JPH04321283A - Ｓｑｕｉｄ測定装置の冷却装置 - Google Patents

Ｓｑｕｉｄ測定装置の冷却装置

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JPH04321283A
JPH04321283A JP3177459A JP17745991A JPH04321283A JP H04321283 A JPH04321283 A JP H04321283A JP 3177459 A JP3177459 A JP 3177459A JP 17745991 A JP17745991 A JP 17745991A JP H04321283 A JPH04321283 A JP H04321283A
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coolant
cooling
cooling device
squid
cryostat
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Christoph Schnapper
クリストフ　シユナツパー
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Siemens AG
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、生物磁気または他の弱
い磁界を測定すべきＳＱＵＩＤ測定装置の冷却装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】非常に弱い磁界の測定のために超伝導量
子干渉計、いわゆる“ＳＱＵＩＤ”（“Ｓｕｐｅｒｃｏ
ｎｄｕｃｔｉｎｇ　　ＱＵａｎｔｕｍ　　Ｉｎｔｅｒｆ
ｅｒｅｎｃｅ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ”の略称）の使用が一
般に知られている（たとえば“Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｅ．：Ｓ
ｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．”、第１３巻、１９８０年、第
８０１〜８１３頁または“ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖ．”第ＥＤ‐２７巻、第１０
号、１９８０年１０月、第１８９６〜１９０８頁参照）
。この干渉計に対する好ましい応用分野は医学診断の分
野ではマグネトカーディオグラフィまたはマグネトエン
セファログラフィである。すなわち、この際に生ずる磁
気的心臓電流または脳電流の磁界は約５０ｐＴまたは０
，１ｐＴのオーダーの磁界の強さしか有していない（た
とえば“Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ−第３回生物磁気国
際会議論文集、ベルリン、１９８０年”ベルリン／ニュ
ーヨーク、１９８１年、第３〜３１頁参照）。これらの
非常に弱い磁界またはそれらの磁界勾配はさらに比較的
大きい擾乱磁界の存在の際にも検出可能でなけれならな
い。上記のオーダーのこのような生物磁気の磁界の測定
のために、１チャネルまたは特にマルチチャネルに構成
されていてよい測定装置が知られている（たとえばヨー
ロッパ特許第　０１１１８２７号明細書参照）。この測
定装置は検出すべき磁界信号の受信のためにそのチャネ
ルの数に相応する数のＳＱＵＩＤおよびマグネトメータ
またはグラディオメータを含んでいる。その際にマグネ
トメータはグラディオメータと対照的にそれぞれ１つの
単一の検出ループのみを有し、従って０次のグラディオ
メータともみなされ得る。従って、以下に用いられる呼
称“グラディオメータ”では一般にグラディオメータの
代わりにマグネトメータの使用も含まれているものとす
る。
【０００３】低温槽を含んでおり、その内部空間に少な
くとも１つの超伝導グラディオメータおよび少なくとも
１つの対応付けられているＳＱＵＩＤが真空中に配置さ
れており、外部から供給すべき冷却材に熱伝導性の結合
を介して熱的に連結されているＳＱＵＩＤ測定装置の冷
却装置はたとえば米国特許第　４，８２７，２１７号明
細書から知られている。
【０００４】しかし、ＳＱＵＩＤマグネトメータとも呼
ばれる公知のＳＱＵＩＤ測定装置では、超伝導グラディ
オメータおよびＳＱＵＩＤを収容する低温槽が一般に検
査すべき患者の検出すべき磁界源の上側に配置されてい
る。たとえばマルチチャネル測定装置に対して補充間隔
