JPH10332801A - 冷却プローブヘッドを有するｎｍｒ測定装置 - Google Patents
冷却プローブヘッドを有するｎｍｒ測定装置Info
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- JPH10332801A JPH10332801A JP10151927A JP15192798A JPH10332801A JP H10332801 A JPH10332801 A JP H10332801A JP 10151927 A JP10151927 A JP 10151927A JP 15192798 A JP15192798 A JP 15192798A JP H10332801 A JPH10332801 A JP H10332801A
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R33/34015—Temperature-controlled RF coils
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 前置増幅器の雑音も含む雑音の大幅な減少
を、可能な限り簡単な方法で且つ大きな技術的困難とコ
ストの増加を伴わずに達成することができるＮＭＲ測定
装置を提供する。 【解決手段】 ＮＭＲプローブヘッドに、１つ又は複数
のＮＭＲ受信コイルに加えて、前記ＮＭＲ受信コイルに
よって受信されるＮＭＲ信号を増幅するための１つ又は
複数の前置増幅器を設けると共に、極低温断熱された追
加の移送管路を冷却装置及び前記ＮＭＲプローブヘッド
間に設け、前記追加の移送管路を介して、前記１つ又は
複数の前記前置増幅器と、高周波（ＲＦ）スイッチ、Ｒ
Ｆフィルタ、取付部材等の前記前置増幅器に接触する構
成部品の少なくとも一方に、前記ＮＭＲ受信コイルの冷
却に用いられた冷媒流よりも高い温度の冷媒流を供給
し、且つ、極低温冷却器及び追加の熱交換器のうちの少
なくとも該極低温冷却器を２つの冷媒流を冷却するため
に設ける。
を、可能な限り簡単な方法で且つ大きな技術的困難とコ
ストの増加を伴わずに達成することができるＮＭＲ測定
装置を提供する。 【解決手段】 ＮＭＲプローブヘッドに、１つ又は複数
のＮＭＲ受信コイルに加えて、前記ＮＭＲ受信コイルに
よって受信されるＮＭＲ信号を増幅するための１つ又は
複数の前置増幅器を設けると共に、極低温断熱された追
加の移送管路を冷却装置及び前記ＮＭＲプローブヘッド
間に設け、前記追加の移送管路を介して、前記１つ又は
複数の前記前置増幅器と、高周波（ＲＦ）スイッチ、Ｒ
Ｆフィルタ、取付部材等の前記前置増幅器に接触する構
成部品の少なくとも一方に、前記ＮＭＲ受信コイルの冷
却に用いられた冷媒流よりも高い温度の冷媒流を供給
し、且つ、極低温冷却器及び追加の熱交換器のうちの少
なくとも該極低温冷却器を２つの冷媒流を冷却するため
に設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１つ又は複数のＮ
ＭＲ受信コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する
核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定用の測定装置に関する。プロ
ーブヘッドには冷却装置から極低温断熱された移送管路
を介して冷媒が供給され、前記冷却装置は、第１段交換
器を有する第１冷却段と、第２段交換器を有する第２冷
却段とを有する極低温冷却器を備え、測定装置はポンプ
を備え、該ポンプは最初に室温である冷媒を、第１向流
式交換器、前記第１段交換器、第２向流式交換器、前記
第２段交換器及び前記移送管路から成る回路を介してＮ
ＭＲプローブヘッドに移送してＮＭＲ受信コイルを冷却
し、再び前記冷媒を、前記移送管路、前記第２向流式交
換器、及び前記第１向流式交換器を介して移送可能であ
る。
ＭＲ受信コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する
核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定用の測定装置に関する。プロ
ーブヘッドには冷却装置から極低温断熱された移送管路
を介して冷媒が供給され、前記冷却装置は、第１段交換
器を有する第１冷却段と、第２段交換器を有する第２冷
却段とを有する極低温冷却器を備え、測定装置はポンプ
を備え、該ポンプは最初に室温である冷媒を、第１向流
式交換器、前記第１段交換器、第２向流式交換器、前記
第２段交換器及び前記移送管路から成る回路を介してＮ
ＭＲプローブヘッドに移送してＮＭＲ受信コイルを冷却
し、再び前記冷媒を、前記移送管路、前記第２向流式交
換器、及び前記第１向流式交換器を介して移送可能であ
る。
【０００２】
【従来の技術】この種のＮＭＲ測定装置は米国特許第
５，５０８，６１３号により当該分野で公知である。
５，５０８，６１３号により当該分野で公知である。
【０００３】ＮＭＲ分光学は化学化合物の構造を精密に
判定できる測定方法である。しかしながら、この利点の
ために却ってより大きな不利益がある。即ち、ＮＭＲ分
光学は、残念ながら、一般に信号対雑音比（ＳＮ比）が
かなり小さい比較的感度の鈍い測定方法でもある。従っ
て、感度の向上を得るすべての可能なステップを採り入
れる必要がある。
判定できる測定方法である。しかしながら、この利点の
ために却ってより大きな不利益がある。即ち、ＮＭＲ分
光学は、残念ながら、一般に信号対雑音比（ＳＮ比）が
かなり小さい比較的感度の鈍い測定方法でもある。従っ
て、感度の向上を得るすべての可能なステップを採り入
れる必要がある。
【０００４】このＳＮ比は、材料の入念な選択を行な
い、ＮＭＲ受信コイル用に精密に調整された材料を用
い、幾何学的形状寸法・配置を最適にすることによりか
なり向上させることができる。しかしながら、この種の
最適化のプロセスは限界に達し、期待できる更なる改良
はわずな程度でしかないことが明らかとなった。このた
め、たとえかなりの努力と費用を費やしても、新たな最
適化の方法を研究することが必要となった。そのような
可能性の１つは電気的共鳴と同調ネットワークによる受
信コイルの極低温冷却である。追加のステップとして、
前置増幅器もまたその雑音が受信コイルに比べて小さく
押えられるように冷却しなければならない。
い、ＮＭＲ受信コイル用に精密に調整された材料を用
い、幾何学的形状寸法・配置を最適にすることによりか
なり向上させることができる。しかしながら、この種の
最適化のプロセスは限界に達し、期待できる更なる改良
はわずな程度でしかないことが明らかとなった。このた
め、たとえかなりの努力と費用を費やしても、新たな最
適化の方法を研究することが必要となった。そのような
可能性の１つは電気的共鳴と同調ネットワークによる受
信コイルの極低温冷却である。追加のステップとして、
前置増幅器もまたその雑音が受信コイルに比べて小さく
押えられるように冷却しなければならない。
【０００５】「受信コイル」という表現は単に、純粋な
インダクタンスを意味するだけでなく、高周波領域にお
ける共鳴が可能なシステムを実現するために分布インダ
クタンス及び／又はキャパシタンスを有する共鳴装置を
も意味する。
インダクタンスを意味するだけでなく、高周波領域にお
ける共鳴が可能なシステムを実現するために分布インダ
クタンス及び／又はキャパシタンスを有する共鳴装置を
も意味する。
【０００６】大部分のＮＭＲ測定において、受信器の出
力側のＮＭＲ信号のＳＮ比は、主として受信コイルのＳ
Ｎ比によって制限される。このＳＮ比は、コイルに固有
の雑音に対する、標準的試料から受信したＮＭＲ信号の
大きさに依存する。ＮＭＲ信号の大きさは、受信コイル
の幾何学的形状寸法・配置と、コイルがどの程度近接し
て試料を囲繞するかに依る。これらの特性は温度には左
右され得ない。しかしながら、このことは、コイルに固
有の雑音に関しては当てはまらない。即ち、コイルの固
有雑音は、コイルの高周波損失抵抗ＲHFにより生成し、
その抵抗ＲHFの大きさとその温度に依存する−より正確
には積ＲHF・Ｔの平方根に依存する。
力側のＮＭＲ信号のＳＮ比は、主として受信コイルのＳ
Ｎ比によって制限される。このＳＮ比は、コイルに固有
の雑音に対する、標準的試料から受信したＮＭＲ信号の
大きさに依存する。ＮＭＲ信号の大きさは、受信コイル
の幾何学的形状寸法・配置と、コイルがどの程度近接し
て試料を囲繞するかに依る。これらの特性は温度には左
右され得ない。しかしながら、このことは、コイルに固
有の雑音に関しては当てはまらない。即ち、コイルの固
有雑音は、コイルの高周波損失抵抗ＲHFにより生成し、
その抵抗ＲHFの大きさとその温度に依存する−より正確
には積ＲHF・Ｔの平方根に依存する。
【０００７】受信コイルを３０Ｋより低い温度に冷却す
