JP6452601B2 - 超電導マグネット、及びｍｒｉ用超電導マグネット装置 - Google Patents

Description

この発明は、超電導コイルを備えている超電導マグネット、及びＭＲＩ用超電導マグネット装置に関するものである。

従来、高温超電導線材を環状に巻いて構成した超電導コイルに冷却板を接触させ、冷却板を冷凍機で冷却することにより超電導コイルを冷却するようにした超電導コイル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１８２１７６号公報

しかし、特許文献１に示されている従来の超電導コイル装置では、超電導コイルの一部が超電導状態から常電導状態に転移、即ちクエンチすると、磁場の変化によって冷却板に誘導電流が流れ、冷却板が加熱昇温する。従来の超電導コイル装置では、超電導コイルが冷却板に接触しているため、冷却板が加熱昇温すると、超電導コイルの超電導状態にある他の部位もクエンチしやすくなり、超電導コイルのクエンチの連鎖が生じやすくなる。これにより、従来の超電導コイル装置では、超電導コイル装置の磁場の強度の変化が大きくなりやすくなってしまう。従って、例えば医療用のＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）用超電導マグネット装置に、特許文献１に示されている従来の超電導コイル装置が適用された場合、超電導コイルの一部のクエンチが生じると、被検体である人体が受ける磁場の強度の変化が大きくなりやすくなり、人体に悪影響が生じるおそれがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、超電導コイルがクエンチしても磁場の強度の急激な変化を抑制することができる超電導マグネット、及びＭＲＩ用超電導マグネット装置を得ることを目的とする。

この発明による超電導マグネットは、扁平状の超電導コイルと、超電導コイルに重なっている冷却板とを有する冷却コイル体、冷却コイル体から離れて配置されている導電性の誘導板、及び冷却コイル体と誘導板との間に介在している断熱スペーサを備えている。

この発明による超電導マグネット、及びＭＲＩ用超電導マグネット装置によれば、超電導コイルがクエンチした場合に、磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板に発生させることができ、超電導マグネットの磁場の変化を緩やかにすることができる。これにより、超電導コイルがクエンチしても磁場の強度の急激な変化を抑制することができる。

この発明の実施の形態１によるＭＲＩ用超電導マグネット装置を示す一部破断斜視図である。 図１の超電導マグネットを示す断面図である。 実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれによる超電導マグネットについての中心磁界Ｂ０（Ｔ）と経過時間ｔ（ｓｅｃ）との関係を示すグラフである。 実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれによる超電導マグネットについての磁場の変化ｄＢ／ｄＴ（Ｔ／ｓｅｃ）と経過時間ｔ（ｓｅｃ）との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３による超電導マグネットの単位積層部を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態４による超電導マグネットの単位積層部を示す拡大断面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるＭＲＩ用超電導マグネット装置を示す一部破断斜視図である。ＭＲＩ用超電導マグネット装置は、筒状の超電導マグネット１と、超電導マグネット１を収容する真空断熱容器２と、超電導マグネット１を冷却する冷却装置である冷凍機３とを有している。ＭＲＩ用超電導マグネット装置は、例えば医療用に使われる。

真空断熱容器２は、超電導マグネット１の径方向内側に位置する内周壁と、超電導マグネット１の径方向外側に位置する外周壁とを持つ筒状の容器である。これにより、真空断熱容器２の内側には、真空断熱容器２の内周壁で囲まれた円柱状の空間が形成されている。真空断熱容器２の内周壁で囲まれている空間には、被検体１０が載せられた支持台１１が配置される。被検体１０としては、例えば人体等が挙げられる。真空断熱容器２内で超電導マグネット１が収容されている空間の真空度は、予め設定された設定真空度以下に保たれている。

冷凍機３は、超電導マグネット１に複数の熱伝導部材を介して接続されている。超電導マグネット１は、冷凍機３によって各熱伝導部材を介して伝導冷却される。超電導マグネット１の温度は、冷凍機３による超電導マグネット１の冷却によって設定温度以下の極低温になる。設定温度としては、例えば３０Ｋとされている。

図２は、図１の超電導マグネット１を示す断面図である。超電導マグネット１は、筒状の内枠５と、内枠５の外周部に設けられている筒状の積層コイル６とを有している。内枠５は、超電導マグネット１の軸線と同軸に配置されている。

