JP6590573B2 - Operation method of superconducting magnet device - Google Patents

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Description

この発明は、巻回された酸化物超電導線材を有する超電導コイルを備えた超電導マグネット装置の運転方法に関する。   The present invention relates to a method of operating a superconducting magnet device including a superconducting coil having a wound oxide superconducting wire.

近年、金属シース中に超電導体が埋め込まれたものや、基板上に超電導膜を形成した超電導線材の開発が進められている。中でも、転移温度が液体窒素温度以上の高温超電導体である酸化物超電導体からなる超電導層が設けられた酸化物超電導線材が注目されている。   In recent years, the development of superconducting wires in which a superconductor is embedded in a metal sheath or a superconducting film formed on a substrate has been underway. Among these, an oxide superconducting wire provided with a superconducting layer made of an oxide superconductor, which is a high-temperature superconductor having a transition temperature equal to or higher than the liquid nitrogen temperature, has attracted attention.

磁場共鳴診断装置(MRI:Magnetic Resonance Imaging)や核磁気共鳴分析装置(NMR:Nuclear Magnetic Resonance)など、高強度を有する磁場が必要とされる超電導マグネット装置においても、酸化物超電導線材を巻回して形成された超電導コイルを用いて磁場を生成する技術が提案されている(例えば、非特許文献1および2参照)。   Even in superconducting magnet devices that require a high-intensity magnetic field, such as magnetic resonance diagnostic equipment (MRI) and nuclear magnetic resonance analyzer (NMR), an oxide superconducting wire is wound. A technique for generating a magnetic field using the formed superconducting coil has been proposed (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

上記の超電導マグネット装置においては、高い診断精度を実現するために、時間的に安定し、かつ、空間的に高い均一性を有する磁場を生成することが求められる。しかしながら、酸化物超電導線材からなる超電導コイルには、平坦な超電導層に誘導される遮蔽電流がコイル内部に発生させる付加的な磁場(以下、「遮蔽電流磁場」とも称する)の影響により、磁場分布に歪みが生じる、あるいは、磁場が時間的に変動するといった技術課題が存在する。   In the above superconducting magnet apparatus, in order to realize high diagnostic accuracy, it is required to generate a magnetic field that is stable in time and has high spatial uniformity. However, a superconducting coil made of an oxide superconducting wire has a magnetic field distribution due to the influence of an additional magnetic field (hereinafter also referred to as “shielding current magnetic field”) generated by the shielding current induced in the flat superconducting layer. There are technical problems such as the occurrence of distortion or the temporal fluctuation of the magnetic field.

柳澤吉紀、前田秀明著、「REBCOコイルにおける遮蔽電流磁場のメカニズムと抑制方法」、特集:RE系高温超電導線材のコイル化基盤技術、低温工学、48巻4号、2013年Yoshinori Yanagisawa, Hideaki Maeda, "Mechanism and suppression method of shield current magnetic field in REBCO coil", Special issue: Coiled fundamental technology of RE-based high-temperature superconducting wire, Low temperature engineering, Vol. 48, No. 4, 2013 Kazuhiro Kajikawa and Kazuo Funaki, "A simple method to eliminate shielding currents for magnetization perpendicular to superconducting tapes wound into coils", 2011 Supercond. Sci. Technol. 24 125005Kazuhiro Kajikawa and Kazuo Funaki, "A simple method to eliminate shielding currents for magnetization perpendicular to superconducting tapes wound into coils", 2011 Supercond. Sci. Technol. 24 125005

上記非特許文献1には、遮蔽電流磁場の影響を低減させる手法として、中心磁場の時間的なドリフトを抑える方法である電流掃引逆転法、および、遮蔽電流磁場を消失させるデマグネタイゼーション法(減磁法)が記載されている。   In Non-Patent Document 1, as methods for reducing the influence of the shield current magnetic field, a current sweep inversion method that is a method for suppressing the temporal drift of the central magnetic field, and a demagnetization method for eliminating the shield current magnetic field ( Demagnetization method).

また、非特許文献2には、超電導線材に生じる遮蔽電流による磁化方向に対して垂直方向の交流磁場を印加する方法が記載されている。   Non-Patent Document 2 describes a method of applying an alternating magnetic field perpendicular to the magnetization direction due to the shielding current generated in the superconducting wire.

しかしながら、テープ形状の酸化物超電導線材を巻回して形成された超電導コイルの場合、超電導層に誘導される遮蔽電流の大きさが大きくなるため、遮蔽電流磁場の影響も大きなものとなる。したがって、上述した方法を施しても、遮蔽電流が減衰してコイルの中心磁場が安定するまでに時間がかかるという課題が残る。   However, in the case of a superconducting coil formed by winding a tape-shaped oxide superconducting wire, the magnitude of the shielding current induced in the superconducting layer becomes large, so that the influence of the shielding current magnetic field becomes large. Therefore, even if the method described above is applied, there remains a problem that it takes time until the shielding current is attenuated and the central magnetic field of the coil is stabilized.

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、巻回された酸化物超電導線材を有する超電導コイルを備えた超電導マグネット装置において、短時間で遮蔽電流磁場の影響を低減することが可能な運転方法を提供することである。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a shielding current in a short time in a superconducting magnet device having a superconducting coil having a wound oxide superconducting wire. To provide an operation method capable of reducing the influence of a magnetic field.

本発明の一態様に係る超電導マグネット装置の運転方法であって、超電導マグネット装置は、巻回された酸化物超電導線材を有する超電導コイルと、超電導コイルに電流を供給する電源と、超電導コイルの通電電流を制御する制御装置とを含む。運転方法は、超電導状態に冷却された超電導コイルに通電することにより、超電導コイルを励磁する工程と、超電導コイルを励磁する工程の後に、超電導コイルに超電導マグネット装置の運転電流を保持する工程とを備える。超電導コイルを励磁する工程は、通電電流を運転電流値まで増加させるとともに、超電導コイルの許容温度よりも低い第1の目標温度になるように超電導コイルを加熱する工程を含む。運転電流を保持する工程は、第1の目標温度よりも低い第2の目標温度になるように超電導コイルを冷却する工程を含む。   An operation method of a superconducting magnet apparatus according to an aspect of the present invention, wherein the superconducting magnet apparatus includes a superconducting coil having a wound oxide superconducting wire, a power source for supplying current to the superconducting coil, and energization of the superconducting coil. And a control device for controlling the current. The operation method includes the steps of exciting the superconducting coil by energizing the superconducting coil cooled to the superconducting state, and maintaining the operating current of the superconducting magnet device in the superconducting coil after the step of exciting the superconducting coil. Prepare. The step of exciting the superconducting coil includes a step of heating the superconducting coil so that the energizing current is increased to the operating current value and the first target temperature is lower than the allowable temperature of the superconducting coil. The step of maintaining the operating current includes a step of cooling the superconducting coil so that the second target temperature is lower than the first target temperature.

上記によれば、巻回された酸化物超電導線材を有する超電導コイルを備えた超電導マグネット装置において、短時間で遮蔽電流磁場の影響を低減することが可能な運転方法を提供することができる。   According to the above, in the superconducting magnet device provided with the superconducting coil having the wound oxide superconducting wire, it is possible to provide an operation method capable of reducing the influence of the shielding current magnetic field in a short time.

実施の形態に係る超電導マグネット装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the superconducting magnet apparatus which concerns on embodiment. 図1に示した超電導コイル体の構成例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structural example of the superconducting coil body shown in FIG. 酸化物超電導線材に誘導される遮蔽電流および遮蔽電流磁場を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shielding current induced | guided | derived to an oxide superconducting wire, and a shielding current magnetic field. 本実施の形態に係る超電導マグネット装置の運転方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the driving | operation method of the superconducting magnet apparatus which concerns on this Embodiment. 超電導コイルの通電電流の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the energization current of a superconducting coil. 比較例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。It is a figure which shows the operating method of the superconducting magnet apparatus by a comparative example. 第1の実施例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。It is a figure which shows the operating method of the superconducting magnet apparatus by a 1st Example. 第2の実施例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。It is a figure which shows the operating method of the superconducting magnet apparatus by a 2nd Example. 第3の実施例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。It is a figure which shows the operating method of the superconducting magnet apparatus by a 3rd Example.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

(1)本発明の一態様に係る超電導マグネット装置(図1および図2参照)は、巻回された酸化物超電導線材を有する超電導コイル(10〜18)と、超電導コイルに電流を供給する電源(132)と、超電導コイルの通電電流を制御する制御装置(140)とを含む。本発明の一態様に係る超電導マグネット装置の運転方法は、超電導状態に冷却された超電導コイルに通電することにより、超電導コイルを励磁する工程(図3の工程(S10))と、超電導コイルを励磁する工程の後に、超電導コイルに超電導マグネット装置の運転電流を保持する工程(図3の工程(S20))とを備える。上記超電導コイルを励磁する工程は、通電電流を運転電流値まで増加させるとともに、超電導コイルの許容温度よりも低い第1の目標温度になるように超電導コイルを加熱する工程(図3の工程(S12))を含む。上記運転電流を保持する工程は、第1の目標温度よりも低い第2の目標温度になるように超電導コイルを冷却する工程(図3の工程(S22))を含む。   (1) A superconducting magnet device according to one aspect of the present invention (see FIGS. 1 and 2) includes a superconducting coil (10 to 18) having a wound oxide superconducting wire, and a power source for supplying current to the superconducting coil. (132) and a control device (140) for controlling the energization current of the superconducting coil. The operation method of the superconducting magnet device according to one aspect of the present invention includes a step of exciting the superconducting coil by energizing the superconducting coil cooled to the superconducting state (step (S10) in FIG. 3), and exciting the superconducting coil. After the step of performing, the step of holding the operating current of the superconducting magnet device in the superconducting coil (step (S20) in FIG. 3) is provided. The step of exciting the superconducting coil increases the energizing current to the operating current value and heats the superconducting coil to a first target temperature lower than the allowable temperature of the superconducting coil (step (S12 in FIG. 3). ))including. The step of maintaining the operating current includes a step of cooling the superconducting coil so that the second target temperature is lower than the first target temperature (step (S22) in FIG. 3).

