JP6267820B1 - 磁石およびクライオスタット装置、ならびに受動シミング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石およびクライオスタット装置、ならびに受動シミング方法を提供する。【解決手段】磁気共鳴設備の主磁場磁石２、特には超電導主磁場磁石の作業ボリュームにおける磁場の空間プロファイルを設定するための装置であって、主磁場磁石は、クライオスタット１内に配置され、空間プロファイルは、動作中のクライオスタットの内部に配置されて極低温を有する磁場形成要素を備える受動シム装置３によって設定され、磁気共鳴設備は、動作時に試料体積が位置する室温チューブを含んでいる装置は、真空ロック５が存在し、真空ロックによって、クライオスタットの低温領域を換気する必要なく、受動シム装置または受動シム装置の一部をクライオスタットの低温領域に導入し、クライオスタットの低温領域に配置する、またはクライオスタットの低温領域から取り出すことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気共鳴設備の主磁場磁石、特には超電導主磁場磁石の試料体積における磁場の空間プロファイルを設定するための装置に関し、上記主磁場磁石は、クライオスタット内に配置され、空間プロファイルは、動作中のクライオスタットの内部に配置されて極低温を有する１つ以上の磁場形成要素を備える受動シム装置によって設定され、磁気共鳴設備は、動作時に試料体積が位置する室温チューブを含んでいる。

一例として、そのような装置は、独国特許第１９９２２６５２号Ｃ２明細書または独国特許第１０１１６５０５号Ｂ４明細書から知られている。

一般に、本発明は、磁気共鳴の分野に関し、特には磁気共鳴の分野に適した超電導磁石システムであって、ＮＭＲ測定のための均一な磁場の生成を目的とする磁石システムの提供に関する。しかしながら、本発明の適用可能性は、この分野に限定されない。

磁気共鳴（核磁気共鳴（「ＮＭＲ」と略記される）および電子常磁性共鳴（「ＥＰＲ」と略記される）を含む）は、化学化合物を分析することができる広く知られた測定方法である。核磁気共鳴分光法（ＮＭＲ分光法）の分野および撮像の用途（ＭＲ映像法）のどちらにおいても、きわめて均一かつ時間的に一定の磁場が、試料体積において定められる必要があり、この磁場は、抵抗または超電導コイル、あるいは適切な永久磁石装置によって生成することができる。

とりわけ試料空間の磁場のきわめて高い空間的均一性を特徴とする磁石が、核磁気共鳴（ＮＭＲ、ＭＲＩ）の用途には必要である。通常、使用される超電導磁石には、例えば不可避の製造公差から生じる欠陥を補償するために、磁場の均一性の調整を可能にする装置が装備される。

例えば、必要に応じて適切に選択された電流が加えられる「クライオシム（ｃｒｙｏｓｈｉｍ）」、すなわち超電導追加コイルが、そのような装置の例である。

別の選択肢は、磁性材料（特には、超電導磁石によって生成される磁場の影響下で磁化され、したがって試料空間の磁場の補正に使用することが可能である例えば鉄などの強磁性材料）で作られた適切な形状の構造の使用にある。

具体的な先行技術
いくつかの磁石システムでは、例えば独国特許第１９９２２６５２号Ｃ２明細書または独国特許第１０１１６５０５号Ｂ４明細書に記載されているように、磁石の室温ボア内に「均一化構造」が取り付けられている。

これは、磁石を放電または加熱する必要がなく、あるいは磁石のハウジングを開ける必要すらないため、均一化構造をきわめて素早く交換または変更することができる点で有利である。均一化構造の正確な最終形態を決定するためには、複数回の反復が典型的に必要であるので、これは、磁石の均一化を大幅に簡略化する。

しかしながら、不利な影響は、均一化構造を、第一に、良好な温度制御の下に置かなければならない点にある。さもなければ、使用される材料の飽和磁化の温度につれての変化の結果として、望ましくない磁場の変化も生じかねない。第２に、例えば振動あるいは熱によって引き起こされるコイルの吊り下げの長さの変化に起因する超電導磁気コイルと均一化構造との間の相対運動がないように保証することが、困難を伴わない限り不可能である。このような相対運動は、やはり試料空間内の磁場の望ましくない変化をもたらす。

