JP4999897B2 - Magnetic field adjusting device and magnetic field adjusting method for superconducting magnet - Google Patents
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Description
この発明は、主として磁気共鳴画像診断装置（以下ＭＲＩ装置という）に用いられる超電導マグネットの磁場調整装置及び磁場調整方法に関するものである。 The present invention relates to a magnetic field adjustment apparatus and a magnetic field adjustment method for a superconducting magnet mainly used in a magnetic resonance imaging diagnosis apparatus (hereinafter referred to as an MRI apparatus).
ＭＲＩ装置においては、高磁場かつ空間的均一度及び時間的安定性の高い静磁場を必要とするため、超電導マグネットがよく用いられている。
ＭＲＩ用超電導マグネットには、磁場中心付近に例えば３ｐｐｍ以下の極めて高均一な磁場領域を発生することが求められるので、高精度な設計がなされるが、実際には、マグネットの製造過程における製作寸法誤差や、マグネットの設置した場所の周辺にある磁性体の影響などにより、実際の診断空間内の磁場均一度は悪くなってしまう。
Superconducting magnets are often used in MRI apparatuses because they require a high magnetic field, a static magnetic field with high spatial uniformity and temporal stability.
Superconducting magnets for MRI are required to generate an extremely high uniform magnetic field of, for example, 3 ppm or less near the center of the magnetic field, so a highly accurate design is made. The uniformity of the magnetic field in the actual diagnostic space is deteriorated due to errors and the influence of a magnetic body around the place where the magnet is installed.
そこで、超電導マグネットは、磁場の微細な調整（以下、シミングという）を行なうための手段を備えている。シミングを行なうための一つの手段として、高透磁率の磁性材料からなる磁性体シムを用いて行なうパッシブシミング法がある。この方法は、超電導マグネットの発生磁場中において、適切な位置に適切な量の磁性体シムを配置し、磁性体シムの磁化により発生する磁場を用いて超電導マグネットの高均一磁場の乱れを補正するものである。（特許文献１及び２参照） Therefore, the superconducting magnet includes means for finely adjusting the magnetic field (hereinafter referred to as shimming). As one means for performing shimming, there is a passive shimming method performed using a magnetic shim made of a magnetic material having a high magnetic permeability. In this method, an appropriate amount of a magnetic shim is placed at an appropriate position in the magnetic field generated by the superconducting magnet, and the disturbance of the highly uniform magnetic field of the superconducting magnet is corrected using the magnetic field generated by the magnetization of the magnetic shim. Is. (See Patent Documents 1 and 2)
図１３、図１４を用いて従来のパッシブシミング法によるシミングを説明する。図１３は、従来の磁場調整装置を含むＭＲＩ用超電導マグネットの切り欠き斜視図である。図１３において、２１は略円筒形状を有する超電導マグネットである。超電導マグネット内部には、超電導マグネットの円筒と略同心円上に複数個の超電導コイル２２があり、高均一磁場を出力すべき均一磁場空間２３に静磁場を出力している。超電導コイルは、超電導線を巻き回して作られるコイルであり、超電導コイルを超電導状態に保つために必要な冷媒である液体ヘリウム（図示せず）と共に、低温容器２４に収納されている。低温容器２４は、液体ヘリウム及び超電導コイル等を収納するヘリウム槽２５、外部からの熱侵入を遮断するための熱シールド２６、内部を真空状態に保つ真空槽２７からなる。通常、低温容器には、液体ヘリウムの消費を抑えるために冷凍機（図示せず）が接続される。
９８は磁性体シム機構であり、超電導マグネット２１の内筒に固定されている。磁性体シム機構９８は、磁性体シムを収納し均一磁場空間の周辺に配置するための機構である。
Shimming by the conventional passive shimming method will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a cutaway perspective view of a superconducting magnet for MRI including a conventional magnetic field adjusting device. In FIG. 13, 21 is a superconducting magnet having a substantially cylindrical shape. Inside the superconducting magnet, there are a plurality of superconducting coils 22 substantially concentric with the cylinder of the superconducting magnet, and outputs a static magnetic field to the uniform magnetic field space 23 where a high uniform magnetic field should be output. The superconducting coil is a coil formed by winding a superconducting wire, and is housed in the cryogenic container 24 together with liquid helium (not shown) that is a refrigerant necessary for keeping the superconducting coil in a superconducting state. The cryogenic container 24 includes a helium tank 25 that stores liquid helium and a superconducting coil, a heat shield 26 for blocking heat intrusion from the outside, and a vacuum tank 27 that keeps the inside in a vacuum state. Usually, a refrigerator (not shown) is connected to the cryogenic container in order to suppress consumption of liquid helium.
A magnetic shim mechanism 98 is fixed to the inner cylinder of the superconducting magnet 21. The magnetic body shim mechanism 98 is a mechanism for storing the magnetic body shim and arranging it around the uniform magnetic field space.
図１４は、磁性体シム機構９８を示す。磁性体シム機構９８は、複数の磁性体シム１０１と、それを収納し超電導マグネット内筒に固定されるシムトレイ１０２と、シムポケットの中で磁性体シムを固定するシムスペーサー１０３及び蓋１０４から構成される。
シムトレイ１０２は非磁性の材質で形成され、磁性体シム１０１を配置するシムポケット構造を有している。
磁性体シム１０１は、例えば鉄などの磁性体材料からなる薄板であり、シムポケットに収まるように縦横の寸法が一定となっており、厚さの異なる複数種類のものが用意されている。各シムポケットに配置する磁性体の量は、磁性体シムの厚さと枚数で決まる。
シムトレイ１０２には、はめ込み式の蓋１０４を固定できるように溝が切ってあり、シムポケットに磁性体シムを収納後、非磁性材料で作られたシムスペーサー１０３を充填して非磁性材料で作られた蓋１０４を閉めることによりシムポケット内部で磁性体シムを固定する。シムトレイ１０２は、超電導マグネット内筒に固定する機構を有しており、磁性体シム収納後、超電導マグネット内筒に固定される。このようにして、マグネット内筒に磁性体シムが配置され、磁場均一度の乱れを補正する。これらの磁性体シム機構は、ＭＲＩにおいては傾斜磁場コイルの構造の一部となっている場合がある。
FIG. 14 shows the magnetic shim mechanism 98. The magnetic body shim mechanism 98 includes a plurality of magnetic body shims 101, a shim tray 102 that accommodates the magnetic body shims 101 and is fixed to the inner cylinder of the superconducting magnet, a shim spacer 103 that fixes the magnetic body shims in the shim pocket, and a lid 104. Is done.
The shim tray 102 is formed of a non-magnetic material and has a shim pocket structure in which the magnetic shim 101 is disposed.
The magnetic shim 101 is a thin plate made of a magnetic material such as iron, for example. The vertical and horizontal dimensions of the magnetic shim 101 are constant so as to fit in the shim pocket, and a plurality of types having different thicknesses are prepared. The amount of magnetic material disposed in each shim pocket is determined by the thickness and number of magnetic material shims.
