JP5940811B2

JP5940811B2 - 超電導マグネット装置及びこの装置に用いられる電流リード

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Publication number: JP5940811B2
Application number: JP2012002981A
Authority: JP
Inventors: 長谷　隆司; 隆司長谷
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: JP2013143478A

Description

本発明は、超電導マグネット装置及びこの装置に用いられる電流リードに関する。

従来の超電導マグネット装置は、超電導コイルと、この超電導コイルを収容してこれを冷却するための冷却容器と、冷却容器の外部に設けられる電源と超電導コイルとを接続するための電流リードとを備える。冷却容器は、例えば、その内部に超電導コイルとこれを冷却するための液体ヘリウム等の冷媒とを収容することにより超電導コイルを冷却してその超電導状態を維持する。

前記電流リードについては、当該電流リードを通じての冷却容器内への熱侵入が大きな課題となる。当該電流リードには、導電率の高い銅が多用されているが、この銅は高い熱伝導率を有していて外部からの熱侵入を許容し易いのに加え、銅自身の持つ電気抵抗による発熱が前記熱侵入の大きな要因となる。この熱侵入は、冷媒（液体ヘリウム等）の消費量の増大等を生じさせる。特に、超電導コイルが電流リードと切り離された状態で当該超電導コイルに永久電流が流れる永久電流モードではなく、超電導コイルと外部電源とが電流リードにより接続されたままの駆動モードで運転が行われる超電導マグネット装置、例えば、超電導コイルが酸化物系超電導線材により構成されていて永久電流スイッチの使用が困難な装置、では、当該電流リードを通じての熱侵入の抑制が望まれる。

従来、前記のような電流リードを通じての熱侵入を抑制する超電導マグネット装置としては、例えば、特許文献１に記載されるものが知られている。この超電導マグネット装置は、電流リードに接続される冷凍装置を備え、この冷凍装置によって電流リードを冷却することにより当該電流リードを通じた熱侵入を抑制している。

特開２０１０−６０２４５号公報

上記の超電導マグネット装置において冷凍装置が駆動すると、当該冷凍装置において振動が発生する。この振動は、冷凍装置が接続されている電流リードを通じて超電導コイルに伝達されると、当該コイルを備えた超電導マグネット装置の形成する磁場に影響を与える。このため、当該超電導マグネット装置が他の装置（例えば、磁場を利用した分析装置等）において磁場を形成する手段として用いられた場合に、前記振動は、当該他の装置での分析結果や計測結果等の精度を低下させる等の問題を生じさせることがある。

そこで、上記問題点に鑑み、電流リードを冷却するための冷凍装置を備えた超電導マグネット装置であって冷凍装置において発生する振動が超電導コイルに伝わり難い超電導マグネット装置及びこの装置に用いられる電流リードを提供することを目的とする。

上記課題を解消すべく、本発明は、超電導マグネット装置であって、超電導コイルと、前記超電導コイルを収容してこれを冷却するための冷却容器と、前記冷却容器との間に真空断熱層が形成されるように当該冷却容器をその内部に収容する保温容器と、前記冷却容器から離れた位置に配置される冷凍装置と、前記超電導コイルと前記保温容器の外部の電源とを接続するための電流リードと、を備える。そして、前記電流リードは、前記保温容器内に配置され且つ導電性を有する金属からなる可撓導体部を有し、この可撓導体部は、前記冷却容器から前記冷凍装置に向かって延び、前記冷却容器側の端部であって前記超電導コイルが接続される低温端と前記冷凍装置側の端部であって前記冷凍装置が接続されて冷却されると共に前記電源が接続される高温端とを有し、且つ、前記冷凍装置で生じた振動を吸収するように撓み変形できる長さ寸法を有する。

本発明によれば、冷凍装置によって電流リードを冷却することにより当該電流リードを通じた外部からの熱侵入を抑えながら、特定の方向に延びる可撓導体部が冷凍装置で生じた振動を吸収することによりこの冷凍装置が発する振動が電流リードを通じて超電導コイルに伝わるのを効果的に抑えることができる。