これらの欠点を回避するために、鉄構造は、場合によっては、冒頭で引用した独国特許第１９９２２６５２号Ｃ２明細書から明らかであり、あるいは独国特許第１０１１６５０５号Ｂ４明細書から明らかであるとおり、磁気コイルまたは少なくとも磁気コイルが位置するヘリウムタンクに直接的にさらに固定される。

均一化構造の理想的形態を決定するために、以下のステップ、すなわち
磁場を測定するステップ、
磁石を放電させるステップ、
クライオスタットを室温に加熱するステップ、
クライオスタットを開き、換気するステップ、
均一化構造を変更するステップ、
クライオスタットを再び閉じ、空気を排出するステップ、
低温液体を充てんし、磁石を冷却するステップ、
磁石を再び充電するステップ、および
磁場を再び測定するステップ
を、各々の繰り返し工程のたびに実行する必要がある。

磁石システムのサイズにもよるが、このプロセスは、数週間を必要とする可能性があり、かなりのコストおよびリスク（例えば、熱サイクルの結果としての磁石の損傷）がつきまとう。

対照的に、本発明は、冒頭において述べた種類の装置において、きわめて時間を節約したやり方で、受動シム装置による磁場の均一化を、費用効果に優れた方法で、単純な技術的手段によって実行すると同時に、長期安定性の保証ももくろむという目的に基づく。

この目的は、本発明によって、クライオスタットの低温領域を換気する必要なく受動シム装置または受動シム装置の一部をクライオスタットの低温領域に導入し、クライオスタットの低温領域に配置する、またはクライオスタットの低温領域から取り出すことができる真空ロックが存在することにより、同様に驚くほど簡単かつ効果的な方法で達成される。

シミングプロセス、すなわち現時点において測定された磁場の均一性の緻密な補正のための磁気要素の形態の調整は、反復的であり、すなわち試料体積内の測定された磁場の均一性が所望の水準に一致するまで、磁場形成要素、好ましくは強磁性の磁場形成要素を磁気共鳴設備に設置した後に磁場を繰り返し測定し、結果にもとづいて新たな受動シム装置の最適化された形態が計算される。真空ロックの使用は、個々の繰り返し工程の間の時間のかかるクライオスタットの加熱および換気あるいは排気および冷却を省くことができるので、シミングプロセスを著しく加速させることができる。

したがって、冒頭で定めた一般的な形式の装置において、本発明に従ってクライオスタットの低温領域への真空ロックを使用することで、先行技術から公知の技術的解決策と比べて、磁気共鳴設備の試料体積における均一な磁場の空間プロファイルを受動シム装置によって反復的に設定するために標準的に必要とされる時間のきわめて大幅な削減が促進され、これまで典型的であった数週間という所要時間に代わり、繰り返しのシミングプロセスに必要な時間が、今や本発明によって１日または数日に短縮される。

本発明の好ましい実施形態および発展
真空ロックを、動作時に室温チューブを収容する室温ボアの軸方向の延長において、磁気共鳴設備に取り付けることが可能であり、かつ磁気共鳴設備から取り外すことが可能である本発明による装置の実施形態が、とくに好ましい。結果として、クライオスタットの真空容器にさらなる開口は不要である。既存の開口を引き続き使用することが可能である。磁石を試験する目的のためには、一方の側からのみ磁気中心にアクセスすることができれば充分である。顧客における使用においては、上下から、あるいは水平な磁石の場合には両側から、磁気中心にアクセスできる必要がある。したがって、真空ロックを分解可能に設計することが有利である。

さらなる実施形態において、真空ロックは、クライオスタットを密閉することができる第１のバルブと、真空チャンバと、好ましくは第２のバルブによって真空チャンバを排気することができ、またはこのチャンバを流体で満たす、もしくはパージすることができるポンプ装置とを備える。ポンピング／パージのための装置は、真空ロック内の表面上に沈着する汚染物質（例えば、水分子の薄膜）をより迅速に除去することを可能にする。結果として、真空ロックとクライオスタットとの間のバルブをより早く開けることができ、これは試験期間にプラスの効果をもたらす。

