモンドが挙げられ、特に単結晶サファイアが好適となる。

前記冷却用空間６０内に冷媒を導入するための冷媒導入管４０及び前記冷却用空間６０から冷媒を排出するための冷媒排出管４２は金属製であり、両管４０，４２の上端が活性銀ロウ等の接合材料５８によって前記冷却用部材３０の下蓋５６に接合される。

前記図１０及び図１１に示されるアンテナコイル２４は、前記冷却用空間６０内に存在するので、この冷却用空間６０内を流れる冷媒と直接接触する。このようにアンテナコイル２４と直接接触する冷媒は、当該アンテナコイル２４を例えば前記図３に示されるように配置されるアンテナコイル２４よりもさらに高い効率で冷却する。

前記コイル支持部材２６が前記アンテナコイル２４を支持する部位は、必ずしも当該コイル支持部材２６の外周面に限られない。図１２及び図１３に示される第５の形態では、前記アンテナコイル２４が前記コイル支持部材２６の内周面上に固定される。これらの図に示されるアンテナコイル２４は冷却用空間６０内の冷媒と直接接触することはないが、前記コイル支持部材２６のうち前記冷媒と直接接触する部位に固定されているので、高い効率で冷却され得る。

前記冷却用部材３０は、必ずしもその全体が絶縁材料で構成される必要はなく、少なくとも前記アンテナコイル２４の径方向外側に位置する部分が絶縁材料であればよい。図１４及び図１５が示す第６の形態に係る冷却用部材３０は、外周壁５４と上蓋５５及び下蓋５６を備えるとともに、そのうちの外周壁５４のみがコイル支持部材２６と同様の絶縁材料で構成され、上蓋５５及び下蓋５６は銅等の金属材料で構成される。

前記上蓋５５及び下蓋５６の内周面と前記コイル支持部材２６の外周面との間にはそれぞれシール部材６１，６２が介在し、同様に前記上蓋５５及び下蓋５６の外周面と前記外周壁５４の内周面との間にもシール部材６３，６４が介在する。これらのシール部材６１〜６４の材質は例えばインジウムが好適である。

前記シール部材６１，６３は、前記上蓋５５とこの上蓋５５の上面側に締結される固定板６５，６７との間にそれぞれ挟持される。同様に、前記シール部材６２，６４は前記下蓋５６とこの下蓋５６の下面側に締結される固定板６６，６８との間にそれぞれ挟持される。前記上蓋５５及び下蓋５６は前記各シール部材６１〜６４が弾性変形する状態で前記コイル支持部材２６と前記外周壁５４との間に介装される。前記各締結は、図１５に示されるようなボルト７０と前記上蓋５５及び前記下蓋５６に形成されるねじ孔７２との組合せにより行われる。前記両蓋５５，５６の内周面と前記コイル支持部材２６の外周面との間、及び前記両蓋５５，５６の外周面と前記外周壁５４の内周面との間には、それぞれ微小な隙間δが確保され、その隙間を前記シール部材６１〜６４が塞ぐ。

本発明において、アンテナコイルの個数は限定されない。複数のアンテナコイルが軸方向に配列された形態や、同軸状に径方向に配列された形態も本発明に含まれる。

図１６及び図１７は後者の形態である第７の形態を示す。これらの図１６，図１７に示されるＮＭＲプローブヘッドは、前記図１０に示されるＮＭＲプローブヘッドにもう一つのアンテナコイル７４が付加されたものである。このアンテナコイル７４は、前記図１０に示されるアンテナコイル２４よりも大径で、このアンテナコイル２４の径方向外側で当該アンテナコイル２４と同軸の位置に配される。

このアンテナコイル７４は、円筒状のコイル支持部材７６により支持される。このコイル支持部材７６は、前記図１０に示されるコイル支持部材２６よりも大径で、前記コイル支持部材２６との冷却用部材３０とで囲まれる冷却用空間６０内に配置される。詳しくは、前記下蓋５６上に立設され、この第２のコイル支持部材７６の上部の外周面上に前記第２のアンテナコイル７４が接合材料２５を介して接合される。

前記両コイル支持部材２６，７６はいずれも冷却用空間６０内に支持される。従って、この冷却用空間６０内を流れる冷媒が前記両コイル支持部材２６，７６と直接接触してこれらを高い効率で冷却する。

図３に示されるＮＭＲプローブヘッドであって、コイル支持部材２６の外径が１０ｍｍ、内径が８ｍｍ、アンテナコイル２４の下端から上蓋５５の下面までの距離が２０ｍｍ、アンテナコイル２４の材質がアルミニウムであるＮＭＲプローブヘッドを、４．２Ｋの冷媒を用いて運転する。前記アンテナコイル２４が１時間あたり１Ｗの発熱をするとしても、このアンテナコイル２４の温度は５．９Ｋ以下に抑えられる。この温度でのアルミニウムの抵抗率の値は４．２Ｋでの値と変わらない。従って、測定中のアンテナコイル２４の温度上昇によるインピーダンスマッチングのずれは無視することが可能である。

