JP2000262486A - Device and method for generating static magnetic field - Google Patents
Device and method for generating static magnetic fieldInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は静磁場発生装置及び
方法、特に高分解能NMR装置に用いられるのに適した静
磁場発生装置及び方法に関する。The present invention relates to an apparatus and a method for generating a static magnetic field, and more particularly to an apparatus and a method for generating a static magnetic field suitable for use in a high-resolution NMR apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高分解能を有するNMR（核磁気共鳴）装
置を実現するためには、高磁場、高空間均一度及び高時
間安定性という３つの性能を同時に満足する静磁場発生
装置が不可欠である。それらの性能を個々に満足する静
磁場発生装置については従来技術が存在する。2. Description of the Related Art In order to realize an NMR (nuclear magnetic resonance) apparatus having a high resolution, a static magnetic field generator which simultaneously satisfies three performances of a high magnetic field, a high spatial uniformity and a high time stability is indispensable. is there. Conventional techniques exist for static magnetic field generators that individually satisfy these performances.
【０００３】高磁場を発生する静磁場発生装置としては
超伝導マグネット特に酸化物超伝導マグネットをはじめ
水冷銅マグネットなどがある。[0003] As a static magnetic field generator for generating a high magnetic field, there are superconducting magnets, especially oxide superconducting magnets, and water-cooled copper magnets.
【０００４】高空間均一度を有する静磁場発生装置を実
現するためには鉄シムや、補正マグネットを配置するシ
ミング技術や、それらの最適配置を計算する最適化計算
技術が存在する。[0004] In order to realize a static magnetic field generator having high spatial uniformity, there are shimming techniques for arranging iron shims and correction magnets, and optimization calculation techniques for calculating the optimal arrangement thereof.
【０００５】高時間安定性を有する静磁場発生装置とし
ては永久電流モード運転をする超伝導マグネットが知ら
れている。このような永久電流モードを利用する従来技
術として、特開平9-74012には、超伝導体で形成される
円筒に対して、着磁手段を用いて磁場を印加して超伝導
円筒に対して遮蔽電流を生じさせる、もしくは常伝導状
態で円筒に磁場を印加し超伝導状態に転移させたのちに
着磁手段の磁場を下げることで遮蔽電流を誘起させる着
磁法が記載されている。As a static magnetic field generator having high time stability, a superconducting magnet operating in a permanent current mode is known. As a conventional technique utilizing such a persistent current mode, JP-A-9-74012 discloses that a magnetic field is applied to a superconducting cylinder by applying a magnetic field to a cylinder formed of a superconductor by using magnetizing means. A magnetizing method is described in which a shielding current is generated or a magnetic field is applied to a cylinder in a normal conduction state to cause a transition to a superconducting state, and then a shielding current is induced by lowering a magnetic field of a magnetizing means.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】高磁場、高空間均一
度、高時間安定性を有する静磁場発生手段を従来技術の
組み合わせで実現しようとする場合には特に時間安定性
の実現が鍵となる。The realization of the time stability is a key especially when the static magnetic field generating means having the high magnetic field, the high spatial uniformity and the high time stability is to be realized by the combination of the prior arts. .
【０００７】従来技術によると、超伝導円環に遮蔽電流
を生じさせて均一磁場を発生、保持することを行ってい
る。しかし、この遮蔽電流は超伝導体の磁束クリープ現
象などによって減衰するために磁場の時間安定性が保た
れず、また磁場の均一度が劣化してしまう。また、この
ような超伝導円環は磁気シールド効果を有するために、
それによって囲まれる試料空間における磁場の調整を外
部からの補正磁場によって行うことが困難となり、した
がって磁場均一度を達成することができない。According to the prior art, a shielding current is generated in a superconducting ring to generate and maintain a uniform magnetic field. However, since this shielding current is attenuated by the magnetic flux creep phenomenon of the superconductor, the time stability of the magnetic field is not maintained, and the uniformity of the magnetic field is deteriorated. Also, such a superconducting ring has a magnetic shielding effect,
It becomes difficult to adjust the magnetic field in the sample space surrounded by the correction magnetic field from the outside, and thus it is impossible to achieve magnetic field uniformity.
【０００８】本発明の目的は高磁場、高空間均一度及び
高時間安定性を得るのに適した静磁場発生装置及び方法
を提供することにある。An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for generating a static magnetic field suitable for obtaining a high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明よれば静磁場発生
装置が提供され、それは、一つの観点によれば、予め定
められた空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、
前記空間に発生された静磁場の空間均一度を補正する手
段と、前記空間を取り囲むように前記空間と前記静磁場
発生手段との間に配置された第２種超伝導体と、該第２
種超伝導体に遮蔽電流を形成するように前記第２種超伝
導体を超伝導状態に保つ手段と、前記第２種超伝導体を
消磁する手段とを含むことを特徴とする。According to the present invention, there is provided, in accordance with one aspect, a static magnetic field generating means for generating a static magnetic field in a predetermined space;
Means for correcting the spatial uniformity of the static magnetic field generated in the space; a second type superconductor disposed between the space and the static magnetic field generating means so as to surround the space;
It is characterized by including means for maintaining the second type superconductor in a superconducting state so as to form a shielding current in the second type superconductor, and means for demagnetizing the second type superconductor.
【００１０】本発明にもとづく静磁場発生装置は、もう
一つの観点によれば、前記空間内の静磁場を計測する手
段と、その計測結果にもとづいて前記空間内の静磁場の
分布を評価する手段とを含み、前記磁場補正手段は前記
評価結果にもとづいて前記空間の静磁場を補正する、前
記第２種超伝導体の内側及び外側に設けられた手段を含
むことを特徴とする。According to another aspect, a static magnetic field generator according to the present invention measures means for measuring a static magnetic field in the space, and evaluates a distribution of the static magnetic field in the space based on the measurement result. Means for correcting the static magnetic field in the space based on the evaluation result, wherein the magnetic field correcting means includes means provided inside and outside the second type superconductor.
【００１１】本発明にもとづく静磁場発生装置は、さら
にもう一つの観点によれば、前記静磁場発生手段の内側
に配置された磁気シールドを含み、該磁気シールドは電
気的良導体又は強磁性体で形成され、又は前記第２種超
伝導体の遮蔽電流の減衰時定数よりも短い減衰時定数を
もつ遮蔽電流を形成する磁気シールドで形成されている
ことを特徴とする。According to yet another aspect, the static magnetic field generating device according to the present invention includes a magnetic shield disposed inside the static magnetic field generating means, and the magnetic shield is made of an electrically good conductor or a ferromagnetic material. Or a magnetic shield forming a shielding current having a decay time constant shorter than the decay time constant of the shielding current of the second type superconductor.
【００１２】本発明にもとづく静磁場発生装置は、別の
観点によれば、前記第２種超伝導体に対して反対の極性
の熱膨張率を有する、前記第２種超伝導体と一体化され
た構造体を含むことを特徴とする。According to another aspect, the static magnetic field generator according to the present invention is integrated with the second type superconductor having a coefficient of thermal expansion of the opposite polarity to the second type superconductor. It is characterized by including a structured body.
【００１３】本発明によれば静磁場発生方法が提供さ
れ、それは前記第２種超伝導体を前記消磁手段により消
磁するステップと、その状態において前記空間中の静磁
場を前記補正手段により補正するステップと、その後に
おいて前記第２種超伝導体を超伝導状態に保つステップ
とを含むことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a method for generating a static magnetic field, comprising the steps of demagnetizing the second superconductor by the demagnetizing means and correcting the static magnetic field in the space by the correcting means in that state. And a step of maintaining the second type superconductor in a superconducting state thereafter.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】高分解能を有するNMR分析器を実
現するためには高磁場、高い空間均一度及び高い時間安
定性を兼ね備えた静磁場発生手段が必要となる。個々の
性能の実現については技術がある程度確立されている。
例えば高磁場に関しては超伝導マグネット（酸化物超伝
導マグネット）や水冷銅マグネット、均一度に関しては
最適化設計法、シミング技術、高い時間安定性について
は永久電流モード運転などである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to realize an NMR analyzer having a high resolution, a static magnetic field generating means having a high magnetic field, a high spatial uniformity and a high time stability is required. Techniques have been established to some extent for achieving individual performance.
For example, a superconducting magnet (oxide superconducting magnet) or a water-cooled copper magnet is used for a high magnetic field, an optimized design method or shimming technique is used for uniformity, and a permanent current mode operation is used for high time stability.
【００１５】しかし、それらの３つの性能を同時に満足
する静磁場発生手段は実現されていない。高磁場及び高
時間安定度を有するマグネットとしては永久電流モード
運転される金属系超伝導マグネットがある。しかし更に
発生磁場を大きくして共鳴周波数1GHz(磁場は23.5T)級
のNMR装置を実現することは、金属系超伝導体のマグネ
ットでは金属系超伝導体が高磁場中で電流輸送特性が確
保できないことから、難しいと考えられている。However, a static magnetic field generating means that satisfies these three performances simultaneously has not been realized. As a magnet having a high magnetic field and a high time stability, there is a metal-based superconducting magnet operated in a permanent current mode. However, realizing an NMR system with a resonance frequency of 1 GHz (magnetic field is 23.5 T) by further increasing the generated magnetic field requires that metal-based superconductors maintain current transport characteristics in high magnetic fields with metal-based superconductor magnets It is considered difficult because it cannot be done.
【００１６】酸化物超伝導体は高磁場中でも電流輸送特
性が確保できることから高磁場発生用マグネット材とし
て候補に上がっている。しかし、酸化物マグネットで
は、実用的な永久電流モード運転が確立されていないこ
とから、励磁電源に直結して運転されるドリブンモード
でしか高磁場を発生できていない。ドリブンモード運転
では励磁電源の電流ノイズに起因する磁場の変動が測定
に対して大きく影響を与える。したがって、高分解能を
有するNMR分析器用としての静磁場発生手段の実現にあ
たっては静磁場発生装置の時間安定性を向上することが
課題となる。Oxide superconductors have been proposed as magnet materials for generating high magnetic fields because of their ability to maintain current transport characteristics even in high magnetic fields. However, in the oxide magnet, since a practical permanent current mode operation has not been established, a high magnetic field can be generated only in a driven mode that is directly connected to an excitation power supply. In the driven mode operation, the fluctuation of the magnetic field caused by the current noise of the excitation power supply greatly affects the measurement. Therefore, when realizing a static magnetic field generating means for an NMR analyzer having a high resolution, it is necessary to improve the time stability of the static magnetic field generating device.
【００１７】高磁場、高空間均一度及び高時間安定性を
有する静磁場発生装置の実現するために、構成要素とし
て、高磁場を発生することが可能な磁場発生要素、磁場
分布を調整し必要な磁場均一度を得るための磁場補正要
素、外部からの磁場の擾乱を遮蔽し時間安定性を確保す
る磁気シールド要素を備えることが必要となる。In order to realize a static magnetic field generator having a high magnetic field, a high spatial uniformity and a high time stability, it is necessary to adjust a magnetic field generating element capable of generating a high magnetic field and a magnetic field distribution as constituent elements. It is necessary to provide a magnetic field correction element for obtaining a high magnetic field uniformity and a magnetic shield element for shielding external magnetic field disturbance and securing time stability.
【００１８】構成としては、予め定められた磁場空間を
取り囲むように円筒形状の第2種超伝導体を配置する。
さらにその超伝導円筒の外側に磁場発生手段及び磁場補
正手段を配置するのが基本構成であり、超伝導円筒の外
側の磁場発生手段と磁場補正手段によって高磁場かつ均
一磁場を発生させ、超伝導円筒で時間的に安定にその磁
場を保持する。As a configuration, a cylindrical type 2 superconductor is arranged so as to surround a predetermined magnetic field space.
Further, the basic configuration is to arrange a magnetic field generating means and a magnetic field correcting means outside the superconducting cylinder, and to generate a high magnetic field and a uniform magnetic field by the magnetic field generating means and the magnetic field correcting means outside the superconducting cylinder, The magnetic field is stably maintained by the cylinder over time.
【００１９】本明細書でいうところの円筒もしくは円筒
状というのは、試料空間を包むような中空状という意味
であり、形状そのものを規定しているわけではない。し
たがって球殻であっても円筒状に含まれることになる。
磁場空間に対してそれを周回する遮蔽電流パスが形成で
きる形状という意味である。The term “cylindrical” or “cylindrical” as used herein means a hollow shape surrounding a sample space, and does not define the shape itself. Therefore, even a spherical shell is included in a cylindrical shape.
This means that a shielding current path surrounding the magnetic field space can be formed.
【００２０】時間的に安定な静磁場を提供する手段は、
第２種超伝導体のピン止めの性質を利用して磁束を量子
化磁束線として固定することによって磁場分布を形成
し、また超伝導周回電流（超伝導遮蔽電流）が流れるパ
スを確保することによって外部からの磁場の擾乱に対し
て磁気シールド効果を発揮させるという原理を利用する
ことにより実現できる。この原理を用いて時間的安定度
を有する静磁場発生装置の構成要素は、少なくとも磁場
空間を取り囲むように配置された磁束線をピン止めする
機能を有し磁場空間を周回する超伝導電流（超伝導遮蔽
電流）パスを提供する均一磁場保持手段（ここで言う均
一とは単に均一磁場を保持することを目的としていると
いう意味で呼称しており、機能的意味、性質を表すもの
ではない）、磁束を発生させるための静磁場発生手段、
構成要素のうち超伝導状態に保つ必要のある要素を冷却
するための冷却装置、冷媒及び冷媒保持手段などであ
る。Means for providing a temporally stable static magnetic field include:
Using a pinning property of the type 2 superconductor to fix the magnetic flux as a quantized magnetic flux line to form a magnetic field distribution, and to secure a path for the superconducting circulating current (superconducting shielding current) to flow This can be realized by utilizing the principle that a magnetic shield effect is exerted against external magnetic field disturbance. A component of the static magnetic field generator having temporal stability using this principle has at least a function of pinning magnetic flux lines arranged so as to surround the magnetic field space, and has a superconducting current (ultraviolet) circling the magnetic field space. A uniform magnetic field holding means that provides a path for conducting shielding current) (here, the term “homogeneous” simply means that the purpose is to maintain a uniform magnetic field, and does not represent a functional meaning or property); Static magnetic field generating means for generating a magnetic flux,
A cooling device, a refrigerant, and a refrigerant holding unit for cooling an element that needs to be kept in a superconducting state among constituent elements.
【００２１】均一磁場保持手段としては第２種超伝導体
であることが必要だが、第２種超伝導体のうちでも酸化
物超伝導体は、臨界温度、上部臨界磁界ともに金属系超
電導体に比べて大きいことから、高磁場領域を想定して
いる本発明にとって望ましい材料であると言える。As a uniform magnetic field holding means, it is necessary to use a type 2 superconductor. Among the type 2 superconductors, an oxide superconductor is a metal type superconductor in both critical temperature and upper critical magnetic field. This is a material that is desirable for the present invention assuming a high magnetic field region.
【００２２】均一磁場保持手段になんらかの方法を用い
て磁束を侵入させるが、その方法としては均一磁場保持
手段の温度を上げて常伝導状態に転移させてから磁束を
侵入させる方法や超伝導状態のまま十分に大きな磁場を
印加することによって侵入させる方法がある。また、侵
入した磁束線をなんらかの方法でコントロールすること
によって均一磁場保持手段内部の磁束分布をコントロー
ルして、前記磁場空間内に高い空間均一度を有しかつ高
い時間安定性を有する静磁場発生手段を提供するという
従来技術がある。このような従来技術では均一磁場保持
手段内部に磁場勾配（電流密度分布（永久電流、遮蔽電
流））が存在している。The magnetic flux is caused to penetrate into the uniform magnetic field holding means by using any method. The method may be to raise the temperature of the uniform magnetic field holding means to cause a transition to a normal conduction state, and then to allow the magnetic flux to penetrate. There is a method of invading by applying a sufficiently large magnetic field as it is. In addition, by controlling the magnetic flux distribution inside the uniform magnetic field holding means by controlling the invading magnetic flux lines by any method, a static magnetic field generating means having high spatial uniformity and high time stability in the magnetic field space. There is a prior art that provides In such a conventional technique, a magnetic field gradient (current density distribution (permanent current, shielding current)) exists inside the uniform magnetic field holding means.