変位可能なラムが、真空ロック内で動作時に室温チューブを収容する室温ボアの軸方向に軸方向に配置され、受動シム装置またはその一部を、このラムによって移動させることができる実施形態が、とくに好ましい。

この実施形態の有利な発展は、クライオスタットが径方向に入れ子状に配置された１つ以上の放射シールドを含むこと、および放射シールドの開口を封止するためのカバー装置をラムの磁石側端部に取り付けできることを特徴とする。このようなカバー装置は、ヘリウムタンクが高い放射負荷にさらされることを回避する。これにより、磁石が真空ロックを備えて運転されるときのヘリウムの消費が最小限となる。これは、第１には、コスト上の利点があり、第２には、ヘリウムの補充間隔を長くして、試験に利用することができる時間を最大化する。ヘリウムの移動のたびにシステムの平衡が損なわれ、ヘリウム移動後約３日間は測定を実行することができない。

本発明による装置の実施形態の一種類において、クライオスタットは、径方向に入れ子状に配置された１つ以上の放射シールドを含み、受動シム装置またはその一部は、磁気共鳴設備の動作時に、１つ以上の放射シールド、特には室温チューブに隣接する径方向最も内側の放射シールドに、好ましくは室温チューブに面する側に、熱伝導可能に接続される。放射シールドは、例えば「クライオクーラ」によって液体窒素で、あるいはヘリウムがヘリウムタンクから蒸発する管への熱的結合によって、少なくとも部分的に能動的に冷却される。受動シム装置の部品が、このような能動的に冷却されたシールドに熱伝導可能に接続される場合、受動シム装置の構造における熱伝導によって生じる熱負荷が軽減される（「熱アンカリング」または「ヒートシンク」）。

別の実施形態の一種類において、受動シム装置またはその一部は、クライオスタットの低温領域において、磁気共鳴設備の動作時に室温チューブに面するヘリウムタンクの外側に、熱伝導可能に取り付けられる。これにより、２つの利点がもたらされる。第１には、磁気コイルとシム装置との間の相対位置が非常に正確であり、第２には、シム装置がいかなる温度変化にもさらされない。後者は、飽和磁化が温度と共に変化するがゆえに、厄介となり得る。

クライオスタットの低温領域における受動シム装置またはその一部の設置位置の最適な空間設定のためのセンタリング装置が設けられる実施形態も、有利である。これにより、シム要素の位置を磁気コイルに対して再現可能な方法で確立できることが保証される。これは、反復を好適な方法で実行でき、製造者から顧客への磁石の配送に先立つアイアンの位置決めを、磁気試験の場合とまったく同じやり方で実行できるため、重要である。

好ましい実施形態は、均一な磁場、特には磁場勾配を測定するための装置が、磁気共鳴設備の試料体積内に配置され、この装置が、室温ボアの開放端を通って試料体積まで導入され得るような幾何学的設計を有することを特徴とする。結果として、大きな支出なしに磁場を測定することができ、ひいてはシミングの際の高速反復が可能になる。

さらなる好ましい実施形態においては、片側が封じられた室温チューブが設けられ、この室温チューブを、特には磁石構造の試験段階において、磁気共鳴設備の動作時に設置される貫通型の室温チューブを置き換えるために使用することができる。磁場の均一性を測定するための装置を、片側が封じられたそのようなチューブによって、簡単な方法で導入することができる。さらに、プローブヘッドおよび／または電気ＲＴシムシステムを、片側が封じられたチューブに、（シム要素のための）他方側からのアクセスを阻止することなく、設置することができる。

好ましくは、片側が封じられたチューブは、縦型の磁石において下方から設置され、真空ロックは磁石の上部に据えられる。ここから生じるさらなる利点は、ボア内に形成された凝縮物が底部から滴り落ちる可能性があることである。さらに、従来のように、ＲＴシムシステムおよびプローブヘッドを、下方から取り付けることができる。

