JPH03208309A - 超電導マグネット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空心の筒状コイルの内部空間に少なくとも
近似的に均一な磁場を発生させる均一磁場コイルからな
るマグネット、ことに高磁場の核磁気共鳴装置（以下Ｍ
ＨＩ装置と称する）用の超電導マグネットに関する。

〔従来の技術〕

ＭＨＩ装置用マグネットは、マグネット内に被検体であ
る人体を収納するために、内径が１ｍ近い筒状または複
数のリング状のコイルと、場合によりこれらのコイルの
外側に鋼材などの磁性体でなり前記のコイルが生起する
漏れ磁場を吸収するための磁気シールドとで構成され、
被検体である人体の断層像を得るためには、人体が収納
されるコイル内空間部における磁場の強さには百万分の
１のレベルの均一性が求められる。この磁場の強度とそ
の均一性を確保するために、同軸配置のリング状コイル
を複数個組み合わせて磁場の均一度の最も良い配置、電
流値を選んで均一磁場コイルを構成する方法が知られて
いる。　このような均一磁場コイルが生起した均一磁場
が外部空間に漏れ出すことによつて近傍の電子装置の誤
動作の原因になるばかりでなくＭＨＩ装置の近傍の強磁
性体がこの漏れ磁場を受けて磁場を歪ませそれが均一磁
場空間に影響を及ぼす結果、均一磁場コイルのみでは高
度の均一性を生起したにも係わらすＭＲ［装置を設置し
た使用環境において期待する磁場の均一性が得られない
という問題が生ずる。

このような漏れ磁場によって生ずる問題点を解消するた
めの方策として磁気シールドを均一磁場コイルの外部に
施す方法がとられる。

この磁気シールドとして、前述のように、円筒状の鋼材
などの磁性体でなる磁気シールドを超電導コイルを収納
するタライオスタットの外側に設けるものがあり、この
ような磁気シールドはセルフシールドと称されており、
超電導コイルが生起する漏れ磁場をこのセルフシールド
が吸収することにより漏れ磁場を低減する方式であり、
この方式は超電導マグネットのみならず常電導マグネッ
トにも使用されている。しかしこのセルフシールド方式
は超電導ＭＲｒ装置のように高い均一磁場強度に対して
は漏れ磁場の量も大きいことから鋼材で製作されるセル
フシールドの重量が過大になりＭＨＩ装置を設置する部
屋の強度が耐えられない場合があるという問題がある。

このように超電導マグネットの磁気シールドとして強磁
性体を使用する方式の欠点を解決するために、主コイル
と同じ超電導コイルで漏れ磁場を打ち消すという方式が
採用されるようになっている。この磁気シールドとして
の超電導コイルはアクティブシールドと称されている。

アクティブシールドの磁気能率を主コイルのそれと絶対
値が同じで方向が反対になるように設定すると漏れ磁場
を理想的に打ち消すことができる（特開昭６０−２１７
６０８号公報）が、一方、均一磁場の強度は主コイルが
生起する均一磁場の磁束密度に対してアクティブシール
ドが生起する均一磁場空間の磁束密度の方向が反対なの
でこれら２つの磁束密度の合成としての均一磁場の磁束
密度は主コイルだけの場合よりも小さくなり、この磁束
密度の減少を補正するために主コイルのアンペアターン
を大きくする必要が生ずるので、アクティブシールドの
超電導コイルの超電導線が付加されるとともに主コイル
の超電導線の使用量も増加する。

この磁気シールドとして起電導コイルを使用したアクテ
ィブシールドを設ける方式は、磁性体を使用せずしかも
漏れ磁場が打ち消されることによってＭＲＩ装置近傍の
磁性体の均一磁場空間への影響が殆どないので均一磁場
コイルの設計上必要な磁場解析が容易になることがら、
特に高均一磁場空間が要求される超電ｆｉＭＲ＋装置用
マグネットとして有効な方式である。このような超電導
ＭＲ１装置用マグネットとしての均一磁場コイルを同じ
く超電導コイルで漏れ磁場を打ち消す方式をアクティブ
シールド形超電導ＭＨＩ装置用マグネットと称される。

この方式は磁性体としての鋼材を使用しないので重量が
小さくＭＲＩ装置の設置場所の床の荷重制限を受けない
という長所がある代わりに、同じ均一磁場空間を生成す
るのにセルフシールド形の起電導マグネットに比べて超
電導コイルを収納する液体ヘリウム容器が大きくなり、
それに伴って液体ヘリウムの充填量の増大、熱侵入量の
増大によるヘリウム消費量の増大などの問題が生ずると
いう欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように、漏れ磁束を低減するための磁気シールド
としてのセルフシールド形趨電導マグネットは重量が過
大になり、アクティブシールド形超電導マグネットは液
体ヘリウムの使用量が増大するというそれぞれ問題があ
る。また、双方の方式に共通する事項として、起電導マ
グネットの寸法が増大するという問題がある この発明は、このような問題を解決し、重量や寸法を殆
ど増大させないで漏れ磁束を有効に低減した超電導マグ
ネット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〕

