JP4317646B2 - 核磁気共鳴装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴（Ｎｕｃ１ｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＮＭＲ）信号を用い、医療分野、工業用素材や農作物等の成分及び構造分析に利用できる核磁気共鳴装置に係わり、更に詳しくは、液体ヘリウムを用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を均一な分布で発生させる核磁気共鳴装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核磁気共鳴は、磁気モーメントと角運動量をもつ磁気系に見られる現象で、磁気系に固有な振動数（ラーモア周波数）での共鳴現象である。例えば、図５に示すように、磁石で作る静磁場Ｈ0を試料に加え、更に試料に対して静磁場に垂直な方向から送信コイルより振動磁場Ｈ1を加える。現在では、非常に短く（３〜６μｓ）、強い高周波のパルスを試料に加えて、化学シフトで広がっている信号全体を同時に共鳴させ、それらの信号を同時に観測するパルスＮＭＲ装置が主流である。
また、断面像を得るために、傾斜磁場と呼ばれる位置によって強度の異なる弱い磁場を静磁場に重ね、場所ごとの共鳴周波数をずらせて位置の識別を行う。映像法としては、所定の断面を必要な厚みのみ高周波励起（選択励起）し、次いで、断面内の２方向に傾斜磁場を加えて、二次元フーリエ法によって断面像を得る方法が一般的に用いられている。
【０００３】
上述した核磁気共鳴現象を利用した核磁気共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置（以下ＮＭＲ装置）は、基本的には静磁場を作る磁石、別の高周波パルスを発生しＮＭＲ信号を検出するコイル、ＮＭＲ信号を受ける受信器等から構成される。このＮＭＲ装置により、各原子の化学シフト量や、スピン−スピン結合定数などの有機化合物の構造解析上有用なデ一タを得ることができる。
【０００４】
また、この核磁気共鳴現象を利用した磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置（以下、ＭＲＩ装置）は、静磁場発生手段である磁石、空間情報を信号に与えるための傾斜磁場、高周波照射系、ＮＭＲ信号検出系、人体等の検査対象を取り巻き、実際に高周波照射、信号検出を行うプローブコイル、これらを制御し且つ得られた信号を処理するコントローラから少なくともなり、静磁場存在下に置かれた検査対象に高周波を照射することにより得られるＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号により、信号を発生している核種の空間分布を映像化するものである。ＭＲＩ装置は、放射線を使用しないことから測定作業に関わる人体に対してのみならず人体を含む被測定物体に対しても安全であり、十分な解像力が得られるので、実用価値がきわめて高い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
核磁気共鳴装置を構成する静磁場用磁石としては、従来、常伝導磁石（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔ：０．５〜２．２Ｔ）、超伝導磁石（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ：０．５〜１８．８Ｔ）が用いられており、永久磁石（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）も一部で用いられている。核磁気共鳴装置の静磁場用磁石は、強磁界であるほど感度が向上し、詳細な情報量の多い分析が可能なことから、超伝導材料を用いた超伝導磁石が磁場の強度及び安定性と均一性の点から優位である。
【０００６】
そのため、近年の核磁気共鳴装置では、主磁場（静磁場）の形成に、ニオブ・チタンなどの金属系超伝導線材による超伝導コイルを使った超伝導磁石を用いている。しかし、超伝導コイルは液体ヘリウムを使って極低温に冷却して利用するため、高価な液体ヘリウムを多量に必要とし運転コストが高いという問題点があった。
また、ニオブ・チタンなどの金属系超伝導線材は、複雑な製造工程と熱処理で生産されている。このために超伝導コイルは銅線で作られた通常の電磁石のコイルよりも遥かに高価であり、装置本体が極めて高価となる。しかも超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム及び液体窒素）の利用は特殊な技術を要するため、技術的に複雑且つ煩雑であり、決して簡便な技術とは言い難かった。これらのことは、高性能な核磁気共鳴装置の普及を制限している大きな問題点であった。
さらに、超伝導磁石は冷却のための構造が大きく、その漏洩磁場も巨大で設置のための専用の部屋が必要である。このことは装置の設置条件を著しく制限しその利用分野を限定していた。
【０００７】
一方、主磁場発生源として、従来のヘリワム冷却型の超伝導マグネットに代わって、直冷式超伝導マグネットを用い、小型で簡易的な核磁気共鳴装置の例が、特開平９-１３５８２３号公報に提案されている。この核磁気共鳴装置は、従来のヘリウム冷却の超伝導マグネットを用いた装置に比較して簡便であるが、主磁場の形成は超伝導線材による超伝導コイルが用いられている。この超伝導線材は極めて高価であることから装置全体の価格は高価となっている。また、冷凍機を用いて真空容器内部の超伝導コイルを冷却するために、コイル部分が大型になり、装置として小型で簡便である利点を生かし切れない。しかも超伝導コイルの熱容量が大きいために、冷凍機で所定の温度に冷却するのに必要な時間が長く、冷却をはじめてから測定開始までの時間が長いという問題があった。
【０００８】
上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明の出願人は、先に高温超伝導体を用いた核磁気共鳴装置を創案し出願した（特開平１１−２４８８１０号）。この装置は、真空断熱容器内で冷却され且つ磁場を印加された高温超伝導体が、超伝導電流が内部を流れることで磁場を捕捉して磁場供給部材となり、その磁場を主磁場とし、この磁場内に置かれた被測定物体のＮＭＲ信号を被測定物体に隣接した検出コイルとスペクトロメータで検出するものである。