ると、その抵抗ＲHFと温度Ｔとが共に減少し、固有雑音
の大幅な減少とそれに対応してＳＮ比の増大をもたら
す。
ると、その抵抗ＲHFと温度Ｔとが共に減少し、固有雑音
の大幅な減少とそれに対応してＳＮ比の増大をもたら
す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】米国特許第５，５０
８，６１３号は冷却されたＮＭＲ受信コイルを有する従
来のＮＭＲ測定装置を開示する。しかしながら、この従
来装置によって解決されない別の問題は、ＮＭＲ受信コ
イルから発信されるＮＭＲ信号を増幅し、通常は室温で
作動する前置増幅器に固有の雑音である。
８，６１３号は冷却されたＮＭＲ受信コイルを有する従
来のＮＭＲ測定装置を開示する。しかしながら、この従
来装置によって解決されない別の問題は、ＮＭＲ受信コ
イルから発信されるＮＭＲ信号を増幅し、通常は室温で
作動する前置増幅器に固有の雑音である。
【０００９】従って本発明の目的は、前置増幅器の雑音
も含む雑音の大幅な減少を、可能な限り簡単な方法で且
つ大きな技術的困難とコストの増加を伴わずに達成する
ことができるＮＭＲ測定装置を提供することである。
も含む雑音の大幅な減少を、可能な限り簡単な方法で且
つ大きな技術的困難とコストの増加を伴わずに達成する
ことができるＮＭＲ測定装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、ＮＭＲプローブヘッドに、１つ又は複数のＮＭＲ
受信コイルに加えて、前記ＮＭＲ受信コイルによって受
信されるＮＭＲ信号を増幅するための１つ又は複数の前
置増幅器を設けると共に、極低温断熱された追加の移送
管路を冷却装置及び前記ＮＭＲプローブヘッド間に設
け、前記追加の移送管路を介して、前記１つ又は複数の
前記前置増幅器と、高周波（ＲＦ）スイッチ、ＲＦフィ
ルタ、取付部材等の前記前置増幅器に接触する構成部品
の少なくとも一方に、前記ＮＭＲ受信コイルの冷却に用
いられた冷媒流よりも高い温度の冷媒流を供給し、且
つ、前記極低温冷却器及び追加の熱交換器のうちの少な
くとも該極低温冷却器を前記２つの冷媒流を冷却するた
めに用いることにより達成される。
れば、ＮＭＲプローブヘッドに、１つ又は複数のＮＭＲ
受信コイルに加えて、前記ＮＭＲ受信コイルによって受
信されるＮＭＲ信号を増幅するための１つ又は複数の前
置増幅器を設けると共に、極低温断熱された追加の移送
管路を冷却装置及び前記ＮＭＲプローブヘッド間に設
け、前記追加の移送管路を介して、前記１つ又は複数の
前記前置増幅器と、高周波（ＲＦ）スイッチ、ＲＦフィ
ルタ、取付部材等の前記前置増幅器に接触する構成部品
の少なくとも一方に、前記ＮＭＲ受信コイルの冷却に用
いられた冷媒流よりも高い温度の冷媒流を供給し、且
つ、前記極低温冷却器及び追加の熱交換器のうちの少な
くとも該極低温冷却器を前記２つの冷媒流を冷却するた
めに用いることにより達成される。
【００１１】「極低温冷却器」という用語は、対象物を
冷却する冷却面を有し、低温媒体を用いて作動する装
置、例えばギフォード−マックマホン(Gifford-McMaho
n)冷却器、パルス管冷却器、又はジュール−トムソン(J
oule-Thomson)冷却装置を指す。
冷却する冷却面を有し、低温媒体を用いて作動する装
置、例えばギフォード−マックマホン(Gifford-McMaho
n)冷却器、パルス管冷却器、又はジュール−トムソン(J
oule-Thomson)冷却装置を指す。
【００１２】雑音を最小にするための前置増幅器の冷却
は、シリコン技術を用いて製造した電子部品が適正に機
能しなくなるので、実質的に８０Ｋより低い温度で行う
べきではない。幸いなことに、前置増幅器の雑音は、こ
の幾分高い温度でも十分に小さいので、受信コイルの雑
音に影響しない。従って、第１の冷媒流がＮＭＲ受信コ
イルを離れた直後、２０Ｋより低い温度、好ましくは約
１５Ｋを有し、第２の冷媒流が前置増幅器を励起した直
後、約８０Ｋの温度、好ましくは略７７Ｋを有するよう
にした本発明の測定装置の実施の形態は有利である。
は、シリコン技術を用いて製造した電子部品が適正に機
能しなくなるので、実質的に８０Ｋより低い温度で行う
べきではない。幸いなことに、前置増幅器の雑音は、こ
の幾分高い温度でも十分に小さいので、受信コイルの雑
音に影響しない。従って、第１の冷媒流がＮＭＲ受信コ
イルを離れた直後、２０Ｋより低い温度、好ましくは約
１５Ｋを有し、第２の冷媒流が前置増幅器を励起した直
後、約８０Ｋの温度、好ましくは略７７Ｋを有するよう
にした本発明の測定装置の実施の形態は有利である。
【００１３】これにより、ＮＭＲ受信コイルは、原則的
により低い温度に冷却可能となる。しかしながら、この
ことは、特に極低温冷却器に関してかなりの費用と困難
を要し、これによって達成される改良に比べて正当なも
のでなくなる。
により低い温度に冷却可能となる。しかしながら、この
ことは、特に極低温冷却器に関してかなりの費用と困難
を要し、これによって達成される改良に比べて正当なも
のでなくなる。
【００１４】本発明の測定装置の別の実施の形態におい
ては、前記ＮＭＲ受信コイル冷却用と、前記前置増幅器
及びこれに接続する構成部品の少なくとも一方の冷却用
の２つの個別の冷却回路を備える。この実施の形態は冷
却弁が不要であるという利点を有する。
ては、前記ＮＭＲ受信コイル冷却用と、前記前置増幅器
及びこれに接続する構成部品の少なくとも一方の冷却用
の２つの個別の冷却回路を備える。この実施の形態は冷
却弁が不要であるという利点を有する。
【００１５】この実施の形態の改良例によれば、第１段
交換器に加えて、追加の段交換器を極低温冷却器の第１
冷却段に接続し、前記第１段交換器を、ＮＭＲ受信コイ
ルの冷却回路における冷媒流の冷却に用い、前記追加の
段交換器を前記前置増幅器の冷却回路における冷媒流の
冷却に用いる。追加の段交換器を第１冷却段上に形成す
るとコンパクトな配置となる。
交換器に加えて、追加の段交換器を極低温冷却器の第１
冷却段に接続し、前記第１段交換器を、ＮＭＲ受信コイ
ルの冷却回路における冷媒流の冷却に用い、前記追加の
段交換器を前記前置増幅器の冷却回路における冷媒流の
冷却に用いる。追加の段交換器を第１冷却段上に形成す
るとコンパクトな配置となる。
【００１６】この実施の形態の改良例によれば、追加の
向流式交換器を、前置増幅器の冷却回路に、ポンプと前
記追加の段交換器及び前記追加の移送管路との間の位置
で挿入することにより熱効率を高める。従って、略３０
０Ｋと略８０Ｋの２つの温度領域の離隔が実質的な熱損
失なしに達成される。
向流式交換器を、前置増幅器の冷却回路に、ポンプと前
記追加の段交換器及び前記追加の移送管路との間の位置
で挿入することにより熱効率を高める。従って、略３０
０Ｋと略８０Ｋの２つの温度領域の離隔が実質的な熱損
失なしに達成される。
【００１７】冷媒の質量流量を制御するための少なくと
も１つの略室温の弁を、前記各冷却回路に設けるように
改良すると有利である。室温の弁は冷媒流を微調整して
両冷却回路への温度配分を行なう。
も１つの略室温の弁を、前記各冷却回路に設けるように
改良すると有利である。室温の弁は冷媒流を微調整して
両冷却回路への温度配分を行なう。
【００１８】本発明の測定装置の別の実施の形態によれ
ば、それぞれ、ＮＭＲ受信コイルの冷却用及び前記前置
増幅器及びこれに接続する構成部品の少なくとも一方の
冷却用に２つの流れ成分を有する単一の冷却回路を設け
るもので、特に好ましい。従って、２つの個別な冷却回
路を有する上述の実施の形態に対して、必要な極低温構
成部品の数が減少する。即ち、第２の冷却回路用の冷却
バッファとして機能する、少なくとも１つの向流式交換
器が不要となるからである。
ば、それぞれ、ＮＭＲ受信コイルの冷却用及び前記前置
増幅器及びこれに接続する構成部品の少なくとも一方の
冷却用に２つの流れ成分を有する単一の冷却回路を設け
るもので、特に好ましい。従って、２つの個別な冷却回
路を有する上述の実施の形態に対して、必要な極低温構
成部品の数が減少する。即ち、第２の冷却回路用の冷却
バッファとして機能する、少なくとも１つの向流式交換
器が不要となるからである。
【００１９】この実施の形態の有利な改良例によれば、
前置増幅器に流れる冷媒の質量流量を制御するための冷
却された弁を備える。これにより、冷却回路の２つの流
れ成分を微調整することができ、特に、適正な性能を確
保するように前置増幅器の温度を精密に調整することが
できる。即ち、前置増幅器は略８０Ｋの温度まで下がっ
たときのみ、確実に且つ雑音が最適になって作動するか
らである。
前置増幅器に流れる冷媒の質量流量を制御するための冷
却された弁を備える。これにより、冷却回路の２つの流
れ成分を微調整することができ、特に、適正な性能を確
保するように前置増幅器の温度を精密に調整することが
