JP6914812B2 - Probe and relay coil for nuclear magnetic resonance measurement - Google Patents
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本発明は核磁気共鳴測定用プローブに関し、特に、検出コイルに対して誘導的に結合する中継コイルに関する。 The present invention relates to a probe for nuclear magnetic resonance measurement, and more particularly to a relay coil that is inductively coupled to a detection coil.
核磁気共鳴(NMR:Nuclear Magnetic Resonance)は、静磁場中に置かれた原子核がそれ固有の周波数をもった電磁波と相互作用する現象である。その現象を測定する装置が核磁気共鳴測定装置である。MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置も核磁気共鳴測定装置の一種である。 Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is a phenomenon in which atomic nuclei placed in a static magnetic field interact with electromagnetic waves having their own frequencies. The device for measuring the phenomenon is a nuclear magnetic resonance measuring device. An MRI (Magnetic Resonance Imaging) device is also a type of nuclear magnetic resonance measuring device.
典型的な核磁気共鳴測定装置は、分光計及び核磁気共鳴測定用プローブ(NMRプローブ)を有する。NMRプローブ内には、測定対象としての試料に対して電磁波を照射すると共に試料で生じる核磁気共鳴を検出する検出コイルが設けられている。近時、検出コイルを超伝導材料(通常、高温超伝導材料)で構成する研究が進められている。超伝導材料により検出コイルを構成すれば、その冷却状態においてその電気抵抗がゼロになるので、非常に高いQ値を実現でき、つまり高感度測定を実現できる。もっとも、検出コイルを超伝導材料で構成した場合、検出コイルに対して結線を行うことが非常に困難となる。それに結線を行うと、超伝導材料の特性が変化してしまうからである。超伝導材料は通常、酸化物として構成されており、それに対して配線を行うことも技術的に難しい。 A typical nuclear magnetic resonance measuring device has a spectrometer and a probe for nuclear magnetic resonance measurement (NMR probe). The NMR probe is provided with a detection coil that irradiates the sample to be measured with an electromagnetic wave and detects the nuclear magnetic resonance generated in the sample. Recently, research is underway to construct the detection coil with a superconducting material (usually a high-temperature superconducting material). If the detection coil is constructed of a superconducting material, its electrical resistance becomes zero in the cooled state, so that a very high Q value can be realized, that is, high-sensitivity measurement can be realized. However, when the detection coil is made of a superconducting material, it is very difficult to connect the detection coil. This is because if wiring is made to it, the characteristics of the superconducting material will change. Superconducting materials are usually constructed as oxides, to which wiring is technically difficult.
特許文献1には、超伝導材料により構成された検出コイル(メインコイル)と、その近傍に配置されたピックアップコイル(サブコイルとしての中継コイル)と、が開示されている。検出コイルとピックアップコイルは誘導的に結合されており、つまりそれらはワイヤレスで接続されている。中継コイルは、単なるループ状又はリング状の形態を有しており、つまり、それはコイル中心軸の方向に有意な幅又は奥行きを有していない。なお、特許文献2にも中継コイルが開示されている。 Patent Document 1 discloses a detection coil (main coil) made of a superconducting material and a pickup coil (relay coil as a sub coil) arranged in the vicinity thereof. The detection coil and the pickup coil are inductively coupled, that is, they are connected wirelessly. The relay coil has a simple loop or ring shape, that is, it does not have a significant width or depth in the direction of the coil center axis. The relay coil is also disclosed in Patent Document 2.
中継コイルを線状且つループ状のコイルとして構成した場合、様々な方向からの磁束が中継コイル内に入り易くなり、メインコイル以外の物体に対して誘導的に結合し易くなる。つまり寄生的結合が生じ易くなる。寄生的結合が生じると、電磁的なエネルギーを伝達する上での損失が生じ、また、観測すべき電磁波以外の電磁波(つまりノイズ)を検出してしまい、S/N比の低下が生じる。なお、メインコイルと中継コイルの誘導的な結合を強くすれば、寄生的結合を軽減できるが、その場合、中継コイルより後段の回路に有意な高周波電流が流れてエネルギー効率が低下する、メインコイルのQ値が低下する、等の問題が生じやすくなる。 When the relay coil is configured as a linear and loop-shaped coil, magnetic fluxes from various directions can easily enter the relay coil, and can be easily coupled to an object other than the main coil in an inductive manner. That is, parasitic binding is likely to occur. When a parasitic bond occurs, a loss in transmitting electromagnetic energy occurs, and an electromagnetic wave (that is, noise) other than the electromagnetic wave to be observed is detected, resulting in a decrease in the S / N ratio. By strengthening the inductive coupling between the main coil and the relay coil, the parasitic coupling can be reduced, but in that case, a significant high frequency current flows in the circuit after the relay coil and the energy efficiency decreases. Problems such as a decrease in the Q value of the coil are likely to occur.