【０００９】
この核磁気共鳴装置は、高温超伝導体の内部を超伝導電流が流れて磁場を捕捉して磁場供給部材となるので、高価な液体ヘリウムを用いずに従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成できる特徴を有している。
【００１０】
しかし、従来の高温超伝導体で発生する磁場分布は、図６に示すように、中心ほど強度の高い山状の分布となるため、均一な磁場を被測定物（試料）に加えることができない問題点があった。また、磁場を均一化するために、例えば、高温超伝導体から離れた位置に別の永久磁石又は電磁軟鉄等を設けると、その間に均一な磁場領域が形成できるが、磁場強度が大幅に低下する問題点があった。
【００１１】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明は、従来の超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム）を用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成でき、かつその静磁場の強度分布を均一化することができる核磁気共鳴装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内部に冷凍機の冷却部が配置された真空断熱容器（２２）と、前記真空断熱容器（２２）内で超伝導遷移温度以下に冷却され、中空円筒部を有する中空円筒体に形成され同軸かつ軸方向に並べて配置された複数の高温超伝導体（２０）と、前記真空断熱容器内に設けられ、カップ状に形成され、カップ状の内部に前記複数の高温超伝導体を同軸かつ軸方向に間隔を置いた状態で保持し、高温超伝導体の外周に接触する部分（１７ａ）と、複数の高温超伝導体の間に挟まれる部分（１７ｂ）とを有し、冷凍機の冷却部に接触する伝導部材（１７）と、該高温超伝導体の中空円筒部に設置され、該中空円筒部に挿入される被測定物体（１１）のＮＭＲ信号を検出する検出コイル（１２）と、を備え、前記真空断熱容器は、前記高温超伝導体の中空円筒部の中心部に挿入されるように複数の高温超伝導体の中空円筒部を貫通して軸方向に延びる中空筒状部分（２２ａ）を有し、この中空筒状部分に被測定物が挿入されて配置されるようになっており、前記高温超伝導体をその軸方向に着磁し、これにより中空円筒部に円筒軸方向に静磁場を発生させ、前記中空円筒部に形成された磁場内に置かれた被測定物体のＮＭＲ信号を検出コイルとスペクトロメータで検出することを特徴とする核磁気共鳴装置が提供される。
【００１３】
本発明の構成によれば、円柱形に焼成されたバルク磁石の中心に軸方向に穴を開けることによって、穴の内部に均一な磁場分布を得ることができる。
すなわち円柱形に焼成されたバルク磁石の中心に軸方向に穴を開けることにより、中空円筒形の高温超伝導体（２０）を形成することができ、この高温超伝導体にその軸心を中心とする超伝導電流を発生させて着磁することにより、従来の超伝導コイルと同様に機能させることができ、これによりコイルを巻いた状態と等価のほぼ均一な磁場分布が得られる。
従って、従来の超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム）を用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成でき、かつその静磁場の強度分布を均一化することができる。
【００１５】
また前記検出コイル（１２）は、真空断熱容器（２２）内に配置される、ことが好ましい。この構成により、真空断熱容器の中で外界と熱的に遮断され、高温超伝導体と同じ温度域に断熱下で冷却された検出コイル（１２）はサーマルノイズを低減し、かつ電気伝導度が改善されるため感度が向上する。
【００１６】
また、前記高温超伝導体（２０）は、その主成分がＲＥ-Ｂａ-Ｃｕ一Ｏで表せる酸化物超伝導体であり、銀あるいは白金あるいはセリウムのうち１種あるいは複数種を０ないし５０％含み、ＲＥはイットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものであって、絶対温度９０度Ｋ乃至９６Ｋの超伝導遷移温度をもつ超伝導相とその内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下の粒度で分散した組織を含んでいる。
【００１７】
絶対温度で９０Ｋ（ケルビン）以上の超伝導遷移温度Ｔｃをもつイットリウム系、ネオジム系、サマリウム系などの高温超伝導体を合成する際、原料を一旦融点よりも高く過熱して溶融し、再び凝固させるいわゆる溶融法で合成すると、粗大な結晶が成長した成形体が得られる。これを超伝導バルクと呼ぶ。その超伝導となる母相には絶縁相が微細に分散した組織が得られ、この分散相の存在に起因するピン止め点が磁束を捕捉して、超伝導バルクは擬似的な永久磁石として働く。
溶融法で合成した超伝導バルクは絶対温度９０Ｋ乃至９６Ｋの超伝導遷移温度をもち、超伝導相からなる１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の大型結晶と、その内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下（望ましくは１０μｍ以下）の粒度で分散した組織を含むことを特徴とする。
【００１８】
高温超伝導体を合成する際にその組織中に分散する同素体の絶縁相が５０μｍ以下の場合に良好な磁場捕捉性能が現れ、０.５Ｔ級の磁場を発生して本発明の用に供することができる。白金やセリウムを加えたある種の系では絶縁相は１０μｍ以下に抑えることができ、この場合は１Ｔ級の、あるいはそれ以上数Ｔに及ぶ極めて優秀な性能の磁場が捕捉でき、本発明を高度に利用可能となる。また銀を０〜５０％添加した系では合成段階や使用段階で導入され易い亀裂に発生伝播を防ぐ性質があり、より大型の高温超伝導体を健全に合成、使用できる利点がある。
かかる高温超伝導体を用いることにより、液体窒素の沸点７７Ｋをこえる絶対温度９０Ｋ以上において超伝導状態を実現できるだけでなく、より低温に冷却することにより従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成できる。
