JP7181529B2 - 磁場発生装置及び核磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場発生装置及び核磁気共鳴装置に関する。

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（ラジオ波）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。

強磁場を発生させるために、磁場発生装置に塊（バルク）状の超電導体が用いられることがある。この場合、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（超電導バルク）が好ましく用いられる。

特許文献１は、円筒状の超電導バルクを用いた磁場発生装置を開示する。この磁場発生装置によれば、円筒状の超電導バルクの内周空間に、測定試料が置かれる室温ボア空間が確保できるように、超電導バルクを収納する真空断熱容器が設計されている。また円筒状の超電導バルクは冷凍機のコールドヘッド上に載置される。このため冷凍機にて生成した冷熱がコールドヘッドを介して超電導バルクに伝達されて、超電導バルクが超電導遷移温度以下の温度に冷却される。超電導遷移温度以下の温度に冷却された超電導バルクが外部磁場を捕捉することにより、磁場が発生する。こうして発生する磁場によって、室温ボア空間が静磁場空間にされる。

特許文献１記載の磁場発生装置のように超電導体を冷凍機により冷却することにより、液体ヘリウム等の寒剤を用いることなく超電導体を超電導遷移温度以下の温度に冷却することができる。このため核磁気共鳴装置のコンパクト化に資することができる。

特開２００２－００６０２１号公報

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に開示の磁場発生装置によれば、超電導体の下側に冷凍機のコールドヘッドが配設される。コールドヘッドは超電導体の下方領域の全体に配設されており、超電導体の内周側に形成される室温ボア空間の下方領域はコールドヘッドにより塞がれる。このため、この磁場発生装置をＮＭＲ装置に組み込んだ場合、測定試料が入った試料管やＮＭＲ信号を検出するための検出ユニット（プローブユニット）を室温ボア空間に配設するにあたり、室温ボア空間の上方端からこれらを室温ボア空間に挿入しなければならない。この場合、試料管が室温ボア空間の上方端から室温ボア空間に挿入されると、挿入された試料管によって室温ボア空間の上方端側の空間のかなりの部分が占有されるため、その後に室温ボア空間に上方端から挿入することができる検出ユニットの大きさが制限される。

また、検出ユニットは、ＮＭＲ信号を検出する検出コイルと、検出コイルにより検出されたＮＭＲ信号の共鳴信号を得るための同調回路を有する。このうち検出コイルは測定試料の近傍に配置しなければならないので、室温ボア空間内に配設される。一方、同調回路は比較的大きいために、室温ボア空間の上方端から室温ボア空間に挿入しようとしても、試料管に干渉してしまうため挿入することができない。つまり、同調回路を、試料管が挿入された側の端部から室温ボア空間に挿入することができない。
また、同調回路を室温ボア空間に挿入してから試料管を挿入すれば、試料管に干渉することなく同調回路に挿入することが可能である。しかしながらこの場合、室温ボア空間内に挿入された同調回路を外部から操作するために同調回路に接続されたガイドワイヤ等の操作手段を室温ボア空間の上方端側から外部に導出するためのスペースを室温ボア空間内に確保することができない。つまり、同調回路を室温ボア空間内に配設できたとしても、その同調回路を操作することができない。そのため同調回路は従来では室温ボア空間の外部に配設される。例えば、同調回路は、磁場発生装置の上部に配設される。

同調回路を室温ボア空間の外部に配設した場合、検出コイルと同調回路との距離が長くなる。それに伴い、検出コイルと同調回路とを電気的に接続する伝送線の長さが長くなる。また、同調回路は、ＮＭＲ信号の感度を調整するための可変容量コンデンサを有しており、可変容量コンデンサの容量を調整することで、ＮＭＲ信号の感度が調整される。ところが、検出コイルと同調回路とを接続する伝送線の長さが長くなると、伝送線の持つ浮遊容量が大きくなってＮＭＲ信号の感度の調整に悪影響を及ぼす。その結果、ＮＭＲ信号の感度が低下する。

そこで本発明は上記実情に鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、冷凍機により冷却される円筒状の超電導体を有する磁場発生装置を核磁気共鳴装置に用いた場合に、検出コイルと同調回路との間の距離が長いことに起因したＮＭＲ信号の感度の低下が抑えられるように構成される磁場発生装置、及び、そのように構成された磁場発生装置を有する核磁気共鳴装置を提供することを、目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明に係る磁場発生装置は、冷熱を生成する冷凍機（１０）と、冷凍機により生成された冷熱が伝達されるコールドヘッド（２０）と、円筒状に形成されるとともに、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で磁場を捕捉することにより磁場を発生する超電導体（４０）と、コールドヘッドから延設されるとともにその延設端にて超電導体に熱的接触したコールドヘッド延長部（３１，３２）と、コールドヘッド、コールドヘッド延長部、及び超電導体を収容する内部空間を有する真空断熱容器（５０）と、を備える。また、超電導体の内周側に、超電導体の軸方向に沿って、内部空間とは空間的に隔絶され、一方端が外部に開口した室温ボア空間（ＢＳ）が形成されており、コールドヘッドと室温ボア空間の間に、室温ボア空間の他方端に連通し、外部に開口した連通空間（ＣＳ）が形成されている。そして、コールドヘッドを超電導体の軸方向に投影した投影空間内で、室温ボア空間の両端が外部に連通している。

本発明によれば、円筒状の超電導体の内周側に設けられる室温ボア空間の両端が外部に連通する。このため両端のいずれからも室温ボア空間にアクセスすることができる。よって、室温ボア空間の一方端側から例えば測定試料が入れられた試料管を室温ボア空間に挿入し、室温ボア空間の他方端側から検出ユニットの検出コイル及び同調回路を室温ボア空間に挿入することができる。このとき、同調回路は、試料管の挿入端部とは反対側の端部から室温ボア空間に挿入されるので、試料管に干渉することなく同調回路を室温ボア空間に挿入して、所望の位置に配設することができる。こうして室温ボア空間に検出コイル及び同調回路を配設した場合、検出コイルと同調回路との間の距離が、従来よりも短縮される。よって、検出コイルと同調回路との距離が長いことに起因した、ＮＭＲ信号の感度の低下を抑えることができる。また、室温ボア空間の両端のうち試料管の挿入端部とは反対側の端部領域（反対側端部領域）には検出コイルや試料管が配設されていないスペースが存在する。よって、この反対側端部領域を通じて室温ボア空間内の同調回路に接続されたガイドワイヤ等の操作手段を外部に導出することができる。このため室温ボア空間内の同調回路を外部から操作して、ＮＭＲ信号の感度を調整することができる。

この場合、真空断熱容器は、超電導体が内部に配設される第一内部空間（Ｓ１）が形成された第一容器部（５１）と、コールドヘッド延長部が内部に配設されるとともに第一内部空間に連通する第二内部空間（Ｓ２）が形成された第二容器部（５２）と、コールドヘッドが内部に配設されるとともに第二内部空間に連通する第三内部空間（Ｓ３）が形成された第三容器部（５３）と、を有するとよい。また、第一容器部は、超電導体の外周面に対面する外周壁部（５１１）と、超電導体の内周面に対面する内周壁部（５１２）とを有し、外周壁部と内周壁部により囲まれた空間により第一内部空間が形成され、内周壁部の内周側の空間により室温ボア空間が形成されるとよい。また、室温ボア空間は、その一方端にて外部に開口し、超電導体の軸方向に延設されるとともに第一容器部を貫通するように構成されるとよい。そして、第二容器部に連通空間（ＣＳ）が形成されているとよい。