【００２３】超伝導体内部に磁場勾配（電流密度分布）
が存在すると、ピン止めされている量子化磁束線を運動
させようとする駆動力が働き、この磁場勾配を減らすよ
うに量子化磁束線は移動する（磁束クリープ）。超伝導
体のピン止め力が十分に大きい場合にはこの磁束クリー
プの影響は無視できるが、特に高磁場、高温領域におい
ては全く無視できない。超伝導体内に磁束を固定するこ
とによって前記磁場空間に所定の磁場分布を形成させる
場合には、この磁束クリープ現象にもとづく超伝導体内
部の磁場分布の変化によって前記磁場空間における磁場
分布も変化するため、結果的に時間安定性が保たれな
い。したがって従来技術では磁場の高い空間均一度も高
い時間安定性も実現できない。Magnetic field gradient (current density distribution) inside the superconductor
Is present, a driving force acts to move the pinned quantized magnetic flux lines, and the quantized magnetic flux lines move to reduce this magnetic field gradient (magnetic flux creep). When the pinning force of the superconductor is sufficiently large, the effect of the magnetic flux creep can be neglected, but it cannot be neglected at all in a high magnetic field and high temperature region. When a predetermined magnetic field distribution is formed in the magnetic field space by fixing the magnetic flux in the superconductor, the magnetic field distribution in the magnetic field space also changes due to a change in the magnetic field distribution inside the superconductor based on the magnetic flux creep phenomenon. As a result, time stability cannot be maintained. Therefore, the conventional technology cannot realize high spatial uniformity of the magnetic field and high time stability.
【００２４】磁束クリープの影響を本質的になくすため
には超伝導体内部の磁場勾配（電流密度分布）を実質的
に０（０及び０と見なせる値を含む）にすればよい。あ
るいは、磁束クリープが十分に小さい領域まで電流密度
を下げて運転してもよい。均一磁場保持手段内部の磁場
勾配がない状態を実現するためには均一磁場保持手段に
消磁手段を設置し消磁を行えばよい。In order to essentially eliminate the influence of magnetic flux creep, the magnetic field gradient (current density distribution) inside the superconductor may be made substantially zero (including values that can be regarded as 0 and 0). Alternatively, the operation may be performed with the current density lowered to a region where the magnetic flux creep is sufficiently small. In order to realize a state where there is no magnetic field gradient inside the uniform magnetic field holding means, demagnetizing means may be provided in the uniform magnetic field holding means and demagnetization may be performed.
【００２５】消磁の方法としては均一磁場保持手段に昇
温手段を設置し昇温を行うことによって電流密度を下げ
る、さらには常伝導状態に転移させることによって電流
密度を０にする方法がある（図７）。As a method of degaussing, there is a method in which the current density is reduced by installing a temperature raising means in the uniform magnetic field holding means and raising the temperature, and further, the current density is reduced to zero by transition to a normal conduction state ( (FIG. 7).
【００２６】また、オーディオテープデッキなどの磁気
ヘッドの消磁で行われるような、交流磁場を印加してそ
の交流振幅を次第に小さくしていくという方法もある
（図８）。この場合には均一磁場保持手段に交流マグネ
ットを設置する以外にも、静磁場発生装置に交流電流を
重畳することによって交流磁界を発生させて消磁を行う
方法も考えられる。There is also a method in which an AC magnetic field is applied to gradually reduce the AC amplitude, as performed by degaussing a magnetic head such as an audio tape deck (FIG. 8). In this case, besides installing an AC magnet in the uniform magnetic field holding means, a method of generating an AC magnetic field by superimposing an AC current on a static magnetic field generator to perform demagnetization is also conceivable.
【００２７】また、昇温による消磁と交流磁場印加によ
る消磁を組み合わせることによっても効率よく消磁を行
うことができる（図９）。交流磁場印加による消磁では
消磁する対象に対して交流磁束が十分に侵入することが
不可欠である。磁束は消磁対象の表面から侵入していく
が、表面積を増やすことで消磁の効率がよくなる。例え
ば超伝導円筒に対して消磁を行うと交流磁束は円筒の外
部表面からしか超伝導体内部に侵入していかないが、超
伝導円筒の一部を昇温して円筒を周回するような超伝導
電流（超伝導遮蔽電流）のパスを切断することによって
円筒の内部表面からも超伝導体内部に交流磁束が侵入す
るようになる。これは片側からのみ侵入していた交流磁
束が両側から侵入することになるので、超伝導体に完全
に交流磁束を侵入させるために必要な交流磁界振幅をお
よそ半分に減らすことができ効率がよい。（超伝導体内
部に発生する電界の変化に伴う遮蔽電流密度の変化など
の細かい話はここではしないが）超伝導周回電流（超伝
導遮蔽電流）パスをもっと細かくすることによって消磁
の効率は向上する。Also, degaussing can be performed efficiently by combining degaussing by increasing the temperature and degaussing by applying an AC magnetic field (FIG. 9). In degaussing by applying an AC magnetic field, it is essential that the AC magnetic flux sufficiently penetrates the object to be degaussed. The magnetic flux penetrates from the surface of the degaussing object, but the demagnetizing efficiency is improved by increasing the surface area. For example, when demagnetizing a superconducting cylinder, the alternating magnetic flux enters the superconductor only from the outer surface of the cylinder, but the superconductivity that goes around the cylinder by heating a part of the superconducting cylinder By cutting the path of the current (superconducting shielding current), the alternating magnetic flux can enter the superconductor from the inner surface of the cylinder. This is because the AC magnetic flux that has entered from only one side enters from both sides, so the AC magnetic field amplitude necessary to completely inject the AC magnetic flux into the superconductor can be reduced by about half, and the efficiency is good . (Details such as the change in the shielding current density due to the change in the electric field generated inside the superconductor will not be discussed here) The demagnetization efficiency is improved by making the superconducting circulating current (superconducting shielding current) path even finer I do.
【００２８】以上によって時間的に安定な磁場を実現す
ることができる。As described above, a temporally stable magnetic field can be realized.
【００２９】高い空間均一度を実現するには、静磁場発
生装置に磁場を補正する機構を備える必要がある。この
磁場を補正する機構は磁場分布を測定する磁場センサー
部と磁場の均一度を評価し磁場の補正量を算出する計算
機及び補正磁場発生部とそれを制御する制御部とから構
成される。In order to achieve high spatial uniformity, it is necessary to provide a static magnetic field generator with a mechanism for correcting the magnetic field. The mechanism for correcting the magnetic field includes a magnetic field sensor for measuring the magnetic field distribution, a computer for evaluating the uniformity of the magnetic field and calculating the correction amount of the magnetic field, a corrected magnetic field generator, and a controller for controlling the same.
【００３０】補正磁場発生部は均一磁場保持手段内部も
しくは外部に配置される。均一磁場保持手段内部に配置
された磁場補正部は均一磁場保持手段による影響はほと
んど受けないが、外部に配置された補正磁場発生部がつ
くる補正磁場は均一磁場保持手段の磁気シールド効果に
よって遮蔽されてしまう。均一磁場保持手段外部に配置
された補正磁場発生部によって発生された補正磁場を磁
場空間に到達させる必要があるが、これを実現するため
には均一磁場保持手段の消磁を行えばよい。すなわち、
均一磁場保持手段の外部表面に生じた補正磁場による磁
場分布が、消磁を行うことによって均磁場保持手段の外
部と内部の磁場分布が一様になり結果的に磁場空間の磁
場分布を補正させることになる。外部手段による磁場補
正の場合は補正磁場の発生と消磁を繰り返すことにな
る。The correction magnetic field generator is disposed inside or outside the uniform magnetic field holding means. The magnetic field correction unit arranged inside the uniform magnetic field holding means is hardly affected by the uniform magnetic field holding means, but the correction magnetic field created by the correction magnetic field generation unit arranged outside is shielded by the magnetic shielding effect of the uniform magnetic field holding means. Would. It is necessary to cause the correction magnetic field generated by the correction magnetic field generator disposed outside the uniform magnetic field holding means to reach the magnetic field space. To achieve this, the uniform magnetic field holding means may be demagnetized. That is,
The magnetic field distribution due to the correction magnetic field generated on the external surface of the uniform magnetic field holding means is demagnetized, and the magnetic field distribution outside and inside the uniform magnetic field holding means becomes uniform, thereby correcting the magnetic field distribution in the magnetic field space. become. In the case of magnetic field correction by external means, generation of a correction magnetic field and demagnetization are repeated.
【００３１】高磁場の実現に関しては特に限定はない。
しかし、本発明ではドリブンモード運転されるマグネッ
トが発生する変動磁場に対してもその変動の影響を抑え
ることができるので、高磁場を発生させるためにドリブ
ンモードで運転される酸化物超伝導マグネットや水冷銅
マグネットを使用することができる。したがって、永久
電流モード運転が可能なように比較的低い磁場に制約さ
れていた磁場の強度が引き上げられる。すなわち、本発
明によって間接的に高磁場を実現することになる。There is no particular limitation on the realization of a high magnetic field.
However, according to the present invention, the influence of the fluctuation can be suppressed even for the fluctuating magnetic field generated by the magnet operated in the driven mode, so that an oxide superconducting magnet operated in the driven mode to generate a high magnetic field, Water cooled copper magnets can be used. Thus, the strength of the magnetic field, which was constrained to a relatively low magnetic field to allow for persistent current mode operation, is increased. That is, the present invention indirectly realizes a high magnetic field.
【００３２】以上によって高磁場、高空間均一度及び高
時間安定性を有する静磁場発生装置を提供することがで
き、高分解能を有するＮＭＲ分析器を実現することがで
きる。As described above, a static magnetic field generator having a high magnetic field, a high spatial uniformity and a high time stability can be provided, and a high-resolution NMR analyzer can be realized.
【００３３】実際に均一磁場保持手段を用いて本発明に
もとづくマグネットシステムを実現するにあたっては注
意すべき点がいくつかある。消磁手段として昇温手段を
用いて均一磁場保持装置を実質的に常伝導状態（常伝導
状態及びそれに準ずるような遮蔽電流密度が十分に小さ
くなる状態を含む）にして消磁する場合には、均一磁場
保持手段が再び超伝導状態に戻って磁束が固定されると
きに、均一磁場保持手段の熱収縮に起因する変形によっ
て磁場空間の磁場分布が乱される。There are several points to be noted when actually realizing the magnet system according to the present invention using the uniform magnetic field holding means. When the uniform magnetic field holding device is demagnetized in a substantially normal conduction state (including a normal conduction state and a state in which the shielding current density is sufficiently low as in the normal conduction state) by using the temperature raising means as the demagnetizing means, When the magnetic field holding unit returns to the superconducting state again and the magnetic flux is fixed, the magnetic field distribution in the magnetic field space is disturbed by the deformation caused by the thermal contraction of the uniform magnetic field holding unit.
【００３４】この磁場分布の乱れは以下のような方法で
なくすことができる。（1)均一磁場保持手段内部に配置
した内部磁場補正装置を用いて磁場分布の補正を行う。
（2)均一磁場保持手段外部に配置される外部磁場補正装
置による均一磁場保持手段の変形を計算に入れた磁場補
正を行う。（3)均一磁場保持手段の変形、特に半径方向
の収縮を抑えるために、均一磁場保持手段を半径方向に
負性熱収縮率を有する構造体と機械的に一体化させる。
（4)常伝導転移温度が低い超伝導体を使うことによって
動作温度の変動を小さくする。（5)交流消磁法を補助的
手段として用いる。The disturbance of the magnetic field distribution can be eliminated by the following method. (1) The magnetic field distribution is corrected using an internal magnetic field correction device arranged inside the uniform magnetic field holding means.
(2) The magnetic field correction is performed by taking into account the deformation of the uniform magnetic field holding means by the external magnetic field correction device arranged outside the uniform magnetic field holding means. (3) In order to suppress the deformation of the uniform magnetic field holding means, particularly the contraction in the radial direction, the uniform magnetic field holding means is mechanically integrated with a structure having a negative heat shrinkage in the radial direction.
(4) Use of a superconductor having a low normal transition temperature reduces fluctuations in operating temperature. (5) Use the AC demagnetization method as an auxiliary means.
【００３５】さらに昇温消磁法を用いる場合にはもうひ
とつ注意すべき点がある。本発明にもとづくマグネット
システムにおいては均一磁場保持手段に所定の磁場分布
（均一磁場分布）を正確に固定させることが不可欠であ
る。静磁場発生手段によって発生され均一磁場保持手段
に固定されるべき静磁場は変動を含んでいる。特に静磁
場発生手段にドリブンモードで運転されるマグネットが
含まれている場合にはとりわけ大きな変動が含まれる。
したがって、均一磁場保持手段が常伝導状態から超伝導
状態に転移する際に、均一磁場保持手段が瞬間的に、か
つ、一様に超伝導状態に転移しないと、均一磁場保持手
段には所定の磁場分布が正確に固定されない。There is another point to note when using the temperature rising demagnetization method. In the magnet system according to the present invention, it is essential that the uniform magnetic field holding means accurately fix a predetermined magnetic field distribution (uniform magnetic field distribution). The static magnetic field generated by the static magnetic field generating means and to be fixed to the uniform magnetic field holding means includes fluctuation. Especially when the static magnetic field generating means includes a magnet operated in the driven mode, particularly large fluctuations are included.
Therefore, when the uniform magnetic field holding means transitions from the normal conduction state to the superconducting state, if the uniform magnetic field holding means does not instantaneously and uniformly transition to the superconducting state, the uniform magnetic field holding means has a predetermined The magnetic field distribution is not fixed exactly.
【００３６】均一磁場保持手段に正確に所定磁場分布を
固定させるためには、（1)常伝導状態から超伝導状態へ
の転移速度を上げ、かつ一様に転移させること、（2)変
動磁場を小さくすること、2つの方法が考えられる。
（1)を実現するためには均一磁場保持手段を例えば特性
の揃った薄い円筒状超伝導体を多層組み合わせて構成す
るとともに冷却効率を上げることなどが考えられる。
（2)を実現するためには均一磁場保持手段の外部にさら
に磁場変動を抑制するために磁気シールドを配置するこ
とが考えられる（図６）。In order for the uniform magnetic field holding means to accurately fix the predetermined magnetic field distribution, (1) the transition speed from the normal state to the superconducting state should be increased and the transition should be uniform, (2) the fluctuating magnetic field There are two ways to reduce the size.
In order to realize (1), it is conceivable to configure the uniform magnetic field holding means by, for example, combining thin cylindrical superconductors with uniform characteristics in multiple layers and to increase the cooling efficiency.
In order to realize (2), it is conceivable to arrange a magnetic shield outside the uniform magnetic field holding means in order to further suppress magnetic field fluctuation (FIG. 6).