これらの実施形態を、有利には、好ましくは５０Ｋにおいて０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の低い熱伝導率を有する材料で作られたスペーサ要素を、少なくともクライオスタットの低温領域に配置された２つの隣接する構成要素の間、とりわけ室温チューブに面するヘリウムタンクの外側とヘリウムタンクを囲む放射シールドの間、および／または径方向に入れ子状に配置された２つの隣接する放射シールドの間、および／または室温チューブと放射シールドとの間に設けることによって、発展させることができる。結果として、ヘリウムタンクと放射シールドとの間、または隣接する２つの放射シールドの間、または放射シールドと室温チューブとの間の接触が回避される。このような接触は、ヘリウムの損失の著しい増加またはＲＴボアにおけるいわゆる「コールドスポット（ｃｏｌｄ ｓｐｏｔ）」の形成につながりかねず、結果として望ましくない凝縮につながりかねない。

一体的な設計の単一の磁場形成要素だけが設けられ、磁場形成要素がフィルムおよび／またはシートから作られ、且つ磁場形成要素がフィルムおよび／またはシートが主磁場磁石の試料体積に対して適切に配置された場合に残りの磁性材料の形態および量によって主磁場磁石の試料体積に所望の空間プロファイルの磁場がもたらされるような方法で形態、位置、およびサイズに関して選択された凹部を備える実施形態も、やはり好ましい。このような一体構造は、現代の製造方法を用いて非常に微細な形態を実現できるので、磁場のきわめて正確な均一化を可能にする。薄いフィルムまたは薄いシートを使用する場合、ボア内の半径方向の空間的要求は非常に低く、やはりボア内のギャップをきわめて小さく保つことができる。結果として、非常に効率的な磁石設計が可能であり、最も内側の巻線の内径を非常に小さく保つことができる。

本発明の技術的範囲は、本発明による上述の形式の装置において用いられる真空ロックであって、クライオスタットの低温領域を換気する必要なく、受動シム装置またはその一部を真空ロックによって室温チューブの除去後にクライオスタットの低温領域に導入でき、そこに固定することができ、あるいはそこから取り出すことができるように設計されていることを特徴とする真空ロックも含む。

さらに、本発明の技術的範囲は、これまでの請求項のいずれか一項に記載された装置において超電導主磁場磁石の試料体積における磁場の空間プロファイルを設定するための方法であって、以下の一連のステップ、すなわち
（ａ）試料体積における磁場を測定するステップ、
（ｂ）ステップ（ａ）における磁場測定の結果にもとづく幾何学的形状の受動シム装置またはその一部を、真空ロックを介してクライオスタットの低温領域に導入する、またはクライオスタットの低温領域から交換するステップ、および
（ｃ）試料体積における磁場を再び測定するステップ
の反復的な実行を含む方法を含む。

特には、主磁場磁石は、ステップ（ａ）と（ｂ）との間に放電されてもよく、極低温流体は、随意によりクライオスタットの低温領域から汲み出されてもよく、この低温流体は、再充てんされてもよく、主磁場磁石は、ステップ（ｂ）とステップ（ｃ）の間に充電されてもよい。

片側が封じられた室温チューブを含む装置を動作させるためのこの方法の有利な変種は、片側が封じられた室温チューブが、磁気共鳴設備の試験段階においてクライオスタットの室温ボアに挿入され、貫通型の室温チューブが、磁石構造の稼働段階に先立って（例えば、顧客への配送の直前に）クライオスタットの室温ボアに挿入されることを特徴とする。

本発明のさらなる利点が、明細書および図面から明らかになる。上述した特徴および以下で説明される特徴は、本発明によれば、各々の場合においてそれぞれ単独で使用されても、あるいは任意の組み合わせにて一緒に使用されてもよい。図示および説明される実施形態は、漏れのない列挙であると理解されるべきではなく、むしろ本発明を説明するための例示の性質を有する。