積層コイル６は、超電導マグネット１の軸線方向について並んでいる複数の単位積層部６１と、各単位積層部６１間にそれぞれ介在している複数の断熱スペーサ６２とを有している。従って、積層コイル６では、超電導マグネット１の軸線方向について単位積層部６１と断熱スペーサ６２とが交互に重なっている。各単位積層部６１間の熱の移動は、各断熱スペーサ６２によって抑制される。

各単位積層部６１は、冷却コイル体６３と、超電導マグネット１の軸線方向について冷却コイル体６３から離れて配置されている導電性の金属板である誘導板６４と、冷却コイル体６３と誘導板６４との間に介在している断熱スペーサ６５とを有している。冷却コイル体６３と誘導板６４との間の熱の移動は、断熱スペーサ６５によって抑制される。断熱スペーサ６２，６５は、電気絶縁性及び熱絶縁性を持つ環状の平板である。この例では、断熱スペーサ６２，６５のそれぞれの大きさが互いに同じになっている。

冷却コイル体６３は、環状で扁平状の超電導コイル６６と、超電導マグネット１の軸線方向について超電導コイル６６の側面に重なっている環状の金属製の平板である冷却板６７とを有している。

超電導コイル６６は、予め決まったターン数で環状に巻かれているテープ状のコイル線材を有している。また、超電導コイル６６は、コイル線材７が超電導コイル６６の径方向について重なって形成されているパンケーキコイルになっている。超電導コイル６６を構成するコイル線材は、超電導線材である。

冷却板６７は、超電導コイル６６と熱的に接続されている。冷却板６７には、冷却板６７の径方向外側へ突出する接続部６７ａが設けられている。冷却板６７の接続部６７ａには、冷凍機３が熱伝導部材を介して接続されている。超電導コイル６６は、冷凍機３によって熱伝導部材及び冷却板６７を介して冷却される。超電導コイル６６の状態は、超電導コイル６６が冷凍機３で冷却されることにより超電導状態になる。真空断熱容器２の内周壁で囲まれている空間には、各超電導コイル６６が励磁されることにより超電導マグネット１の磁場が形成される。

誘導板６４は、環状の平板である。この例では、誘導板６４が、超電導コイル６６の冷却板６７側とは反対側の面に断熱スペーサ６５を介して重なっている。また、この例では、誘導板６４、超電導コイル６６及び冷却板６７のそれぞれの外径が互いに同じになっている。さらに、この例では、断熱スペーサ６２，６５のそれぞれの外径が誘導板６４及び超電導コイル６６のそれぞれの外径よりも大きくなっている。

次に、動作について説明する。積層コイル６への給電により各超電導コイル６６が励磁されると、真空断熱容器２の内周壁で囲まれた空間には、超電導マグネット１の磁場が形成される。

何等かの原因で各超電導コイル６６のいずれかの一部がクエンチし、超電導コイル６６の一部に大きな抵抗が生じた場合、積層コイル６の電流が急激に低下し、超電導コイル６６の発生する磁場が大きく変化する。このとき、誘導板６４には、超電導コイル６６による磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流が流れる。これにより、超電導マグネット１の磁場の変化が緩やかになる。従って、真空断熱容器２の内周壁で囲まれた空間に被検体１０がある場合、被検体１０が受ける磁場の変化が緩やかになり、磁場の変化による被検体１０の悪影響が抑制される。また、このとき、誘導板６４には、誘導電流が流れることによりジュール熱が発生するが、誘導板６４から超電導コイル６６への熱の移動が断熱スペーサ６２，６５によって抑制され、超電導コイル６６のクエンチの誘発及び促進が抑制される。

このようなＭＲＩ用超電導マグネット装置及び超電導マグネット１では、冷却コイル体６３が、超電導コイル６６と、超電導コイル６６に重なっている冷却板６７とを有し、導電性の誘導板６４が冷却コイル体６３から離れて配置され、冷却コイル体６３と誘導板６４との間に断熱スペーサ６５が介在しているので、超電導コイル６６の少なくとも一部がクエンチした場合に、超電導コイル６６の発生する磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板６４に発生させることができ、超電導マグネット１の中心磁場の変化を緩やかにすることができる。これにより、超電導コイル６６がクエンチしても被検体１０が受ける磁場の強度の急激な変化を抑制することができる。また、誘導板６４で発生した熱を断熱スペーサ６５によって超電導コイル６６に伝えにくくすることができる。これにより、超電導コイル６６の温度上昇を抑制することができ、超電導コイル６６のクエンチの誘発及び促進を抑制することができる。