The shim tray 102 has a groove so that the inset lid 104 can be fixed. After the magnetic shim is stored in the shim pocket, the shim spacer 103 made of a non-magnetic material is filled and made of the non-magnetic material. By closing the lid 104, the magnetic shim is fixed inside the shim pocket. The shim tray 102 has a mechanism for fixing to the superconducting magnet inner cylinder, and is fixed to the superconducting magnet inner cylinder after storing the magnetic material shim. In this manner, the magnetic shim is arranged in the magnet inner cylinder, and the disturbance of the magnetic field uniformity is corrected. These magnetic shim mechanisms may be part of the structure of the gradient coil in MRI.
前記の磁性体シム機構を用いたシミングは以下の手順で行なう。
初めに、磁性体シム１０１を取り付けない状態でマグネットを励磁し、均一磁場空間の磁場を多数点測定し、超電導マグネット２１が出力する磁場の均一性を評価する。均一磁場領域における磁場強度は一般に、Ｌｅｇｅｎｄｒｅ関数展開を用いて式（１）のように表され、（ｍ，ｎ）値によって成分で呼称される。（０，０）成分が必要な均一磁場成分で、他は全て撮像領域内で不均一な誤差磁場成分である。
次に、磁場の均一性を補正するために磁性体の配置を設計する。この設計は、測定された多数点の磁場を基に、誤差磁場成分ができるだけ少なくなるように各シムポケットに配置すべき磁性体の量を最適化する計算により行なう。計算結果はシムポケット毎の磁性体シム取り付け枚数のテーブルとして出力され、作業者はこのテーブルを基に磁性体シムの取り付けを行なう。磁性体シムの取り付けが完了したら、マグネットを励磁して、再度均一磁場空間の磁場測定を行ない、磁性体シム補正後の磁場の均一性を再評価する。
通常、１回の施工では磁場均一度を目標値にすることは難しいので、前記作業を数回繰り返し徐々に磁場均一度を向上させていく。
Shimming using the magnetic shim mechanism is performed according to the following procedure.
First, the magnet is excited without attaching the magnetic shim 101, the magnetic field in the uniform magnetic field space is measured at many points, and the uniformity of the magnetic field output from the superconducting magnet 21 is evaluated. In general, the magnetic field strength in the uniform magnetic field region is expressed as shown in Equation (1) by using the Legendre function expansion, and is referred to as a component by the (m, n) value. The (0, 0) component is a required uniform magnetic field component, and all others are non-uniform error magnetic field components in the imaging region.
Next, the arrangement of the magnetic material is designed to correct the uniformity of the magnetic field. This design is performed by calculation that optimizes the amount of the magnetic material to be placed in each shim pocket so that the error magnetic field component is minimized based on the measured magnetic field at many points. The calculation result is output as a table of the number of magnetic shim attachments for each shim pocket, and the operator attaches the magnetic shim based on this table. When the attachment of the magnetic material shim is completed, the magnet is excited, the magnetic field measurement of the uniform magnetic field space is performed again, and the magnetic field uniformity after the magnetic material shim correction is re-evaluated.
Usually, since it is difficult to set the magnetic field uniformity to a target value in a single construction, the above operation is repeated several times to gradually improve the magnetic field uniformity.
ｒ、θ、φは図１５に示す
Am n, Bm n は磁場形状により決まる各成分の係数
A m n and B m n are coefficients of each component determined by the magnetic field shape
前記のような従来の磁性体シム機構では、シムトレイが一体成型品であったために、磁性体シムの位置の微調整ができず、磁性体シム配置の自由度が低いという問題があった。
そのため、超電導マグネットそのものの出力する磁場（以下、粗磁場という）の均一性が悪い場合には、従来の磁性体シム機構では均一度補正をしきれない場合があった。また、特定の超電導マグネット機種の粗磁場特性に対して最適設計されたシムトレイは、他の粗磁場特性を持つ超電導マグネット機種の均一度調整には流用できず、超電導マグネット機種ごとに最適なシムトレイ設計をする必要があった。
The conventional magnetic shim mechanism as described above has a problem that the position of the magnetic shim cannot be finely adjusted because the shim tray is an integrally molded product, and the degree of freedom in arranging the magnetic shim is low.
Therefore, when the uniformity of the magnetic field output from the superconducting magnet itself (hereinafter referred to as the coarse magnetic field) is poor, the conventional magnetic shim mechanism may not be able to correct the uniformity. In addition, shim trays that are optimally designed for the coarse magnetic field characteristics of specific superconducting magnet models cannot be used to adjust the uniformity of superconducting magnet models with other coarse magnetic field characteristics, and the optimum shim tray design for each superconducting magnet model It was necessary to do.
この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、磁性体シム配置の自由度の高い磁性体シム機構を採用することにより、磁場均一度の補正可能範囲を広げることができる超電導マグネットの磁場調整装置及び磁場調整方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and by adopting a magnetic shim mechanism having a high degree of freedom in arranging magnetic shims, the correction range of the magnetic field uniformity can be expanded. An object of the present invention is to provide a magnetic field adjustment device and a magnetic field adjustment method for a superconducting magnet.
この発明に係る磁場調整装置は、円筒状の超電導マグネットの内周軸方向に磁性体シム機構を配置した超電導マグネットの磁場調整装置において、前記磁性体シム機構は、磁性体シムを収納する複数のシムポケットの長さ方向位置が異なる複数種類のシムトレイを備え、前記シムポケットに磁場調整用の磁性体シムを収納したものである。 A magnetic field adjustment device according to the present invention is a magnetic field adjustment device for a superconducting magnet in which a magnetic shim mechanism is arranged in an inner circumferential axis direction of a cylindrical superconducting magnet. The magnetic material shim mechanism includes a plurality of magnetic shims. A plurality of types of shim trays having different positions in the length direction of the shim pocket are provided, and magnetic shims for magnetic field adjustment are stored in the shim pocket.
また、この発明に係る磁場調整方法は、円筒状の超電導マグネットの内周軸方向に磁性体シム機構を配置した超電導マグネットの磁場調整方法において、前記磁性体シム機構として、磁性体シムを収納する複数のシムポケットの長さ方向位置が異なる複数種類のシムトレイを用い、前記シムトレイの種類と前記磁性体シムの配置とを同時に最適化して前記磁性体シムの配置を決定するものである。 The magnetic field adjustment method according to the present invention is a magnetic field adjustment method for a superconducting magnet in which a magnetic material shim mechanism is arranged in the direction of the inner circumferential axis of a cylindrical superconducting magnet. A plurality of types of shim trays having different length direction positions of the plurality of shim pockets are used, and the type of the shim tray and the arrangement of the magnetic material shims are simultaneously optimized to determine the arrangement of the magnetic material shims.
この発明によれば、磁性体シムの位置の自由度を高めることで、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲を広げることができる。
これにより、工作精度が粗く製作寸法誤差が大きなマグネットでも、磁性体シム補正により磁場均一度を高めることができ、工作精度が高く粗磁場の均一性が高いマグネットに対しては、磁場均一度をより高くすることができる。
また、粗磁場特性の異なる複数機種のマグネットに対して、同一の磁性体シム機構を用いて均一度調整をすることができる。
According to the present invention, the range in which the magnetic field uniformity can be corrected by the passive shimming method can be expanded by increasing the degree of freedom of the position of the magnetic shim.
