JP2005172597A - 核磁気共鳴測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 冷凍機18により、熱伝導体16を介して、熱伝導方式で、照射コイル,受信コイル7,前置増幅器9を冷却する。冷凍機18の冷却ステージ12を床から間接的に固定支持し、無振動で照射コイル,受信コイル7,前置増幅器9を約5Kにまで冷却する。冷却用作動冷媒用の圧縮機,トランスファチューブ,熱交換器を使用せずに、照射コイル,受信コイル7を約5Kにまで冷却できるので、冷却装置の製造コストを削減できる。極低温への熱負荷を小さくし、冷凍機18の冷凍量を小さくできるので、冷凍機18の消費電力を少なくし、冷却運転コストを削減できる。
【選択図】 図1
Description
Q=1/R・√(L/C) ……(1)
で表現できる。ここで、Lは回路のインダクタンス、Cはキャパシタンス、Rは抵抗である。数式1によれば、電気抵抗Rが小さくなると、Q値が高くなることがわかる。
Vn=√(4kTΔf・R)……(2)
で表現できる。ここで、kはボルツマン定数、Tは温度、Δfは周波数幅、Rは電気抵抗である。数式2によれば、温度Tが低くなると、ノイズ電圧Vnは小さくなることがわかる。
図1は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態1の全体構造を示す図である。
第2熱シールド体90は、インジュームシート等の柔らかな熱良導物を介して、ボルト100で第2冷却ステージ14と熱伝導体16の締結部に熱的に良好に結合される。
ΔL=β・L・T ……(3)
で表される。
すなわち、冷凍機側の極低温の第2冷凍ステージ19と被冷却体側の極低温の第2冷却ステージ14は、ほとんど同じ温度になるのが望ましい。
配管33で約4Kの寒冷が発生するので、配管33は、熱伝導が良好な例えば銅製のフランジで構成した第2冷凍ステージ19と、半田や銀ろうで冶金的に一体化されている。
一方、第1蓄冷器24は、第1蓄冷材が充填されている。
温プローブヘッド4内に配置した極低温部材の冷却による熱収縮量を小さくできる。
図4は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態2の構造を示す図である。
図5は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態3の構造を示す図である。
図6は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態4の構造を示す図である。
図7および図8は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態5の構造を示す図である。
実施形態5の変形例も可能である。
図9に示す本実施形態6の構造と図7との相違は、図7における冷凍機および第2冷凍ステージ19が、荷重支持体45を介して冷凍機着脱用のフランジ178に一体化され、振動防止構造を冷凍機側にまとめた点である。
フランジ178は、フランジ35にボルト179で強固に固定され、Oリング180で真空保持する。
フランジ178には、フランジ146がボルト148で取り付けられている。
図10は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態7の構造を示す図である。
図11は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態8の構造を示す図である。
図12は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態9の構造を示す図である。
電流リード93は、コネクタ171を有し、ここで容易に分離される。
図13は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態10の構造を示す図である。
図14は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態11の構造を示す図である。
図15および図16は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態12の構造を示す図である。
例えば4.5Kでヘリウムガスを液化させる場合には、0.12MPaに調整する。
図17および図18は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態13の構造を示す図である。
圧力容器208の両端部は、例えば熱伝導が良好な銅製の第2冷却ステージ209,210と溶接やろう付けまたははんだ付け等で冶金的に一体化してある。
実施形態11と同様に、4.5Kでヘリウムガスを液化させる場合には、0.12MPaに調整する。
図19および20は、本発明による核磁気共鳴測定装置の実施形態14の構造を示す図である。
本構造と図12,6との相違は、図12における真空配管169、真空弁168の代わりに、図19において真空配管212を荷重支持体164に貫通して設け、さらに、図20において、真空配管212の端部を真空配管213と連通させ、真空配管213を大気中に設けた真空弁214を介して真空空間165と連通させるようにし、さらに真空弁215を介して真空配管213を大気に連通できるようにした点である。