ここで、超電導マグネット１の中に誘導板６４がない場合を考える。誘導板６４がない場合、各超電導コイル６６のいずれかがクエンチして、超電導コイル６６の発生する磁場が大きく変化すると、誘導板６４による磁場の変化の抑制効果がないことから、真空断熱容器２の内周壁で囲まれた空間に形成される超電導マグネット１の磁場も大きく変化する。磁場の減衰時定数は積層コイル６のインダクタンスＬｃ及び積層コイル６の発生抵抗Ｒｃによって決まることから、積層コイル６の発生抵抗Ｒｃが時間とともに増加することを考慮すると、例えば、Ｌｃが２０Ｈ、Ｒｃが２０Ωである場合には、磁場の減衰時定数は１秒になる。従って、この場合、超電導マグネット１の中心磁場が３Ｔであると、数Ｔ／ｓｅｃの大きな磁場の変化が生じることになる。被検体１０が人体である場合、被検体１０が受ける磁場の変化が１Ｔ／ｓｅｃ以上になると、被検体１０に対する悪影響として例えば閃光現象等が現れるおそれがある。

これに対して、本実施の形態では、誘導板６４に流れる誘導電流によって生じる磁場により磁場の変化が抑制されるため、積層コイル６の見かけの抵抗Ｒｃを、誘導板６４がない場合よりも小さい値、例えば１Ω以下に抑制することができ、磁場の減衰時定数を１０秒以上にすることができる。これにより、被検体１０に対する悪影響をなくすことができる。また、誘導板６４と超電導コイル６６との間に介在する断熱スペーサ６５によって誘導板６４と超電導コイル６６との間の熱時定数を一定値以上にすることができる。これにより、超電導コイル６６のクエンチの誘発及び促進を抑制することができ、磁場の急激な減衰を抑制することができる。

また、本実施の形態による超電導マグネット１での磁場の変化の抑制効果を確認するために、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれによる超電導マグネットについて、超電導コイル６６の一部がクエンチしたときの中心磁界Ｂ０（Ｔ）と経過時間ｔ（ｓｅｃ）との関係と、超電導コイル６の一部がクエンチしたときの磁場の変化ｄＢ／ｄＴ（Ｔ／ｓｅｃ）と経過時間ｔ（ｓｅｃ）との関係とを解析により算出し、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれの解析結果を比較した。

なお、実施例１による超電導マグネットの構成は、図２の超電導マグネット１の構成と同じである。また、比較例１による超電導マグネットは、実施例１の構成から誘導板６４、断熱スペーサ６２，６５及び冷却板６７を無くし、残った超電導コイル６６同士を熱短絡させた超電導マグネットである。比較例２による超電導マグネットは、実施例１の構成から誘導板６４及び断熱スペーサ６２，６５を無くし、残った冷却コイル体６３、即ち超電導コイル６６及び冷却板６７を熱短絡させた超電導マグネットである。また、解析に用いた超電導マグネットは、本発明の効果を定性的に計算で比較するため、インダクタンスが２０Ｈ程度の小型の超電導コイルを用いた簡易モデルとしている。さらに、解析では、実施例１における誘導板６４と超電導コイル６６との間の熱時定数を２０（ｓｅｃ）で計算し、温度依存性は考慮していない。

図３は、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれによる超電導マグネットについての中心磁界Ｂ０（Ｔ）と経過時間ｔ（ｓｅｃ）との関係を示すグラフである。また、図４は、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれによる超電導マグネットについての磁場の変化ｄＢ／ｄＴ（Ｔ／ｓｅｃ）と経過時間ｔ（ｓｅｃ）との関係を示すグラフである。