This makes it possible to increase the magnetic field uniformity by correcting the magnetic material shim, even for magnets with rough machining accuracy and large manufacturing dimensional errors.For magnets with high machining accuracy and high coarse magnetic field uniformity, the magnetic field uniformity can be reduced. Can be higher.
Further, the uniformity can be adjusted using the same magnetic shim mechanism for a plurality of types of magnets having different coarse magnetic field characteristics.
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面に基づいて具体的に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係わる超電導マグネットの磁場調整装置を示す切り欠き斜視図、図２は実施の形態１の超電導マグネットの磁場調整装置に用いる磁性体シム機構の斜視図を示す。
図１において、略円筒形状を有する超電導マグネット２１の内部には、超電導マグネットの円筒と略同心円上に複数個の超電導コイル２２があり、高均一磁場を出力すべき均一磁場空間２３に静磁場を出力し、なおかつ外部への漏洩磁場を抑えている。超電導コイル２２は、例えばＮｂＴｉを超電導体とする超電導線材を巻き回して作られるコイルであり、超電導コイルを超電導に保つために必要な冷媒である液体ヘリウム（図示せず）と共に、低温容器２４に収納されている。低温容器２４は、液体ヘリウム及び超電導コイル等を収納するヘリウム槽２５、外部からの熱侵入を遮断するための熱シールド２６、内部を真空状態にたもつ真空槽２７からなる。図示していないが、液体ヘリウムの消費を抑えるため、低温容器２４には、冷凍機が接続される。
この超電導マグネット２１の内周軸方向に、高均一磁場の乱れを補正するための磁性体シム機構２８が配置される。磁性体シム機構２８は、超電導マグネット円筒部に、等間隔に例えば２４本設置される。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
1 is a cutaway perspective view showing a superconducting magnet magnetic field adjustment apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a magnetic shim mechanism used in the superconducting magnet magnetic field adjustment apparatus of Embodiment 1. .
In FIG. 1, a superconducting magnet 21 having a substantially cylindrical shape has a plurality of superconducting coils 22 substantially concentrically with the cylinder of the superconducting magnet, and applies a static magnetic field to a uniform magnetic field space 23 to output a high uniform magnetic field. Outputs and suppresses the leakage magnetic field to the outside. The superconducting coil 22 is a coil made by winding a superconducting wire having NbTi as a superconductor, for example, and is placed in a low-temperature container 24 together with liquid helium (not shown) that is a refrigerant necessary for keeping the superconducting coil superconducting. It is stored. The cryogenic vessel 24 includes a helium tank 25 that stores liquid helium and a superconducting coil, a heat shield 26 for blocking heat intrusion from the outside, and a vacuum tank 27 that has a vacuum inside. Although not shown, a refrigerator is connected to the cryogenic container 24 in order to suppress consumption of liquid helium.
A magnetic shim mechanism 28 for correcting disturbance of a highly uniform magnetic field is disposed in the direction of the inner peripheral axis of the superconducting magnet 21. For example, 24 magnetic shim mechanisms 28 are installed at equal intervals in the superconducting magnet cylindrical portion.
磁性体シム機構２８は、図２に示すように端部用分割シムトレイ１１、複数の分割シムトレイ１２及び複数のシムトレイスペーサー１３を直線状に結合して構成された組合せシムトレイ１４のシムポケット１５に、磁性体シム１０１及びシムスペーサー１０３を収納し、蓋１０４を被せたものである。磁性体シム機構２８の構成要素のうち、磁性体シム１０１以外は樹脂等の非磁性の材質で製作される。
端部用分割シムトレイ１１、分割シムトレイ１２、シムトレイスペーサー１３を図３に示す。分割シムトレイ１２及びシムトレイスペーサー１３には、一端部にはめ込み用爪１３１が、他端部にははめ込み用穴１３２が備わっており、はめ込み用穴１３２が開いている方の端部は中空になっている。組合せる際には、はめ込み用穴１３２側の端部（図中右側）の中空部分に、はめ込み用爪１３１側の端部（図中左側）を挿入し、はめ込み用爪１３１をはめ込み用穴１３２にはめ込み固定する。
端部用分割しムトレイ１１には、一端がマグネット固定穴１３３で、他端ははめ込み用穴１３２になっているもの、一端がマグネット固定穴１３３で、他端ははめ込み用爪１３１になっているものの２種類がある。端部用シムトレイ１１は、組合せシムトレイ１４の両端に配置される。マグネットを励磁することにより、シムトレイ全体に大きな電磁力が働くので、マグネット固定穴１３３を用いて組合せシムトレイ１４全体を超電導マグネット１の内筒端部にネジ止め固定し、シムトレイのずれ、動きを防止する。
As shown in FIG. 2, the magnetic shim mechanism 28 is provided in the shim pocket 15 of the combination shim tray 14 formed by connecting the end divided shim tray 11, the plurality of divided shim trays 12, and the plurality of shim tray spacers 13 in a straight line. The magnetic shim 101 and the shim spacer 103 are housed and covered with a lid 104. Of the constituent elements of the magnetic shim mechanism 28, parts other than the magnetic shim 101 are made of a non-magnetic material such as resin.
The end divided shim tray 11, the divided shim tray 12, and the shim tray spacer 13 are shown in FIG. The split shim tray 12 and the shim tray spacer 13 are provided with a fitting claw 131 at one end and a fitting hole 132 at the other end, and the end where the fitting hole 132 is open is hollow. ing. When assembling, the end portion (left side in the figure) on the fitting claw 131 side is inserted into the hollow portion on the fitting hole 132 side (right side in the figure), and the fitting claw 131 is inserted into the fitting hole 132. Fit in and fix.
The divided end tray 11 has a magnet fixing hole 133 at one end and a fitting hole 132 at the other end, a magnet fixing hole 133 at one end, and a fitting claw 131 at the other end. There are two types of things. The end shim trays 11 are disposed at both ends of the combination shim tray 14. Since a large electromagnetic force acts on the entire shim tray by exciting the magnet, the entire shim tray 14 is screwed to the inner cylinder end of the superconducting magnet 1 using the magnet fixing hole 133 to prevent the shim tray from shifting and moving. To do.
これらの構成要素は、必要に応じて組合せ・取り外しができるようになっている。組合せシムトレイ１４は、磁性体シムが所望の位置になるよう、分割シムトレイ１２とシムトレイスペーサー１３を適当な並びで組合せて構成される。
シムトレイスペーサー１３の長さは、分割シムトレイ１２の全長の半分であり、組合せシムトレイ１４全体では、シムトレイスペーサー１３を２ｎ個（ｎ＝１、２、・・・、１０）使用し、分割シムトレイ１２の個数をｎ個（ｎ＝１、２、・・・、１０）減らすことで、組合せシムトレイ１４全体の長さは一定に保たれる。
なお、本実施の形態においては、組合せシムトレイ１４の構成要素間の接続・固定ははめ込み構造を利用したものであるが、ネジ止めや他の固定方法によっても同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態においては、組合せシムトレイ１４端部にはシムトレイを配置しているが、端部に取付けるのはスペーサーであっても、超電導マグネットへの固定ができれば同様の作用効果を奏する。
These components can be combined / removed as necessary. The combination shim tray 14 is configured by combining the divided shim tray 12 and the shim tray spacer 13 in an appropriate arrangement so that the magnetic shim is in a desired position.