【００１９】
高温超伝導体の磁場の着磁を静磁場で行うことができる。従来の金属系超伝導コイルで強力な静磁場を発生させ、その磁場により高温超伝導体に磁場を捕捉させることにより、金属系超伝導コイルで発生できる強い静磁場を高温超伝導体に着磁させることができる。
【００２０】
また、高温超伝導体の着磁をパルス磁場によって行ってもよい。コイルに瞬間的に大きな磁場を発生させて高温超伝導体を着磁することにより、より簡単に高温超伝導体を着磁させることができる。
【００２１】
また、前記高温超伝導体の冷却を、冷媒中または冷凍機の冷却部分で、あるいは冷凍機で冷却された冷媒で超伝導遷移温度以下に冷却することが好ましい。これらの冷凍機は、液体窒素中またはパルス管冷凍機、ＧＭサイクル冷凍機、ソルベーサイクル冷凍機、スターリングサイクル冷凍機、ペルチェ冷凍機のうち１種又はそれらを組合わせた構成の冷凍機であることが好ましい。
【００２２】
冷媒としては窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、水素等の気体、液体、固体（ヘリウムを除く）を用いることができる。これにより、高温超伝導体の超伝導遷移温度（例えば約９０Ｋ）以下に容易に冷却することができる。
【００２３】
高温超伝導体の冷却に際しては銅などの金属、アルミナ単結晶などの伝熱体に直接、高温超伝導体を接触させて冷却し、その金属あるいは伝熱体を液体窒素などの冷媒あるいは上述の各種の冷凍機で冷却する構造が用いられてもよい。
【００２４】
更に高温超伝導体は冷凍機で冷却された液体窒素あるいはヘリウム、固体窒素ガスなどの液体又はガス、固体などの冷媒によって冷却される構造を用いてもよい。この場合には超伝導体と冷凍機が隔離されるために、冷凍機の機械的な影響を遮断できるため、より高精度な測定ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。図１は、核磁気共鳴装置の参考例の全体構成図であり、図２は図１の部分拡大図である。また、図１において、１３は高周波発生装置、１４はパルスプログラマ（送信器）、１５は高周波増幅器、１６はプリアンプ（信号増幅器）、２７は位相検波器（受信器）、１８はＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、２８はコンピュータである。
【００２６】
図１及び図２において、被測定物体１１はそのまわりに巻かれた検出コイル１２の内部にあり、高周波発振器とそれをパルスに成形するＧＡＴＥ部と、その高周波パルスを増幅するパワーアンプより、パルスが送信コイルを通して被測定物体に与えられ、そのパルスの直後より発生する自由誘導減衰（Ｆｒｅｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ，ＦＩＤ）を受信コイルにより受信し、後段の増幅器、位相検波器を通し、ＡＤ変換された信号がコンピュータに保存される。このデータをフーリエ変換することにより、ＮＭＲの分析結果がコンピュータ上に表示され、あるいはＭＲＩとしてマッピングされた情報となる。
【００２７】
参考例では、高温超伝導体２０は、中空円筒形であり、真空断熱容器２２内で超伝導遷移温度以下に冷却される。被測定物体１１は、この高温超伝導体２０の中空円筒部２０ａに挿入される。検出コイル１２は、中空円筒部２０ａの内側で被測定物体１１のＮＭＲ信号を検出するように巻いて配置されている。なお、高温超伝導体２０は、中空円筒部２０ａを有するカップ状であってもよい。この構成による本発明によれば高温超伝導体２０にその軸心を中心とする超伝導電流を発生させて着磁し、これにより中空円筒部に円筒軸方向に静磁場を発生させ、この磁場内に置かれた被測定物体のＮＭＲ信号を検出コイルと既存のスペクトロメータで検出する。
【００２８】
高温超伝導体２０は、その主成分がＲＥ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏで表せる酸化物超伝導体であり、銀あるいは白金あるいはセリウムのうち１種あるいは複数種を０ないし５０％含み、ＲＥはイットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものであって、絶対温度９０度Ｋ乃至９６Ｋの超伝導遷移温度をもつ超伝導相とその内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下の粒度で分散した組織を含むのがよい。
【００２９】
超伝導バルク２０は液体窒素中または冷凍機の冷却部分で超伝導遷移温度以下に冷却される。冷凍機は小型冷凍機が主に使われる。これらはパルス管冷凍機、ＧＭサイクル冷凍機、ソルベーサイクル冷凍機、スターリング冷凍機、ペルチェ冷凍機のうち１種あるいはそれらを組合せた構成が用いられ、寒剤（液体ヘリウム及び液体窒素）の煩わしい作業なく、超伝導バルクを冷却する。この後超伝導バルクにはパルス磁場によって着磁がされ、超伝導永久磁石として機能するようになる。この着磁は静磁場を印加しながら、超伝導遷移温度以下に冷却することによっても行われる。このように着磁された超伝導バルクは真空容器内部から磁場を発生しており、この磁場中に被測定物体を設置して磁場を与える。この被測定物体の周りには近接してコイルが設置され、発振検波器を通じてＮＭＲ信号が検出される構成である。
【００３０】
図１において、中空円筒形の高温超伝導体２０は、真空断熱容器２２の内部に設置し、これを冷凍機の冷却部２３（コールドヘッド）に接触させて固定する。真空断熱容器２２を真空ポンプ２４で減圧して断熱状態にし、冷凍機２５とその圧縮機２６を作動させて高温超伝導体２０の温度を下げて超伝導状態にする。
【００３１】
本発明の核磁気共鳴装置では、高温超伝導体２０の磁場の着磁を静磁場で行うことができる。すなわち、真空容器２２内の超伝導バルク２０を冷却して、その際または冷却後に従来の金属系超伝導コイル１９で強力な静磁場を発生させ、その磁場中にバルク磁石２０を配置し、磁場を印加した状態で冷却を行うことによって磁場を捕捉させる。金属系超伝導コイル１９は所定の温度まで冷却が完了し、磁場が捕捉された後に消磁し、取り外すことができる。この静磁場による着磁（Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｏｌ）により、着磁の際の高温超伝導体２０の温度上昇を回避できるので、非常に強い静磁場を高温超伝導体２０に捕捉させることができる。