具体的に、この超電導マグネット装置では、冷凍装置によって可撓導体部の高温端を冷却することにより、常温である保温容器外部の空間に近い位置の高温端と極低温の冷却容器に近い位置の低温端との間の可撓導体部における熱勾配を抑え、これにより高温端から電流リードに熱が侵入することを効果的に抑制することができる。即ち、外部電源と電流リードとを接続する電線等は常温雰囲気中に配置されて保温容器内よりも温度が高いが、冷凍装置によって電流リード（可撓導体部）の前記温度勾配を小さくすることにより、前記電線等の熱が当該電線等の接続される高温端を通じて電流リード内に侵入するのを効果的に防ぐことができる。しかも、電流リードが冷却されることにより、電流リード自身の電気抵抗によって発生する熱も好適に抑えられる。さらに、金属からなる可撓導体部が所定の長さを有することにより、高温端に接続された冷凍装置からの振動が当該可撓導体部自身の撓み等によって吸収することができ、これにより、前記振動が低温端まで到達し難くなる。その結果、低温端に接続された超電導コイルへの電流リードを介した前記振動の伝達が抑制される。

例えば、当該超電導マグネット装置がＮＭＲ装置に用いられる場合、具体的に、前記可撓導体部は、前記ＮＭＲ装置において解析を行ったときに検出される解析対象物質に対応するメインピーク信号と、このメインピーク信号の片側又は両側に現れるサイドバンドのピーク信号と、の高さの比が０．１０未満となるような長さ寸法を有する。

本発明に係る超電導マグネット装置においては、前記保温容器は、前記冷却容器を収容する容器本体と、前記容器本体から前記冷凍装置に向かう方向に延びてその内部が前記容器本体内と連通する管状部と、を有し、前記可撓導体部は、その長手方向が前記管状部の延びる方向に沿った姿勢で当該管状部内に配置されることが好ましい。

このように、保温容器が容器本体と管状部とによって構成されることにより、当該保温容器を、その内部に収容する冷却容器とこの冷却容器の側から冷凍装置に向けて延びる可撓導体部との形状に即した形状とすることが可能となり、真空断熱状態の保温容器内に可撓導体部を収容して当該可撓導体部の断熱と霜の付着の回避とを達成しつつ保温容器の大型化を防ぐことが可能となる。

前記管状部は、前記容器本体から延びてその内部が前記容器本体内と連通し、且つ、前記高温端が先端面から突出するように前記可撓導体部をその内部に収容する管状部本体と、この管状部本体から突出した前記高温端とこれに接続される前記冷凍装置との周囲を前記先端面と共に気密状態で囲うカバー部と、を備え、前記カバー部は、前記管状部本体に着脱可能に取り付けられることが好ましい。

かかる構成によれば、カバー部を取り外すことができるため、冷凍装置のメンテナンス作業が容易になる。

この超電導マグネット装置では、断熱及び霜の付着を避けるために保温容器内が真空状態（真空断熱状態）となっているが、容器本体及び管状部本体の内部空間と、先端面とカバー部とによって囲まれた空間とが独立した空間になっているため、カバー部を取り外すことにより容器本体内の真空断熱状態を維持したままで冷凍装置を外部に露出させることができる。このため、冷却容器を保温しつつ冷凍装置のメンテナンスを行うことが可能となる。

また、冷凍装置のメンテナンス後に冷凍装置の周囲を真空断熱状態にする作業時間の短縮を図ることができる。即ち、保温容器内の空間全体を真空断熱状態にする場合に比べ、当該超電導マグネット装置のようにカバー部と管状部本体の先端面とに囲まれた空間内だけを真空断熱状態にする場合の方が排気作業等の時間を短くすることができる。

前記電流リード部は、所定の温度以下になることにより超電導状態となる酸化物系超電導材料からなる超電導導体部を有し、前記可撓導体部及び前記超電導導体部は、互いに並列に配置され、前記冷却容器から前記冷凍装置に向かって延び、且つ、その長手方向と直交する方向に互いに重ね合わされていてその重ね合わせ領域内の任意の位置で互いに導通可能となるように接合されていることが好ましい。

かかる構成によれば、超電導導体部が冷凍装置と保温容器内の温度とによって冷却されて超電導状態となることにより、外部電源から電流リードを通じて超電導コイルに電流を供給する際の内部抵抗による発熱をより抑えることができ、その結果、電流リードを通じた熱侵入をより効果的に抑えることができる。しかも、超電導導体部の一部の領域の温度が上昇して常電導状態になっても当該領域と重ね合わされて導通可能な可撓導体部が低抵抗で電流が流れるのを許容する。従って、この電流リードは、超電導導体部の冷却状態にかかわらず、その冷却状態において最も抵抗の低い電流経路を提供することができる。