これによれば、超電導体とコールドヘッドとの間にコールドヘッド延長部を介在させ、このコールドヘッド延長部を収容する真空断熱容器の第二容器部に、外部に開口するとともに室温ボア空間の他方端に連通する連通空間が形成される。このように構成することにより、室温ボア空間の一方端が外部に開口するとともに、室温ボア空間の他方端が連通空間を通じて外部に開口する。このため、外部に開口した連通空間を通じて、検出ユニットの検出コイル及び同調回路を室温ボア空間の他方端側から室温ボア空間に挿入することができる。また、室温ボア空間内の同調回路に接続された操作手段を、室温ボア空間の他方端側の領域から連通空間を通じて外部に導出することができる。そして、導出された操作手段により、室温ボア空間内の同調回路を操作して、ＮＭＲ信号の感度を調整することができる。

さらにこの場合、超電導体の軸方向に垂直な連通空間の断面積が、超電導体の軸方向に垂直な室温ボア空間の断面積よりも大きくなるように、連通空間が形成されているとよい。これによれば、連通空間の断面積が大きいので、連通空間を通じて検出コイル及び同調回路を室温ボア空間に挿入するための作業がしやすい。つまり、検出コイル及び同調回路を室温ボア空間に挿入する作業性を向上させることができる。

コールドヘッド延長部は、コールドヘッドから互いに平行に延設された一対の棒状延長部（３１，３１）により構成されていてもよい。この場合、第二容器部は、一方の棒状延長部が収容される第一収容空間（Ｓ２１）が内部に形成された第一収容部（５２ａ）と、他方の棒状延長部が収容される第二収容空間（Ｓ２２）が内部に形成された第二収容部（５２ａ）とを有し、第一収容空間及び第二収容空間により第二内部空間が形成され、連通空間は、第一収容部と第二収容部との間の空間により形成されるとよい。これによれば、一対の棒状延長部が内部に配設される第二容器部の第一収容部と第二収容部との間の空間を利用して、室温ボア空間に連通した連通空間を形成することができる。

この場合、連通空間は、超電導体の軸方向に直交する方向に沿って第二容器部を貫通するように形成されているとよい。これによれば、連通空間の両端が外部に開口することになるので、連通空間のいずれの端部からも連通空間にアクセスすることができる。このため、連通空間を通じて室温ボア空間に検出ユニットを配設する際における作業性をより向上させることができる。

また、本発明は、上記構成の磁場発生装置と、室温ボア空間内に配設され、室温ボア空間に静磁場を印加しているときに室温ボア空間内の測定試料にラジオ波を印加した場合に生じるＮＭＲ信号を検出する検出コイル（８３）と、室温ボア空間内に配設され、検出コイルにて検出されたＮＭＲ信号の共鳴信号を得るための同調回路（８４）と、を備える、核磁気共鳴装置を提供する。

本発明によれば、室温ボア空間内に検出コイル及び同調回路が共に配設されているため、検出コイルと同調回路との間の距離を短くすることができる。このため、検出コイルと同調回路との間の距離が長いことに起因する、ＮＭＲ信号の感度の低下を抑えることができる。

この場合、同調回路は、室温ボア空間の両端のうち測定試料が入った試料管が室温ボア空間に挿入される端部とは反対側の端部と、試料管が配設されている位置との間の領域に配設されるとよい。また、同調回路は、試料管の直下位置に配設されるとよい。これによれば、検出コイルと同調回路との間の距離をより短くすることができる。このため、検出コイルと同調回路との間の距離が長いことに起因する、ＮＭＲ信号の感度の低下をより一層抑えることができる。

図１は、第一実施形態に係る磁場発生装置の側面図である。 図２は、第一実施形態に係る磁場発生装置の正面図である。 図３は、図１のIII－III線断面図である。 図４は、図２のIV－IV線断面図である。 図５は、図３のV－V線断面図である。 図６は、連通空間付近の構造を模式的に示す斜視図である。 図７は、第一実施形態に係る磁場発生装置を組み込んだ核磁気共鳴装置の概略図である。 図８は、第一実施形態に係る磁場発生装置を組み込んだ核磁気共鳴装置の概略図である。 図９は、分析装置８６の構成を概略的に示す図である。 図１０は、伝送線の長さと、ＮＭＲ信号の感度との関係を示すグラフである。 図１１は、第二実施形態に係る磁場発生装置の側面図である。 図１２は、第二実施形態に係る磁場発生装置の正面図である。 図１３は、図１１のXIII－XIII線断面図である。 図１４は、図１２のXIV－XVI線断面図である。 図１５は、図１４のXV－XV線断面図である。 図１６は、第二実施形態に係る磁場発生装置を組み込んだ核磁気共鳴装置の概略図である。 図１７は、第三実施形態に係る磁場発生装置を組み込んだ核磁気共鳴装置の概略図である。 図１８は、同調回路の電気的構成を示す図である。 図１９は、従来の磁場発生装置を組み込んだ核磁気共鳴装置の構成の概略図である。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る磁場発生装置１００の側面図であり、図２は磁場発生装置１００の正面図である。図１及び図２に示すように、磁場発生装置１００は、冷凍機１０と、コールドヘッド２０と、コールドヘッド延長部としての一対の棒状延長部３１，３１と、超電導体４０と、真空断熱容器５０とを備える。

冷凍機１０は、冷熱を生成する機能を有する。冷凍機１０として、例えば、ＧＭ冷凍機、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機、等を例示することができる。

図３は、図１のIII－III線断面図であり、図４は、図２のIV－IV線断面図である。図３によく示すように、冷凍機１０の上部にコールドヘッド２０が取り付けられる。コールドヘッド２０は熱伝導率の良好な材質、例えば銅により構成され、冷凍機１０にて生成された冷熱が伝達される。コールドヘッド２０は、円柱部２１及びステージ部２２を有する。円柱部２１はその下端面にて冷凍機１０の上部に設けられている図略の低温生成部に接続されており、冷凍機１０の上部（低温生成部）から上方に延設される。ステージ部２２は円柱部２１の上方端に接続される。ステージ部２２は厚み方向が上下方向に一致するような平板形状を呈する。

コールドヘッド２０のステージ部２２上にコールドヘッド延長部としての一対の棒状延長部３１，３１が接続される。一対の棒状延長部３１，３１は、ステージ部２２の図３において両端部分にそれぞれ配設されており、ステージ部２２から上方に向かって互いに平行に延設される。一対の棒状延長部３１，３１は、熱伝導率の良好な材質、例えば銅により構成される。

一対の棒状延長部３１，３１の上端に、リング状のスペーサ６１が接続される。スペーサ６１は、上下方向に沿った軸を持つリング状に形成される。スペーサ６１は、熱伝導率の良好な材質、例えば銅により構成される。このリング状のスペーサ６１の上面に、超電導体４０が配設される。従って、一対の棒状延長部３１，３１は、ステージ部２２から延設されるとともにその延設端にてスペーサ６１を介して超電導体４０に熱的接触することになる。

超電導体４０は、第二種超電導体からなる超電導バルクであり、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体４０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体４０が形成される。また、超電導体４０は、本実施形態では、複数（図３及び図４では４個）の円筒状の超電導バルクを軸方向に沿って積み重ねることにより形成される。超電導体４０は、一つの超電導バルクによって形成されていてもよい。