The length of the shim tray spacer 13 is half the total length of the divided shim tray 12, and the combined shim tray 14 as a whole uses 2n shim tray spacers 13 (n = 1, 2,..., 10). By reducing the number of 12 by n (n = 1, 2,..., 10), the total length of the combination shim tray 14 is kept constant.
In the present embodiment, the connection / fixing fitting structure between the components of the combination shim tray 14 is used. However, the same effects can be obtained by screwing or other fixing methods. In the present embodiment, the shim tray is disposed at the end of the combination shim tray 14. However, even if a spacer is attached to the end, a similar effect can be obtained if it can be fixed to the superconducting magnet.
この発明の実施の形態１における磁場均一度調整について説明する。
初めに、組合せシムトレイ１４を取り付けない状態で超電導マグネット２１を励磁、均一磁場空間の磁場を多数点測定し、超電導マグネット２１が出力する磁場の均一性を評価する。磁場の均一性は、式（１）に示したＬｅｇｅｎｄｒｅ関数展開を用いて各成分に分解する。
次に、磁場の均一性を補正するための磁性体シム１０１の配置を検討する。磁性体シムの配置は、各成分に分解した誤差成分を小さくして、磁場均一度を向上させるように磁性体シムの配置、量を決定する。磁性体シムの量が多くなりすぎると、周囲の温度により磁場均一度が変化する、磁性体シム出力の設計計算値の誤差が集積し磁場均一度が向上しにくい、などの弊害があるため、磁性体シムの量はできるだけ少ない方が好ましい。そのため当該設計では、磁性体シムの合計量ができるだけ少なくなり、かつ各誤差成分の合計出力値の制約条件を満たす磁性体シムの配置を最適化計算により求める。
The magnetic field uniformity adjustment in Embodiment 1 of the present invention will be described.
First, the superconducting magnet 21 is excited without the combination shim tray 14 attached, the magnetic field in the uniform magnetic field space is measured at many points, and the uniformity of the magnetic field output from the superconducting magnet 21 is evaluated. The homogeneity of the magnetic field is decomposed into each component using the Legendre function expansion shown in the equation (1).
Next, the arrangement of the magnetic shim 101 for correcting the uniformity of the magnetic field is examined. The arrangement of the magnetic shim determines the arrangement and amount of the magnetic shim so as to improve the magnetic field uniformity by reducing the error component decomposed into each component. If the amount of magnetic material shim increases too much, the magnetic field uniformity changes depending on the ambient temperature, and errors in the design calculation value of the magnetic material shim output accumulate, making it difficult to improve the magnetic field uniformity. The amount of the magnetic shim is preferably as small as possible. Therefore, in this design, the total amount of the magnetic shims is reduced as much as possible, and the arrangement of the magnetic shims satisfying the constraint condition of the total output value of each error component is obtained by optimization calculation.
磁性体シム１０１が出力する磁場の各誤差成分は、磁性体シムの位置に依存する。図４は、半径０．４５ｍの超電導マグネット内筒に軸対象に磁性体シムを取り付けた場合、軸方向の位置によって磁性体シムの出力する（０，２）誤差成分及び（０，４）誤差成分がどのように変化するかを表すグラフであり、シムポケット３１ａ〜３６ａを有する従来の磁性体シム機構Ａとシムポケット３１ｂ〜３５ｂを有する本実施の形態１における磁性体シム機構Ｂの配置範囲を重ねて表示している。
例えば、超電導マグネット２１が（０，２）誤差成分をマイナス側に多く出しており、これを補正する場合、Ｚ座標０．１５ｍ以下の範囲に軸対象に磁性体シムを配置し、磁性体シムが当該成分をプラス側に出力することで超電導マグネットの誤差出力を打ち消す。
また、超電導マグネット２１が（０，４）誤差成分をプラス側に多く出しておりこれを補正する場合は、Ｚ座標０．１４ｍ以下の範囲に軸対象に磁性体シムを配置し、磁性体シムが当該成分をプラス側に出力することで超電導マグネットの誤差出力を打ち消す。
実際の磁性体シム配置によって前記の（０，２）及び（０，４）成分の両方を満たすためには、図４における磁性体シム機構Ａ、Ｂのいずれにおいても軸方向座標が最もゼロに近いシムポケット（シムポケット３１ａ、３１ｂ）に磁性体シムを多く配置することになる。
本実施の形態による超電導マグネットのシミングにおいては、前記のようにして（ｍ，ｎ）誤差成分の内、ｍ≦１２、ｎ≦１６以下の各成分について、誤差出力及び磁性体の使用量をできるだけ小さくするような磁性体シム配置を最適化計算により導き出す。
Each error component of the magnetic field output from the magnetic body shim 101 depends on the position of the magnetic body shim. FIG. 4 shows that when a magnetic shim is attached to an axis of a superconducting magnet inner cylinder with a radius of 0.45 m, the (0, 2) error component and (0, 4) error output by the magnetic shim depending on the position in the axial direction. It is a graph showing how a component changes, and the arrangement | positioning range of the magnetic body shim mechanism B in this Embodiment 1 which has the conventional magnetic body shim mechanism A which has shim pockets 31a-36a, and shim pockets 31b-35b Are displayed in layers.
For example, the superconducting magnet 21 produces a large amount of (0, 2) error components on the negative side. When correcting this, a magnetic shim is placed on the axis object in the range of the Z coordinate 0.15 m or less, and the magnetic shim Cancels the error output of the superconducting magnet by outputting the component to the plus side.
In addition, when the superconducting magnet 21 produces a large amount of (0, 4) error components on the plus side and corrects this, a magnetic shim is arranged on the axis object in the range of the Z coordinate 0.14 m or less, and the magnetic shim Cancels the error output of the superconducting magnet by outputting the component to the plus side.
In order to satisfy both the (0, 2) and (0, 4) components by the actual magnetic shim arrangement, the axial coordinate is the most zero in both of the magnetic shim mechanisms A and B in FIG. A large number of magnetic shims are arranged in the nearby shim pockets (the shim pockets 31a and 31b).
In the shimming of the superconducting magnet according to the present embodiment, as described above, the error output and the amount of magnetic material used are as much as possible for each component of m ≦ 12 and n ≦ 16 among the (m, n) error components. A magnetic shim arrangement that can be reduced is derived by optimization calculation.