また、上記課題を解消すべく、本発明は、超電導コイルと、前記超電導コイルを収容してこれを冷却するための冷却容器と、前記冷却容器との間に真空断熱層が形成されるように当該冷却容器をその内部に収容する保温容器と、前記冷却容器から離れた位置に配置される冷凍装置と、を備える超電導マグネット装置に用いられる電流リードであって、前記保温容器内に配置され且つ導電性を有する金属からなる可撓導体部を有し、この可撓導体部は、前記冷却容器から前記冷凍装置向かって延び、前記冷却容器側の端部であって前記超電導コイルが接続される低温端と前記冷凍装置側の端部であって前記冷凍装置が接続されて冷却されると共に前記電源が接続される高温端とを有し、且つ、前記冷凍装置で生じた振動を吸収するように撓み変形できる長さ寸法を有する。

かかる電流リードが上記超電導マグネット装置に用いられることにより、冷凍装置によって当該電流リードが冷却されることによって当該電流リードを通じた外部からの熱侵入が抑えられ、且つ、特定の方向に延びる可撓導体部が冷凍装置で生じた振動を吸収することによりこの冷凍装置が発する振動が超電導コイルに伝わるのが効果的に抑えられる。

例えば、当該電流リードが用いられる超電導マグネット装置がＮＭＲ装置に用いられる場合、具体的に、前記可撓導体部は、前記ＮＭＲ装置において解析を行ったときに検出される解析対象物質に対応するメインピーク信号と、このメインピーク信号の片側又は両側に現れるサイドバンドのピーク信号と、の高さの比が０．１０未満となるような長さ寸法を有する。

以上より、本発明によれば、電流リードを冷却するための冷凍装置を備えた超電導マグネット装置であって冷凍装置において発生する振動が超電導コイルに伝わり難い超電導マグネット装置及びこの装置に用いられる電流リードを提供することができる。

本実施形態に係るＮＭＲ用超電導マグネット装置であって外部電源からの電流ケーブルが接続された状態の全体構成を示す断面正面図である。前記超電導マグネット装置の電流リードの構成を示す図である。前記ＮＭＲ装置によって検出されたメインピーク信号とサイドバンドのピーク信号を説明するための図である。他実施形態に係る電流リードの要部を示す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照しつつ説明する。

本実施形態では、本発明に係る超電導マグネット装置の具体例としてＮＭＲ装置（核磁気共鳴装置）１０を示すが、本発明に係る超電導マグネット装置の用途は限定されない。

ＮＭＲ装置１０は、図１に示されるように、超電導コイル１２と、この超電導コイル１２を収容してこれを冷却するための冷却槽（冷却容器）１４と、この冷却槽１４を囲う複数（本実施形態では２つ）の熱シールド１６、１８と、これらの各構成要素１２、１４、１６、２８をその内部に収容する真空槽（保温容器）２０と、電流リード３０と、この電流リード３０を冷却する冷凍装置４０と、を備える。

超電導コイル１２は、超電導線材が中空の筒状に巻回された所謂ソレノイド形状のコイルであり、この形状に応じて、冷却槽１４、各熱シールド１６、１８、及び真空槽２０も上下方向に延びる中央の試料空間１１を取り巻く円筒形状に形成されている。

冷却槽１４は、超電導コイル１２及びこれを冷却する冷媒（例えば、液体ヘリウム等）１３を収容し、超電導コイル１２を冷却して超電導状態にする。具体的に、冷却槽１４の内部には、超電導コイル１２が配置されると共に、この超電導コイル１２が浸漬されるに十分な量の冷媒（例えば、液体ヘリウム等）１３が収容されている。

複数の熱シールド１６、１８は、冷却槽１４の外側に配置される第１の熱シールド（例えば、４０Ｋシールド）１６と、第１の熱シールド１６の外側に配置される第２の熱シールド（例えば、７７Ｋシールド槽）１８とである。これら各熱シールド１６、１８は、図略の冷凍装置等によって冷却され（例えば、第１の熱シールド１６が４０Ｋに冷却され、第２の熱シールド１８が７７Ｋに冷却され）、内部（冷却槽１４側）への熱侵入を抑制する。