また、超電導体４０の外周面及び上端面を覆うように、ホルダ６２が超電導体４０に対して配設される。ホルダ６２は、超電導体４０の外周面を覆う円筒部分６２ａと、円筒部分６２ａの上端から超電導体４０の径内方に延設されて、超電導体４０の上端面を覆うリング状の蓋部分６２ｂとを有する。ホルダ６２によって超電導体４０が保持される。

真空断熱容器５０は、コールドヘッド２０、棒状延長部３１、超電導体４０を覆うように冷凍機１０の上部に配設される。真空断熱容器５０の外形形状は図１乃至図４において上下方向に軸を持つ円筒形状である。真空断熱容器５０は内部空間を有し、内部空間を外部に対して断熱することができるような材質により構成される。そして、外部と断熱される真空断熱容器５０の内部空間に、コールドヘッド２０、棒状延長部３１、超電導体４０、が収容される。

図３及び図４に示すように、真空断熱容器５０は、第一容器部５１、第二容器部５２、第三容器部５３を有し、これらの容器部が上から順に設けられる。

第三容器部５３は、円筒状に形成され、その下端が冷凍機１０の上面に気密的に接続されるとともに冷凍機１０の上面から上方に延設される。この第三容器部５３の内部空間である第三内部空間Ｓ３内に冷凍機１０の上部に設けられるコールドヘッド２０が配設される。

第三容器部５３の上部に第二容器部５２が設けられる。図５は、図３のV－V線断面図である。図５には、第二容器部５２の断面形状が表される。図５に示すように、第二容器部５２は、外周壁部５２１と、一対の内側壁部５２２ａ，５２２ｂと、上壁部５２３とを有する。また、図３及び図４に示すように、第二容器部５２は、上壁部５２３の下方に形成されるとともに上壁部５２３に対面した底壁部５２４を有する。

外周壁部５２１は円筒形状を呈し、その下端が図３及び図４に示すように第三容器部５３の上端に気密的に接続される。また、外周壁部５２１には、一対の開口５２５，５２５が形成される。一対の開口５２５，５２５は、図５に示すように外周壁部５２１の周方向において１８０°ずれた２か所の位置に形成される。このため一対の開口５２５，５２５は、外周壁部５２１の径方向に沿って対面するように設けられる。一対の開口５２５，５２５は同一形状であり、本実施形態においては、その形状は、図２に示すように矩形状である。

また、図５に示すように、一対の開口５２５，５２５によって、外周壁部５２１が、断面円弧上の２つの円弧部分５２１ａ，５２１ｂに分けられる。そして、一方の円弧部分５２１ａの周方向における両端が一方の内側壁部５２２ａにより接続され、他方の円弧部分５２１ｂの周方向における両端が他方の内側壁部５２２ｂにより接続される。このため一方の円弧部分５２１ａと一方の内側壁部５２２ａによって、断面形状が半円状の第一収容空間Ｓ２１を有する第一収容部５２ａが形成され、他方の円弧部分５２１ｂと他方の内側壁部５２２ｂによって、断面形状が半円状の第二収容空間Ｓ２２を有する第二収容部５２ｂが形成される。第一収容部５２ａと第二収容部５２ｂは、それぞれの内側壁部５２２が対面するように、形成される。第一収容空間Ｓ２１及び第二収容空間Ｓ２２が、本発明の第二内部空間Ｓ２に相当する。

図３に示すように、第一収容空間Ｓ２１の下方端部及び第二収容空間Ｓ２２の下方端部が、第三内部空間Ｓ３に連通している。そして、第三内部空間Ｓ３に配設されたコールドヘッド２０のステージ部２２の上面から上方に立設した一方の棒状延長部３１が第一収容空間Ｓ２１内に配設され、他方の棒状延長部３１が第二収容空間Ｓ２２内に配設される。

また、第一収容部５２ａの内側壁部５２２ａの上辺と第二収容部５２ｂの内側壁部５２２ｂの上辺が、上壁部５２３により接続され、第一収容部５２ａの内側壁部５２２ａの下辺と第二収容部５２ｂの内側壁部５２２ｂの下辺が、底壁部５２４により接続される。上壁部５２３は、図５に示すように、一対の内側壁部５２２ａ，５２２ｂの上辺と、開口５２５が形成されることによって切り欠かれた外周壁部５２１の円弧部分（図５において部分Ａ１及び部分Ａ２）により規定される領域に設けられる。このため上壁部５２３は、円形状の一部が切り欠かれた形状に形成される。上壁部５２３の中心には、円孔５２３ａが形成される。また、底壁部５２４は、一対の内側壁部５２２ａ，５２２ｂの下辺と、開口５２５が形成されることによって切り欠かれた外周壁部５２１の円弧部分により規定される領域に設けられる。このため底壁部５２４は、上壁部５２３と同様に、円形状の一部が切り欠かれた形状に形成される。底部５２４は、開口５２５が形成されている円弧部分の周縁において、図４に示されるように、第三容器部５３の上方端に気密的に接続される。

一対の内側壁部５２２ａ，５２２ｂ、上壁部５２３、及び底壁部５２４によって、両端が開口５２５，５２５にて開口した空間が形成される。この空間が連通空間ＣＳとして定義される。このように、第二容器部５２に連通空間ＣＳが形成される。連通空間ＣＳは、図３に示すように、第二容器部５２の第一収容部５２ａと第二収容部５２ｂとの間の空間により形成され、一方の開口５２５から他方の開口５２５にかけて第二容器部５２を径方向に貫通する。第二容器部５２の径方向は、図３及び図４からわかるように円筒状の超電導体４０の軸方向に垂直な方向である。従って、連通空間ＣＳは、超電導体４０の軸方向に直交する方向に沿って第二容器部５２を貫通するように形成される。

第二容器部５２の上部に第一容器部５１が設けられる。第一容器部５１は、外周壁部５１１、内周壁部５１２、及び上壁部５１３を有する。外周壁部５１１は円筒状に形成されており、その下方端が第二容器部５２の外周壁部５２１の上方端に気密的に接続される。なお、図４に示すように、第一容器部５１の外周壁部５１１の下方端のうち開口５２５が形成される部分に対応する部分の下方端は、第二容器部５２の上壁部５２３に気密的に接続される。

第一容器部５１の外周壁部５１１の上方端から、上壁部５１３が外周壁部５１１の径内方に延設される。上壁部５１３は円板形状をなし、その中心に円孔５１３ａが形成される。円孔５１３ａは、第二容器部５２の上壁部５２３に形成された円孔５２３ａに同軸配置するように設けられる。上壁部５１３の円孔５１３ａの周縁から内周壁部５１２が下方に延設される。内周壁部５１２の下方端が、第二容器部５２の上壁部５２３に形成された円孔５２３ａの周縁部に気密的に接続される。

第一容器部５１の外周壁部５１１と内周壁部５１２との間に第一内部空間Ｓ１が形成される。この第一内部空間Ｓ１の下方端は、図３に示すように、第二容器部５２に形成された第一収容空間Ｓ２１及び第二収容空間Ｓ２２に連通する。第一内部空間Ｓ１はリング状の空間であり、この第一内部空間Ｓ１内に、スペーサ６１及び超電導体４０が配設される。また、第一内部空間Ｓ１の上端は、第一容器部５１の上壁部５１３により閉塞される。第一内部空間Ｓ１内に超電導体４０が配設されたとき、第一容器部５１の外周壁部５１１は超電導体４０の外周面に対面し、第一容器部５１の内周壁部５１２は超電導体４０の内周面に対面する。