本発明の目的は、メインコイルに対して誘導的に結合する中継コイルを用いる場合において、寄生的結合を防止又は軽減することにある。あるいは、結合先選択性又は指向性をもった中継コイルを実現することにある。あるいは、メインコイルの特性にできるだけ影響を与えないで中継コイルを配置することにある。 An object of the present invention is to prevent or reduce parasitic coupling when a relay coil that inductively couples to the main coil is used. Alternatively, it is an object of realizing a relay coil having coupling destination selectivity or directivity. Alternatively, the relay coil is arranged so as not to affect the characteristics of the main coil as much as possible.
実施形態に係る核磁気共鳴測定用プローブは、測定対象からの核磁気共鳴信号を検出するために送信及び受信の少なくとも一方を行うメインコイルと、前記メインコイルに対して誘導的に結合するサブコイルとしての中継コイルと、を含み、前記中継コイルはコイル本体を含み、前記コイル本体は、その中心軸の方向に伸長し且つ前記中心軸を取り囲む形態を有する。 The probe for nuclear magnetic resonance measurement according to the embodiment is a main coil that performs at least one of transmission and reception in order to detect a nuclear magnetic resonance signal from a measurement target, and a sub coil that is inductively coupled to the main coil. The relay coil includes a coil body, and the coil body extends in the direction of its central axis and surrounds the central axis.
上記構成によれば、メインコイルに対して誘導的に結合するように中継コイルが配置される。つまり、メインコイルと中継コイルが電磁誘導現象を媒介としてワイヤレスで電気的に接続される。中継コイルにおけるコイル本体は仮想的な中心軸を有し、その中心軸を取り囲みつつ中心軸の方向に伸長した(広がった)形態を有する。このような形態により、コイル本体が結合先選択性又は指向性をもつことになる。これにより寄生的結合を防止又は軽減できる。見方を変えれば、上記構成によれば、様々な方向から飛来する電磁ノイズの影響を受け難くなる。また、メインコイルに対して中継コイルを近付けて誘導的な結合度を強めなくてもよくなる。例えば、酸化物高温超伝導材料で構成されたメインコイルに対して通常の金属からなる中継コイルを近付けると、検出コイルのQ値が低下してしまうという問題が生じるが、上記構成によれば、そのような問題が生じ難くなる。実験によれば、高温超伝導材料で構成されたメインコイルを前提として、上記構成を採用することにより、メインコイルが本来的に有する高いQ値を維持しつつ、S/Nを大幅に改善できることが確認されている。 According to the above configuration, the relay coil is arranged so as to be inductively coupled to the main coil. That is, the main coil and the relay coil are electrically connected wirelessly via the electromagnetic induction phenomenon. The coil body in the relay coil has a virtual central axis, and has a form of extending (spreading) in the direction of the central axis while surrounding the central axis. With such a form, the coil body has a coupling destination selectivity or directivity. This can prevent or reduce parasitic binding. From a different point of view, according to the above configuration, it is less likely to be affected by electromagnetic noise coming from various directions. Further, it is not necessary to bring the relay coil closer to the main coil to strengthen the inductive coupling degree. For example, if a relay coil made of a normal metal is brought close to a main coil made of an oxide high-temperature superconducting material, there arises a problem that the Q value of the detection coil decreases. However, according to the above configuration, Such problems are less likely to occur. According to the experiment, by adopting the above configuration on the premise of the main coil composed of the high-temperature superconducting material, the S / N can be significantly improved while maintaining the high Q value inherent in the main coil. Has been confirmed.
メインコイルは、対象物に対して核磁気共鳴を引き起こす電磁波を照射する送信用コイル、対象物で生じた核磁気共鳴を表す信号を検出する受信用コイル、又は、それら両方の機能を発揮する送受信用コイルである。メインコイルの機能によって中継コイルの機能も変わり得る。望ましくは、メインコイルとして、対象物の両側に高温超伝導材料で構成された一対の検出コイルが設けられる。 The main coil is a transmitting coil that irradiates an object with an electromagnetic wave that causes nuclear magnetic resonance, a receiving coil that detects a signal that represents nuclear magnetic resonance generated by the object, or a transmission / reception that exerts both functions. It is a coil for. The function of the relay coil may change depending on the function of the main coil. Desirably, as the main coil, a pair of detection coils made of a high-temperature superconducting material are provided on both sides of the object.