真空槽２０は、冷却槽１４との間に真空断熱層１９が形成されるように冷却槽１４をその内部に収容する。本実施形態の真空断熱層１９は、真空槽２０に接続された図略の真空ポンプによって真空槽２０の内部が真空排気されることにより、第２の熱シールド１８と真空槽２０との間に形成される。また、真空断熱層１９は、第１の熱シールド１６と第２の熱シールド１８との間、及び、冷却槽１４と第１の熱シールド１６との間にも形成される。この真空槽２０は、冷却槽１４及び各熱シールド１６、１８を収容する槽本体（容器本体）２１と、槽本体２１から冷凍装置４０に向かって延びる管状部２２と、を有する。槽本体２１は、第２の熱シールド１８等に応じた形状、即ち、上記の試料空間１１を囲う円筒形状を有する。そして、槽本体２１は、第２の熱シールド１８から径方向に間隔をおいた位置で当該シールド１８を周方向に囲うようにしながら液体窒素２３を収容する液体窒素槽２４を有する。即ち、槽本体２１は、第２の熱シールド１８を外側から囲う側壁（周壁）２５に液体窒素槽２４を有する。

管状部２２は、槽本体２１の天壁２６から上方に向かって延び、その内部が槽本体２１内と連通する。このため、管状部２２内も真空断熱状態となる。具体的に、管状部２２は、管状部本体２７と、カバー部２８とを有する。

管状部本体２７は、槽本体２１から延びてその内部が槽本体２１内と連通している。この管状部本体２７は、電流リード３０の端部（ブスバー（可撓導体部）３４の高温端３４ｂ）がその先端面２７ａから突出するように当該電流リード３０をその内部に収容する。これにより、電流リード３０が真空断熱層１９内に位置することとなり、外部からの熱の侵入及び霜の付着を防ぐことができる。

カバー部２８は、管状部本体２７から突出した高温端３４ｂと、これに接続される冷凍装置４０と、の周囲を先端面２７ａと共に気密状態で囲う。このカバー部２８は、管状部本体２７に着脱可能に取り付けられる。カバー部２８には図略の真空ポンプが接続され、カバー部２８と先端面２７ａとにより囲まれた空間内は、槽本体２１内とは独立して真空排気することができる。このように真空ポンプが接続されることによって高温端３４ｂ及び冷凍装置４０の周囲を真空断熱状態にすることができ、これら高温端３４ｂ及び冷凍装置４０への熱の侵入や霜の付着を防ぐことができる。

電流リード３０は、図２にも示されるように、超電導コイル１２と、真空槽２０の外部の図略の電源（外部電源）とを接続する。本実施形態では、一対の電流リード３０が配置され、前記外部電源によって超電導コイルに直流電流が供給される。各電流リード３０は、第１の熱シールド１６から冷凍装置４０に向けて延びるリード本体３２と、リード本体３２と超電導コイル１２とを接続するリード線３３と、を有する。

リード本体３２は、ブスバー（可撓導体部）３４と、このブスバー３４と第１の熱シールド１６との間に配置される熱絶縁部３５と、を有する。

ブスバー３４は、冷凍装置４０が駆動することにより生じた振動を吸収することにより、電流リード３０を通じて前記振動が超電導コイル１２に伝わるのを抑制する。このブスバー３４は、真空槽２０内に配置され且つ導電性を有する金属からなる。本実施形態のブスバー３４は、銅又は銅基合金により形成されている。具体的に、ブスバー３４は、第１の熱シールド１６の近傍から冷凍装置４０に向かって延び、第１の熱シールド１６側（冷却槽１４側）の端部である低温端３４ａ及び冷凍装置４０側の端部である高温端３４ｂを有する。即ち、本実施形態のブスバー３４は、上下方向に延び、下端が低温端３４ａ、上端が高温端３４ｂを構成する。低温端３４ａには、熱絶縁部３５とリード線３３とを介して超電導コイル１２が接続されている。一方、高温端３４ｂには、冷凍装置４０が接続されると共に前記外部電源が電流ケーブル（電線）５０を介して接続されている。そして、このブスバー３４は、冷凍装置４０で生じた振動を吸収するように撓み変形できる長さ寸法を有する。詳しくは、ブスバー３４は、当該ＮＭＲ装置１０において解析を行ったときに検出される図３に示されるような解析対象物質に対応するメインピーク信号Ｓ_１とこのメインピーク信号Ｓ_１の片側又は両側に現れるサイドバンドのピーク信号Ｓ_２との高さの比Ｓ_２／Ｓ_１が０．１０未満となるような長さ寸法を有する。例えば、本実施形態のブスバー３４は、幅寸法（図２の左右方向の寸法）に対して厚み寸法（図２の紙面に垂直方向の寸法）が１／５となる矩形の断面形状を有し、幅寸法の５０倍の長さ寸法（図２の上下方向の寸法）を有する。ここで、メインピーク信号Ｓ_１とは、ＮＭＲ装置１０において解析対象物質のＮＭＲ信号を測定したときに解析対象物質に対応する周波数位置で得られるスペクトルのピーク（吸収線）である。また、サイドバンドのピーク信号Ｓ_２とは、ＮＭＲ装置１０において解析対象物質のＮＭＲ信号を測定したときにメインピーク信号Ｓ_１に近い周波数位置に現れるスペクトルのピークであり、ＮＭＲ装置１０において電流リード３０を冷却するための冷凍装置４０から超電導コイル１２に伝わった振動に起因するノイズ成分である。このサイドバンドのピーク信号Ｓ_２がメインピーク信号Ｓ_１に対して大きいと、具体的には、メインピーク信号Ｓ_１とサイドバンドのピーク信号Ｓ_２との高さの比Ｓ_２／Ｓ_１が０．１０以上であると、解析対象物質の分子構造の同定が困難となる。