このように、第一容器部５１の第一内部空間Ｓ１と第二容器部５２の第二内部空間Ｓ２（第一収容空間Ｓ２１及び第二収容空間Ｓ２２）は連通し、第二容器部５２の第二内部空間Ｓ２（第一収容空間Ｓ２１及び第二収容空間Ｓ２２）と第三容器部５３の第三内部空間Ｓ３は連通する。互いに連通するこれらの空間によって、真空断熱容器５０の内部空間が形成される。そして、真空断熱容器５０の内部空間のうち、第一容器部５１に形成される第一内部空間Ｓ１内に超電導体４０が配設され、第二容器部５２に形成される第二内部空間Ｓ２（第一収容空間Ｓ２１及び第二収容空間Ｓ２２）内に棒状延長部３１（コールドヘッド延長部）が配設され、第三容器部５３に形成される第三内部空間Ｓ３内にコールドヘッド２０が配設される。

また、第一容器部５１の内周壁部５１２の内周側の円柱状の空間により、室温ボア空間ＢＳが形成される。この室温ボア空間ＢＳは、第一容器部５１の第一内部空間Ｓ１内に配設された超電導体４０の内周側に形成される空間である。また、室温ボア空間ＢＳは、第一容器部５１をその上下方向に貫通するように形成される。室温ボア空間ＢＳの上方端は、第一容器部５１の上壁部５１３に設けられた円孔５１３ａにて外部に連通（開口）する。また、室温ボア空間ＢＳの下方端は、第二容器部５２の上壁部５２３に設けられた円孔５２３ａを通じて連通空間ＣＳに連通する。室温ボア空間ＢＳ及び連通空間ＣＳは、真空断熱容器５０の内部空間と熱的及び空間的に隔絶された（仕切られた）空間である。

図６は、連通空間ＣＳ付近の構造を模式的に示す斜視図である。図６に示すように、真空断熱容器５０の第二容器部５２の外周壁部５２１に開口５２５が形成され、その開口５２５から第二容器部５２の径方向に延設した連通空間ＣＳが形成される。連通空間ＣＳは、第二容器部５２の一対の内側壁部５２２ａ，５２２ｂ、上壁部５２３、及び底壁部５２４、に囲まれた空間により形成される。また、第二容器部５２の上壁部５２３には円孔５２３ａが形成されていて、その円孔５２３ａを通じて連通空間ＣＳが室温ボア空間ＢＳに連通する。また、連通空間ＣＳの下方には、第二容器部５２の底壁部５２４を挟んで第三容器部５３の第三内部空間Ｓ３に収容されているコールドヘッド２０のステージ部２２が配設される。このステージ部２２の両端部分から、上方に向かって延設するように棒状延長部３１が設けられている。この棒状延長部３１は、連通空間ＣＳの両側に設けられている第一収容部５２ａ内の第一収容空間Ｓ２１及び第二収容部５２ｂ内の第二収容空間Ｓ２２内に配設される。

上記構成の磁場発生装置１００は、核磁気共鳴装置に組み込まれる。この場合、磁場発生装置１００の室温ボア空間ＢＳに、測定試料が入った試料管がセットされる。また、磁場発生装置１００には、超電導体４０の磁場（捕捉磁場）を調整するための室温シムコイル８７、及び、測定試料から得られるＮＭＲ信号を検出するためのプローブユニット８１が取り付けられる。

図７及び図８は、磁場発生装置１００を組み込んだ核磁気共鳴装置２００の概略図である。図７には図３に示す方向から見た磁場発生装置１００の断面が示されており、図８には図４に示す方向から見た磁場発生装置１００の断面が示されている。

図７に示すように、核磁気共鳴装置２００は、磁場発生装置１００と、プローブユニット８１と、分析装置８６を備える。なお、図７には、分析装置８６が省略される。プローブユニット８１は、検出コイル８３が先端に取り付けられた円筒状のプローブ本体８２と、同調回路８４と、プローブ基部８５とを有する。また、核磁気共鳴装置２００により測定される測定試料Ｐが入った試料管Ｔは、室温ボア空間ＢＳの上方端を構成する円孔５１３ａから室温ボア空間ＢＳ内に挿入される。この試料管Ｔは、プローブ本体８２の検出コイル８３が配置されている位置まで室温ボア空間ＢＳ内に挿入されるようにプローブ本体８２の内部に配設される。プローブ本体８２内に配設された試料管Ｔは、図略の保持装置によって浮遊状態で軸回り回転される。このようにして試料管Ｔが室温ボア空間ＢＳにセットされる。

検出コイル８３は、測定試料Ｐから得られる信号をＮＭＲ信号として検出する。この検出コイル８３は、室温ボア空間ＢＳ内にて試料管Ｔの外周回りのうち測定試料Ｐが位置する下方部分の外周回りに配設される。また、検出コイル８３の外周回りに室温シムコイル８７が配設される。室温シムコイル８７は、試料管Ｔと同じく室温ボア空間ＢＳの上端開口（円孔５１３ａ）から室温ボア空間ＢＳ内に挿入されることにより、図７に示す位置に配設される。

同調回路８４は、測定試料Ｐから得られるＮＭＲ信号の共鳴信号を得ることができるように構成される。この同調回路８４は、図１８に示すように、検出コイル８３に電気的に接続される並列共振回路を有する。並列共振回路中の可変容量コンデンサＣ１（チューニング用可変容量コンデンサ）及びＣ２（マッチング用可変容量コンデンサ）の容量を調整することにより、チューニング（共鳴周波数を測定対象核の周波数に同調させる）及びマッチング（並列共振回路のインピーダンスを特性インピーダンスに整合させる）が行われる。この同調回路８４は、プローブ本体８２に取り付けられており、図７に示すように、室温ボア空間ＢＳ内にて試料管Ｔの直下に配設される。また、同調回路８４は、伝送線Ｌを介して検出コイル８３に電気的に接続される。ここで、検出コイル８３は測定試料Ｐが入った試料管Ｔの下方部分の外周回りに配設されているので、試料管Ｔの直下に位置する同調回路８４は検出コイル８３に近接配置される。よって、同調回路８４と検出コイル８３とを接続する伝送線Ｌの長さをできるだけ短くすることができる。

同調回路８４には、チューニング用つまみ及びマッチング用つまみが設けられている。これらの操作つまみを回転させてチューニング及びマッチングを実行することにより、測定試料Ｐから得られるＮＭＲ信号の感度が調整される。

また、プローブ本体８２は、検出コイル８３が取り付けられている先端位置から室温ボア空間ＢＳを通って下方に延出されており、その下方端にて、連通空間ＣＳに配設されているプローブ基部８５に接続される。このプローブ基部８５には、検出コイル８３と分析装置８６とを電気的に接続するためのコネクタ部が配置されている。

図８に示すように、プローブ基部８５はケーブル８８を介して分析装置８６に接続される。ケーブル８８は、一端にてプローブ基部８５に接続されるとともに連通空間ＣＳの開口５２５を通って外部に導出され、他端にて磁場発生装置１００の外部に配置する分析装置８６に接続される。