しかし、従来の磁性体シム機構Ａによっては、ｍ≦１２、ｎ≦１６の全ての誤差成分を打ち消すような配置の解が得られない、若しくは解を得られたとしても必要となる磁性体シムの量が非常に大きくなってしまう場合がある。例えば、図４の場合において、超電導電磁石の（０，２）成分がほぼゼロで（０，４）成分がマイナスに出力されている場合、磁性体シムの（０，２）成分の出力はゼロ、（０，４）成分の出力はプラスになっている必要がある。このとき、従来の磁性体シム機構Ａを用いたシミングによっては、シムポケット３１ａ〜３６ａのどれに磁性体シムを配置しても（０，２）、（０，４）成分が互いに正反対方向の出力をしてしまうため両成分を打ち消すシム配置が得られにくい。
そこでこの発明の実施の形態１では、組合せシムトレイ１４の分割シムトレイ１２の間にシムトレイスペーサー１３を挿入して、磁性体シムの配置範囲を微調整する。このようにして組み合わされた磁性体シム機構Ｂによれば、シムポケット２に磁性体シムを多く配置することにより、（０，２）成分の出力はゼロ、（０，４）成分の出力はプラスに出力され超電導マグネットの発生誤差を打ち消すことができるようになる。
However, depending on the conventional magnetic material shim mechanism A, an arrangement solution that cancels all error components of m ≦ 12 and n ≦ 16 cannot be obtained, or even if a solution is obtained, a necessary magnetic material shim May be very large. For example, in the case of FIG. 4, when the (0,2) component of the superconducting electromagnet is almost zero and the (0,4) component is output negative, the output of the (0,2) component of the magnetic shim is zero. , (0,4) component output must be positive. At this time, depending on shimming using the conventional magnetic material shim mechanism A, the (0, 2) component is in the opposite direction to the (0, 2) component regardless of which shim pocket 31a to 36a is disposed. Since it outputs, it is difficult to obtain a shim arrangement that cancels both components.
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the shim tray spacer 13 is inserted between the divided shim trays 12 of the combination shim tray 14 to finely adjust the arrangement range of the magnetic shims. According to the magnetic shim mechanism B combined in this way, by arranging a large number of magnetic shims in the shim pocket 2, the output of the (0, 2) component is zero and the output of the (0, 4) component is The output error is positive and the error generated by the superconducting magnet can be canceled.
前記のようにして最適化設計された磁性体シムをマグネットに取り付け、マグネットを励磁して、再度均一磁場空間の磁場測定を行ない、磁性体シム補正後の磁場の均一性を再評価する。通常、１回の施工では磁場均一度を目標範囲に入れることは難しいので、前記作業を数回繰り返し徐々に磁場均一度を向上させていく。 The magnetic material shim optimized as described above is attached to the magnet, the magnet is excited, the magnetic field in the uniform magnetic field space is measured again, and the magnetic field uniformity after the magnetic material shim correction is reevaluated. Usually, since it is difficult to bring the magnetic field uniformity into the target range in one construction, the above work is repeated several times to gradually improve the magnetic field uniformity.
このようにこの発明の実施の形態１に係る磁場調整装置は、円筒状の超電導マグネットの内周軸方向に磁性体シム機構を配置した超電導マグネットの磁場調整装置において、前記磁性体シム機構は、複数の分割シムトレイとこれらのシムトレイ間に挿入されたシムトレイスペーサーとを直線状に結合した組合せシムトレイを備え、前記分割シムトレイに磁場調整用の磁性体シムを収納したことにより、磁性体シムの軸方向位置の自由度を高くすることができ、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲を広げることができる。
これにより、工作精度が粗く製作寸法誤差が大きなマグネットでも、磁性体シム補正により磁場均一度を高めることができ、工作精度が高く粗磁場の均一性が高いマグネットに対しては、磁場均一度をより高くすることができる。また、粗磁場特性の異なる複数機種のマグネットに対して、同一の磁性体シム機構を用いて均一度調整をすることができる。
As described above, the magnetic field adjustment device according to the first embodiment of the present invention is the magnetic field adjustment device for a superconducting magnet in which the magnetic material shim mechanism is arranged in the inner circumferential axis direction of the cylindrical superconducting magnet. A combination shim tray in which a plurality of divided shim trays and shim tray spacers inserted between the shim trays are linearly coupled is provided, and a magnetic material shim for magnetic field adjustment is accommodated in the divided shim tray, thereby The degree of freedom in the direction position can be increased, and the correction range of the magnetic field uniformity by the passive shimming method can be expanded.
This makes it possible to increase the magnetic field uniformity by correcting the magnetic material shim, even for magnets with rough machining accuracy and large manufacturing dimensional errors.For magnets with high machining accuracy and high coarse magnetic field uniformity, the magnetic field uniformity can be reduced. Can be higher. Further, the uniformity can be adjusted using the same magnetic shim mechanism for a plurality of types of magnets having different coarse magnetic field characteristics.
なお本実施の形態１によれば、磁性体シム機構２８と超電導マグネット２１の固定はネジ止め、組合せシムトレイの固定方法ははめ込み構造によるものであるが、当該固定は、磁性体シムに働く電磁力により磁性体シム機構のずれ、動きを防止できればよく、ネジ止め、はめ込み構造、若しくは他の固定方法でもよい。
また、シムトレイスペーサーの長さは分割シムトレイの長さの２分の１とし、シムトレイスペーサーを２ｎ個入れたときに分割シムトレイをｎ個（ｎは整数）取り去るとしているが、この長さ比は２分の１以外でもよい。
According to the first embodiment, the magnetic shim mechanism 28 and the superconducting magnet 21 are fixed by screws, and the fixing method of the combination shim tray is based on a fitting structure, but the fixing is performed by electromagnetic force acting on the magnetic shim. As long as the displacement and movement of the magnetic shim mechanism can be prevented, screwing, a fitting structure, or other fixing methods may be used.
Also, the length of the shim tray spacer is one half of the length of the divided shim tray. When 2n shim tray spacers are inserted, n divided shim trays (n is an integer) are removed. May be other than half.
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２を示す組合せシムトレイ４４の断面図である。
本実施の形態２における組合せシムトレイ４４は、端部用分割シムトレイ４１ａ、４１ｂ、分割シムトレイ４２ａ〜４２ｃ、及びシムトレイスペーサー４３ａ、４３ｂのそれぞれに、軸方向の長さ寸法が異なる複数種類のものを用意し、これらの分割シムトレイに合わせた寸法の磁性体シム４５ａ〜４５ｃをセットする。組合せシムトレイ４４及び磁性体シム４５ａ〜４５ｃの構成要素以外は実施の形態１と同様である。
前記実施の形態１においては、端部用分割シムトレイ１１、分割シムトレイ１２、及びシムトレイスペーサー１３の寸法はそれぞれ１種類ずつであったのを、この実施の形態２において分割シムトレイ及びシムトレイスペーサーの寸法種類を増やし、最もシミングを行ないやすい組合せのシムトレイを選んで磁性体シムの最適化を行なう。
こうすることにより、実施の形態１による効果よりも更に磁性体シムの軸方向位置の自由度をさらに高めることができ、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲を広げることができる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a combination shim tray 44 showing Embodiment 2 of the present invention.
The combination shim tray 44 in the second embodiment includes a plurality of types of end divided shim trays 41a and 41b, divided shim trays 42a to 42c, and shim tray spacers 43a and 43b having different lengths in the axial direction. Prepare and set magnetic shims 45a-45c of dimensions suitable for these divided shim trays. The constituent elements of the combination shim tray 44 and the magnetic substance shims 45a to 45c are the same as in the first embodiment.
In the first embodiment, the end divided shim tray 11, the divided shim tray 12, and the shim tray spacer 13 each have one size. In the second embodiment, the divided shim tray and the shim tray spacer Optimize the magnetic shim by increasing the types of dimensions and selecting the shim tray that is most easily shimmed.
By so doing, the degree of freedom of the axial position of the magnetic shim can be further increased as compared with the effect of the first embodiment, and the correction range of the magnetic field uniformity by the passive shimming method can be expanded.
