JPH0687447B2 - 超電導マグネツト装置 - Google Patents
超電導マグネツト装置Info
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- JPH0687447B2 JPH0687447B2 JP63185565A JP18556588A JPH0687447B2 JP H0687447 B2 JPH0687447 B2 JP H0687447B2 JP 63185565 A JP63185565 A JP 63185565A JP 18556588 A JP18556588 A JP 18556588A JP H0687447 B2 JPH0687447 B2 JP H0687447B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超電導マグネツト装置、特に、筒形の静磁
場発生用の超電導マグネツトの内径側にパルス磁場発生
用コイルを有する超電導マグネツト装置であり、例え
ば、磁気共鳴イメージング装置や核磁気共鳴分析装置に
用いられる超電導マグネツト装置に関するものである。
場発生用の超電導マグネツトの内径側にパルス磁場発生
用コイルを有する超電導マグネツト装置であり、例え
ば、磁気共鳴イメージング装置や核磁気共鳴分析装置に
用いられる超電導マグネツト装置に関するものである。
第４図は例えば従来の超電導マグネツト装置の縦断面図
を示す図である。
を示す図である。
図において、符号（１）は液体ヘリウム温度で超電導状
態となる静磁場発生用の超電導コイル、（２）は上記超
電導コイル（１）を収納する液体ヘリウム槽であつて、
（３）はこの液体ヘリウム槽（２）に貯溜されている液
体ヘリウム、（４）は液体ヘリウム槽（２）への液体ヘ
リウム（３）の供給及び超電導コイル（１）の励磁リー
ド配線を行なう液体ヘリウム槽サービスポート、（５）
は熱シールド用の液体窒素槽、（６）は液体窒素槽
（５）へ液体窒素を供給するための液体槽サービスポー
ト、（７）は液体窒素槽（５）に貯溜されている液体窒
素、（８）は液体窒素槽（５）につながる液体窒素温度
に保持されている熱シールド鏡板、（９）は熱シールド
鏡板（８）につながる液体窒素温度に保持の熱シールド
筒、（10）は断熱用の真空槽を示す。
態となる静磁場発生用の超電導コイル、（２）は上記超
電導コイル（１）を収納する液体ヘリウム槽であつて、
（３）はこの液体ヘリウム槽（２）に貯溜されている液
体ヘリウム、（４）は液体ヘリウム槽（２）への液体ヘ
リウム（３）の供給及び超電導コイル（１）の励磁リー
ド配線を行なう液体ヘリウム槽サービスポート、（５）
は熱シールド用の液体窒素槽、（６）は液体窒素槽
（５）へ液体窒素を供給するための液体槽サービスポー
ト、（７）は液体窒素槽（５）に貯溜されている液体窒
素、（８）は液体窒素槽（５）につながる液体窒素温度
に保持されている熱シールド鏡板、（９）は熱シールド
鏡板（８）につながる液体窒素温度に保持の熱シールド
筒、（10）は断熱用の真空槽を示す。
また、（11）はパルス磁場発生用コイル例えばパルス磁
場発生用常電導コイルであり、（12）はパルス磁場発生
用常電導コイル（11）の巻枠を示す。
場発生用常電導コイルであり、（12）はパルス磁場発生
用常電導コイル（11）の巻枠を示す。
更に、（13）はマグネツト中心の関心磁界空間を示す。
次に上記従来装置の動作について説明する。
液体ヘリウム（３）で冷却された超電導コイル（１）は
電気抵抗零の超電導状態となり、直流通電により損失無
く静磁場を発生する。
電気抵抗零の超電導状態となり、直流通電により損失無
く静磁場を発生する。
一方、液体ヘリウム（３）は潜熱が小さく、外部からの
小さな熱侵入に対しても、大量に蒸発することとなる。
これに対応するために、超電導マグネツト装置は、液体
窒素槽（５）、これにつながる液体窒素温度に保持の熱
シールド鏡板（８）及び熱シールド筒（９）、並びに、
真空槽（10）の断熱により、外部からの熱侵入を可能な