図９は、分析装置８６の構成を概略的に示す図である。図９に示すように、分析装置８６は、高周波発生装置８６１、パルスプログラマ（送信器）８６２、高周波増幅器８６３、プリアンプ（信号増幅器）８６４、位相検波器８６５、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器８６６、及びコンピュータ８６７を備える。

上記構成の核磁気共鳴装置２００は、以下の手順で作動される。まず、磁場発生装置１００の超電導体４０を着磁する。着磁の手順は、次の通りである。最初に、真空断熱容器５０の内部空間を、例えば１×１０^－３Ｐａ以下の真空状態にする。次いで、外部磁場発生装置を用いて超電導体４０に均一性の高い外部磁場を印加する。その後、冷凍機１０を作動させる。冷凍機１０が作動すると、コールドヘッド２０及び棒状延長部３１（コールドヘッド延長部）を介して冷熱が超電導体４０に伝達される。これにより超電導体４０が冷却される。

超電導体４０は、超電導遷移温度以下の温度に冷却される。超電導体４０の冷却が完了したら、超電導体４０に印加されている外部磁場を除去する（外部磁場を０にする）。これにより、超電導体４０が外部磁場を捕捉して、超電導体４０が着磁する。超電導体４０が着磁した磁場によって、外部磁場を除去した後も、外部磁場と同じような均一性の高い磁場が超電導体４０の回りに形成される。よって、室温ボア空間ＢＳに均一性の高い磁場が形成される。このため室温ボア空間ＢＳに配置した試料管Ｔ内の測定試料Ｐは、静磁場空間に置かれることになる。
超電導体４０を着磁した後に、プローブユニット８１が図７に示すように核磁気共鳴装置２００に設置されるとともに、室温ボア空間ＢＳに検出コイル８３及び同調回路８４が取り付けられたプローブ本体８２が挿入される。

プローブユニット８１の設置が完了した核磁気共鳴装置２００を用いて測定が行われる。測定は、プローブユニット８１が設置されている状態で、次の手順で行う。測定試料Ｐ（試料管Ｔ）を、室温ボア空間ＢＳ内（プローブ本体８２内）に挿入する。これにより測定試料Ｐが室温ボア空間ＢＳ内で静磁場空間に置かれる。その後、分析装置８６の高周波発生装置８６１を作動させる。すると、高周波発生装置８６１により発生された高周波パルスがパルスプログラマ８６２及び高周波増幅器８６３を経て検出コイル８３に通電され、測定試料Ｐにパルス電磁波（ラジオ波）が照射される。静磁場中に置かれた測定試料Ｐにラジオ波を照射させた場合に生じる核磁気共鳴により、測定試料Ｐのまわりに設けられた検出コイル８３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８６４、位相検波器８６５、Ａ／Ｄ変換器８６６を経てコンピュータ８６７に受け渡される。コンピュータ８６７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スペクトルから測定試料Ｐの分子構造が解析される。

本実施形態においては、上方端が開口して外部に連通した室温ボア空間ＢＳが第一容器部５１を上下方向に貫通するように形成され、さらに室温ボア空間ＢＳの下方端には、第二容器部５２を径方向（超電導体４０の軸方向に直交する方向）に貫通するように形成された連通空間ＣＳが連通している。この連通空間ＣＳは、開口５２５を通じて外部に開口している。従って、連通空間ＣＳを通じて、検出コイル８３を有するプローブ本体８２及び同調回路８４を室温ボア空間ＢＳにその下方端から挿入するとともに、検出コイル８３を試料管Ｔの外周回りに、同調回路８４を試料管Ｔの直下に、それぞれ配設することができる。

また、図３及び図７からわかるように、水平面（超電導体４０の軸方向に垂直な平面）で切断した連通空間ＣＳの断面積（水平断面積）は、室温ボア空間ＢＳの水平断面積よりも大きい。このため、連通空間ＣＳに作業者が手を入れて作業することができ、室温ボア空間ＢＳへのプローブ本体８２及び同調回路８４の設置作業性が向上する。この場合、プローブ本体８２の所望位置に同調回路８４を取り付けておくことにより、これらを一体的に室温ボア空間ＢＳに配設することができる。このためこれらの設置作業性がより向上する。

なお、プローブユニット８１を最初に設置する際、同調回路８４を室温ボア空間ＢＳの所望位置に配設した後に同調回路８４を操作して測定試料から得られるＮＭＲ信号の感度を調整する作業が必要である。この感度調整は、感度調整用の標準試料の入った試料管をプローブ本体８２に挿入し、その標準試料から得られるＮＭＲ信号が所定の感度となるように、同調回路８４に設けられているチューニング用つまみ及びマッチング用つまみを回転させることにより行われる。この場合、例えば、一方端での回転トルクを他方端に伝達することができるガイドワイヤ（操作手段）の他方端を同調回路８４の操作つまみ（チューニング用つまみ及びマッチング用つまみ）に取り付けた状態で、同調回路８４を室温ボア空間ＢＳ内に配設し、ガイドワイヤの一方端側を室温ボア空間ＢＳ及び連通空間ＣＳを通じて外部に導出させておけばよい。ここで、図８に示すように、室温ボア空間ＢＳの下方端部に近い領域（具体的には試料管Ｔの配設位置よりも下方の領域）には、検出コイル８３や試料管Ｔが存在しておらず、比較的広いスペースが確保されている。従って、同調回路８４の操作つまみに接続されたガイドワイヤを、室温ボア空間ＢＳの下方端部領域及び連通空間ＣＳを通じて外部に導出することができる。これにより、ガイドワイヤの一方端側における回転操作を操作つまみに伝達することができる。よって、外部からの操作によって、同調回路８４を用いてＮＭＲ信号の感度を調整することができる。

図１９は、従来の磁場発生装置を組み込んだ核磁気共鳴装置の構成の概略図である。なお、図１９において、核磁気共鳴装置の分析装置は省略される。図１９に示すように、従来の磁場発生装置５００が備える円筒状の超電導体ＳＣは、冷凍機ＲＦの上部から上方に向かって延設されるコールドヘッドＣＨのステージ部ＳＴ上に直接載置される。このステージ部ＳＴは、超電導体ＳＣ及び室温ボア空間ＢＳの下方領域を覆うように配設されている。従って、室温ボア空間ＢＳの上方端は開口するものの、下方端は閉塞される。このため、室温ボア空間ＢＳへのアクセスは、全て、その上方端からなされる。よって、試料管Ｔ、室温シムコイルＣＣ、及びＮＭＲ信号の検出ユニット（プローブユニット）は、全て、上方端から室温ボア空間ＢＳに挿入されることになる。ここで、試料管Ｔが室温ボア空間ＢＳに挿入された後に、室温シムコイルＣＣ及び検出ユニットの検出コイルＤＣは、室温ボア空間ＢＳの上方端から室温ボア空間ＢＳに挿入することができる。しかし、検出ユニットのうち同調回路ＣＮは、室温ボア空間ＢＳにその上方端から挿入しようとしても、試料管Ｔに干渉するため挿入することができない。また、検出ユニットを室温ボア空間ＢＳに挿入してから試料管Ｔを挿入すれば、試料管Ｔに干渉することなく検出ユニットを室温ボア空間ＢＳに挿入することができるが、この場合、室温ボア空間ＢＳに挿入された同調回路ＣＮを操作するためのガイドワイヤ等の操作手段を、室温ボア空間ＢＳの上方端から導出させるためのスペースを室温ボア空間ＢＳ内に確保することができない。このため外部から同調回路ＣＮを操作することができず、ＮＭＲ信号の感度を調整することができない。それゆえ、従来では、同調回路ＣＮは、図１９に示すように磁場発生装置５００の上部に載置されていた。この場合、同調回路ＣＮと検出コイルＤＣとを接続する伝送線Ｌの長さを長くせざるを得ない。