尚、ブスバー３４は、この形状（断面が矩形のテープ状）に限定されず、中実の円柱形状等であってもよい。即ち、ブスバー３４は、冷凍装置４０で生じた振動を吸収するように撓み変形できる長さ寸法（好ましくは、前記メインピーク信号Ｓ_１とサイドバンドのピーク信号Ｓ_２との高さの比が０．１０未満となるような長さ寸法）を有していればよい。

このようなブスバー３４は、その低温端３４ａに熱絶縁部３５が接続されてこの熱絶縁部３５が第１の熱シールド１６に固定されることにより取り付けられる。これにより、ブスバー３４は、その長手方向が管状部２２の延びる方向に沿った姿勢となる。このとき、高温端３４ｂが管状部本体２７の先端面２７ａから突出した状態となっている。また、ブスバー３４は、第２の熱シールド１８の天壁１８ａを貫通している。

熱絶縁部３５は、酸化物系超電導材料からなる超電導バルク３６と、導電材料からなる電極３７と、を有し、ブスバー３４からの熱が冷却槽１４側（本実施形態では第１の熱シールド１６）に伝わるのを防ぐ。本実施形態の超電導バルク３６は、Ｙ系酸化物超電導材料からなり、幅が３０ｍｍ、厚さが８ｍｍ、長さが７０ｍｍの各寸法を有する。この超電導バルク３６は、銀を含むハンダによってコーティングされている。また、電極３７は、銅からなり、幅が３０ｍｍ、厚さが２ｍｍ、長さが３０ｍｍの各寸法を有する。この電極３７も、銀を含むハンダによってコーティングされている。熱絶縁部３５では、超電導バルク３６の上端部及び下端部にそれぞれ電極３７が接続されている。また、上端側の電極３７には、ブスバー３４の下端（低温端）３４ａが接続されている。

以上のように構成されるリード本体３２は、その下端が窒化アルミニウム製の固定部材３８によって第１の熱シールド１６の天壁１６ａに固定される。尚、固定部材３８は、窒化アルミニウムに限定されず、電気的な絶縁性を有すると共に高い熱伝導率を有する部材であればよい。

熱絶縁部３５は、固定部材３８によって第１の熱シールド１６に固定された状態では、第１の熱シールド１６と第２の熱シールド１８との間に位置する。本実施形態では、第１の熱シールド１６が４０Ｋシールドであり、第２の熱シールド１８が７７Ｋシールドであるため、その間に位置する熱絶縁部３５の超電導バルク３６は極低温になるまで冷却されて超電導状態となる。この状態では、熱絶縁部３５は、ブスバー３４から冷却槽１４側への熱侵入を防ぐ一方、電流の通過を許容する。

冷凍装置４０は、冷却槽１４から離れた位置に配置され、電流リード３０を冷却する。本実施形態の冷凍装置４０は、パルスチューブ冷凍機であり、冷却槽１４の上方に配置されている。この冷凍装置４０は、サーマルアンカ４２と絶縁部４４とを介してリード本体３２の上端（ブスバー３４の高温端３４ｂ）に接続される。本実施形態のサーマルアンカ４２は、銅平編線であり、一端が冷凍装置４０の第一段冷却ステージに接続され、他端が絶縁部４４を介して高温端３４ｂに接続される。絶縁部４４は、電気的な絶縁性を有すると共に高い熱伝導率を有する。本実施形態の絶縁部４４は、窒化アルミニウムからなる。

本実施形態では、冷凍装置４０が高温端３４ｂを、例えば、８２Ｋに冷却すると、リード本体３２の熱絶縁部３５の高温端（ブスバー３４の低温端３４ａとの接続部位）が６３Ｋになる。このとき、熱絶縁部３５の低温端（冷却槽１４側の端部）の温度は、４１Ｋとなっている。