2 超電導磁石
3 超電導磁石
4 NMRプローブヘッド
5 断熱真空容器
6 断熱真空容器
7 NMR受信・照射コイル
8 コイル支持材
9 増幅器
11 コイル冷却用熱交換器
12 第1冷却ステージ
13 第1熱シールド体
14 第2冷却ステージ
15 真空容器
16 熱伝導体
17 伝導体
18 冷凍機
19 第2冷凍ステージ
20 第1冷凍ステージ
21 第2膨張管
22 第2蓄冷管
23 第1膨張管
24 第1蓄冷管
27 バルブユニット
28 配管
29 真空用フランジ
30 圧力緩和容器
31 配管
32 配管
33 配管
34 配管
35 上部フランジ
36 大地
37 脚
38 配管
39 下部フランジ
40 冷却体
41 圧縮機
42 高圧配管
43 低圧配管
44 真空容器
45 荷重支持体
46 端部
49 固定床
50 支持台
51 固定フランジ
52 ボルト
53 ボルト
54 ボルト
55 ボルト
56 フランジ
57 ボルト
58 荷重支持体
59 ボルト
60 冷却体
61 第1熱シールド体
62 ボルト
63 円筒真空容器
64 フランジ
65 ベローズ
66 ボルト
67 Oリング
68 Oリング
69 荷重支持体
70 ボルト
72 円筒体
73 円筒体
74 フランジ
75 ボルト
76 フランジ
77 冷却体
80 荷重支持体
81 フランジ
82 フランジ
83 ボルト
84 フランジ
85 ボルト
86 Oリング
87 真空容器
90 第2熱シールド体
91 ガラス製サンプル管
92 ガラス製サンプル管
93 電流リード
94 矢印方向
95 方向
96 回転軸
97 ギアボックス
98 回転軸
99 回転機構
100 ボルト
101 支持体
102 ボルト
103 ボルト
110 サンプル挿入空間
111 支持体
112 脚
113 磁気シールド板
120 フランジ
121 嵌め合わせ部
122 キャップ
123 フランジ
124 Oリング
130 サンプル挿入空間
131 低温プローブヘッド
132 コイル
133 電流リード
134 方向
135 方向
136 熱伝導体
137 フランジ
138 ボルト
139 第1熱シールド板
140 真空容器壁
141 フランジ
142 固定用支持板
143 固定用支持板
144 ボルト
145 ボルト
146 フランジ
147 円筒案内治具
148 ボルト
149 円筒リング
150 円形窪み
151 案内フランジ
152 ボルト
153 真空Oリング
154 周り止め穴
155 支持棒
156 ストッパ
157 フランジ
158 ベローズ
159 ボルト
160 Oリング
161 フランジ
162 Oリング
163 案内円筒
164 荷重支持体
165 真空空間
166 真空空間
167 接着剤
168 真空弁
169 真空配管
170 接着部
171 コネクタ
172 荷重支持体
173 薄肉円筒
174 常温リング
175 薄肉円筒
176 薄肉円筒
177 リング
178 フランジ
179 ボルト
180 Oリング
181 第1熱シールド板
182 ボルト
185 荷重支持体
186 フランジ
187 フランジ
189 ボルト
190 ボルト
191 ボルト
192 フランジ
193 フランジ
194 ボルト
195 フランジ
196 保護リング
197 開口部
198 フランジ
199 冷却体
200 冷却体
201 気体封入空間
202 端部
203 端部
204 気体供給/回収装置
205 キャピラリチューブ
206 圧力調節器
207 キャピラリチューブ
208 圧力容器
209 第2冷却ステージ
210 第2冷却ステージ
211 圧力計
212 真空配管
213 真空配管
214 真空弁
215 真空弁
Claims (20)
- 少なくとも1つのNMR受信コイルおよび照射コイルを備えたNMRプローブヘッドを有する核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドの真空空間内に前記NMR受信コイルが受信したNMR信号を増幅する少なくとも1つの前置増幅器と、
前記プローブヘッド内に前記NMR受信コイル,前記照射コイル,前記前置増幅器を熱伝導で冷却する冷却体と、
前記冷却体を冷却する冷凍機と、
前記冷却体と前記冷凍機の極低温度の冷凍ステージとを熱的に接続するフレキシブルな熱伝導冷却物とを備えた
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記冷却体が、熱伝導媒体により熱的に一体化された電気絶縁物の第1冷却体と通電性金属の第2冷却体とからなり、
前記プローブヘッド内で前記NMR受信コイル,前記照射コイル,前記前置増幅器を熱伝導で冷却する前記第1冷却体に熱的に接続し、
前記第2冷却体と前記冷凍機の極低温度の冷凍ステージとの少なくとも一部をフレキシブルな熱伝導冷却物を有する熱伝導冷却体で熱的に接続した
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッド側の近傍にある前記冷却体の部位または第1冷却体の部位が、前記プローブヘッドを構成する室温の真空容器に固定支持されている
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記冷凍機が、パルス管式冷凍機である