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３を示す組合せシムトレイ５４の断面図である。
本実施の形態３における組合せシムトレイ５４は、端部用分割シムトレイ４１ａ、４１ｂ、分割シムトレイ４２ａ〜４２ｃのそれぞれそれぞれに軸方向の長さ寸法が異なる複数種類のものを用意し、これらのシムトレイに合わせた寸法の磁性体シム４５ａ〜４５ｃをセットする。組合せシムトレイ４４及び磁性体シム４５ａ〜４５ｃの構成要素以外は実施の形態１及び２と同様であるが、スペーサーを使用しない点で実施の形態１及び２と異なっている。
本実施の形態３においては、数種類の端部用分割シムトレイ４１ａ、４１ｂ及び分割シムトレイ４２ａ〜４２ｃを組合せ、最もシミングが行ないやすい組合せのシムトレイを選んで磁性体シムの最適化を行なう。
こうすることにより、磁性体シムの軸方向位置の自由度をさらに高めることができ、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲を広げることができる。また、実施の形態１及び２に比べ、シムトレイスペーサーの分だけ部品点数が減るため、実作業の効率化が図られる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a combination shim tray 54 showing Embodiment 3 of the present invention.
As the combination shim tray 54 according to the third embodiment, a plurality of kinds of end shim trays 41a and 41b and divided shim trays 42a to 42c having different lengths in the axial direction are prepared, and these shim trays are matched. Set the magnetic shims 45a to 45c of different dimensions. The components other than the components of the combination shim tray 44 and the magnetic material shims 45a to 45c are the same as in the first and second embodiments, but differ from the first and second embodiments in that no spacer is used.
In the third embodiment, several types of end-part divided shim trays 41a and 41b and divided shim trays 42a to 42c are combined, and the shim tray of the combination that is most easily shimmed is selected to optimize the magnetic material shim.
By doing so, the degree of freedom of the axial position of the magnetic shim can be further increased, and the correction range of the magnetic field uniformity by the passive shimming method can be expanded. Further, compared with the first and second embodiments, the number of parts is reduced by the amount of the shim tray spacer, so that the efficiency of actual work can be improved.
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４を示すフロー図である。
前記実施の形態１乃至３においては、組合せシムトレイ１４、４４、５４の組合せを一つ決め、しかる後に各シムポケットへの磁性体シムの配置を最適化計算するものである。しかし組合せシムトレイは多数の部品からなるので組合せ数は膨大な数になり、全てを網羅して検討するのは困難である。例えば、軸方向寸法１２０ｍｍの分割シムトレイ及び軸方向寸法６０ｍｍのシムトレイスペーサーの組合せにより軸長１２００ｍｍの組合せシムトレイを構成する場合、考えられる組合せ数は１０９４５通りにも及ぶ。これらの組合せ全てにおける磁性体シム設計計算を手計算で行うのは事実上不可能であり、計算機によるループ計算を行っても長時間の計算が必要になるため現実的でない。そのため実施の形態１乃至3においては、それまでの経験・実績からシミング解を見つけ出しやすい組合せを数通り選び出し、各シムポッケトに対する磁性体シムの配置量のみを計算する。しかしこの方法は、シムトレイの組合せは最適化されていないので、厳密な意味で最も効率の良い磁性体シム配置ではない。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing the fourth embodiment of the present invention.
In the first to third embodiments, one combination of the combination shim trays 14, 44, 54 is determined, and thereafter, the arrangement of magnetic shims in each shim pocket is optimized. However, since the combination shim tray is composed of a large number of parts, the number of combinations is enormous, and it is difficult to examine all of them. For example, when a combination shim tray having an axial length of 1200 mm is configured by a combination of a divided shim tray having an axial dimension of 120 mm and a shim tray spacer having an axial dimension of 60 mm, the number of possible combinations reaches 10945. It is practically impossible to manually perform the magnetic material shim design calculation in all of these combinations, and even if a loop calculation is performed by a computer, a long time calculation is required, which is not realistic. Therefore, in the first to third embodiments, several combinations that can easily find a shimming solution are selected from the experience and results so far, and only the arrangement amount of the magnetic material shim for each shim pocket is calculated. However, this method is not the most efficient magnetic shim arrangement in a strict sense because the combination of shim trays is not optimized.
そこで本実施の形態においては、考えられる全ての磁性体シム配置位置に磁性体シムを配置できるものとして、その際磁性体シムの設置範囲と有り得ない組合せの排除条件を制約条件に課すことで、１回の最適化計算でシムトレイの組合せと各シムポケットの磁性体シム量を同時に最適化し、磁場均一度の補正を行うものである。具体的には、本実施の形態における磁場均一度の補正は図７に示すように以下の手順で行う。
１．使用する分割シムトレイ及びシムトレイスペーサーが決まったら、組合せシムトレイの全ての組合せで有り得るシムポケットの位置について、単位体積当たりの磁場出力表を予め作成しておく。
２．使用する分割シムトレイ及びシムトレイスペーサーの寸法から有り得ない組合せを排除するような制約条件を設定する。例えば図８において、ＡとＢ、又はＡとＣには同時に磁性体シムが配置され得るが、ＢとＣの両方に同時には磁性体シムは配置され得ない。このことは下記の式（２）のように定式化できる。式（２）中のＸＡ，ＸＢ，ＸＣはそれぞれＡ，Ｂ，Ｃに配置される磁性体シムの量である。このような定式化を、考えられる全ての組合せについて予め設定しておく。
ＸＡ×ＸB ≧ ０
ＸＡ×ＸC ≧ ０
ＸＢ×ＸC ＝ ０ ・・・・（２）
３．磁場均一空間における磁場を多数点測定する。
４．式（１）によりフィッティングし、各誤差成分を求める。
５．線形計画法等の数理計画法を用いて、以下の条件で最適化計算を行なう。
最適化の目標：磁性体シム量の最少化
最適化する変数：各シムポケットへの磁性体シム取り付け量
最適化のパラメータ：（１）磁性体シムの単位体積当たり磁場出力
（２）分割シムトレイ、シムトレイスペーサーの寸法
制約条件：（１）磁場均一度（各誤差成分）、漏洩磁場
（２）磁性体シムの設置範囲
（３）有り得ない組合せの排除条件
最適化計算の結果、例えば図９のようにシムトレイの組合せ及び磁性体シム配置が出力される。図９は、１組の磁性体シム機構に関するものであり、実際には１台の超電導マグネット１に装着される２４組全ての磁性体シム機構に対して、同様のシムトレイ組合せ及び磁性体シム配置の計算結果が出力される。
６．図９の結果に従って、シムトレイを組立て、シムトレイを配置する。
７．磁場均一度を再測定し、仕様値との比較を行う。磁場均一度が仕様値を満たしていれば、磁場均一度調整は終了するが、満たしていなければ、４．に戻って再度磁場均一度調整を行う。
なお、作業時間の短縮、磁性体シムの位置再現性確保のため、２回目以降の磁性体シム取り付けにおいては、１回目でのシムトレイ組合せをそのまま使用して磁性体シムの配置量のみを変更することもある。また、作業時間短縮のため、２４本の磁性体シム機構は全て同じものを使用することもある。
このような手順を踏み、磁性体シムの配置だけでなく、組合せシムトレイをも最適化することにより、膨大な数に及ぶシムトレイの組合せを最適化計算において網羅することができ、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲の拡大、シミング設計時間の短縮を図ることができる。
Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the magnetic material shim can be arranged at all possible magnetic material shim arrangement positions, and at that time, by setting the exclusion range of the magnetic material shim installation range and the impossible combination as a constraint condition, A single optimization calculation simultaneously optimizes the combination of shim trays and the magnetic shim amount of each shim pocket, and corrects the magnetic field uniformity. Specifically, the correction of the magnetic field uniformity in the present embodiment is performed according to the following procedure as shown in FIG.