本発明の実施の形態に係るＮＭＲ分析装置の断面正面図である。 前記ＮＭＲ分析装置に組み込まれるＮＭＲプローブの断面正面図である。 前記ＮＭＲプローブヘッドの具体的構造についての第１の形態を示す断面正面図である。 図３のＩＶ部の拡大図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 前記ＮＭＲプローブヘッドの具体的構造についての第２の形態を示す断面正面図である。 図７のＶＩＩ部の拡大図である。 前記ＮＭＲプローブヘッドの具体的構造についての第３の形態を示す断面正面図である。 図８のＩＸ部の拡大図である。 前記ＮＭＲプローブヘッドの具体的構造についての第４の形態を示す断面正面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 前記ＮＭＲプローブヘッドの具体的構造についての第５の形態を示す断面正面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。 前記ＮＭＲプローブヘッドの具体的構造についての第６の形態を示す断面正面図である。 図１４のＸＶ部の拡大図である。 前記ＮＭＲプローブヘッドの具体的構造についての第７の形態を示す断面正面図である。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。

符号の説明

１６ ＮＭＲプローブヘッド
２０ プローブ本体
２４ アンテナコイル
２６ コイル支持部材
２８ 冷却ステージ
３０ 冷却用部材
４０ 冷媒導入管
４２ 冷媒排出管
５４ 外周壁
５５ 上蓋
５６ 下蓋
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５６ａ 可撓部
６０ 冷却用空間

Claims (8)

1. アンテナコイルを備え、このアンテナコイルが冷却された状態でＮＭＲ信号を検出する冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、
   前記アンテナコイルを支持するコイル支持部材と、
   このコイル支持部材の少なくとも一部の周囲に配置され、当該コイル支持部材との間に冷媒が流通可能な冷却用空間を形成する冷却用部材とを備え、
   前記冷却用空間を流れる前記冷媒が前記コイル支持部材の外周面に直接接触するように前記冷却用部材が前記コイル支持部材に連結され、
   前記コイル支持部材は筒状をなし、
   前記冷却用部材は、前記コイル支持部材の軸方向の少なくとも一部の外周面を少なくともその径方向外側から全周にわたって覆う形状を有し、
   前記冷却用部材は、前記コイル支持部材の径方向外側に配置されて当該コイル支持部材の少なくとも一部を取り囲む外周壁と、この外周壁の内側面と前記コイル支持部材の外周面とに挟まれる空間を上下からそれぞれ覆う上蓋及び下蓋とを有し、当該上蓋及び下蓋の内側端がそれぞれ前記コイル支持部材の外周面上に連結されていることを特徴とする冷却式ＮＭＲプローブヘッド。
2. アンテナコイルを備え、このアンテナコイルが冷却された状態でＮＭＲ信号を検出する冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、
   前記アンテナコイルを支持するコイル支持部材と、
   このコイル支持部材の少なくとも一部の周囲に配置され、当該コイル支持部材との間に冷媒が流通可能な冷却用空間を形成する冷却用部材とを備え、
   前記冷却用空間を流れる前記冷媒が前記コイル支持部材の外周面に直接接触するように前記冷却用部材が前記コイル支持部材に連結され、
   前記コイル支持部材は筒状をなし、
   前記冷却用部材は、前記コイル支持部材の軸方向の少なくとも一部の外周面を少なくともその径方向外側から全周にわたって覆う形状を有し、
   前記冷却用部材は、前記コイル支持部材の径方向に撓み変位可能な可撓部を有し、この可撓部が前記コイル支持部材に接合されていることを特徴とする冷却式ＮＭＲプローブヘッド。
3. 請求項１または２記載の冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、
   前記コイル支持部材のうち少なくとも当該アンテナコイルを支持する部位が、単結晶サファイア、ジルコニア、石英、ダイアモンドの中から選ばれる少なくとも一つの材料により構成されていることを特徴とする冷却式ＮＭＲプローブヘッド。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、
   前記冷却用部材は、前記コイル支持部材の軸方向の一部を覆う形状を有し、
   前記アンテナコイルは前記コイル支持部材のうち前記冷却用部材により覆われる部分から前記軸方向に外れた部分の外周面上に固定されることを特徴とする冷却式ＮＭＲプローブヘッド。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、
   前記アンテナコイルは、前記コイル支持部材のうち前記冷却用部材により覆われる部分に固定されることを特徴とする冷却式ＮＭＲプローブヘッド。
6. 請求項５記載の冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、
   前記アンテナコイルは、前記コイル支持部材のうち前記冷却用部材により覆われる部分の外周面上で前記冷却用空間内を流れる冷媒と直接接触することが可能な位置に固定されていることを特徴とする冷却式ＮＭＲプローブヘッド。
7. 請求項５または６記載の冷却式ＮＭＲプローブヘッドにおいて、
   前記冷却用部材のうち少なくとも前記アンテナコイルの径方向外側に位置する部位が、単結晶サファイア、ジルコニア、石英、ダイアモンドの中から選ばれる少なくとも一つの材料により構成されていることを特徴とする冷却式ＮＭＲプローブヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の冷却式ＮＭＲプローブヘッドと、
   このＮＭＲプローブヘッドの周囲に設けられる超電導コイルと、
   この超電導コイルを収容する低温容器とを備えることを特徴とするＮＭＲ分析装置。
   

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