を十分に長くする際に通常であるように低温槽あたり約
１５ないし３０リットルの液体ヘリウム（ＬＨｅ）のよ
うな冷却材の充満量から出発すると、選択された低温槽
の配置はそのすぐ下に位置する患者の万一の危険に通ず
る。すなわち絶縁真空の突然の破壊または安全弁の応答
による低温槽の突然の損傷の場合に、思いがけない量の
冷却ガスが患者に注がれるおそれがある。こうしてたと
えば１５ないし３０リットルの大量の液体のヘリウム充
満量は相応の事故の場合に約１０ないし３０立方メート
ルのヘリウム冷却ガスを発生する。この冷却ガスを患者
から隔てることは、特に検査がシールドボックスのなか
で行われるときには、困難である。さらに、比較的大き
い寸法を有する低温槽のオーバーヘッド配置は患者によ
り不快に感じられ得る。
【０００５】上述の米国特許明細書に示されているＳＱ
ＵＩＤ測定装置の冷却装置においても、低温槽のなかの
大量の冷却材が患者の上側に存在している。その冷却材
は低温槽のなかの固有の貯蔵容器のなかに位置している
。ＳＱＵＩＤおよび対応付けられているグラディオメー
タの超伝導コイルは低温槽のなかのこの貯蔵容器の下側
の真空空間のなかに配置されており、また良好な熱伝導
性材料から成る部分を介してこの貯蔵容器に、従ってそ
のなかに位置する冷却材に熱的に連結されている。しか
し、ＳＱＵＩＤ測定装置の超伝導部分の間接的冷却を有
するこの公知の冷却装置の低温槽は非常に高価な構成を
必要とし、また所要の冷却材貯蔵量のために相応に大き
い寸法を必要とする。
【０００６】ＳＱＵＩＤ測定装置に対する間接的冷却は
ＷＯ−Ａ−８５／０４４８にも開示されている。この公
知の装置では、検出すべき磁界源の側方に低温槽を配置
することが可能である。
【０００７】刊行物“ＣＲＹＯＳＱＵＩＤ‐第５回クラ
イオクーラー会議論文集（Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ５）”
、モンテレイ、米国、１９８８年、第３５〜４６頁にも
、低温槽が患者の側方または下方に配置され得るＳＱＵ
ＩＤ測定装置の冷却装置が示されている。その際に超伝
導部分の冷却のためにＬＨｅ浴および多くのＨｅガス流
から成る組み合わせが設けられている。ＳＱＵＩＤはＬ
Ｈｅで満たされているインサートにより冷却され、他方
においてグラディオメータは排ガス冷却されている。補
充間隔は約１日である。確かにこの公知の冷却装置では
低温槽の予め定められた位置のために上記の安全上の問
題は小さく、また比較的わずかなＬＨｅ貯蔵のみが必要
とされる。しかし補充間隔が比較的短い。補充のために
少なくとも１日に１回ＬＨｅ容器を、ＳＱＵＩＤ測定装
置が内部に位置しているシールドチャンバのなかに収納
する必要がある。さらに、種々のグラディオメータに対
する複数の並列接続されている流れへのガス流の分割が
非常に問題である。さらに温度調節が行われておらず、
またほとんど可能でない。またＬＨｅ気化レートの設定
が追加的な措置なしには実行可能でない。ＬＨｅ浴冷却
の際のようにここでも低温槽の低温のヘリウムおよび真
空に対して密な容器が必要とされる。
【０００８】公知のＳＱＵＩＤ測定装置ではこれまで一
般にその超伝導部分、特にＳＱＵＩＤの冷却が冷凍機械
の使用のもとに省略される。すなわち、この冷凍機械は
その電磁的放射により、またその動かされる磁気的部分
により振動を介して、ＳＱＵＩＤ測定装置により直接ま
たは間接に検出され、従って絶対に回避されなければな
らない擾乱磁界を発生する。十分な冷凍能力および６Ｋ
以下の作動温度を有する小さい冷凍機械はそれ自体では
公知である。それはいわゆるＬｉｎｄｅ‐Ｃｌａｕｄｅ
原理により動作する（たとえば“Ｌｉｎｄｅ‐Ｂｅｒｉ
ｃｈｔｅ　　ａｕｓ　　Ｔｅｃｈｎｉｋ　　ｕｎｄ　　
Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔ”、第６４号：“核磁気共鳴
トモグラフィ用のＬｉｎｄｅ冷凍機”、１９９０年、第
３８〜４５頁参照）。または１０Ｋよりも高い温度範囲
に対する２段のＧｉｆｆｏｒｄ‐ＭｃＭａｈｏｎ（ＧＭ
）冷凍機と追加的なジュール‐トムソン循環路との組み
合わせが設けられていてもよい（“Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅ
ｒ５”の前記個所を参照）。
【０００９】ＧＭ原理により約４Ｋの温度を達成する冷
凍機も公知になっている。蓄熱器としては、磁気的相転
移のために１０Ｋよりも低い温度でも大きい比熱を有す
るたとえばＧｄＸ　Ｅｒ１−Ｘ　Ｒｈのようなこのため
に特殊な磁気材料が使用される（たとえば“Ａｄｖ．Ｃ