このようにすれば、超電導コイルの励磁中に超電導コイルを加熱することで、酸化物超電導線材を昇温して超電導層に誘導される遮蔽電流を低減できる。そして、超電導コイルを励磁した後に超電導コイルに運転電流(一定電流)を流す過程において、超電導コイルを冷却することで、酸化物超電導線材の電気抵抗値を低減し、遮蔽電流の時間変化を減少させることができる。これにより、超電導コイルを励磁した後に短時間で遮蔽電流が低い電流値で安定するため、遮蔽電流磁場も強度が減少した状態で安定する。すなわち、コイルの中心磁場の強度の減少が抑えられるとともに中心磁場の時間的なドリフトが抑制されるため、短時間で遮蔽電流磁場の影響を低減することができる。   In this way, by heating the superconducting coil during excitation of the superconducting coil, the oxide superconducting wire can be heated to reduce the shielding current induced in the superconducting layer. Then, in the process of flowing the operating current (constant current) to the superconducting coil after exciting the superconducting coil, the superconducting coil is cooled, thereby reducing the electrical resistance value of the oxide superconducting wire and reducing the temporal change of the shielding current. be able to. Thereby, since the shielding current is stabilized at a low current value in a short time after exciting the superconducting coil, the shielding current magnetic field is also stabilized in a state where the intensity is reduced. That is, since the decrease in the strength of the central magnetic field of the coil is suppressed and the temporal drift of the central magnetic field is suppressed, the influence of the shield current magnetic field can be reduced in a short time.

また、超電導マグネット装置は、超電導コイルに供給する通電電流によって発生磁場の大きさを調整可能に構成されるため、発生磁場の大きさに応じて、遮蔽電流磁場の大きさも異なってくる。本発明の一態様に係る運転方法によれば、超電導コイルの温度を制御することで遮蔽電流磁場の影響を低減するように構成されるため、発生磁場の大きさが異なっていても、同等の均一性を有する磁場を生成することが可能となる。   Further, since the superconducting magnet device is configured such that the magnitude of the generated magnetic field can be adjusted by the energization current supplied to the superconducting coil, the magnitude of the shielding current magnetic field varies depending on the magnitude of the generated magnetic field. According to the operation method according to one aspect of the present invention, the influence of the shield current magnetic field is reduced by controlling the temperature of the superconducting coil. It is possible to generate a magnetic field having uniformity.

(2)好ましくは、上記超電導コイルを加熱する工程(工程(S12))では、超電導コイルの軸方向の端部が第1の目標温度になるまで加熱する。   (2) Preferably, in the step of heating the superconducting coil (step (S12)), heating is performed until the end portion of the superconducting coil in the axial direction reaches the first target temperature.

このようにすれば、超電導コイルの軸方向の中心部に比べて相対的に大きい遮蔽電流が誘導される端部を第1の目標温度になるまで加熱することで、遮蔽電流を効果的に低減することができる。   In this case, the shielding current is effectively reduced by heating the end portion where a relatively large shielding current is induced compared to the axial central portion of the superconducting coil until the first target temperature is reached. can do.

(3)好ましくは、上記運転電流を保持する工程(工程(S20))は、超電導コイルを冷却する工程(工程(S22))の前に、運転電流値を中心として通電電流を振動させる工程を含む。   (3) Preferably, the step of maintaining the operating current (step (S20)) includes a step of vibrating the energizing current around the operating current value before the step of cooling the superconducting coil (step (S22)). Including.

このようにすれば、通電電流を振動させることで磁場の変化による交流損失(ヒステリシス損失)が増加するため、ヒータ等の加熱装置を用いずに超電導コイルを加熱することができる。   In this way, since the AC loss (hysteresis loss) due to the change of the magnetic field increases by vibrating the energizing current, the superconducting coil can be heated without using a heating device such as a heater.

(4)好ましくは、上記通電電流を振動させる工程では、超電導コイルが、超電導コイルの許容温度よりも低くかつ第1の目標温度よりも高い第3の目標温度に達した後に、通電電流の振動振幅を減衰させる。   (4) Preferably, in the step of oscillating the energization current, the oscillation of the energization current after the superconducting coil reaches a third target temperature lower than the allowable temperature of the superconducting coil and higher than the first target temperature. Attenuate the amplitude.

このようにすれば、超電導コイルの加熱に加えて、遮蔽電流磁場のヒステリシス効果を利用することにより、遮蔽電流磁場の強度をさらに減少させることができる。   In this way, the intensity of the shield current magnetic field can be further reduced by using the hysteresis effect of the shield current magnetic field in addition to the heating of the superconducting coil.

(5)好ましくは、上記超電導コイルを加熱する工程(工程(S12))では、通電電流を増加させることに起因する交流損失により超電導コイルを加熱する。   (5) Preferably, in the step of heating the superconducting coil (step (S12)), the superconducting coil is heated by an AC loss caused by increasing the energizing current.

このようにすれば、超電導コイルの励磁過程における通流電流の変化速度を上げることができるため、励磁時間を短くすることができる。この結果、超電導コイルの励磁を開始してから短時間で遮蔽電流磁場の影響を低減することができる。また、ヒータ等の加熱装置を用いずに超電導コイルを加熱することができる。   In this way, the rate of change of the conduction current in the excitation process of the superconducting coil can be increased, so that the excitation time can be shortened. As a result, the influence of the shield current magnetic field can be reduced in a short time after the excitation of the superconducting coil is started. Further, the superconducting coil can be heated without using a heating device such as a heater.

(6)好ましくは、通電電流の変化速度は、超電導コイルに発生する交流損失に伴う単位時間当たりの発熱量が、超電導コイルの許容発熱量を超えないことを条件として設定される。   (6) Preferably, the change rate of the energization current is set on condition that the heat generation amount per unit time due to the AC loss generated in the superconducting coil does not exceed the allowable heat generation amount of the superconducting coil.

このようにすれば、超電導コイルの発熱が超電導コイルの磁気的特性に影響を及ぼすことを防ぐことができる。   By doing so, it is possible to prevent the heat generated by the superconducting coil from affecting the magnetic characteristics of the superconducting coil.

(7)好ましくは、上記超電導コイルを加熱する工程(工程(S12))は、加熱装置(ヒータ10a,10b,12a,12b,14a,14b,16a,16b,18a,18b,20a,20b)を用いて超電導コイルを加熱する工程を含む。   (7) Preferably, the step of heating the superconducting coil (step (S12)) includes a heating device (heaters 10a, 10b, 12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b). And using to heat the superconducting coil.

このようにすれば、超電導コイルの励磁中に酸化物超電導線材に誘導される遮蔽電流を低減できる。なお、冷却装置の冷却ヘッドに加熱装置を取付けて超電導コイルを加熱してもよい。   In this way, the shielding current induced in the oxide superconducting wire during excitation of the superconducting coil can be reduced. The superconducting coil may be heated by attaching a heating device to the cooling head of the cooling device.

(8)好ましくは、上記加熱装置は、超電導コイルの軸方向の端部に設けられる。
このようにすれば、超電導コイルの軸方向の中心部に比べて相対的に大きい遮蔽電流が誘導される端部を重点的に加熱することで、遮蔽電流を効果的に低減することができる。
(8) Preferably, the said heating apparatus is provided in the edge part of the axial direction of a superconducting coil.
In this way, the shielding current can be effectively reduced by intensively heating the end portion where a relatively large shielding current is induced compared to the axial central portion of the superconducting coil.

(9)好ましくは、上記超電導コイルを加熱する工程(工程(S12))では、さらに、通電電流を増加させることに起因する交流損失により超電導コイルを加熱する。   (9) Preferably, in the step of heating the superconducting coil (step (S12)), the superconducting coil is further heated by an AC loss caused by increasing the energizing current.

このようにすれば、超電導コイルの励磁過程における通流電流の変化速度を上げることができるため、励磁時間を短くすることができる。この結果、超電導コイルの励磁を開始してから短時間で遮蔽電流磁場の影響を低減することができる。   In this way, the rate of change of the conduction current in the excitation process of the superconducting coil can be increased, so that the excitation time can be shortened. As a result, the influence of the shield current magnetic field can be reduced in a short time after the excitation of the superconducting coil is started.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(超電導マグネット装置の構成)
図1は、実施の形態に係る超電導マグネット装置の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態に超電導マグネット装置は、たとえばMRI装置に適用され得る。図1を参照して、実施の形態に係る超電導マグネット装置100は、超電導コイル体91と、断熱容器111と、冷却装置121と、ホース122と、コンプレッサ123と、ケーブル131と、電源132と、制御装置140とを備える。
(Configuration of superconducting magnet device)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a superconducting magnet device according to an embodiment. The superconducting magnet apparatus according to the embodiment can be applied to, for example, an MRI apparatus. Referring to FIG. 1, a superconducting magnet device 100 according to an embodiment includes a superconducting coil body 91, a heat insulating container 111, a cooling device 121, a hose 122, a compressor 123, a cable 131, a power source 132, And a control device 140.

断熱容器111は、中空円筒状の形状を有しており、その内部に超電導コイル体91を収容する。断熱容器111の内部は、真空状態に維持されている。真空状態とは、大気圧よりも断熱を維持できる程度の減圧状態であることを意味する。   The heat insulating container 111 has a hollow cylindrical shape, and accommodates the superconducting coil body 91 therein. The inside of the heat insulating container 111 is maintained in a vacuum state. The vacuum state means a reduced pressure state capable of maintaining heat insulation from atmospheric pressure.