【００３７】磁気シールドとして均一磁場保持手段と同
等な超伝導体を利用した磁気シールドを用いる場合は磁
場分布をコントロールするのが難しい。磁場の変動は電
源ノイズに起因するリップルやスイッチングノイズの時
間的に速い変動（交流的）とドリフトをはじめとする遅
い変動（直流的）が考えられる。シールドする必要があ
るのは均一磁場保持手段が常伝導状態から超伝導状態へ
転移するの間の時間的に速い交流成分の変動だけであ
る。このような時間的に速い交流成分は、電気的良導体
の表皮効果を利用するシールドで十分にシールドでき
る。この表皮効果を利用するシールドは時間的に遅い変
化には全然影響を与えないので、外部磁場補正手段によ
るシミングには全く影響を与えない。このため、時間的
に速い磁場変動を抑える目的の磁気シールドを均一磁場
保持手段を囲むように配置することよって均一磁場保持
手段には所定の磁場分布を正確に固定することができ
る。したがってマグネットシステムとしては速い磁場変
動を抑えるための電気良導体による磁気シールドと遅い
磁場変動を抑えるための均一磁場保持手段の磁気シール
ドの2つの磁気シールドを有することとなる。When a magnetic shield using a superconductor equivalent to the uniform magnetic field holding means is used as the magnetic shield, it is difficult to control the magnetic field distribution. The fluctuation of the magnetic field can be considered to be a temporally fast fluctuation (AC-like) and a slow fluctuation (DC-like) such as drift of ripple and switching noise caused by power supply noise. All that needs to be shielded is the fast temporal variation of the AC component during the transition of the uniform magnetic field holding means from the normal state to the superconducting state. Such a fast AC component can be sufficiently shielded by a shield utilizing the skin effect of a good electrical conductor. Since the shield utilizing the skin effect has no effect on slow changes in time, it does not affect shimming by the external magnetic field correction means at all. For this reason, a predetermined magnetic field distribution can be accurately fixed to the uniform magnetic field holding means by arranging the magnetic shield for suppressing a temporally fast magnetic field fluctuation so as to surround the uniform magnetic field holding means. Therefore, the magnet system has two magnetic shields, a magnetic shield made of an electric conductor for suppressing a fast magnetic field fluctuation and a magnetic shield of a uniform magnetic field holding means for suppressing a slow magnetic field fluctuation.
【００３８】速い磁場変動を抑えるために電気良導体を
用いる代わりに、強磁性体によるシールドが採用されて
もよい。しかしながら、強磁性体を用いるシールドは高
磁場下では磁気飽和を起こすので効果が薄いと考えら
れ、また磁気的ヒステリシスを有するために磁場の補正
を行うことが面倒になる。Instead of using an electric conductor to suppress a fast magnetic field fluctuation, a shield made of a ferromagnetic material may be employed. However, a shield using a ferromagnetic material is considered to be less effective because it causes magnetic saturation in a high magnetic field, and has a magnetic hysteresis, which makes it difficult to correct the magnetic field.
【００３９】均一磁場保持手段の外側に配置される磁気
シールドに要求される性質は、補正磁場に対しては磁気
的に透明で時間的に変動の速いノイズに対しては不透明
であることである。これを満たすためには変動磁場によ
って誘起される遮蔽電流がある時間で減衰することが不
可欠である。すなわち、遮蔽電流の減衰時定数がある程
度短い（均一磁場保持手段にくらべて）ことが必要であ
る。したがって磁気シールドは常伝導体の電気良導体に
限定される必要はなく遮蔽電流の時定数の短い超伝導体
であってもかまわない。これは温度や磁場をそれぞれ臨
界温度や臨界磁場付近に（不可逆的な温度や磁場でも
可）にコントロールすることで十分に達成できる。The properties required for the magnetic shield disposed outside the uniform magnetic field holding means are that it is magnetically transparent to the correction magnetic field and opaque to noise that changes fast in time. . In order to satisfy this, it is essential that the shielding current induced by the fluctuating magnetic field attenuate in a certain time. That is, it is necessary that the decay time constant of the shielding current is somewhat short (compared to the uniform magnetic field holding means). Therefore, the magnetic shield does not need to be limited to a normal conductor good conductor, and may be a superconductor having a short time constant of shielding current. This can be sufficiently achieved by controlling the temperature and the magnetic field to near the critical temperature and the critical magnetic field, respectively (irreversible temperature and magnetic field are also possible).
【００４０】なお、本発明ではマグネットシステムを高
磁場領域で使うことを想定しているので、金属系超電導
体であれば単にこれを配置するだけでもその実現が可能
である。また、遮蔽電流の減衰、すなわち磁束クリープ
現象はピン止め力に大きく依存する。したがってピン止
め力をコントロールすることによって（ピン止め力を弱
くする）実現できる。ピン止め力を大きくすることに比
べて小さくすることは比較的容易である。また、超伝導
特性の劣る超伝導体を作ることによっても実現できる。
特に多元素によって構成される酸化物超伝導体は特性を
変える（下げる）のに自由度が大きい。In the present invention, it is assumed that the magnet system is used in a high magnetic field region. Therefore, it is possible to realize this simply by arranging a metal-based superconductor simply. Further, the attenuation of the shielding current, that is, the magnetic flux creep phenomenon, largely depends on the pinning force. Therefore, it can be realized by controlling the pinning force (reducing the pinning force). It is relatively easy to reduce the pinning force as compared to increasing it. It can also be realized by making a superconductor having poor superconductivity.
In particular, an oxide superconductor composed of multiple elements has a high degree of freedom in changing (lowering) characteristics.
【００４１】以上により高磁場、高空間均一度及び高時
間安定性を兼ね備えた静磁場発生手段を実現できる。As described above, a static magnetic field generating means having high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability can be realized.
【００４２】[0042]
【実施例１】まず、高磁場、高空間均一度及び高時間安
定性を有する静磁場発生装置を備えたNMRマグネットシ
ステムの構成について図１を参照して説明する。Embodiment 1 First, the configuration of an NMR magnet system provided with a static magnetic field generator having a high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability will be described with reference to FIG.
【００４３】磁場補正手段を有する静磁場発生装置１の
内側に同軸状に第二種超電導体で形成された円筒状の均
一磁場保持手段２を配置する。静磁場発生装置１及び均
一磁場保持手段２はそれらを超伝導状態に保つための冷
媒を保持する断熱容器９の中に設置される。静磁場発生
装置１には励磁電源８が接続され、それによって前記静
磁場発生装置１は励磁され、運転される。また、均一磁
場保持手段２にはそれを超伝導状態から常伝導状態に転
移させることを目的するヒーター３が設置され、ヒータ
ー３はヒーター制御電源４によって運転される。均一磁
場保持手段２によって囲まれる空間には断熱層１０で形
成される円柱状の試料空間１１が形成される。試料空間
１１内には磁場センサ５が配置されて、試料空間１１の
磁場分布の測定を行う。磁場センサ５の信号は計算機６
へ入力され、磁場補正量が計算される。計算機６は磁場
補正手段制御装置７を介して磁場補正手段を有する静磁
場発生装置１を制御し、均一磁場を発生させる。A cylindrical uniform magnetic field holding means 2 formed of a second type superconductor is coaxially arranged inside a static magnetic field generating apparatus 1 having a magnetic field correction means. The static magnetic field generator 1 and the uniform magnetic field holding means 2 are installed in a heat insulating container 9 holding a refrigerant for keeping them in a superconductive state. An excitation power supply 8 is connected to the static magnetic field generator 1, whereby the static magnetic field generator 1 is excited and operated. The uniform magnetic field holding means 2 is provided with a heater 3 for changing the superconducting state from a superconducting state to a normal conducting state. The heater 3 is operated by a heater control power supply 4. A cylindrical sample space 11 formed by the heat insulating layer 10 is formed in a space surrounded by the uniform magnetic field holding means 2. A magnetic field sensor 5 is arranged in the sample space 11 to measure a magnetic field distribution in the sample space 11. The signal of the magnetic field sensor 5 is calculated by a computer 6
And the magnetic field correction amount is calculated. The computer 6 controls the static magnetic field generation device 1 having the magnetic field correction means via the magnetic field correction means control device 7 to generate a uniform magnetic field.
【００４４】次に高磁場、高空間均一度及び高時間安定
性を有する静磁場を発生する手順を図１０を参照して説
明する。Next, a procedure for generating a static magnetic field having a high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability will be described with reference to FIG.
【００４５】（１）磁場補正手段を有する静磁場発生装
置１及び均一磁場保持手段２を冷却して超伝導状態にす
る（Ｓ００１）。(1) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means and the uniform magnetic field holding means 2 are cooled to a superconducting state (S001).
【００４６】（２）励磁運転８を運転して磁場補正手段
を有する静磁場発生装置１によって所要強度の磁場を発
生させる（例えば核磁気共鳴周波数が１ＧＨｚ（ギガヘ
ルツ）の場合には23.5Ｔ（テスラ））（Ｓ００１）。こ
れによって室温の試料空間１１には上記所要強度の磁場
が形成される。しかし、均一磁場保持手段２が超伝導状
態であるために、均一磁場保持手段２内部に流れる遮蔽
電流の影響によって室温試料空間１１には必要な磁場の
空間均一度は得られていない可能性がある。(2) The excitation operation 8 is operated to generate a magnetic field of a required intensity by the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means (for example, when the nuclear magnetic resonance frequency is 1 GHz (gigahertz), 23.5 T (tesla) )) (S001). As a result, a magnetic field having the required intensity is formed in the sample space 11 at room temperature. However, since the uniform magnetic field holding means 2 is in a superconducting state, there is a possibility that the required spatial uniformity of the magnetic field is not obtained in the room temperature sample space 11 due to the influence of the shielding current flowing inside the uniform magnetic field holding means 2. is there.
【００４７】（３）ヒーター３によって均一磁場保持手
段２を昇温し常伝導状態に転移させる（Ｓ００２）。常
伝導状態に転移すると、均一磁場保持手段２内部に誘起
される遮蔽電流は０になるので、静磁場発生装置１によ
って試料空間１１の磁場分布がコントロールできるよう
になる（均一磁場保持手段の透明化）。(3) The temperature of the uniform magnetic field holding means 2 is raised by the heater 3 to make a transition to a normal conduction state (S002). When the state transitions to the normal conduction state, the shielding current induced inside the uniform magnetic field holding means 2 becomes 0, so that the magnetic field distribution in the sample space 11 can be controlled by the static magnetic field generator 1 (transparency of the uniform magnetic field holding means). Conversion).
【００４８】（４）磁場センサ５によって試料空間１１
内の磁場分布を測定する（Ｓ００３）。(4) The sample space 11 is controlled by the magnetic field sensor 5.
The magnetic field distribution in the inside is measured (S003).
【００４９】（５）磁場センサ5によって測定された信
号は計算機６で処理され、試料空間１１内部の磁場均一
度が評価される（Ｓ００３）。(5) The signal measured by the magnetic field sensor 5 is processed by the computer 6, and the magnetic field uniformity inside the sample space 11 is evaluated (S003).
【００５０】（６）計算機６は所要の磁場均一度が得ら
れているかどうかを判断し（Ｓ００４）、磁場均一度が
所要の均一度に到達していれば手順（９）へ進む（Ｓ０
０５）。(6) The computer 6 determines whether the required magnetic field uniformity has been obtained (S004). If the magnetic field uniformity has reached the required uniformity, the computer 6 proceeds to step (9) (S0).
05).
【００５１】（７）所要の均一度に到達していない場合
には計算機６によって磁場補正量を計算する（Ｓ００
６）。(7) If the required uniformity has not been reached, the computer 6 calculates a magnetic field correction amount (S00).
6).
【００５２】（８）磁場補正手段制御装置７を介して磁
場補正手段を有する静磁場発生装置１を制御して磁場の
補正を行い（シミング）、手順（４）に戻る（Ｓ００
７）。(8) The static magnetic field generation device 1 having the magnetic field correction means is controlled via the magnetic field correction means control device 7 to correct the magnetic field (shimming), and the procedure returns to the step (4) (S00).
7).
【００５３】（９）ステップ００４における判断結果が
肯定的である場合、すなわち所要の均一度が得られてい
る場合又は得られた場合は、ヒーター４による均一磁場
保持手段２の昇温を止めることによって均一磁場保持手
段２を常伝導状態から超伝導状態へ転移させる（Ｓ００
５）。均一磁場保持手段２の内部に侵入している磁束は
量子化されてピンニング効果によってエネルギー的に最
も安定な位置に固定される。均一磁場保持手段２の表面
における磁束密度分布は、常伝導状態から超伝導状態に
転移する前後では変化せず、試料空間１１に均一磁場が
形成されているときと同じ状態で保存され固定される
（磁束の固定）。(9) If the judgment result in step 004 is affirmative, that is, if the required uniformity is obtained or obtained, the temperature rise of the uniform magnetic field holding means 2 by the heater 4 is stopped. Transitions the uniform magnetic field holding means 2 from the normal conduction state to the superconducting state (S00
5). The magnetic flux penetrating into the uniform magnetic field holding means 2 is quantized and fixed at the most energetically stable position by the pinning effect. The magnetic flux density distribution on the surface of the uniform magnetic field holding means 2 does not change before and after the transition from the normal state to the superconducting state, and is stored and fixed in the same state as when the uniform magnetic field is formed in the sample space 11. (Fixation of magnetic flux).
【００５４】（１０）したがって、試料空間１１の均一
磁場分布は固定されるので均一磁場保持手段２はその外
部の磁束密度の擾乱に対してシールド効果を有し、その
ため試料空間１１における磁場の高時間安定性を実現す
る。(10) Therefore, since the uniform magnetic field distribution in the sample space 11 is fixed, the uniform magnetic field holding means 2 has a shielding effect against disturbance of the magnetic flux density outside the uniform magnetic field distribution. Achieve time stability.
【００５５】（１１）室温試料空間１１に測定試料を挿
入し測定を行う。(11) A measurement sample is inserted into the room temperature sample space 11 and measurement is performed.
【００５６】高磁場、高空間均一度及び高時間安定性を
実現するために、特に均一磁場保持手段３の外部磁場の
変動を遮断する磁気シールド及び磁束の固定が重要な役
割をする。In order to realize a high magnetic field, a high spatial uniformity and a high time stability, a magnetic shield for blocking the fluctuation of the external magnetic field of the uniform magnetic field holding means 3 and fixing of the magnetic flux play an important role.
【００５７】まず、磁気シールドの役割について述べ
る。均一磁場保持手段２に囲まれる内側空間の磁場、す
なわち磁束密度分布は、空間を囲む閉曲面、すなわち、
均一磁場保持手段２の内側表面及び均一磁場保持手段２
に設けられた開口部によって形成されるその開口部を境
界閉曲線とする任意曲面からなる閉曲面、上における磁
束密度の境界条件によって決定される。First, the role of the magnetic shield will be described. The magnetic field in the inner space surrounded by the uniform magnetic field holding means 2, ie, the magnetic flux density distribution, is a closed curved surface surrounding the space, ie,
Inner surface of uniform magnetic field holding means 2 and uniform magnetic field holding means 2
Is defined by the boundary condition of the magnetic flux density on a closed curved surface formed by an arbitrary curved surface having the opening formed by the opening provided as a boundary closed curve.
【００５８】均一磁場保持手段２の形状は、開口部にお
ける磁束密度分布の変動が、均一磁場保持手段２の内側
表面における磁束密度分布よりも空間に形成される磁束
密度分布におよぼす影響が充分に小さい（無視できる）
形状となっている。すなわち、均一磁場保持手段２の内
側表面における磁束密度分布によって、空間の磁束密度
分布が決定されるようになっている。The shape of the uniform magnetic field holding means 2 is such that the influence of the fluctuation of the magnetic flux density distribution at the opening on the magnetic flux density distribution formed in the space is more sufficient than the magnetic flux density distribution on the inner surface of the uniform magnetic field holding means 2. Small (negligible)
It has a shape. That is, the magnetic flux density distribution in the space is determined by the magnetic flux density distribution on the inner surface of the uniform magnetic field holding means 2.
【００５９】そのような形状の一例としては、磁場補正
手段を有する静磁場発生装置１のうち変動磁場を発生す
るマグネットに対して、均一磁場保持手段２の開口部が
マグネットの外側にあるような円筒状もしくはそのよう
な円筒状形状で片側のみに開口部を有するような形状で
ある。An example of such a shape is such that the opening of the uniform magnetic field holding means 2 is outside the magnet with respect to the magnet that generates the fluctuating magnetic field in the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means. The shape is cylindrical or such a cylindrical shape having an opening only on one side.