以上のＮＭＲ装置１０によれば、冷凍装置４０によって電流リード３０を冷却することにより電流リード３０を通じた外部からの熱侵入を抑えながら、特定の方向に延びるブスバー３４が冷凍装置４０で生じた振動を吸収することによりこの冷凍装置４０が発する振動が電流リード３０を通じて超電導コイル１２に伝わるのを効果的に抑えることができる。

具体的に、このＮＭＲ装置１０では、冷凍装置４０によってブスバー３４の高温端３４ｂを冷却することにより、常温である真空槽２０外部の空間に近い位置の高温端３４ｂと極低温の冷却槽１４に近い位置の低温端３４ａとの間のブスバー３４における熱勾配が抑えられる。これにより、高温端３４ｂから電流リード３０に熱が侵入することが効果的に抑制される。即ち、外部電源と電流リード３０とを接続する電流ケーブル５０等は常温雰囲気中に配置されて真空槽２０内よりも温度が高いが、冷凍装置４０によって電流リード３０（ブスバー３４）の前記温度勾配を小さくすることにより、前記電流ケーブル５０等の熱が当該電流ケーブル５０等の接続される高温端３４ｂを通じて電流リード３０内に侵入するのを効果的に防ぐことができる。しかも、電流リード３０が冷却されることにより、電流リード３０自身の電気抵抗によって発生する熱も好適に抑えられる。さらに、金属からなるブスバー３４が所定の長さを有することにより、高温端３４ｂに接続された冷凍装置４０からの振動が当該ブスバー３４自身の撓み等によって吸収することができ、これにより、前記振動が低温端３４ａまで到達し難くなる。その結果、低温端３４ａに接続された超電導コイル１２への電流リード３０を介した前記振動の伝達が抑制される。

また、本実施形態のＮＭＲ装置１０のように、真空槽２０が槽本体２１と管状部２２とによって構成されることにより、当該真空槽２０を、冷却槽１４とこの冷却槽１４近傍から冷凍装置４０に向けて延びる電流リード３０（ブスバー３４）との形状に即した形状とすることが可能となる。このため、当該ＮＭＲ装置１０では、真空断熱状態の真空槽２０内にブスバー３４を収容して当該ブスバー３４の断熱と霜の付着の回避とを達成しつつ真空槽２０の大型化を防ぐことが可能となる。

また、管状部２２が、管状部本体２７と、この管状部本体２７に着脱可能に取り付けられるカバー部２８と、によって構成されることにより、冷凍装置４０のメンテナンス作業が容易になる。

詳しくは、このＮＭＲ装置１０では、断熱及び霜の付着を避けるために真空槽２０内が真空断熱状態となっているが、槽本体２１及び管状部本体２７の内部空間と、管状部本体２７の先端面２７ａとカバー部２８とによって囲まれた空間とが独立した空間になっている。このため、カバー部２８を取り外すことにより槽本体２１内の真空状態を維持したままで冷凍装置４０を外部に露出させることができる。その結果、冷却槽１４を保温しつつ冷凍装置４０のメンテナンスを行うことが可能となる。

また、冷凍装置４０のメンテナンス後に冷凍装置４０の周囲を真空断熱状態にする作業時間の短縮を図ることができる。即ち、真空槽２０内の空間全体を真空断熱状態にする場合に比べ、当該ＮＭＲ装置１０のようにカバー部２８と管状部本体２７の先端面２７ａとに囲まれた空間内だけを真空断熱状態にする場合の方が排気作業等の時間を短くすることができる。

尚、本発明の超電導マグネット装置及びこの装置に用いられる電流リードは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、リード本体３２において熱絶縁部３５は必須ではなく、ブスバー３４の低温端３４ａが熱シールド１６、１８や冷却槽１４に固定されてもよい。