超電導コイル体91は、テープ状の形状を有する酸化物超電導線材を巻回して形成された超電導コイルを含む。酸化物超電導線材は、たとえば、その延在方向に延びるビスマス(Bi)系超電導体と、この超電導体を被覆するシースとを有する。シースは、たとえば銀や銀合金により形成されている。酸化物超電導線材は、テープ状面に垂直な磁場が印加されるほど交流損失が増大するような特性を有する。超電導コイルの詳細な構成については後述する。   Superconducting coil body 91 includes a superconducting coil formed by winding an oxide superconducting wire having a tape-like shape. The oxide superconducting wire has, for example, a bismuth (Bi) -based superconductor extending in the extending direction, and a sheath covering the superconductor. The sheath is made of, for example, silver or a silver alloy. The oxide superconducting wire has a characteristic that the AC loss increases as a magnetic field perpendicular to the tape-like surface is applied. The detailed configuration of the superconducting coil will be described later.

超電導コイル体91は、超電導コイルと冷却装置121とを伝熱可能に繋ぐ伝熱板をさらに含む。超電導コイルは、冷却装置121によって冷却される。冷却装置121は、超電導コイルに熱的に接続された冷却ヘッド120を有する。冷却装置121は、たとえばギフォード・マクマホン式冷凍機、パルス管冷凍機またはスターリング式冷凍機である。冷却装置121は、ホース122を介して、コンプレッサ123につながっている。冷却装置121は、超電導コイルを構成する酸化物超電導材料の臨界温度以下の極低温を冷却ヘッド120に発生させる。冷却ヘッド120で得られた極低温は、伝熱板を介して超電導コイルに伝熱される。なお、超電導コイルを冷却する冷却部としては、冷却装置121を用いずに、断熱容器111内に収容された液体ヘリウムまたは液体窒素などの冷媒に超電導部を浸漬させる構成としてもよい。   Superconducting coil body 91 further includes a heat transfer plate that connects the superconducting coil and cooling device 121 so that heat can be transferred. The superconducting coil is cooled by the cooling device 121. The cooling device 121 has a cooling head 120 thermally connected to the superconducting coil. The cooling device 121 is, for example, a Gifford-McMahon refrigerator, a pulse tube refrigerator, or a Stirling refrigerator. The cooling device 121 is connected to the compressor 123 via the hose 122. The cooling device 121 causes the cooling head 120 to generate a cryogenic temperature that is not higher than the critical temperature of the oxide superconducting material constituting the superconducting coil. The cryogenic temperature obtained by the cooling head 120 is transferred to the superconducting coil through the heat transfer plate. In addition, as a cooling part which cools a superconducting coil, it is good also as a structure which immerses a superconducting part in refrigerant | coolants, such as liquid helium or liquid nitrogen accommodated in the heat insulation container 111, without using the cooling device 121. FIG.

ケーブル131は、超電導コイル体91と電源132との間に配設される。電源132からケーブル131を経由して超電導コイルに通電電流が与えられることにより、超電導コイルは磁場(磁束)を発生する。断熱容器111の円筒中心部の空間には、図中の点線で示す範囲内に、MRI装置の撮像領域FOV(Field of View)が形成されている。撮像領域FOVは、断熱容器111に外側に位置し、室温かつ大気圧に保持可能であるため、被検者は、自身の被検査領域を撮像領域FOVの中に収めることができる。   The cable 131 is disposed between the superconducting coil body 91 and the power source 132. When a current is applied to the superconducting coil from the power supply 132 via the cable 131, the superconducting coil generates a magnetic field (magnetic flux). An imaging region FOV (Field of View) of the MRI apparatus is formed in a space at the center of the cylinder of the heat insulating container 111 within a range indicated by a dotted line in the drawing. Since the imaging region FOV is located outside the heat insulating container 111 and can be maintained at room temperature and atmospheric pressure, the subject can store his / her inspection region in the imaging region FOV.

制御装置140は、超電導コイルの通電電流を制御する。一例として、制御装置140は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。   The control device 140 controls the energization current of the superconducting coil. As an example, the control device 140 is mainly configured by a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory).

制御装置140は、超電導コイルの通電電流の制御に加えて、超電導コイルの温度(以下、コイル温度とも称する)を制御する。具体的には、制御装置140は、冷却装置121の運転を制御するとともに、ヒータ(図2参照)の起動および停止を制御可能に構成される。   Control device 140 controls the temperature of the superconducting coil (hereinafter also referred to as coil temperature) in addition to the control of the energization current of the superconducting coil. Specifically, the control device 140 is configured to control the operation of the cooling device 121 and to control the start and stop of the heater (see FIG. 2).

図2は、図1に示した超電導コイル体91の構成例を概略的に示す図である。図2を参照して、超電導コイル体91は、複数の超電導コイルと、傾斜磁場コイル21と、シム22,24と、複数のヒータとを含む。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of the superconducting coil body 91 shown in FIG. Referring to FIG. 2, superconducting coil body 91 includes a plurality of superconducting coils, gradient magnetic field coil 21, shims 22, 24, and a plurality of heaters.

図2の構成例では、複数の超電導コイルは、6個の超電導コイル10,12,14,16,18,20により構成されている。6個の超電導コイル10,12,14,16,18,20は、コイル中心軸を共通にして、互いに間隔を隔てて配置される。コイル中心軸は、赤道面8に垂直となるZ軸に一致するように設定されている。   In the configuration example of FIG. 2, the plurality of superconducting coils are composed of six superconducting coils 10, 12, 14, 16, 18, and 20. The six superconducting coils 10, 12, 14, 16, 18, and 20 are arranged at a distance from each other with a common coil central axis. The coil center axis is set so as to coincide with the Z axis perpendicular to the equator plane 8.

超電導コイル14,16は、赤道面8を対称面として対向配置されている。超電導コイル12,18は、赤道面8を対称面として対向配置されている。超電導コイル10,20は、赤道面8を対称面として対向配置されている。6個の超電導コイル10,12,14,16,18,20にそれぞれ一定電流を流すことにより、撮像領域FOVにZ軸方向の磁場を発生させることができる。   The superconducting coils 14 and 16 are opposed to each other with the equator plane 8 as a symmetry plane. The superconducting coils 12 and 18 are arranged opposite to each other with the equator plane 8 as a symmetry plane. The superconducting coils 10 and 20 are opposed to each other with the equator plane 8 as a symmetry plane. By flowing a constant current through each of the six superconducting coils 10, 12, 14, 16, 18, and 20, a magnetic field in the Z-axis direction can be generated in the imaging region FOV.

超電導コイル10,12,14,16,18,20の内部には、コイル中心軸をZ軸に一致させて傾斜磁場コイル21が配置されている。傾斜磁場コイル21は、撮像領域FOV内の位置情報を得る目的で、撮像領域FOVの均一磁場に重畳する形で、磁場を空間的に変化させた傾斜磁場を生成する。   Inside the superconducting coils 10, 12, 14, 16, 18, and 20, a gradient magnetic field coil 21 is disposed with the coil central axis coinciding with the Z axis. The gradient magnetic field coil 21 generates a gradient magnetic field in which the magnetic field is spatially changed so as to be superimposed on the uniform magnetic field of the imaging region FOV for the purpose of obtaining positional information in the imaging region FOV.

シム22,24は、傾斜磁場コイル21と超電導コイル10,12,14,17,18,20との間に設けられる。シム22は、傾斜磁場コイル21の外周側の側壁に沿うように配置される。シム24は、断熱容器111の内周側の側壁に沿うように配置される。シム22,24は、撮像領域FOVの均一磁場の均一度をさらに向上させるための磁場調整用鉄材である。撮像領域FOVに発生している磁場の測定結果に基づいてシムを取り付ける位置およびシムの厚さを調整することにより、撮像領域FOVの均一度を調整することができる。   The shims 22 and 24 are provided between the gradient magnetic field coil 21 and the superconducting coils 10, 12, 14, 17, 18, and 20. The shim 22 is disposed along the outer peripheral side wall of the gradient coil 21. The shim 24 is disposed along the inner peripheral side wall of the heat insulating container 111. The shims 22 and 24 are magnetic material adjusting iron materials for further improving the uniformity of the uniform magnetic field in the imaging region FOV. The uniformity of the imaging area FOV can be adjusted by adjusting the position where the shim is attached and the thickness of the shim based on the measurement result of the magnetic field generated in the imaging area FOV.

超電導マグネット装置100が稼働すると、撮像領域FOVには、白矢印方向の静磁場Bcが発生する。超電導マグネット装置100がMRI装置である場合には、静磁場Bcは、3T程度の高強度であって、5ppm程度の高い均一度を有し、かつ、時間的に安定していることが求められる。   When the superconducting magnet device 100 is operated, a static magnetic field Bc in the direction of the white arrow is generated in the imaging region FOV. When the superconducting magnet apparatus 100 is an MRI apparatus, the static magnetic field Bc is required to have a high intensity of about 3T, a high uniformity of about 5 ppm, and a temporal stability. .

しかしながら、酸化物超電導線材の平坦な超電導層に誘導される遮蔽電流がコイル内部に発生させる付加的な磁場(遮蔽電流磁場)の影響により、磁場分布に歪みが生じる、磁場が時間的に変動する、といった技術課題が存在する。   However, the magnetic field distribution is distorted due to the influence of an additional magnetic field (shielding current magnetic field) generated inside the coil by the shielding current induced in the flat superconducting layer of the oxide superconducting wire, and the magnetic field varies with time. There are technical issues such as.

詳細には、超電導コイルに内部に発生する静磁場Bcは、コイルの軸方向成分と径方向成分とに分けられる。図3に示されるように、磁場の径方向成分(図中のベクトルBc1に相当)が、酸化物超電導線材30の超電導層に垂直方向に加わると、この径方向成分Bc1をはじくようにして、超電導層内に遮蔽電流Isが誘導される。   Specifically, the static magnetic field Bc generated in the superconducting coil is divided into an axial component and a radial component of the coil. As shown in FIG. 3, when the radial component of the magnetic field (corresponding to the vector Bc1 in the figure) is applied in the vertical direction to the superconducting layer of the oxide superconducting wire 30, the radial component Bc1 is repelled. A shielding current Is is induced in the superconducting layer.