本発明および図面の詳細な説明
本発明が、図面に示され、典型的な実施形態にもとづいてさらに詳細に説明される。

本発明による装置の実施形態の概略的な部分切断の斜視図を示しており、真空ロックが縦型クライオスタットの下部に取り付けられている。 試験段階においてクライオスタットに配置された受動シム装置の配置を詳しく示す概略の詳細断面図と、センタリング装置の拡大斜視図とを示している。 図２ａと同様の図を示しているが、受動シム装置は通常動作時である。 磁気コイルおよび放射シールドを備える本発明による装置の実施形態の概略断面図を示しており、通常動作において存在する貫通型の室温チューブおよびボア内に位置する放射シールドは、取り除かれている。 磁場を測定するための装置と下部に取り付けられた真空ロックとを含む図３による装置を示している。 クライオスタットに取り付けられた真空ロックの詳細を示す概略の断面図である。 下部に取り付けられた真空ロックと、上部から導入された片側が封じられた室温チューブと、ボア内の放射シールドとを備える図３による装置を示しており、上記放射シールドは、片側において封じられている。 スペーサ要素の詳細図を示している。

部分切断の斜視図にて図１に概略的に示すとおりのクライオスタット１に配置された主磁場磁石２（特には、超電導主磁場磁石）の試料体積におけるｚ軸方向の均一磁場の空間プロファイルを設定するための本発明による装置は、主として磁気共鳴設備の構成要素として利用される。均一磁場の微調整は、動作時にクライオスタット１内に配置される極低温を有する１つ以上の磁場形成要素を備える受動シム装置３によって実行され、ここで磁気共鳴設備は、動作時に試料体積が位置する室温チューブ４を含む。

本発明によれば、この装置は、真空ロック５が存在しており、真空ロック５によって、受動シム装置３またはその一部を、クライオスタット１の低温領域の換気を必要とすることなく、室温チューブ４の除去後にクライオスタット１の低温領域に導入でき、そこに取り付けることができ、あるいはそこから取り出すことができることを特徴とする。

図２ａおよび図２ｂに示すように、真空ロック５を、動作時に室温チューブ４を収容する室温ボアに軸方向に連続して、磁気共鳴設備に取り付けることができ、磁気共鳴設備から取り外すことができる。

真空ロック５は、クライオスタット１を密閉することができる第１のバルブＶ１と、真空チャンバと、第２のバルブＶ２によって真空チャンバを排気することができ、あるいはこのチャンバを流体で満たし、もしくはパージすることができるポンプ装置とを備える。均一化構造を磁石に導入する目的で、均一化構造が真空チャンバに導入され、真空チャンバが第２のバルブＶ２によってポンプ／パージされ、排気される。次いで、第１のバルブＶ１を開き、均一化構造を適切な機構によって磁気中心に押し込み、そこに固定することができる。

変位可能なラム６が、真空ロック５内で動作時に室温チューブ４を収容する室温ボアの軸方向に軸方向に配置され、受動シム装置３またはその一部を、このラムによって移動させることができる。

クライオスタット１は、径方向に入れ子状に配置された１つ以上の放射シールド７を含む。室温ボア側の開口の片側封止、特には室温チューブ４に隣接する径方向最も内側の放射シールドの片側封止のためのカバー装置８を、ラム６の磁石側端部に取り付けることができる。カバー装置８は、熱シールドの開口を封じ、コイルタンクの熱負荷を低く保つためにラムの熱化として働く。

受動シム装置３またはその一部を、磁気共鳴設備の動作の際に放射シールド７に熱伝導可能に取り付けることができる。これに代え、あるいはこれを補うやり方で、受動シム装置３またはその一部を、クライオスタット１の低温領域において、ヘリウムタンクの外側、特には磁気共鳴設備の動作の際に室温チューブ４に面するヘリウムタンク内側チューブ１２に、熱伝導可能に取り付けることができる。

さらに、クライオスタット１の低温領域における受動シム装置３またはその一部の設置位置の最適な空間設定のために、センタリング装置９が設けられる。

さらに、均一な磁場、特には磁場勾配を測定するための装置１０が、磁気共鳴設備の試料体積内に配置され、この装置は、室温ボアの開放端を通って試料体積まで導入できるような幾何学的設計を有する。