【００６０】このような形状の均一磁場保持手段に対し
て外部より磁場の変動を与えると前記均一保持手段２に
磁束変動を打ち消そうとする遮蔽電流が均一保持手段２
の外側表面付近に生じる（磁気シールド効果）。この遮
蔽電流が均一磁場保持手段２の内側表面まで達しないよ
うな均一磁場保持手段２の厚さ（形状）とすることによ
って、均一磁場保持手段２によって囲まれる空間内の磁
束密度分布は変化しない。When a magnetic field fluctuation is applied to the uniform magnetic field holding means having such a shape from the outside, the shielding current for canceling the magnetic flux fluctuation is applied to the uniform magnetic field holding means 2.
Near the outer surface of the surface (magnetic shielding effect). By setting the thickness (shape) of the uniform magnetic field holding means 2 such that the shielding current does not reach the inner surface of the uniform magnetic field holding means 2, the magnetic flux density distribution in the space surrounded by the uniform magnetic field holding means 2 does not change. .
【００６１】次に、磁束固定の役割について述べる。従
来技術には超伝導体を着磁することによる磁場発生及び
保持方法が存在する。磁場発生及び保持は、超伝導ルー
プに対して遮蔽電流を生じさせ、この遮蔽電流によって
磁場を発生、保持させるという方法や、常伝導状態の超
伝導体を磁場が印加された状態で超伝導に転移させ磁束
線を超伝導体にトラップさせた後外部印加磁場をなくす
（減らす）という方法によって実現されている。これら
の方法では超伝導体にはマクロな遮蔽電流ループが形成
されており、このマクロな遮蔽電流ループが磁場の源と
なっている。超伝導体は、特に高磁場領域や高温領域に
おいては、磁束クリープ現象に起因する遮蔽電流の減衰
が無視できないために、これらの磁場発生及び保持方法
では磁場の時間安定度が維持できないばかりではなく磁
場空間均一度も劣化する。Next, the role of fixing the magnetic flux will be described. In the prior art, there is a method of generating and holding a magnetic field by magnetizing a superconductor. Magnetic field generation and holding generate a shielding current in the superconducting loop, and generate and maintain a magnetic field by this shielding current, or a superconductor in a normal conduction state becomes superconducting with a magnetic field applied. This is realized by a method of eliminating (reducing) an externally applied magnetic field after transferring and trapping magnetic flux lines in a superconductor. In these methods, a macro shielding current loop is formed in the superconductor, and the macro shielding current loop is a source of the magnetic field. In superconductors, especially in the high magnetic field and high temperature regions, the attenuation of the shielding current due to the magnetic flux creep phenomenon cannot be ignored, so that these magnetic field generation and holding methods cannot not only maintain the time stability of the magnetic field but also Magnetic field spatial uniformity also deteriorates.
【００６２】本発明の実施例では、均一磁場保持手段２
が常伝導状態において磁束密度分布を形成させるため遮
蔽電流は生じない。この状態で均一磁場保持手段２を超
伝導状態に転移させると均一磁場保持手段２内部に存在
する磁束は量子化されてエネルギー的にもっとも安定な
場所に固定されるが、この場合でも均一磁場保持手段２
表面（外部との境界面）における磁束密度分布は保存さ
れており、したがって前記試料空間１１における磁場均
一度も保たれたままである。さらに均一磁場保持手段２
に磁束線がトラップされた後も磁場補正手段を有する静
磁場発生装置１はその状態のまま運転されるので、均一
磁場保持手段２には遮蔽電流が誘起されない。したがっ
て、均一磁場保持手段２によってそれが囲む内部空間に
は高空間均一度かつ高時間安定性を有する磁場が保持さ
れる。In the embodiment of the present invention, the uniform magnetic field holding means 2
Generates a magnetic flux density distribution in the normal conduction state, so that no shielding current occurs. When the uniform magnetic field holding means 2 is transited to the superconducting state in this state, the magnetic flux existing inside the uniform magnetic field holding means 2 is quantized and fixed at the most energy-stable place. Means 2
The magnetic flux density distribution on the surface (boundary surface with the outside) is preserved, and thus the magnetic field uniformity in the sample space 11 is also maintained. Further, uniform magnetic field holding means 2
Even after the magnetic flux lines are trapped in the static magnetic field generator 1, the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means is operated in that state, so that no shielding current is induced in the uniform magnetic field holding means 2. Therefore, the uniform magnetic field holding means 2 holds a magnetic field having high spatial uniformity and high time stability in the inner space surrounded by the uniform magnetic field holding means 2.
【００６３】以上により、本発明の実施例のシステムに
よれば、高磁場、高空間均一度及び高時間安定性を有す
る静磁場を発生、保持することができ、NMR分析器の高
性能化が期待できる。As described above, according to the system of the embodiment of the present invention, a static magnetic field having a high magnetic field, a high spatial uniformity and a high time stability can be generated and maintained, and the performance of the NMR analyzer can be improved. Can be expected.
【００６４】以上の実施例は本発明の実施の一形態であ
り、本発明における機能を満足する範囲で構成及び運用
が異なっていてもかまわない。The above embodiment is one embodiment of the present invention, and the configuration and operation may be different as long as the functions of the present invention are satisfied.
【００６５】本発明の実施例における磁場補正手段を有
する静磁場発生装置１は、金属系超伝導体マグネット、
酸化物超伝導マグネットバイアス、常伝導マグネットの
どれでもよくそれらの組み合わせであってもよい。また
運転方法も永久電流モード、準永久電流モード運転もし
くはドリブンモード運転のいずれかの運転方法もしくは
それら運転方法の組み合わせであってもよい。特にドリ
ブンモード運転の酸化物マグネットや水冷銅マグネット
は容易に高磁場を実現できるので望ましい。The static magnetic field generating apparatus 1 having the magnetic field correcting means according to the embodiment of the present invention comprises a metallic superconductor magnet,
Any of an oxide superconducting magnet bias and a normal conducting magnet or a combination thereof may be used. The operation method may be any one of the permanent current mode, the quasi-permanent current mode operation, and the driven mode operation, or a combination of these operation methods. In particular, an oxide magnet or a water-cooled copper magnet operated in a driven mode is desirable because a high magnetic field can be easily realized.
【００６６】マグネットの配置は均一磁場保持手段２付
近に高磁場かつ高均一度を発生させることができる配置
であれば同軸状の配置である必要はない。また、磁場補
正手段を有する静磁場発生装置１を構成するマグネット
は導線を巻いて形成される電磁石に限定される必要はな
く、永久磁石や、着磁手段を有する着磁媒体たとえば磁
束をトラップさせた超伝導体など、あらゆる磁場発生、
保持手段であってよい。The arrangement of the magnets does not need to be a coaxial arrangement as long as a high magnetic field and high uniformity can be generated near the uniform magnetic field holding means 2. Further, the magnet constituting the static magnetic field generating device 1 having the magnetic field correction means need not be limited to an electromagnet formed by winding a conductive wire, but may be a permanent magnet or a magnetized medium having a magnetizing means such as a magnetic flux. Magnetic field generation, such as superconductors,
It may be holding means.
【００６７】また、均一磁場保持手段２は、均一磁場保
持手段２が囲む内側空間を周回するような超伝導電流ル
ープを形成する第２種超伝導体をはじめとし、それを支
持する支持要素などで構成される。超伝導材料で形成さ
れており超伝導ループ電流を保持する要素のみを狭義の
均一磁場保持手段と呼ぶことにし、特にことわりがない
場合には単に均一磁場保持手段と表記する。均一磁場保
持手段は第２種超伝導体であることが必要だが、特に本
発明においてはマグネットシステムが高磁場領域におい
て使用されることが想定されるため、上部臨界磁界が大
きい酸化物超伝導体で均一磁場保持手段を構成すること
が望ましい。The uniform magnetic field holding means 2 includes a type 2 superconductor which forms a superconducting current loop surrounding the inner space surrounded by the uniform magnetic field holding means 2, and a supporting element for supporting the same. It consists of. Only the element formed of a superconducting material and holding the superconducting loop current will be referred to as a uniform magnetic field holding means in a narrow sense, and will be simply referred to as a uniform magnetic field holding means unless otherwise specified. It is necessary that the uniform magnetic field holding means is a type 2 superconductor. In particular, in the present invention, since the magnet system is assumed to be used in a high magnetic field region, the oxide superconductor having a large upper critical magnetic field is used. It is desirable to constitute a uniform magnetic field holding means.
【００６８】試料空間１１の磁束密度分布は、均一磁場
保持手段の内側表面と、均一磁場保持手段に設置された
開口部によって形成される該開口部を境界閉曲線とする
任意曲面とによって形成される閉曲面上における磁束密
度分布によって決定される。The magnetic flux density distribution in the sample space 11 is formed by an inner surface of the uniform magnetic field holding means and an arbitrary curved surface having the opening formed by the opening provided in the uniform magnetic field holding means and having a closed boundary curve. It is determined by the magnetic flux density distribution on the closed surface.
【００６９】均一磁場保持手段２の形状は、開口部にお
ける磁束密度分布の変動が、均一磁場保持手段２の内側
表面における磁束密度分布よりも前記内側空間に形成さ
れる磁束密度分布におよぼす影響が充分に小さい形状と
なっている。The shape of the uniform magnetic field holding means 2 is such that the variation of the magnetic flux density distribution in the opening has a greater effect on the magnetic flux density distribution formed in the inner space than the magnetic flux density distribution on the inner surface of the uniform magnetic field holding means 2. It has a sufficiently small shape.
【００７０】そのような形状の一例としては、磁場補正
手段を有する静磁場発生装置１を構成するマグネットの
うち変動磁場を発生するマグネットに対して、均一磁場
保持手段２の開口部が前記マグネットの外側にあるよう
な円筒状もしくは底を有する円筒形状である。ここで言
う円筒とは中空状という意味であって円筒の厚さが一様
であるとか側面の形状を規定するものではない。したが
って球殻状であって開口部を有するものも含まれる。As an example of such a shape, the opening of the uniform magnetic field holding means 2 is different from that of the magnet forming the static magnetic field generating device 1 having the magnetic field correcting means, which generates the fluctuating magnetic field. A cylindrical shape with an outer side or a cylindrical shape with a bottom. The cylinder here means hollow, and does not specify that the thickness of the cylinder is uniform or the shape of the side surface. Therefore, a material having a spherical shell shape and an opening is also included.
【００７１】均一磁場保持手段２は必ずしも単一種類も
しくは一個の超伝導要素から構成されている必要はな
く，超伝導ループ電流（超伝導遮蔽電流）が安定に形成
でき、かつ、前記超伝導要素を複数個もちいて前記均一
磁場保持手段２を形成する時に生じる開口部、間隙や境
界面が保持すべき均一磁場を劣化させない限りにおいて
は複数の超伝導体からなっていてもよい。The uniform magnetic field holding means 2 does not necessarily need to be composed of a single kind or one superconducting element, and can stably generate a superconducting loop current (superconducting shielding current), and A plurality of superconductors may be used as long as the openings, gaps, and boundary surfaces generated when the uniform magnetic field holding means 2 is formed using a plurality of the magnetic fields do not deteriorate the uniform magnetic field to be held.
【００７２】本発明にもとづくマグネットシステムが納
められる冷媒保持用の断熱容器９は、マグネットシステ
ムの構成要素のうち超伝導状態にする必要があるものを
冷却するための手段を提供するものであるので、この機
能を実現できるものであれば既述の実施形態に限定され
るものではない。その例は、ガス冷却方式もしくは直接
冷却方式などの冷凍機冷却手段を備えた断熱容器などで
ある。The heat-insulating container 9 for holding the refrigerant, in which the magnet system according to the present invention is housed, provides a means for cooling the components of the magnet system that need to be in a superconductive state. However, as long as this function can be realized, the present invention is not limited to the above-described embodiment. An example is an insulated container provided with a refrigerator cooling means such as a gas cooling system or a direct cooling system.
【００７３】既述の実施例には均一磁場保持手段２を昇
温することによって超伝導状態から常伝導状態に転移さ
せるヒーター３を使用したが、昇温するためには必ずし
もこの実施形態に限定されるものではなく、例えば均一
磁場保持手段２周辺に加温した熱交換媒体を注入する昇
温装置などであってもよい。均一磁場保持手段２は昇温
手段の運転によって超伝導状態から常電導状態へ及び逆
方向へ転移させることができるが、常電導状態から超伝
導状態への転移を加速させるためにさらに付加的な冷却
促進手段（超伝導転移促進手段）を設置してもよい。転
移速度を上げるために、均一磁場保持手段２を複数個に
分割し、表面積を増やすことで熱交換効率を上げてもよ
い。In the above-described embodiment, the heater 3 for changing the state from the superconducting state to the normal conducting state by increasing the temperature of the uniform magnetic field holding means 2 is used. However, in order to increase the temperature, the heater 3 is not necessarily limited to this embodiment. However, for example, a temperature raising device that injects a heated heat exchange medium around the uniform magnetic field holding means 2 may be used. The uniform magnetic field holding means 2 can be changed from the superconducting state to the normal conducting state and in the opposite direction by the operation of the temperature raising means. However, in order to accelerate the transition from the normal conducting state to the superconducting state, further additional means are required. Cooling promoting means (superconducting transition promoting means) may be provided. In order to increase the transfer speed, the uniform magnetic field holding means 2 may be divided into a plurality of sections and the heat exchange efficiency may be increased by increasing the surface area.
【００７４】[0074]
【実施例２】実施例１において、均一磁場保持手段２を
常伝導状態から超伝導状態に転移させて磁束線の固定を
行う際に、熱収縮に起因する均一磁場保持手段２の変形
や均一磁場保持手段２が常伝導状態から超伝導状態に空
間的に一様に転移しないために生じるトラップ磁束の偏
りにより、試料空間１１における磁場分布が乱れること
がある。このような場合はさらに磁場補正手順を設ける
ことによって磁場均一度を改善することができる。図１
１を参照しながらその運転手順を説明する。Second Embodiment In the first embodiment, when the uniform magnetic field holding means 2 is changed from a normal conduction state to a superconducting state to fix the magnetic flux lines, the uniform magnetic field holding means 2 is deformed or uniformly deformed due to thermal contraction. The magnetic field distribution in the sample space 11 may be disturbed due to the bias of the trapped magnetic flux generated because the magnetic field holding unit 2 does not uniformly transition from the normal state to the superconducting state spatially. In such a case, the magnetic field uniformity can be improved by further providing a magnetic field correction procedure. FIG.
The operation procedure will be described with reference to FIG.
【００７５】（１）磁場補正手段を有する静磁場発生装
置１及び均一磁場保持手段２を冷却して超伝導状態にす
る（Ｓ００１）。(1) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means and the uniform magnetic field holding means 2 are cooled to a superconducting state (S001).
【００７６】（２）励磁運転８を運転して磁場補正手段
を有する静磁場発生装置１によって所要強度の磁場を発
生させる（例えば核磁気共鳴周波数が１ＧＨｚ（ギガヘ
ルツ）の場合には23.5Ｔ（テスラ））（Ｓ００１）。こ
れによって室温の試料空間１１には上記所要強度の磁場
が形成される。しかし、均一磁場保持手段２が超伝導状
態であるために、均一磁場保持手段２内部に流れる遮蔽
電流の影響によって室温試料空間１１には必要な磁場の
空間均一度は得られていない可能性がある。(2) The exciting operation 8 is operated to generate a magnetic field of a required intensity by the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means (for example, when the nuclear magnetic resonance frequency is 1 GHz (gigahertz), 23.5 T (tesla) )) (S001). As a result, a magnetic field having the required intensity is formed in the sample space 11 at room temperature. However, since the uniform magnetic field holding means 2 is in a superconducting state, there is a possibility that the required spatial uniformity of the magnetic field is not obtained in the room temperature sample space 11 due to the influence of the shielding current flowing inside the uniform magnetic field holding means 2. is there.