できる。即ち、前置増幅器は略８０Ｋの温度まで下がっ
たときのみ、確実に且つ雑音が最適になって作動するか
らである。
【００２０】特に好ましい実施の形態によれば、第１段
交換器に加えて、追加の段交換器を極低温冷却器の第１
冷却段に接続し、前記追加の段交換器を、前置増幅器及
びこれに接続する構成部品の少なくとも一方の冷却、及
び必要により、前記第１段交換器に直接流れる冷媒流成
分の冷却に用い、第１段交換器をＮＭＲ受信コイルに流
れる冷媒の冷却に用いる。追加の段交換器は冷媒の初期
予備冷却を行なう。前置増幅器で温められた冷媒は再び
極低温冷却器の第１段に導入され、第２向流式交換器の
冷却効果を向上させるために、第１段交換器によって冷
却され、従って、極低温冷却器の第２冷却段にかかる負
荷を低減する。
交換器に加えて、追加の段交換器を極低温冷却器の第１
冷却段に接続し、前記追加の段交換器を、前置増幅器及
びこれに接続する構成部品の少なくとも一方の冷却、及
び必要により、前記第１段交換器に直接流れる冷媒流成
分の冷却に用い、第１段交換器をＮＭＲ受信コイルに流
れる冷媒の冷却に用いる。追加の段交換器は冷媒の初期
予備冷却を行なう。前置増幅器で温められた冷媒は再び
極低温冷却器の第１段に導入され、第２向流式交換器の
冷却効果を向上させるために、第１段交換器によって冷
却され、従って、極低温冷却器の第２冷却段にかかる負
荷を低減する。
【００２１】上述の実施の形態の別の改良例によれば、
ＮＭＲ受信コイルから第２向流式交換器を介して戻る冷
媒流成分を前置増幅器及びこれに接続する構成部品の少
なくとも一方を冷却するために分岐した後、追加の移送
管路及び第１向流式交換器を介してポンプに戻す。この
ようにして、本発明の測定装置の上述の他の実施の形態
に比して、本実施の形態は最大の冷却効率を有するの
で、最低のＮＭＲ受信コイル温度が達成できる。
ＮＭＲ受信コイルから第２向流式交換器を介して戻る冷
媒流成分を前置増幅器及びこれに接続する構成部品の少
なくとも一方を冷却するために分岐した後、追加の移送
管路及び第１向流式交換器を介してポンプに戻す。この
ようにして、本発明の測定装置の上述の他の実施の形態
に比して、本実施の形態は最大の冷却効率を有するの
で、最低のＮＭＲ受信コイル温度が達成できる。
【００２２】これに代えて、ＮＭＲ受信コイルからの全
冷媒流を、前置増幅器及びこれに接続する構成部品の少
なくとも一方を冷却するために、第２向流式交換器を介
して案内した後、追加の移送管路及び前記第１向流式交
換器を介してポンプに戻すようにしてもよい。この方法
は、技術的に最も簡単で且つ最もコンパクトでありなが
ら、高い効率を有する。冷却弁はこの場合不要である。
冷媒流を、前置増幅器及びこれに接続する構成部品の少
なくとも一方を冷却するために、第２向流式交換器を介
して案内した後、追加の移送管路及び前記第１向流式交
換器を介してポンプに戻すようにしてもよい。この方法
は、技術的に最も簡単で且つ最もコンパクトでありなが
ら、高い効率を有する。冷却弁はこの場合不要である。
【００２３】本発明の測定装置の別の実施の形態によれ
ば、前置増幅器に空間的に近接してヒータを設け、これ
により前置増幅器の直接的温度制御を容易に行なうこと
ができる。
ば、前置増幅器に空間的に近接してヒータを設け、これ
により前置増幅器の直接的温度制御を容易に行なうこと
ができる。
【００２４】第１移送管路と第２移送管路が共通の極低
温断熱材を共用する実施の形態もまた有利である。２つ
の移送管路と共通の極低温断熱材とを空間的に近接させ
ると、特にコンパクトな装置の形成を容易にし、且つ移
送管路において生じる得る熱損失を減少する。
温断熱材を共用する実施の形態もまた有利である。２つ
の移送管路と共通の極低温断熱材とを空間的に近接させ
ると、特にコンパクトな装置の形成を容易にし、且つ移
送管路において生じる得る熱損失を減少する。
【００２５】本発明の更なる利点は以下の説明と図面か
ら引き出すことができる。上述の特徴及び後述の特徴は
本発明に従って、個別にあるいは任意に組み合わせて使
用することっができる。以下の実施の形態は網羅された
列挙ではなく、本発明を説明する例示的な特徴として理
解されるべきである。
ら引き出すことができる。上述の特徴及び後述の特徴は
本発明に従って、個別にあるいは任意に組み合わせて使
用することっができる。以下の実施の形態は網羅された
列挙ではなく、本発明を説明する例示的な特徴として理
解されるべきである。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明のＮＭＲ測定装置におい
て、３００Ｋと受信コイルの温度との間の温度を有する
追加の冷却された質量体を受信コイル取付体を支持する
ために用いると有利であり、この場合室温に保持された
構成部品を支持する必要はなくなり、受信コイル取付体
を介して入力される熱の大幅な減少が可能となる。この
結果、より堅固な取付体とリードを過度の熱の入力なし
に利用することができる。冷却された質量体は例えば２
段式極低温冷却器の第１段により冷却することができ
る。
て、３００Ｋと受信コイルの温度との間の温度を有する
追加の冷却された質量体を受信コイル取付体を支持する
ために用いると有利であり、この場合室温に保持された
構成部品を支持する必要はなくなり、受信コイル取付体
を介して入力される熱の大幅な減少が可能となる。この
結果、より堅固な取付体とリードを過度の熱の入力なし
に利用することができる。冷却された質量体は例えば２
段式極低温冷却器の第１段により冷却することができ
る。
【００２７】受信コイルは効果的に断熱することができ
ないので、受信コイルを３０Ｋより低い領域に冷却する
ことは容易ではない。コイルは感度の点から試料を緊密
に囲繞しなければならない。しかしながら試料は室温で
ある。従ってコイルは試料とその室温の周囲物からの熱
を強く放射され、その結果生じる熱流は冷却装置により
吸収されなければならない。
ないので、受信コイルを３０Ｋより低い領域に冷却する
ことは容易ではない。コイルは感度の点から試料を緊密
に囲繞しなければならない。しかしながら試料は室温で
ある。従ってコイルは試料とその室温の周囲物からの熱
を強く放射され、その結果生じる熱流は冷却装置により
吸収されなければならない。
【００２８】受信コイルと前置増幅器を冷却するのに、
液体ヘリウムを用いることができる。しかしこれは、試
料とその周囲物からの大量の熱流のため、大量の、極め
て高価なヘリウムを使わなければならないので、かなり
不経済である。活性極低温冷却器を用いる方がより有利
である。この極低温冷却器をＮＭＲプローブヘッドにで
きる限り近接して配置することは最も効果的であるが、
これは空間の不足から実施が難しく、しかも極低温冷却
器からの機械的振動が容易に受信コイルに伝達され得る
ので、機械的にも困難である。従って冷却力を、先ず冷
却力のキャリヤ及び伝達手段として作用するヘリウムガ
スの流れに伝達することにより、冷却力と冷却対象物と
の直接的連結を回避するのが有利である。冷却力の極低
温冷却器からヘリウムガスへの伝達は、段状熱交換器に
よって行ない、熱交換器から冷却対象物への別の伝達
は、内部真空断熱度が高い移送管路を介して行なうこと
ができる。
液体ヘリウムを用いることができる。しかしこれは、試
料とその周囲物からの大量の熱流のため、大量の、極め
て高価なヘリウムを使わなければならないので、かなり
不経済である。活性極低温冷却器を用いる方がより有利
である。この極低温冷却器をＮＭＲプローブヘッドにで
きる限り近接して配置することは最も効果的であるが、
これは空間の不足から実施が難しく、しかも極低温冷却
器からの機械的振動が容易に受信コイルに伝達され得る
ので、機械的にも困難である。従って冷却力を、先ず冷
却力のキャリヤ及び伝達手段として作用するヘリウムガ
スの流れに伝達することにより、冷却力と冷却対象物と
の直接的連結を回避するのが有利である。冷却力の極低
温冷却器からヘリウムガスへの伝達は、段状熱交換器に
よって行ない、熱交換器から冷却対象物への別の伝達
は、内部真空断熱度が高い移送管路を介して行なうこと
ができる。
【００２９】市販の標準的極低温冷却器は共通の問題を
かかえる。約１０Ｋの温度で利用できる冷却力はせいぜ
い略６ワットである。より高い冷却力（例えば１０ワッ
ト以上）は原理的には可能であるが、ＮＭＲの用途とし
て商業的に関心が起きない程の高いコストにつながる。
従って、冷却装置は、限定された冷却力が冷却対象物の
位置に可能な限り大きい度合で連結されるように、冷却
装置を高度に最適化させるこが不可欠である。そのよう
な冷却装置の構成は高度なノウハウを必要とし、本発明
の目的である。
かかえる。約１０Ｋの温度で利用できる冷却力はせいぜ
い略６ワットである。より高い冷却力（例えば１０ワッ
ト以上）は原理的には可能であるが、ＮＭＲの用途とし