実施形態において、前記コイル本体は前記中心軸を取り囲むシート状の導電性部材により構成されている。ここで、シート状は薄く広がった形態を意味する。望ましくは、中継コイル本体は金属箔によって構成される。中継コイルにおいてメインコイルに対向する面積(開口縁の面積)が大きくなると、メインコイルが形成する磁界が乱れ易くなり、またメインコイルのQ値を劣化させ易くなる。これに対して、コイル本体の厚みを薄くすれば、コイル本体において検出コイルに対向する部分の面積が小さくなるので、磁界の乱れやQ値低下といった問題が生じることを防止又は軽減できる。 In the embodiment, the coil body is composed of a sheet-shaped conductive member surrounding the central axis. Here, the sheet shape means a thinly spread form. Desirably, the relay coil body is made of metal leaf. When the area of the relay coil facing the main coil (area of the opening edge) becomes large, the magnetic field formed by the main coil is likely to be disturbed, and the Q value of the main coil is likely to be deteriorated. On the other hand, if the thickness of the coil body is reduced, the area of the portion of the coil body facing the detection coil becomes smaller, so that problems such as magnetic field disturbance and Q value decrease can be prevented or reduced.
実施形態において、前記コイル本体は筒状の形態を有する。コイル本体における中心軸に直交する断面は、例えば、円形、楕円形、又は、多角形である。その断面をC字形状、D字形状、螺旋状とすることも考えられる。実施形態において、前記中継コイルは前記コイル本体に連結された端子対を含む。望ましくは、前記コイル本体及び前記端子対は単一の部材により構成される。これによれば単一のシート状の部材を変形させて中継コイルを簡易に製作することが可能となる。中継コイル本体の外側又は内側にそれを支持又は補助する非導電性部材を設けてもよい。 In the embodiment, the coil body has a tubular shape. The cross section of the coil body orthogonal to the central axis is, for example, circular, elliptical, or polygonal. It is also conceivable that the cross section has a C-shape, a D-shape, or a spiral shape. In an embodiment, the relay coil includes a pair of terminals connected to the coil body. Desirably, the coil body and the terminal pair are composed of a single member. According to this, it becomes possible to easily manufacture a relay coil by deforming a single sheet-shaped member. A non-conductive member that supports or assists the relay coil body may be provided on the outside or inside of the relay coil body.
実施形態において、前記コイル本体は、前記中心軸に平行なスリットを介して対向した第1端及び第2端を有し、前記端子対は、前記第1端から伸長した第1端子と、前記第2端から前記第1端子と並んで伸長した第2端子と、からなる。この構成によれば結合コイルへの配線がし易くなる。実施形態において、前記中継コイルは第1開口及び第2開口を有し、前記第1開口が前記メインコイルに対向している。実施形態において、前記メインコイルは超伝導材料により構成されている。 In the embodiment, the coil body has a first end and a second end facing each other through a slit parallel to the central axis, and the terminal pair includes a first terminal extending from the first end and the terminal. It is composed of a second terminal extending from the second end alongside the first terminal. This configuration facilitates wiring to the coupling coil. In an embodiment, the relay coil has a first opening and a second opening, the first opening facing the main coil. In the embodiment, the main coil is made of a superconducting material.
実施形態に係る中継コイルは、測定対象からの核磁気共鳴信号を検出するために送信及び受信の少なくとも一方を行う超伝導材料で構成されたメインコイルに対し、誘導的に結合する中継コイル本体を含み、前記中継コイル本体は筒状の金属箔からなる。複数の中継コイルを設けることも考えられる。この中継コイルは、試料で生じた核磁気共鳴を検出するNMR測定装置の他、生体で生じた核磁気共鳴を検出するMRI装置で使用し得る。 The relay coil according to the embodiment is a relay coil body that inductively couples to a main coil made of a superconducting material that transmits and receives at least one of the nuclear magnetic resonance signals from the measurement target. Including, the relay coil body is made of a tubular metal foil. It is also conceivable to provide a plurality of relay coils. This relay coil can be used in an NMR measuring device that detects nuclear magnetic resonance generated in a sample, as well as in an MRI device that detects nuclear magnetic resonance generated in a living body.
本発明によれば、メインコイルに対して誘導的に結合する中継コイルを用いる場合において、寄生的結合を防止又は軽減できる。あるいは、本発明によれば、結合先選択性又は指向性をもった中継コイルを実現できる。あるいは、本発明によれば、メインコイルの特性にできるだけ影響を与えないように中継コイルを配置できる。 According to the present invention, when a relay coil that is inductively coupled to the main coil is used, parasitic coupling can be prevented or reduced. Alternatively, according to the present invention, a relay coil having coupling destination selectivity or directivity can be realized. Alternatively, according to the present invention, the relay coil can be arranged so as not to affect the characteristics of the main coil as much as possible.