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記冷凍機の前記冷凍ステージが、前記冷凍機を設置する床上に設置支持された固体に熱伝導率が小さな支持体で固定支持され、
前記冷凍機を固定支持するフランジと前記固体とが、フレキシブルな支持手段で気密に接続されている
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記冷却体の少なくとも一部が、前記プローブヘッドを構成する真空容器または前記冷凍機を固定した真空容器から熱伝導率が小さな支持体で固定支持され、 前記支持体が、前記冷却体の熱縮み方向に滑りながらその垂直方向を固定支持する
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドの前記核磁気共鳴測定装置に挿入する方向と、前記プローブヘッドへの被測定サンプル体を室温空間で挿入する方向が垂直である
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドを挿入する核磁気共鳴測定装置の磁石の容器の一部に、前記プローブヘッドを構成する室温の真空容器の一部を固定支持する
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の核磁気共鳴測定装置において、
冷凍ステージを貫通させた気密性の真空隔壁により、前記プローブヘッドを構成する真空容器の低温プローブ側の真空空間と冷凍機側の真空空間とを隔離した
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項9に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記真空隔壁の一部を折り返し円筒体で構成した
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記冷却体の内部に気体を封入する気体封入空間と、前記気体封入空間に気体を供給し捕集する室温部に設置されたガス封入手段とを配管で接続した
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記冷却体の一部に内部に気体を封入する気体封入手段を設け、室温部に設置され前記気体封入手段に気体を供給し捕集するガス封入手段とを配管で接続した
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記冷却体の一部に内部に気体を予め封入した気体封入手段を設け、前記冷却体と前記気体封入手段を熱的に一体化した
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項13に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記気体封入手段と室温部に設けた圧力表示手段とを配管で接続した
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 被冷却体を冷却する寒冷発生手段と寒冷発生手段の低温部にある冷凍ステージとを有する冷凍機において、
前記冷却体を前記冷凍機の極低温度の前記冷凍ステージと熱的に接続し、前記冷凍ステージまたは寒冷発生手段の低温部を前記冷凍ステージよりも温度が高い前記寒冷発生手段の部位から直接または間接的に支持する支持手段を備えた
ことを特徴とする冷凍機。 - 請求項15に記載の冷凍機において、
前記支持手段の常温部が前記冷凍機の常温取り付けフランジに直接固定支持され、
前記冷凍ステージよりも温度が高い前記寒冷発生手段の部位が、ベローズ等の伸縮気密手段で前記冷凍機の常温取り付けフランジに直接または間接的に支持される
ことを特徴とする冷凍機。 - 請求項15または請求項16に記載の冷凍機において、
前記支持手段が、円筒状の支持体であり、冷凍機の低温部の少なくとも一部が、前記支持体の内部に包含される
ことを特徴とする冷凍機。 - 請求項15ないし17のいずれか一項に記載の冷凍機において、
前記支持体が、前記冷凍機を構成する膨張手段または蓄冷手段の低温部の容器の一部を常温部から支持する
ことを特徴とする冷凍機。 - 請求項9に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドを構成する真空容器を、気密性を有して冷凍ステージを貫通させた真空隔壁で、低温プローブ側の真空空間を、冷凍機側の真空空間と隔離し、
前記真空隔壁を貫通する真空配管を設け、
前記真空配管により仕切り弁を介して少なくとも前記低温プローブ側の真空空間と前記冷凍機側の真空空間とを連通する
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。 - 請求項19に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記真空配管内を、冷凍機側に設けた仕切り弁を介して大気空間と連通する
ことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。
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