JP7131010B2 - 超電導バルクの着磁方法 - Google Patents

Description

本発明は、超電導バルクの着磁方法に関する。

核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、静磁場中に置かれた試料の原子核に固有の周波数をもつ電磁波を印加したときに発生する原子核スピン（磁気モーメント）の共鳴現象である。核磁気共鳴装置（ＮＭＲ装置）は、斯かる共鳴現象をＮＭＲ信号（ＮＭＲスペクトル）として検出して、試料の構造を解析する機器である。磁場強度が大きい程、ＮＭＲ信号の感度と分解能が高くなるため、ＮＭＲ装置には強い磁場を発生するための磁場発生装置（磁極とも言う）が備えられる。

強磁場を発生する磁極として、超電導体を着磁させることにより磁場を発生する超電導磁極が開発されている。超電導磁極に用いられる超電導体としては、超電導遷移温度が高く且つ冷却が比較的容易な、第二種超電導体からなる塊（バルク）状の超電導体（以下、単に超電導バルクと言う）が好ましく用いられる。

ＮＭＲ装置の超電導磁極に用いられる超電導バルクは、例えば円筒状に形成される。この場合、以下の手順で超電導バルクが着磁される。
（１）磁場印加工程
磁場印加工程では、円筒状の超電導バルクの超電導遷移温度（臨界温度）Ｔｃよりも高い温度Ｔ１にて、超電導バルクの内周空間（以下、ボアとも言う）内に、磁束が軸方向に通る磁場が発生するように、外部磁場発生装置により磁場（印加磁場）が超電導バルクに印加される。
（２）磁場中冷却工程
磁場中冷却工程では、外部磁場発生装置によって上記のように磁場が印加された超電導バルクが、超電導遷移温度Ｔｃよりも低い着磁温度Ｔ２まで冷却される。
（３）減磁工程
減磁工程では、超電導バルクの温度を着磁温度Ｔ２に維持したまま、外部磁場発生装置により発生されている印加磁場を除去する（印加磁場がゼロにされる）。
（４）着磁後冷却工程
着磁後冷却工程では、印加磁場が除去された超電導バルクの温度を着磁温度Ｔ２よりも低い使用温度Ｔ４に冷却する。

減磁工程にて印加磁場が除去された場合、印加磁場を維持するように超電導バルク内に超電導電流が誘起される。こうして超電導バルク内に超電導電流が流れることにより、超電導バルクのボア内には、印加された磁場が保持され、軸方向に磁束が通る磁場が形成される。すなわち、減磁工程にて、超電導バルクが印加された磁場を捕捉することにより、磁場（捕捉磁場）が発生する。捕捉磁場が発生している超電導バルクのボア内には試料が置かれる空間（室温ボア空間）が形成される。この室温ボア空間には、ＮＭＲスペクトル信号を検出するためのプローブが配置される。このプローブに、測定試料が入った試料管を挿入して、ＮＭＲスペクトルの測定を行う。

ＮＭＲ装置によって試料の分子構造を解析するに当たり、超電導体のボア内の磁場の均一性が低い場合、得られるＮＭＲスペクトルがブロードとなり、或いはサイドバンドと呼ばれるサテライトピークが多数検出される。この場合、試料の分子構造を適切に識別することができない。よって、ＮＭＲ装置に用いられる超電導磁極は、強磁場を発生することができ、且つ試料が置かれる室温ボア空間の磁場の均一性を高めることができるように構成されているのが好ましい。従って、従来から、円筒状の超電導バルクのボア内の磁場の均一性を高めることができる超電導磁極の開発が進められている。

特許文献１は、円筒状で磁化率の大きい超電導バルクの両端面に円筒状で磁化率の小さい超電導バルクを同軸状に配設することにより構成された円筒状の超電導バルクを有する超電導磁極を開示する。特許文献１に開示された超電導磁極によれば、超電導バルクの磁化率と形状を一定の条件を満たすように設計することにより、超電導バルクの軸方向における磁場の均一性が高められた磁場空間を超電導バルクのボア内に形成することができる。

特許文献２は、円筒状であって軸方向における中央部分の内径が端部分の内径よりも大きくなるように形成された超電導バルクを有する超電導磁極を開示する。特許文献２に開示された超電導磁極によれば、円筒状の超電導バルクの軸方向における中央部分の内径を端部分の内径よりも大きくしたことにより、超電導バルクの磁化により生じる不均一な磁場を相殺するような磁場が超電導バルクのボア内に形成される。こうして不均一な磁場が除去されることにより、超電導バルクの軸方向における磁場の均一性が高められた磁場空間を超電導バルクのボア内に形成することができる。

特許文献３は、円筒状の超電導バルクの内側に円筒状の内側超電導体（内挿超電導円筒部材）が配設された超電導磁極を開示する。超電導バルクと内側超電導体との臨界電流密度の異方性を利用して不均一な捕捉磁場を補正することにより、磁場の均一性が高められた磁場空間を超電導バルクのボア内に形成することができる。

特開２００８－０３４６９２号公報 特開２０１４－０５３４７９号公報 特開２０１６－００６８２５号公報

（発明が解決しようとする課題）
ＮＭＲ装置で複雑な有機化合物の構造を解析する場合には、高分解能ＮＭＲスペクトル、すなわちシャープなピークを有し且つサイドバンドが少ないＮＭＲスペクトルを得る必要がある。このような高分解能スペクトルを得るためには、試料が置かれる空間（例えば室温ボア空間）で、０．００１ｐｐｍ程度の磁場均一性が要求される。このような極めて高い磁場均一性は、超電導体の捕捉磁場のみで作り出すことはできない。そのため、捕捉磁場が形成される試料空間内（例えば室温ボア内）に多数のシムコイル（室温シムコイル）を設置して、個々の室温シムコイルに流す電流値を調整することによって試料空間内の磁場の均一性を上記のレベルまで高める必要がある。

ところが、超電導バルクは、その製造方法に由来した材料特性の不均一性が存在する。例えば、超電導バルク内に存在し超電導状態であるときに磁束を拘束するピン止め点は、均一に分散配置しておらずに偏在する。この材料特性の不均一性が、捕捉磁場の均一性を悪化させる一因となる。従来では、こうした材料特性の不均一性を有する超電導バルクを用いて磁極を構成した場合、上記特許文献に記載の技術を適用し、尚且つ、室温ボア空間内に配置した多数の室温シムコイルで捕捉磁場を調整しても、上記したレベルの均一性を得ることは困難であった。そのため、超電導バルクを用いたＮＭＲ装置では、超電導コイルを用いたＮＭＲ装置と比較した場合、ＮＭＲスペクトルのピークがブロードになり、また、サイドバンドも多数検出されてしまう。