遮蔽電流Isは、コイル内部に遮蔽電流磁場(図中のベクトルBs1)を発生させる。図2に示されるように、遮蔽電流磁場Bsは、コイルの中心磁場Bcと反対向きに発生する。そのため、超電導コイルの励磁過程において発生する遮蔽電流磁場Bsにより、コイルの中心磁場Bcの値が設計値と比べて、遮蔽電流磁場Bsの分だけ小さくなる。すなわち、遮蔽電流磁場Bsがコイルの中心磁場Bcの強度を減少させるため、コイル中心近傍の磁場Bcの空間的な分布が不均一になる。   The shield current Is generates a shield current magnetic field (vector Bs1 in the figure) inside the coil. As shown in FIG. 2, the shield current magnetic field Bs is generated in the opposite direction to the central magnetic field Bc of the coil. Therefore, the value of the central magnetic field Bc of the coil becomes smaller by the amount of the shielding current magnetic field Bs than the design value due to the shielding current magnetic field Bs generated in the excitation process of the superconducting coil. That is, since the shielding current magnetic field Bs decreases the strength of the central magnetic field Bc of the coil, the spatial distribution of the magnetic field Bc near the coil center becomes non-uniform.

また、超電導層内に誘導された遮蔽電流Isは永久電流として流れ続けるが、磁束クリープ現象などによって長い時間をかけて少しずつ緩和する。これにより、コイル中心部では、遮蔽電流磁場Bsが時間とともに減少する。この結果、中心磁場Bcが時間とともに正の方向にドリフトすることになる。   Further, the shielding current Is induced in the superconducting layer continues to flow as a permanent current, but gradually relaxes over a long time due to a magnetic flux creep phenomenon or the like. Thereby, the shielding current magnetic field Bs decreases with time in the coil center. As a result, the central magnetic field Bc drifts in the positive direction with time.

上述のように、遮蔽電流磁場Bsは、酸化物超電導線材のテープ形状が原因で起こる物理現象であり、様々な低減方法が提案されているが、有効な手法が無いのが現状である。そこで、本実施の形態に係る超電導マグネット装置の運転方法では、超電導コイルの励磁過程および励磁後における超電導コイルの温度を制御することにより、遮蔽電流磁場Bsの影響を低減する。   As described above, the shielding current magnetic field Bs is a physical phenomenon that occurs due to the tape shape of the oxide superconducting wire, and various reduction methods have been proposed, but there is no effective method at present. Therefore, in the operation method of the superconducting magnet device according to the present embodiment, the influence of the shield current magnetic field Bs is reduced by controlling the excitation process of the superconducting coil and the temperature of the superconducting coil after the excitation.

(超電導マグネット装置の運転方法)
以下、本実施の形態に係る超電導マグネット装置100の運転方法について説明する。
(Operation method of superconducting magnet device)
Hereinafter, a method of operating superconducting magnet device 100 according to the present embodiment will be described.

図4は、本実施の形態に係る超電導マグネット装置の運転方法を説明するフローチャートである。なお、図4に示すフローチャートは、制御装置140において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。   FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of operating the superconducting magnet device according to the present embodiment. Note that the flowchart shown in FIG. 4 can be realized by executing a program stored in advance in the control device 140.

図4を参照して、超電導マグネット装置の運転方法は、超電導コイルを励磁する工程(S10)と、超電導コイルの運転電流を保持する工程(S20)とを備える。   Referring to FIG. 4, the operating method of the superconducting magnet device includes a step of exciting the superconducting coil (S10) and a step of maintaining the operating current of the superconducting coil (S20).

最初に、超電導コイルを励磁する工程(S10)が実施される。具体的には、超電導状態に冷却された超電導コイルに通電することにより、超電導コイルを励磁する。図5に、超電導コイルの通電電流Iの時間変化を示す。図5に示されるように、電源132(図1)から超電導コイルに供給する通電電流Iを、0から超電導マグネット装置100の運転電流値Iopまで増加させる。本明細書では、通電電流Iが0の時点(時刻t=0)から通電電流Iが運転電流値Iopに到達する時点(時刻t1)までの時間を、励磁時間とも称する。   First, a step of exciting the superconducting coil (S10) is performed. Specifically, the superconducting coil is excited by energizing the superconducting coil cooled to the superconducting state. FIG. 5 shows the time change of the conduction current I of the superconducting coil. As shown in FIG. 5, the energization current I supplied from the power source 132 (FIG. 1) to the superconducting coil is increased from 0 to the operating current value Iop of the superconducting magnet device 100. In this specification, the time from when the energizing current I is 0 (time t = 0) to when the energizing current I reaches the operating current value Iop (time t1) is also referred to as excitation time.

超電導コイルの励磁中、酸化物超電導線材の超電導層には遮蔽電流Isが誘導される。遮蔽電流Isは、コイルの中心磁場Bcと反対向きに遮蔽電流磁場Bsを発生させる。   During excitation of the superconducting coil, a shielding current Is is induced in the superconducting layer of the oxide superconducting wire. The shield current Is generates a shield current magnetic field Bs in the direction opposite to the central magnetic field Bc of the coil.

通電電流Iが運転電流値Iopに達すると(時刻t1)、続いて、図5に示されるように、超電導コイルの運転電流Iopを保持する工程(S20)が実施される。   When the energization current I reaches the operating current value Iop (time t1), subsequently, as shown in FIG. 5, a step (S20) of maintaining the operating current Iop of the superconducting coil is performed.

時刻t1以降、磁束クリープ現象などによって、遮蔽電流Isは時間とともに減衰する。超電導コイルのインダクタンスをLとし、電気抵抗値をRとすると、遮蔽電流Isは、L/Rで表わされる時定数に基づいて減衰する。   After time t1, the shielding current Is attenuates with time due to a magnetic flux creep phenomenon or the like. Assuming that the inductance of the superconducting coil is L and the electric resistance value is R, the shielding current Is attenuates based on a time constant represented by L / R.

超電導コイルを励磁する工程(S10)は、超電導コイルを加熱する工程(S12)を含む。超電導コイルを加熱する工程(S12)では、超電導コイルの許容温度よりも低い第1の目標温度T1*になるように超電導コイルを加熱する。これにより、超電導層に誘導される遮蔽電流Isの大きさを低減する。   The step of exciting the superconducting coil (S10) includes the step of heating the superconducting coil (S12). In the step of heating the superconducting coil (S12), the superconducting coil is heated to a first target temperature T1 * that is lower than the allowable temperature of the superconducting coil. This reduces the magnitude of the shielding current Is induced in the superconducting layer.

詳細には、超電導コイルに流れる遮蔽電流Isの大きさは、臨界電流Icに依存する。臨界電流Icは、酸化物超電導線材の温度が高いほど(臨界温度に近づくほど)小さくなるという温度依存性を有している。したがって、遮蔽電流Isも酸化物超電導線材の温度が高くなるほど小さくなる。そこで、超電導コイルを加熱する工程(S12)では、このような遮蔽電流Isの温度依存性を利用して超電導コイルを励磁する際に超電導コイルを加熱することにより、遮蔽電流Isの大きさを低減する。遮蔽電流Isの大きさを低減することにより、コイル内部に発生する遮蔽電流磁場Bs1(図3参照)の大きさを低減することができる。   Specifically, the magnitude of the shielding current Is flowing through the superconducting coil depends on the critical current Ic. The critical current Ic has a temperature dependency such that the higher the temperature of the oxide superconducting wire (the closer to the critical temperature), the smaller the critical current Ic. Therefore, the shielding current Is also decreases as the temperature of the oxide superconducting wire increases. Therefore, in the step of heating the superconducting coil (S12), the magnitude of the shielding current Is is reduced by heating the superconducting coil when exciting the superconducting coil using the temperature dependence of the shielding current Is. To do. By reducing the magnitude of the shielding current Is, the magnitude of the shielding current magnetic field Bs1 (see FIG. 3) generated inside the coil can be reduced.

なお、超電導コイルを加熱する工程(S12)では、超電導コイルの軸方向の端部が第1の目標温度T1*になるまで加熱することが好ましい。超電導コイルにおいて、遮蔽電流Isの大きさは、超電導コイルの軸方向の中央部から端部にいくほど大きくなる。本実施の形態においては、6個の超電導コイル10,12,14,16,18,20(図2参照)の各々において、軸方向の中央部に比べて端部の方が遮蔽電流Isが大きくなる。これは、超電導コイルの軸方向の端部は、軸方向の中央部に比べて垂直磁場の強度が大きくなるため、この垂直磁場をはじくために、より大きな遮蔽電流Isが誘導されることによる。したがって、超電導コイルの軸方向の端部を第1の目標温度T1*になるまで加熱することで、遮蔽電流Isを効果的に低減することができる。   In the step of heating the superconducting coil (S12), it is preferable to heat the superconducting coil until the axial end of the superconducting coil reaches the first target temperature T1 *. In the superconducting coil, the magnitude of the shielding current Is increases from the central part to the end part in the axial direction of the superconducting coil. In the present embodiment, in each of the six superconducting coils 10, 12, 14, 16, 18, 20 (see FIG. 2), the shield current Is is larger at the end portion than at the central portion in the axial direction. Become. This is because the end of the superconducting coil in the axial direction has a higher strength of the vertical magnetic field than the central portion in the axial direction, and a larger shielding current Is is induced to repel the vertical magnetic field. Therefore, the shielding current Is can be effectively reduced by heating the end of the superconducting coil in the axial direction until the first target temperature T1 * is reached.

超電導コイルの運転電流Iopを保持する工程(S20)は、超電導コイルを冷却する工程(S22)を含む。超電導コイルを冷却する工程(S22)では、第1の目標温度T1*よりも低い第2の目標温度T2*になるように超電導コイルを冷却する。   The step (S20) of maintaining the operating current Iop of the superconducting coil includes a step (S22) of cooling the superconducting coil. In the step of cooling the superconducting coil (S22), the superconducting coil is cooled to a second target temperature T2 * that is lower than the first target temperature T1 *.