て商業的に関心が起きない程の高いコストにつながる。
従って、冷却装置は、限定された冷却力が冷却対象物の
位置に可能な限り大きい度合で連結されるように、冷却
装置を高度に最適化させるこが不可欠である。そのよう
な冷却装置の構成は高度なノウハウを必要とし、本発明
の目的である。
【００３０】冷却力が伝達されるために、ヘリウムガス
をポンプにより循環させる必要がある。最も簡単な方法
は、低い目標温度でこのポンプを作動させることであ
る。しかしこれは可動機械部品が最低の温度で確実に長
期間作動しなければならないことを意味し、非常に困難
である。更に、そのようなポンプの保守は高度の困難と
経費に結びつく。このタイプのポンプは熱も発生し、従
って、冷却効率にとって更なる負荷を成す。
をポンプにより循環させる必要がある。最も簡単な方法
は、低い目標温度でこのポンプを作動させることであ
る。しかしこれは可動機械部品が最低の温度で確実に長
期間作動しなければならないことを意味し、非常に困難
である。更に、そのようなポンプの保守は高度の困難と
経費に結びつく。このタイプのポンプは熱も発生し、従
って、冷却効率にとって更なる負荷を成す。
【００３１】従って、ポンプを室温で作動させることは
より有利である。しかしながら、このことは、冷却対象
物を離れた未だ非常に冷たいヘリウムガスを、ポンプに
再び導入する以前に、まず加温しなければならないとい
うことを意味する。この加温処理の間、大量の冷却力が
ヘリウムガスから抜き取られるが、この冷却力はもし特
別な段を設けなければ、通常は失われる。この用いられ
ない冷却力をある種の媒体に蓄積するかわりに、この冷
却力を冷却装置内のよい暖かいヘリウムガスを冷却する
ために用いる。特に、冷却装置からポンプへと戻すべき
冷却ヘリウムガスを、先ず、ポンプから冷却装置へと流
れる暖かいガスを予備冷却するのに用いることができ
る。理想的には、ポンプに入るときと、そこから出てい
くときとでヘリウムガスは同じ温度を有する。冷却力の
伝達はいわゆる向流式熱交換器を介して行なわれる。
より有利である。しかしながら、このことは、冷却対象
物を離れた未だ非常に冷たいヘリウムガスを、ポンプに
再び導入する以前に、まず加温しなければならないとい
うことを意味する。この加温処理の間、大量の冷却力が
ヘリウムガスから抜き取られるが、この冷却力はもし特
別な段を設けなければ、通常は失われる。この用いられ
ない冷却力をある種の媒体に蓄積するかわりに、この冷
却力を冷却装置内のよい暖かいヘリウムガスを冷却する
ために用いる。特に、冷却装置からポンプへと戻すべき
冷却ヘリウムガスを、先ず、ポンプから冷却装置へと流
れる暖かいガスを予備冷却するのに用いることができ
る。理想的には、ポンプに入るときと、そこから出てい
くときとでヘリウムガスは同じ温度を有する。冷却力の
伝達はいわゆる向流式熱交換器を介して行なわれる。
【００３２】通常は、２つのタイプの熱交換器が冷却装
置で用いられる。即ち、単一のガス移送管路を有する段
交換器と２つのガス移送管路を有する向流式交換器であ
る。
置で用いられる。即ち、単一のガス移送管路を有する段
交換器と２つのガス移送管路を有する向流式交換器であ
る。
【００３３】段交換器は冷却源（例えば極低温冷却器の
冷却段の１つ）への直接の熱接続を必要とし、熱交換器
を離れるガスを冷却源の温度まで冷却する。この熱交換
器の効率は流出するガスが正確に冷却源の温度を有する
時に最大になる。この理想的効率は実際に達成される。
冷却段の１つ）への直接の熱接続を必要とし、熱交換器
を離れるガスを冷却源の温度まで冷却する。この熱交換
器の効率は流出するガスが正確に冷却源の温度を有する
時に最大になる。この理想的効率は実際に達成される。
【００３４】向流式交換器は幾分よりクリティカルであ
り、通常、効率損失がある。この交換器は相異する温度
を有する、２つの対向して流れるガスの流れの間に熱交
換を発生させ、２つのガス移送管路間の近接した熱接続
を介して熱交換を行なう。最大伝達可能冷却力は、熱交
換器の高温（Ｔ＝Ｔｗａｒｍ）側端と低温（Ｔ＝Ｔｃｏ
ｌｄ）側端との間の温度差によって決まる。向流式交換
器の効率は、最大伝達可能冷却力のうちのどのくらいの
冷却力が実際冷却ガスから暖ガスに伝達されるかに依存
する。この効率は熱交換器の両端で測定される２つのガ
ス流間の温度差△Ｔがゼロである時最大になる。△Ｔが
有限な値を執る場合、この値は、熱交換器の温度差（Ｔ
ｗａｒｍ−Ｔｃｏｌｄ）と比較することにより、熱交換
器の非効率性の尺度を成し、非効率係数Ｋｉｎｅｆｆに
よって概ね表わすことができる。
り、通常、効率損失がある。この交換器は相異する温度
を有する、２つの対向して流れるガスの流れの間に熱交
換を発生させ、２つのガス移送管路間の近接した熱接続
を介して熱交換を行なう。最大伝達可能冷却力は、熱交
換器の高温（Ｔ＝Ｔｗａｒｍ）側端と低温（Ｔ＝Ｔｃｏ
ｌｄ）側端との間の温度差によって決まる。向流式交換
器の効率は、最大伝達可能冷却力のうちのどのくらいの
冷却力が実際冷却ガスから暖ガスに伝達されるかに依存
する。この効率は熱交換器の両端で測定される２つのガ
ス流間の温度差△Ｔがゼロである時最大になる。△Ｔが
有限な値を執る場合、この値は、熱交換器の温度差（Ｔ
ｗａｒｍ−Ｔｃｏｌｄ）と比較することにより、熱交換
器の非効率性の尺度を成し、非効率係数Ｋｉｎｅｆｆに
よって概ね表わすことができる。
【００３５】 Ｋｉｎｅｆｆ＝△Ｔ／（Ｔｗａｒｍ−Ｔｃｏｌｄ） 実際には、５％の非効率係数が良好な設計と適度の努力
により達成され得る。図５に示す標準的な向流式交換器
の場合、△Ｔ＝１３Ｋ、及び（Ｔｗａｒｍ−Ｔｃｏｌ
ｄ）＝２６０Ｋである。従って非効率係数は５％であ
る。
により達成され得る。図５に示す標準的な向流式交換器
の場合、△Ｔ＝１３Ｋ、及び（Ｔｗａｒｍ−Ｔｃｏｌ
ｄ）＝２６０Ｋである。従って非効率係数は５％であ
る。
【００３６】この非効率性のために、冷却力の幾分かが
失われ、向流式交換器の冷却側端に接続された冷却段か
ら常に抜き取られなければならない。図５の場合、これ
は極低温冷却器の第２段である。
失われ、向流式交換器の冷却側端に接続された冷却段か
ら常に抜き取られなければならない。図５の場合、これ
は極低温冷却器の第２段である。
【００３７】向流式交換器は、（エンタルピにより物理
的に定義される）ガス冷却エネルギ量をできるだけ少量
の損失に押えつつ、低温ガスの温度を増加させなければ
ならない場合に利用される。向流式交換器はこの課題
を、より低温のガス流に含まれる冷却エネルギをより高
温のガスに伝達することによって解決する。図５の従来
の向流式交換器では低温ガス流は２７Ｋから２８７Ｋに
暖められ、一方高温ガスは３００Ｋから４０Ｋに冷却さ
れる。熱交換器の非効率性のために、２つのガス流の間
には１３Ｋの相異があり、この相異は使用されずに失わ
れ、第２段に負荷として与えられる。
的に定義される）ガス冷却エネルギ量をできるだけ少量
の損失に押えつつ、低温ガスの温度を増加させなければ
ならない場合に利用される。向流式交換器はこの課題
を、より低温のガス流に含まれる冷却エネルギをより高
温のガスに伝達することによって解決する。図５の従来
の向流式交換器では低温ガス流は２７Ｋから２８７Ｋに
暖められ、一方高温ガスは３００Ｋから４０Ｋに冷却さ
れる。熱交換器の非効率性のために、２つのガス流の間
には１３Ｋの相異があり、この相異は使用されずに失わ
れ、第２段に負荷として与えられる。
【００３８】例えば、下記の種々の要因を、冷却装置の
熱損失を可能な限り低く押えるために考慮しなければな
らない。
熱損失を可能な限り低く押えるために考慮しなければな
らない。
【００３９】１．すべての戻される低温ガス流を、流入
する高温ガス流の予備冷却に用いなければならない。こ
のようにすれば、再びポンプに流れるヘリウムガスの温
度は、ポンプから冷却装置に流れるガスの温度と略同じ
にすることができる。
する高温ガス流の予備冷却に用いなければならない。こ
のようにすれば、再びポンプに流れるヘリウムガスの温
度は、ポンプから冷却装置に流れるガスの温度と略同じ
にすることができる。
【００４０】２．段交換器は、極低温冷却器の全冷却力
がヘリウムガスに伝達され得るように、理想的効率１０
０％を有すべきである。
がヘリウムガスに伝達され得るように、理想的効率１０
０％を有すべきである。
【００４１】３．向流式交換器は、極低温冷却器の冷却
段に不要な負荷がかかるのを防止するために、できるだ
け小さい非効率係数を有すべきである。
段に不要な負荷がかかるのを防止するために、できるだ
け小さい非効率係数を有すべきである。
【００４２】４．冷却装置内の構成部品は冷却損失を引
き起こすので、最小の部品点数に押えるべきである。
き起こすので、最小の部品点数に押えるべきである。
【００４３】５．ヘリウムガスの質量流量を用意周到に
最適化しなければならない。