磁石の試験動作および顧客への設備の発送のために、片側が封じられた室温チューブを用意し、磁気共鳴設備の動作時に設置される貫通型の室温チューブ４を、一時的に置き換えることができる。磁気試験の期間中、コイルと均一化構造との間に相対移動が存在しないことが摩擦によって保証されるように、均一化構造をヘリウムタンクに対して押し付けるだけで充分である。結果として、真空ロック５を介して（例えば、ねじによって）固定された機械的接続を確立する必要はもはやない。

磁場を測定するための装置１０がクライオスタット１の真空空間に導入される上述の変種の代案として、最終試験の期間中、室温ボアを「止まり穴の形態」で具現化することが可能である。これは、室温チューブ４（真空容器と８０Ｋ管との境界）を容易に分解することができるため、容易に得ることができる。最終試験において磁場を測定する目的にために、磁気中心へのアクセスが、磁石の片側からだけ存在すれば充分である。磁石が顧客の研究室に設置されるとき、止まり穴の形状のチューブは、従来のチューブに交換され、磁気センタへのアクセスを両側から行うことができる。

低い熱伝導率の材料で作られたスペーサ要素１１により、片側が封じられた室温チューブ４は、止まり穴の形状のチューブの間または８０Ｋチューブとヘリウムタンクとの間の熱的短絡を避けるために、室温チューブに面するヘリウムタンクの外側またはヘリウムタンクを囲む放射シールド７から所定の距離だけ空間的に離される。

詳しくは、図２ａは詳細な断面図であり、クライオスタット１における試験の際に受動シム装置３がどのように配置されるのか、部品が放射シールド７にどのように熱接触するのか、およびヘリウムタンクの他の部分がどのようにヘリウムタンクの内側チューブ１２に（この場合には、より良い提示のために拡大斜視図でも示されているセンタリング装置９によって）接触するのかを示している。放射シールド７の開口を封止するカバー装置８を見て取ることができる。やはり、真空ロック５が、底部においてクライオスタット１に適用される。

図２ｂは、顧客の下での通常動作時に受動シム装置３がどのように取り付けられるのかについての詳細図を示す。円錐面を有し、ヘリウムタンクに固定されたセンタリング装置９が、シム装置３上の適切な形状の相手方部品のための受け具としての役割を果たす。シム装置３は、今やヘリウムタンクに直接ねじ込まれ、通常動作時はラム６によってタンクに押し付けられることがない。

センタリング装置９は、ヘリウムタンクに不動にねじ込まれ、あるいはヘリウムタンクに直接一体化された円錐形に具現化された受け具である。アイアンが取り付けられたキャリアシリンダが、同様に円錐の形態を有する（２つの部分が互いに嵌合する）。この円錐の接触の結果として、キャリアシリンダが真空ロック５に配置された機構によって磁気中心に移動させられるときに、キャリアシリンダは、ヘリウムタンクにおける受け具において中心に配置される。さらに、円錐は、キャリアシリンダ（したがって、アイアン）のｚ位置を固定的に規定する「ストッパ」を提供する。結果として、１つの自由度、すなわちｚ軸周りの回転が、依然として残っている。これは、キャリアシリンダに位置する「ラグ」が嵌まり込む凹部によって固定される。この設計は、３つのそのようなラグ／凹部を設けてもよいが、３つのラグ／凹部は、可能な位置が１つだけ定められるように、それぞれのずれが１２０°ではない。

図３は、磁気コイル３と放射シールド７とを備えるクライオスタット１を概略的に示しており、通常動作時に存在する貫通型の室温チューブ４、およびボア内に位置するすべての放射シールドは、図から取り除かれている。

図４は、図３のクライオスタット１を示し、磁場を測定するための装置１０が上部に取り付けられ、真空ロック５が下部に取り付けられている。ここで、磁場を測定するための装置１０は、上方から試料体積内に突出している。反転された配置、すなわち上部の真空ロック５および下部の測定装置１０も、同様に可能であるが、図面ではそれ自体は示されていない。

図５は、バルブ１（クライオスタットの真空への接続）およびバルブ２（ポンピング／パージ用）を備える真空ロック５の詳細図を示す。ラム６は、受動シム装置３をヘリウムタンクに配置しており、カバー装置８が、図示の放射シールド７の開口を封止する。