【００３２】
高温超伝導体２０の磁場の着磁をパルス磁場によって行ってもよい。この方法（パルス着磁法）によれば、コイル１９に瞬間的に大きな磁場を発生させることによって、バルク磁石に着磁することができる。静磁場による着磁に比べて簡便な装置で手軽に着磁ができ、着磁後により低温に保持されることから磁場の安定性に優れるという利点がある。
【００３３】
図３は、本発明の核磁気共鳴装置の第１実施形態の部分拡大図である。この図において、２つの高温超伝導体２０が、互いに同軸かつ軸方向に間隔を隔てて配置されている。核磁気共鳴装置は、伝導部材１７を備える。伝導部材は、真空断熱容器２２内に設けられ、カップ状に形成され、カップ状の内部に複数の高温超伝導体２０を同軸かつ軸方向に間隔を置いた状態で保持し、高温超伝導体の外周に接触する部分１７ａと、複数の高温超伝導体の間に挟まれる部分１７ｂとを有し、冷凍機の冷却部に接触している。これにより熱伝導率の高い伝導部材１７が２つの高温超伝導体２０を保持し、かつ冷却部２３に接触して２つの高温超伝導体２０の温度を同一化するようになっている。この構成により、複数の高温超伝導体２０による静磁場を重層させてより強い静磁場をより広い領域に形成することができる。複数の高温超伝導体の重畳によって発生する静磁場の分布状態は、その着磁強度や互いの間隔により調整することができる。このため、複数の高温超伝導体は互いに同軸かつ軸方向に接する、あるいは任意の間隔を隔てて設置される。
また真空断熱容器２２は、高温超伝導体２０の中空円筒部の中心部に挿入されるように複数の高温超伝導体の中空円筒部を貫通して軸方向に延びる中空筒状部分２２ａを有し、この中空筒状部分に被測定物１１が挿入されて配置されるようになっている。
【００３４】
図４は、本発明の核磁気共鳴装置の第２実施形態の部分拡大図である。この図において、４つの高温超伝導体２０が、互いに同軸かつ軸方向に接するかあるいは間隔を隔てて配置されている。また熱伝導率の高い伝導部材１７が４つの高温超伝導体２０を保持し、かつ冷却部２３に接触して４つの高温超伝導体２０の温度を同一化するようになっている。この構成により、多数（この例では４つ）の高温超伝導体２０による静磁場を重層させて一層強い静磁場をより広い領域に形成することができる。検出コイル１２は真空断熱容器によって外界から熱的に遮断されて配置される場合と、真空断熱容器と接して超伝導体から熱的に遮断される配置がある。検出コイル１２が、真空断熱容器２２内に配置され、真空断熱容器から熱的に遮断されて高温超伝導体２０と同等の低温に冷却される構成に配置する場合には検出コイル（１２）を低温に保持してサーマルノイズを低減でき、電気伝導度が改善されるため感度が向上する。
【００３５】
【発明の効果】
上述した本発明の構成によれば、円柱形に焼成されたバルク磁石２０の中心に軸方向に穴を開けることによって、穴の内部に均一な磁場分布を得ることができる。
【００３６】
すなわち円柱形に焼成されたバルク磁石の中心に軸方向に穴を開けることにより、中空円筒形の、又は、中空円筒部を有するカップ状高温超伝導体２０を形成することができ、この高温超伝導体にその軸心を中心とする超伝導電流を発生させて着磁することにより、従来の超伝導コイルと同様に機能させることができ、これによりコイルを巻いた状態と等価のほぼ均一な磁場分布が得られる。
従って、従来の超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム）を用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成でき、かつその静磁場の強度分布を均一化することができる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで自由に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 核磁気共鳴装置の参考例の全体構成図である。
【図２】 図１の部分拡大図である。
【図３】 本発明の核磁気共鳴装置の第１実施形態の部分拡大図である。
【図４】 本発明の核磁気共鳴装置の第２実施形態の部分拡大図である。
【図５】 パルスＦＴＮＭＲの原理図である。
【図６】 従来の高温超伝導体の磁場分布図である。
【符号の説明】
１１ 被測定物体、１２ 検出コイル、１３ 高周波発生装置、１４ パルスプログラマ（送信器）、１５ 高周波増幅器、１６ プリアンプ（信号増幅器）、１７ 伝導部材、１８ ＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｎｔｅｒ）、１９ 金属系超電導コイル、２０ 高温超伝導体（超伝導バルク、バルク磁石）、２０ａ 中空円筒部、２２ 真空断熱容器、２３ 冷却部、２４ 真空ポンプ、２５ 冷凍機、２６ 圧縮機、２７ 位相検波器（受信器）、２８ コンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴（Ｎｕｃ１ｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＮＭＲ）信号を用い、医療分野、工業用素材や農作物等の成分及び構造分析に利用できる核磁気共鳴装置に係わり、更に詳しくは、液体ヘリウムを用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を均一な分布で発生させる核磁気共鳴装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核磁気共鳴は、磁気モーメントと角運動量をもつ磁気系に見られる現象で、磁気系に固有な振動数（ラーモア周波数）での共鳴現象である。例えば、図５に示すように、磁石で作る静磁場Ｈ0を試料に加え、更に試料に対して静磁場に垂直な方向から送信コイルより振動磁場Ｈ1を加える。現在では、非常に短く（３〜６μｓ）、強い高周波のパルスを試料に加えて、化学シフトで広がっている信号全体を同時に共鳴させ、それらの信号を同時に観測するパルスＮＭＲ装置が主流である。