最適化しなければならない。
【００４４】６．低温ヘリウムガスを冷却対象物に運搬
する移送管路は可能な限り低い熱損失を有するべきであ
る。
する移送管路は可能な限り低い熱損失を有するべきであ
る。
【００４５】種々の冷却装置を互いに比較するために、
すべての冷却装置に適用される例えば下記の幾つかの仮
定条件を設定しなければならない。
すべての冷却装置に適用される例えば下記の幾つかの仮
定条件を設定しなければならない。
【００４６】１．高感度のコイルに流れるヘリウムガス
の質量流量を５５標準リットル／分と仮定する。この値
は１ワット／Ｋのヘリウムガスの運搬力をもたらす。
の質量流量を５５標準リットル／分と仮定する。この値
は１ワット／Ｋのヘリウムガスの運搬力をもたらす。
【００４７】２．市販の２段極低温冷却器を仮定する
と、その両冷却段の特性曲線は単純な等式で比較的正確
に近似することができる。これらの等式は、 第１段：Ｔ1（Ｐ1）＝２０Ｋ＋Ｐ1・０．５Ｋ／Ｗａｔ
ｔ 第２段：Ｔ2（Ｐ2）＝４Ｋ＋Ｐ2・１．０Ｋ／Ｗａｔｔ である。但し、Ｔ1及びＴ2は、放出される冷却力がそれ
ぞれＰ1及びＰ2であるときに、２つの冷却段において成
立する温度である。
と、その両冷却段の特性曲線は単純な等式で比較的正確
に近似することができる。これらの等式は、 第１段：Ｔ1（Ｐ1）＝２０Ｋ＋Ｐ1・０．５Ｋ／Ｗａｔ
ｔ 第２段：Ｔ2（Ｐ2）＝４Ｋ＋Ｐ2・１．０Ｋ／Ｗａｔｔ である。但し、Ｔ1及びＴ2は、放出される冷却力がそれ
ぞれＰ1及びＰ2であるときに、２つの冷却段において成
立する温度である。
【００４８】３．すべての段交換器は理想的効率を有す
る。
る。
【００４９】４．すべての向流式交換器は５％の非効率
係数を有する。これにより交換器の両端間に温度差△Ｔ
＝０．０５・（Ｔｗａｒｍ−Ｔｃｏｌｄ）が生じ、標準
流量を５５標準リットル／分（＝１ワット／Ｋ運搬力）
と仮定すると、交換器の低温側の冷却段における負荷△
Ｐｔは、△Ｐｔ＝（Ｔｗａｒｍ−Ｔｃｏｌｄ）・０．０
５Ｗａｔｔ／Ｋとなる。
係数を有する。これにより交換器の両端間に温度差△Ｔ
＝０．０５・（Ｔｗａｒｍ−Ｔｃｏｌｄ）が生じ、標準
流量を５５標準リットル／分（＝１ワット／Ｋ運搬力）
と仮定すると、交換器の低温側の冷却段における負荷△
Ｐｔは、△Ｐｔ＝（Ｔｗａｒｍ−Ｔｃｏｌｄ）・０．０
５Ｗａｔｔ／Ｋとなる。
【００５０】５．５ワットの熱放射が受信コイルの近傍
に存在する。
に存在する。
【００５１】６．前置増幅器は温度７７Ｋで作動する。
【００５２】７．前置増幅器は、その電子により２０ワ
ットの熱を生成する。目標温度７７Ｋは前置増幅器のハ
ウジングに追加のヒータを用いるか又は前置増幅器へ流
れるヘリウムガスの質量流量を減少するバイパス弁を用
いて維持できる。
ットの熱を生成する。目標温度７７Ｋは前置増幅器のハ
ウジングに追加のヒータを用いるか又は前置増幅器へ流
れるヘリウムガスの質量流量を減少するバイパス弁を用
いて維持できる。
【００５３】上述の各基準は以下のように仮定される。
従って、与えられた温度と質量流量値は単に例示的なも
のであり、これらの仮定から生じる。他の温度及び質量
流量もまた可能である。
従って、与えられた温度と質量流量値は単に例示的なも
のであり、これらの仮定から生じる。他の温度及び質量
流量もまた可能である。
【００５４】本発明を図面で表わし、実施の形態を参照
して更に詳しく説明する。
して更に詳しく説明する。
【００５５】現行の従来技術によるＮＭＲ受信コイル冷
却用低温化装置を図５及び図６に示す。両冷却装置は受
信コイルの冷却を３０Ｋより低い温度まで行なう。受信
コイルと前置増幅器の両方を相異する温度に冷却する、
これらを改良した装置を図７に示す。
却用低温化装置を図５及び図６に示す。両冷却装置は受
信コイルの冷却を３０Ｋより低い温度まで行なう。受信
コイルと前置増幅器の両方を相異する温度に冷却する、
これらを改良した装置を図７に示す。
【００５６】最も単純な例を図５に示す。この装置は基
本的に冷却装置１ｅからなり、該装置の内部は空気中で
の熱伝導からの熱損失を防ぐために、真空にされる。冷
却は極低温冷却器２で行なわれ、該極低温冷却器２はガ
ス移送管路を介して圧縮器５に接続され、２０Ｋの第１
冷却段４及び２２Ｋの第２冷却段３を備える。両段は冷
却源であり、熱接触面を有し、該熱接触面には個々の部
品を接続して冷却することができる。かかる個々の部品
の１つは、極低温冷却器２の第２冷却段３に接続された
段交換器８である。
本的に冷却装置１ｅからなり、該装置の内部は空気中で
の熱伝導からの熱損失を防ぐために、真空にされる。冷
却は極低温冷却器２で行なわれ、該極低温冷却器２はガ
ス移送管路を介して圧縮器５に接続され、２０Ｋの第１
冷却段４及び２２Ｋの第２冷却段３を備える。両段は冷
却源であり、熱接触面を有し、該熱接触面には個々の部
品を接続して冷却することができる。かかる個々の部品
の１つは、極低温冷却器２の第２冷却段３に接続された
段交換器８である。
【００５７】ポンプ６はヘリウムガスを閉回路内で循環
させる循環ポンプである。ポンプから流出する室温（３
００Ｋ）のヘリウムガスは冷却装置に入り、そこで向流
式交換器７により４０Ｋに予備冷却される。次にヘリウ
ムガスは極低温冷却器の第２段３に接続された段交換器
８内で２２Ｋに冷却される。このヘリウムガスは受信コ
イル１１の移送管路９を介してＮＭＲプローブヘッド１
０ｅに導入され、受信コイル１１を２７Ｋに冷却する。
従ってヘリウムガスは２７Ｋに暖められ、移送管路９を
介して冷却装置１ｅ内に戻り、そこで再び向流式交換器
７に入り、２８７Ｋに暖められ、略室温であるポンプに
進む。
させる循環ポンプである。ポンプから流出する室温（３
００Ｋ）のヘリウムガスは冷却装置に入り、そこで向流
式交換器７により４０Ｋに予備冷却される。次にヘリウ
ムガスは極低温冷却器の第２段３に接続された段交換器
８内で２２Ｋに冷却される。このヘリウムガスは受信コ
イル１１の移送管路９を介してＮＭＲプローブヘッド１
０ｅに導入され、受信コイル１１を２７Ｋに冷却する。
従ってヘリウムガスは２７Ｋに暖められ、移送管路９を
介して冷却装置１ｅ内に戻り、そこで再び向流式交換器
７に入り、２８７Ｋに暖められ、略室温であるポンプに
進む。
【００５８】図６も、より良い効率を有する従来の装置
（米国特許第５，５０８，６１３号に略対応）を示す。
第２冷却段３に加えて、冷却装置１ｆの極低温冷却器２
はヘリウムガスを冷却する第１段４を有し、これらの冷
却段用に２つの向流式交換器１３，７を必要とする。温
度領域全体は２つの向流式交換器に振り分けられるの
で、クリティカルな第２段３は、向流式交換器７の負荷
△Ｔ＝０．５Ｋを負担するだけでよく、向流式交換器１
３のはるかにより大きな負荷△Ｔ＝１３．１Ｋは、第１
段によって負担される。このようにして、第２段３はよ
り低温のガス、即ちより大きな冷却力を、ＮＭＲプロー
ブヘッド１０ｆの受信コイル１１に送出することができ
る。
（米国特許第５，５０８，６１３号に略対応）を示す。
第２冷却段３に加えて、冷却装置１ｆの極低温冷却器２
はヘリウムガスを冷却する第１段４を有し、これらの冷
却段用に２つの向流式交換器１３，７を必要とする。温
度領域全体は２つの向流式交換器に振り分けられるの
で、クリティカルな第２段３は、向流式交換器７の負荷
△Ｔ＝０．５Ｋを負担するだけでよく、向流式交換器１
３のはるかにより大きな負荷△Ｔ＝１３．１Ｋは、第１
段によって負担される。このようにして、第２段３はよ
り低温のガス、即ちより大きな冷却力を、ＮＭＲプロー
ブヘッド１０ｆの受信コイル１１に送出することができ
る。
【００５９】流入する室温のヘリウムガスは先ず、第１
向流式交換器１３により３８．８Ｋに予備冷却され、次
いで極低温冷却器２の第１段４の段交換器１２において
２６．３Ｋに予備冷却されて第２向流式交換器７に入
る。ここで１５．１Ｋに冷却され、引き続き第２段３の
段交換器８において、最終温度である９．６Ｋに冷却さ
れる。この冷却ガスは移送管路９を介して受信コイル１
１に案内され、受信コイル１１を１４．６Ｋに冷却す
る。次に１４．６Ｋに暖められたガスは移送管路９を介
して再び冷却装置１ｆに入り、向流式交換器７，１３を
介してポンプ６に戻る。ポンプ６に対し流入流出するヘ
リウムガスは略同じ温度を有し、ガスの冷却力の良好な
利用をもたらす。
向流式交換器１３により３８．８Ｋに予備冷却され、次
いで極低温冷却器２の第１段４の段交換器１２において
２６．３Ｋに予備冷却されて第２向流式交換器７に入
る。ここで１５．１Ｋに冷却され、引き続き第２段３の
段交換器８において、最終温度である９．６Ｋに冷却さ
れる。この冷却ガスは移送管路９を介して受信コイル１
１に案内され、受信コイル１１を１４．６Ｋに冷却す
る。次に１４．６Ｋに暖められたガスは移送管路９を介
して再び冷却装置１ｆに入り、向流式交換器７，１３を