ｒｙｏｇ．Ｅｎｇｎｇ．”、第３５ｂ巻、１９９０年、
第１２５１〜１２６０頁参照）。“Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅ
ｒ５”の前記個所に示されている冷凍機械およびＳＱＵ
ＩＤ測定装置の直接結合とならんで、特に超伝導磁石の
範囲からの極低温の装置および冷凍機械の熱的結合のた
めの他の措置も知られている（たとえば“Ｃｒｙｏｇｅ
ｎｉｃｓ”第２４巻、１９８４年、第１７５〜１７８頁
参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、低温
槽の配置が検出すべき磁界源の妨害に通じないように、
また特に患者の危険に通じないようにＳＱＵＩＤ測定装
置の冷却装置を構成することである。その際に、低温槽
が相応に小さい寸法を有し得るように、比較的わずかな
冷却材量のみが磁界源の範囲内に位置しているようにし
なければならない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明によれば、少なくとも１つのＳＱＵＩＤおよ
び少なくとも１つのグラディオメータが冷却溝を設けら
れている保持構造の上に載せられており、冷却溝を通し
て冷却材が強制的に通されており、また冷却溝が冷却材
転送導管を介して低温槽の外側に位置している冷却材供
給ユニットと接続されている。
【００１２】本発明による冷却装置の有利な構成例は請
求項２以下にあげられている。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を一層詳細に説
明する。図面中で相応の部分には同じ参照符号が付され
ている。
【００１４】任意の磁界源の非常に弱い磁気的信号（磁
束または磁界勾配）を検出し得るＳＱＵＩＤ測定装置は
一般に知られている。図１に示されている実施例は、た
とえば患者３の脳のような生物磁気磁界源を基礎として
いるが、同じく良好に他のたとえば非生物磁気磁界源も
検出することができる。相応のＳＱＵＩＤ測定装置は１
チャネルまたはマルチチャネルに構成されていてよく、
また磁界源２から出発する磁気的信号の検出のために、
１つまたはそれ以上の超伝導コイル（ループ）を有する
アンテナとみなすべき少なくとも１つのマグネトメータ
またはグラディオメータを含んでいる。検出された信号
は次いで超伝導の接続導体を介してチャネル数に相応す
る数のＳＱＵＩＤの１つに供給される。ＳＱＵＩＤは直
接にグラディオメータコイルのなかに一体化されていて
もよく、その場合には特別な接続導体は省略される。場
合によってはグラディオメータコイルのように１つのア
レイにまとめられていてよいＳＱＵＩＤの後に電子回路
が接続されている。図面にはこれらの公知の部分は詳細
には示されていない。ＳＱＵＩＤ測定装置の磁界敏感な
部分は特に生物磁気診断の場合にはシールドボックス１
６のなかに収容されていてよい。
【００１５】図１の概要縦断面図に示されており全体と
して参照符号ＫＥ１を付されている本発明による冷却装
置により、このようなＳＱＵＩＤ測定装置９の概要のみ
を示されているＳＱＵＩＤ４およびグラディオメータ５
がその極低温の作動温度に保たれなければならない。そ
のために特別な保持構造７の上に配置されたＳＱＵＩＤ
４およびグラディオメータ５が低温槽６のなかで絶縁真
空８により囲まれている。それらは間接的にのみ熱伝導
を介して冷却される。このために必要な参照符号Ｋ１　
を付されている冷却材、たとえば液体状のヘリウム（Ｌ
Ｈｅ）または２相の液体‐気体ヘリウム混合物は可撓性
の冷却材転送導管１０を通じて冷却すべき保持構造７に
導かれる。その際に有利に液体状の冷却材Ｋ１　は完全
に気化すべきである。その後は気体状の冷却材Ｋ２　は
その他の経路で保持構造７の別の部分および低温槽６の
なかの少なくとも１つの放射防護板１１ならびに転送導
管１０のなかの放射防護板１２を冷却する。
【００１６】液体状の冷却材Ｋ１　は、全体として参照
符号１３を付されており冷却材の貯蔵量１４を含んでい
る冷却材容器１５を有する冷却材供給ユニットから取り
出される。この容器は公知の仕方で貯蔵および輸送容器
として構成されていてよく、また有利に壁部分により示
されているシールドボックス１６の外側に配置されてい
る。冷却材Ｋ１　はその貯蔵および輸送容器１５からの
経路でＬＨｅ供給導管１８を通って低温槽６のなかの転
送導管１０に流れ、そこで冷却溝１９に到達する。この
冷却溝は、ＳＱＵＩＤ４を収容する保持構造７の１つの
部分と熱伝導的に結合されている。保持構造のこの部分
は特にＳＱＵＩＤの周りの金属製のシールドケースであ
ってよく、それに冷却溝１９がたとえばろう付けされて