限り防止し、これによつて、液体ヘリウム（３）の蒸発
を抑制する構造となつている。なお、熱シールド筒
（９）は筒状銅やアルミニウムの良熱伝導性金属板が使
用されている。
小さな熱侵入に対しても、大量に蒸発することとなる。
これに対応するために、超電導マグネツト装置は、液体
窒素槽（５）、これにつながる液体窒素温度に保持の熱
シールド鏡板（８）及び熱シールド筒（９）、並びに、
真空槽（10）の断熱により、外部からの熱侵入を可能な
限り防止し、これによつて、液体ヘリウム（３）の蒸発
を抑制する構造となつている。なお、熱シールド筒
（９）は筒状銅やアルミニウムの良熱伝導性金属板が使
用されている。
また、パルス磁場発生用常電導コイル（11）はパルス状
電流を通電し関心磁界空間（13）において上記超電導コ
イル（１）にる静磁場に所望のパルス状磁場を重畳出力
するように運転される。
電流を通電し関心磁界空間（13）において上記超電導コ
イル（１）にる静磁場に所望のパルス状磁場を重畳出力
するように運転される。
然るに、パルス磁場発生用常電導コイル（11）をパルス
状電流で駆動すると、熱シールド筒（９）に誘導による
電流が流れることとなる。
状電流で駆動すると、熱シールド筒（９）に誘導による
電流が流れることとなる。
第３図では液体窒素温度の熱シールド筒（９）がパルス
磁場発生用常電導コイル（11）を円筒状に近接して囲
み、従つて、相互インダクタンスが高く、且つ、液体窒
素温度に冷却された金属板で構成され電気抵抗が低い条
件となつていることから、熱シールド筒（９）に大きな
誘導電流が流れ、その値はパルス磁場発生用常電導コイ
ル（11）の電流に対し（１）式で示すような関係とな
る。この誘導電流による磁界がパルス磁場発生用常電導
コイル（11）の電流による磁界に反符号で重畳された形
でパルス状磁界が発生することとなる。
磁場発生用常電導コイル（11）を円筒状に近接して囲
み、従つて、相互インダクタンスが高く、且つ、液体窒
素温度に冷却された金属板で構成され電気抵抗が低い条
件となつていることから、熱シールド筒（９）に大きな
誘導電流が流れ、その値はパルス磁場発生用常電導コイ
ル（11）の電流に対し（１）式で示すような関係とな
る。この誘導電流による磁界がパルス磁場発生用常電導
コイル（11）の電流による磁界に反符号で重畳された形
でパルス状磁界が発生することとなる。
但し、（１）式において L;熱シールド筒の自己インダクタンス M;パルス磁場発生用常電導コイルと熱シールド筒との間
の相互インダクタンス R;熱シールド筒の抵抗 i1；パルス磁場発生用常電導コイル電流 i2；熱シールド筒の誘導電流 例えば第５図Ａに示すように、パルス磁場発生用常電導
コイル（11）に台形電流を印加した場合には、熱シール
ド筒（９）に流れる誘導電流は熱シールド筒（９）の持
つ抵抗Ｒのために、第５図Ｂのように、減衰特性を有す
る電流となり、第５図Ａと第５図Ｂに示す電流による関
心磁界空間における合成出力磁界は第５図Ｃに示すよう
に時間に従つて変化するものとなる。従つて、第５図Ｃ
において、Ｔで示した期間一定の磁場出力を所望する場
合は、第６図Ａに示すように、パルス磁場発生用常電導
コイル（11）に印加する電流を、予め熱シールド筒
（９）に流れる誘導電流の変化を補償する値とし、出力
磁界を一定の値とするよう運転する。
の相互インダクタンス R;熱シールド筒の抵抗 i1；パルス磁場発生用常電導コイル電流 i2；熱シールド筒の誘導電流 例えば第５図Ａに示すように、パルス磁場発生用常電導
コイル（11）に台形電流を印加した場合には、熱シール
ド筒（９）に流れる誘導電流は熱シールド筒（９）の持
つ抵抗Ｒのために、第５図Ｂのように、減衰特性を有す
る電流となり、第５図Ａと第５図Ｂに示す電流による関
心磁界空間における合成出力磁界は第５図Ｃに示すよう
に時間に従つて変化するものとなる。従つて、第５図Ｃ
において、Ｔで示した期間一定の磁場出力を所望する場
合は、第６図Ａに示すように、パルス磁場発生用常電導
コイル（11）に印加する電流を、予め熱シールド筒