図３に示すように、超電導コイル６６のみを有する比較例１の超電導マグネットでは、超電導コイル６６がクエンチしてから約７秒で磁場が無くなるのに対して、誘導板６４、断熱スペーサ６５、超電導コイル６６及び冷却板６７を有する実施例１の超電導マグネットでは、超電導コイル６６がクエンチしてから約１８秒で磁場が無くなることが分かる。また、誘導板６４がなく冷却板６７が存在する比較例２の超電導マグネットでは、超電導コイル６６の磁場の変化によって冷却板６７に誘導電流が流れるため、超電導コイル６６がクエンチしてから約２秒後までは、磁場の減衰が抑制されるが、その後、冷却板６７の誘導電流による発熱によって超電導コイル６６が加熱されて超電導コイル６６の抵抗の増加が促進されるため、磁場が急激に減衰し、超電導コイル６６がクエンチしてから約５秒で磁場が無くなることが分かる。このように、実施例１の超電導マグネットでは、比較例１及び２の超電導マグネットに比べて磁場の減衰時間が長くなっていることが分かる。

また、図４に示すように、誘導板６４がなく冷却板６７が存在する比較例２の超電導マグネットでは、超電導コイル６６のみを有する比較例１の超電導マグネットよりも、磁場の最大変化が大きくなっている。また、比較例２の超電導マグネットでは、磁場の最大変化が１．２Ｔ／ｓｅｃになっており、上記の被検体１０が人体である場合に悪影響が出る値以上になっている。これに対して、実施例１の超電導マグネットでは、磁場の最大変化が、０．３Ｔ／ｓｅｃであり、比較例１の超電導マグネットよりも半分以下に抑制されていることが分かる。このように、実施例１の超電導マグネットでは、比較例１及び２の超電導マグネットに比べて磁場の変化が緩やかになっていることが分かる。

また、ＭＲＩ用超電導マグネット装置に用いられる大型の超電導マグネット１になると、解析に用いた簡易モデルに比べて蓄積エネルギが１０倍以上になるため、磁場の変化の特性は上記の解析と異なると考えられるが、ＭＲＩ用超電導マグネット装置に用いられる超電導マグネット１による磁場の変化の抑制効果は、上記の解析よりもさらに顕著になると考えられる。

実施の形態２．
実施の形態２では、誘導板６４が合金で構成されている。誘導板６４を構成する合金としては、例えば白銅、黄銅、ステンレス又はジュラルミン等が挙げられる。誘導板６４を構成する合金の電気抵抗率の温度依存性は、純金属（例えば純銅又は純アルミニウム等）の電気抵抗率の温度依存性よりも低くなっている。即ち、実施の形態２では、純金属よりも電気抵抗率の温度依存性の低い合金が、誘導板６４を構成する材料として用いられている。これにより、誘導板６４の温度が変化しても、誘導板６４の電気抵抗率の変化は小さくなり、超電導マグネット１の磁場の減衰時定数の急激な変化が抑制される。

例えば、誘導板６４を構成する材料が９０Ｃｕ−１０Ｎｉの白銅である場合、白銅の温度が２０Ｋから室温まで変化しても、白銅の電気抵抗率は、１．５×１０^−７Ωｍから１．７×１０^−７Ωｍに変化するだけで、１０％強しか変化しない。これに対して、誘導板６４を構成する材料が純銅である場合、純銅の温度が２０Ｋから室温まで変化すると、純銅の電気抵抗率は、１．８×１０^−１０Ωｍから１．８×１０^−８Ωｍに変化し、１００倍も増加してしまう。このように、白銅の電気抵抗率の温度依存性は、純銅の電気抵抗率の温度依存性よりも低くなっている。黄銅、ステンレス及びジュラルミンの電気抵抗率の温度依存性も、白銅と同様に、純銅の電気抵抗率の温度依存性よりも低くなっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようなＭＲＩ用超電導マグネット装置及び超電導マグネット１では、誘導板６４が白銅、黄銅、ステンレス又はジュラルミンで構成されているので、超電導コイル６６の一部がクエンチして誘導板６４の温度が変化しても、誘導板６４の電気抵抗率の変化を、誘導板６４が純金属で構成されている場合よりも小さくすることができる。これにより、超電導マグネット１の磁場の急激な変化をさらに抑制することができる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による超電導マグネットの単位積層部６１を示す分解斜視図である。各単位積層部６１では、環状の平板である冷却板６７に、冷却板６７の内周部から冷却板６７の外周部に達する切断部であるスリット６７ｂが設けられている。スリット６７ｂは、冷却板６７の内周部及び外周部のそれぞれで開放されている。この例では、スリット６７ｂが冷却板６７の径方向に沿って設けられている。冷却板６７のスリット６７ｂを介して対向する２つの対向部は、互いに離れている。これにより、冷却板６７は、冷却板６７の周方向についてスリット６７ｂの位置で電気的に絶縁されている。また、スリット６７ｂは、冷却板６７の中で、冷凍機３（図１）に接続されている接続部６７ａから最も遠い位置に設けられている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようなＭＲＩ用超電導マグネット装置及び超電導マグネット１では、冷却板６７の内周部から外周部に達するスリット６７ｂが冷却板６７に設けられているので、冷却板６７が受ける磁場が変化しても、冷却板６７での誘導電流の発生をスリット６７ｂによって防止することができ、冷却板６７に大きなジュール熱が発生することを防止することができる。これにより、熱伝導率の高い金属材料、例えば純銅又は純アルミニウム等を冷却板６７に用いることができ、超電導コイル６６に対する冷却性能を高めることができる。また、通常の給電制御によって超電導コイル６６の励磁及び消磁を行う場合でも、超電導コイル６６の温度上昇を防止することができ、超電導コイル６６の励磁及び消磁を安定して行うことができる。