いる。その場合、ＳＱＵＩＤ４はこのケース２０に熱的
に連結されている。
【００１７】こうして間接的なＳＱＵＩＤ４の冷却の後
に、場合によっては既に部分的に気化された冷却材Ｋ１
　は、グラディオメータ５を収容する保持構造７の部分
のなかに一体化されている冷却溝２１ａおよび２１ｂに
到達する。保持構造のこの部分は特にいわゆる冷却板２
２ａまたは２２ｂとして構成されていてよく、また合成
樹脂から成っていてよい。冷却板の１つは図４および図
５に一層詳細に示されている。いまや少なくともほぼ気
体状の冷却材Ｋ２　は続いて、熱的に低温槽６の放射防
護板１１が連結されている別の構造部分２４を通って流
れ、その後に転送導管１０の排ガス導管２５に到達する
。この排ガス導管は、こうして排ガス冷却されている転
送導管の放射防護板１２と熱的に結合されている。
【００１８】転送導管１０はさらに、シールドボックス
１６の壁を通る貫通部２７として形成されているセクシ
ョンを含んでいる。この貫通部２７を別として、転送導
管は少なくとも部分長さにわたり可撓性に構成され得る
ので、有利に低温槽６は多くの方向に配置され得る。特
に患者３の上にも下にも配置することが可能である。冷
却材貯蔵および輸送容器１５の交換のために、さらに転
送導管１０は公知の仕方で構成される隔離個所２８にお
いて容器１５から離され得る。
【００１９】さらに図１からわかるように、場合によっ
ては、転送導管１０を介してシールドボックス１６から
導き出される気体状の冷却材Ｋ２　が余熱器３０によっ
てより高い温度、たとえば室温に暖められ得る。排ガス
流は次いで調節器３２により駆動される操作弁３１を介
して導き出され、またたとえば図示されていない容器に
受け入れられる。
【００２０】調節器３２はその制御信号を制御線３３を
介して、低温槽６のなかで冷却溝２１ａおよび２１ｂの
後に対応付けられている冷却材導管の部分３５に取り付
けられている温度センサ３４から受ける。すなわち、こ
の個所における冷却材温度の測定により、ＳＱＵＩＤ４
およびグラディオメータ５がそれぞれその超伝導作動状
態に保たれること、すなわちその超伝導材料の超伝導温
度よりも確実に低温であることが保証されている。低温
槽６の外側の冷却材導管の出口における操作弁３１によ
り次いで全冷却材流が調節され得る。この調節は図２に
示されている。それによれば調節器３２は温度センサ３
４で測定された実際温度Ｔｉ　に関係して操作弁３１を
、温度センサの測定個所にそこで気体状の冷却材Ｋ２　
の予め定められた少なくともほぼ一定の目標値ＴＳ　が
生ずるように制御する。図面には最後に転送導管１０お
よび保持構造７のなかの冷却材Ｋ１　に伝達される熱量
がＱ０　で、また気体状の冷却材Ｋ２　に温度センサ３
４の後で放射防護板１１および１２ならびに場合によっ
ては余熱器３０を介して導入される熱量がＱ１　で矢印
により示されている。
【００２１】調節良度の改善のために調節は場合によっ
ては、図２に相応して図示されている図３のようにカス
ケード調節によっても行うことができる。そのために、
図１および図２に示されている操作弁３１の代わりに質
量流量調節器３７が使用される。この目的に適した質量
流量調節器は一般に知られており、またそれぞれ質量流
量ｍの測定のための装置３８および制御可能な弁３９を
含んでいる。このような質量流量調節器により質量流量
目標値ｍＳ　が調節器３２により温度センサ３４で測定
された温度の実際値Ｔｉ　に関係して制御され得る。
【００２２】図１ないし図３にはさらに、本発明による
冷却装置において行われる強制された冷却の前提条件は
、特に冷却材容器１５のなかでたとえば１００ないし５
００ｍｂａｒの圧力範囲内にあるべき超過圧力ｐである
ことが示されている。そのために、この容器の排ガス流
４１のなかに、液体状の冷却材Ｋ１　の貯蔵量１４の上
側の排ガス空間４３のなかで超過圧力ｐを少なくとも近
似的に一定の値に維持する圧力保持弁４２が組み込まれ
ている。
【００２３】図４および図５には、図１中に概要のみを
示されている保持構造７の両冷却板２２ａ、２２ｂの１
つが横断面図および縦断面図で詳細に示されている。こ
れらの同様に構成された冷却板の各々はたとえばガラス
ファイバで強化されたエポキシ樹脂のような合成樹脂か
ら成っていてよい。それらの上にグラディオメータ５の
コイルまたはループがたとえば接着により取り付けられ
ている。図４からわかるように、各板（図面には板２２
ａが示されている）は２つの互いに接合された板状の要
素４５ａおよび４５ｂから構成されていてよい。その際
にこれらの要素の少なくとも１つのなかに、たとえば要