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1には、実施形態に係るNMR測定システムの構成例が示されている。実施形態に係るNMR測定システムは、測定対象である試料(サンプル)への電磁波の照射により、試料中の特定原子核において核磁気共鳴を生じさせ、その後に生じる信号(FID信号)を観測するものである。試料として、気体試料、液体試料及び固体試料があげられる。図示されたNMR測定システムは、制御装置10、測定装置12及び冷却器14によって構成される。なお、z方向は垂直方向であり、x方向が第1水平方向であり、y方向が第2水平方向である。
FIG. 1 shows a configuration example of the NMR measurement system according to the embodiment. The NMR measurement system according to the embodiment causes nuclear magnetic resonance in a specific atomic nucleus in a sample by irradiating the sample to be measured with an electromagnetic wave, and observes a signal (FID signal) generated thereafter. be. Examples of the sample include a gas sample, a liquid sample and a solid sample. The illustrated NMR measurement system is composed of a
測定装置12は、静磁場発生器18及びNMRプローブ16によって構成される。静磁場発生器18は、試料が存在する試料空間において、z方向に平行で均一な静磁場を生成するものである。静磁場発生器18は、z方向に沿って形成された貫通孔としてのボア12Aを有している。NMRプローブ16は、大別して、挿入部16Aと基部16Bにより構成される。挿入部16Aがボア12A内に挿入される。挿入部16Aの上部であるプローブヘッド28内には、試料管、検出コイル(メインコイル)、中継コイル(サブコイル)、等が設けられている。プローブヘッド28内部の詳細については後に図2以降の各図を参照しながら説明する。NMRプローブ16内は真空状態とされている。プローブヘッド28内の各要素(特に検出コイル、中継コイル及び電気回路)を冷却するために、特に、検出コイルを所定温度以下まで冷却して超伝導状態を形成するために、冷却器14が設けられている。実施形態において、冷却器14は、配管26を通じて、液体ヘリウム又は低温ヘリウムガスをNMRプローブ16内に送り込むものである。なお、ボア12A内にはシミング用ユニットも配置されているが、それについては図示省略されている。
The measuring
制御装置10は分光計として機能するものである。具体的には、制御装置10は、送信部20、受信部22及び演算制御部24を有している。図1には、制御装置10における主な構成のみが図示されており、その細部については図示省略されている。送信部20は、送信パルスシーケンスに従う送信信号(RF信号)を生成し、それをNMRプローブ16に送る。これにより検出コイルから試料に対して電磁波が照射される。試料で生じた核磁気共鳴を表す信号が検出コイルにおいて検出され、これによりNMRプローブ16から受信部22へ受信信号が送られる。受信部においては、受信信号を処理することにより、スペクトルを生成する。そのデータは演算制御部24へ送られる。演算制御部24においてスペクトルが生成されてもよい。演算制御部24は、図1に示された各構成の動作を制御し、また、取得されたデータを解析する機能を有する。
The
図2には、実施形態に係るプローブヘッド28の構造が例示されている。シールド29は例えば円筒形状を有する。シールド29によって外界から来る電磁波が遮断される。シールド29の外側にはプローブ容器が設けられている。プローブ容器の内部28Aは気密室であり、真空状態とされている。
FIG. 2 illustrates the structure of the
台座34は水平方向に広がった円盤状の形態を有し、それは例えば熱伝導性の良好な金属、例えば銅により構成されている。冷却装置からの冷媒が供給される熱交換器、及び、熱交換器と台座34との間に設けられた熱伝導部材は、図示省略されている。プローブヘッド28をz方向に貫くように内側隔壁としての管30が設けられている。管30の内部には大気が存在し、その内部の温度は室温である。管30の内部には試料管32が配置されている。試料管32の中に測定対象である試料が収容されている。管30内に所定温度をもったガスを流し込み、これにより試料の温度が調整されてもよい。
The
台座34上であって管30の両側には、一対の検出コイルユニット36A,36Bが起立姿勢で配置されている。各検出コイルユニット36A,36Bは、基板38A,38B及び検出コイル40A,40Bを有する。各検出コイル40A,40Bは、互いに協働しあるいは互いに同じ作用を発揮するものであり、機能的に見れば、それらの全体が単一の検出コイルに相当する。
A pair of
基板38A,38Bは絶縁性材料としてのサファイヤガラス等により構成される。検出コイル40A,40Bは、酸化物としての高温超伝導材料からなる膜又は層として構成されている。なお、検出コイル40A,40Bを通常の金属で構成することも可能である。実施形態において、一対の検出コイル40A,40Bの温度は、超伝導効果が生じる一定温度以下に維持される。各検出コイル40A,40Bは、後に図3に具体的に示すように1ターンの平面状コイルとして構成されている。各検出コイル40A,40Bを、複数ターンをもったコイルとして構成してもよい。検出コイル40A,40Bが有するQ値は例えば10000以上である。