（９）に流れる誘導電流の変化を補償する値とし、出力
磁界を一定の値とするよう運転する。
従来の超電導マグネツト装置は、以上のように構成され
ているので、所望の時間一定なパルス状磁界を発生させ
るためには、熱シールド筒における誘導電流の減衰を考
慮した電流をパルス磁場発生用常電導コイルに通電する
必要があり、従つて、パルス磁場発生用常電導コイルの
励磁電源に、この調整機能を有するものを必要とすると
いう欠点を有しており、このような欠点のない超電導マ
グネツト装置を得ようとする課題を従来装置は有してい
た。
ているので、所望の時間一定なパルス状磁界を発生させ
るためには、熱シールド筒における誘導電流の減衰を考
慮した電流をパルス磁場発生用常電導コイルに通電する
必要があり、従つて、パルス磁場発生用常電導コイルの
励磁電源に、この調整機能を有するものを必要とすると
いう欠点を有しており、このような欠点のない超電導マ
グネツト装置を得ようとする課題を従来装置は有してい
た。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、熱シールド筒における誘導電流の減衰の無い
超電導マグネツト装置を得ることを目的とするものであ
る。
たもので、熱シールド筒における誘導電流の減衰の無い
超電導マグネツト装置を得ることを目的とするものであ
る。
この発明に係る超電導マグネツト装置は、熱シールド筒
を液体窒素温度以上で超電導状態となる超電導体で構成
しているものである。
を液体窒素温度以上で超電導状態となる超電導体で構成
しているものである。
この発明における超電導マグネツト装置は、誘導電流の
流れる熱シールド筒が、液体窒素温度に冷却されること
によつて超電導状態となり、その結果、抵抗が零となる
ことによつて、熱シールド筒の抵抗による誘導電流の減
衰が無くなり、従つて、出力磁界は一定となる。
流れる熱シールド筒が、液体窒素温度に冷却されること
によつて超電導状態となり、その結果、抵抗が零となる
ことによつて、熱シールド筒の抵抗による誘導電流の減
衰が無くなり、従つて、出力磁界は一定となる。
以下、この発明をその一実施例を示す図に基づいて説明
する。
する。
図において、符号（１）〜（８）及び（10）〜（13）で
示すものは、従来装置において同一符号で示したものと
同一又は同等のものである。
示すものは、従来装置において同一符号で示したものと
同一又は同等のものである。
第１図において、符号（21）は、液体窒素温度に保持の
熱シールド鏡板（８）につながる液体窒素温度以上で超
電導状態となる超電導体例えばセラミツクス系超電導体
製の熱シールド筒であり、（22）は上記セラミツクス系
超電導体製の熱シールド筒（21）を常電導へ転位させる
ために熱シールド筒上に巻かれたヒータである。
熱シールド鏡板（８）につながる液体窒素温度以上で超
電導状態となる超電導体例えばセラミツクス系超電導体
製の熱シールド筒であり、（22）は上記セラミツクス系
超電導体製の熱シールド筒（21）を常電導へ転位させる
ために熱シールド筒上に巻かれたヒータである。
次に上記実施例の動作について説明する。
静磁場が設定された通常の状態において、熱シールド筒
（21）は熱シールド鏡板（８）を介して液体窒素槽
（５）につながれており、従つて、液体窒素温度となつ
ているので、超電導状態となつている。
（21）は熱シールド鏡板（８）を介して液体窒素槽
（５）につながれており、従つて、液体窒素温度となつ
ているので、超電導状態となつている。
ここにおいて、パルス磁場発生用常電導コイル（11）の
通電電流と熱シールド筒（21）の誘導電流との関係は、
前記（１）式の熱シールド筒（９）の抵抗Ｒが零となる
とにより、（２）式のようになる。
通電電流と熱シールド筒（21）の誘導電流との関係は、
前記（１）式の熱シールド筒（９）の抵抗Ｒが零となる
とにより、（２）式のようになる。
但し、（２）式において、 Ｌ′≒熱シールド筒の自己インダクタンス Ｍ′≒パルス磁場発生用常電導コイルと熱シールド筒と