素４５ａのなかに冷却溝２１ａがフライス加工されてい
る。この冷却溝はまだ少なくとも部分的に液体状の冷却
材Ｋ１　に対する流入個所４６から流出個所４７へ通じ
ている。図５からわかるように、冷却溝２１ａ（および
図示されていない冷却溝２１ｂ）は有利に、少なくとも
ほぼ均等な温度が板２２ａの冷却すべき面にわたり保証
されているように延びている。従って、図示されている
実施例によれば、冷却溝２１ａに対して蛇行状の形態が
選ばれている。サイン状またはスパイラル状の冷却溝も
同様に良好に適している。
【００２４】図６の縦断面図にはＳＱＵＩＤ測定装置９
を有する本発明による別の冷却装置が全体として参照符
号ＫＥ２を付して示されている。この測定装置は図１、
図４および図５に相応して構成されている。冷却装置Ｋ
Ｅ２のこの実施例によれば液体状および気体状の冷却材
Ｋ１　またはＫ２　が強制されて気密に閉じられた冷却
材循環路に供給される。そのために必要な冷却材導管シ
ステムは全体として参照符号５１を付されている。それ
はシールドボックス１６の外側に位置している冷凍機械
５６により冷却材Ｋ１　の液化のために十分に低い温度
に冷却される低温導管部分５２を含んでいる。この冷凍
機械５６は冷却装置ＫＥ２のこの実施例では主として全
体として参照符号５３を付されている外部の冷却材供給
ユニットである。実施例に対して選ばれている冷凍機械
５６はＧｉｆｆｏｒｄ‐ＭｃＭａｈｏｎ（ＧＭ）冷凍機
である。このような冷凍機械は有利に、液化機循環路の
なかを循環する特にヘリウムのような媒体を圧縮するた
めの圧縮機ユニット５７を有する固有の液化機循環路を
有する。この液化機循環路は導管システム５１を通る冷
却材循環路から独立しており、また熱的にこれにのみ連
結されているので、冷却材循環路を有する冷凍機械の振
動は良好に消去され得る。１０Ｋよりも上の温度範囲に
対して冷凍機械５６は２つの冷却段５８および５９を有
する。これらの両段の後に、ジュール‐トムソン（ＪＴ
）効果により約４Ｋへの冷却を行い、従って４Ｋ冷却段
とも呼ばれ得る別の冷却段６０が対応付けられている。 相応の冷凍機械はたとえば“Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ５”
の前記個所またはドイツ特許出願公告第　３４２７６０
１号明細書に示されている。その冷却段５８ないし６０
は冷却ケース６２のなかに位置しており、その内部空間
でより低温の両段５９および６０を収容する部分空間は
第１の冷却段５８に熱的に連結されている熱防護板６３
により境される。
【００２５】冷凍機械５６の４Ｋ冷却段６０において液
化された冷却材Ｋ１はケース６２から導き出され、また
少なくとも部分的に可撓性の冷却材転送導管６５を経て
ＳＱＵＩＤ測定装置９の低温槽６に導入される。その際
に冷却材転送導管６５はほぼ図１による転送導管１０に
相応する。
【００２６】転送導管６５を経て低温槽６から導き出さ
れ、この導管のなかでさらに暖められた気体状の冷却材
Ｋ２　は、冷却材導管システム５１のなかの強制された
流れを保証する室温にある循環ポンプ７０に直接には供
給されない。それどころか冷却材Ｋ２　はなお有利に、
循環ポンプ７０から冷凍機械５６の第１の段５８に供給
されるなお室温にある冷却材Ｋ０　の前冷却のために利
用される。そのために設けられている熱交換器７１は冷
却ケース６２のなかにその熱防護板６３により境されて
いる部分空間の外側に位置している。冷却材Ｋ０　の十
分な量を導管システム５１の循環路のなかに維持するた
め、さらになお室温範囲内の導管システムに、また冷却
材流れ方向に見て循環ポンプ７０の後に気体状冷却材の
十分な貯蔵のための蓄積器７０が接続されている。
【００２７】さらに図６からわかるように、シールドボ
ックス１６が存在する際には、転送導管６５は、ボック
スの壁を通る貫通部７３として形成されている部分を含
んでいなければならない。この貫通部の範囲内で転送導
管６５の個々の冷却材導管は電気的に絶縁されている。 貫通部７３を別として、転送導管は少なくとも部分長さ
にわたり可撓性に構成されており、またたとえば冷却ケ
ース６２と結合された剛固な導管部分６５ａならびに低
温槽６と結合された可撓性の導管部分６５ｂを有し得る
ので、有利に冷却装置ＫＥ２のこの実施例においても低
温槽は多くの方向に向けられ得る。たとえば故障または
保守の場合の冷凍機械５６の交換のためには、または非
常作動に対するＬＨｒ貯蔵容器の接続のためには、さら
に公知の仕方で構成すべき連結部２８において転送導管
６５を切り離すことができる。
【００２８】図６により説明された実施例によれば、本
発明による冷却装置に対して冷凍機械としてなかんずく