本発明は、超電導コイルを用いたＮＭＲ装置で得られるＮＭＲスペクトルと同等の高分解能ＮＭＲスペクトルを得ることができる程度に高い均一性を有する磁場を形成するための、超電導バルクの着磁方法を提供することを、目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、第二種超電導体からなり円筒状に形成された超電導バルク（１）の超電導遷移温度（Ｔｃ）よりも高い温度（Ｔ１）にて、超電導バルクの内周空間の磁場が均一となる磁場（Ｈ０）を超電導バルクに印加する磁場印加工程と、超電導バルクに磁場（Ｈ０）が印加された状態で、超電導バルクを超電導遷移温度（Ｔｃ）よりも低い着磁温度（Ｔ２）まで冷却する磁場中冷却工程と、超電導バルクの温度を着磁温度（Ｔ２）に維持したまま、超電導バルクに印加された磁場（Ｈ０）を除去する減磁工程と、超電導バルクの温度を、着磁温度（Ｔ２）以下の調整温度（Ｔ３）に調整する温度調整工程と、超電導バルクの温度を、調整温度（Ｔ３）よりも低い使用温度（Ｔ４）まで冷却する着磁後冷却工程と、を含み、温度調整工程が、減磁工程の完了後に実施される、超電導バルクの着磁方法を提供する。

また、本発明に係る超電導バルクの着磁方法は、減磁工程の後に超電導バルクの温度を調整温度よりも低い過冷却温度（Ｔｃｌ）まで冷却する過冷却工程を含み、温度調整工程が過冷却工程の後に実施されてもよい。この場合、温度調整工程では、超電導バルクの温度が過冷却温度（Ｔｃｌ）から調整温度（Ｔ３）まで昇温されることになる。つまり、温度調整工程は、超電導バルクの温度を過冷却温度（Ｔｃｌ）から調整温度（Ｔ３）まで昇温させる工程を含む。

また、本発明において、調整温度（Ｔ３）が、着磁温度（Ｔ２）よりも５Ｋ低い温度（Ｔ２－５）以上であり、且つ、着磁温度（Ｔ２）以下であるとよい。すなわち、調整温度（Ｔ３）は、以下の範囲の温度
Ｔ２－５≦Ｔ３≦Ｔ２
であるとよい。

また、本発明において、温度調整工程は、超電導バルクの温度を調整温度（Ｔ３）で一定時間保持する工程を含むと良い。

また、本発明に係る超電導バルクの着磁方法は、温度調整工程及び着磁後冷却工程が、複数回繰り返されてもよい。この場合、複数回繰り返される温度調整工程における各調整温度（Ｔ３）は、一定でもよいし、異なっていても良い。

本発明によれば、減磁工程にて超電導バルクに着磁させた後に、温度調整工程を実施することにより、磁場の均一性をより一層高めることができる。

図１は、実施形態に係る超電導バルクをその中心線を含む平面で切断した断面図である。 図２は、超電導バルクが組み込まれた磁極を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。 図３は、磁極が挿入空間に挿入された外部磁場発生装置の概略図である。 図４は、予冷工程から着磁後冷却工程を経た超電導バルクの温度履歴を示すグラフである。 図５は、ＮＭＲ装置の概略構成を示す図である。 図６は、実施例１にて測定したＮＭＲスペクトルである。 図７は、比較例にて測定したＮＭＲスペクトルである。 図８は、実施例２に係る基準スペクトル、第三スペクトル、第七スペクトル、第八スペクトル、及び第九スペクトルを併記した図である。 図９は、図８中の、化学シフト０．５ｐｐｍ～２．５ｐｐｍ付近のスペクトルを示す拡大図である。

本実施形態に係る超電導バルクは、第二種超電導体からなり、周知の溶融凝固法により製造される。第二種超電導体として、高温酸化物超電導体であるＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ（ＲＥはＹを含む希土類元素）系の超電導体を例示できる。また、本実施形態に係る超電導バルクは、円筒状に形成される。この場合、ｃ軸方向が円筒の軸方向に一致するように、超電導バルクが形成される。

図１に本実施形態に係る超電導バルク１をその中心線Ｌ１を含む平面で切断した断面図を示す。図１に示すように、超電導バルク１は、一方端面１ａ及び他方端面１ｂを有する円筒状に形成される。超電導バルク１は、所定の径方向長さを有する複数の円筒状の超電導バルクを軸方向に沿って同軸的に積み重ねることによって形成される。図１においては、８個の円筒状の超電導バルクが、軸方向に沿って同軸的に積み重ねられることにより、超電導バルク１が形成される。積み重ねられる超電導バルクの個数は特に限定されない。なお、一つの超電導バルクによって円筒状の超電導バルク１を構成してもよい。超電導バルク１の内周面に囲まれた空間（内周空間）が、超電導バルク１のボアである。

また、積み重ねられた８個の超電導バルクのうち、上から１番目、２番目、７番目、８番目にそれぞれ位置する超電導バルク（１１，１２，１７，１８）の内径は等しい。これらの超電導バルクを端側超電導バルクと呼ぶ。また、積み重ねられた８個の超電導バルクのうち、上から３番目、４番目、５番目、６番目にそれぞれ位置する超電導バルク（１３，１４，１５，１６）の内径は等しい。これらの超電導バルクを中央側超電導バルクと呼ぶ。そして、図１からわかるように、端側超電導バルク（１１，１２，１７，１８）の内径は、中央側超電導バルク（１３，１４，１５，１６）の内径よりも小さい。従って、超電導バルク１のボアは、軸方向における両端側にて径が小さく、軸方向における中央にて径が大きくなるような段付円柱状の空間として形成される。つまり、超電導バルク１のボアは、軸方向における中央領域で広く、端部領域で狭くなるように、形成される。

図２は、超電導バルク１が組み込まれた本実施形態に係る超電導磁極１０を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。図２に示すように、超電導磁極１０は、超電導バルク１と、冷却装置２と、コールドヘッド３と、内挿超電導円筒部材４と、室温ボアケース５と、ヒータ６と、温度センサ７と、真空断熱容器８と、温度制御装置９とを備える。

冷却装置２は、冷凍サイクル運転の実施によって超電導バルク１の超電導遷移温度（臨界温度）Ｔｃ（例えば９０Ｋ）以下の冷熱を生成でき、且つ、最低到達温度が後述する使用温度Ｔ４以下であるものであればどのようなものであってもよい。冷却装置２として、パルス管冷凍機、ＧＭ冷凍機、スターリング冷凍機を例示することができる。

コールドヘッド３は、冷却装置２が生成した冷熱を外部に伝達するための伝熱部材である。このためコールドヘッド３は熱伝導率の高い金属、例えば銅により形成される。

コールドヘッド３は、柱状に形成された軸部３１と、円板状に形成されたステージ部３２とを有する。軸部３１の一方の端部が冷却装置２の冷熱生成部分（図示省略）に接触される。例えば、冷却装置２がパルス管冷凍機である場合、軸部３１は蓄冷管の低温端部に接触され、冷却装置２がＧＭ冷凍機である場合、軸部３１は膨張空間を画成するシリンダ部分に接触される。図２において、軸部３１は冷却装置２の上側に設けられる。軸部３１の上端（他方の端部）に円板状のステージ部３２が連続的に且つ同軸的に形成される。

円板状のステージ部３２は、軸方向における一方端面３２ａ（下端面）及び他方端面３２ｂ（上端面）と、外周面３２ｃを有する。ステージ部３２の一方端面３２ａが軸部３１の上端に接続される。そして、図２において上方を向いたステージ部３２の他方端面３２ｂに円筒状の超電導バルク１の一方端面１ａが接触するように、ステージ部３２上に超電導バルク１が載置される。超電導バルク１の一方端面１ａとステージ部３２の他方端面３２ｂとの接触により、超電導バルク１がコールドヘッド３（ステージ部３２）に熱的に接続される。