The
実施形態において、一対の検出コイル40A,40Bは、それぞれ送受信コイルとして機能している。もっとも、一対の検出コイル40A,40Bをそれぞれ受信専用コイルとしてもよい。いずれかの検出コイル40A,40Bに対して物体を近付けたり遠ざけたりすることにより、一対の検出コイル40A,40Bの共振周波数を調整し得る。例えば、誘電体をいずれかの検出コイル40A,40Bに近付けると、共振周波数が下がる。高周波磁界に対して対向させる金属箔面積を大きくすると、共振周波数が上がる。なお、試料中で生じた核磁気共鳴に起因して一対の検出コイル40A,40Bに交番電流が流れると、一対の検出コイル40A,40Bを貫く交番磁界が生じる。それが図2においてBで示されている。
In the embodiment, the pair of
検出コイルユニット36Bの近傍(管30とは反対側)には中継コイル42が設けられて入れている。中継コイル42はサブコイル又はピックアップコイルであり、上記のように、中継コイル42は一対の検出コイル40A,40Bに対して誘導的に結合するものである。つまり、電磁誘導により中継コイル42と一対の検出コイル40A,40Bとがワイヤレスで電気的に接続される。実施形態において、中継コイル42は、送信時及び受信時において機能する。送信時においては、制御装置側からの送信信号が中継コイル42を介して一対の検出コイル40A,40Bへ伝送され、受信時においては、一対の検出コイル40A,40Bで生じた受信信号が中継コイル42を介して制御装置側へ送られる。
A
中継コイル42は、コイル本体46と端子対48とにより構成される。実施形態においては、単一部材としての1枚の金属箔(金属シート)を丸め、また、それを折り曲げることによって、コイル本体46及び端子対48が製作されている。コイル本体46と端子対48とを別の材料で構成することも可能である。中継コイル42、特にコイル本体46は、電気的な抵抗が低く、熱伝導性の良好な金属、例えば、銅、金、銀、アルミニウム等によって構成され、実施形態においては、銅によって構成されている。磁場を乱さないように、中継コイル42を磁化率補正材料により構成するのが望ましい。すなわち、中継コイル42全体として見て、磁化が生じないように又は磁化が小さくなるように構成するのが望ましい。磁化率補正材料は、例えば、磁化を打ち消し合う複数の層からなる。
The
コイル本体46は仮想的な中心軸を有する。コイル本体46は、その中心軸を取り囲み、且つ、中心軸の方向に伸長した(有意な長さもった)形態を有し、具体的には、コイル本体46は、筒状の形態を有する。その中心軸は、図示の例において、一対の検出コイル40A,40Bを貫く中心軸と平行である。中継コイル42の具体的な形態については後に更に詳述する。
The
台座34上に支柱44が設けられており、支柱44の先端に中継コイル42が取り付けられている。支柱44は同軸構造を有し、つまり支柱44は端子対に対して配線を行う機能を有している。支柱44は熱伝導性の良好な材料、例えば銅によって構成される。支柱44も磁化率補正材料によって構成され得る。
A
中継コイル42におけるコイル本体46が筒状の形態を有しているので、ある種の磁束ガイド効果が働き、中継コイル42の機能として結合先選択性又は指向性が生じる。つまり、中継コイル42を検出コイル40A,40Bに近接させなくても、無用な寄生結合を除外又は軽減することが可能となる。なお、複数の中継コイルを設けることも可能である。プローブヘッド28内には、デカップリングのための送信コイル、重水素ロック用の送信コイル、等が設けられているが、それらについては図示省略されている。
Since the
図3には、プローブヘッド内の電気的構成についての等価回路が示されている。検出コイル40と中継コイル42(コイル本体46)は誘導的に結合している。符号52はコイル40,42間の相互インダクタンスを示している。符号50は容量成分を示しており、その容量成分は検出コイル自身が有する容量成分等に相当するものである。中継コイル42には同調整合用の電気回路54が接続されており、その電気回路54は例えば可変コンデンサ56を有している。
FIG. 3 shows an equivalent circuit for the electrical configuration within the probe head. The
図4には、プローブヘッドの内部が斜視図として示されている。上記のように、台座34上に互いに平行に一対の検出コイルユニット36A,36Bが設けられている。具体的には、それらは、台座34上に配置された一対のホルダ60A,60Bによって保持されている。各検出コイルユニット36A,36Bは同一の構成を有する。ここで、検出コイルユニット36Bに着目すると、それは基板38Bと検出コイル40Bとからなる。検出コイル40Bの近傍には、支柱44によって保持された中継コイル42が設けられている。具体的には、検出コイル40Bにおけるy方向の中央且つz方向の下部に対向するように、中継コイル42が設けられている。
FIG. 4 shows the inside of the probe head as a perspective view. As described above, a pair of
検出コイル40Bは、1ターン型の面状コイルである。具体的には、検出コイル40Bは、水平辺62a、垂直辺62b、水平辺62c、垂直辺62d及び水平辺62eにより構成されている。水平辺62aと水平辺62eは一定のギャップを介して離れており、それらによって容量成分が構成されている。検出コイルユニット36Aが有する検出コイルは、検出コイル40Bと対称のコイルパターンを有する。
The