２段のＧＭ機械およびその後に配置されたＪＴ段から成
る３段の冷凍機が考慮される。しかし、原理的には、冷
却装置は、ＳＱＵＩＤ測定装置の超伝導部分に対する冷
却材循環路から隔てられた固有の液化ループを有し、ま
たその最も低温（４Ｋ）の段に冷却材循環路が熱的に連
結されている他の形式の冷凍機械によっても構成され得
る。こうしてたとえば、その最も低温の段がＧＭ段とし
て構成されている冷凍機械も使用され得る。さらに、同
じく良好に、Ｌｉｎｄｅ‐Ｃｌａｕｄｅ原理（“Ｅ　　
ｕｎｄ　　Ｍ”、第９０巻、１９７３年、第２１８〜２
２４頁参照）で動作する冷凍機械も使用可能である。相
応の機械が図７に示されており、また参照符号８０を付
されている。その際にこの図は機械８０および冷却材転
送導管６５の一部分のみを示している。ＳＱＵＩＤ測定
装置の図示されていない部分は図１または図６によるそ
れに相当する。冷凍機械８０は圧縮機８１、２つの相前
後して配置された膨張タービン８２ａおよび８２ｂ、５
つの向流熱交換器８３ａないし８３ｅならびにこの熱交
換器を通る冷却材高圧枝路８４および冷却材低圧枝路８
５を含んでいる。圧縮機８１により圧縮された冷却材Ｋ
０　の一部分は高圧枝路８４から取り出され、膨張ター
ビン８２ａおよび８２ｂを介して膨張させられ、次いで
低圧枝路８５に供給される。高圧枝路の残りの部分流は
その端においてＪＴ弁８６により部分的に液化される。 こうして機械のこの最も低温の段において得られた液体
流Ｋは低温導管部分８７を経て分岐８８に供給され、そ
こで２つの部分流Ｋ′およびＫ１　に分割される。部分
流Ｋ１　は図６に相応してＳＱＵＩＤ測定装置９の超伝
導部分を冷却する役割をする。その冷却材量は弁８９を
介して設定される。他の部分流Ｋ′は低圧枝路８５の熱
交換器８３ｅないし８３ａを通過し、そこで気化した後
に、ＳＱＵＩＤ測定装置から転送導管６５を経て戻され
る気体状の冷却材Ｋ２　と一緒に共通の冷却材気体流Ｇ
を形成する。 この気体流は次いで圧縮機８１に供給される。このよう
な冷凍機械８１は本発明による冷却装置ＫＥ２の冷却材
導管システム５１のなかに一体化された１つの部分でも
ある。その際に振動問題は恐れる必要はない。なぜなら
ば、Ｌｉｎｄｅ‐Ｃｌａｕｄｅ原理による液化路のなか
でタービンにより惹起される振動はわずかであるからで
ある。
【００２９】図６および図７により説明された措置を有
する本発明による冷却装置はこうしてＳＱＵＩＤ測定装
置の連続作動を許し、その際にすべての超伝導部分の温
度は使用される超伝導材料の跳躍温度よりも低い温度、
すなわちたとえば６Ｋよりも低い温度に保つ必要がある
。ＳＱＵＩＤ測定装置への振動の伝達はその際に回避さ
れ得る。その超伝導部分はコンパクトな測定システムと
して相応に小さい低温槽のなかに構成されていてよく、
その際にこの低温槽を任意の方向に置くことが可能であ
る。場合によっては、たとえばシールドボックスの壁を
通る貫通部においてシールドボックスの外側および内側
の電気的伝導部分の間の電位分離も行われ得る。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、測定システムを収容す
る低温槽のなかに特別な冷却材貯蔵が必要でなく、従っ
てまた低温槽を比較的小さく構成することができる。さ
らに低温槽を空間内にほぼ任意に配置することができる
。測定システム内および場合によっては存在するシール
ドボックス内に非常に少量の冷却材しか存在していない
ので、実際上安全上の問題が生じない。冷却材は、ヘリ
ウムおよび真空に対して密に構成されていなければなら
ない冷却溝のなかのみを流れる。従来それぞれ検出すべ
き磁界源からのグラディオメータの間隔の増大につなが
る低温槽内の特別なヘリウム容器が存在しないので、本
発明による冷却装置ではグラディオメータを有利に磁界
源の付近に置くことができ、それに応じて測定感度も高
くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成配置図である。
【図２】図１の冷却装置の冷却材導管のなかの冷却材の
流れの調節システムの一例の構成配置図である。
【図３】図１の冷却装置の冷却材導管のなかの冷却材の
流れの調節システムの他の例の構成配置図である。
【図４】図１の冷却装置の冷却溝の一部分の横断面図で
ある。
【図５】図１の冷却装置の冷却溝の一部分の縦断面図で
ある。
【図６】本発明の別の実施例の構成配置図である。
【図７】本発明による冷却装置に適した別の冷凍機械の
構成配置である。
【符号の説明】