介してポンプ６に戻る。ポンプ６に対し流入流出するヘ
リウムガスは略同じ温度を有し、ガスの冷却力の良好な
利用をもたらす。
【００６０】図７は、受信コイル１１とＮＭＲプローブ
ヘッド１０ｇ内の前置増幅器２１を２つの相異する温度
領域即ち、２０Ｋより低い温度と略７７Ｋに冷却する冷
却装置を示す。この目的のために、２つの極低温冷却器
２，１６と、ポンプ６によって駆動される受信コイル用
第１冷却回路及びポンプ１４によって駆動される前置増
幅器用第２冷却回路から成る２つの個別の冷却回路とを
用いる。第１冷却回路は、図６の従来の冷却装置によっ
て冷却され５５標準リットル／分の流量を有し、この流
量は弁２４によって調整され、図７において１００％に
指定されている。次に第２冷却回路は１段極低温冷却器
１６のみによって冷却され、その質量流量は、前置増幅
器２１が目標温度７７Ｋを有するように弁２５によって
調整される。この温度に必要な質量流量は図７に示すよ
うに標準流量の４５％である。
ヘッド１０ｇ内の前置増幅器２１を２つの相異する温度
領域即ち、２０Ｋより低い温度と略７７Ｋに冷却する冷
却装置を示す。この目的のために、２つの極低温冷却器
２，１６と、ポンプ６によって駆動される受信コイル用
第１冷却回路及びポンプ１４によって駆動される前置増
幅器用第２冷却回路から成る２つの個別の冷却回路とを
用いる。第１冷却回路は、図６の従来の冷却装置によっ
て冷却され５５標準リットル／分の流量を有し、この流
量は弁２４によって調整され、図７において１００％に
指定されている。次に第２冷却回路は１段極低温冷却器
１６のみによって冷却され、その質量流量は、前置増幅
器２１が目標温度７７Ｋを有するように弁２５によって
調整される。この温度に必要な質量流量は図７に示すよ
うに標準流量の４５％である。
【００６１】冷却装置１ｇは、図６に示した従来装置と
同一であり、その説明は省略する。図７の冷却装置１５
に関して、ポンプ１４から出た室温のヘリウムガスは向
流式交換器１８内で８７．６Ｋに予備冷却され、引き続
き、極低温冷却器１６の第１の且つ唯一の冷却段１７に
接続された段交換器１９内で３２．４Ｋまで冷却され
る。このようにして冷却されたヘリウムガスは移送管路
２０を介してＮＭＲプローブヘッド１０ｇに入って前置
増幅器２１に至り、前置増幅器２１は７７Ｋに冷却され
る。このようにして、ガスは３２．４Ｋから７７Ｋに暖
められ、冷却装置１５に戻り、ここでこのヘリウムガス
は残存する冷却力を向流式交換器１８を介してポンプ１
４から流入する高温ヘリウムガスに放出し、引き続き略
室温、即ち２８９．４Ｋを有してポンプ１４に戻る。
同一であり、その説明は省略する。図７の冷却装置１５
に関して、ポンプ１４から出た室温のヘリウムガスは向
流式交換器１８内で８７．６Ｋに予備冷却され、引き続
き、極低温冷却器１６の第１の且つ唯一の冷却段１７に
接続された段交換器１９内で３２．４Ｋまで冷却され
る。このようにして冷却されたヘリウムガスは移送管路
２０を介してＮＭＲプローブヘッド１０ｇに入って前置
増幅器２１に至り、前置増幅器２１は７７Ｋに冷却され
る。このようにして、ガスは３２．４Ｋから７７Ｋに暖
められ、冷却装置１５に戻り、ここでこのヘリウムガス
は残存する冷却力を向流式交換器１８を介してポンプ１
４から流入する高温ヘリウムガスに放出し、引き続き略
室温、即ち２８９．４Ｋを有してポンプ１４に戻る。
【００６２】ＮＭＲにおいては、通常２つの互いに直交
するコイルシステム又は共鳴器が試料近傍に配置され、
スピンシステムの励起及びＮＭＲ信号の受信の両方に使
用可能である。両コイルシステム又は共鳴器は通常、相
異する核種用に同調され、例えば一方のコイルシステム
は、プロトニウム1Ｈ、他方はリン31Ｐに同調される。
更に、２つのコイルシステム又は共振器の各々は複数の
測定の可能性を高めるために、同時に２種又はそれ以上
の核種に同調することができる。以下の受信コイル１１
への言及はそのようなコイルシステム又は共鳴器システ
ムを指す。
するコイルシステム又は共鳴器が試料近傍に配置され、
スピンシステムの励起及びＮＭＲ信号の受信の両方に使
用可能である。両コイルシステム又は共鳴器は通常、相
異する核種用に同調され、例えば一方のコイルシステム
は、プロトニウム1Ｈ、他方はリン31Ｐに同調される。
更に、２つのコイルシステム又は共振器の各々は複数の
測定の可能性を高めるために、同時に２種又はそれ以上
の核種に同調することができる。以下の受信コイル１１
への言及はそのようなコイルシステム又は共鳴器システ
ムを指す。
【００６３】上述の説明に対応して、ＮＭＲ信号を複数
の核種から同時に受信することができる。これらのＮＭ
Ｒ信号は通常、相異する周波数領域に存在し、従って相
異する前置増幅器を必要とする。以下の前置増幅器２１
への言及もまたそのような複数の前置増幅器を指す。
の核種から同時に受信することができる。これらのＮＭ
Ｒ信号は通常、相異する周波数領域に存在し、従って相
異する前置増幅器を必要とする。以下の前置増幅器２１
への言及もまたそのような複数の前置増幅器を指す。
【００６４】本発明の冷却装置を図１、図２、図３及び
図４に示す。これらの３つの装置は下記の複数の共通し
た特徴を有する。
図４に示す。これらの３つの装置は下記の複数の共通し
た特徴を有する。
【００６５】１．これらの装置は、すべての冷却要件を
満たすために唯１つの２段極低温冷却器を有する。
満たすために唯１つの２段極低温冷却器を有する。
【００６６】２．これらの装置は、同時に２つの対象
物、即ちＮＭＲ受信コイルとこれに関連する前置増幅器
を相異する温度に冷却するように構成される。
物、即ちＮＭＲ受信コイルとこれに関連する前置増幅器
を相異する温度に冷却するように構成される。
【００６７】３．これらの装置は、受信コイルを極低温
冷却器の第２段に接続し、向流式交換器内において戻り
ガスの残存冷却力を流入するガスに伝達するために実質
的に同一の構造を有する。
冷却器の第２段に接続し、向流式交換器内において戻り
ガスの残存冷却力を流入するガスに伝達するために実質
的に同一の構造を有する。
【００６８】これら３つの装置は前置増幅器を温度７７
Ｋに冷却する方法が互いに基本的に相異する。
Ｋに冷却する方法が互いに基本的に相異する。
【００６９】第１の装置を図１に示す。この装置は前置
増幅器２１を冷却するための第２の個別なヘリウムガス
回路を用いる。第１回路は受信コイル１１を冷却し、ポ
ンプ６によって駆動される。第２回路もまたポンプ６に
よって駆動されるが、前置増幅器２１を冷却する。図７
の冷却装置と違って、極低温冷却器２の第１冷却段４は
第１及び第２回路の両方を冷却する。従って図７と違っ
て、唯１つの極低温冷却器２のみを用いるので、構成が
簡略化しコストが低減される。第１回路の説明は図６の
説明から引用することができ第２回路の説明は図７の説
明から引用できる。
増幅器２１を冷却するための第２の個別なヘリウムガス
回路を用いる。第１回路は受信コイル１１を冷却し、ポ
ンプ６によって駆動される。第２回路もまたポンプ６に
よって駆動されるが、前置増幅器２１を冷却する。図７
の冷却装置と違って、極低温冷却器２の第１冷却段４は
第１及び第２回路の両方を冷却する。従って図７と違っ
て、唯１つの極低温冷却器２のみを用いるので、構成が
簡略化しコストが低減される。第１回路の説明は図６の
説明から引用することができ第２回路の説明は図７の説
明から引用できる。
【００７０】２つの回路におけるガス流の個々の調整は
効率的冷却作用にとって不可欠である。この調整はポン
プ６の近傍において冷却装置１ａの外部に配置される２
つの弁２４、２５を用いて行なわれる。標準流量は第１
弁２４によって調整される（前述の比較用仮定条件を満
足するように図１に１００％で示される）。第２弁２５
ははるかにより重要であり、第２回路の質量流量を、前
置増幅器が目標温度７７Ｋを有するように調整する。こ
の目的のために、図１に示すように標準流量の５２％が
要求される。
効率的冷却作用にとって不可欠である。この調整はポン
プ６の近傍において冷却装置１ａの外部に配置される２
つの弁２４、２５を用いて行なわれる。標準流量は第１
弁２４によって調整される（前述の比較用仮定条件を満
足するように図１に１００％で示される）。第２弁２５
ははるかにより重要であり、第２回路の質量流量を、前
置増幅器が目標温度７７Ｋを有するように調整する。こ
の目的のために、図１に示すように標準流量の５２％が
要求される。
【００７１】図２に示す第２の装置においては、単一の
ヘリウムガス回路しか必要とされず、この回路はポンプ
６によって駆動され、受信コイル１１と前置増幅器２１
の両方を冷却する。これは、前置増幅器２１の冷却を向
流式交換器１３と段交換器１２とで切換えることで達成
される。向流式交換器１３から出たヘリウムガスは先ず
段交換器１９に入り、そこで４７．５Ｋから３５．８Ｋ