1. When the divided shim trays and shim tray spacers to be used are determined, a magnetic field output table per unit volume is created in advance for the positions of shim pockets that can be all combinations of the combination shim trays.
2. A constraint condition is set so as to exclude an impossible combination from the dimensions of the divided shim tray and shim tray spacer to be used. For example, in FIG. 8, the magnetic material shim can be simultaneously disposed on A and B, or A and C, but the magnetic material shim cannot be disposed on both B and C simultaneously. This can be formulated as the following equation (2). In the formula (2), XA, XB, and XC are the amounts of the magnetic material shim disposed in A, B, and C, respectively. Such a formulation is set in advance for all possible combinations.
X A × X B ≧ 0
X A × X C ≧ 0
X B × X C = 0 (2)
3. Measure a number of magnetic fields in a uniform magnetic field.
4). Fitting is performed using equation (1) to obtain each error component.
5. Using mathematical programming such as linear programming, optimization calculation is performed under the following conditions.
Optimization Goal: Minimize the amount of magnetic shim Variable to optimize: Amount of magnetic shim attached to each shim pocket Optimization parameters: (1) Magnetic field output per unit volume of magnetic shim
(2) Dimensions of split shim tray and shim tray spacer Restrictions: (1) Magnetic field uniformity (each error component), leakage magnetic field
(2) Installation range of magnetic shims
(3) Exclusion conditions for impossible combinations As a result of optimization calculation, shim tray combinations and magnetic shim arrangements are output as shown in FIG. 9, for example. FIG. 9 relates to a set of magnetic shim mechanisms. Actually, all 24 sets of magnetic shim mechanisms mounted on one superconducting magnet 1 have similar shim tray combinations and magnetic shim arrangements. The calculation result of is output.
6). According to the result of FIG. 9, the shim tray is assembled and the shim tray is arranged.
7). Re-measure the magnetic field homogeneity and compare with the specification value. If the magnetic field uniformity satisfies the specification value, the magnetic field uniformity adjustment ends, but if not, 4. Return to, and adjust the magnetic field uniformity again.
In order to shorten the work time and secure the position reproducibility of the magnetic shim, in the second and subsequent magnetic shim mounting, only the arrangement amount of the magnetic shim is changed using the first shim tray combination as it is. Sometimes. In order to shorten the work time, the 24 magnetic shim mechanisms may all be the same.
By taking such a procedure and optimizing not only the arrangement of magnetic shims but also the combination shim trays, a huge number of combinations of shim trays can be covered in the optimization calculation, and the magnetic field by the passive shimming method can be covered. It is possible to expand the range of uniformity correction and shorten the shimming design time.
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５を示すシムトレイ６４ａ〜６４ｃの断面図である。
本実施の形態５におけるシムトレイ６４ａ〜６４ｃは、いずれも従来型と同じく一体構造の形成品であるが、これらの３種類のシムトレイは、お互いにシムポケットの軸方向位置が異なっている。
前記実施の形態１〜４においては、シムトレイは端部用分割シムトレイ、分割シムトレイ、及びシムトレイスペーサーの３種類の部品を組合せて１本のシムトレイを構成するものであるが、本実施の形態おいては、図１０に示すように一体成形されたシムトレイを複数種類用意しておき、どの一体型シムトレイを使用するかも含めて最適化計算を行うものである。
図１０において、シムトレイ６４ａは従来のシムトレイである。１／３ずらしシムトレイ６４ｂは、従来のシムトレイの磁性体シム取り付け位置を磁性体シムの幅の３分の１だけずらしたものであり、同様に、１／２ずらしシムトレイ６４ｃは、磁性体シムトレイの位置を磁性体シムの幅の２分の１ずらしたものである。
磁性体シム最適化の際には、どのシムトレイを使用するかを最適化の変数に含めることにより、磁性体シムの軸方向位置の自由度をさらに高めることができ、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲を広げることができる。また、前記実施の形態１〜４に比べ、シムトレイを組合せ製作する必要がなく、シミングの作業時間を短縮することができる。なお、使用するシムトレイを最適化せず、予め決めたシムトレイを使用して磁性体シムの配置のみの最適化を行なってもよい。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of shim trays 64a to 64c showing Embodiment 5 of the present invention.
The shim trays 64a to 64c in the fifth embodiment are all integrally formed products as in the conventional type, but these three kinds of shim trays have different shim pocket axial positions.
In the first to fourth embodiments, the shim tray is a combination of three types of parts, that is, the end divided shim tray, the divided shim tray, and the shim tray spacer. In other words, as shown in FIG. 10, a plurality of integrally formed shim trays are prepared, and optimization calculation is performed including which integrated shim tray is used.
In FIG. 10, a shim tray 64a is a conventional shim tray. The 1/3 shifted shim tray 64b is obtained by shifting the magnetic shim mounting position of the conventional shim tray by one third of the width of the magnetic shim. Similarly, the 1/2 shifted shim tray 64c is a magnetic shim tray. The position is shifted by a half of the width of the magnetic shim.
When optimizing the magnetic shim, the degree of freedom of the axial position of the magnetic shim can be further increased by including which shim tray to use in the optimization variable. Can be expanded. Further, as compared with the first to fourth embodiments, it is not necessary to manufacture shim trays in combination, and shimming work time can be shortened. Note that optimization of only the arrangement of the magnetic shim may be performed using a predetermined shim tray without optimizing the shim tray to be used.
実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６を示す磁性体シム機構の断面図である。図１１において、８４はシムトレイ、８５は磁性体シム、８６はシムポケット内スペーサーである。本実施の形態においては、各シムポケットよりも小さな磁性体シムを使用し、シムポケット内スペーサー８６を用いることによりシムポケット内の任意の位置に磁性体シム８５を固定している。
これにより、磁性体シムの配置を従来よりも細かく設定することができ、シム設計の最適化の自由度が高くなり、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲が広がる。
なお本実施の形態においては、一体型シムトレイに対してこの構成を適用しているが、実施の形態１〜３、５及び６に示した組合せシムトレイ及び一体成形型シムトレイに対してこの構成を適用しても同様の作用効果を得られる。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a magnetic shim mechanism showing Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 11, 84 is a shim tray, 85 is a magnetic material shim, and 86 is a spacer in the shim pocket. In the present embodiment, a magnetic shim smaller than each shim pocket is used, and the shim pocket spacers 86 are used to fix the magnetic shim 85 at an arbitrary position in the shim pocket.
Thereby, the arrangement of the magnetic shims can be set more finely than before, the degree of freedom in optimizing the shim design is increased, and the correction range of the magnetic field uniformity by the passive shimming method is widened.