酸化物超電導線材は、臨界温度以下では電気抵抗が限りなく0に近い状態になるが、この状態においても、温度が低いほど(臨界温度から離れるほど)電気抵抗値が小さくなるという温度依存性を有している。超電導コイルを冷却する工程(S22)では、加熱によって遮蔽電流Isが低減された状態となっている酸化物超電導線材を冷却することで、酸化物超電導線材の電気抵抗値を低下させる。酸化物超電導線材の電気抵抗値が小さくなると、超電導コイルでは、インダクタンスLと電気抵抗値Rとの比で決まる時定数(L/R)が大きくなる。これにより、遮蔽電流Isはその大きさが低減された状態からの時間変化が減少するため、遮蔽電流Isが時間的に安定する。   The oxide superconducting wire has a state in which the electrical resistance is almost as low as 0 below the critical temperature, but even in this state, the temperature dependence is such that the electrical resistance value decreases as the temperature decreases (away from the critical temperature). Have. In the step of cooling the superconducting coil (S22), the electric resistance value of the oxide superconducting wire is lowered by cooling the oxide superconducting wire in which the shielding current Is is reduced by heating. When the electrical resistance value of the oxide superconducting wire is reduced, the time constant (L / R) determined by the ratio of the inductance L and the electrical resistance value R is increased in the superconducting coil. Thereby, since the time change from the state where the magnitude | size was reduced is reduced, the shielding current Is is stabilized in time.

このように、本実施の形態に係る超電導マグネット装置の運転方法では、超電導コイルの励磁中に超電導コイルを加熱することで、酸化物超電導線材を昇温して超電導層に誘導される遮蔽電流Isを低減する。そして、超電導コイルを励磁した後に超電導コイルに運転電流(一定電流)を流す過程において、超電導コイルを冷却することで、酸化物超電導線材の電気抵抗値を低減し、遮蔽電流Isの時間変化を減少させる。これにより、超電導コイルを励磁した後に短時間で遮蔽電流Isが低い電流値で安定するため、遮蔽電流磁場Bsも強度が減少した状態で安定する。すなわち、コイルの中心磁場Bcの強度の減少が抑えられるとともに中心磁場Bcの時間的なドリフトが抑制されるため、短時間で遮蔽電流磁場の影響を低減することができる。   As described above, in the method of operating the superconducting magnet device according to the present embodiment, the superconducting coil is heated during the excitation of the superconducting coil, so that the oxide superconducting wire is heated and the shielding current Is induced in the superconducting layer. Reduce. Then, in the process of flowing the operating current (constant current) to the superconducting coil after exciting the superconducting coil, the superconducting coil is cooled, thereby reducing the electrical resistance value of the oxide superconducting wire and reducing the temporal change of the shielding current Is. Let Thereby, since the shielding current Is is stabilized at a low current value in a short time after exciting the superconducting coil, the shielding current magnetic field Bs is also stabilized in a state where the intensity is reduced. That is, since the decrease in the strength of the central magnetic field Bc of the coil is suppressed and the temporal drift of the central magnetic field Bc is suppressed, the influence of the shield current magnetic field can be reduced in a short time.

以下では、本実施の形態に係る超電導マグネット装置の運転方法を実施例および比較例により詳細に説明する。ただし本実施の形態は、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, the operation method of the superconducting magnet device according to the present embodiment will be described in detail by way of examples and comparative examples. However, the present embodiment is not limited to these.

<比較例>
図6は、比較例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。図6には、超電導コイルの励磁を開始した時点をt=0として、超電導コイルの通電電流、超電導コイルの温度(コイル温度)、撮像領域FOVにおける磁場変動の時間変化が示されている。さらに図6には、ヒータの作動(オン)/停止(オフ)の時間変化が示されている。
<Comparative example>
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of operating the superconducting magnet device according to the comparative example. FIG. 6 shows the time change of the fluctuation of the magnetic field in the imaging region FOV, where t = 0 is the time when the excitation of the superconducting coil is started, and the energization current of the superconducting coil, the temperature of the superconducting coil (coil temperature). Further, FIG. 6 shows a time change of heater operation (on) / stop (off).

以下の説明では、比較例および実施例ともに、超電導マグネット装置の運転電流値Iopを200Aとする場合を想定する。また、比較例および実施例ともに、コイル温度は、超電導コイルの軸方向(図1のZ軸方向)の端部における温度を示している。酸化物超電導線材は、テープ状面に垂直な磁場が印加されるほど交流損失が増大するような特性を有している。そのため、超電導コイルでは、軸方向の端部に位置するコイルは、軸方向の中央部に位置するコイルに比べて垂直磁場の強度が大きくなるため、交流損失が大きく、発熱が多くなりやすい。そこで、コイル温度として軸方向の端部の温度を管理することで、超電導コイルの端部が常伝導化してクエンチが生じることを防止している。   In the following description, it is assumed that the operating current value Iop of the superconducting magnet device is 200 A in both the comparative example and the example. In both the comparative example and the example, the coil temperature indicates the temperature at the end of the superconducting coil in the axial direction (Z-axis direction in FIG. 1). The oxide superconducting wire has a characteristic that the AC loss increases as a magnetic field perpendicular to the tape-like surface is applied. Therefore, in the superconducting coil, the coil positioned at the end in the axial direction has a higher vertical magnetic field strength than the coil positioned at the center in the axial direction, so that the AC loss is large and the heat generation tends to increase. Therefore, by controlling the temperature at the end in the axial direction as the coil temperature, the end of the superconducting coil is prevented from becoming normal and quenching is prevented.

比較例による運転方法は、超電導コイルを励磁する工程と、超電導コイルを励磁する工程の後に、超電導コイルの運転電流Iopを保持する工程とを備える。ただし、比較例では、超電導コイルを励磁する工程は、超電導コイルを加熱する工程を含まない。よって、ヒータはオフに固定されている。   The operation method according to the comparative example includes a step of exciting the superconducting coil and a step of holding the operating current Iop of the superconducting coil after the step of exciting the superconducting coil. However, in the comparative example, the step of exciting the superconducting coil does not include the step of heating the superconducting coil. Therefore, the heater is fixed off.

図6に示されるように、比較例では、超電導コイルの励磁時間を4時間とする。すなわち、制御装置140は、超電導コイルの通電電流を0Aから4時間かけて運転電流値(Iop)である200Aまで増加させる。   As shown in FIG. 6, in the comparative example, the excitation time of the superconducting coil is 4 hours. That is, the control device 140 increases the energization current of the superconducting coil from 0 A to 200 A that is the operating current value (Iop) over 4 hours.

通電電流を時間とともに増加させることにより、超電導コイルが発生する磁場が変化する。磁場の時間変化により、交流損失、特にヒステリシス損失による発熱が増加するため、コイル温度が時間とともに上昇する。その結果、コイル温度は励磁時間が経過した時点(時刻t=4H)で最も高くなり、14Kを示している。   By increasing the energizing current with time, the magnetic field generated by the superconducting coil changes. As the magnetic field changes with time, heat loss due to AC loss, particularly hysteresis loss, increases, so that the coil temperature rises with time. As a result, the coil temperature becomes the highest when the excitation time has elapsed (time t = 4H), indicating 14K.

通電電流が運転電流値Iopに達した後、制御装置140は、通電電流を運転電流値Iopに保つことによって、磁場を一定値に固定させる。磁場の変化による発熱が抑えられるため、コイル温度は時間とともに低下する。制御装置140は、コイル温度を10Kに保つように冷却装置121を制御する。   After the energized current reaches the operating current value Iop, the control device 140 fixes the magnetic field at a constant value by keeping the energized current at the operating current value Iop. Since the heat generation due to the change of the magnetic field is suppressed, the coil temperature decreases with time. The control device 140 controls the cooling device 121 so as to keep the coil temperature at 10K.

撮像領域FOVにおける磁場変動の大きさは、励磁時間が経過した時点(時刻t=4H)において、20ppmを超えている。図示しないが、この時点での磁場変動の大きさは30ppmに及んでいる。この時点以降、磁束クリープ現象によって遮蔽電流Isは時間とともに減少する。遮蔽電流Isの減少に伴い遮蔽電流磁場Bsも減少するため、磁場変動の大きさも時間とともに小さくなる。   The magnitude of the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV exceeds 20 ppm when the excitation time has elapsed (time t = 4H). Although not shown, the magnitude of the magnetic field fluctuation at this time reaches 30 ppm. After this point, the shielding current Is decreases with time due to the magnetic flux creep phenomenon. As the shielding current Is decreases, the shielding current magnetic field Bs also decreases, so that the magnitude of the magnetic field fluctuation also decreases with time.

比較例では、励磁を開始した時点(時刻t=0)から9時間経過した時点において、言い換えれば、励磁を終了した時点(時刻t=4H)から5時間経過した時点において、磁場変動の大きさが0.5ppmに到達している。このように、比較例では、超電導コイルの励磁を開始してから撮像領域FOVにおける磁場変動が0.5ppm程度に安定するまでに、9時間程度の時間を要する。したがって、超電導コイルの励磁を開始してから、撮像領域FOVに、時間的かつ空間的に精密な静磁場が生成されて被検体の断層画像を撮像可能な状態となるまでに9時間程度を要することになる。   In the comparative example, the magnitude of the magnetic field fluctuation is 9 hours after the start of excitation (time t = 0), in other words, 5 hours after the end of excitation (time t = 4H). Has reached 0.5 ppm. Thus, in the comparative example, it takes about 9 hours from the start of excitation of the superconducting coil until the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV is stabilized at about 0.5 ppm. Accordingly, it takes about 9 hours from the start of excitation of the superconducting coil until a temporally and spatially accurate static magnetic field is generated in the imaging region FOV and a tomographic image of the subject can be captured. It will be.

<第1の実施例>
図7は、第1の実施例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。図7には、超電導コイルの励磁を開始した時点をt=0として、超電導コイルの通電電流、コイル温度、撮像領域FOVにおける磁場変動、およびヒータのオン/オフの時間変化が示されている。
<First embodiment>
FIG. 7 is a diagram showing a method of operating the superconducting magnet device according to the first embodiment. FIG. 7 shows the time when the excitation of the superconducting coil is started at t = 0, the energization current of the superconducting coil, the coil temperature, the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV, and the heater on / off time change.