これに対し、本実施形態に係る磁場発生装置１００によれば、上記したように室温ボア空間ＢＳが第一容器部５１を上下方向に貫通形成され、且つ、室温ボア空間ＢＳの上方端が外部に開口し、下方端が、外部に開口した連通空間ＣＳに連通している。つまり、室温ボア空間ＢＳの両端が外部に連通している。このため、室温ボア空間ＢＳの下方端から室温ボア空間ＢＳにアクセスすることが可能となり、上方端側のみならず下方端側からも、室温ボア空間ＢＳに必要な機器を挿入することができる。従って、室温ボア空間ＢＳ内に同調回路８４を挿入する際には、試料管Ｔと干渉しないように、試料管Ｔが挿入される上方端とは反対側の下方端から室温ボア空間ＢＳに同調回路８４を挿入することができる。この場合、連通空間ＣＳを通じて室温ボア空間ＢＳにその下方端から同調回路８４が挿入される。また、室温ボア空間ＢＳの下方端側から同調回路８４を挿入することにより、同調回路８４は、試料管Ｔが室温ボア空間ＢＳに挿入される上方端とは反対側の端部である下方端と、試料管Ｔが配設されている位置との間の領域に配設することができる。具体的には、室温ボア空間ＢＳ内にて試料管Ｔの直下に同調回路８４を配設することができる。このため同調回路８４と検出コイル８３とを接続する伝送線Ｌの長さを極力短くすることができる。そして、上述したように同調回路８４を操作するために同調回路８４に接続されたガイドワイヤ等の操作手段を、スペース的に余裕のある室温ボア空間ＢＳの下方端部領域から連通空間ＣＳを経由して外部に導出することで、操作手段を介して外部から室温ボア空間ＢＳ内の同調回路８４を操作してＮＭＲ信号の感度を調整することができる。

図１０は、伝送線Ｌの長さと、ＮＭＲ信号の感度との関係を示すグラフである。図１０の横軸が伝送線Ｌの長さであり、縦軸が感度である。図１０に示すように、伝送線Ｌの長さが短いほど感度が高いことがわかる。従って、本実施形態のように磁場発生装置を構成することにより、検出コイル８３と同調回路８４との間の距離が長くなることに起因した、ＮＭＲ信号の感度の低下を防止することができる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係る磁場発生装置について説明するが、第二実施形態に係る磁場発生装置の基本的な構成は、第一実施形態に係る磁場発生装置と同じである。従って、以下の説明及び参照する図面において、第一実施形態で説明した各構成と同一の構成については第一実施形態で用いた符号と同一の符号を用いる。

図１１は、本実施形態に係る磁場発生装置１１０の側面図であり、図１２は、磁場発生装置１１０の正面図である。また、図１３は、図１１のXIII－XIII線断面図であり、図１４は図１２のXIV－XVI線断面図である。これらの図に示すように、磁場発生装置１１０は、冷凍機１０、コールドヘッド２０、Ｕ字状延長部３２、超電導体４０、及び真空断熱容器５０を備える。冷凍機１０の構成は第一実施形態に係る冷凍機の構成と同一であるのでその説明は省略する。

図１３に示すように、コールドヘッド２０は、第一実施形態に係るコールドヘッド２０と同様に、円柱部２１及びステージ部２２を有する。円柱部２１は、冷凍機１０の上面に載置されるとともに冷凍機１０の上面から上方に延設される。ステージ部２２は円柱部２１の延設端に設けられる。このステージ部２２は、厚み方向が上下方向に一致するように円板状に形成される。

円板状に形成されたコールドヘッド２０のステージ部２２上に、コールドヘッド延長部としてのＵ字状延長部３２が接続される。Ｕ字状延長部３２は、ステージ部２２から上方に延設される。図１５は、図１４のXV－XV線断面図であり、Ｕ字状延長部３２の断面形状が表される。図１５に示すように、Ｕ字状延長部３２の断面形状は略Ｕ字形状である。

Ｕ字状延長部３２の上方端が、図１３に示すようにリング状のスペーサ６１に接続される。そして、リング状のスペーサ６１の上面に、円筒状の超電導体４０が載置される。従って、Ｕ字状延長部３２は、ステージ部２２から延設されるとともにその延設端にてスペーサ６１を介して超電導体４０に熱的接触することになる。また、超電導体４０の外周面及び上端面を覆うように、ホルダ６２が超電導体４０に対して配設される。本実施形態に係る超電導体４０、スペーサ６１、及びホルダ６２の構造は、上記第一実施形態にて説明した超電導体４０、スペーサ６１、及びホルダ６２の構造と同一であるので、それらの説明は省略する。

真空断熱容器５０は、コールドヘッド２０、Ｕ字状延長部３２、超電導体４０を覆うように、冷凍機１０の上部に配設される。真空断熱容器５０の外径形状は、第一実施例に係る真空断熱容器５０の外径形状と同様に、上下方向に軸を持つ円筒形状である。真空断熱容器５０は内部空間を有し、内部空間を外部に対して断熱することができるような材質により形成される。そして、外部と断熱される真空断熱容器５０の内部空間に、コールドヘッド２０、Ｕ字状延長部３２、及び超電導体４０が、収容される。

図１３及び図１４に示すように、真空断熱容器５０は、第一容器部５１、第二容器部５２、及び第三容器部５３を有し、これらの容器部が上から順に設けられる。

第三容器部５３は円筒状に形成され、その下方端が冷凍機１０の上面に気密的に接続されるとともに冷凍機１０の上面から上方に延設される。この第三容器部５３の内部空間である第三内部空間Ｓ３内に冷凍機１０の上部に設けられるコールドヘッド２０が配設される。

第三容器部５３の上部に第二容器部５２が設けられる。図１３及び図１４に示すように、第二容器部５２は、外周壁部５２１、内側壁部５２２、上壁部５２３、及び底壁部５２４を有する。

図１５には、第二容器部５２の外周壁部５２１及び内側壁部５２２の断面形状が表される。図１５に示すように、外周壁部５２１は断面が略円形の円筒形状をなし、その下方端は、図１３及び図１４に示すように第三容器部５３の上方端に気密的に接続される。また、外周壁部５２１には、一つの開口５２５が形成される。開口５２５の形状は、図１２に示すように矩形状である。

内側壁部５２２は、図１５に示すように断面Ｕ字状に形成される。図１５に示す方向から見たＵ字状の内側壁部５２２の一方端及び他方端は、それぞれ、開口５２５により切り欠かれた外周壁部５２１の一方端及び他方端、すなわち外周壁部５２１の周方向における両端に接続される。このため、外周壁部５２１と内側壁部５２２とによって、閉じられた空間が形成される。こうして形成された空間が、第二内部空間Ｓ２である。この第二内部空間Ｓ２に、Ｕ字状延長部３２が配設される。また、内側壁部５２２は、図１５からわかるように、Ｕ字状延長部３２の形状に沿うように湾曲形成されている。このため第二内部空間Ｓ２の断面形状は、三日月状の形状にされる。