に冷却される。弁２２は、前置増幅器２１を目標温度で
ある７７Ｋに正確に冷却する量のガスが前置増幅器２１
に入るように調整される。このガスの量は全流量の４８
％である。残りの５２％は弁２２を介して、第２段交換
器１２に直接入る。４８％のガス分は移送管路２０を介
してＮＭＲプローブヘッド１０ｂに入り、前置増幅器２
１を正確に７７Ｋに冷却し、従って７７Ｋまで暖めら
れ、次に、再び移送管路２０を介して冷却装置１ｂに入
り、弁２２からのガスと混合して５５．８Ｋの温度にな
る。このガスは次に第２段交換器１２に入り、そこで３
５．８Ｋに冷却され、引き続き向流式交換器７内に案内
される。この位置からすべてのプロセスが図１と同様に
進行する。これにより、弁２４は冷却装置１ｂ内のガス
流を仮定された標準流量に調整する。
ヘリウムガス回路しか必要とされず、この回路はポンプ
６によって駆動され、受信コイル１１と前置増幅器２１
の両方を冷却する。これは、前置増幅器２１の冷却を向
流式交換器１３と段交換器１２とで切換えることで達成
される。向流式交換器１３から出たヘリウムガスは先ず
段交換器１９に入り、そこで４７．５Ｋから３５．８Ｋ
に冷却される。弁２２は、前置増幅器２１を目標温度で
ある７７Ｋに正確に冷却する量のガスが前置増幅器２１
に入るように調整される。このガスの量は全流量の４８
％である。残りの５２％は弁２２を介して、第２段交換
器１２に直接入る。４８％のガス分は移送管路２０を介
してＮＭＲプローブヘッド１０ｂに入り、前置増幅器２
１を正確に７７Ｋに冷却し、従って７７Ｋまで暖めら
れ、次に、再び移送管路２０を介して冷却装置１ｂに入
り、弁２２からのガスと混合して５５．８Ｋの温度にな
る。このガスは次に第２段交換器１２に入り、そこで３
５．８Ｋに冷却され、引き続き向流式交換器７内に案内
される。この位置からすべてのプロセスが図１と同様に
進行する。これにより、弁２４は冷却装置１ｂ内のガス
流を仮定された標準流量に調整する。
【００７２】図３に示す第３の冷却装置１ｃは最良の結
果をもたらす。この装置においては、向流式交換器７か
ら向流式交換器１３へのガスの戻し接続が中断されると
同時に、移送管路２０を介して前置増幅器２１に流れる
冷却接続が成立するようになっている。従って、図２の
段交換器１９は必要とされない。この冷却装置は最も少
ない数の部品からなり、上述した他の２つの装置よりも
良好な結果をもたらし、更に全体的コストの低減を図る
ことができる。
果をもたらす。この装置においては、向流式交換器７か
ら向流式交換器１３へのガスの戻し接続が中断されると
同時に、移送管路２０を介して前置増幅器２１に流れる
冷却接続が成立するようになっている。従って、図２の
段交換器１９は必要とされない。この冷却装置は最も少
ない数の部品からなり、上述した他の２つの装置よりも
良好な結果をもたらし、更に全体的コストの低減を図る
ことができる。
【００７３】図２の装置と同様に、前置増幅器２１への
ガス流は弁２２によって調整可能とされ、前置増幅器２
１を７７Ｋに冷却する。このために必要なガス量は全流
量の４７％であり、温度３４．４Ｋを有する。このガス
はこのガス冷却過程において３４．４Ｋから７７Ｋまで
暖められ、移送管路２０を介して冷却装置１ｃに戻り、
弁２２からのガスと混合し、５４．４Ｋの温度になり、
引き続き向流式交換器１３に入って、ポンプ６に戻る。
ガス流は弁２２によって調整可能とされ、前置増幅器２
１を７７Ｋに冷却する。このために必要なガス量は全流
量の４７％であり、温度３４．４Ｋを有する。このガス
はこのガス冷却過程において３４．４Ｋから７７Ｋまで
暖められ、移送管路２０を介して冷却装置１ｃに戻り、
弁２２からのガスと混合し、５４．４Ｋの温度になり、
引き続き向流式交換器１３に入って、ポンプ６に戻る。
【００７４】原則として、弁２２は、前置増幅器２１に
よって生成された２０ワットを除去し、目標温度である
７７Ｋを達成するように、ヘリウムガスを介して前置増
幅器２１に案内される冷却力を調整する。弁を用いなく
てもガスの全冷却力を前置増幅器２１に案内することは
可能である。何らの対応策をとらなければ前置増幅器２
１は強力に７７Ｋ以下に冷却する。しかしながら、ヒー
タ２３を前置増幅器２１のハウジング上に導入して前置
増幅器を目標温度７７Ｋに加熱することにより、この強
力な冷却を防止することができる。図４に示す冷却装置
３ｂはこのようなヒータ２３を用いる。しかしながら、
ヒータには、極低温冷却器２の第１段４により大きな負
荷をかけ、またこの負荷は第２段３にも幾分の影響を与
えるという不利益がある。従って、段交換器８の出力側
の温度は１０．０Ｋ（図３参照）から１０．３Ｋ（図４
参照）に上昇する。
よって生成された２０ワットを除去し、目標温度である
７７Ｋを達成するように、ヘリウムガスを介して前置増
幅器２１に案内される冷却力を調整する。弁を用いなく
てもガスの全冷却力を前置増幅器２１に案内することは
可能である。何らの対応策をとらなければ前置増幅器２
１は強力に７７Ｋ以下に冷却する。しかしながら、ヒー
タ２３を前置増幅器２１のハウジング上に導入して前置
増幅器を目標温度７７Ｋに加熱することにより、この強
力な冷却を防止することができる。図４に示す冷却装置
３ｂはこのようなヒータ２３を用いる。しかしながら、
ヒータには、極低温冷却器２の第１段４により大きな負
荷をかけ、またこの負荷は第２段３にも幾分の影響を与
えるという不利益がある。従って、段交換器８の出力側
の温度は１０．０Ｋ（図３参照）から１０．３Ｋ（図４
参照）に上昇する。
【００７５】ヒータ２３の使用は本発明の図４の装置に
限られるものではない。ヒータは本発明の図１及び図２
の２つの装置にも用いることができる。
限られるものではない。ヒータは本発明の図１及び図２
の２つの装置にも用いることができる。
【００７６】前置増幅器２１用に一定量の冷却力を保存
することも当然有利である。この保存量の大きさを、７
７Ｋの冷却が正確に可能なように、前置増幅器が生成す
る最大電力損失を求めることにより数字でもって定めて
おくことができる。この最大電力損失を図７の装置及び
図１、図２、図３及び図４の装置について後掲の表に示
す。
することも当然有利である。この保存量の大きさを、７
７Ｋの冷却が正確に可能なように、前置増幅器が生成す
る最大電力損失を求めることにより数字でもって定めて
おくことができる。この最大電力損失を図７の装置及び
図１、図２、図３及び図４の装置について後掲の表に示
す。
【００７７】図７の冷却装置は前置増幅器の最大電力損
失が４２．５ワット、受信コイルの関連する温度が１
４．６Ｋと最良の数値を示す。この装置は、しかしなが
ら、構成部品に関して莫大な出費を要する。即ち、２つ
の極低温冷却器、３つの段交換器及び３つの向流式交換
器を要する。このためにこの装置は非常に高価であり、
商業用途としては魅力がない。
失が４２．５ワット、受信コイルの関連する温度が１
４．６Ｋと最良の数値を示す。この装置は、しかしなが
ら、構成部品に関して莫大な出費を要する。即ち、２つ
の極低温冷却器、３つの段交換器及び３つの向流式交換
器を要する。このためにこの装置は非常に高価であり、
商業用途としては魅力がない。
【００７８】図３の冷却装置は異なる挙動を示し、前置
増幅器の最大電力損失が３５．８ワット、受信コイルの
関連する温度が１５．３Ｋと幾分劣る数値を示すが、こ
れらの数値を実質的により少ない部品で達成する。即
ち、１つの極低温冷却器と２つの段交換器と２つの向流
式交換器を要するだけである。従って、この場合、全体
のコスト効率が優れ、商業用途にとり非常に魅力的であ
る。
増幅器の最大電力損失が３５．８ワット、受信コイルの
関連する温度が１５．３Ｋと幾分劣る数値を示すが、こ
れらの数値を実質的により少ない部品で達成する。即
ち、１つの極低温冷却器と２つの段交換器と２つの向流
式交換器を要するだけである。従って、この場合、全体
のコスト効率が優れ、商業用途にとり非常に魅力的であ
る。
【００７９】本発明の図１、図２、図３及び図４に示す
冷却装置は、冷却効率が幾分低下するが、ガス流を逆方
向にしても機能することができる。
冷却装置は、冷却効率が幾分低下するが、ガス流を逆方
向にしても機能することができる。
【００８０】
【表１】
【００８１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ＮＭＲプローブヘッドに、１つ又は複数のＮＭＲ受信コ
イルに加えて、前記ＮＭＲ受信コイルによって受信され
るＮＭＲ信号を増幅するための１つ又は複数の前置増幅
器を設けると共に、極低温断熱された追加の移送管路を
冷却装置及び前記ＮＭＲプローブヘッド間に設け、前記
追加の移送管路を介して、前記１つ又は複数の前記前置
増幅器と、高周波（ＲＦ）スイッチ、ＲＦフィルタ、取
付部材等の前記前置増幅器に接触する構成部品の少なく
とも一方に、前記ＮＭＲ受信コイルの冷却に用いられた