【００７７】（３）ヒーター３によって均一磁場保持手
段２を昇温し常伝導状態に転移させる（Ｓ００２）。常
伝導状態に転移すると、均一磁場保持手段２内部に誘起
される遮蔽電流は０になるので、静磁場発生装置１によ
って試料空間１１の磁場分布がコントロールできるよう
になる（均一磁場保持手段の透明化）。(3) The temperature of the uniform magnetic field holding means 2 is raised by the heater 3 to make a transition to the normal conduction state (S002). When the state transitions to the normal conduction state, the shielding current induced inside the uniform magnetic field holding means 2 becomes 0, so that the magnetic field distribution in the sample space 11 can be controlled by the static magnetic field generator 1 (transparency of the uniform magnetic field holding means). Conversion).
【００７８】（４）磁場センサ５によって試料空間１１
内の磁場分布を測定する（Ｓ００３）。(4) The sample space 11 is detected by the magnetic field sensor 5.
The magnetic field distribution in the inside is measured (S003).
【００７９】（５）磁場センサ5によって測定された信
号は計算機６で処理され、試料空間１１内部の磁場均一
度が評価される（Ｓ００３）。(5) The signal measured by the magnetic field sensor 5 is processed by the computer 6, and the magnetic field uniformity inside the sample space 11 is evaluated (S003).
【００８０】（６）計算機６は所要の磁場均一度が得ら
れているかどうかを判断し（Ｓ００４）、磁場均一度が
所要の均一度に到達していれば手順（９）へ進む（Ｓ０
０５）。(6) The computer 6 determines whether the required magnetic field uniformity has been obtained (S004). If the magnetic field uniformity has reached the required uniformity, the computer 6 proceeds to step (9) (S0).
05).
【００８１】（７）所要の均一度に到達していない場合
には計算機６によって磁場補正量を計算する（Ｓ００
６）。(7) If the required uniformity has not been reached, the computer 6 calculates a magnetic field correction amount (S00).
6).
【００８２】（８）磁場補正手段制御装置７を介して磁
場補正手段を有する静磁場発生装置１を制御して磁場の
補正を行い（一次シミング）、手順（４）に戻る（Ｓ０
０７）。(8) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means is controlled via the magnetic field correction means control device 7 to correct the magnetic field (primary shimming), and the procedure returns to step (4) (S0).
07).
【００８３】（９）ステップ００４における判断結果が
肯定的である場合、すなわち所要の均一度が得られてい
る場合又は得られた場合は、ヒーター４による均一磁場
保持手段２の昇温を止めることによって均一磁場保持手
段２を常伝導状態から超伝導状態へ転移させる（Ｓ００
５）。均一磁場保持手段２の内部に侵入している磁束は
量子化されてピンニング効果によってエネルギー的に最
も安定な位置に固定される。均一磁場保持手段２の表面
における磁束密度分布は、常伝導状態から超伝導状態に
転移する前後では変化せず、試料空間１１に均一磁場が
形成されているときと同じ状態で保存され固定される
（磁束の固定）。(9) If the judgment result in step 004 is affirmative, that is, if the required uniformity is obtained or obtained, the temperature rise of the uniform magnetic field holding means 2 by the heater 4 is stopped. Transitions the uniform magnetic field holding means 2 from the normal conduction state to the superconducting state (S00
5). The magnetic flux penetrating into the uniform magnetic field holding means 2 is quantized and fixed at the most energetically stable position by the pinning effect. The magnetic flux density distribution on the surface of the uniform magnetic field holding means 2 does not change before and after the transition from the normal state to the superconducting state, and is stored and fixed in the same state as when the uniform magnetic field is formed in the sample space 11. (Fixation of magnetic flux).
【００８４】（１０）したがって、試料空間１１の均一
磁場分布は固定されるので均一磁場保持手段２はその外
部の磁束密度の擾乱に対してシールド効果を有し、その
ため試料空間１１における磁場の高時間安定性を実現す
る。(10) Therefore, since the uniform magnetic field distribution in the sample space 11 is fixed, the uniform magnetic field holding means 2 has a shielding effect against disturbance of the magnetic flux density outside the uniform magnetic field distribution. Achieve time stability.
【００８５】（１１）磁場センサ５によって試料空間１
１内の磁場分布を測定し、その測定された信号は計算機
８で処理され、試料空間１１内部の磁場均一度が評価さ
れる（Ｓ００８）。(11) The sample space 1 is detected by the magnetic field sensor 5.
The magnetic field distribution in the sample space 11 is measured, the measured signal is processed by the computer 8, and the magnetic field uniformity inside the sample space 11 is evaluated (S008).
【００８６】（１２）磁場均一度が所要の均一度に到達
しているかどうかが判断され（Ｓ００９）、到達してい
れば補正は終わり、手順(１５)へ進む。(12) It is determined whether or not the magnetic field uniformity has reached a required uniformity (S009). If it has reached, the correction is completed and the procedure proceeds to step (15).
【００８７】（１３）所要の均一度に到達していない場
合には計算機８によって磁場補正量を計算する（Ｓ０１
０）。(13) If the required uniformity has not been reached, the computer 8 calculates a magnetic field correction amount (S01).
0).
【００８８】（１４）磁場補正手段制御装置７を介して
磁場補正手段を有する静磁場発生装置１を制御して磁場
の補正を行い（二次シミング）（Ｓ０１１）、手順
（３）に戻る。(14) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field corrector is controlled via the magnetic field corrector controller 7 to correct the magnetic field (secondary shimming) (S011), and the procedure returns to step (3).
【００８９】（１５）室温試料空間１１に測定試料を挿
入し測定を行う。(15) The measurement is performed by inserting the measurement sample into the room temperature sample space 11.
【００９０】この実施例は、均一磁場保持手段２を超伝
導状態から常伝導状態に転移させることによって磁気的
に透明とし、均一磁場保持手段２外部に設けられた磁場
補正手段によって試料空間１１における磁場分布を補正
するという手順を0回もしくは複数回行うという手順を
含んでいる。このことによって、外部からの磁場の擾乱
の侵入を抑制する磁気シールド機能を有する均一磁場保
持手段２内部の空間の磁場分布を外部に設けられた補正
手段によって補正することができる。In this embodiment, the uniform magnetic field holding means 2 is made magnetically transparent by transitioning from the superconducting state to the normal conducting state, and the magnetic field correcting means provided outside the uniform magnetic field holding means 2 allows the magnetic field compensating means to be used in the sample space 11. This includes a procedure of correcting the magnetic field distribution zero or more times. As a result, it is possible to correct the magnetic field distribution in the space inside the uniform magnetic field holding means 2 having the magnetic shield function for suppressing the intrusion of the magnetic field disturbance from the outside by the correction means provided outside.
【００９１】以上により試料空間１１の磁場均一度を得
ることができ、また均一磁場保持手段２は実施例１と同
様の均一磁場保持及び磁気シールド効果を有するので、
本実施例によって、高磁場、高空間均一度及び高時間安
定性を有する静磁場を発生し保持することができ、NMR
分析器の高性能化が期待できる。As described above, the uniformity of the magnetic field in the sample space 11 can be obtained, and the uniform magnetic field holding means 2 has the same uniform magnetic field holding and magnetic shielding effects as in the first embodiment.
According to the present embodiment, it is possible to generate and maintain a static magnetic field having a high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability,
High performance analyzer can be expected.
【００９２】[0092]
【実施例３】実施例１において、均一磁場保持手段２を
常伝導状態から超伝導状態に転移させて磁束線の固定を
行う際に、熱収縮に起因する均一磁場保持手段２の変形
や均一磁場保持手段２が常伝導状態から超伝導状態に空
間的に一様に転移しないために生じるトラップ磁束の偏
りにより、試料空間１１における磁場分布が乱れること
がある。このような場合はさらに別途備える磁場補正手
段によって磁場均一度を改善することができる。Third Embodiment In the first embodiment, when the uniform magnetic field holding means 2 is changed from the normal conduction state to the superconducting state to fix the magnetic flux lines, deformation and uniformity of the uniform magnetic field holding means 2 due to heat shrinkage occur. The magnetic field distribution in the sample space 11 may be disturbed due to the bias of the trapped magnetic flux generated because the magnetic field holding unit 2 does not uniformly transition from the normal state to the superconducting state spatially. In such a case, the magnetic field uniformity can be further improved by a separately provided magnetic field correction unit.
【００９３】高磁場、高空間均一度及び高時間安定性を
有する静磁場発生装置を備えたもう一つのNMRマグネッ
トシステムの構成について述べる。本システム構成例を
図２に示す。Next, the configuration of another NMR magnet system equipped with a static magnetic field generator having a high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability will be described. FIG. 2 shows an example of the system configuration.
【００９４】磁場補正手段を有する静磁場発生装置１の
内側に同軸状に第二種超電導体で形成された円筒形状の
均一磁場保持手段２を配置する。静磁場発生装置１及び
均一磁場保持手段２はそれらを超伝導状態に保つための
冷媒を保持する断熱容器９の中に設置される。静磁場発
生装置１には励磁電源８が接続され、それによって静磁
場発生装置１は励磁され、運転される。また、均一磁場
保持手段２にはそれを超伝導状態から常伝導状態に転移
させることを目的とするヒーター３が設置され、ヒータ
ー３はヒーター制御電源４によって運転される。均一磁
場保持手段２によって囲まれる空間には断熱層１０で形
成される円柱状の試料空間１１が形成される。均一磁場
保持手段２と試料空間１１の間に磁場補正手段１２を配
置する。試料空間１１内には磁場センサ５が配置され、
試料空間１１の磁場分布の測定を行う。磁場センサ５の
信号は計算機６へ入力され磁場補正量が計算される。計
算機６は磁場補正手段制御装置Ａ１３を介して磁場補正
手段を有する静磁場発生装置１を制御し、さらに磁場補
正手段制御装置Ｂ１４を介して磁場補正手段１２を制御
することによって試料空間１１に均一磁場を発生させ
る。A cylindrical uniform magnetic field holding means 2 made of a second type superconductor is arranged coaxially inside a static magnetic field generator 1 having a magnetic field correction means. The static magnetic field generator 1 and the uniform magnetic field holding means 2 are installed in a heat insulating container 9 holding a refrigerant for keeping them in a superconductive state. An excitation power supply 8 is connected to the static magnetic field generator 1, whereby the static magnetic field generator 1 is excited and operated. Further, the uniform magnetic field holding means 2 is provided with a heater 3 for changing the superconducting state from a superconducting state to a normal conducting state, and the heater 3 is operated by a heater control power supply 4. A cylindrical sample space 11 formed by the heat insulating layer 10 is formed in a space surrounded by the uniform magnetic field holding means 2. The magnetic field correction means 12 is arranged between the uniform magnetic field holding means 2 and the sample space 11. The magnetic field sensor 5 is arranged in the sample space 11,
The magnetic field distribution in the sample space 11 is measured. The signal from the magnetic field sensor 5 is input to a computer 6 to calculate a magnetic field correction amount. The computer 6 controls the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means via the magnetic field correction means control device A13, and further controls the magnetic field correction means 12 via the magnetic field correction means control device B14, so that the sample space 11 is uniform. Generate a magnetic field.
【００９５】運転手順を図１２を参照しながら説明す
る。The operation procedure will be described with reference to FIG.
【００９６】（１）磁場補正手段を有する静磁場発生装
置１及び均一磁場保持手段２を冷却して超伝導状態にす
る（Ｓ００１）。(1) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means and the uniform magnetic field holding means 2 are cooled to a superconducting state (S001).
【００９７】（２）励磁運転８を運転して磁場補正手段
を有する静磁場発生装置１によって所要強度の磁場を発
生させる（例えば核磁気共鳴周波数が１ＧＨｚ（ギガヘ
ルツ）の場合には23.5Ｔ（テスラ））（Ｓ００１）。こ
れによって室温の試料空間１１には上記所要強度の磁場
が形成される。しかし、均一磁場保持手段２が超伝導状
態であるために、均一磁場保持手段２内部に流れる遮蔽
電流の影響によって室温試料空間１１には必要な磁場の
空間均一度は得られていない可能性がある。(2) The excitation operation 8 is operated to generate a magnetic field of a required intensity by the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correcting means (for example, when the nuclear magnetic resonance frequency is 1 GHz (gigahertz), 23.5 T (tesla) )) (S001). As a result, a magnetic field having the required intensity is formed in the sample space 11 at room temperature. However, since the uniform magnetic field holding means 2 is in a superconducting state, there is a possibility that the required spatial uniformity of the magnetic field is not obtained in the room temperature sample space 11 due to the influence of the shielding current flowing inside the uniform magnetic field holding means 2. is there.
【００９８】（３）ヒーター３によって均一磁場保持手
段２を昇温し常伝導状態に転移させる（Ｓ００２）。常
伝導状態に転移すると、均一磁場保持手段２内部に誘起
される遮蔽電流は０になるので、静磁場発生装置１によ
って試料空間１１の磁場分布がコントロールできるよう
になる（均一磁場保持手段の透明化）。(3) The uniform magnetic field holding means 2 is heated by the heater 3 to make a transition to a normal conduction state (S002). When the state transitions to the normal conduction state, the shielding current induced inside the uniform magnetic field holding means 2 becomes 0, so that the magnetic field distribution in the sample space 11 can be controlled by the static magnetic field generator 1 (transparency of the uniform magnetic field holding means). Conversion).
【００９９】（４）磁場センサ５によって試料空間１１
内の磁場分布を測定する（Ｓ００３）。(4) The sample space 11 is detected by the magnetic field sensor 5.
The magnetic field distribution in the inside is measured (S003).
【０１００】（５）磁場センサ5によって測定された信
号は計算機８で処理され、試料空間１１内部の磁場均一
度が評価される（Ｓ００３）。(5) The signal measured by the magnetic field sensor 5 is processed by the computer 8, and the magnetic field uniformity inside the sample space 11 is evaluated (S003).
【０１０１】（６）計算機8は所要の磁場均一度が得ら
れているかどうかを判断し（Ｓ００４）、磁場均一度が
所要の均一度に到達していれば手順（９）へ進む（Ｓ０
０５）。(6) The computer 8 determines whether or not the required magnetic field uniformity has been obtained (S004). If the magnetic field uniformity has reached the required uniformity, the process proceeds to step (9) (S0).
05).
【０１０２】（７）所要の均一度に到達していない場合
には計算機８によって磁場補正量を計算する（Ｓ００
６）。(7) If the required uniformity has not been reached, the computer 8 calculates a magnetic field correction amount (S00).
6).
【０１０３】（８）磁場補正手段制御装置７を介して磁
場補正手段を有する静磁場発生装置１を制御して磁場の
補正を行い（外部シミング）、手順（４）に戻る（Ｓ０
０７）。(8) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means is controlled via the magnetic field correction means controller 7 to correct the magnetic field (external shimming), and the procedure returns to step (4) (S0).
07).
【０１０４】（９）ステップ００４における判断結果が
肯定的である場合、すなわち所要の均一度が得られてい
る場合又は得られた場合は、ヒーター４による均一磁場
保持手段２の昇温を止めることによって均一磁場保持手
段２を常伝導状態から超伝導状態へ転移させる（Ｓ００
５）。均一磁場保持手段２の内部に侵入している磁束は
量子化されてピンニング効果によってエネルギー的に最
も安定な位置に固定される。均一磁場保持手段２の表面
における磁束密度分布は、常伝導状態から超伝導状態に
転移する前後では変化せず、試料空間１１に均一磁場が
形成されているときと同じ状態で保存され固定される
（磁束の固定）。(9) If the judgment result in step 004 is affirmative, that is, if the required uniformity is obtained or obtained, the temperature rise of the uniform magnetic field holding means 2 by the heater 4 is stopped. Transitions the uniform magnetic field holding means 2 from the normal conduction state to the superconducting state (S00
5). The magnetic flux penetrating into the uniform magnetic field holding means 2 is quantized and fixed at the most energetically stable position by the pinning effect. The magnetic flux density distribution on the surface of the uniform magnetic field holding means 2 does not change before and after the transition from the normal state to the superconducting state, and is stored and fixed in the same state as when the uniform magnetic field is formed in the sample space 11. (Fixation of magnetic flux).