第1の実施例による運転方法は、超電導コイルを励磁する工程(図3のS10)と、超電導コイルを励磁する工程の後に、超電導コイルの運転電流Iopを保持する工程(図3のS20)とを備える。第1の実施例では、超電導コイルの励磁時間を、比較例と同様の4時間とする。すなわち、超電導コイルの通電電流を0Aから4時間かけて運転電流値Iopである200Aまで増加させる。   The operation method according to the first embodiment includes a step of exciting the superconducting coil (S10 in FIG. 3), a step of maintaining the operating current Iop of the superconducting coil after the step of exciting the superconducting coil (S20 in FIG. 3), Is provided. In the first embodiment, the excitation time of the superconducting coil is set to 4 hours as in the comparative example. That is, the energization current of the superconducting coil is increased from 0 A to 200 A that is the operating current value Iop over 4 hours.

第1の実施例ではさらに、励磁時間においてヒータをオンさせる。図2に示されるように、各超電導コイルの軸方向の端部にはヒータが設けられている。詳細には、超電導コイル10の軸方向の両端部にはヒータ10a,10bがそれぞれ設けられる。超電導コイル12の軸方向の両端部にはヒータ12a,12bがそれぞれ設けられる。超電導コイル14の軸方向の両端部にはヒータ14a,14bがそれぞれ設けられる。超電導コイル16の軸方向の両端部にはヒータ16a,16bがそれぞれ設けられる。超電導コイル18の軸方向の両端部にはヒータ18a,18bがそれぞれ設けられる。超電導コイル20の軸方向の両端部にはヒータ20a,20bがそれぞれ設けられる。これらのヒータを冷却ヘッド120に取り付けることで各超電導コイルを加熱することができる。このように遮蔽電流Isが相対的に大きくなる超電導コイルの軸方向の端部にヒータを設けることで、当該端部を重点的に加熱することができる。よって、遮蔽電流Isを効果的に低減することができる。   In the first embodiment, the heater is further turned on during the excitation time. As shown in FIG. 2, a heater is provided at the axial end of each superconducting coil. Specifically, heaters 10 a and 10 b are provided at both ends of the superconducting coil 10 in the axial direction. Heaters 12a and 12b are provided at both axial ends of the superconducting coil 12, respectively. Heaters 14a and 14b are provided at both axial ends of the superconducting coil 14, respectively. Heaters 16a and 16b are provided at both ends of the superconducting coil 16 in the axial direction. Heaters 18a and 18b are provided at both axial ends of the superconducting coil 18, respectively. Heaters 20a and 20b are provided at both axial ends of the superconducting coil 20, respectively. Each superconducting coil can be heated by attaching these heaters to the cooling head 120. Thus, by providing a heater at the end portion in the axial direction of the superconducting coil where the shielding current Is becomes relatively large, the end portion can be heated preferentially. Therefore, the shielding current Is can be effectively reduced.

このように、第1の実施例では、超電導コイルを加熱する工程(図3のS12)として、ヒータを用いて超電導コイルを加熱する。したがって、励磁過程において、超電導コイルは、交流損失(主にヒステリシス損失)による発熱の増加に加えて、ヒータから与えられる熱を受けて昇温する。コイル温度は励磁時間が経過した時点(時刻t=4H)で最も高くなり、23Kを示している。   Thus, in the first embodiment, the superconducting coil is heated using the heater as the step of heating the superconducting coil (S12 in FIG. 3). Therefore, in the excitation process, the superconducting coil is heated by receiving heat applied from the heater in addition to an increase in heat generation due to AC loss (mainly hysteresis loss). The coil temperature becomes the highest at the time when the excitation time has elapsed (time t = 4H), indicating 23K.

ここで、超電導コイルを加熱する工程(図3のS12)における第1の目標温度T1*は、超電導コイルの許容温度以下の温度に設定される。超電導コイルの許容温度とは、超電導コイルの磁気的特性が超電導コイルの発熱の影響を受けない温度である。第1の実施例では許容温度は24Kに設定されており、第1の目標温度T1*は、許容温度よりも1K低い23Kに設定されている。励磁中の超電導コイルの発熱量が冷却装置121の冷却能力を超えた場合、コイル温度が許容温度を超えてしまう可能性がある。コイル温度を許容温度以下に抑えるために、励磁中における超電導コイルの発熱量がコントロールされている。   Here, 1st target temperature T1 * in the process (S12 of FIG. 3) of heating a superconducting coil is set to the temperature below the allowable temperature of a superconducting coil. The allowable temperature of the superconducting coil is a temperature at which the magnetic characteristics of the superconducting coil are not affected by the heat generated by the superconducting coil. In the first embodiment, the allowable temperature is set to 24K, and the first target temperature T1 * is set to 23K, which is 1K lower than the allowable temperature. When the heat generation amount of the superconducting coil being excited exceeds the cooling capacity of the cooling device 121, the coil temperature may exceed the allowable temperature. In order to keep the coil temperature below the allowable temperature, the amount of heat generated by the superconducting coil during excitation is controlled.

第1の実施例において、撮像領域FOVにおける磁場変動の大きさは、励磁時間が経過した時点(時刻t=4H)において15ppmであり、比較例における磁場変動の約1/2の大きさに抑えられている。これは、第1の実施例では、励磁時間が経過した時点におけるコイル温度が比較例よりも高いために、比較例に比べて超電導層に誘導される遮蔽電流Isが小さくなり、結果的に遮蔽電流磁場Bsの強度が低減されたことを示している。   In the first example, the magnitude of the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV is 15 ppm when the excitation time has elapsed (time t = 4H), and is suppressed to about ½ of the magnetic field fluctuation in the comparative example. It has been. This is because in the first embodiment, the coil temperature at the time when the excitation time has elapsed is higher than that in the comparative example, so that the shielding current Is induced in the superconducting layer is smaller than that in the comparative example, resulting in shielding. It shows that the intensity of the current magnetic field Bs has been reduced.

第1の実施例では、超電導コイルを冷却する工程(図3のS22)として、超電導コイルを励磁した後、ヒータをオフにし、コイル温度が第1の目標温度T1*(23K)よりも低い第2の目標温度T2*になるように冷却装置121を用いて超電導コイルを冷却する。第2の目標温度T2*はたとえば10Kに設定される。   In the first embodiment, as a step of cooling the superconducting coil (S22 in FIG. 3), after exciting the superconducting coil, the heater is turned off and the coil temperature is lower than the first target temperature T1 * (23K). The superconducting coil is cooled using the cooling device 121 so that the target temperature T2 * is 2. The second target temperature T2 * is set to 10K, for example.

これにより、励磁後、コイル温度が第1の目標温度T1*(23K)から時間とともに低下することに伴い、超電導コイルの電気抵抗値も時間とともに低下する。電気抵抗値の低下に起因して時定数が時間とともに大きくなるため、遮蔽電流Isの時間変化が小さくなる。   Thereby, after excitation, as the coil temperature decreases from the first target temperature T1 * (23K) with time, the electrical resistance value of the superconducting coil also decreases with time. Since the time constant increases with time due to the decrease in the electrical resistance value, the time change of the shielding current Is decreases.

上述のように、励磁時間が経過した時点における遮蔽電流磁場Bsの強度が低減したこと、および、励磁後の遮蔽電流磁場Bsの強度が減少した状態で安定化したことにより、励磁を開始した時点(時刻t=0)から7.2時間経過した時点、言い換えれば、励磁を終了した時点(時刻t=4H)から3.2時間経過した時点において、磁場変動の大きさが0.5ppmに到達している。第1の実施例によれば、比較例に比べて、超電導コイルの励磁を開始してから撮像領域FOVにおける磁場変動が0.5ppm程度に安定するまでに要する時間が約2時間短くなっている。これにより、超電導コイルの励磁を開始してから、撮像領域FOVに時間的かつ空間的に均一度の高い磁場が生成されて被検体の断層画像を撮像可能な状態となるまでに要する時間を短くすることができる。   As described above, when the intensity of the shield current magnetic field Bs at the time when the excitation time has elapsed is reduced, and when the intensity of the shield current magnetic field Bs after the excitation is stabilized in a reduced state, the excitation is started. At the time when 7.2 hours have elapsed from (time t = 0), in other words, at the time when 3.2 hours have elapsed from the time when excitation is completed (time t = 4H), the magnitude of the magnetic field fluctuation reaches 0.5 ppm. is doing. According to the first embodiment, compared with the comparative example, the time required from the start of excitation of the superconducting coil to the stabilization of the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV to about 0.5 ppm is shortened by about 2 hours. . This shortens the time required from when excitation of the superconducting coil starts until a magnetic field with high temporal and spatial uniformity is generated in the imaging region FOV and a tomographic image of the subject can be captured. can do.

<第2の実施例>
図8は、第2の実施例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。図8には、超電導コイルの励磁を開始した時点をt=0として、超電導コイルの通電電流、コイル温度、撮像領域FOVにおける磁場変動、およびヒータのオン/オフの時間変化が示されている。
<Second embodiment>
FIG. 8 is a diagram showing a method of operating the superconducting magnet device according to the second embodiment. In FIG. 8, the time when the excitation of the superconducting coil is started is t = 0, and the energization current of the superconducting coil, the coil temperature, the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV, and the heater on / off time change are shown.