超電導バルク１は、ステージ部３２の他方端面３２ｂから図２において上方に延設される。また、ステージ部３２と超電導バルク１は同軸配置される。さらに、ステージ部３２の外径は超電導バルク１の外径よりも大きい。従って、ステージ部３２の他方端面３２ｂには、超電導バルク１の一方端面１ａが接触したリング状の超電導体接触領域と、超電導体接触領域よりも内周側の円形領域が存在する。内周側の円形領域上には、超電導バルク１のボアが形成される。

内挿超電導円筒部材４は、円筒状に形成される。内挿超電導円筒部材４は、薄肉銅パイプの外周面の全面に超電導テープ線材を貼付することにより構成される。内挿超電導円筒部材４の軸方向高さは超電導バルク１の軸方向高さに等しい。また、内挿超電導円筒部材４の外径は、超電導バルク１の端部側超電導バルク（１１，１２，１７，１８）の内径にほぼ等しいか僅かに小さい。

内挿超電導円筒部材４は、図２に示すように、超電導バルク１の内周側に、超電導バルク１と同軸的に配設されるとともに、コールドヘッド３のステージ部３２の他方端面３２ｂ上に超電導バルク１とともに載置される。このため、内挿超電導円筒部材４は、その外周面が超電導バルク１の内周面に対面した状態でステージ部３２に載置されるとともに、その一方の端面（下端面）にてコールドヘッド３（ステージ部３２）に熱的に接続される。

また、内挿超電導円筒部材４を構成する超電導テープ線材は、テープ状の金属基材（例えば、ハステロイ）の表面に、超電導薄膜（例えば、ＧｄＢａＣｕＯ系超電導体）を形成することにより構成される。この超電導薄膜は、そのテープ面に垂直な方向がｃ軸方向であるように成形される。従って、内挿超電導円筒部材４のｃ軸方向は、径方向に一致する。なお、前述したように、内挿超電導円筒部材４と超電導バルク１は同軸配置されており、超電導バルク１のｃ軸方向は軸方向である。従って、内挿超電導円筒部材４のｃ軸方向は超電導バルク１のｃ軸方向と異なる方向（具体的には直交する方向）である。超電導電流は、超電導体のｃ軸に垂直な方向に流れる。従って、超電導バルク１には周方向に沿って超電導電流が流れるが、内挿超電導円筒部材４には、その周面内方向に超電導電流が流れる。内挿超電導円筒部材４により、超電導バルク１が着磁した際におけるボア内の不均一磁場が補正される。

真空断熱容器８は、コールドヘッド３のステージ部３２の外径よりも大きい内径を有する円筒形状の本体部８１と、本体部８１の図２において上端から径内方に放射状に延設されることによりリング状に形成されたカバー部８２とを有する。本体部８１の下方端が冷却装置２の上面に気密的に固定される。本体部８１は、冷却装置２から図２の上方に延設されるとともに、その内周空間に、超電導バルク１、コールドヘッド３、及び内挿超電導円筒部材４を収納するように、これらの構成要素と同軸的に配設される。このとき、真空断熱容器８のカバー部８２は、超電導バルク１及び内挿超電導円筒部材４の上側に所定の間隔を開けて配置する。

図２に示すように、リング状のカバー部８２の中央には、軸方向に貫通する円孔８２１が形成される。円孔８２１の中心軸は、超電導バルク１のボアの中心軸に一致する。また、円孔８２１の径は、内挿超電導円筒部材４の内径よりも小さい。この円孔８２１を通じて、室温ボアケース５が本体部８１の内周空間内に挿入される。

室温ボアケース５は、有底円筒状の容器部５１と、容器部５１の開口端から径外方に放射状に延設されたリング状のフランジ部５２とを有する。フランジ部５２の外径は円孔８２１の径よりも大きい。また、容器部５１の外径は、円孔８２１の径と等しいか又は僅かに小さい。そして、容器部５１が円孔８２１から真空断熱容器８の本体部８１の内周空間内に差し込まれるとともに、フランジ部５２が真空断熱容器８のカバー部８２の上面に載置される。ここで、上記したように、円孔８２１の中心軸は超電導バルク１の内周空間（ボア）の中心軸に一致する。従って、本体部８１の内周空間内に差し込まれた容器部５１は、超電導バルク１のボア（内周空間）に進入する。つまり、容器部５１は超電導バルク１のボア内に配設される。容器部５１内の空間に、例えばＮＭＲ装置にて分析される試料がプローブとともに載置される。容器部５１内の空間は、超電導バルク１のボアのほぼ中央に設けられる。この空間を、室温ボア空間ＲＢと呼ぶ。

また、室温ボアケース５のフランジ部５２の下面が、真空断熱容器８のカバー部８２の上面に、図示しない封止手段によって気密的に固定される。これによりカバー部８２に形成された円孔８２１が塞がれる。また、上述のように真空断熱容器８の本体部８１は冷却装置２に気密的に固定されている。従って、真空断熱容器８、室温ボアケース５及び冷却装置２によって、密閉空間ＣＳが冷却装置２の図２において上方に形成される。この密閉空間ＣＳ内に、超電導バルク１、コールドヘッド３、及び内挿超電導円筒部材４が配設される。真空断熱容器８は、アルミニウム合金等の非磁性材料で形成される。

ヒータ６は、コールドヘッド３の軸部３１に取り付けられており、通電されることにより発熱するように構成される。ヒータ６が通電されることによってコールドヘッド３及びコールドヘッド３に熱的接続された超電導バルク１及び内挿超電導円筒部材４が加熱される。

温度センサ７は、コールドヘッド３のステージ部３２の一方端面３２ａに取り付けられる。温度センサ７は、コールドヘッド３（ステージ部３２）の温度情報を検出する。そして、検出した温度情報を温度制御装置９に出力する。なお、ステージ部３２の温度は、それに載置された超電導バルク１の温度にほぼ等しいと考えられる。従って、温度センサ７は、超電導バルク１の温度情報を検出すると言える。

温度制御装置９は温度センサ７及びヒータ６に電気的に接続され、上述したように温度センサ７が検出した温度情報を入力する。また、温度制御装置９は、温度センサ７から入力した温度情報に基づいて、ヒータ６の通電（通電の可否及び通電量）を制御する。温度制御装置９によって、超電導バルク１の冷却温度が調整される。

次に、上記構成の超電導磁極１０が備える超電導バルク１を着磁する方法について説明する。この着磁方法は、（１）減圧工程、（２）挿入工程、（３）予冷工程、（４）磁場印加工程、（５）磁場中冷却工程、（６）減磁工程、（７）過冷却工程、（８）取り出し工程、（９）昇温・保持工程、（１０）着磁後冷却工程を含み、上記工程がこの順で実行されることにより、超電導バルク１が着磁されるとともに室温ボア空間ＲＢに磁場が発生される。なお、減圧工程が予冷工程の前に実行され、磁場中冷却工程が、減圧工程、挿入工程、予冷工程、磁場印加工程の後に実行されるのであれば、これらの工程は、上記した順に実行されなくても良い。以下、各工程について説明する。