また、断面像を得るために、傾斜磁場と呼ばれる位置によって強度の異なる弱い磁場を静磁場に重ね、場所ごとの共鳴周波数をずらせて位置の識別を行う。映像法としては、所定の断面を必要な厚みのみ高周波励起（選択励起）し、次いで、断面内の２方向に傾斜磁場を加えて、二次元フーリエ法によって断面像を得る方法が一般的に用いられている。
【０００３】
上述した核磁気共鳴現象を利用した核磁気共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置（以下ＮＭＲ装置）は、基本的には静磁場を作る磁石、別の高周波パルスを発生しＮＭＲ信号を検出するコイル、ＮＭＲ信号を受ける受信器等から構成される。このＮＭＲ装置により、各原子の化学シフト量や、スピン−スピン結合定数などの有機化合物の構造解析上有用なデ一タを得ることができる。
【０００４】
また、この核磁気共鳴現象を利用した磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置（以下、ＭＲＩ装置）は、静磁場発生手段である磁石、空間情報を信号に与えるための傾斜磁場、高周波照射系、ＮＭＲ信号検出系、人体等の検査対象を取り巻き、実際に高周波照射、信号検出を行うプローブコイル、これらを制御し且つ得られた信号を処理するコントローラから少なくともなり、静磁場存在下に置かれた検査対象に高周波を照射することにより得られるＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号により、信号を発生している核種の空間分布を映像化するものである。ＭＲＩ装置は、放射線を使用しないことから測定作業に関わる人体に対してのみならず人体を含む被測定物体に対しても安全であり、十分な解像力が得られるので、実用価値がきわめて高い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
核磁気共鳴装置を構成する静磁場用磁石としては、従来、常伝導磁石（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔ：０．５〜２．２Ｔ）、超伝導磁石（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ：０．５〜１８．８Ｔ）が用いられており、永久磁石（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）も一部で用いられている。核磁気共鳴装置の静磁場用磁石は、強磁界であるほど感度が向上し、詳細な情報量の多い分析が可能なことから、超伝導材料を用いた超伝導磁石が磁場の強度及び安定性と均一性の点から優位である。
【０００６】
そのため、近年の核磁気共鳴装置では、主磁場（静磁場）の形成に、ニオブ・チタンなどの金属系超伝導線材による超伝導コイルを使った超伝導磁石を用いている。しかし、超伝導コイルは液体ヘリウムを使って極低温に冷却して利用するため、高価な液体ヘリウムを多量に必要とし運転コストが高いという問題点があった。
また、ニオブ・チタンなどの金属系超伝導線材は、複雑な製造工程と熱処理で生産されている。このために超伝導コイルは銅線で作られた通常の電磁石のコイルよりも遥かに高価であり、装置本体が極めて高価となる。しかも超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム及び液体窒素）の利用は特殊な技術を要するため、技術的に複雑且つ煩雑であり、決して簡便な技術とは言い難かった。これらのことは、高性能な核磁気共鳴装置の普及を制限している大きな問題点であった。
さらに、超伝導磁石は冷却のための構造が大きく、その漏洩磁場も巨大で設置のための専用の部屋が必要である。このことは装置の設置条件を著しく制限しその利用分野を限定していた。
【０００７】
一方、主磁場発生源として、従来のヘリワム冷却型の超伝導マグネットに代わって、直冷式超伝導マグネットを用い、小型で簡易的な核磁気共鳴装置の例が、特開平９-１３５８２３号公報に提案されている。この核磁気共鳴装置は、従来のヘリウム冷却の超伝導マグネットを用いた装置に比較して簡便であるが、主磁場の形成は超伝導線材による超伝導コイルが用いられている。この超伝導線材は極めて高価であることから装置全体の価格は高価となっている。また、冷凍機を用いて真空容器内部の超伝導コイルを冷却するために、コイル部分が大型になり、装置として小型で簡便である利点を生かし切れない。しかも超伝導コイルの熱容量が大きいために、冷凍機で所定の温度に冷却するのに必要な時間が長く、冷却をはじめてから測定開始までの時間が長いという問題があった。
【０００８】
上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明の出願人は、先に高温超伝導体を用いた核磁気共鳴装置を創案し出願した（特開平１１−２４８８１０号）。この装置は、真空断熱容器内で冷却され且つ磁場を印加された高温超伝導体が、超伝導電流が内部を流れることで磁場を捕捉して磁場供給部材となり、その磁場を主磁場とし、この磁場内に置かれた被測定物体のＮＭＲ信号を被測定物体に隣接した検出コイルとスペクトロメータで検出するものである。
【０００９】
この核磁気共鳴装置は、高温超伝導体の内部を超伝導電流が流れて磁場を捕捉して磁場供給部材となるので、高価な液体ヘリウムを用いずに従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成できる特徴を有している。
【００１０】
しかし、従来の高温超伝導体で発生する磁場分布は、図６に示すように、中心ほど強度の高い山状の分布となるため、均一な磁場を被測定物（試料）に加えることができない問題点があった。また、磁場を均一化するために、例えば、高温超伝導体から離れた位置に別の永久磁石又は電磁軟鉄等を設けると、その間に均一な磁場領域が形成できるが、磁場強度が大幅に低下する問題点があった。