また、冷却板６７の中で、冷凍機３に接続されている接続部６７ａから最も遠い位置にスリット６７ｂが設けられているので、スリット６７ｂを冷却板６７に設けても、冷却板６７による超電導コイル６６の冷却性能を低下しにくくすることができる。

なお、上記の例では、冷却板６７の周方向について１箇所にのみスリット６７ｂが設けられているが、冷却板６７の周方向について複数箇所にスリット６７ｂを設けてもよい。

また、上記の例では、冷却板６７にスリット６７ｂを設けた構成が実施の形態１の超電導マグネット１に適用されているが、冷却板６７にスリット６７ｂを設けた構成を実施の形態２の超電導マグネット１に適用してもよい。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による超電導マグネットの単位積層部６１を示す拡大断面図である。実施の形態１〜３では、単位積層部６１の誘導板６４が、断熱スペーサ６５を介して冷却コイル体６３の超電導コイル６６に重なっているが、本実施の形態では、単位積層部６１の誘導板６４が、断熱スペーサ６５を介して冷却コイル体６３の冷却板６７に重なっている。冷却板６７は、超電導コイル６６の側面に重なっている。

また、超電導コイル６６は、予め決まったターン数で巻かれているテープ状のコイル線材７を有している。また、超電導コイル６６は、コイル線材７が超電導コイル６６の径方向について重なって形成されているパンケーキコイルになっている。コイル線材７の断面の縦横のアスペクト比は、５以上になっている。

コイル線材７は、高温超電導線材である。また、コイル線材７は、テープ状の金属基板７１と、金属基板７１に生成されて重なっている高温超電導膜７２と、高温超電導膜７２に重なっている金属製（例えば銅製等）の保護材７３と、金属基板７１、高温超電導膜７２及び保護材７３をまとめて被覆している電気絶縁材７４とを有している。即ち、コイル線材７では、金属基板７１、高温超電導膜７２及び保護材７３の順に積層された積層体が電気絶縁材７４で被覆されている。

高温超電導膜７２は、通常知られている高温超電導材料で構成されている。高温超電導膜７２を構成する高温超電導材料としては、例えば、希土類（ＲＥ）系超電導材料（例えばＲＥＢＣＯ等）又はイットリウム（Ｙ）系超電導材料（例えばＹＢＣＯ等）等が用いられている。また、保護材７３は、例えばはんだ等によって高温超電導膜７２に固定されている。

冷却板６７は、テープ状のコイル線材７の幅方向端部に熱伝導ペーストである接着剤８を介して重なっている。これにより、超電導コイル６６と冷却板６７との間の熱の移動は、接着剤８を介して行われる。接着剤８としては、例えばエポキシ系接着剤等が用いられている。

積層コイル６は、真空断熱容器２内の高真空度の環境に置かれているため、超電導コイル６６と冷却板６７との間に高真空度の空間が介在している。従って、接着剤８が超電導コイル６６と冷却板６７との間に介在していない場合には、超電導コイル６６と冷却板６７との間に高真空度の空間が介在し、超電導コイル６６と冷却板６７との間での熱伝導率が極めて小さくなる。本実施の形態では、熱伝導ペーストである接着剤８が超電導コイル６６と冷却板６７との間に介在しているので、超電導コイル６６と冷却板６７との間に接着剤８が介在していない場合よりも、超電導コイル６６と冷却板６７との間での熱伝導率が高くなっている。また、本実施の形態では、超電導コイル６６に対する冷却効率の向上を図るために、冷却板６７が超電導コイル６６にできるだけ近づけて配置されている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、誘導板６４が断熱スペーサ６５を介して冷却コイル体６３の冷却板６７に重なっていても、超電導コイル６６の磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板６４に発生させることができ、超電導マグネット１の磁場の変化を緩やかにすることができる。