また、上記実施形態のリード本体３２では、冷凍装置４０において生じた振動を吸収する部位は、ブスバー３４のみで構成されているが、これに限定されない。例えば、図４に示されるように、前記振動を吸収する部位は、ブスバー３４と超電導導体（超電導導体部）５２とを備えてもよい。この超電導導体５２は、酸化物系超電導材料からなる。この酸化物系超電導材料は、真空槽２０内の温度及び冷凍装置４０による冷却によって所定の温度（転移温度）以下に冷却されることにより超電導状態となり得るものである。例えば、９０Ｋ以上の転移温度を有するＢｉ系高温超電導材料やＹ系高温超電導材料が好適である。図４に示す例では、超電導導体５２は、ブスバー３４よりも薄肉のシート状をなし、ブスバー３４に対してその厚み方向に重ね合わされる。具体的に、超電導導体５２は、ブスバー３４の全長に亘って当該ブスバー３４と重ねられてハンダ付けにより固定されている。即ち、ブスバー３４と超電導導体５２とは、互いに並列に配置され、管状部２２に沿って延び、且つ、その長手方向と直交する方向に互いに重ね合わされていてその重ね合わせ領域内の任意の位置で互いに導通可能となるように接合されている。

この構成によれば、超電導導体５２が冷凍装置４０と真空槽２０内の温度とによって冷却されて転移温度以下になって超電導状態となることにより、外部電源から電流リード３０を通じて超電導コイル１２に電流を供給する際の電流リード３０自身の内部抵抗による発熱を抑えることができる。その結果、前記振動吸収のためにブスバー３４が長尺で内部抵抗の比較的高い材質とされているにもかかわらず、電流リード３０を通じた熱侵入をより効果的に抑えることができる。しかも、超電導導体５２の一部の領域の温度が上昇して常電導状態になっても当該常電導状態となった領域と重ね合わされて導通可能なブスバー３４が低抵抗で電流が流れるのを許容する。従って、この電流リード３０は、超電導導体５２の冷却状態にかかわらず、その冷却状態において最も抵抗の低い電流経路を提供することができる。

上記実施形態の超電導マグネット装置１０は、試料空間１１が上下に延びるように各構成要素（超電導コイル１２、冷却槽１４、各熱シールド１６、１８、及び真空槽２０等）が構成されているが、試料空間が左右に延びるように前記各構成要素が構成されてもよい。

また、上記実施形態の超電導マグネット装置１０は、超電導コイル１２を冷媒（本実施形態では液体ヘリウム）１３によって冷却しているが、冷媒１３を用いずに冷凍装置等によって冷却するように構成されてもよい。

ここで、上記実施形態のＮＭＲ装置（超電導マグネット装置）１０において冷凍装置４０で生じた振動が電流リード３０を通じて超電導コイル１２に伝達されているか否かを評価するために、上記実施形態のＮＭＲ装置１０と、リード本体においてブスバーが設けられていないこと（即ち、電流ケーブル５０と冷凍装置４０とが熱絶縁部３５に接続されている構成）以外は、上記実施形態のＮＭＲ装置１０と同じ構成のＮＭＲ装置（第１比較用ＮＭＲ装置）とにより、純粋サンプルの水素原子核のＮＭＲ信号を測定した。尚、本実施例１では、上記実施形態のＮＭＲ装置において、幅が１０ｍｍ、厚さが２ｍｍ、長さが５００ｍｍのブスバー３４が用いられた。

外部電源から各ＮＭＲ装置（上記実施形態のＮＭＲ装置１０と第１比較用ＮＭＲ装置と）に対して２２０Ａの直流電流がそれぞれ供給され、これにより、各ＮＭＲ装置において１８．８Ｔの磁場（この磁場における水素の原子核の共鳴周波数は８００ＭＨｚである。）がそれぞれ発生した。各ＮＭＲ装置において磁場均一がそれぞれ調整され、純粋サンプルの水素原子核のＮＭＲ信号がそれぞれ測定された。

上記実施形態のＮＭＲ装置１０において検出されたＮＭＲ信号では、８００ＭＨｚのメインピーク信号Ｓ_１に対するサイドバンドのピーク信号Ｓ_２の高さの比Ｓ_１／Ｓ_２は、０．０８２であった。このように、上記実施形態のＮＭＲ装置１０では、前記高さの比Ｓ_１／Ｓ_２をサンプルの分子構造同定の障害となる０．１０未満に抑えることができた。

一方、第１比較用ＮＭＲ装置において検出されたＮＭＲ信号では、前記メインピーク信号Ｓ_１とサイドバンドのピーク信号Ｓ_２との高さの比Ｓ_１／Ｓ_２が０．３４であり、サイドバンドのピーク信号Ｓ_２が分子構造同定の障害となっている。

以上のように、冷凍装置４０で発生した振動が超電導コイル１２に伝わることによって生じるサイドバンドのピーク信号Ｓ_２が上記実施形態のＮＭＲ装置１０において好適に抑えられている。このことから、電流リード３０が上記実施形態のブスバー（所定の長さ寸法を有する可撓導体部）３４を備えることによって冷凍装置４０の振動が超電導コイル１２に伝わるのを効果的に抑制することができることが確認できた。