２　　　　生物磁気的磁界源 ３　　　　患者 ４　　　　ＳＱＵＩＤ ５　　　　グラディオメータ ６　　　　低温槽 ７　　　　保持構造 ８　　　　絶縁真空 ９　　　　ＳＱＵＩＤ測定装置 １０　　　　転送導管 １１、１２　　　　放射防護板 １３　　　　冷却材供給ユニット １４　　　　冷却材貯蔵量 １５　　　　冷却材容器 １６　　　　シールドボックス １８　　　　供給導管 １９　　　　冷却溝 ２０　　　　シールドケース ２１ａ、２１ｂ　　　　冷却溝 ２２ａ、２２ｂ　　　　冷却板 ２４　　　　構造部分 ２５　　　　排ガス導管 ２７　　　　貫通部 ２８　　　　隔離個所 ３０　　　　余熱器 ３１　　　　操作弁 ３２　　　　調節器 ３３　　　　制御線 ３４　　　　温度センサ ３５　　　　冷却材導管部分 ３７　　　　質量流量調節器 ３８　　　　流量測定装置 ３９　　　　制御可能な弁 ４１　　　　排ガス流 ４２　　　　圧力保持弁 ４３　　　　排ガス空間 ４５ａ、４５ｂ　　　　板状要素 ４６　　　　流入個所 ４７　　　　流出個所 ５１　　　　冷却材導管システム ５２　　　　低温導管部分 ５３　　　　冷却材供給ユニット ５６　　　　冷凍機械 ５７　　　　圧縮機ユニット ５８、５９　　　　冷却段 ６０　　　　４Ｋ冷却段 ６２　　　　ケース ６３　　　　熱防護板 ６５　　　　冷却材転送導管 ６５ａ　　　　剛固な転送導管部分 ６５ｂ　　　　可撓性の転送導管部分 ７０　　　　循環ポンプ ７１　　　　熱交換器 ７２　　　　冷却材蓄積器 ７３　　　　壁貫通部 ８０　　　　冷凍機械 ８１　　　　圧縮機 ８２ａ、８２ｂ　　　　膨張タービン ８３ａ、８３ｂ　　　　熱交換器 ８４　　　　冷却材高圧枝路 ８５　　　　冷却材低圧枝路 ８６　　　　ジュール‐トムソン弁 ８７　　　　低温の導管部分 ８８　　　　分岐 ８９　　　　弁 ＫＥ１、ＫＥ２　　　　冷却装置 Ｋ０　　　　　室温の冷却材 Ｋ１　　　　　液体状の冷却材 Ｋ２　　　　　気体状の冷却材 Ｋ　　　　液化された冷却材流 Ｋ′　　　　液化された冷却材部分流 Ｔｉ　　　　　実際温度 Ｔ　　　　　　目標温度 Ｑ０　、Ｑ１　　　　　熱量 ｍ　　　　質量流量 ｍｓ　　　　　質量流量の目標値 ｐ　　　　超過圧力 Ｇ　　　　冷却材気体流

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　生物磁気または他の弱い磁界を測定す
    べきＳＱＵＩＤ測定装置の冷却装置であって、低温槽を
    含んでおり、その内部空間に少なくとも１つの超伝導グ
    ラディオメータおよび少なくとも１つの対応付けられて
    いるＳＱＵＩＤが真空中に配置されており、外部から供
    給すべき冷却材に熱伝導性の結合を介して熱的に連結さ
    れている冷却装置において、少なくとも１つのＳＱＵＩ
    Ｄ（４）および少なくとも１つのグラディオメータ（５
    ）が冷却溝（１９、２１ａ、２１ｂ）を設けられている
    保持構造（７；２０、２２ａ、２２ｂ）の上に載せられ
    ており、冷却溝を通して冷却材（Ｋ１　）が強制的に通
    されており、また冷却溝が冷却材転送導管（１０；６５
    ）を介して低温槽（６）の外側に位置している冷却材供
    給ユニット（１３；５３）と接続されていることを特徴
    とするＳＱＵＩＤ測定装置の冷却装置。
  2. 【請求項２】　　保持構造（７）がグラディオメータ（
    ５）の収容のために冷却板（２２ａ、２２ｂ）を含んで
    おり、そのなかに相応の冷却溝（２１ａ、２１ｂ）が一
    体化されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装
    置。
  3. 【請求項３】　　各冷却板（２２ａ、２２ｂ）が２つの
    板状の要素（４５ａ、４５ｂ）から成っており、これら
    の要素の１つ（４５ａ）のなかに冷却溝（２１ａ）の１
    つが加工されていることを特徴とする請求項２記載の冷
    却装置。
  4. 【請求項４】　　冷却溝（２１ａ）が冷却板（２２ａ）
    の板状の要素（４５ａ）のなかに蛇行状に延びているこ
    とを特徴とする請求項３記載の冷却装置。
  5. 【請求項５】　　冷却板（２２ａ、２２ｂ）がガラスフ
    ァイバにより強化された合成樹脂から成っていることを
    特徴とする請求項２ないし４の１つに記載の冷却装置。
  6. 【請求項６】　　保持構造（７）がＳＱＵＩＤ（４）の
    収容のために、熱伝導的に冷却溝（１９）およびＳＱＵ
    ＩＤ（４）と接続されている金属製のシールドケース（
    ２０）を含んでいることを特徴とする請求項１ないし５
    の１つに記載の冷却装置。