図６では、真空ロック５が、図３のクライオスタット１の下部に取り付けられている。片側が封じられた室温チューブ４および片側が封じられた放射シールド７が、上方からボア内に設置されているが、ここでもやはり、反転させた配置も可能である。したがって、磁場を測定するための装置１０は、クライオスタットの真空には位置しないが、片側において封じられた室温チューブ４を通って試料体積に案内されてよい。

最後に、図７は、熱伝導率の低い材料で作られたスペーサ要素１１の詳細図を示しており、これらのスペーサ要素は、熱的な短絡およびその結果としてのクライオスタット１の低温部品への熱負荷の増大につながりかねず、かつ／または室温チューブ４における低温スポットおよび凝縮の形成につながりかねない室温チューブ４、放射シールド７、またはヘリウムタンクチューブ１２の互いの接触を防止する。

それ自体は図示されていない本発明の実施形態において、受動シム装置３は、フィルムおよび／またはシートから作られ、凹部を備えている一体的な設計の磁場形成要素、特には単一の磁場形成要素を備えることができ、上記凹部は、フィルムおよび／またはシートが主磁場磁石２の試料体積に対して適切に配置された場合に残りの強磁性材料の形態および量によって主磁場磁石２の試料体積に所望の空間プロファイルの磁場がもたらされるような方法で形態、位置、およびサイズに関して選択される。

本発明は、あらゆる磁石システムに使用することができる。一定の状況下において、この技術的解決策は、ＨＴＳ巻線を備えたＵＨＦ ＮＭＲ磁石にとってとくに重要である。なぜならば、システムのサイズゆえに充電／放電／加熱／冷却の工程にきわめて長い時間が必要であり、能動低温シムコイルがＨＴＳ巻線の遮蔽効果の結果として不充分であるからである。

１ クライオスタット
２ 主磁場磁石
３ 受動シム装置
４ 室温チューブ
５ 真空ロック
６ 変位可能なラム
７ 放射シールド
８ カバー装置
９ センタリング装置
１０ 磁場を測定するための装置
１１ スペーサ要素
１２ ヘリウムタンク内側チューブ
Ｖ１ 第１のバルブ
Ｖ２ 第２のバルブ
ｚ ｚ軸

Claims (15)