In this embodiment, this configuration is applied to the integrated shim tray. However, this configuration is applied to the combination shim tray and the integrally molded shim tray shown in the first to third, fifth, and sixth embodiments. However, similar effects can be obtained.
実施の形態７．
図１２はこの発明の実施の形態７を示す組合せシムトレイ７４の上面図である。
本実施の形態７は、図１２に示した端部用分割シムトレイ７１を使用してシムトレイを組み立てることを特徴とする。前記実施の形態１〜４においては、磁性体シム機構を超電導マグネットに固定するために、磁性体シム機構の全長が超電導マグネット側の取り付け機構と同じ長さになるように、組み合わされるスペーサーや分割シムトレイの長さを調節する必要があるが、本実施の形態によれば、このような調節が不要な磁性体シム機構とすることができる。
以下、図１２を用いて本実施の形態における磁性体シム機構を説明する。図１２において、組合せシムトレイ７４は、端部用分割シムトレイ７１、分割シムトレイ７２、及びシムトレイスペーサー７３を直線状に接続して構成される。磁性体シム機構の端部には、磁性体シム機構全体を超電導マグネットに固定するための丸ネジ穴がついているが、本実施の形態においては、このネジ穴が、長さ方向の取り付け位置が調整可能な長穴７５となっているため、磁性体シム機構の全長が±５０ｍｍの範囲で変動しても、超電導マグネットに取り付けることができる。
これにより、磁性体シム機構の全長を一定にしなければならないという制約が大幅に緩められ、また、磁性体シムの軸方向位置を連続的に変化させることができるようになるため、シム設計の最適化の自由度が高くなり、パッシブシミング法による磁場均一度の補正可能範囲が広がる。
なお、本実施の形態においては、端部用分割シムトレイ７１及び分割シムトレイ７２のシムポケットの長さは全て同じものであるが、実施の形態１〜３のように、シムポケットの長さの異なる分割シムトレイを採用してもよいし、実施の形態５、６のように、一体形成品のシムトレイに適用してもよい。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 12 is a top view of a combination shim tray 74 showing Embodiment 7 of the present invention.
The seventh embodiment is characterized in that a shim tray is assembled using the end-part divided shim tray 71 shown in FIG. In the first to fourth embodiments, in order to fix the magnetic body shim mechanism to the superconducting magnet, the combined spacers and divisions so that the entire length of the magnetic body shim mechanism is the same as the attachment mechanism on the superconducting magnet side. Although it is necessary to adjust the length of the shim tray, according to the present embodiment, a magnetic shim mechanism that does not require such adjustment can be obtained.
Hereinafter, the magnetic shim mechanism in the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 12, the combination shim tray 74 is configured by linearly connecting an end-part divided shim tray 71, a divided shim tray 72, and a shim tray spacer 73. At the end of the magnetic shim mechanism, there is a round screw hole for fixing the entire magnetic shim mechanism to the superconducting magnet, but in this embodiment, this screw hole has a mounting position in the length direction. Since the slot 75 is adjustable, it can be attached to the superconducting magnet even if the total length of the magnetic shim mechanism varies within a range of ± 50 mm.
This greatly relaxes the restriction that the overall length of the magnetic shim mechanism must be constant, and the axial position of the magnetic shim can be changed continuously, making it ideal for shim design. As a result, the range of correction of the magnetic field uniformity by the passive shimming method is widened.
In this embodiment, the lengths of the shim pockets of the end-part divided shim tray 71 and the divided shim tray 72 are all the same, but the lengths of the shim pockets are different as in the first to third embodiments. A divided shim tray may be adopted, or as in the fifth and sixth embodiments, it may be applied to an integrally formed shim tray.
11 端部用分割シムトレイ 54 組合せシムトレイ
12 分割シムトレイ 64a〜64c シムトレイ
13 シムトレイスペーサー 71 端部用分割シムトレイ
14 組合せシムトレイ 72 分割シムトレイ
15 シムポケット 73 シムトレイスペーサー
21 超電導マグネット 74 組合せシムトレイ
22 超電導コイル 75 長穴
23 均一磁場空間 84 シムトレイ
24 低温容器 85 磁性体シム
25 ヘリウム槽 86 シムポケット内スペーサー
26 熱シールド 98 磁性体シム機構
27 真空槽 101 磁性体シム
28 磁性体シム機構 102 シムトレイ
31a〜36a シムポケット 103 シムスペーサー
31b〜35b シムポケット- 104 蓋
41a〜41c 端部用分割シムトレイ 131 はめ込み用爪
42a〜42c 分割シムトレイ 132 はめ込み用穴
43a〜43c シムトレイスペーサー 133 マグネット固定穴１３３
44 組合せシムトレイ
45a〜45c 磁性体シム
11 Split shim tray for edges 54 Combination shim tray
12 Split shim tray 64a ~ 64c Shim tray
13 Shim tray spacer 71 Split shim tray for end
14 Combination shim tray 72 Split shim tray
15 Shim pocket 73 Shim tray spacer
21 Superconducting magnet 74 Combination shim tray
22 Superconducting coil 75 Slot
23 Uniform magnetic field space 84 Shim tray
24 Cryogenic container 85 Magnetic shim
25 Helium tank 86 Spacer in shim pocket
26 Heat shield 98 Magnetic shim mechanism
27 Vacuum chamber 101 Magnetic shim
28 Magnetic Shim Mechanism 102 Shim Tray
31a-36a Shim pocket 103 Shim spacer
31b-35b shim pocket-104 lid
41a-41c Split shim tray for end 131 Claw for fitting
42a to 42c Split shim tray 132 Insertion hole
43a to 43c Shim tray spacer 133 Magnet fixing hole 133
44 Combination shim tray
45a-45c magnetic material shim
Claims (2)
の磁場調整装置において、
前記磁性体シム機構は、磁性体シムを収納する複数のシムポケットの長さ方向位置が異な
る複数種類のシムトレイを備え、前記シムポケットに磁場調整用の磁性体シムを収納した
ことを特徴とする超電導マグネットの磁場調整装置。 In the magnetic field adjustment device for a superconducting magnet in which a magnetic shim mechanism is arranged in the inner peripheral axial direction of the cylindrical superconducting magnet,
The magnetic body shim mechanism includes a plurality of types of shim trays in which a plurality of shim pockets that store magnetic body shims in different lengthwise positions, and a magnetic body shim for magnetic field adjustment is housed in the shim pocket. Magnetic field adjustment device for superconducting magnets.
の磁場調整方法において、
前記磁性体シム機構として、磁性体シムを収納する複数のシムポケットの長さ方向位置が
異なる複数種類のシムトレイを用い、
前記シムトレイの種類と前記磁性体シムの配置とを同時に最適化して前記磁性体シムの配
置を決定することを特徴とする超電導マグネットの磁場調整方法。 In the magnetic field adjustment method of the superconducting magnet in which the magnetic shim mechanism is arranged in the inner circumferential axis direction of the cylindrical superconducting magnet,
As the magnetic shim mechanism, a plurality of types of shim trays having different lengthwise positions of a plurality of shim pockets for storing magnetic shims are used,
A magnetic field adjustment method for a superconducting magnet, wherein the arrangement of the magnetic shim is determined by simultaneously optimizing the type of the shim tray and the arrangement of the magnetic shim.
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