（１）減圧工程
減圧工程では、図２において図示しない排気装置を用いて密閉空間ＣＳの内部を排気する。これにより、密閉空間ＣＳ内の気圧が、例えば１×１０^－３Ｐａ以下の真空状態にされる。

（２）挿入工程
挿入工程では、超電導磁極１０が備える超電導バルク１が外部磁場発生装置の挿入空間に挿入される。図３は、超電導磁極１０が挿入空間に挿入された外部磁場発生装置１００の概略図である。

図３に示すように、外部磁場発生装置１００は、本体部１０１及び本体部１０１の下部に取り付けられた複数の脚部１０２を有する。従って、本体部１０１の下方には空間が存在する。本体部１０１は上下方向に沿った中心軸を持つ略円柱状に形成される。また、略円柱状の本体部１０１には、その中心軸線を通るように上下方向に沿って貫通した円柱状の挿入空間１０３が形成される。この挿入空間１０３に超電導磁極１０が挿入される。

また、本体部１０１の内部に、超電導コイル１０４及び複数の超電導シムコイル１０５が配設される。超電導コイル１０４は例えば超電導マグネットにより構成することができる。超電導コイル１０４は、図３に示す所定の高さ領域Ｈ内に形成される挿入空間１０３（着磁空間）を囲うようにリング状に形成されており、励磁されることにより、挿入空間１０３のうち超電導コイル１０４に囲まれた領域空間（すなわち着磁空間）に磁場を形成する。また、超電導シムコイル１０５は、超電導コイル１０４の励磁により着磁空間に形成された磁場を補正する役割を果たす。

外部磁場発生装置１００の挿入空間１０３に超電導磁極１０を挿入するには、まず、本体部１０１の下方であり且つ挿入空間１０３の直下に設けられているジャッキ１０６上に超電導磁極１０を載置する。これにより、超電導磁極１０が挿入空間１０３の直下に配設される。そして、ジャッキ１０６を操作して超電導磁極１０を上方に移動させる。超電導磁極１０が上方に移動していくと、超電導磁極１０のうち真空断熱容器８及びその内部に配設される構成部材が挿入空間１０３にその下方側から進入する。そして、超電導バルク１が挿入空間１０３内の着磁空間（超電導コイル１０４に囲まれた空間）に収まる高さ位置まで超電導磁極１０が上方移動した時点で、超電導磁極１０の上方移動を停止する。これにより挿入工程が完了する。挿入工程の完了時には、超電導磁極１０の超電導バルク１が挿入空間１０３内の着磁空間に配設される。

（３）予冷工程
予冷工程では、超電導磁極１０の冷却装置２を作動させともに、ヒータ６を作動させる。冷却装置２の作動により、コールドヘッド３が冷却され、さらにコールドヘッド３に熱的接続された超電導バルク１及び内挿超電導円筒部材４が冷却される。また、温度センサ７から得られる超電導バルク１の温度が超電導遷移温度Ｔｃよりも高い所定温度Ｔ１になるように、温度制御装置９によるヒータ６の通電量の制御がなされる。この予冷工程の実施により、超電導バルク１の温度が上記所定温度Ｔ１に調整される。所定温度Ｔ１として、例えば１００Ｋを例示できる。

（４）磁場印加工程
磁場印加工程では、超電導バルク１の温度が超電導遷移温度Ｔｃよりも高い温度である状態で、例えば上記予冷工程にて超電導バルク１の温度が温度Ｔ１にされている状態で、超電導コイル１０４を励磁させて、磁場を着磁空間に形成する。このとき、超電導バルク１のボア内に磁束が軸方向に通る磁場が発生するように、超電導バルク１に磁場が印加される。また、超電導シムコイル１０５を励磁させて、超電導バルク１のボア内における印加磁場の均一性が高められる。従って、この磁場印加工程の実施により、超電導バルク１の超電導遷移温度Ｔｃよりも高い温度Ｔ１にて、超電導バルク１のボア（内周空間）の磁場が均一となる磁場（Ｈ０）が、超電導バルク１に印加される。

（５）磁場中冷却工程
磁場中冷却工程では、磁場印加工程の実施によって超電導バルク１に磁場（Ｈ０）が印加された状態で、超電導バルク１の温度が超電導遷移温度Ｔｃよりも低い着磁温度Ｔ２になるように、温度制御装置９によるヒータ６の通電量の制御がなされる。磁場中冷却工程の実施により、超電導バルク１の温度が着磁温度Ｔ２に調整される。これにより、超電導バルク１及び内挿超電導円筒部材４が超電導状態にされる。着磁温度Ｔ２として、例えば５０Ｋを例示できる。ここで、超電導バルク１が第二種超電導体で構成されているので、磁場中冷却工程にて超電導バルク１が超電導遷移温度以下になると、超電導バルク１の内部では、磁束線が常電導介在物などにピン止めされる。

（６）減磁工程
減磁工程では、磁場Ｈ０が印加された超電導バルク１の温度を磁場中冷却工程の実施によって着磁温度Ｔ２に維持したまま、超電導コイル１０４に流す電流をゼロまでゆっくりと下げる。また、複数ある超電導シムコイル１０５に流れる電流もゼロにする。このようにして、超電導バルク１に印加されていた磁場（印加磁場Ｈ０）を取り去る。すると、超電導バルク１のボアの中心付近では、印加磁場を与えたときと同じ磁場分布が維持される。以下、その理由を説明する。超電導コイル１０４に流す電流を減らし、超電導バルク１の外側の磁場が下がると、超電導バルク１内の磁束線も外周部から抜け出す。しかし、超電導バルク１内では磁束線がピン止めされて自由に抜けないため、外周近傍は磁束線の密度が下がるが、内部に磁束線の分布が変わらない領域が残る。そのため、超電導バルク１の内側（室温ボアが位置する側）には、外部磁場がゼロになっても減磁工程開始前と同じ磁場分布を維持した領域が残る。その結果、超電導バルク１のボアの中心付近には磁場印加工程で印加した均一な磁場が維持される。すなわち、超電導バルク１のボアの中心付近では、印加された磁場がちょうどコピーされて残るような状態で、磁場が保持される。

（７）過冷却工程
過冷却工程では、減磁工程の実施によって着磁された超電導バルク１の温度が、着磁温度Ｔ２よりも低い過冷却温度Ｔｃｌになるように、ヒータ６の通電量が温度制御装置９により制御される。この場合、ヒータ６への通電を停止することにより、超電導バルク１の温度を冷却装置２の最低到達温度まで冷却することができる。過冷却温度Ｔｃｌとして、着磁温度Ｔ２が５０Ｋの場合、Ｔｃｌ＝４０Ｋ程度を例示できる。