【０１０５】（１０）したがって、試料空間１１の均一
磁場分布は固定されるので均一磁場保持手段２はその外
部の磁束密度の擾乱に対してシールド効果を有し、その
ため試料空間１１における磁場の高時間安定性を実現す
る。(10) Therefore, since the uniform magnetic field distribution in the sample space 11 is fixed, the uniform magnetic field holding means 2 has a shielding effect against disturbance of the magnetic flux density outside the uniform magnetic field distribution. Achieve time stability.
【０１０６】（１１）磁場センサ５によって試料空間１
１内の磁場分布を測定し、その測定された信号は計算機
６で処理され、試料空間１１内部の磁場均一度が評価さ
れる（Ｓ００８）。(11) The sample space 1 is detected by the magnetic field sensor 5.
1, the measured signal is processed by the computer 6, and the magnetic field uniformity inside the sample space 11 is evaluated (S008).
【０１０７】（１２）計算機６は磁場均一度が所要の均
一度に到達しているかどうかを判断し（Ｓ００９）、到
達していれば補正は終わり、手順(１５)へ進む。(12) The computer 6 judges whether or not the magnetic field uniformity has reached a required uniformity (S009). If so, the correction is completed and the procedure proceeds to the step (15).
【０１０８】（１３）所要の均一度に到達していない場
合には計算機６によって磁場補正量を計算する（Ｓ０１
０）。(13) If the required uniformity has not been reached, the computer 6 calculates a magnetic field correction amount (S01).
0).
【０１０９】（１４）磁場補正手段制御装置Ｂ１４を介
して磁場補正手段１２を制御して磁場の補正を行い（内
部シミング）（Ｓ０１１）、手順（１１）に戻る。(14) The magnetic field correction means 12 is controlled via the magnetic field correction means control device B14 to correct the magnetic field (internal shimming) (S011), and the procedure returns to step (11).
【０１１０】（１５）室温試料空間１１に測定試料を挿
入し測定を行う。(15) A measurement sample is inserted into the room temperature sample space 11 and measurement is performed.
【０１１１】実施例３では、試料空間１１の磁場分布を
補正するための補正手段を均一磁場保持手段２内部に有
するため、均一磁場保持手段２を常伝導状態から超伝導
状態に転移して磁気シールド効果を発揮してもそれに影
響されることなく試料空間１１内の磁場分布を補正する
ことができる。手順（１０）〜（１４）における磁場補
正手段１２による磁場補正が十分に行われない場合には
手順３）に戻って再度磁場分布を形成させるとよい。In the third embodiment, since the correction means for correcting the magnetic field distribution in the sample space 11 is provided inside the uniform magnetic field holding means 2, the uniform magnetic field holding means 2 is shifted from the normal conduction state to the superconducting state to change the magnetic field. Even if the shield effect is exhibited, the magnetic field distribution in the sample space 11 can be corrected without being affected by the shield effect. If the magnetic field correction by the magnetic field correction means 12 in the procedures (10) to (14) is not sufficiently performed, it is preferable to return to the procedure 3) and form the magnetic field distribution again.
【０１１２】以上によって試料空間１２に均一磁場を発
生させることができ、また均一磁場補正手段２は実施例
１と同様の均一磁場保持及び磁気シールド効果を有する
ので本実施例によって、高磁場、高空間均一度及び高時
間安定性を有する静磁場を発生、保持することができ、
NMR分析器の高性能化が期待できる。As described above, a uniform magnetic field can be generated in the sample space 12, and the uniform magnetic field correction means 2 has the same uniform magnetic field holding and magnetic shielding effects as in the first embodiment. A static magnetic field having spatial uniformity and high time stability can be generated and maintained,
High performance NMR analyzers can be expected.
【０１１３】[0113]
【実施例４】実施例１〜３において、磁場補正手段を有
する静磁場発生装置１と均一磁場保持手段２の間に均一
磁場保持手段２を取り囲むような良導体もしくは弱い超
伝導体からなる磁気シールド１５を配置することによっ
てＮＭＲマグネットシステムを構成する。このマグネッ
トシステム構成例を図３、４に示す。運転方法は実施例
1〜３の形態をとる。磁気シールド１５を配置すること
によって実施例1〜３における均一磁場保持手段２に磁
束を固定する際に、外部磁場の安定性を確保することが
できるために、誤差の少ない所定磁場を均一磁場保持手
段２に固定することができ、したがってシステム全体と
して高磁場かつ高い空間均一度を有しかつ高い時間安定
性を有する静磁場を発生保持することができ、NMR分析
器の高性能化が期待できる。Fourth Embodiment In the first to third embodiments, a magnetic shield made of a good conductor or a weak superconductor surrounding the uniform magnetic field holding means 2 is provided between the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correcting means and the uniform magnetic field holding means 2. The NMR magnet system is constituted by arranging 15. This magnet system configuration example is shown in FIGS. Example of operation method
Takes the form of 1-3. By arranging the magnetic shield 15, when the magnetic flux is fixed to the uniform magnetic field holding means 2 in the first to third embodiments, the stability of the external magnetic field can be ensured. It can be fixed to the means 2, so that the system as a whole can generate and hold a static magnetic field having a high magnetic field, a high spatial uniformity, and a high time stability, and can be expected to enhance the performance of the NMR analyzer. .
【０１１４】磁気シールド１５の役割について詳しく説
明する。磁気シールド１５を有する本発明にもとづくマ
グネットシステムの概念図を図６に示す。実施例1〜３
の実施例において、試料空間１１に均一磁場を発生させ
るためには均一磁場保持手段２が常伝導から超伝導状態
に転移するとき補正手段によって補正された所定の磁場
分布を固定することが不可欠である。均一磁場保持手段
２が常伝導状態から超伝導状態に転移するときに、均一
磁場保持手段２全体が一様にかつ瞬間的に転移しないと
すると、外部磁場の擾乱が生じた場合には均一磁場保持
手段２には所定の磁場分布と異なる磁場分布が固定され
てしまう。したがって、試料空間１１に均一磁場を発生
させるためには、均一磁場保持手段２が常伝導状態から
超伝導状態に転移する間の時間において外部磁場の擾乱
をなくすかもしくは十分に小さくする必要がある。外部
磁場の擾乱をなくすかもしくは減らすためには均一磁場
保持手段２を取り囲むように磁気シールド１５を設置す
るのが有効である。しかし、“強い”超伝導体による磁
気シールドは、試料空間１１内部の磁場分布を補正する
ときに補正磁場そのものもシールドしてしまうので好ま
しくない。そこで電流減衰の時定数の小さな磁気シール
ドを設けることによって、磁場の補正は有効としたまま
で、均一磁場保持手段２に磁束線を固定する間における
速い磁場変動のみをシールドできる（図６）。The role of the magnetic shield 15 will be described in detail. FIG. 6 shows a conceptual diagram of a magnet system according to the present invention having a magnetic shield 15. Examples 1-3
In the embodiment of the present invention, in order to generate a uniform magnetic field in the sample space 11, it is indispensable to fix a predetermined magnetic field distribution corrected by the correction means when the uniform magnetic field holding means 2 transitions from the normal state to the superconducting state. is there. If the uniform magnetic field holding means 2 does not make a uniform and instantaneous transition when the uniform magnetic field holding means 2 transitions from the normal conduction state to the superconducting state, the uniform magnetic field holding means 2 will not generate a uniform magnetic field if external magnetic field disturbance occurs. A magnetic field distribution different from the predetermined magnetic field distribution is fixed to the holding unit 2. Therefore, in order to generate a uniform magnetic field in the sample space 11, it is necessary to eliminate or sufficiently reduce the disturbance of the external magnetic field during the time when the uniform magnetic field holding means 2 transitions from the normal state to the superconducting state. . In order to eliminate or reduce disturbance of the external magnetic field, it is effective to provide a magnetic shield 15 so as to surround the uniform magnetic field holding means 2. However, a magnetic shield made of a “strong” superconductor is not preferable because it also shields the correction magnetic field itself when correcting the magnetic field distribution inside the sample space 11. Therefore, by providing a magnetic shield having a small time constant of current decay, it is possible to shield only a fast magnetic field fluctuation while fixing the magnetic flux lines to the uniform magnetic field holding means 2 while keeping the magnetic field correction effective (FIG. 6).
【０１１５】例えば、均一磁場保持手段２の外側に配置
される静磁場発生装置１がドリブンモードで運転される
マグネットを含む場合を考える。この場合には均一磁場
保持手段２内部に固定される磁場分布を乱す要因として
は、励磁電源のリップルやスイッチングノイズに起因す
る速い交流的な磁場変動が考えられる。磁気シールド１
５として例えば純銀製の円筒を考える。液体ヘリウム温
度（4.2K）、バイアス磁束密度23Tにおける純銀の抵抗
率はおよそ2×10-10Ωmで、50Hzの正弦波に対して表皮
の厚さはおよそ1mmとなる。50Hzのリップル成分に対し
て厚さ3mmのシールドとすると、リップルに起因する磁
場変動を5%以下に抑えることができる。時間変化の更に
速いスイッチングノイズに起因する磁場変動は更に小さ
く抑えることができる。磁気シールドの材質は銀に限定
されるものではなく、システムを運用する環境下で表皮
が薄い材質であればよい（もっとも磁気シールドの厚み
を十分にとれるのであればこの限りではない）。そのた
めには導電率が大きい、透磁率が大きい材質が考えられ
る。前者としては良導体の銀、銅などが考えられ、後者
としてはパーマロイなどが挙げられる。しかし、この磁
気シールドは特に高磁場領域で使用されることが想定さ
れるので磁気抵抗効果による導電率の低下や磁性体の飽
和（透磁率の減少）も考慮に入れて材料を選択する必要
がある。また、このような表皮効果を利用した磁気シー
ルドは時間的に緩やか磁場変動に対してはシールド効果
が効かないので、試料空間１１の磁場分布を補正する場
合には影響を与えない。For example, let us consider a case where the static magnetic field generator 1 arranged outside the uniform magnetic field holding means 2 includes a magnet operated in a driven mode. In this case, as a factor that disturbs the magnetic field distribution fixed inside the uniform magnetic field holding means 2, a fast AC magnetic field fluctuation caused by a ripple of the excitation power supply or switching noise can be considered. Magnetic shield 1
For example, consider a pure silver cylinder as 5. At a liquid helium temperature (4.2 K) and a bias magnetic flux density of 23 T, the resistivity of pure silver is about 2 × 10 -10 Ωm, and the skin thickness is about 1 mm for a 50 Hz sine wave. If a shield with a thickness of 3 mm is used for the 50 Hz ripple component, the magnetic field fluctuation due to the ripple can be suppressed to 5% or less. Magnetic field fluctuation due to switching noise that changes more quickly with time can be further reduced. The material of the magnetic shield is not limited to silver, but may be any material having a thin skin under the environment in which the system is operated (this is not limited as long as the magnetic shield can have a sufficient thickness). For that purpose, a material having high conductivity and high magnetic permeability can be considered. The former may be silver or copper, which is a good conductor, and the latter may be permalloy. However, since this magnetic shield is expected to be used particularly in a high magnetic field region, it is necessary to select a material in consideration of a decrease in conductivity due to a magnetoresistance effect and a saturation of a magnetic material (a decrease in magnetic permeability). is there. Further, such a magnetic shield using the skin effect does not have an effective shield effect against a magnetic field variation that is gradual in time, and therefore has no effect when correcting the magnetic field distribution in the sample space 11.
【０１１６】実施例４のマグネットシステムは時間的に
速い変動磁界を、表皮効果を利用した磁気シールド１５
で遮蔽し、時間的に緩やかな磁場変動は均一磁場保持手
段２によって遮蔽を行うことを特徴としている。導体に
よる表皮効果を利用した磁気シールドも超伝導体による
磁気シールドも、超電導体内におけるピンニングによる
電磁現象の不可逆性を除けば、両者には差違はなく遮蔽
電流の減衰時定数が異なるだけである。実施例４のマグ
ネットシステムを言い換えるなら、遮蔽電流の減衰時定
数の異なる磁気シールドを有するNMRマグネットシステ
ムということになる。The magnet system of the fourth embodiment uses a magnetic shield 15 utilizing a skin effect to generate a fluctuating magnetic field which is fast in time.
It is characterized in that the magnetic field fluctuation which is temporally gradual is shielded by the uniform magnetic field holding means 2. There is no difference between the magnetic shield using the skin effect of the conductor and the magnetic shield using the superconductor, except for the irreversibility of the electromagnetic phenomenon due to pinning in the superconductor, and only the decay time constant of the shielding current is different. In other words, the magnet system of the fourth embodiment is an NMR magnet system having magnetic shields having different shielding current decay time constants.
【０１１７】遮蔽電流の減衰時定数が短い（超伝導体に
比べて）ためには、磁気シールド１５は常伝導金属の表
皮効果を利用した磁気シールドである必要はなく、“弱
い”超伝導体を利用したシールドであってもよい。“弱
い”超伝導体とは、誘起された遮蔽電流がある設定時間
内で減衰しほぼ０と見なせるような超伝導体、という程
度の意味である。このような“弱い”超伝導体は容易に
実現できる。例えば超伝導体はある温度（臨界温度）、
磁界（臨界磁界）の範囲内で超伝導性を示し、それ以外
では示さない。したがって超伝導体が“弱い”超伝導体
となる条件下で磁気シールド１５を実現すればよい。In order for the shielding current to have a short decay time constant (compared to a superconductor), the magnetic shield 15 does not need to be a magnetic shield utilizing the skin effect of a normal metal, but rather a “weak” superconductor. May be used as a shield. By "weak" superconductor is meant a superconductor in which the induced shielding current is attenuated within a set time and can be considered to be almost zero. Such "weak" superconductors can be easily realized. For example, a superconductor has a certain temperature (critical temperature),
It shows superconductivity in the range of magnetic field (critical magnetic field), and does not show otherwise. Therefore, the magnetic shield 15 may be realized under the condition that the superconductor becomes a “weak” superconductor.
【０１１８】本発明にもとづくNMRマグネットシステム
では特に高磁場運転が想定されるが、一般に金属系超伝
導体は上部臨界磁界が小さいので磁気シールド１５を金
属系超電導体で作れば"弱い”超伝導体として取り扱う
ことができる。また、上部臨界磁界の大きな酸化物超伝
導体であっても、昇温手段を用いて加温してやることに
よって“弱い”超伝導状態を実現できる。また、超伝導
体は作製プロセスや添加元素によってその特性を変化さ
せることができ、特に構成元素の多い酸化物超伝導体は
比較的容易に“弱い”超伝導体を作製することができ
る。また、遮蔽電流の減衰は超伝導体のピンニング特性
によっても大きく左右される。均一磁場保持手段２をピ
ン止め力が強く、磁気シールド１５をピン止め力が小さ
くなるように超伝導体で作製することによって遮蔽電流
の減衰時定数の異なる磁気シールドを実現することがで
きる。Y系酸化物超伝導体は常伝導析出物の濃度や元素
を置換した超伝導相の析出物の濃度の制御によって容易
にピン止め力を制御できる。In the NMR magnet system according to the present invention, high magnetic field operation is particularly supposed. However, since a metal-based superconductor generally has a small upper critical magnetic field, if the magnetic shield 15 is made of a metal-based superconductor, a "weak" superconductivity is obtained. Can be treated as a body. Further, even with an oxide superconductor having a large upper critical magnetic field, a "weak" superconducting state can be realized by heating using a heating means. In addition, the properties of the superconductor can be changed by a manufacturing process or an additive element. In particular, an oxide superconductor having a large number of constituent elements can easily produce a “weak” superconductor. Further, the attenuation of the shielding current is greatly affected by the pinning characteristics of the superconductor. By manufacturing the uniform magnetic field holding means 2 with a superconductor so that the pinning force is high and the magnetic shield 15 with a low pinning force, it is possible to realize magnetic shields having different shielding current decay time constants. The pinning force of the Y-based oxide superconductor can be easily controlled by controlling the concentration of the normal conductive precipitate and the concentration of the precipitate of the superconducting phase in which the element is substituted.