冷媒流よりも高い温度の冷媒流を供給し、且つ、極低温
冷却器及び追加の熱交換器のうちの少なくとも該極低温
冷却器を２つの冷媒流を冷却するために設けることによ
り、前置増幅器の雑音も含む雑音の大幅な減少を、可能
な限り簡単な方法で且つ大きな技術的困難とコストの増
加を伴わずに達成することができる。
ＮＭＲプローブヘッドに、１つ又は複数のＮＭＲ受信コ
イルに加えて、前記ＮＭＲ受信コイルによって受信され
るＮＭＲ信号を増幅するための１つ又は複数の前置増幅
器を設けると共に、極低温断熱された追加の移送管路を
冷却装置及び前記ＮＭＲプローブヘッド間に設け、前記
追加の移送管路を介して、前記１つ又は複数の前記前置
増幅器と、高周波（ＲＦ）スイッチ、ＲＦフィルタ、取
付部材等の前記前置増幅器に接触する構成部品の少なく
とも一方に、前記ＮＭＲ受信コイルの冷却に用いられた
冷媒流よりも高い温度の冷媒流を供給し、且つ、極低温
冷却器及び追加の熱交換器のうちの少なくとも該極低温
冷却器を２つの冷媒流を冷却するために設けることによ
り、前置増幅器の雑音も含む雑音の大幅な減少を、可能
な限り簡単な方法で且つ大きな技術的困難とコストの増
加を伴わずに達成することができる。
【図１】２つの個別の冷却回路を有する本発明の一実施
の形態に係るＮＭＲ測定装置の構成を示す図である。
の形態に係るＮＭＲ測定装置の構成を示す図である。
【図２】単一の冷却回路を有する本発明の別の実施の形
態に係るＮＭＲ測定装置の構成を示す図である。
態に係るＮＭＲ測定装置の構成を示す図である。
【図３】単一の冷却回路を有するが、追加の段交換器を
有しない本発明の別の実施の形態に係るＮＭＲ測定装置
の構成を示す図である。
有しない本発明の別の実施の形態に係るＮＭＲ測定装置
の構成を示す図である。
【図４】図３の実施の形態から冷却弁を除いた本発明の
別の実施の形態に係るＮＭＲ測定装置の構成を示す図で
ある。
別の実施の形態に係るＮＭＲ測定装置の構成を示す図で
ある。
【図５】冷却受信コイルを有する、先行技術に係るＮＭ
Ｒ測定装置の構成を示す図である。
Ｒ測定装置の構成を示す図である。
【図６】図５の従来の装置と比較して効率的に改良され
た米国特許第５，５０８，５１３号に示す先行技術に係
るＮＭＲ測定装置の構成を示す図である。
た米国特許第５，５０８，５１３号に示す先行技術に係
るＮＭＲ測定装置の構成を示す図である。
【図７】ＮＭＲ受信コイルを冷却可能で、前置増幅器を
冷却するための特別な冷却装置を有するＮＭＲ測定装置
の構成を示す図である。
冷却するための特別な冷却装置を有するＮＭＲ測定装置
の構成を示す図である。
１ａ〜１ｇ，１５ 冷却装置 ２，１６ 極低温冷却器 ３ 第２冷却段 ４ 第１冷却段 ５ 圧縮器 ６，１４ ポンプ ７ 第２交流式交換器 ８ 第２段交換器 ９，２０ 移送管路 １０ａ〜１０ｇ ＮＭＲプローブヘッド １１ ＮＭＲ受信コイル １２ 第１段交換器 １３ 第１交流式交換器 １７ 冷却段 １８ 交流式交換器 １９ 段交換器 ２１ 前置増幅器 ２２，２４，２５ 弁 ２３ ヒータ
Claims (13)
- 【請求項１】 １つ又は複数のＮＭＲ受信コイル（１
１）を備えたＮＭＲプローブヘッド（１０ａ〜１０ｇ）
を有する核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定用の測定装置であっ
て、前記プローブヘッド（１０ａ〜１０ｇ）には冷却装
置（１ａ〜１ｇ）から極低温断熱された移送管路（９）
を介して冷媒が供給され、前記冷却装置（１ａ〜１ｇ）
は、第１段交換器（１２）を有する第１冷却段（４）
と、第２段交換器（８）を有する第２冷却段（３）とを
有する極低温冷却器（２）を備え、前記測定装置はポン
プ（６）を備え、該ポンプは最初に室温である冷媒を、
第１向流式交換器（１３）、前記第１段交換器（１
２）、第２向流式交換器（７）、前記第２段交換器
（８）及び前記移送管路（９）から成る回路を介して前
記ＮＭＲプローブヘッド（１０ａ〜１０ｇ）に移送して
前記ＮＭＲ受信コイル（１１）を冷却し、再び前記冷媒
を、前記移送管路（９）、前記第２向流式交換器
（７）、及び前記第１向流式交換器（１３）を介して移
送可能である測定装置において、 前記ＮＭＲプローブヘッド（１０ａ〜１０ｄ）に、前記
１つ又は複数のＮＭＲ受信コイル（１１）に加えて、前
記ＮＭＲ受信コイル（１１）によって受信されるＮＭＲ
信号を増幅するための１つ又は複数の前置増幅器（２
１）を設けると共に、極低温断熱された追加の移送管路
（２０）を前記冷却装置（１ａ〜１ｄ）及び前記ＮＭＲ
プローブヘッド（１０ａ〜１０ｄ）間に設け、前記追加
の移送管路（２０）を介して、前記１つ又は複数の前記
前置増幅器（２１）と、高周波（ＲＦ）スイッチ、ＲＦ
フィルタ、取付部材等の前記前置増幅器（２１）に接触
する構成部品の少なくとも一方に、前記ＮＭＲ受信コイ
ル（１１）の冷却に用いられた冷媒流よりも高い温度の
冷媒流を供給し、且つ、前記極低温冷却器（２）及び追
加の熱交換器のうちの少なくとも該極低温冷却器（２）
を前記２つの冷媒流を冷却するために用いることを特徴
とする測定装置。 - 【請求項２】 前記第１の冷媒流は、前記ＮＭＲ受信コ
イル（１１）を離れた直後に２０ｋより低い温度、好ま
しくは約１５ｋの温度を有し、前記第２の冷媒流は、前
記前置増幅器（２１）を離れた後に約８０ｋ、好ましく
は略７７ｋの温度を有することを特徴とする請求項１記
載の測定装置。 - 【請求項３】 前記ＮＭＲ受信コイル（１１）冷却用
と、前記前置増幅器（２１）及びこれに接続する構成部
品の少なくとも一方の冷却用の２つの個別の冷却回路を
備えることを特徴とする請求項１又は２記載の測定装
置。 - 【請求項４】 前記第１段交換器（１２）に加えて、追
加の段交換器（１９）を前記極低温冷却器（２）の前記
第１冷却段（４）に接続し、前記第１段交換器（１２）
を、前記ＮＭＲ受信コイル（１１）の冷却回路における
冷媒流の冷却に用い、前記追加の段交換器（１９）を前
記前置増幅器（２１）の冷却回路における冷媒流の冷却
に用いることを特徴とする請求項３記載の測定装置。 - 【請求項５】 追加の向流式交換器（１８）を、前記前
置増幅器（２１）の冷却回路に、前記ポンプ（６）と前
記追加の段交換器（１９）及び前記追加の移送管路（２
０）との間の位置で挿入することを特徴とする請求項４
記載の測定装置。 - 【請求項６】 前記２つの冷却回路の各々が、前記冷媒
の質量流量を制御するための少なくとも１つの略室温の
弁を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか
に記載の測定装置。 - 【請求項７】 それぞれ、前記ＮＭＲ受信コイル（１
１）の冷却用及び前記前置増幅器（２１）及びこれに接
続する構成部品の少なくとも一方の冷却用に２つの流れ
成分を有する単一の冷却回路を設けたことを特徴とする
請求項１又は２記載の測定装置。 - 【請求項８】 前記前置増幅器（２１）に流れる冷媒の
質量流量を制御する冷却された弁（２２）を有すること
特徴とする請求項７記載の測定装置。 - 【請求項９】 前記第１段交換器（１２）に加えて、追
加の段交換器（１９）を前記極低温冷却器（２）の前記
第１冷却段（４）に接続し、前記追加の段交換器（１
９）を、前記前置増幅器（２１）及びこれに接続する構
成部品の少なくとも一方の冷却、及び必要により、前記
第１段交換器に直接流れる冷媒流成分の冷却に用い、前
記第１段交換器（１２）を前記ＮＭＲ受信コイル（１
１）に流れる冷媒の冷却に用いることを特徴とする請求
項７又は８記載の測定装置。 - 【請求項１０】 前記ＮＭＲ受信コイル（１１）から前
記第２向流式交換器（７）を介して戻る冷媒流成分を前
記前置増幅器及びこれに接続する構成部品の少なくとも
一方を冷却するために分岐した後、前記追加の移送管路
（２０）及び前記第１向流式交換器（１３）を介して前
記ポンプ（６）に戻すことを特徴とする請求項７又は８
記載の測定装置。 - 【請求項１１】 前記ＮＭＲ受信コイル（１１）からの
全冷媒流を、前記前置増幅器（２１）及びこれに接続す
る構成部品の少なくとも一方を冷却するために、前記第
２向流式交換器（７）を介して案内した後、前記追加の
移送管路（２０）及び前記第１向流式交換器（１３）を
介して前記ポンプ（６）に戻すことを特徴とする請求項
７記載の測定装置。 - 【請求項１２】 ヒータ（２３）を前記前置増幅器（２
１）に空間的に近接して設けたことを特徴とする請求項
１乃至１１のいずれかに記載の測定装置。 - 【請求項１３】 前記第１移送管路（９）と前記追加の
移送管路（２０）に共通の極低温断熱材を設けたことを
特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の想定装
置。
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