第2の実施例による運転方法は、第1の実施例による運転方法と同様に、超電導コイルを励磁する工程(図3のS10)と、超電導コイルを励磁する工程の後に、超電導コイルの運転電流Iopを保持する工程(図3のS20)とを備える。ただし、第2の実施例では、超電導コイルの励磁時間を、第1の実施例よりも短い、0.5時間とする。すなわち、超電導コイルの通電電流を0Aから0.5時間かけて運転電流値Iop(200A)まで増加させる。なお、通電電流の変化速度は、励磁時間中一定速度とする。   The operation method according to the second embodiment is similar to the operation method according to the first embodiment, after the step of exciting the superconducting coil (S10 in FIG. 3) and the step of exciting the superconducting coil, the operating current of the superconducting coil. A step of holding Iop (S20 in FIG. 3). However, in the second embodiment, the excitation time of the superconducting coil is set to 0.5 hours, which is shorter than that of the first embodiment. That is, the energization current of the superconducting coil is increased from 0 A to the operating current value Iop (200 A) over 0.5 hours. The change rate of the energization current is constant during the excitation time.

第2の実施例では、第1の実施例と同様に、励磁時間において超電導コイルを加熱する。具体的には、超電導コイルを加熱する工程(図3のS12)として、ヒータを用いて超電導コイルを加熱することに加えて、通電電流を増加させることに起因する交流損失(主にヒステリシス損失)により超電導コイルを加熱する。すなわち、ヒータによる加熱と超電導コイルに発生する交流損失との両方によって、第1の目標温度T1*になるように超電導コイルを加熱する。なお、第1の目標温度T1*は、第1の実施例と同じ温度(23K)とする。   In the second embodiment, as in the first embodiment, the superconducting coil is heated during the excitation time. Specifically, as a step of heating the superconducting coil (S12 in FIG. 3), in addition to heating the superconducting coil using a heater, AC loss (mainly hysteresis loss) resulting from increasing energization current To heat the superconducting coil. That is, the superconducting coil is heated to the first target temperature T1 * by both the heating by the heater and the AC loss generated in the superconducting coil. The first target temperature T1 * is the same temperature (23K) as in the first embodiment.

詳細には、第2の実施例では、励磁中における通電電流の変化速度を第1の実施例よりも高速化する。これにより、超電導コイルが発生する磁場の時間変化が大きくなるため、第1の実施例に比べて、交流損失(ヒステリシス損失)による発熱が増加して単位時間当たりの発熱量が多くなる。その結果、より短い励磁時間で超電導コイルを第1の目標温度T1*(23K)になるまで加熱することができる。   Specifically, in the second embodiment, the change rate of the energization current during excitation is made faster than in the first embodiment. As a result, the time change of the magnetic field generated by the superconducting coil increases, so that heat generation due to AC loss (hysteresis loss) increases and the amount of heat generation per unit time increases compared to the first embodiment. As a result, the superconducting coil can be heated to the first target temperature T1 * (23K) with a shorter excitation time.

ただし、単位時間当たりの発熱量が冷却装置121の冷却能力を超えた場合、コイル温度が許容温度を超えてしまう可能性がある。そのため、ヒータによる加熱と交流損失とによる単位時間当たりの発熱量が超電導コイルの許容発熱量を超えないように、通電電流の変化速度が設定される。   However, when the heat generation amount per unit time exceeds the cooling capacity of the cooling device 121, the coil temperature may exceed the allowable temperature. Therefore, the change rate of the energization current is set so that the heat generation amount per unit time due to heating by the heater and AC loss does not exceed the allowable heat generation amount of the superconducting coil.

第2の実施例においても、第1の実施例と同様に、超電導コイルを励磁した後は、ヒータをオフにし、コイル温度が第1の目標温度T1*(23K)よりも低い第2の目標温度T2*(10K)になるように冷却装置121を用いて超電導コイルを冷却する。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, after exciting the superconducting coil, the heater is turned off, and the second target whose coil temperature is lower than the first target temperature T1 * (23K). The superconducting coil is cooled using the cooling device 121 so that the temperature becomes T2 * (10K).

図8に示されるように、第2の実施例では、第1の実施例に比べて励磁時間が大幅に短縮されるため、励磁を開始した時点(時刻t=0)から4時間経過した時点(時刻t=4H)において、磁場変動の大きさが0.5ppmに到達している。その結果、第2の実施例では、第1の比較例に比べて、超電導コイルの励磁を開始してから撮像領域FOVにおける磁場変動が0.5ppm程度に安定するまでに要する時間が約3時間短くなっている。これにより、第2の実施例によれば、超電導コイルの励磁を開始してから、撮像領域FOVに、時間的かつ空間的に高い均一度を有する磁場が生成されて被検体の断層画像を撮像可能な状態となるまでに要する時間をより一層短くすることができる。   As shown in FIG. 8, in the second embodiment, the excitation time is significantly shortened compared to the first embodiment, and therefore, when 4 hours have elapsed since the excitation was started (time t = 0). At (time t = 4H), the magnitude of the magnetic field fluctuation reaches 0.5 ppm. As a result, in the second embodiment, compared with the first comparative example, the time required from the start of excitation of the superconducting coil to the stabilization of the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV to about 0.5 ppm is about 3 hours. It is getting shorter. Thus, according to the second embodiment, after excitation of the superconducting coil is started, a magnetic field having high temporal and spatial uniformity is generated in the imaging region FOV, and a tomographic image of the subject is captured. The time required to reach a possible state can be further shortened.

<第3の実施例>
図9は、第3の実施例による超電導マグネット装置の運転方法を示す図である。図9には、超電導コイルの励磁を開始した時点をt=0として、超電導コイルの通電電流、コイル温度、撮像領域FOVにおける磁場変動、およびヒータのオン/オフの時間変化が示されている。
<Third embodiment>
FIG. 9 is a diagram showing a method of operating the superconducting magnet device according to the third embodiment. FIG. 9 shows the energization current of the superconducting coil, the coil temperature, the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV, and the heater on / off time change with the time point when the excitation of the superconducting coil is started as t = 0.

第3の実施例による運転方法は、第1および第2の実施例による運転方法と同様に、超電導コイルを励磁する工程(図3のS10)と、超電導コイルを励磁する工程の後に、超電導コイルの運転電流Iopを保持する工程(図3のS20)とを備える。ただし、第3の実施例では、超電導コイルの励磁時間を、第2の実施例よりもさらに短い、0.25時間とする。すなわち、超電導コイルの通電電流を0Aから0.25時間かけて運転電流値Iop(200A)まで増加させる。なお、通電電流の変化速度は、励磁時間中一定速度とする。   The operation method according to the third embodiment is similar to the operation methods according to the first and second embodiments, after the step of exciting the superconducting coil (S10 in FIG. 3) and the step of exciting the superconducting coil. Step (S20 in FIG. 3) of maintaining the operating current Iop. However, in the third embodiment, the excitation time of the superconducting coil is 0.25 hours, which is shorter than that of the second embodiment. That is, the energization current of the superconducting coil is increased from 0 A to the operating current value Iop (200 A) over 0.25 hours. The change rate of the energization current is constant during the excitation time.

第3の実施例において、超電導コイルを励磁する工程(図3のS10)では、第1および第2の実施例と同様に、励磁時間において超電導コイルを加熱する。ただし、第3の実施例では、第1および第2の実施例とは異なり、ヒータを用いず、通電電流を増加させることに起因する交流損失(主にヒステリシス損失)によって、第1の目標温度T1*になるように超電導コイルを加熱する。第1の目標温度T1*は、第1および第2の実施例よりも低い温度(たとえば20K)とする。   In the third embodiment, in the step of exciting the superconducting coil (S10 in FIG. 3), the superconducting coil is heated during the excitation time as in the first and second embodiments. However, in the third embodiment, unlike the first and second embodiments, the first target temperature is not increased by using an AC loss (mainly hysteresis loss) caused by increasing the energization current without using a heater. The superconducting coil is heated to T1 *. The first target temperature T1 * is set to a temperature (for example, 20K) lower than that in the first and second embodiments.

第3の実施例では、励磁中における通電電流の変化速度を第2の実施例よりもさらに高速化する。これにより、超電導コイルが発生する磁場の時間変化が大きくなるため、第2の実施例に比べて、交流損失(ヒステリシス損失)による発熱が増加して単位時間当たりの発熱量が多くなる。ただし、交流損失による単位時間当たりの発熱量が超電導コイルの許容発熱量を超えないように、通電電流の変化速度が設定される。   In the third embodiment, the change rate of the energization current during excitation is further increased compared to the second embodiment. As a result, the time change of the magnetic field generated by the superconducting coil increases, so that heat generation due to AC loss (hysteresis loss) increases and the amount of heat generation per unit time increases as compared to the second embodiment. However, the change rate of the energization current is set so that the heat generation amount per unit time due to AC loss does not exceed the allowable heat generation amount of the superconducting coil.

また、第3の実施例では、超電導コイルの運転電流Iopを保持する工程(図3のS20)は、超電導コイルを冷却する工程(図3のS22)の前に、運転電流値Iopを中心として通電電流を振動させる工程を含む。具体的には、図9に示されるように、励磁時間が経過した時点(時刻t=0.25H)から所定時間、通電電流を振動させる。所定時間はたとえば0.25Hとする。通電電流をたとえば運転電流値Iop±5A(±2.5%)の範囲内で振動させるものとする。   Further, in the third embodiment, the step of maintaining the operating current Iop of the superconducting coil (S20 in FIG. 3) is centered on the operating current value Iop before the step of cooling the superconducting coil (S22 in FIG. 3). Including a step of vibrating the energizing current. Specifically, as shown in FIG. 9, the energization current is vibrated for a predetermined time from the time when the excitation time has elapsed (time t = 0.25H). The predetermined time is, for example, 0.25H. It is assumed that the energized current is vibrated within a range of, for example, an operating current value Iop ± 5A (± 2.5%).

通電電流を振動させることにより、磁場の変化による交流損失(ヒステリシス損失など)が増加する。その結果、コイル温度は第1の目標温度T1*(20K)からさらに上昇する。   By oscillating the energizing current, AC loss (hysteresis loss, etc.) due to a change in magnetic field increases. As a result, the coil temperature further increases from the first target temperature T1 * (20K).