【０１１９】[0119]
【実施例５】実施例１〜４において、超伝導運転状態の
温度から消磁運転温度との温度差に起因する均一磁場保
持手段２の変形によって試料空間１１における磁場均一
度が劣化する。これを防ぐために臨界温度又は不可逆温
度が低い超伝導体を使うことによって、運転温度差を小
さくすることができるために熱収縮にともなう磁場均一
度の劣化を低減できる。使用する磁場によって臨界温度
や不可逆温度が変化するために具体的な材質を指定する
ことは難しいが、一般に金属系超電導体の方が酸化物超
伝導体よりも臨界温度が低いため金属系の超電導体が望
ましいことになる。しかし、運転する温度、磁界で少な
くとも超伝導状態でなければならないので、高磁界運転
領域においては酸化物超伝導体に限定されることにな
る。酸化物超伝導体は一般に多元素から構成されてお
り、構成元素を置換することによって容易に低い臨界温
度を有する超伝導体を生成することができる。また、ピ
ン止め力を弱くすることによっても不可逆温度を下げる
ことができる。以上によって熱収縮による磁場均一度の
劣化を低減することができる。Fifth Embodiment In the first to fourth embodiments, the uniformity of the magnetic field in the sample space 11 is deteriorated by the deformation of the uniform magnetic field holding means 2 caused by the temperature difference between the superconducting operation state and the demagnetization operation temperature. By using a superconductor having a low critical temperature or a low irreversible temperature to prevent this, the difference in operating temperature can be reduced, so that the deterioration of magnetic field uniformity due to thermal shrinkage can be reduced. It is difficult to specify a specific material because the critical temperature and irreversible temperature change depending on the magnetic field used, but in general, metal-based superconductors have a lower critical temperature than oxide superconductors, so metal-based superconductors The body becomes desirable. However, since it must be in a superconducting state at least at the operating temperature and magnetic field, it is limited to the oxide superconductor in the high magnetic field operation region. An oxide superconductor is generally composed of multiple elements, and a superconductor having a low critical temperature can be easily produced by substituting the constituent elements. The irreversible temperature can also be reduced by weakening the pinning force. As described above, the deterioration of the magnetic field uniformity due to the heat shrinkage can be reduced.
【０１２０】特に、均一磁場保持手段２の内側表面すな
わち試料空間１１側表面における磁場分布が、試料空間
１１の磁場均一度に影響を与えるために、均一磁場保持
手段２を複数の同軸円筒状超伝導体によって形成し、内
側すなわち前記試料空間１１に近い側から順に低い臨界
温度もしくは不可逆温度を有する超伝導体を配置しても
よい。一般に臨界温度、不可逆温度に対して運転温度差
がないときには、超伝導体を流れ得る永久電流密度が低
くなるので磁気シールド効果が小さくなる。複数の異な
る超伝導体によって均一磁場保持手段２を構成すること
によって磁気シールド効果の劣化を防ぐことができる。In particular, since the magnetic field distribution on the inner surface of the uniform magnetic field holding means 2, that is, the surface on the sample space 11 side affects the magnetic field uniformity of the sample space 11, the uniform magnetic field holding means 2 is provided with a plurality of coaxial cylindrical ultra A superconductor formed of a conductor and having a lower critical temperature or an irreversible temperature in order from the inside, that is, from the side closer to the sample space 11, may be arranged. In general, when there is no difference between the critical temperature and the irreversible temperature, the permanent current density that can flow through the superconductor becomes low, so that the magnetic shielding effect becomes small. By configuring the uniform magnetic field holding means 2 by a plurality of different superconductors, it is possible to prevent the magnetic shield effect from deteriorating.
【０１２１】また、これらの手段は熱収縮に伴う磁場均
一度の劣化を防ぐ他に、超伝導-常伝導転移速度を速く
する効果ももつ。これによって磁場補正にかかる時間を
低減できるとともに、磁束を均一磁場保持手段２に固定
する間に侵入し得る外部からの磁場擾乱を防ぐことがで
きる。These means have the effect of increasing the superconducting-normal conducting transition speed in addition to preventing the deterioration of the magnetic field uniformity due to the thermal contraction. As a result, the time required for the magnetic field correction can be reduced, and external magnetic field disturbance that can enter while fixing the magnetic flux to the uniform magnetic field holding means 2 can be prevented.
【０１２２】[0122]
【実施例６】実施例1〜５において、超伝導体から形成
される円筒形状の均一磁場保持手段と負性熱膨張率を有
する円筒形状の構造を機械的に一体化させて均一磁場保
持手段２を形成する。これによって均一磁場保持手段２
を冷却することによって常伝導状態から超伝導状態へ転
移させる際の熱収縮を抑制することができ、均一磁場保
持手段２の変形に起因する試料空間１１の磁場均一度を
保つことができる。Sixth Embodiment In the first to fifth embodiments, the cylindrical uniform magnetic field holding means formed of a superconductor and the cylindrical structure having a negative coefficient of thermal expansion are mechanically integrated to form a uniform magnetic field holding means. Form 2 Thereby, the uniform magnetic field holding means 2
By cooling the sample, heat shrinkage at the time of transition from the normal state to the superconducting state can be suppressed, and the uniformity of the magnetic field of the sample space 11 due to the deformation of the uniform magnetic field holding means 2 can be maintained.
【０１２３】均一磁場保持手段２を常伝導状態から冷却
を行って超伝導状態へ転移させ磁束を固定する際に、均
一磁場保持手段２が熱収縮をするために内部に固定され
た磁束分布も試料空間１１に対して変形することにな
り、したがって試料空間１１における磁場均一度が劣化
する。特に均一磁場保持手段２の半径方向の収縮が磁場
均一度に影響を与えるが、均一磁場保持手段２と半径方
向に負の（均一磁場保持手段２と反対の極性の）熱収縮
率を有するように設計された円筒状のサポートとを組み
合わせることによって均一磁場保持手段２の半径方向の
収縮を抑えることができる。このような負性熱収縮率を
もつものとしては、ある種のポリエチレン繊維を用いた
ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）材が市販されて
いる。特に均一磁場保持手段２の内側表面における磁束
密度の境界条件が試料空間１１における磁場均一度に影
響を与えるが、均一磁場保持手段２の内側に熱収縮率が
調整された負性熱収縮率をもつボビンを機械的に一体化
させることによって、均一磁場保持手段２の内側表面を
前記試料空間１１に対して不動とすることができ、した
がって磁場均一度を保つことができる。この場合には、
実施例２、３で行っている均一磁場保持手段２を超伝導
転移させた後の磁場補正手順を省略することができ、シ
ステム運用の簡便化を図ることができる。When the uniform magnetic field holding means 2 is cooled from the normal conduction state to the superconducting state by cooling, and the magnetic flux is fixed, the distribution of the magnetic flux fixed inside because the uniform magnetic field holding means 2 thermally contracts. The sample space 11 is deformed, and thus the magnetic field uniformity in the sample space 11 is deteriorated. In particular, the contraction of the uniform magnetic field holding means 2 in the radial direction affects the magnetic field uniformity. However, the uniform magnetic field holding means 2 has a negative thermal contraction rate (of the opposite polarity to the uniform magnetic field holding means 2) in the radial direction. By combining with the cylindrical support designed as described above, the radial contraction of the uniform magnetic field holding means 2 can be suppressed. As a material having such a negative heat shrinkage, a fiber reinforced plastics (FRP) material using a certain kind of polyethylene fiber is commercially available. In particular, the boundary condition of the magnetic flux density on the inner surface of the uniform magnetic field holding means 2 affects the magnetic field uniformity in the sample space 11, but the negative heat shrinkage with the adjusted heat shrinkage is set inside the uniform magnetic field holding means 2. By mechanically integrating the bobbins with each other, the inner surface of the uniform magnetic field holding means 2 can be immovable with respect to the sample space 11, so that the magnetic field uniformity can be maintained. In this case,
The procedure for correcting the magnetic field after the uniform magnetic field holding means 2 is subjected to the superconducting transition performed in the second and third embodiments can be omitted, and the system operation can be simplified.
【０１２４】[0124]
【実施例７】実施例７としての本発明にもとづくマグネ
ットシステムの構成例を図５に示す。磁場補正手段を有
する静磁場発生装置１の内側に同軸状に第二種超電導体
で形成された円筒形状の均一磁場保持手段２を配置す
る。静磁場発生装置１及び均一磁場保持手段２はそれら
を超伝導状態に保つための冷媒を保持する断熱容器９の
中に設置される。静磁場発生装置１には励磁電源８が接
続され、それによって静磁場発生装置１は励磁され、運
転される。また、均一磁場保持手段２の外側には消磁用
に交流マグネット１６が設置され、交流マグネット１６
は交流電源１７によって運転される。均一磁場保持手段
２によって囲まれる空間には断熱層１０で形成される円
柱形状の試料空間１１が形成される。試料空間１１内に
は磁場センサ５が配置され、試料空間１１の磁場分布の
測定を行う。磁場センサ５の信号は計算機６へ入力さ
れ、磁場補正量が計算される。計算機６は磁場補正手段
制御装置７を介して磁場補正手段２を有する静磁場発生
装置１を制御し、均一磁場を発生させる。Seventh Embodiment FIG. 5 shows a configuration example of a magnet system according to the present invention as a seventh embodiment. Inside a static magnetic field generator 1 having a magnetic field correction means, a cylindrical uniform magnetic field holding means 2 formed of a second type superconductor is arranged coaxially. The static magnetic field generator 1 and the uniform magnetic field holding means 2 are installed in a heat insulating container 9 holding a refrigerant for keeping them in a superconductive state. An excitation power supply 8 is connected to the static magnetic field generator 1, whereby the static magnetic field generator 1 is excited and operated. An AC magnet 16 is provided outside the uniform magnetic field holding means 2 for demagnetization.
Is driven by an AC power supply 17. In a space surrounded by the uniform magnetic field holding means 2, a cylindrical sample space 11 formed by the heat insulating layer 10 is formed. A magnetic field sensor 5 is arranged in the sample space 11 and measures a magnetic field distribution in the sample space 11. The signal from the magnetic field sensor 5 is input to the computer 6, and the magnetic field correction amount is calculated. The computer 6 controls the static magnetic field generation device 1 having the magnetic field correction means 2 via the magnetic field correction means control device 7 to generate a uniform magnetic field.
【０１２５】次に高磁場、高空間均一度及び高時間安定
性を有する磁場を発生する手順を図１３を参照しながら
説明する。Next, a procedure for generating a magnetic field having a high magnetic field, a high spatial uniformity and a high time stability will be described with reference to FIG.
【０１２６】（１）磁場補正手段２を有する静磁場発生
装置１及び均一磁場保持手段２を冷却して超伝導状態に
する。(1) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means 2 and the uniform magnetic field holding means 2 are cooled to a superconductive state.
【０１２７】（２）励磁運転８を運転して磁場補正手段
を有する静磁場発生装置１によって所要強度の磁場を発
生させる（例えば核磁気共鳴周波数を１ＧＨｚ（ギガヘ
ルツ）の場合には23.5Ｔ（テスラ））（Ｓ１０１）。こ
れによって室温の試料空間１１には上記所要強度の磁場
が形成される。しかし、均一磁場保持手段２が超伝導状
態であるために、均一磁場保持手段２内部に流れる遮蔽
電流の影響によって室温試料空間１１には必要な磁場の
空間均一度は得られていない可能性がある。(2) The excitation operation 8 is operated to generate a magnetic field of a required intensity by the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means (for example, when the nuclear magnetic resonance frequency is 1 GHz (gigahertz), 23.5 T (tesla) )) (S101). As a result, a magnetic field having the required intensity is formed in the sample space 11 at room temperature. However, since the uniform magnetic field holding means 2 is in a superconducting state, there is a possibility that the required spatial uniformity of the magnetic field is not obtained in the room temperature sample space 11 due to the influence of the shielding current flowing inside the uniform magnetic field holding means 2. is there.
【０１２８】（３）交流マグネット１６を運転する（Ｓ
１０２）。このときの交流磁界の振幅は均一磁場保持手
段２に完全に侵入する大きさである（外部磁場の試料空
間への伝達）。(3) Operate the AC magnet 16 (S
102). The amplitude of the AC magnetic field at this time is a size that completely enters the uniform magnetic field holding means 2 (transmission of the external magnetic field to the sample space).
【０１２９】（４）交流電源１７を制御して、交流マグ
ネット１６によって作られる交流磁界の振幅を次第に小
さくする。この過程によって均一磁場保持手段２内部の
磁束分布は一様になる。(4) The AC power supply 17 is controlled to gradually reduce the amplitude of the AC magnetic field generated by the AC magnet 16. This process makes the magnetic flux distribution inside the uniform magnetic field holding means 2 uniform.
【０１３０】（５）磁場センサ５によって試料空間１１
内の磁場分布を測定する（Ｓ１０３）。(5) The sample space 11 is detected by the magnetic field sensor 5.
The magnetic field distribution in the inside is measured (S103).
【０１３１】（６）磁場センサ5によって測定された信
号は計算機６で処理され、試料空間１１内部の磁場均一
度が評価される（Ｓ１０３）。(6) The signal measured by the magnetic field sensor 5 is processed by the computer 6, and the uniformity of the magnetic field inside the sample space 11 is evaluated (S103).
【０１３２】（７）計算機６は磁場均一度が所要の均一
度に到達しているかどうかを判断し（Ｓ１０４）、到達
していれば手順（９）へ進む。(7) The computer 6 determines whether or not the magnetic field uniformity has reached a required uniformity (S104), and if so, proceeds to step (9).
【０１３３】（８）所要の均一度に到達していない場合
には計算機６によって磁場補正量を計算する（Ｓ１０
５）。(8) If the required uniformity has not been reached, the computer 6 calculates a magnetic field correction amount (S10).
5).
【０１３４】（９）磁場補正手段制御装置７を介して磁
場補正手段を有する静磁場発生装置１を制御して磁場の
補正を行い（シミング）（Ｓ１０６）、手順（３）に戻
る。(9) The static magnetic field generator 1 having the magnetic field corrector is controlled via the magnetic field corrector controller 7 to correct the magnetic field (shimming) (S106), and the procedure returns to step (3).
【０１３５】（１０）室温試料空間１１に測定試料を挿
入し測定を行う。(10) A measurement sample is inserted into the room temperature sample space 11 for measurement.