図5には、第1例に係る中継コイルのコイル本体46が模式的に示されている。既に説明したように、コイル本体46は、中心軸Cの方向に広がり、且つ、中心軸Cを取り囲む導電性シートとして構成されており、具体的には、筒状の銅箔からなる。コイル本体46は、第1開口縁66及び第2開口縁72を有する。第1開口縁66の内部が第1開口70であり、第2開口縁72の内部が第2開口74である。図示の例では、第1開口が検出コイル40B、特にその内部64に対向している。コイル本体46の最下レベルH1は内部64の最下レベルH2よりも上であるが、それは例示である。十分な感度を得られる限りにおいて、最下レベルH1を最下レベルH2より低くしてもよい。コイル本体46は、その下部において互いに対向する2つの辺を有し、2つの辺から下方へ2つの端子が伸長している。但し、2つの端子は図5において図示省略されている。
FIG. 5 schematically shows the
コイル本体46の長さLは、例えば、数mm〜数cmの範囲内にあり、望ましくは、数mmから10mmの範囲内にある。例えば、長さLを、一対の検出コイルの間隔に対して、0.5倍から1倍程度としてもよい。それ以上としてもよい。一対の検出コイルの間隔が9mm程度である場合、Lを5mmとしてもよい。長さLを大きくすれば指向性をより鋭くできるものと考えられる。コイル本体の直径Dは、例えば、数mmから10mmの範囲内にあり、望ましくは、1mmから5mmの範囲内にある。電気回路のインピーダンスと中継コイルのインピーダンスとを整合させるのが望ましい。例えば、中継コイルのインピーダンスが50Ωになるように、長さLや直径Dを調整してもよい。コイル本体46は非常に薄く構成されており、その厚みtは数μmから数百μmの範囲内としてもよく、あるいは、1mm又はそれ以上としてもよい。例えば、コイル本体を構成する材料の電気抵抗で表皮効果が決まるところ、表皮効果が生じる厚さδを基準とし、コイル本体の厚さtを厚さδの30倍程度としてもよい。例えば、厚さtを10μmとしてもよい。上記で挙げた各数値は例示である。
The length L of the
厚さtを小さくすればするほど、コイル本体46において検出コイル40Bに対向する面積(第1開口縁66の面積)が小さくなり、一対の検出コイルにより作られる磁場が乱れ難くなる。金属材料に磁束が入りそこにおいて渦電流が生じると、超伝導コイルのQ値が劣化してしまうが、厚さtが非常に小さければ、渦電流を低減してQ値の劣化を防止又は軽減できる。なお、コイル本体の形状の維持が困難となる場合、内骨格としての心棒や外骨格としての枠体を利用してもよい。それらの骨格上に形成される薄い金属層も、その形態上及びその機能上、金属箔と言い得るものである。
As the thickness t becomes smaller, the area of the
符号78で示されているように、中継コイルのz方向の位置を変更できるように垂直スライド機構を設けてもよい。また、符号79で示されているように、中継コイルのx方向の位置を変更できるように水平スライド機構を設けてもよい。符号82で示されているように、y方向に平行な仮想軸80周りにおいて中継コイルを回転させることができるようにチルト機構を設けてもよい。更に、符号86で示されているように、z方向に平行な仮想軸84周りにおいて中継コイルを回転させることができるように旋回機構(首振り機構)を設けてもよい。中継コイルの位置及び姿勢の変更により、中継コイルと検出コイルとの間における相互インダクタンス等を調整し得る。
As indicated by
図6には、比較例が示されている。台座34上には一対の検出コイルユニット36A,36Bが設けられている。検出コイルユニット36Bの近傍には中継コイル100が設けられている。中継コイル100は支柱104によって支持されている。中継コイル100はコイル本体102を有する。コイル本体102は、1ターン型の線状コイルに相当する。このような構成を採用した場合、コイル本体102における結合先選択性又は指向性をほとんど期待できない。多様な方向から飛来する磁束がコイル空間を通過してしまう。また、中継コイル100において、検出コイルに対向する面積が比較的多くなっており、検出コイルのQ値の低下が懸念される。
FIG. 6 shows a comparative example. A pair of
これに対し、図2乃至図5に示した実施形態によれば、中継コイルのコイル本体が筒状の形態を有しているので、コイル本体に結合先選択性又は指向性をもたせることができ、つまり寄生結合を排除又は軽減することが可能となる。また、コイル本体が薄いシート状であるので、中継コイルにおいて検出コイルに対向する面積は非常に小さく、検出コイルのQ値の低下を防止又は軽減できる。 On the other hand, according to the embodiment shown in FIGS. 2 to 5, since the coil body of the relay coil has a tubular shape, the coil body can be provided with coupling destination selectivity or directivity. That is, it becomes possible to eliminate or reduce parasitic bonds. Further, since the coil body is in the form of a thin sheet, the area of the relay coil facing the detection coil is very small, and a decrease in the Q value of the detection coil can be prevented or reduced.