内側壁部５２２は、上下方向に延設されており、その上辺が上壁部５２３に接続され、その下辺が底壁部５２４に接続される。上壁部５２３は、内側壁部５２２の上辺と、開口５２５が形成されることによって切り欠かれた外周壁部５２１の円弧部分（図１５において部分Ａ）により規定される領域に設けられる。このため上壁部５２３は、図１５に示すように、上下方向から見たときに、略半長円形状を呈する。この上壁部５２３には、外周壁部５２１の中心軸を中心とした円孔５２３ａが形成される。また、底壁部５２４の形状は上壁部５２３と同様に、内側壁部５２２の下辺と、開口５２５が形成されることによって切り欠かれた外周壁部５２１の円弧部分により規定される領域に設けられ、略半長円形状を呈する。底壁部５２４は、開口５２５が形成されている円弧部分の周縁において、図１４に示されるように、第三容器部５３の上方端に気密的に接続される。

図１４に示すように、内側壁部５２２と、上壁部５２３と、底壁部５２４とにより、開口５２５にて外部に開口した空間が形成される。この空間が連通空間ＣＳとして定義される。このように、第二容器部５２に連通空間ＣＳが形成される。この連通空間ＣＳの断面形状は、上壁部５２３及び底壁部５２４の断面形状と同じ略半長円形状である。

図１４に示すように、第二容器部５２の上部に第一容器部５１が設けられる。第一容器部５１は、外周壁部５１１、内周壁部５１２、及び上壁部５１３を有する。外周壁部５１１は円筒状に形成されており、その下方端が第二容器部５２の外周壁部５２１の上端に気密的に接続される。なお、外周壁部５１１の下方端のうち開口５２５が形成されている部分に対応する部分は、第二容器部５２の上壁部５２３の周縁に気密的に接続される。

第一容器部５１の外周壁部５１１の上端から、上壁部５１３が外周壁部５１１の径内方に延設される。上壁部５１３は円板形状を呈しており、その中心に円孔５１３ａが形成される。円孔５１３ａは、第二容器部５２の上壁部５２３に形成された円孔５２３ａと同軸配置するように形成される。この円孔５１３ａの周縁から内周壁部５１２が下方に延設される。そして、内周壁部５１２の下方端は、第二容器部５２の上壁部５２３に形成された円孔５２３ａの周縁部に気密的に接続される。

第一容器部５１の外周壁部５１１と内周壁部５１２との間に第一内部空間Ｓ１が形成される。この第一内部空間Ｓ１の下方端は、図１３及び図１４に示すように、第二容器部５２に形成された第二内部空間Ｓ２に連通する。第一内部空間Ｓ１はリング状の空間であり、この第一内部空間Ｓ１内に、スペーサ６１及び超電導体４０が配設される。第一内部空間Ｓ１内に超電導体４０が配設されたとき、第一容器部５１の外周壁部５１１は超電導体４０の外周面に対面し、第一容器部５１の内周壁部５１２は超電導体４０の内周面に対面する。また、第一内部空間Ｓ１の上方端は、第一容器部５１の上壁部５１３により閉塞される。

このように、第一容器部５１の第一内部空間Ｓ１と第二容器部５２の第二内部空間Ｓ２は連通し、第二容器部５２の第二内部空間Ｓ２と第三容器部５３の第三内部空間Ｓ３は連通する。互いに連通するこれらの空間によって、真空断熱容器５０の内部空間が形成される。そして、真空断熱容器５０の内部空間のうち、第一容器部５１に形成される第一内部空間Ｓ１内に超電導体４０が配設され、第二容器部５２に形成される第二内部空間Ｓ２内にＵ字状延長部３２（コールドヘッド延長部）が配設され、第三容器部５３に形成される第三内部空間Ｓ３内にコールドヘッド２０が配設される。

また、第一容器部５１の内周壁部５１２の内周側の円柱状の空間により、室温ボア空間ＢＳが形成される。この室温ボア空間ＢＳは、第一容器部５１をその上下方向に貫通するように形成される。室温ボア空間ＢＳの上方端は、第一容器部５１の上壁部５１３に設けられた円孔５１３ａにて外部に開口する。また、室温ボア空間ＢＳの下方端は、第二容器部５２の上壁部５２３に設けられた円孔５２３ａを通じて連通空間ＣＳに連通する。室温ボア空間ＢＳ及び連通空間ＣＳは、真空断熱容器５０の内部空間と熱的及び空間的に隔絶された（仕切られた）空間である。

図１６は、磁場発生装置１１０を組み込んだ核磁気共鳴装置２１０の概略図である。図１６には図１４に示す方向から見た磁場発生装置１１０の断面が示されている。図１４及び図１６からわかるように、本実施形態においても上記第一実施形態と同様に、上方端が開口した室温ボア空間ＢＳが第一容器部５１を上下方向に貫通するように形成され、さらに室温ボア空間ＢＳの下方端に連通空間ＣＳが連通している。また、連通空間ＣＳは、開口５２５を通じて外部に開口されている。つまり、室温ボア空間ＢＳの両端が外部に連通している。このため、室温ボア空間ＢＳの下方端から室温ボア空間ＢＳにアクセスすることが可能となり、上方端側のみならず下方端側からも、室温ボア空間ＢＳに必要な機器を挿入することができる。従って、室温ボア空間ＢＳ内に同調回路８４を挿入する際には、試料管Ｔと干渉しないように、試料管Ｔが挿入される上方端とは反対側の下方端から室温ボア空間ＢＳに同調回路８４を挿入することができる。この場合、連通空間ＣＳを通じて室温ボア空間ＢＳにその下方端から同調回路８４が挿入される。また、室温ボア空間ＢＳの下方端側から同調回路８４を挿入することにより、室温ボア空間ＢＳ内にて試料管Ｔの直下に同調回路８４を配設することができ、それにより、同調回路８４と検出コイル８３とを接続する伝送線Ｌの長さを極力短くすることができる。

また、本実施形態に係るコールドヘッド延長部は、断面Ｕ字状のＵ字状延長部３２である。このように断面Ｕ字状のコールドヘッド延長部を用いることによって、伝熱面積を増大させることができる。このため、超電導体４０を効率良く冷却することができ、超電導体４０の内部での温度差を小さくすることができる。その結果、超電導体４０によって均一な磁場空間を発生させることができる。

（第三実施形態）
図１７は、第三実施形態に係る磁場発生装置１２０を組み込んだ核磁気共鳴装置２２０の概略図である。なお、図１７においては核磁気共鳴装置の分析装置は省略される。第三実施形態に磁場発生装置１２０は、第一実施形態に係る磁場発生装置１００の上下を逆にして配置することにより構成される。この場合、冷凍機１０が最上部に配置し、冷凍機１０の下部にコールドヘッド２０が配置し、コールドヘッド２０の下部にコールドヘッド延長部（棒状延長部３１）が配置し、コールドヘッド延長部（棒状延長部３１）の下部に超電導体４０が配置する。また、真空断熱容器５０は上記第一実施形態と同様に、第一容器部５１、第二容器部５２、第三容器部５３を有するが、最上部に第三容器部５３が位置し、第三容器部５３の下部に第二容器部５２が設けられ、第二容器部５２の下部に第一容器部が設けられる。磁場発生装置１２０の各構成部品の構造は、第一実施形態に係る磁場発生装置１００の各構成部品の構造と上下を逆にしたことを除いて同一であるので、その説明は省略する。