【０１３６】実施例７においても高磁場、高空間均一度
及び高時間安定性を実現するための基本原理は実施例１
と同様である。すなわち均一磁場保持手段２の内側部分
に保持された磁束が試料空間１１に均一磁場をつくり、
外側部分が磁気シールド効果を発揮する。したがって実
施例７における均一磁場保持手段２内部に遮蔽電流が残
らないようにコントロールする手段、手法、構成を除け
ば、実施例１と同様である。実施例１では均一磁場保持
手段２を常伝導状態に転移させた後、超伝導状態とする
ことでマクロな遮蔽電流がない状態で磁束線を固定し
た。実施例７では均一磁場保持手段２が超伝導状態のま
ま磁界の印加及び磁場の補正を行う。このままでは均一
磁場保持手段２の磁気シールド効果によって十分には試
料空間１１内部の磁場分布をコントロールすることがで
きない。“消磁”を行うことによって均一磁場保持手段
２が囲む空間内部に外部の磁場分布を伝達する。原理は
磁気ヘッドの消磁と同じ原理で、交流磁束を均一磁場保
持手段内部に侵入させ次第にその交流振幅を小さくする
ことによって行う。厳密には均一磁場保持手段２内部に
は遮蔽電流が残っているが、交流磁界の振幅を十分に緩
やかに減衰させることで実質的には遮蔽電流を０と見な
せる状況をつくることができる。この消磁過程によって
均一磁場保持手段２外部からの磁場補正を有効にするこ
とができ、かつ均一磁場保持手段２内部にはマクロな遮
蔽電流をなくすことができる。In the seventh embodiment, the basic principle for realizing a high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability is the same as in the first embodiment.
Is the same as That is, the magnetic flux held inside the uniform magnetic field holding means 2 creates a uniform magnetic field in the sample space 11,
The outer part exerts a magnetic shielding effect. Therefore, the third embodiment is the same as the first embodiment except for a unit, a method, and a configuration for controlling the shield current so as not to remain inside the uniform magnetic field holding unit 2 in the seventh embodiment. In the first embodiment, the magnetic flux lines are fixed in a state where there is no macro shielding current by changing the uniform magnetic field holding unit 2 to the normal conduction state and then setting the superconducting state. In the seventh embodiment, the application of the magnetic field and the correction of the magnetic field are performed while the uniform magnetic field holding means 2 is in the superconducting state. In this state, the magnetic field distribution inside the sample space 11 cannot be sufficiently controlled by the magnetic shielding effect of the uniform magnetic field holding means 2. By performing “demagnetization”, an external magnetic field distribution is transmitted into the space surrounded by the uniform magnetic field holding unit 2. The principle is the same as that of the demagnetization of the magnetic head, and is performed by making the AC magnetic flux gradually penetrate into the inside of the uniform magnetic field holding means and gradually reduce the AC amplitude. Strictly speaking, the shielding current remains inside the uniform magnetic field holding means 2, but by attenuating the amplitude of the AC magnetic field sufficiently slowly, a situation can be created in which the shielding current can be regarded as substantially zero. By this demagnetization process, the magnetic field correction from outside the uniform magnetic field holding means 2 can be made effective, and the macro shielding current inside the uniform magnetic field holding means 2 can be eliminated.
【０１３７】以上により、実施例７のマグネットシステ
ムによれば、高磁場、高空間均一度及び高時間安定性を
有する静磁場を発生保持することができ、NMR分析器の
高性能化が期待できる。As described above, according to the magnet system of the seventh embodiment, a static magnetic field having a high magnetic field, a high spatial uniformity, and a high time stability can be generated and held, and a high performance NMR analyzer can be expected. .
【０１３８】実施例７では消磁用に交流マグネット１６
及び交流電源１７を設置したが、磁場補正手段を有する
静磁場発生装置１に交流電流を重畳して交流磁場を発生
させることによって同等の効果を得ることができる。ま
た、消磁の効率を上げるために付加的に均一磁場保持手
段２に昇温手段を設置し、均一磁場保持手段２の温度を
上げて均一磁場保持手段内部の臨界電流密度を下げた状
態で消磁を行ってもよい。これはほぼ実施例１との組み
合わせとなるが、この併用による運転はもっとも本発明
を運用する上で効率が良い。また、昇温手段と交流磁界
手段を併用するその他の例としては、均一磁場保持手段
２に形成される試料空間１１を周回する超伝導周回遮蔽
電流パスを切断するように均一磁場保持手段にヒーター
を設置し昇温した後、交流消磁を行う。均一磁場保持手
段の超伝導部分を分割することによって超伝導体部分の
表面積が増えるとともに等価的な超伝導体の厚みが減少
するために容易に交流消磁を行うことができる。In the seventh embodiment, the AC magnet 16 is used for demagnetization.
Although the AC power supply 17 is provided, the same effect can be obtained by generating an AC magnetic field by superimposing an AC current on the static magnetic field generator 1 having the magnetic field correction means. In addition, in order to increase the efficiency of demagnetization, a heating means is additionally provided in the uniform magnetic field holding means 2, and the temperature of the uniform magnetic field holding means 2 is increased to demagnetize the magnetic field with the critical current density inside the uniform magnetic field holding means lowered. May be performed. This is almost a combination with the first embodiment, but the operation by this combination is most efficient in operating the present invention. Further, as another example in which the temperature raising means and the AC magnetic field means are used in combination, a heater is provided in the uniform magnetic field holding means so as to cut off a superconducting orbiting shielding current path orbiting the sample space 11 formed in the uniform magnetic field holding means 2. After installing and heating, AC demagnetization is performed. Dividing the superconducting portion of the uniform magnetic field holding means increases the surface area of the superconductor portion and reduces the equivalent thickness of the superconductor, so that AC demagnetization can be easily performed.
【０１３９】本発明の実施例によれば、静磁場発生手段
の内側に配置された均一磁場保持手段が磁気シールド効
果を有するので、試料空間は外部の磁場擾乱の影響を受
けない。したがって磁場安定性が実現される。また、均
一磁場保持手段には消磁手段が備え付けられており、消
磁によって均一磁場保持手段内部の遮蔽電流が０となる
ので磁束クリープに起因する磁場変動がない。すなわ
ち、時間安定性、磁場均一度が劣化しない。磁気シール
ド効果を有する均一磁場保持手段に対して消磁を施すこ
とで、外部からの補正磁場を試料空間に導くことができ
る。したがって磁場補正と消磁を繰り返すことで試料空
間に均一磁場を発生することができる。均一磁場保持手
段の磁気シールド効果によって静磁場発生手段が永久電
流モード運転される必要がなくなるので静磁場発生手段
に自由度が増える。例えばドリブンモード運転の酸化物
マグネットを使用することもできる。これによって高磁
場を発生することが可能となる。According to the embodiment of the present invention, since the uniform magnetic field holding means disposed inside the static magnetic field generating means has a magnetic shielding effect, the sample space is not affected by external magnetic field disturbance. Therefore, magnetic field stability is realized. Further, the uniform magnetic field holding means is provided with a demagnetizing means, and the shielding current inside the uniform magnetic field holding means becomes zero by degaussing, so that there is no magnetic field fluctuation due to magnetic flux creep. That is, the time stability and the magnetic field uniformity do not deteriorate. By applying demagnetization to the uniform magnetic field holding means having a magnetic shielding effect, a correction magnetic field from the outside can be guided to the sample space. Therefore, a uniform magnetic field can be generated in the sample space by repeating the magnetic field correction and the demagnetization. Due to the magnetic shielding effect of the uniform magnetic field holding means, the static magnetic field generating means does not need to be operated in the permanent current mode, so that the degree of freedom of the static magnetic field generating means is increased. For example, an oxide magnet operated in a driven mode can be used. This makes it possible to generate a high magnetic field.
【０１４０】以上により高磁場、高空間均一度及び高時
間安定性を有する静磁場を発生させるマグネットシステ
ムを実現することができる。As described above, it is possible to realize a magnet system for generating a static magnetic field having a high magnetic field, high spatial uniformity, and high time stability.
【０１４１】[0141]
【発明の効果】本発明によれば、高磁場、高空間均一度
及び高時間安定性を得るのに適した静磁場発生装置及び
方法が提供される。According to the present invention, there are provided an apparatus and a method for generating a static magnetic field suitable for obtaining a high magnetic field, high spatial uniformity and high time stability.
【図１】本発明にもとづく静磁場発生装置を含むマグネ
ットシステムの一実施例の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a magnet system including a static magnetic field generator according to the present invention.
【図２】本発明にもとづく静磁場発生装置を含むマグネ
ットシステムのもう一つ実施例の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of another embodiment of a magnet system including a static magnetic field generator according to the present invention.
【図３】本発明にもとづく静磁場発生装置を含むマグネ
ットシステムのさらにもう一つ実施例の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of still another embodiment of a magnet system including a static magnetic field generator according to the present invention.
【図４】本発明にもとづく静磁場発生装置を含むマグネ
ットシステムの別の実施例の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of another embodiment of a magnet system including a static magnetic field generator according to the present invention.
【図５】本発明にもとづく静磁場発生装置を含むマグネ
ットシステムのさらに別の実施例の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of still another embodiment of a magnet system including a static magnetic field generator according to the present invention.
【図６】図３及び４に示される、速い磁場変動補正のた
めの磁気シールデイングの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of magnetic shielding for fast magnetic field fluctuation correction shown in FIGS. 3 and 4.
【図７】本発明の実施例における均一磁場保持手段の昇
温による消磁の際の磁場分布の摸式図。FIG. 7 is a schematic diagram of a magnetic field distribution at the time of demagnetization by increasing the temperature of the uniform magnetic field holding means in the embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施例における均一磁場保持手段の交
流磁場印加による消磁の際の磁場分布の摸式図。FIG. 8 is a schematic diagram of a magnetic field distribution at the time of demagnetization by applying an alternating magnetic field to the uniform magnetic field holding means in the embodiment of the present invention.
【図９】本発明の実施例における均一磁場保持手段の昇
温及び交流磁場印加の組み合わせによる消磁の際の磁場
分布の摸式図。FIG. 9 is a schematic diagram of a magnetic field distribution at the time of degaussing by a combination of heating of a uniform magnetic field holding means and application of an AC magnetic field in the embodiment of the present invention.
【図１０】本発明にもとづく実施例１における静磁場発
生方法のフローチャートを示す図。FIG. 10 is a flowchart illustrating a static magnetic field generation method according to the first embodiment of the present invention.
【図１１】本発明にもとづく実施例２における静磁場発
生方法のフローチャートを示す図。FIG. 11 is a flowchart illustrating a static magnetic field generation method according to a second embodiment of the present invention.
【図１２】本発明にもとづく実施例３における静磁場発
生方法のフローチャートを示す図。FIG. 12 is a diagram illustrating a flowchart of a static magnetic field generation method according to a third embodiment of the present invention.
【図１３】本発明にもとづく実施例７における静磁場発
生方法のフローチャートを示す図。FIG. 13 is a flowchart illustrating a static magnetic field generation method according to a seventh embodiment of the present invention.
１：磁場補正手段を有する静磁場発生手段、２：均一磁
場保持手段、３： ヒーター、４：ヒーター制御電源、
５：磁場センサー、６：計算機、７：磁場補正手段制御
装置、８：励磁電源、９：断熱容器、１０：断熱層、１
１：試料空間、１２：磁場補正手段：１３：磁場補正手
段制御装置Ａ、１４：磁場補正手段制御装置Ｂ、１５：
磁気シールド、１６：交流マグネット、１７：交流電
源。1: static magnetic field generating means having magnetic field correction means, 2: uniform magnetic field holding means, 3: heater, 4: heater control power supply,
5: magnetic field sensor, 6: computer, 7: magnetic field correction means control device, 8: excitation power supply, 9: heat insulating container, 10: heat insulating layer, 1
1: Sample space, 12: Magnetic field correction means: 13: Magnetic field correction means control device A, 14: Magnetic field correction means control device B, 15:
Magnetic shield, 16: AC magnet, 17: AC power supply.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 敬二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岡田 道哉 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 4C096 AB32 AD08 CA02 CA22 CA38 DA04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Keiji Fukushima 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Michiya Okada 7-1-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 F term in Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (reference) 4C096 AB32 AD08 CA02 CA22 CA38 DA04
Claims (9)
静磁場発生手段と、前記空間に発生された静磁場の空間
均一度を補正する手段と、前記空間を取り囲むように前
記空間と前記静磁場発生手段との間に配置された第２種
超伝導体と、該第２種超伝導体に遮蔽電流を形成するよ
うに前記第２種超伝導体を超伝導状態に保つ手段と、前
記第２種超伝導体を消磁する手段とを含む静磁場発生装
置。A static magnetic field generating means for generating a static magnetic field in a predetermined space; a means for correcting the spatial uniformity of a static magnetic field generated in the space; and the space and the space surrounding the space. A second-type superconductor disposed between the static-magnetic-field generating means, and means for maintaining the second-type superconductor in a superconducting state so as to form a shielding current in the second-type superconductor; Means for demagnetizing the second type superconductor.
２種超伝導体を昇温する手段、前記第２種超伝導体に交
流磁場を印加する手段、又は前記昇温手段及び前記交流
磁場印加手段の両方を含むことを特徴する静磁場発生装
置。2. The demagnetizing means according to claim 1, wherein said demagnetizing means is means for raising the temperature of said second type superconductor, means for applying an AC magnetic field to said second type superconductor, or said temperature raising means and said AC. A static magnetic field generator including both magnetic field applying means.
磁場を計測する手段と、その計測結果にもとづいて前記
空間内の静磁場の分布を評価する手段とを含み、前記磁
場補正手段は前記評価結果にもとづいて前記空間の静磁
場を補正する、前記第２種超伝導体の内側及び外側に設
けられた手段を含むことを特徴とする静磁場発生装置。3. The magnetic field correction means according to claim 1, further comprising: means for measuring a static magnetic field in the space; and means for evaluating a distribution of the static magnetic field in the space based on the measurement result. And a means for correcting a static magnetic field in the space based on the evaluation result, the means being provided inside and outside the second type superconductor.
磁場発生手段の内側に配置された磁気シールドを含み、
該磁気シールドは電気的良導体又は強磁性体で形成さ
れ、又は前記第２種超伝導体の遮蔽電流の減衰時定数よ
りも短い減衰時定数をもつ遮蔽電流を形成する磁気シー
ルドで形成されていることを特徴とする静磁場発生装
置。4. A magnetic shield according to claim 1, further comprising a magnetic shield disposed inside said static magnetic field generating means.
The magnetic shield is formed of a good electrical conductor or a ferromagnetic material, or is formed of a magnetic shield that forms a shielding current having a decay time constant shorter than that of the second type superconductor. A static magnetic field generator.
２種超伝導体に対して反対の極性の熱膨張率を有する、
前記第２種超伝導体と一体化された構造体を含むことを
特徴とする静磁場発生装置。5. The superconductor according to claim 1, which has a coefficient of thermal expansion of a polarity opposite to that of the second type superconductor.
An apparatus for generating a static magnetic field, comprising a structure integrated with the second type superconductor.
２種超伝導体は複数の超伝導体の組み合わせから構成さ
れていることを特徴とする静磁場発生装置。6. A static magnetic field generator according to claim 1, wherein said second type superconductor is composed of a combination of a plurality of superconductors.
磁場発生手段はドリブンモード型であり、前記第２種超
伝導体は酸化物超伝導体からなることを特徴とする静磁
場発生装置。7. A static magnetic field generating apparatus according to claim 1, wherein said static magnetic field generating means is of a driven mode type, and said second type superconductor is made of an oxide superconductor. apparatus.
消磁するステップと、その状態において前記空間中の静
磁場を前記補正手段により補正するステップと、その後
において前記第２種超伝導体を超伝導状態に保つステッ
プとを含む請求項１〜７のいずれかに記載された静磁場
発生装置における静磁場発生方法。8. A step of degaussing said second type superconductor by said demagnetizing means, a step of correcting a static magnetic field in said space in said state by said correcting means, and thereafter said second type superconductor. And a step of maintaining the superconducting state in a superconducting state.
消磁を繰り返すことを特徴とする静磁場発生方法。9. The static magnetic field generating method according to claim 8, wherein the static magnetic field correction and the degaussing are repeated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11072003A JP2000262486A (en) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Device and method for generating static magnetic field |
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| JP11072003A JP2000262486A (en) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Device and method for generating static magnetic field |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000262486A true JP2000262486A (en) | 2000-09-26 |
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