（８）取り出し工程
取り出し工程では、過冷却工程の実施によって超電導バルク１の温度が過冷却温度Ｔｃｌに調整されている超電導磁極１０が外部磁場発生装置１００から取り出される。この場合、ジャッキ１０６を作動させて、超電導磁極１０を外部磁場発生装置１００に相対的に下方移動させる。そして、外部磁場発生装置１００の挿入空間１０３から超電導磁極１０を取り出す。なお、取り出し工程の実施時に超電導バルク１の温度が比較的高い場合、着磁されている超電導バルク１と超電導コイル１０４との相互作用によって超電導バルク１のボア内の磁場が乱れて磁場の均一性が失われる虞がある。例えば、超電導バルク１の温度が着磁温度Ｔ２（例えば５０Ｋ）であるときに取り出し工程を実施した場合、超電導バルク１のボア内の磁場の均一性が低下する度合いが大きい。このため、本実施形態では、上記過冷却工程にて超電導バルク１の温度をより低下させた状態で取り出し工程を実施して、より低い温度で超電導磁極１０が取り出される。このため取り出し時における超電導バルク１のボア内の磁場の均一性の乱れを抑制することができる。

（９）昇温・保持工程
昇温・保持工程では、取り出し工程の実施によって外部磁場発生装置１００から取り出された超電導磁極１０が備える超電導バルク１の温度が、過冷却温度Ｔｃｌ及び後述する使用温度Ｔ４よりも高く且つ着磁温度Ｔ２以下の調整温度Ｔ３になるように、ヒータ６の通電量が温度制御装置９により制御される。これにより、超電導バルク１の温度が調整温度Ｔ３に調整される。この場合、超電導バルク１の温度は、過冷却温度Ｔｃｌからそれよりも高い調整温度Ｔ３に昇温される。また、超電導バルク１の温度が調整温度Ｔ３に達した後に、超電導バルク１の温度が調整温度Ｔ３で一定時間保持されるように、ヒータ６の通電量が制御される。この昇温・保持工程が、本発明の温度調整工程に相当する。

調整温度Ｔ３は、着磁温度Ｔ２よりも５Ｋ低い温度（Ｔ２－５Ｋ）以上であり、且つ、着磁温度Ｔ２以下の温度であると良い。つまり、調整温度Ｔ３は、以下に示す温度範囲内の温度であるとよい。
Ｔ２－５Ｋ≦Ｔ３≦Ｔ２
例えば、着磁温度Ｔ２が５０Ｋである場合、調整温度Ｔ３は、４５Ｋ以上５０Ｋ以下の温度であるのがよい。なお、調整温度Ｔ３は、着磁温度Ｔ２に一致していてもよい。

（１０）着磁後冷却工程
着磁後冷却工程では、昇温・保持工程が完了した超電導バルク１の温度が、調整温度Ｔ３よりも低い使用温度Ｔ４になるように、ヒータ６の通電量が温度制御装置９により制御される。この場合、ヒータ６への通電を停止することにより、超電導バルク１の温度を冷却装置の最低到達温度まで冷却することができる。使用温度Ｔ４として、着磁温度Ｔ２が５０Ｋの場合、Ｔ４＝４０Ｋ程度を例示できる。使用温度Ｔ４は過冷却温度Ｔｃｌに等しくてもよい。

上記した工程を経て、超電導バルク１の着磁が完了する。図４は、上記工程のうち、予冷工程から着磁後冷却工程を経た超電導バルク１の温度履歴を示すグラフである。図５のグラフの横軸が時間であり、縦軸が超電導バルク１の温度である。また、図４には、時間の経過に対応して実施される各工程が示される。図４に示すように、予冷工程の開始から時間ｔ１が経過した時点で超電導バルク１の温度が温度Ｔ１にされる。また、時間ｔ１から時間ｔ２の間における超電導バルク１の温度は温度Ｔ１に調整されており、この間に磁場印加工程が実施される。

また、時間ｔ２から磁場中冷却工程が実施されて、時間ｔ３にて超電導バルク１の温度が着磁温度Ｔ２にされる。時間ｔ３から時間ｔ４の間における超電導バルク１の温度は着磁温度Ｔ２に調整されており、この間に減磁工程が実施されて、印加磁場が除去されるとともに、超電導バルク１が着磁される（磁場を捕捉する）。

時間ｔ４から過冷却工程が実施されて、時間ｔ５には、超電導バルク１の温度が過冷却温度Ｔｃｌに達している。時間ｔ５から時間ｔ６の間における超電導バルク１の温度は過冷却温度Ｔｃｌに調整されており、この間に取り出し工程が実施されて、超電導磁極１０が外部磁場発生装置１００から取り出される。

時間ｔ６から昇温・保持工程が実施されて、時間ｔ６ａの時点で超電導バルク１の温度が調整温度Ｔ３にされる。その後、時間ｔ７まで昇温・保持工程が実施される。時間ｔ６ａから時間ｔ７までの間、超電導バルク１の温度は調整温度Ｔ３に維持される。そして、時間ｔ７から着磁後冷却工程が実施されて、時間ｔ７ａにて超電導バルク１の温度が使用温度Ｔ４にされる。その後、超電導バルク１の温度が使用温度Ｔ４に維持される。超電導バルク１の温度が使用温度Ｔ４に維持された超電導磁極１０は、例えば、ＮＭＲ装置による試料の分子構造解析に利用される。

次に、超電導磁極１０を用いたＮＭＲ装置について簡単に説明する。図５は、ＮＭＲ装置２００の概略構成を示す図である。ＮＭＲ装置２００は、超電導磁極１０と、プローブ２１０と、分析装置２２０とを備える。プローブ２１０は、検出コイル２１２と、室温シムコイル２１３とを有する。室温シムコイル２１３の内側に検出コイル２１２が配設される。また、検出コイル２１２の内側に、測定すべき試料Ｐが入った試料管２１１が挿入される。

分析装置２２０は、高周波発生装置２２１、パルスプログラマ（送信器）２２２、高周波増幅器２２３、プリアンプ（信号増幅器）２２４、位相検波器２２５、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２６、及びコンピュータ２２７を備える。

また、超電導磁極１０の超電導バルク１は使用温度Ｔ４に冷却された状態で着磁されており、これにより室温ボア空間ＲＢに磁場が形成されている。また、室温ボア空間ＲＢにプローブ２１０が挿入される。ＮＭＲ装置２００にて試料Ｐの分子構造を分析する場合、試料Ｐが充填された試料管２１１をプローブ２１０に挿入する。これにより、磁場が形成された室温ボア空間ＲＢ内に試料Ｐが置かれる。すなわち磁場中に試料Ｐが置かれる。その後、高周波発生装置２２１を作動させる。すると、高周波発生装置２２１により発生された高周波パルスがパルスプログラマ２２２及び高周波増幅器２２３を経て検出コイル２１２に通電され、試料Ｐにパルス電磁波（ラジオ波）が照射される。磁場中に置かれた試料Ｐにラジオ波を照射させた場合に起きる核磁気共鳴により、試料Ｐのまわりに設けられた検出コイル２１２に微小電流が流れる。この微小電流を表す信号（ＮＭＲ信号）が、プリアンプ２２４、位相検波器２２５、Ａ／Ｄ変換器２２６を経てコンピュータ２２７に受け渡される。コンピュータ２２７は、受け渡されたＮＭＲ信号に基づいてＮＭＲスペクトルを算出する。得られたＮＭＲスペクトルから試料Ｐの分子構造が解析される。