の間の相互インダクタンス i1：パルス磁場発生用常電導コイル電流 i1：熱シールド筒に発生の誘導電流 従つて、第２図Ａに示すように、パルス磁場発生用常電
導コイル（11）に台形の電流を入力しても熱シールド筒
（21）に流れる誘導電流は、抵抗による減衰が無く第２
図Ｂに示す台形の電流が流れることとなる。従つて、パ
ルス磁場発生用常電導コイル（11）の電流と熱シールド
筒（21）の誘導電流による関心磁界空間（13）での合成
出力磁界は、第２図Ｃに示すように、Ｔで示した期間時
間変動の無い一定の磁界を発生することとなる。
の間の相互インダクタンス i1：パルス磁場発生用常電導コイル電流 i1：熱シールド筒に発生の誘導電流 従つて、第２図Ａに示すように、パルス磁場発生用常電
導コイル（11）に台形の電流を入力しても熱シールド筒
（21）に流れる誘導電流は、抵抗による減衰が無く第２
図Ｂに示す台形の電流が流れることとなる。従つて、パ
ルス磁場発生用常電導コイル（11）の電流と熱シールド
筒（21）の誘導電流による関心磁界空間（13）での合成
出力磁界は、第２図Ｃに示すように、Ｔで示した期間時
間変動の無い一定の磁界を発生することとなる。
なお、静磁場の設定については次の要領で行なうものと
する。
する。
従来の超電導マグネツト装置では、熱シールド筒（９）
が常電導体で構成されていたため、超電導コイル（１）
を励磁した場合、熱シールド筒（９）に誘起される誘導
電流は、熱シールド筒（９）の持つ抵抗で減衰し、最終
的に超電導コイル（１）の電流で決まる静磁場が設定さ
れる。
が常電導体で構成されていたため、超電導コイル（１）
を励磁した場合、熱シールド筒（９）に誘起される誘導
電流は、熱シールド筒（９）の持つ抵抗で減衰し、最終
的に超電導コイル（１）の電流で決まる静磁場が設定さ
れる。
一方、この発明の実施例による超電導マグネツト装置で
は、熱シールド筒（21）を液体窒素温度以上で超電導状
態となる例えばセラミツクス系超電導体で構成し、熱シ
ールド鏡板（８）を介して液体窒素槽（５）につなぎ、
液体窒素温度としているため、熱シールド筒（21）は超
電導状態となつている。このため、超電導コイル（１）
を励磁した場合、熱シールド筒（21）に誘起される誘導
電流は減衰せず、関心磁界空間（13）に対し、超電導コ
イル（１）による磁界をしやべするように誘導電流が流
れ続ける。従つて、静磁場の設定においては、ヒータ
（22）に通電してセラミツクス系超電導体からなる熱シ
ールド筒（21）を常電導状態に転移させ、静磁場を設定
した後、ヒータ（22）の通電を止め、熱シールド筒（2
1）を超電導状態にもどすことにより、静磁場を発生さ
せることができる。
は、熱シールド筒（21）を液体窒素温度以上で超電導状
態となる例えばセラミツクス系超電導体で構成し、熱シ
ールド鏡板（８）を介して液体窒素槽（５）につなぎ、
液体窒素温度としているため、熱シールド筒（21）は超
電導状態となつている。このため、超電導コイル（１）
を励磁した場合、熱シールド筒（21）に誘起される誘導
電流は減衰せず、関心磁界空間（13）に対し、超電導コ
イル（１）による磁界をしやべするように誘導電流が流
れ続ける。従つて、静磁場の設定においては、ヒータ
（22）に通電してセラミツクス系超電導体からなる熱シ
ールド筒（21）を常電導状態に転移させ、静磁場を設定
した後、ヒータ（22）の通電を止め、熱シールド筒（2
1）を超電導状態にもどすことにより、静磁場を発生さ
せることができる。
なお、上記実施例では、液体窒素槽（５）につながる液
体窒素温度の熱シールド筒（21）をセラミツクス系超電
導体とした例を示したが、例えば、冷凍機により液体窒
素温度以下に冷却された熱シールド筒をセラミツクス系
超電導体で構成しても良い。
体窒素温度の熱シールド筒（21）をセラミツクス系超電
導体とした例を示したが、例えば、冷凍機により液体窒
素温度以下に冷却された熱シールド筒をセラミツクス系
超電導体で構成しても良い。
また、セラミツク系超電導体からなる熱シールド筒（2
1）の常電導転位用ヒータ（22）を、上記実施例では、