【００１１】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明は、従来の超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム）を用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成でき、かつその静磁場の強度分布を均一化することができる核磁気共鳴装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内部に冷凍機の冷却部が配置された真空断熱容器（２２）と、前記真空断熱容器（２２）内で超伝導遷移温度以下に冷却され、中空円筒部を有する中空円筒体に形成され同軸かつ軸方向に並べて配置された複数の高温超伝導体（２０）と、前記真空断熱容器内に設けられ、カップ状に形成され、カップ状の内部に前記複数の高温超伝導体を同軸かつ軸方向に間隔を置いた状態で保持し、高温超伝導体の外周に接触する部分（１７ａ）と、複数の高温超伝導体の間に挟まれる部分（１７ｂ）とを有し、冷凍機の冷却部に接触する伝導部材（１７）と、該高温超伝導体の中空円筒部に設置され、該中空円筒部に挿入される被測定物体（１１）のＮＭＲ信号を検出する検出コイル（１２）と、を備え、前記真空断熱容器は、前記高温超伝導体の中空円筒部の中心部に挿入されるように複数の高温超伝導体の中空円筒部を貫通して軸方向に延びる中空筒状部分（２２ａ）を有し、この中空筒状部分に被測定物が挿入されて配置されるようになっており、前記高温超伝導体をその軸方向に着磁し、これにより中空円筒部に円筒軸方向に静磁場を発生させ、前記中空円筒部に形成された磁場内に置かれた被測定物体のＮＭＲ信号を検出コイルとスペクトロメータで検出することを特徴とする核磁気共鳴装置が提供される。
【００１３】
本発明の構成によれば、円柱形に焼成されたバルク磁石の中心に軸方向に穴を開けることによって、穴の内部に均一な磁場分布を得ることができる。
すなわち円柱形に焼成されたバルク磁石の中心に軸方向に穴を開けることにより、中空円筒形の高温超伝導体（２０）を形成することができ、この高温超伝導体にその軸心を中心とする超伝導電流を発生させて着磁することにより、従来の超伝導コイルと同様に機能させることができ、これによりコイルを巻いた状態と等価のほぼ均一な磁場分布が得られる。
従って、従来の超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム）を用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成でき、かつその静磁場の強度分布を均一化することができる。
【００１５】
また前記検出コイル（１２）は、真空断熱容器（２２）内に配置される、ことが好ましい。この構成により、真空断熱容器の中で外界と熱的に遮断され、高温超伝導体と同じ温度域に断熱下で冷却された検出コイル（１２）はサーマルノイズを低減し、かつ電気伝導度が改善されるため感度が向上する。
【００１６】
また、前記高温超伝導体（２０）は、その主成分がＲＥ-Ｂａ-Ｃｕ一Ｏで表せる酸化物超伝導体であり、銀あるいは白金あるいはセリウムのうち１種あるいは複数種を０ないし５０％含み、ＲＥはイットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものであって、絶対温度９０度Ｋ乃至９６Ｋの超伝導遷移温度をもつ超伝導相とその内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下の粒度で分散した組織を含んでいる。
【００１７】
絶対温度で９０Ｋ（ケルビン）以上の超伝導遷移温度Ｔｃをもつイットリウム系、ネオジム系、サマリウム系などの高温超伝導体を合成する際、原料を一旦融点よりも高く過熱して溶融し、再び凝固させるいわゆる溶融法で合成すると、粗大な結晶が成長した成形体が得られる。これを超伝導バルクと呼ぶ。その超伝導となる母相には絶縁相が微細に分散した組織が得られ、この分散相の存在に起因するピン止め点が磁束を捕捉して、超伝導バルクは擬似的な永久磁石として働く。
溶融法で合成した超伝導バルクは絶対温度９０Ｋ乃至９６Ｋの超伝導遷移温度をもち、超伝導相からなる１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の大型結晶と、その内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下（望ましくは１０μｍ以下）の粒度で分散した組織を含むことを特徴とする。
【００１８】
高温超伝導体を合成する際にその組織中に分散する同素体の絶縁相が５０μｍ以下の場合に良好な磁場捕捉性能が現れ、０.５Ｔ級の磁場を発生して本発明の用に供することができる。白金やセリウムを加えたある種の系では絶縁相は１０μｍ以下に抑えることができ、この場合は１Ｔ級の、あるいはそれ以上数Ｔに及ぶ極めて優秀な性能の磁場が捕捉でき、本発明を高度に利用可能となる。また銀を０〜５０％添加した系では合成段階や使用段階で導入され易い亀裂に発生伝播を防ぐ性質があり、より大型の高温超伝導体を健全に合成、使用できる利点がある。
かかる高温超伝導体を用いることにより、液体窒素の沸点７７Ｋをこえる絶対温度９０Ｋ以上において超伝導状態を実現できるだけでなく、より低温に冷却することにより従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成できる。
【００１９】
高温超伝導体の磁場の着磁を静磁場で行うことができる。従来の金属系超伝導コイルで強力な静磁場を発生させ、その磁場により高温超伝導体に磁場を捕捉させることにより、金属系超伝導コイルで発生できる強い静磁場を高温超伝導体に着磁させることができる。
【００２０】
また、高温超伝導体の着磁をパルス磁場によって行ってもよい。コイルに瞬間的に大きな磁場を発生させて高温超伝導体を着磁することにより、より簡単に高温超伝導体を着磁させることができる。
【００２１】
また、前記高温超伝導体の冷却を、冷媒中または冷凍機の冷却部分で、あるいは冷凍機で冷却された冷媒で超伝導遷移温度以下に冷却することが好ましい。これらの冷凍機は、液体窒素中またはパルス管冷凍機、ＧＭサイクル冷凍機、ソルベーサイクル冷凍機、スターリングサイクル冷凍機、ペルチェ冷凍機のうち１種又はそれらを組合わせた構成の冷凍機であることが好ましい。
【００２２】
冷媒としては窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、水素等の気体、液体、固体（ヘリウムを除く）を用いることができる。これにより、高温超伝導体の超伝導遷移温度（例えば約９０Ｋ）以下に容易に冷却することができる。
【００２３】