実験によれば、図2乃至図5に示した構成において、中継コイルを銅箔で形成し、その長さLを5mmとし、その直径Dを3mmとし、その厚さtを10μmとした場合に、検出コイルのQ値として16000が得られている。なお、検出コイルは酸化物高温超伝導部材で構成され、その自己共振周波数は800MHzであった。温度は2Kであった。一方、図6に示した比較例において、φ0.6mmの銀線により、巻数1で直径3mmの中継コイルを構成した場合、検出コイルのQ値は6000程度であった。なお、比較例において、検出コイル以外はすべて実施形態と同一の条件を採用した。 According to the experiment, in the configurations shown in FIGS. 2 to 5, when the relay coil is formed of copper foil, its length L is 5 mm, its diameter D is 3 mm, and its thickness t is 10 μm. , 16000 is obtained as the Q value of the detection coil. The detection coil was composed of an oxide high-temperature superconducting member, and its self-resonant frequency was 800 MHz. The temperature was 2K. On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 6, when a relay coil having a number of turns of 1 and a diameter of 3 mm was formed by a silver wire having a diameter of 0.6 mm, the Q value of the detection coil was about 6000. In the comparative example, the same conditions as those in the embodiment were adopted except for the detection coil.
以上のように、実施形態の構成によれば、超伝導材料で構成された検出コイルのQ値として非常に高いQ値を得られる。また、実施形態の構成によれば、ノイズが非常に抑制されて、非常に良好なS/N比が得られる。特に、実施形態の構成によれば、検出コイルと中継コイルとの結合を弱めても、寄生結合の影響を受け難く、両者管における信号伝送においてエネルギー効率を高められる。 As described above, according to the configuration of the embodiment, a very high Q value can be obtained as the Q value of the detection coil made of the superconducting material. Further, according to the configuration of the embodiment, noise is very suppressed and a very good S / N ratio can be obtained. In particular, according to the configuration of the embodiment, even if the coupling between the detection coil and the relay coil is weakened, it is not easily affected by the parasitic coupling, and the energy efficiency can be improved in the signal transmission in both tubes.