また、このようなＭＲＩ用超電導マグネット装置及び超電導マグネット１では、超電導コイル６６を構成するコイル線材７が高温超電導線材になっているので、液体ヘリウムの温度等の極低温にまで冷却しなくても超電導コイル６６を超電導状態にすることができ、超電導コイル６６の冷却設備の簡素化を図ることができる。

一方、超電導コイル６６を構成するコイル線材７が高温超電導線材である場合、超電導状態から常電導状態に転移する臨界温度が通常の超電導線材よりも高いので、超電導コイル６６のクエンチの連鎖速度が非常に遅くなる。このため、コイル線材７が高温超電導線材である場合には、温度上昇が集中するホットスポットが超電導コイル６６に発生し、超電導コイル６６の局部焼損に至ることが知られている。超電導コイル６６に局部焼損が発生すると、超電導コイル６６の抵抗が急激に増加し、超電導コイル６６による磁場の減衰が激しくなる。本実施の形態では、超電導コイル６６に局部焼損が発生した場合であっても、超電導コイル６６の磁場の変化を抑制する方向へ誘導電流を誘導板６４に発生させることができ、超電導マグネット１の磁場の変化を緩やかにすることができる。

なお、本実施の形態では、冷却板６７がコイル線材７に接着剤８を介して重なっているので、超電導コイル６６と冷却板６７との間の熱時定数が、接着剤８がない場合に比べて短くなっており、超電導コイル６６の感度が冷却板６７の発熱に敏感になっている。従って、本実施の形態では、実施の形態３と同様に、冷却板６７にスリット６７ｂを設けることにより、冷却板６７のジュール発熱による超電導コイル６６のクエンチの誘発を防止することができ、超電導マグネット１の磁場の急激な変化をさらに抑制することができる。

なお、上記の例では、超電導コイル６６を構成するコイル線材７を高温超電導線材にした構成が実施の形態１の超電導マグネット１に適用されているが、超電導コイル６６を構成するコイル線材７を高温超電導線材にした構成を実施の形態２又は３の超電導マグネット１に適用してもよい。

実施の形態５．
実施の形態５では、超電導マグネット１の磁場の減衰時定数が目標の設定減衰時定数（例えば１０秒等）以上になるように、誘導板６４の抵抗値が、超電導コイル６６と誘導板６４との相互インダクタンスＬに基づいて特定されている。即ち、目標の設定減衰時定数を１０秒とすると、誘導板６４の抵抗値はＬ／１０になっている。また、通常の給電制御によって超電導コイル６６を励磁するときの誘導板６４の誘導発熱総量は、冷却コイル体６３を冷却する冷凍機３の冷却能力の１／１０以下になっている。これにより、超電導コイル６６に対する通常励磁時間及び通常消磁時間が１０００秒以上である場合、誘導板６４のジュール発熱は冷凍機３の冷却能力よりも十分小さくなり、誘導板６４の温度上昇範囲は超電導コイル６６の磁場の減衰に支障がない範囲に留まる。

この例では、黄銅で構成された１ターンの平板を誘導板６４として用いており、コイル線材を巻いた１０００ターンのコイルを超電導コイル６６として用いている。従って、この例では、誘導板６４と超電導コイル６６との巻線比率が１：１０００になっている。これにより、誘導板６４の抵抗値が１×１０^−３Ω、誘導板６４の周長が３ｍである場合には、誘導板６４の厚さは５ｍｍ程度になる。なお、黄銅よりも抵抗値の低い純銅の膜を黄銅の板にメッキ等で設けて誘導板６４を構成することにより、誘導板６４の全体の抵抗値を調整しながら、誘導板６４の厚さをさらに薄くすることができる。