高温超伝導体の冷却に際しては銅などの金属、アルミナ単結晶などの伝熱体に直接、高温超伝導体を接触させて冷却し、その金属あるいは伝熱体を液体窒素などの冷媒あるいは上述の各種の冷凍機で冷却する構造が用いられてもよい。
【００２４】
更に高温超伝導体は冷凍機で冷却された液体窒素あるいはヘリウム、固体窒素ガスなどの液体又はガス、固体などの冷媒によって冷却される構造を用いてもよい。この場合には超伝導体と冷凍機が隔離されるために、冷凍機の機械的な影響を遮断できるため、より高精度な測定ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。図１は、核磁気共鳴装置の参考例の全体構成図であり、図２は図１の部分拡大図である。また、図１において、１３は高周波発生装置、１４はパルスプログラマ（送信器）、１５は高周波増幅器、１６はプリアンプ（信号増幅器）、２７は位相検波器（受信器）、１８はＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、２８はコンピュータである。
【００２６】
図１及び図２において、被測定物体１１はそのまわりに巻かれた検出コイル１２の内部にあり、高周波発振器とそれをパルスに成形するＧＡＴＥ部と、その高周波パルスを増幅するパワーアンプより、パルスが送信コイルを通して被測定物体に与えられ、そのパルスの直後より発生する自由誘導減衰（Ｆｒｅｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ，ＦＩＤ）を受信コイルにより受信し、後段の増幅器、位相検波器を通し、ＡＤ変換された信号がコンピュータに保存される。このデータをフーリエ変換することにより、ＮＭＲの分析結果がコンピュータ上に表示され、あるいはＭＲＩとしてマッピングされた情報となる。
【００２７】
参考例では、高温超伝導体２０は、中空円筒形であり、真空断熱容器２２内で超伝導遷移温度以下に冷却される。被測定物体１１は、この高温超伝導体２０の中空円筒部２０ａに挿入される。検出コイル１２は、中空円筒部２０ａの内側で被測定物体１１のＮＭＲ信号を検出するように巻いて配置されている。なお、高温超伝導体２０は、中空円筒部２０ａを有するカップ状であってもよい。この構成による本発明によれば高温超伝導体２０にその軸心を中心とする超伝導電流を発生させて着磁し、これにより中空円筒部に円筒軸方向に静磁場を発生させ、この磁場内に置かれた被測定物体のＮＭＲ信号を検出コイルと既存のスペクトロメータで検出する。
【００２８】
高温超伝導体２０は、その主成分がＲＥ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏで表せる酸化物超伝導体であり、銀あるいは白金あるいはセリウムのうち１種あるいは複数種を０ないし５０％含み、ＲＥはイットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものであって、絶対温度９０度Ｋ乃至９６Ｋの超伝導遷移温度をもつ超伝導相とその内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下の粒度で分散した組織を含むのがよい。
【００２９】
超伝導バルク２０は液体窒素中または冷凍機の冷却部分で超伝導遷移温度以下に冷却される。冷凍機は小型冷凍機が主に使われる。これらはパルス管冷凍機、ＧＭサイクル冷凍機、ソルベーサイクル冷凍機、スターリング冷凍機、ペルチェ冷凍機のうち１種あるいはそれらを組合せた構成が用いられ、寒剤（液体ヘリウム及び液体窒素）の煩わしい作業なく、超伝導バルクを冷却する。この後超伝導バルクにはパルス磁場によって着磁がされ、超伝導永久磁石として機能するようになる。この着磁は静磁場を印加しながら、超伝導遷移温度以下に冷却することによっても行われる。このように着磁された超伝導バルクは真空容器内部から磁場を発生しており、この磁場中に被測定物体を設置して磁場を与える。この被測定物体の周りには近接してコイルが設置され、発振検波器を通じてＮＭＲ信号が検出される構成である。
【００３０】
図１において、中空円筒形の高温超伝導体２０は、真空断熱容器２２の内部に設置し、これを冷凍機の冷却部２３（コールドヘッド）に接触させて固定する。真空断熱容器２２を真空ポンプ２４で減圧して断熱状態にし、冷凍機２５とその圧縮機２６を作動させて高温超伝導体２０の温度を下げて超伝導状態にする。
【００３１】
本発明の核磁気共鳴装置では、高温超伝導体２０の磁場の着磁を静磁場で行うことができる。すなわち、真空容器２２内の超伝導バルク２０を冷却して、その際または冷却後に従来の金属系超伝導コイル１９で強力な静磁場を発生させ、その磁場中にバルク磁石２０を配置し、磁場を印加した状態で冷却を行うことによって磁場を捕捉させる。金属系超伝導コイル１９は所定の温度まで冷却が完了し、磁場が捕捉された後に消磁し、取り外すことができる。この静磁場による着磁（Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｏｌ）により、着磁の際の高温超伝導体２０の温度上昇を回避できるので、非常に強い静磁場を高温超伝導体２０に捕捉させることができる。
【００３２】
高温超伝導体２０の磁場の着磁をパルス磁場によって行ってもよい。この方法（パルス着磁法）によれば、コイル１９に瞬間的に大きな磁場を発生させることによって、バルク磁石に着磁することができる。静磁場による着磁に比べて簡便な装置で手軽に着磁ができ、着磁後により低温に保持されることから磁場の安定性に優れるという利点がある。
【００３３】
図３は、本発明の核磁気共鳴装置の第１実施形態の部分拡大図である。この図において、２つの高温超伝導体２０が、互いに同軸かつ軸方向に間隔を隔てて配置されている。核磁気共鳴装置は、伝導部材１７を備える。伝導部材は、真空断熱容器２２内に設けられ、カップ状に形成され、カップ状の内部に複数の高温超伝導体２０を同軸かつ軸方向に間隔を置いた状態で保持し、高温超伝導体の外周に接触する部分１７ａと、複数の高温超伝導体の間に挟まれる部分１７ｂとを有し、冷凍機の冷却部に接触している。これにより熱伝導率の高い伝導部材１７が２つの高温超伝導体２０を保持し、かつ冷却部２３に接触して２つの高温超伝導体２０の温度を同一化するようになっている。この構成により、複数の高温超伝導体２０による静磁場を重層させてより強い静磁場をより広い領域に形成することができる。複数の高温超伝導体の重畳によって発生する静磁場の分布状態は、その着磁強度や互いの間隔により調整することができる。このため、複数の高温超伝導体は互いに同軸かつ軸方向に接する、あるいは任意の間隔を隔てて設置される。