図7乃至図9には、幾つかの中継コイル配置例が示されている。図7に示す第1例において、一対の検出コイル40A,40Bの間が内部空間90であり、それ以外が外部空間92である。符号30Aは管30の内部空間(試料管が収容される空間)を示している。図7に示す第1例においては外部空間92において一対の検出コイル40A,40Bの中心軸よりも下方に偏倚した位置に中継コイル94Aが設けられている。この構成は図2乃至図5に示した構成と基本的に同じである。
7 to 9 show some examples of relay coil arrangements. In the first example shown in FIG. 7, the space between the pair of
図8及び図9において、図7に示した構成と同様の構成には同一符号が付されている。図8に示す第2例では内部空間90における管30の内部30Aに中継コイル94Bが配置されている。図9に示す第3例では内部空間90における管30の外部に中継コイル94Cが配置されている。
In FIGS. 8 and 9, the same reference numerals are given to the same configurations as those shown in FIG. 7. In the second example shown in FIG. 8, the
図10には中継コイルの第2例が示されている。中継コイルはコイル本体110から突出する端子対を有しておらず、コイル本体110の両端(ギャップを介した両辺)に対して配線が施されている。図11には中継コイルの第3例が示されている。コイル本体112の断面は楕円である。図12には中継コイルの第4例が示されている。コイル本体114の断面は矩形(四角形)である。コイル本体114には端子対116が設けられている。図12には中継コイルの第5例が示されている。コイル本体118の断面は三角形である。コイル本体118には端子対120が設けられている。図14には中継コイルの第6例が示されている。コイル本体122の断面は六角形である。コイル本体122には端子対124が設けられている。いずれの形態も例示である。コイル本体の断面をC字状、D字状、又は、渦巻き形にしてもよい。複数のターンを有するコイル本体を採用することも考えられる。いずれにしても、コイル本体の形態として、その中心軸を取り囲みつつ、その中心軸の方向に広がった形態を採用するのが望ましい。また、コイル本体を薄く広い形状つまりシート状の材料で構成するのが望ましい。
FIG. 10 shows a second example of the relay coil. The relay coil does not have a pair of terminals protruding from the
上記実施形態によれば、検出コイルに対して誘導的に結合する中継コイルを用いる場合において、寄生的結合を防止又は軽減できる。換言すれば、結合先選択性又は指向性をもった中継コイルを実現できる。また、上記実施形態によれば、超伝導材料で構成された検出コイルの良好な特性を維持しつつ中継コイルを配置できる。 According to the above embodiment, when a relay coil that inductively couples to the detection coil is used, parasitic coupling can be prevented or reduced. In other words, a relay coil having coupling destination selectivity or directivity can be realized. Further, according to the above embodiment, the relay coil can be arranged while maintaining the good characteristics of the detection coil made of the superconducting material.
10 制御装置、12 測定装置、16 NMRプローブ、18 静磁場発生器、36A,36B 検出コイルユニット、38A,38B 基板、40A,40B 検出コイル、42 中継コイル、44 支柱、46 コイル本体、48 端子対。 10 Control device, 12 Measuring device, 16 NMR probe, 18 Static magnetic field generator, 36A, 36B detection coil unit, 38A, 38B substrate, 40A, 40B detection coil, 42 relay coil, 44 columns, 46 coil body, 48 terminal pairs ..
Claims (9)
前記メインコイルに対して誘導的に結合するサブコイルとしての中継コイルと、
を含み、
前記中継コイルはコイル本体を含み、
前記コイル本体はその中心軸の方向に伸長し且つ前記中心軸を取り囲む形態を有する、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 A main coil that performs at least one of transmission and reception to detect a nuclear magnetic resonance signal from the measurement target,
A relay coil as a sub coil that is inductively coupled to the main coil,
Including
The relay coil includes a coil body and includes a coil body.
The coil body extends in the direction of its central axis and has a form surrounding the central axis.
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記コイル本体は前記中心軸を取り囲むシート状の導電性部材により構成された、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 In the probe according to claim 1,
The coil body is composed of a sheet-shaped conductive member that surrounds the central axis.
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記コイル本体は筒状の形態を有する、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 In the probe according to claim 1,
The coil body has a tubular shape.
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記コイル本体における前記中心軸に直交する断面は、円形、楕円形、又は、多角形である、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 In the probe according to claim 3,
The cross section of the coil body orthogonal to the central axis is circular, elliptical, or polygonal.
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記中継コイルは前記コイル本体に連結された端子対を含む、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 In the probe according to claim 1,
The relay coil includes a terminal pair connected to the coil body.
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記コイル本体及び前記端子対は単一の部材により構成され、
前記コイル本体は、前記中心軸に平行なスリットを介して対向した第1端及び第2端を有し、
前記端子対は、前記第1端から伸長した第1端子と、前記第2端から前記第1端子と並んで伸長した第2端子と、からなる、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 In the probe according to claim 5,
The coil body and the terminal pair are composed of a single member.
The coil body has a first end and a second end facing each other through a slit parallel to the central axis.
The terminal pair comprises a first terminal extending from the first end and a second terminal extending alongside the first terminal from the second end.
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記中継コイルは第1開口及び第2開口を有し、
前記第1開口が前記メインコイルに対向している、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 In the probe according to claim 1,
The relay coil has a first opening and a second opening.
The first opening faces the main coil,
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記メインコイルは超伝導材料により構成された、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用プローブ。 In the probe according to claim 1,
The main coil is made of a superconducting material.
A probe for measuring nuclear magnetic resonance.
前記中継コイル本体は筒状の金属箔からなる、
ことを特徴とする核磁気共鳴測定用中継コイル。 It includes a relay coil body that inductively couples to a main coil made of a superconducting material that performs at least one of transmission and reception to detect a nuclear magnetic resonance signal from a measurement target.
The relay coil body is made of a tubular metal foil.
A relay coil for nuclear magnetic resonance measurement.
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