1. 磁気共鳴設備の主磁場磁石（２）、特には超電導主磁場磁石の作業ボリュームにおける磁場の空間プロファイルを設定するための装置であって、
   前記主磁場磁石は、クライオスタット（１）内に配置され、前記空間プロファイルは、動作時の前記クライオスタット（１）の内部に配置されて極低温を有する１つ以上の磁場形成要素を備える受動シム装置（３）によって設定され、前記磁気共鳴設備は、動作時に試料体積が位置する室温チューブ（４）を含んでおり、
   真空ロック（５）が存在し、前記真空ロック（５）によって、前記クライオスタット（１）の低温領域を換気する必要なく、前記受動シム装置（３）または前記受動シム装置（３）の一部を前記クライオスタット（１）の前記低温領域に導入し、前記クライオスタット（１）の前記低温領域に配置する、または前記クライオスタット（１）の前記低温領域から取り出すことができる装置。
2. 前記真空ロック（５）は、動作時に前記室温チューブ（４）を収容する室温ボアの軸方向の延長において、前記磁気共鳴設備に取り付けることが可能であり、前記磁気共鳴設備から取り外すことが可能である請求項１に記載の装置。
3. 前記真空ロック（５）は、前記クライオスタット（１）を密閉することができる第１のバルブ（Ｖ１）と、真空チャンバと、前記真空チャンバを好ましくは第２のバルブ（Ｖ２）によって排気することができ、または前記チャンバを流体で満たす、もしくはパージすることができるポンプ装置とを備える請求項１または２に記載の装置。
4. 変位可能なラム（６）が、前記真空ロック（５）内で動作時に前記室温チューブ（４）を収容する前記室温ボアの軸方向に軸方向に配置され、前記受動シム装置（３）または前記受動シム装置（３）の一部を、前記ラムによって移動させることができる請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記クライオスタット（１）は、径方向に入れ子状に配置された１つ以上の放射シールド（７）を含み、前記室温ボア側の開口の片側封止、特には前記室温チューブ（４）に隣接する径方向最も内側の放射シールド（７）の片側封止のためのカバー装置（８）を、前記ラム（６）の磁石側端部に取り付けることができる請求項４に記載の装置。
6. 前記クライオスタット（１）は、径方向に入れ子状に配置された１つ以上の放射シールド（７）を含み、前記受動シム装置（３）または前記受動シム装置（３）の一部は、前記磁気共鳴設備の動作時に、放射シールド（７）、特には前記室温チューブ（４）に隣接する前記最も径方向内側の放射シールドに、好ましくは前記室温チューブ（４）に面する側に、熱伝導可能に取り付けられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記受動シム装置（３）または前記受動シム装置（３）の一部は、前記クライオスタット（１）の前記低温領域において、前記磁気共鳴設備の動作時に前記室温チューブ（４）に面するヘリウムタンクの外側に、熱伝導可能に取り付けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記クライオスタット（１）の前記低温領域における前記受動シム装置（３）または前記受動シム装置（３）の一部の設置位置の最適な空間設定のためのセンタリング装置（９）が設けられる請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 均一な磁場、特には磁場勾配を測定するための装置（１０）が、前記磁気共鳴設備の前記試料体積内に配置され、前記装置は、室温ボアの開放端を通って前記試料体積まで導入され得るような幾何学的設計を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 片側が封じられた室温チューブが設けられ、前記室温チューブを、特には前記磁石の試験段階において、前記磁気共鳴設備の動作時に設置される貫通型の室温チューブ（４）を置き換えるために使用することができる請求項１〜９のいずれか一項に記載の配置。
11. 低い熱伝導率、好ましくは５０Ｋにおいて０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の熱伝導率を有する材料で作られたスペーサ要素（１１）により、前記片側が封じられた室温チューブが、前記室温チューブに面する前記ヘリウムタンクの外側または前記ヘリウムタンクを囲む放射シールド（７）から所定の距離だけ空間的に離される請求項１０に記載の装置。
12. 前記受動シム装置（３）は、一体的な設計の磁場形成要素、特には単一の磁場形成要素を備え、前記磁場形成要素は、フィルムおよび／またはシートから作られ、前記磁場形成要素は、前記フィルムおよび／または前記シートが前記主磁場磁石（２）の前記試料体積に対して適切に配置された場合に残りの強磁性材料の形態および量によって前記主磁場磁石（２）の前記試料体積に所望の空間プロファイルの磁場がもたらされるように形態、位置、およびサイズに関して選択された凹部を備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置において用いられる真空ロック（５）であって、
    前記真空ロック（５）は、前記クライオスタット（１）の前記低温領域を換気する必要なく、前記受動シム装置（３）または前記受動シム装置（３）の一部を前記真空ロック（５）によって貫通型の前記室温チューブ（４）の除去後に前記クライオスタット（１）の前記低温領域に導入でき、前記クライオスタット（１）の前記低温領域に固定でき、あるいは前記クライオスタット（１）の前記低温領域から取り出すことができるように設計されている真空ロック（５）。
14. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置において超電導主磁場磁石（２）の試料体積における磁場の空間プロファイルを設定するための方法であって、
    （ａ）前記試料体積における磁場を測定するステップと、
    （ｂ）ステップ（ａ）における磁場測定の結果に基づく幾何学的形状の前記受動シム装置（３）または前記受動シム装置（３）の一部を、前記真空ロック（５）を介して前記クライオスタット（１）の前記低温領域に導入する、または前記クライオスタット（１）の前記低温領域から交換するステップと、
    （ｃ）前記試料体積における磁場を再び測定するステップと
    を有する方法。
15. 前記磁気共鳴設備の稼働段階においては、貫通型の室温チューブ（４）が前記クライオスタット（１）の前記室温ボアに挿入され、片側が封じられた室温チューブが、前記磁石の試験段階に先立って前記クライオスタット（１）の前記室温ボアに導入される請求項１０に記載の装置を動作させるための請求項１４に記載の方法。

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