また、ブスバーの長さが４００ｍｍである以外は、上記実施形態のＮＭＲ装置１０と同じ構成のＮＭＲ装置（第２比較用ＮＭＲ装置）により、純粋サンプルの水素原子核のＮＭＲ信号を測定した。

上記実施例１と同様に、外部電源から第２比較用ＮＭＲ装置に対して２２０Ａの直流電流が供給され、第２比較用ＮＭＲ装置において１８．８Ｔの磁場（この磁場における水素の原子核の共鳴周波数は８００ＭＨｚである。）が発生した。そして、磁場均一が調整されて、純粋サンプルの水素原子核のＮＭＲ信号が測定された。

この第２比較用ＮＭＲ装置において検出されたＮＭＲ信号では、８００ＭＨｚのメインピーク信号Ｓ_１に対するサイドバンドのピーク信号Ｓ_２の高さの比Ｓ_１／Ｓ_２が０．１５であり、サイドバンドのピーク信号Ｓ_２が分子構造同定の障害となっている。

以上より、ブスバーの形状（断面形状）が同じであれば、ブスバーの長さ寸法を大きくすることにより、サイドバンドのピーク信号Ｓ_２をより抑えることができることが確認できた。

１０ＮＭＲ装置（超電導マグネット装置）
１２超電導コイル
１４冷却槽（冷却容器）
１９真空断熱層
２０真空槽（保温容器）
２１槽本体（容器本体）
２２管状部
２７管状部本体
２７ａ先端面
２８カバー部
３０電流リード
３４ブスバー（可撓導体部）
３４ａ低温端
３４ｂ高温端
４０冷凍装置
Ｓ_１メインピーク信号
Ｓ_２サイドバンドのピーク信号

Claims

超電導マグネット装置であって、
超電導コイルと、
前記超電導コイルを収容してこれを冷却するための冷却容器と、
前記冷却容器との間に真空断熱層が形成されるように当該冷却容器をその内部に収容する保温容器と、
前記冷却容器から離れた位置に配置される冷凍装置と、
前記超電導コイルと前記保温容器の外部の電源とを接続するための電流リードと、を備え、
前記電流リードは、前記保温容器内に配置され且つ導電性を有する金属からなる可撓導体部を有し、この可撓導体部は、前記冷却容器から前記冷凍装置に向かって直線状に延び、前記冷却容器側の端部であって前記超電導コイルが接続される低温端と前記冷凍装置側の端部であって前記冷凍装置が接続されて冷却されると共に前記電源が接続される高温端とを有し、且つ、前記冷凍装置で生じた振動を吸収するように撓み変形できる長さ寸法を有し、
前記保温容器は、前記冷却容器を収容する容器本体と、前記容器本体から前記冷凍装置に向かう方向に延びてその内部が前記容器本体内と連通する管状部と、を有し、
前記可撓導体部は、その長手方向が前記管状部の延びる方向に沿った姿勢で当該管状部内に配置される超電導マグネット装置。
請求項１に記載の超電導マグネット装置であって、
当該超電導マグネット装置は、ＮＭＲ装置に用いられるものであり、
前記可撓導体部は、前記ＮＭＲ装置において解析を行ったときに検出される解析対象物質に対応するメインピーク信号と、このメインピーク信号の片側又は両側に現れるサイドバンドのピーク信号と、の高さの比が０．１０未満となるような長さ寸法を有する超電導マグネット装置。
請求項１又は２に記載の超電導マグネット装置であって、
前記管状部は、前記容器本体から延びてその内部が前記容器本体内と連通し、且つ、前記高温端が先端面から突出するように前記可撓導体部をその内部に収容する管状部本体と、この管状部本体から突出した前記高温端とこれに接続される前記冷凍装置との周囲を前記先端面と共に気密状態で囲うカバー部と、を備え、
前記カバー部は、前記管状部本体に着脱可能に取り付けられる超電導マグネット装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超電導マグネット装置であって、
前記電流リードは、所定の温度以下になることにより超電導状態となる酸化物系超電導材料からなる超電導導体部を有し、
前記可撓導体部及び前記超電導導体部は、互いに並列に配置され、前記冷却容器から前記冷凍装置に向かって延び、且つ、その長手方向と直交する方向に互いに重ね合わされていてその重ね合わせ領域内の任意の位置で互いに導通可能となるように接合されている超電導マグネット装置。