また、上記第一実施形態及び第二実施形態では、室温ボア空間ＢＳの下部に連通空間ＣＳが位置しているが、本実施形態では、室温ボア空間ＢＳの上部に連通空間ＣＳが位置している。この場合、測定試料Ｐが入った試料管Ｔが、連通空間ＣＳを介してその下方の室温ボア空間ＢＳにその上方端から挿入されて、室温ボア空間ＢＳの所望位置に配設される。一方、室温シムコイル８７、検出コイル８３、同調回路８４は、室温ボア空間ＢＳの下方端の開口から室温ボア空間ＢＳに挿入される。そして、検出コイル８３は試料管Ｔの外周回りに配設され、同調回路８４は試料管Ｔの直下に配設される。このように構成した場合であっても、同調回路８４を室温ボア空間ＢＳに配設することができる。また、室温ボア空間ＢＳ内にて試料管Ｔの直下に同調回路８４を配設することができるので、検出コイル８３と同調回路８４とを接続する伝送線Ｌの長さを短くすることができ、これにより、伝送線Ｌの長さが長くなることによるＮＭＲ信号の感度の低下を抑えることができる。

なお、第三実施形態に示すように磁場発生装置を構成した場合、連通空間ＣＳを通じて試料管Ｔを室温ボア空間ＢＳに挿入することになる。この場合、図１７に示すように、連通空間ＣＳの上下方向長さが、試料管Ｔの長手方向の長さよりも長いのがよい。このように連通空間ＣＳを形成することにより、試料管Ｔを傾けることなく連通空間ＣＳを通じて室温ボア空間ＢＳに挿入することができる。このため試料管Ｔの設置作業性を向上させることができる。

また、第三実施形態に示すように磁場発生装置を構成した場合、冷凍機１０の低温生成部が冷凍機１０の下方に位置することになる。この場合、低温生成部が下方に位置する冷凍機、例えばパルス管冷凍機を、好適に用いることができる。

以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、これらの例は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、本発明はこれらの例に限定して解釈されてはならないものである。本発明は、その技術思想またはその主要な特徴を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１０…冷凍機、２０…コールドヘッド、２１…円柱部、２２…ステージ部、３１…棒状延長部（コールドヘッド延長部）、３２…Ｕ字状延長部（コールドヘッド延長部）、４０…超電導体、５０…真空断熱容器、５１…第一容器部、５１１…外周壁部、５１２…内周壁部、５１３…上壁部、５１３ａ…円孔、５２…第二容器部、５２ａ…第一収容部、５２ｂ…第二収容部、５２１…外周壁部、５２１ａ，５２１ｂ…円弧部分、５２２，５２２ａ，５２２ｂ…内側壁部、５２３…上壁部、５２３ａ…円孔、５２４…底壁部、５２５…開口、５３…第三容器部、８１…プローブユニット、８２…プローブ本体、８３…検出コイル、８４…同調回路、８５…プローブ基部、８６…分析装置、８７…室温シム、８８…ケーブル、１００，１１０，１２０…磁場発生装置、２００，２１０，２２０…核磁気共鳴装置、ＢＳ…室温ボア空間、Ｌ…伝送線、Ｐ…測定試料、Ｓ１…第一内部空間、Ｓ２…第二内部空間、Ｓ２１…第一収容空間、Ｓ２２…第二収容空間、Ｓ３…第三内部空間、Ｔ…試料管

Claims (7)

1. 冷熱を生成する冷凍機と、
   前記冷凍機により生成された冷熱が伝達されるコールドヘッドと、
   円筒状に形成されるとともに、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で磁場を捕捉することにより磁場を発生する超電導体と、
   前記コールドヘッドから延設されるとともにその延設端にて前記超電導体に熱的接触したコールドヘッド延長部と、
   前記コールドヘッド、前記コールドヘッド延長部、及び前記超電導体を収容する内部空間を有する真空断熱容器と、
   を備え、
   前記超電導体の内周側に、前記超電導体の軸方向に沿って、前記内部空間とは空間的に隔絶され、一方端が外部に開口した室温ボア空間が形成されており、
   前記コールドヘッドと前記室温ボア空間の間に、前記室温ボア空間の他方端に連通し、外部に開口した連通空間が形成されており、
   前記コールドヘッドを前記超電導体の軸方向に投影した投影空間内で、前記室温ボア空間の両端が外部に連通している、磁場発生装置。
2. 請求項１に記載の磁場発生装置において、
   前記真空断熱容器は、
   前記超電導体が内部に配設される第一内部空間が形成された第一容器部と、
   前記コールドヘッド延長部が内部に配設されるとともに前記第一内部空間に連通する第二内部空間が形成された第二容器部と、
   前記コールドヘッドが内部に配設されるとともに前記第二内部空間に連通する第三内部空間が形成された第三容器部と、
   を有し、
   前記第一容器部は、
   前記超電導体の外周面に対面する外周壁部と、前記超電導体の内周面に対面する内周壁部とを有し、
   前記外周壁部と前記内周壁部により囲まれた空間により前記第一内部空間が形成され、
   前記内周壁部の内周側の空間により前記室温ボア空間が形成され、
   前記室温ボア空間は、その一方端にて外部に開口し、前記超電導体の軸方向に延設されるとともに前記第一容器部を貫通するように構成され、
   前記第二容器部に前記連通空間が形成されている、
   磁場発生装置。
3. 請求項２に記載の磁場発生装置において、
   前記超電導体の軸方向に垂直な前記連通空間の断面積が、前記超電導体の軸方向に垂直な前記室温ボア空間の断面積よりも大きくなるように、前記連通空間が形成されている、磁場発生装置。
4. 請求項２又は３のいずれか１項に記載の磁場発生装置において、
   前記コールドヘッド延長部は、前記コールドヘッドから互いに平行に延設された一対の棒状延長部により構成され、
   前記第二容器部は、一方の前記棒状延長部が収容される第一収容空間が内部に形成された第一収容部と、他方の前記棒状延長部が収容される第二収容空間が内部に形成された第二収容部とを有し、
   前記第一収容空間及び前記第二収容空間により前記第二内部空間が形成され、
   前記連通空間は、前記第一収容部と前記第二収容部との間の空間により形成される、磁場発生装置。
5. 請求項４に記載の磁場発生装置において、
   前記連通空間は、前記超電導体の軸方向に直交する方向に沿って前記第二容器部を貫通するように形成されている、磁場発生装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁場発生装置と、
   前記室温ボア空間内に配設され、前記室温ボア空間に静磁場を印加しているときに前記室温ボア空間内の測定試料にラジオ波を印加した場合に生じるＮＭＲ信号を検出する検出コイルと、
   前記室温ボア空間内に配設され、前記検出コイルにて検出されたＮＭＲ信号の共鳴信号を得るための同調回路と、
   を備える、核磁気共鳴装置。
7. 請求項６に記載の核磁気共鳴装置において、
   前記同調回路は、前記室温ボア空間の両端のうち測定試料が入った試料管が前記室温ボア空間に挿入される端部とは反対側の端部と、前記試料管が配設されている位置との間の領域に配設される、核磁気共鳴装置。
   

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