  7. 【請求項７】　　低温槽（６）および冷却材転送導管（
    １０；６５）のなかに、ガス状の冷却材（Ｋ２　）と熱
    的に連結されているそれぞれ１つの熱的な放射防護板（
    １１または１２）が配置されていることを特徴とする請
    求項１ないし６の１つに記載の冷却装置。
  8. 【請求項８】　　シールドボックス（１６）の内側に低
    温槽（６）が、またシールドボックス（１６）の外側に
    冷却材供給ユニット（１３；５３）が配置されているこ
    とを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の冷却装
    置。
  9. 【請求項９】　　冷却材転送導管（１０；６５）が少な
    くとも部分的に可撓性に構成されていることを特徴とす
    る請求項１ないし８の１つに記載の冷却装置。
  10. 【請求項１０】　　冷却材供給ユニット（１３）が冷却
    材容器（１５）を有することを特徴とする請求項１ない
    し９の１つに記載の冷却装置。
  11. 【請求項１１】　　保持構造（７）の冷却溝（１９、２
    １ａ、２１ｂ）を通る冷却材（Ｋ１　、Ｋ２　）の強制
    された供給のために、冷却材容器（１５）の排ガス空間
    （４３）のなかに発生された超過圧力（ｐ）が利用され
    ていることを特徴とする請求項１０記載の冷却装置。
  12. 【請求項１２】　　保持構造（７）の冷却溝（１９、２
    １ａ、２１ｂ）を通る冷却材の流れの調節のために低温
    槽（６）の外側に、調節器（３２）から温度センサ（３
    ４）で測定された温度（Ｔｉ　）に関係して制御されて
    いる操作弁（３１、３９）が排ガス導管の出口に設けら
    れており、温度センサ（３４）が、冷却材の流れ方向に
    見て保持構造（７）の冷却溝（１９、２１ａ、２１ｂ）
    の後に位置しており、またガス状の冷却材（Ｋ２　）を
    導く冷却材導管部分（３５）に取付けられていることを
    特徴とする請求項１０または１１記載の冷却装置。
  13. 【請求項１３】　　操作弁（３９）が質量流量調節器（
    ３７）の部分であることを特徴とする請求項１２記載の
    冷却装置。
  14. 【請求項１４】　　冷却材供給ユニット（５３）が冷凍
    機械（５６、８０）であり、閉じられた冷却材循環路の
    なかの冷却材（Ｋ、Ｋ０　、Ｋ１　、Ｋ２　、Ｇ）の強
    制された案内のために、冷凍機械（５６、８０）の最も
    低温の段（６０、８６）と接続されている低温の導管部
    分（５２、８７）を有する冷却材導管システム（５１）
    が設けられており、保持構造（７）の冷却溝（１９、２
    １ａ、２１ｂ）が冷却材転送導管（６５）を介して低温
    の導管部分（５２、８７）に接続されていることを特徴
    とする請求項１ないし９の１つに記載の冷却装置。
  15. 【請求項１５】　　冷却材導管システム（５１）を通る
    冷却材（Ｋ、Ｋ０　、Ｋ１　、Ｋ２　、Ｇ）の強制され
    た供給のためにポンプ（７０、８１）が設けられている
    ことを特徴とする請求項１４記載の冷却装置。
  16. 【請求項１６】　　冷却材（Ｋ１　）が低温の導管部分
    （５２）のなかで冷凍機械（５６）の最も低温の段（６
    ０）と熱的に連結されていることを特徴とする請求項１
    ４または１５記載の冷却装置。
  17. 【請求項１７】　　冷凍機械（５６）がＧｉｆｆｏｒｄ
    ‐ＭｃＭａｈｏｎ原理により動作する複数の冷却段（５
    ８、５９）を有することを特徴とする請求項１４ないし
    １６の１つに記載の冷却装置。
  18. 【請求項１８】　　冷凍機械（５６）の最も低温の段（
    ６０）がジュール‐トムソン段であることを特徴とする
    請求項１７記載の冷却装置。
  19. 【請求項１９】　　少なくとも冷却材循環路のなかの低
    温の導管部分（８７）の範囲内に少なくとも１つのＳＱ
    ＵＩＤ（４）および少なくとも１つのグラディオメータ
    （５）の冷却のために冷凍機械（８０）の液化機循環路
    が一体化されていることを特徴とする請求項１４ないし
    １８の１つに記載の冷却装置。
  20. 【請求項２０】　　冷凍機械（８０）がＬｉｎｄｅ‐Ｃ
    ｌａｕｄｅプロセスにより動作する冷凍機であることを
    特徴とする請求項１４ないし１６および１９の１つに記
    載の冷却装置。
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