ところで、超電導磁極１０を備えるＮＭＲ装置２００によって試料Ｐの分子構造を解析するに当たり、試料Ｐが置かれる室温ボア空間ＲＢの磁場のばらつきが大きいと、得られるＮＭＲスペクトルがブロードとなり、試料Ｐの分子構造を適切に識別することができない。よって、試料Ｐの分子構造を精度よく識別するためには、室温ボア空間ＲＢの磁場がより均一であることが好ましい。

特に、複雑な分子構造を持つ試料を解析するためには、測定時に室温ボア空間ＲＢ内の磁場のばらつきが０．００１ｐｐｍ以下であるという高い磁場の均一性が要求される。磁場のばらつきが０．００１ｐｐｍ以下の極めて均一性が高い磁場空間は、最終的には、プローブ２１０の室温シムコイル２１３で磁場を調整することにより達成されるが、室温シムコイル２１３で調整する前の磁場の均一性のレベルが低い場合、いくら室温シムコイル２１３によって磁場を調整しても、上記したレベルの均一性を達成することができない。従って、室温シムコイル２１３での磁場の調整前であっても、室温ボア空間ＲＢ内の磁場の均一性がある一定のレベルに達していなければならない。そのために、従来では、特許文献１乃至３に記載の技術のように、超電導バルクの形状を工夫したり、或いは内挿超電導円筒部材を用いたりして、室温ボア空間内の磁場の均一性を高めていた。

しかし、上記特許文献１乃至３の技術を用いても、第二種超電導体からなる超電導バルクの製造方法に由来する磁場の不均一性まで改善するには至らない。第二種超電導体からなる超電導バルクは、一般的に溶融凝固法により製造されるが、その方法により製造される超電導バルク内でピン止め点を完全に均一に分散配置させることは困難であり、その結果、ピン止め点が超電導バルク内に偏在してしまう。超電導バルクが着磁されたときにはピン止め点にて磁場（磁束線）が拘束されるため、ピン止め点が超電導バルク内で偏在している場合、捕捉（拘束）される磁場の密度が一様でなく、これにより、磁場の均一性が悪化する。このような磁場の均一性の悪化を従来技術では改善することはできない。

これに対し、本実施形態では、超電導バルクの製造方法に由来する磁場の不均一性が改善されるために、室温ボア空間内の磁場の均一性がより高められる。この理由について以下に説明する。

超電導バルクを超電導遷移温度Ｔｃ以下の温度に冷却した後に印加磁場を除去する磁場中冷却法では、減磁工程の実施時に超電導バルクに磁場が捕捉される。このとき、超電導バルクに残った磁束線は、上述したように超電導バルクに存在するピン止め点に拘束される。従って、ピン止め点が偏在している場合、捕捉される磁場の均一性が乱れる。

一般に、超電導バルク内に捕捉された複数の磁束線は、互いの反発力によって等間隔（均等）に配列しようとする。そのため、磁束線のピン止め力（ピン止め点における拘束力）が弱い場合には、時間の経過とともに少しずつ超電導バルク１内で磁束線が再配列して等間隔になろうとする。しかし、ピン止め力が強い場合には、再配列しようとする磁束線の動きが抑制される。また、ピン止め力は、温度に影響し、温度が低いほど大きい。そのため、過冷却した状態では磁束線の再配列は進みにくくなる。つまり、ピン止め点の偏在が原因で生じた磁束線の分布の乱れは、過冷却した状態で固定されてしまう。

逆に、ピン止め力は、温度が高いほど小さい。本実施形態においてはこの点に着目し、超電導バルク１の着磁後に、昇温・保持工程（温度調整工程）を実施している。昇温・保持工程では、超電導バルク１の温度が、その前後に実施される工程にて設定される温度よりも高い調整温度Ｔ３に一旦調整される。つまり、超電導バルク１の着磁後に、超電導バルク１の温度が、その前に設定される温度（過冷却温度Ｔｃｌ）或いはその後に設定される温度（使用温度Ｔ４）よりも高い温度に一旦調整される。そのため、昇温・保持工程の実施中にピン止め力が低下し、ピン止め点における磁束線の拘束が緩和される。これにより、ピン止め点にて拘束されている磁束線が動きやすくなり、その結果、一部の磁束線が動いて等間隔に配列しなおす。つまり、磁束線が再配列する。再配列後の磁場の均一性は、再配列前の磁場の均一性よりも高い。このようにしてより磁場が均一化されると考えられる。

ただし、昇温・保持工程の実施中に超電導バルク１の温度を上げ過ぎると、磁束線が自由に動き回る結果、捕捉した磁束線が超電導バルク１から排除されてしまい、捕捉磁場強度が低下する。この点に関し、本実施形態では、昇温・保持工程における超電導バルク１の調整温度Ｔ３が着磁温度Ｔ２以下に設定される。このため、捕捉した磁場が超電導バルク１から多量に排除されて、捕捉磁場強度が低下することを抑制できる。

このような、昇温・保持工程の実施（すなわち温度調整工程の実施）による磁場の均一性の改善効果は、以下の実証実験により証明されている。

（実施例１）
図２に示す超電導磁極１０を用意した。なお、超電導バルク１の材質は、ＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系超電導体（超電導遷移温度Ｔｃ＝９３Ｋ）である。また、超電導バルク１のうち端側超電導バルクの内径は３２ｍｍ、外径は６４ｍｍであり、中央側超電導バルクの内径は４０ｍｍ、外径は６４ｍｍである。また、室温ボア空間ＲＢの径は２３ｍｍである。

次いで、用意した超電導磁極１０の密閉空間ＣＳ内を１×１０^－３Ｐａ以下の気圧に減圧した（減圧工程）。次に、減圧工程が完了した超電導磁極１０を、図３に示すように外部磁場発生装置１００の挿入空間１０３に挿入した（挿入工程）。続いて、超電導磁極１０の冷却装置２を作動させるとともにヒータ６に通電し、さらに温度制御装置９でヒータ６の通電量を制御することにより、超電導バルク１の温度をその超電導遷移温度Ｔｃよりも高い１００Ｋ（Ｔ１）に調整した（予冷工程）。そして、その状態で、超電導コイル１０４を４．７Ｔに励磁して、超電導バルク１に磁場を印加した（磁場印加工程）。また、超電導コイル１０４で印加した磁場の均一性を超電導シムコイル１０５で調整した。これにより、室温ボア空間ＲＢの中心のφ６．９ｍｍ×高さＬ１０ｍｍの空間（試料空間）の磁場の均一性が、水のＮＭＲスペクトルの^１Ｈピークの半値幅が１ｐｐｍ以下になるように、調整された。なお、この調整は、試料空間内に補正用のプローブを配置し、プローブに水を充填した試料管を挿入して水のＮＭＲスペクトルを測定し、測定した水のＮＭＲスペクトルの^１Ｈピークの半値幅が上記範囲内になるように、ＮＭＲスペクトルを測定しながら超電導シムコイル１０５を制御することによりなされる。