また、例えば、積層コイル６の通常励磁時間が１０００秒である場合、超電導マグネット１では、磁場の減衰時定数が１０秒であるため、１／１００の磁場の発生の遅れが生じる。また、この場合、誘導板６４の発熱量は、１つの超電導コイル６６につき１ｍＷ程度である。従って、積層コイル６に含まれる超電導コイル６６の数が１０００個である場合、誘導板６４の誘導発熱総量が約１Ｗになり、運転温度２０Ｋにおける冷凍機３の冷却能力約２０Ｗに対して、誘導板６４の温度上昇範囲は１Ｋ以下になる。誘導板６４の１Ｋ以下の温度上昇は、超電導コイル６６の励磁には支障のない温度上昇範囲である。通常の給電制御によって超電導コイル６６を励磁するときの誘導板６４の誘導発熱総量が冷凍機３の冷却能力の１／１０以下であれば、超電導コイル６６の励磁に支障のない範囲内に誘導板６４の温度上昇を留めることができる。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようなＭＲＩ用超電導マグネット装置及び超電導マグネット１では、超電導マグネット１の磁場の減衰時定数が設定減衰時定数以上になるように、超電導コイル６６と誘導板６４との相互インダクタンスＬに基づいて誘導板６４の抵抗値が特定されており、超電導コイル６６を励磁するときの誘導板６４の誘導発熱総量が冷凍機３の冷却能力の１／１０以下になっているので、誘導板６４の誘導発熱による超電導コイル６６のクエンチの発生をより確実に抑制することができ、超電導マグネット１の磁場の急激な変化をさらに確実に抑制することができる。

なお、上記の例では、誘導板６４の抵抗値及び冷凍機３の冷却能力に関する上記の構成が実施の形態１に適用されているが、誘導板６４の抵抗値及び冷凍機３の冷却能力に関する上記の構成を実施の形態２〜４に適用してもよい。

また、各上記実施の形態では、各単位積層部６１における断熱スペーサ６５が一体の平板になっているが、超電導コイル６６と誘導板６４との間に複数の断熱スペーサ６５を互いに離して分散して介在させてもよい。この場合、各単位積層部６１の超電導コイル６６間で電磁力が発生するので、複数の断熱スペーサ６５の強度は、各超電導コイル６６間に発生する電磁力に耐えうる強度になっている。このように、超電導コイル６６と誘導板６４との間に複数の断熱スペーサ６５を互いに離して分散して介在させれば、超電導コイル６６と誘導板６４との間に高真空度の空間を一部介在させることができ、超電導コイル６６と誘導板６４との間の熱時定数をより確実に確保することができる。また、断熱スペーサ６５に必要な材料を少なくすることができ、コストの低減化を図ることもできる。

また、各上記実施の形態では、この発明の超電導マグネット１がＭＲＩ用超電導マグネット装置に適用されているが、この発明の超電導マグネット１を例えばＮＭＲ（nuclear magnetic resonance）用超電導マグネット装置等に適用してもよい。

１ 超電導マグネット、７ コイル線材（高温超電導線材）、６３ 冷却コイル体、６４ 誘導板、６５ 断熱スペーサ、６６ 超電導コイル、６７ 冷却板。

Claims (6)

1. 扁平状の超電導コイルと、前記超電導コイルに重なっている冷却板とを有する冷却コイル体、
   前記冷却コイル体から離れて配置されている導電性の誘導板、及び
   前記冷却コイル体と前記誘導板との間に介在している断熱スペーサ
   を備え、
   前記誘導板は、環状の平板である超電導マグネット。
2. 前記誘導板は、白銅、黄銅、ステンレス又はジュラルミンで構成されている請求項１に記載の超電導マグネット。
3. 前記冷却板は、環状の平板であり、
   前記冷却板には、前記冷却板の内周部から前記冷却板の外周部に達する切断部が設けられている請求項１又は請求項２に記載の超電導マグネット。
4. 前記超電導コイルを構成するコイル線材は、高温超電導線材である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の超電導マグネット。
5. 前記誘導板の抵抗値は、磁場の減衰時定数が設定減衰時定数以上になるように、前記超電導コイルと前記誘導板との相互インダクタンスに基づいて特定されており、
   前記超電導コイルが励磁されているときの前記誘導板の誘導発熱総量は、前記冷却コイル体を冷却する冷却装置の冷却能力の１／１０以下である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の超電導マグネット。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の超電導マグネットを備えているＭＲＩ用超電導マグネット装置。

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