セラミツクス系超電導体の全面に巻回したものとした
が、第３図に示すように、静磁場励磁による誘導電流ル
ープ（23）を切るように常電導転位できればヒータ（2
2）は一部分の取付けでも良い。
1）の常電導転位用ヒータ（22）を、上記実施例では、
セラミツクス系超電導体の全面に巻回したものとした
が、第３図に示すように、静磁場励磁による誘導電流ル
ープ（23）を切るように常電導転位できればヒータ（2
2）は一部分の取付けでも良い。
以上のように、この発明によれば、熱シールド筒を液体
窒素温度以上で超電導状態となる超電導体で構成してい
るので、パルス磁場発生用コイルの通電による液体窒素
温度に保持されている熱シールド筒に生ずる誘導電流の
抵抗減衰は無くなり、従つて、関心磁界空間の磁界も所
望時間一定とすることができ、その結果、パルス磁場発
生用コイルの励磁電源に調整用回路を設ける必要も無く
装置も安価に製作し得る超電導マグネツト装置が得られ
る効果を有している。
窒素温度以上で超電導状態となる超電導体で構成してい
るので、パルス磁場発生用コイルの通電による液体窒素
温度に保持されている熱シールド筒に生ずる誘導電流の
抵抗減衰は無くなり、従つて、関心磁界空間の磁界も所
望時間一定とすることができ、その結果、パルス磁場発
生用コイルの励磁電源に調整用回路を設ける必要も無く
装置も安価に製作し得る超電導マグネツト装置が得られ
る効果を有している。
第１図はこの発明の一実施例による超電導マグネツト装
置の縦断面図、第２図Ａは第１図の時間に対するコイル
通電電流量線図、第２図Ｂは同様の熱シールド筒誘導電
流線図、第２図Ｃは同様の出力磁界線図、第３図はこの
発明の他の実施例の熱シールド筒の説明図、第４図は従
来の超電導マグネツト装置の縦断面図、第５図Ａは第４
図の時間に対するコイル通電電流線図、第５図Ｂは同様
の熱シールド筒誘導電流線図、第５図Ｃは同様の出力磁
界線図、第６図Ｃは出力磁界を所望時間一定にした場合
の出力磁界線図、第６図A,Bは従来の第６図Ｃにするた
めのコイル通電電流線図及び熱シールド筒誘導電流線図
である。 （１）……超電導コイル、（２）……液体ヘリウム槽、
（５）……液体窒素槽、（11）……パルス磁場発生用コ
イル（パルス磁場発生用常電導コイル）、（13）……関
心磁界空間、（21）……熱シールド筒、（22）……ヒー
タ。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
置の縦断面図、第２図Ａは第１図の時間に対するコイル
通電電流量線図、第２図Ｂは同様の熱シールド筒誘導電
流線図、第２図Ｃは同様の出力磁界線図、第３図はこの
発明の他の実施例の熱シールド筒の説明図、第４図は従
来の超電導マグネツト装置の縦断面図、第５図Ａは第４
図の時間に対するコイル通電電流線図、第５図Ｂは同様
の熱シールド筒誘導電流線図、第５図Ｃは同様の出力磁
界線図、第６図Ｃは出力磁界を所望時間一定にした場合
の出力磁界線図、第６図A,Bは従来の第６図Ｃにするた
めのコイル通電電流線図及び熱シールド筒誘導電流線図
である。 （１）……超電導コイル、（２）……液体ヘリウム槽、
（５）……液体窒素槽、（11）……パルス磁場発生用コ
イル（パルス磁場発生用常電導コイル）、（13）……関
心磁界空間、（21）……熱シールド筒、（22）……ヒー
タ。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】静磁場を発生する筒形の超電導コイルの内
径側にパルス磁場発生用コイルを配している超電導マグ
ネツト装置において、上記超電導コイルとパルス磁場発
生用コイルとの間に液体窒素温度以下に保持されて設け
られている熱シールド筒を液体窒素温度以上で超電導状
態となる超電導体によつて構成していることを特徴とす
る超電導マグネツト装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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