磁場印加工程が完了した後に、試料空間から補正用プローブを取り出した。その後、超電導バルク１に印加されて均一性が調整された磁場を維持しながら、ヒータ６の通電量を制御して、超電導バルク１を５０Ｋ（着磁温度Ｔ２）まで冷却した（磁場中冷却工程）。次いで、超電導バルク１の温度が５０Ｋである状態を維持しながら、印加磁場を０まで下げた（減磁工程）。その後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を低下させ、温度が安定するまで待った（過冷却工程）。そして、超電導バルク１の温度が安定した後に、超電導磁極１０を外部磁場発生装置１００から取り出した（取り出し工程）。取り出し時の超電導バルク１の温度は３９Ｋであった。すなわち過冷却温度Ｔｃｌは３９Ｋである。

次いで、取り出した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、昇温速度１０Ｋ／Ｈで超電導バルク１の温度を過冷却温度Ｔｃｌ（３９Ｋ）から４８．５Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温させた。超電導バルク１の温度が４８．５Ｋ（調整温度Ｔ３）に達したら、その温度で超電導バルク１を１０時間保持した（昇温・保持工程）。その後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再度３９Ｋ（使用温度Ｔ４）にまで低下させた（着磁後冷却工程）。

以上の工程を経た超電導磁極１０の室温ボア空間ＲＢ内に、測定用のプローブ２１０を挿入して固定した。このプローブ２１０に、測定すべき試料Ｐとしてのクロトン酸エチルを充填した試料管２１１を挿入した。プローブ２１０は分析装置２２０に接続されている。このような構成で、試料のＮＭＲスペクトルを測定した。なお、測定時における超電導バルク１の温度は３９Ｋ（使用温度Ｔ４）である。

（比較例）
実施例１と同様の超電導磁極１０を用い、実施例１と同様の減圧工程、挿入工程、予冷工程、磁場印加工程、磁場中冷却工程、減磁工程、過冷却工程、取り出し工程を実施した。その後、昇温・保持工程及び着磁後冷却工程を行うことなく、実施例１と同様な方法で、試料Ｐ（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを測定した。なお、測定時における超電導バルク１の温度は３９Ｋ（過冷却温度Ｔｃｌ）である。

図６は、実施例１にて測定したＮＭＲスペクトル（実施例スペクトル）であり、図７は、比較例にて測定したＮＭＲスペクトル（比較例スペクトル）である。なお、図６及び図７には、測定した試料であるクロトン酸エチルの化学構造式が示されている。また図６及び図７のスペクトルの複数のピークに付記された数字は、クロトン酸エチルの化学構造式中の数字により示される官能基に対応する。例えば、図６及び図７中の数字１，７に対応するピークは、クロトン酸エチルの両末端のエチル基に対応する。

図６と図７とを比較して明らかなように、実施例スペクトルに表されるピーク（図６）は、比較例スペクトルに表されるピーク（図７）よりもシャープである。また、比較例スペクトルには、分子構造を特定するピークの両サイドにサイドバンドと呼ばれる不必要なピークが多数出現していることが確認されるのに対し、実施例スペクトルに出現するサイドバンドの個数は少なく、その高さも低いのがわかる。このことから、本実施例によれば、測定されるＮＭＲスペクトルの精度が大幅に改善されたことがわかる。ＮＭＲスペクトルの精度の改善は、測定時に室温ボア空間ＲＢ内の磁場の均一性が高められていることに起因すると考えられる。つまり、実施例１に示す超電導バルク１の着磁方法により、より詳細には昇温・保持工程（温度調整工程）の実施により、室温ボア空間ＲＢ内の磁場の均一性が向上したことがわかる。

（実施例２）
実施例１と同様の超電導磁極１０を用い、実施例１と同様の減圧工程、挿入工程、予冷工程、磁場印加工程、磁場中冷却工程、減磁工程、過冷却工程、取り出し工程を実施した。その後、昇温・保持工程及び着磁後冷却工程を行うことなく、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを基準スペクトルとして測定した。

続いて、基準スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４６Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、直ちにヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋ（使用温度Ｔ４）まで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第一スペクトルとして測定した。

続いて、第一スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４６Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４６Ｋで１時間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第二スペクトルとして測定した。

続いて、第二スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４７Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４７Ｋで１時間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第三スペクトルとして測定した。

続いて、第三スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４７．５Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４７．５Ｋで１時間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第四スペクトルとして測定した。

続いて、第四スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４８Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４８Ｋで１時間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第五スペクトルとして測定した。

続いて、第五スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４８．５Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４８．５Ｋで１時間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第六スペクトルとして測定した。

続いて、第六スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４８．５Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４８．５Ｋで１０時間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第七スペクトルとして測定した。

続いて、第七スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４６Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４６Ｋで５日間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第八スペクトルとして測定した。

続いて、第八スペクトルの測定に供した超電導磁極１０のヒータ６を作動させるとともにその通電量を制御して、超電導バルク１の温度を３９Ｋから４７Ｋ（調整温度Ｔ３）まで昇温速度１０Ｋ／Ｈで昇温させた。昇温完了後、超電導バルク１の温度を４７Ｋで７日間保持した（昇温・保持工程）。昇温・保持工程の完了後、ヒータ６の通電を停止して、超電導バルク１の温度を再び３９Ｋまで低下させた（着磁後冷却工程）。その後、実施例１と同様な方法で、試料（クロトン酸エチル）のＮＭＲスペクトルを第九スペクトルとして測定した。

このように、実施例２では、まず、昇温・保持工程を実施しない場合についてのＮＭＲスペクトルを基準スペクトルとして測定し、その後、様々な条件の昇温・保持工程（保持時間ゼロも含む）及び着磁後冷却工程を連続的に繰り返し実施して、それぞれの昇温・保持工程が実施された場合についてのＮＭＲスペクトルを第一スペクトル乃至第九スペクトルとして測定した。なお、各ＮＭＲスペクトルの測定時における超電導バルクの温度は、いずれも３９Ｋである。基準スペクトル、及び、第一乃至第九スペクトルを測定する際における昇温・保持工程の各条件（調整温度Ｔ３、保持時間）を、表１に示す。

図８は、実施例２に係る基準スペクトル、第三スペクトル、第七スペクトル、第八スペクトル、及び第九スペクトルを併記した図である。また、図９は、図８中の、化学シフト０．５ｐｐｍ～２．５ｐｐｍ付近のスペクトルを示す拡大図である。図８及び図９からわかるように、第三、第七、第八、第九スペクトルに表されるピークは、基準スペクトルに表されるピークに比べてシャープであり、ブロードノイズ（ピークの裾野部分の広がり）が減少している。また、特に図９からわかるように、昇温・保持工程を繰り返すにつれて、ピークの分離が顕著になり、且つ、ブロードノイズ及びサイドバンドが減少していくことがわかる。このことからも、本実施例の昇温・保持工程の実施により、磁場の均一性が向上することがわかる。

以上のように、本実施形態に係る超電導バルク１の着磁方法は、第二種超電導体からなり円筒状に形成された超電導バルク１の超電導遷移温度Ｔｃよりも高い温度Ｔ１にて、超電導バルク１のボアの磁場が均一となる磁場Ｈ０を超電導バルク１に印加する磁場印加工程と、超電導バルク１に磁場Ｈ０が印加された状態で、超電導バルク１を超電導遷移温度Ｔｃよりも低い着磁温度Ｔ２まで冷却する磁場中冷却工程と、超電導バルク１の温度を着磁温度Ｔ２に維持したまま、超電導バルク１に印加された磁場Ｈ０を除去する減磁工程と、超電導バルク１の温度を、着磁温度Ｔ２以下の調整温度Ｔ３に調整する温度調整工程（昇温・保持工程）と、超電導バルク１の温度を、調整温度Ｔ３よりも低い使用温度Ｔ４まで冷却する着磁後冷却工程と、を含む。