また真空断熱容器２２は、高温超伝導体２０の中空円筒部の中心部に挿入されるように複数の高温超伝導体の中空円筒部を貫通して軸方向に延びる中空筒状部分２２ａを有し、この中空筒状部分に被測定物１１が挿入されて配置されるようになっている。
【００３４】
図４は、本発明の核磁気共鳴装置の第２実施形態の部分拡大図である。この図において、４つの高温超伝導体２０が、互いに同軸かつ軸方向に接するかあるいは間隔を隔てて配置されている。また熱伝導率の高い伝導部材１７が４つの高温超伝導体２０を保持し、かつ冷却部２３に接触して４つの高温超伝導体２０の温度を同一化するようになっている。この構成により、多数（この例では４つ）の高温超伝導体２０による静磁場を重層させて一層強い静磁場をより広い領域に形成することができる。検出コイル１２は真空断熱容器によって外界から熱的に遮断されて配置される場合と、真空断熱容器と接して超伝導体から熱的に遮断される配置がある。検出コイル１２が、真空断熱容器２２内に配置され、真空断熱容器から熱的に遮断されて高温超伝導体２０と同等の低温に冷却される構成に配置する場合には検出コイル（１２）を低温に保持してサーマルノイズを低減でき、電気伝導度が改善されるため感度が向上する。
【００３５】
【発明の効果】
上述した本発明の構成によれば、円柱形に焼成されたバルク磁石２０の中心に軸方向に穴を開けることによって、穴の内部に均一な磁場分布を得ることができる。
【００３６】
すなわち円柱形に焼成されたバルク磁石の中心に軸方向に穴を開けることにより、中空円筒形の、又は、中空円筒部を有するカップ状高温超伝導体２０を形成することができ、この高温超伝導体にその軸心を中心とする超伝導電流を発生させて着磁することにより、従来の超伝導コイルと同様に機能させることができ、これによりコイルを巻いた状態と等価のほぼ均一な磁場分布が得られる。
従って、従来の超伝導磁石の運転に不可欠な寒剤（液体ヘリウム）を用いることなく、従来の超伝導磁石に匹敵する強い静磁場を形成でき、かつその静磁場の強度分布を均一化することができる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで自由に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 核磁気共鳴装置の参考例の全体構成図である。
【図２】 図１の部分拡大図である。
【図３】 本発明の核磁気共鳴装置の第１実施形態の部分拡大図である。
【図４】 本発明の核磁気共鳴装置の第２実施形態の部分拡大図である。
【図５】 パルスＦＴＮＭＲの原理図である。
【図６】 従来の高温超伝導体の磁場分布図である。
【符号の説明】
１１ 被測定物体、１２ 検出コイル、１３ 高周波発生装置、１４ パルスプログラマ（送信器）、１５ 高周波増幅器、１６ プリアンプ（信号増幅器）、１７ 伝導部材、１８ ＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｎｔｅｒ）、１９ 金属系超電導コイル、２０ 高温超伝導体（超伝導バルク、バルク磁石）、２０ａ 中空円筒部、２２ 真空断熱容器、２３ 冷却部、２４ 真空ポンプ、２５ 冷凍機、２６ 圧縮機、２７ 位相検波器（受信器）、２８ コンピュータ
Claims (7)
- 内部に冷凍機の冷却部が配置された真空断熱容器（２２）と、
前記真空断熱容器（２２）内で超伝導遷移温度以下に冷却され、中空円筒部を有する中空円筒体に形成され同軸かつ軸方向に並べて配置された複数の高温超伝導体（２０）と、
前記真空断熱容器内に設けられ、カップ状に形成され、カップ状の内部に前記複数の高温超伝導体を同軸かつ軸方向に間隔を置いた状態で保持し、高温超伝導体の外周に接触する部分（１７ａ）と、複数の高温超伝導体の間に挟まれる部分（１７ｂ）とを有し、冷凍機の冷却部に接触する伝導部材（１７）と、
該高温超伝導体の中空円筒部に設置され、該中空円筒部に挿入される被測定物体（１１）のＮＭＲ信号を検出する検出コイル（１２）と、を備え、
前記真空断熱容器は、前記高温超伝導体の中空円筒部の中心部に挿入されるように複数の高温超伝導体の中空円筒部を貫通して軸方向に延びる中空筒状部分（２２ａ）を有し、この中空筒状部分に被測定物が挿入されて配置されるようになっており、
前記高温超伝導体をその軸方向に着磁し、これにより中空円筒部に円筒軸方向に静磁場を発生させ、前記中空円筒部に形成された磁場内に置かれた被測定物体のＮＭＲ信号を検出コイルとスペクトロメータで検出することを特徴とする核磁気共鳴装置。 - 前記検出コイル（１２）が、真空断熱容器（２２）内に配置される、ことを特徴とする請求項１の核磁気共鳴装置。
- 前記高温超伝導体（２０）は、その主成分がＲＥ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏで表せる酸化物超伝導体であり、銀あるいは白金あるいはセリウムのうち１種あるいは複数種を０ないし５０％含み、ＲＥはイットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものであって、絶対温度９０度Ｋ乃至９６Ｋの超伝導遷移温度をもつ超伝導相とその内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下の粒度で分散した組織を含むことを特徴とする請求項１又は２の核磁気共鳴装置。
- 高温超伝導体の磁場の着磁を静磁場で行うことを特徴とする請求項３の核磁気共鳴装置。
- 高温超伝導体の磁場の着磁をパルス磁場によって行うことを特徴とする請求項３の核磁気共鳴装置。
- 前記高温超伝導体の冷却を、冷媒中または冷凍機の冷却部分で、あるいは冷凍機で冷却された冷媒で超伝導遷移温度以下に冷却することを特徴とする請求項３の核磁気共鳴装置。
- 冷凍機がパルス管冷凍機、ＧＭサイクル冷凍機、ソルベーサイクル冷凍機、スターリングサイクル冷凍機、ペルチェ冷凍機のうち１種又はそれらを組合わせた構成である請求項６の核磁気共鳴装置。
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