上記課題を解決するためにこの発明によれば、真空容器
と、この真空容器内に収納され起電導コイルを液体ヘリ
ウムで浸した液体−リウム容器と、この液体ヘリウム容
器と前記真空容器との間の真空の空間に液体ヘリウム容
器を覆って設けた少なくとも１層の熱ふく射シールドと
からなる超電導マグネットにおいて、前記熱ふく射シー
ルドのうちの１層又は前記真空容器の外径側表面と両端
面とにこれらの温度で超電導状態になる高温超電導薄膜
を形成させてなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、熱ふく射シールドのうちの１
層又は真空容器の外径側表面と端面とにこれらの温度で
超電導状態になる高温超電導薄膜を形成させると、この
高温超電導薄膜は超電導コイルの外側を囲んだ形になり
、高温超電導薄膜を貫通しようとする磁束を反発するい
わゆるマイスナー効果によって超電導コイルが生起した
磁束を反発して高温超電導薄膜と超電導コイルとの間の
空間に漏れ磁場を閉じ込める働きをして超電導マグネッ
トの外部に漏れ磁場があふれ出すのを防止する。

〔実施例］ 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示すＭＨＩ装置の超電導マグネットの
断面図である。この図において超電導コイル１は液体ヘ
リウム容器２に収納され液体ヘリウム２１に浸されて液
体ヘリウム２１の蒸発温度である約４にの極低温に保持
されている。

液体ヘリウム容器２は真空容器３の中に収納されていて
この真空容器３と液体ヘリウム容器２との間の空間を真
空に保持していて魔法瓶と同じ原理で外部から液体ヘリ
ウム容器２への熱侵入を低減している。

外部からの熱侵入を更に低減するために第１の熱ふく射
シールド４、第２の熱ふく射シールド５が設けられてい
て、更に、第１の熱ふく射シールド４は図示しない液体
窒素で冷却されて約８０Ｋに保持され、また第２の熱ふ
く射シールド５も特殊な冷却装置で冷却されて約２０Ｋ
に保持される構成が採られていて、液体ヘリウム容器２
への熱侵入を極力低減して高価なヘリウムの消費量を低
減することでＭＨＩ装置の運転コストの低減が図られて
いる。

真空容器３とその中に収納されている第１と第２の熱ふ
く射シールド４，５及び液体ヘリウム容器２はリング状
をしており、第１図は一方の断面だけを図示したもので
あり、対称軸２００を軸にして図の断面の回転体が実際
の超電導マグネットである。ＭＨＩ装置で身体の断層画
像が撮影される患者は対称軸２００を含む空間に生成さ
れた均一磁場空間１００に断層位置が来るように配置さ
れる。

超電導コイル１はＩＩＩｗ程度の径の細い超電導線を複
数ターン巻回してその断面が長方形状に成形されたリン
グコイルの複数個を図のように左右の方向に対称に配置
してあり、この超電導コイル１によって均一磁場空間１
００に高度に均一な静磁場を形成する。

第１の熱ふく射シールド４の外径側表面（と両側の端面
には高温超電導薄膜６を形成しである。第１の熱ふく射
シールド４は前述のように液体窒素で冷却されて約８０
にの低温に保持されているので、臨界温度がこの温度以
上の高温超電導薄膜６を第１の熱ふく射シールド４外径
側表面と両端面に形成させるとこの高温超電導薄１！６
は第１の熱ふく射シールド４と同じ温度になって超電導
状態になる６周知のように超電導体には侵入しようとす
る磁束を反発する電流が流れて電流同士の反発力で超電
導体が浮き上がるいわゆるマイスナー効果と呼ばれてい
る現象があるが、高温超電導薄膜６も超電導コイル１が
生起する磁束が貫通しようとするとこれを反発する電流
が流れて結果的に高温超電導薄膜６よりも外径側への磁
束の漏れ出しを防止することになる。超電導コイルに電
流を流して磁束を発生させた時点で高温超電導薄８１１
６がまだ超電導状態になっていす、磁束の発生後超電導
状態になったとすると、高温超電導薄膜６よりも外径側
にある磁束はそのまま残ることになって高温超電導薄膜
６による磁気シールド効果が発揮されないが、実際には
、超電導コイル１を励磁して電流を流すときには、超電
導コイル１は超電導状態になっていてそのために４Ｋま
で冷却されいる訳であり、そのときには当然第１の熱ふ
く射シールド４も液体窒素で冷却されて約８０Ｋを維持
していることになって高温超電導薄膜６も超電導状態に
なっていることになり、前述のような磁束の漏れ出しが
防止できないといような事態が生じることはない。