本実施形態に係る超電導バルクの着磁方法によれば、減磁工程にて超電導バルク１が着磁された後に温度調整工程（昇温・保持工程）を実施することにより、超電導バルク１の製造方法に由来する磁場の不均一性を改善することができる。このため、より一層、磁場の均一性を高めることができる。

また、実施例２に示すように、第一スペクトル乃至第九スペクトルを得る際における調整温度Ｔ３が、４６Ｋ～４８．５Ｋである。着磁温度が５０Ｋであるので、上記の調整温度Ｔ３の範囲は、着磁温度Ｔ２（＝５０Ｋ）よりも５Ｋ低い温度（Ｔ２－５）以上であり、且つ、調整温度（Ｔ２）以下である。調整温度（Ｔ３）を上記した範囲内に設定することにより、磁場の均一性の改善効果を高めることができるとともに、磁場強度の低下を抑えることができる。なお、調整温度Ｔ３が上記範囲未満の温度であると磁場の均一性の改善効果を高めることができず、調整温度Ｔ３が上記範囲よりも高い温度であると磁場強度の低下が大きくなる。

また、実施例２の第二スペクトル乃至第九スペクトルを得る際における温度調整工程（昇温・保持工程）では、超電導バルク１の温度を調整温度Ｔ３で一定時間保持している。このように超電導バルク１の温度を調整温度Ｔ３で所定時間保持することにより、より磁場の均一性を高めることができる。

また、実施例２に示すように、温度調整工程及び着磁後冷却工程が、複数回繰り返されることにより、より磁場の均一性を高めることができる。この場合、複数回繰り返される温度調整工程における各調整温度（Ｔ３）は、一定でもよいし、異なっていても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、減磁工程で超電導バルク１を着磁した後に過冷却工程を実施し、その後、取り出し工程を実施して超電導磁極１０を外部磁場発生装置１００から取り出し、その後に温度調整工程（昇温・保持工程）が実施される。つまり、温度調整工程は、超電導磁極１０を外部磁場発生装置１００から取り外した後に実行される。この場合、温度調整工程では、超電導バルク１の温度が過冷却温度Ｔｃｌから調整温度Ｔ３まで昇温される。しかしながら、超電導磁極１０を外部磁場発生装置１００から取り出す前に、すなわち超電導磁極１０が外部磁場発生装置１００に挿入された状態で、温度調整工程を実施することもできる。この場合、温度調整工程の実施前に過冷却工程及び取り出し工程を行う必要はなく、温度調整工程の実施後に着磁後冷却工程を実施して超電導バルク１の温度を使用温度Ｔ４まで冷却した状態で、超電導磁極１０を外部磁場発生装置１００から取り出せばよい。またこの場合、超電導バルク１の温度が着磁温度Ｔ２に維持された状態（すなわち調整温度Ｔ３が着磁温度Ｔ２に等しい状態）で温度調整工程が実施されるか、あるいは、超電導バルク１の温度が着磁温度Ｔ２から調整温度Ｔ３に降温された状態で温度調整工程が実施される。

また、本発明に係る温度調整工程は、超電導バルクの温度を調整温度Ｔ３で一定時間保持しなくてもよい。例えば、温度調整工程が昇温・保持工程である場合、上記実施例２の第一スペクトルを得る際に実施した着磁方法のように、超電導バルクの温度が調整温度Ｔ３に達したら、直ちに着磁後冷却工程を実施してもよい。この場合であっても、超電導バルクが調整温度Ｔ３に一旦調整されたことによって、超電導バルクのボア内の磁場均一性を高める効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、円筒状の超電導バルク１のボアの中央部分の径が端部分の径よりも大きくなるように、超電導バルク１が形成されているが、ボアの径が一定の超電導バルク１に対しても、本発明の着磁方法を適用することができる。また、上記実施形態では、内周側に内挿超電導円筒部材４が設けられている超電導バルク１を着磁する例を示したが、内挿超電導円筒部材４が設けられていない超電導バルク１に対しても、本発明の着磁方法を適用することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて変形可能である。

１…超電導バルク、２…冷却装置、３…コールドヘッド、４…内挿超電導円筒部材、５…室温ボアケース、６…ヒータ、７…温度センサ、８…真空断熱容器、９…温度制御装置、１０…超電導磁極、１００…外部磁場発生装置、１０３…挿入空間、１０４…着磁用コイル、１０５…超電導シムコイル、２００…ＮＭＲ装置、２１０…プローブ、２１１…試料管、２１２…検出コイル、２１３…室温シムコイル、２２０…分析装置、ＲＢ…室温ボア空間

Claims (5)

1. 第二種超電導体からなり円筒状に形成された超電導バルクの超電導遷移温度（Ｔｃ）よりも高い温度（Ｔ１）にて、前記超電導バルクの内周空間の磁場が均一となる磁場（Ｈ０）を前記超電導バルクに印加する磁場印加工程と、
   前記超電導バルクに磁場（Ｈ０）が印加された状態で、前記超電導バルクを超電導遷移温度（Ｔｃ）よりも低い着磁温度（Ｔ２）まで冷却する磁場中冷却工程と、
   前記超電導バルクの温度を前記着磁温度（Ｔ２）に維持したまま、前記超電導バルクに印加された磁場（Ｈ０）を除去する減磁工程と、
   前記超電導バルクの温度を、前記着磁温度（Ｔ２）以下の調整温度（Ｔ３）に調整する温度調整工程と、
   前記超電導バルクの温度を、前記調整温度（Ｔ３）よりも低い使用温度（Ｔ４）まで冷却する着磁後冷却工程と、
   を含み、
   前記温度調整工程が、前記減磁工程の完了後に実施される、
   超電導バルクの着磁方法。
2. 請求項１に記載の超電導バルクの着磁方法において、
   前記減磁工程の後に前記超電導バルクの温度を前記調整温度よりも低い過冷却温度（Ｔｃｌ）まで冷却する過冷却工程を含み、
   前記温度調整工程は、前記過冷却工程の後に実施され、前記超電導バルクの温度を前記過冷却温度（Ｔｃｌ）から前記調整温度まで昇温させる工程を含む、超電導バルクの着磁方法。
3. 請求項１又は２に記載の超電導バルクの着磁方法において、
   前記調整温度（Ｔ３）が、前記着磁温度（Ｔ２）よりも５Ｋ低い温度（Ｔ２－５）以上であり、且つ、前記着磁温度（Ｔ２）以下である、超電導バルクの着磁方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超電導バルクの着磁方法において、
   前記温度調整工程は、前記超電導バルクの温度を前記調整温度で一定時間保持する工程を含む、超電導バルクの着磁方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超電導バルクの着磁方法において、
   前記温度調整工程及び前記着磁後冷却工程が、複数回繰り返される、超電導バルクの着磁方法。
   

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