通電電流を振動させる工程では、超電導コイルが、超電導コイルの許容温度よりも低くかつ第1の目標温度T1*(20K)よりも高い第3の目標温度T3*に達した後に、通電電流の振動振幅を減衰させる。第3の目標温度T3*は、超電導コイルの許容温度(24K)よりも1K低い23Kに設定されている。   In the step of oscillating the energized current, after the superconducting coil reaches a third target temperature T3 * lower than the allowable temperature of the superconducting coil and higher than the first target temperature T1 * (20K), the oscillation of the energized current is performed. Attenuate the amplitude. The third target temperature T3 * is set to 23K which is 1K lower than the allowable temperature (24K) of the superconducting coil.

通電電流の振動振幅を減衰させることにより、通電電流は、運転電流値Iopに対してオーバーシュートとアンダーシュートとを繰り返しながら、運転電流値Iopに近づいていく。この操作により、酸化物超電導線材内の遮蔽電流ループを徐々に小さくしていくことができ、最終的に遮蔽電流磁場Bsがほぼ0の状態で運転電流値Iopに到達することができる。このような遮蔽電流磁場Bsを消失させる手法は、遮蔽電流磁場Bsのヒステリシス効果を利用したものであり、デマグネタイゼーション法(減磁法)とも呼ばれる。   By attenuating the vibration amplitude of the energized current, the energized current approaches the operating current value Iop while repeating overshoot and undershoot with respect to the operating current value Iop. By this operation, the shielding current loop in the oxide superconducting wire can be gradually reduced, and finally, the operating current value Iop can be reached when the shielding current magnetic field Bs is substantially zero. Such a method of eliminating the shield current magnetic field Bs uses a hysteresis effect of the shield current magnetic field Bs, and is also called a demagnetization method (demagnetization method).

第3の実施例では、上記デマグネタイゼーション法を行なうことにより、所定時間(0.25H)が経過した時点(時刻t=0.5H)での磁場変動の大きさは、2ppm程度にまで低減されている。   In the third embodiment, by performing the demagnetization method, the magnitude of the magnetic field fluctuation at the time when the predetermined time (0.25H) has elapsed (time t = 0.5H) is about 2 ppm. Has been reduced.

通電電流を振動させる工程の後、超電導コイルを冷却する工程(図3のS22)が実施される。具体的には、通電電流を運転電流値Iopに固定するとともに、コイル温度が第1の目標温度T1*(23K)よりも低い第2の目標温度T2*(10K)になるように冷却装置121を用いて超電導コイルを冷却する。   After the step of vibrating the energization current, a step of cooling the superconducting coil (S22 in FIG. 3) is performed. Specifically, the energizing current is fixed to the operating current value Iop, and the cooling device 121 is set so that the coil temperature becomes the second target temperature T2 * (10K) lower than the first target temperature T1 * (23K). Is used to cool the superconducting coil.

以上に示したように、第3の実施例では、超電導コイルを励磁する工程および通電電流を振動させる工程において、磁場の時間変化による交流損失(ヒステリシス損失)により超電導コイルを加熱する。これにより、超電導コイルを加熱するためのヒータの設置が不要となるため、超電導コイルを小型化することができる。   As described above, in the third embodiment, in the step of exciting the superconducting coil and the step of vibrating the energized current, the superconducting coil is heated by the AC loss (hysteresis loss) due to the time change of the magnetic field. This eliminates the need to install a heater for heating the superconducting coil, thereby reducing the size of the superconducting coil.

また、通電電流を振動させる工程において通電電流を振動振幅を減衰させることにより、遮蔽電流磁場Bsをさらに低減することができる。これにより、第3の実施例では、励磁を開始した時点(時刻t=0)から1時間経過した時点(時刻t=1H)において、磁場変動の大きさが0.5ppmに到達している。その結果、第3の実施例では、第1の比較例に比べて、超電導コイルの励磁を開始してから撮像領域FOVにおける磁場変動が0.5ppm程度に安定するまでに要する時間が約6時間短くなっている。これにより、第3の実施例によれば、超電導コイルの励磁を開始してから、撮像領域FOVに、時間的かつ空間的に高い均一度を有する磁場が生成されて被検体の断層画像を撮像可能な状態となるまでに要する時間をより一層短くすることができる。   Further, the shielding current magnetic field Bs can be further reduced by attenuating the oscillation amplitude of the energized current in the step of oscillating the energized current. As a result, in the third embodiment, the magnitude of the magnetic field fluctuation reaches 0.5 ppm at the time (time t = 1H) after 1 hour has passed since the time when excitation was started (time t = 0). As a result, in the third embodiment, as compared with the first comparative example, the time required from the start of excitation of the superconducting coil to the stabilization of the magnetic field fluctuation in the imaging region FOV to about 0.5 ppm is about 6 hours. It is getting shorter. As a result, according to the third embodiment, after starting the excitation of the superconducting coil, a magnetic field having high temporal and spatial uniformity is generated in the imaging region FOV, and a tomographic image of the subject is captured. The time required to reach a possible state can be further shortened.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

10,12,14,16,18,20 超電導コイル
10a,10b,12a,12b,14a,14b,16a,16b,18a,18b,20a,20b ヒータ
21 傾斜磁場コイル
22,24 シム
30 酸化物超電導線材
91 超電導コイル体
100 超電導マグネット装置
111 断熱容器
120 冷却ヘッド
121 冷却装置
122 ホース
123 コンプレッサ
131 ケーブル
132 電源
140 制御装置
Bc 静磁場(コイル中心磁場)
Bs 遮蔽電流磁場
FOV 撮像領域
I 通電電流
Is 遮蔽電流
Iop 運転電流
10, 12, 14, 16, 18, 20 Superconducting coils 10a, 10b, 12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b Heater 21 Gradient magnetic field coil 22, 24 Shim 30 Oxide superconducting wire 91 Superconducting coil body 100 Superconducting magnet device 111 Thermal insulation container 120 Cooling head 121 Cooling device 122 Hose 123 Compressor 131 Cable 132 Power supply 140 Controller Bc Static magnetic field (coil center magnetic field)
Bs Shielding current magnetic field FOV Imaging region I Energizing current Is Shielding current Iop Operating current

Claims (7)

超電導マグネット装置の運転方法であって、
前記超電導マグネット装置は、
巻回された酸化物超電導線材を有する超電導コイルと、
前記超電導コイルに電流を供給する電源と、
前記超電導コイルの通電電流を制御する制御装置とを含み、
前記運転方法は、
超電導状態に冷却された前記超電導コイルに通電することにより、前記超電導コイルを励磁する工程と、
前記超電導コイルを励磁する工程の後に、前記超電導コイルに前記超電導マグネット装置の運転電流を保持する工程とを備え、
前記超電導コイルを励磁する工程は、前記通電電流を運転電流値まで増加させるとともに、第1の目標温度になるように前記超電導コイルを加熱する工程を含み、
前記運転電流を保持する工程は、前記第1の目標温度よりも低い第2の目標温度になるように前記超電導コイルを冷却する工程を含み、
前記超電導コイルを加熱する工程では、前記超電導コイルの軸方向の端部が前記第1の目標温度になるまで加熱する、超電導マグネット装置の運転方法。
A method of operating a superconducting magnet device,
The superconducting magnet device is
A superconducting coil having a wound oxide superconducting wire;
A power supply for supplying current to the superconducting coil;
A control device for controlling an energization current of the superconducting coil,
The driving method is as follows:
Exciting the superconducting coil by energizing the superconducting coil cooled to a superconducting state;
After the step of exciting the superconducting coil, holding the operating current of the superconducting magnet device in the superconducting coil,
Wherein the step of energizing the superconducting coil, with increasing the energizing current to the operating current, comprising the step of heating the superconducting coil so that the first target temperature,
The step of holding the operating current is seen containing a step of cooling the superconducting coil such that the first lower than the target temperature second target temperature,
The method of operating a superconducting magnet device , wherein in the step of heating the superconducting coil, heating is performed until an axial end of the superconducting coil reaches the first target temperature .
前記運転電流を保持する工程は、前記超電導コイルを冷却する工程の前に、前記運転電流値を中心として前記通電電流を振動させる工程を含む、請求項1に記載の超電導マグネット装置の運転方法。 The method of operating a superconducting magnet device according to claim 1, wherein the step of maintaining the operating current includes a step of oscillating the energizing current around the operating current value before the step of cooling the superconducting coil. 前記通電電流を振動させる工程では、前記超電導コイルが、前記第1の目標温度よりも高い第3の目標温度に達した後に、前記通電電流の振動振幅を減衰させる、請求項に記載の超電導マグネット装置の運転方法。 In the step of vibrating the energizing current, the superconducting coil, after reaching a high third target temperature than before Symbol first target temperature, to attenuate the vibration amplitude of the energizing current, according to claim 2 Operation method of superconducting magnet device. 前記超電導コイルを加熱する工程では、前記通電電流を増加させることに起因する交流損失により前記超電導コイルを加熱する、請求項3に記載の超電導マグネット装置の運転方法。 The method of operating a superconducting magnet device according to claim 3 , wherein, in the step of heating the superconducting coil, the superconducting coil is heated by an AC loss resulting from increasing the energization current. 前記超電導コイルを加熱する工程は、加熱装置を用いて前記超電導コイルを加熱する工程を含む、請求項に記載の超電導マグネット装置の運転方法。 The method of operating a superconducting magnet device according to claim 1 , wherein the step of heating the superconducting coil includes a step of heating the superconducting coil using a heating device. 前記加熱装置は、前記超電導コイルの軸方向の端部に設けられる、請求項に記載の超電導マグネット装置の運転方法。 The operation method of the superconducting magnet device according to claim 5 , wherein the heating device is provided at an end portion of the superconducting coil in the axial direction. 前記超電導コイルを加熱する工程では、さらに、前記通電電流を増加させることに起因する交流損失により前記超電導コイルを加熱する、請求項または請求項に記載の超電導マグネット装置の運転方法。 The method of operating a superconducting magnet device according to claim 5 or 6 , wherein, in the step of heating the superconducting coil, the superconducting coil is further heated by an AC loss caused by increasing the energization current.
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