第１の熱ふく射シールド４に高温超電導薄膜６を形成さ
せたのは、第１の熱ふく射シールド４の温度が高温超電
導薄膜６が超電導状態になるほどに低温になるからであ
る。したがって、高温超電導薄膜６を第２の熱ふく射シ
ールドや液体ヘリウム容器２に形成しても原理的には可
能である。しかし、アクティブシールド形超電導マグネ
ットについて述べたと同じで、高温超電導薄膜６が超電
導コイル１に接近すると同じ強度の均一磁場を生成する
上で必要な超電導コイルの起磁力が大きくなるという関
係があり、また、超電導コイル１の断面内での最大磁束
密度も大きくなって超電導状態が破れて突然常電導状態
になる現象として知られるクエンチが起こり易くなると
いうような問題もあるので、高温超電導薄膜６を形成す
る位置はナルへ＜超電導コイルｌよりも離れているのが
望ましいことになる。このことから、高温超電厚薄ＷＸ
６が超電導状態を維持することができてしかも超電導コ
イル１から最も離れている第１の熱ふく射シールド４が
最も適していることになる。常温で超電導状態になる高
温超電厚薄１１６が実用化されれば真空容器３０表面に
高温超電導薄膜を形成するのが最適になる。

高温超電導薄膜６を形成する位置を超電導コイル１から
離すことによって磁気シールドの効果は余り変化はしな
い、高温超電導薄膜６の超電導コイルｌからの距離は漏
れ磁束が問題になるＭＲＩ装置設置部屋の大きさに比べ
はるかに小さいので、漏れ磁束の強度にはこの距離は余
り影響しない。

第２図は第１図の超電導コイル１が生起する磁束分布図
である。第１図の水平の対称軸２００はこの第２図では
左の垂直の軸になっている。第１図の左右は図示しない
中央線に対して対称構造であり、第２図ではこの対称性
を利用して第１図の左半分だけを磁束分布計算の対象と
している。３つの長方形断面のものは超電導コイル１を
構成するそれぞれのリングコイルであり、逆り次形のが
高温超電導薄膜６である。原点を中心として一定の半径
の空間が均一磁場空間１００である。磁束線３００は対
称軸２００と超電導コイルｌとの間の空間と超電導コイ
ルＩと高温超電厚薄１１１６との間の空間を回る分布を
している。高温超電導薄膜６がない場合は、超電導コイ
ル１の外側の磁束は広い空間に拡散しこれが漏れ磁束に
なる０図で明らがなように高温超電導薄膜６が設けられ
たことによって広い空間に磁束が漏れ出すのを防止して
いる状態がよく分かる。

高温超電導薄膜６は薄いので、これを熱ふく射シールド
４，５、又は真空容ａ３の表面に形成しても超電導マグ
ネットの寸法が大きくなることはなく、また、重量も小
さく、実質的に寸法や重量の増大は無視することができ
る程度である。

〔発明の効果］ この発明は前述のように、熱ふく射シールド又は真空容
器の外径側表面と端面とにこれらの温度によりて超電導
状態になる高温超電導ＮＭを形成させると、この高温超
電導薄膜は超電導コイルの外径側を囲んだ形で、マイス
ナー効果によって超電導コイルが生起した磁場を反発し
て高温超電導薄膜と超電導コイルとの間の空間に漏れ磁
束を閉じ込める働きをして超電導マグネットの外部に漏
れ磁場があふれ出すのを防止する効果が生じる。

高温超電導薄膜は薄いので、これを熱ふく射シールド又
は真空容器３の表面に形成しても超電導マグネットの寸
法が大きくなることはなく、また、重量も小さく、実質
的に寸法や重量の増大は無視することができる程度であ
り、結果的に寸法、重量が従来の磁気シールドを設けな
い超電導マグネットと殆ど同じで充分漏れ磁束が低減さ
れた超電導マグネットとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す超電導マグネットの断
面図、第２図は第１図の超電導マグネットの磁束分布図
である。 ■・・・超電導コイル、２・・・液体ヘリウム容器、３
・・・真空容器、４・・・第１の熱ふく射シールド、５
・・・第２の熱ふく射シールド、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）真空容器と、この真空容器内に収納され超電導コイ
   ルを液体ヘリウムで浸した液体ヘリウム容器と、この液
   体ヘリウム容器と前記真空容器との間の真空の空間に液
   体ヘリウム容器を覆って設けた少なくとも１層の熱ふく
   射シールドとからなる超電導マグネットにおいて、前記
   熱ふく射シールドのうちの１層又は前記真空容器の外径
   側表面と両端面とにこれらの温度で超電導状態になる高
   温超電導薄膜を形成させてなることを特徴とする超電導
   マグネット。