JPH012635A - 磁気共鳴用極低温槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願との関係 この出願は、係属中の米国特許出願通し番号第０３３．
３２６号、第０３３．２９３号、第０３３．４２３号、
第０３３．３２９号及び第０３３゜３３０号と関連をａ
する。

発明の背景 この発明は多陵形極低温冷却器と磁気共鳴作像用極低温
槽を相互接続する為の直接接触熱界面装置に関する。

普通の磁気共鳴作像用極低温槽は、ヘリウム容器を取巻
く２つの熱放射遮蔽体を使うのが典型的であり、ヘリウ
ム容器の中に超導電磁石が入っていて、ヘリウム容器の
極低温槽の外部からの熱の漏れを最小限に抑えている。

２つの遮蔽体の内の外側の方が液体窒素の貯蔵容器であ
り、従ってこの遮蔽体の温度が約８０’Ｋに保たれる。

内側の遮蔽体が冷却用に浦抜きヘリウム・ガスを使い、
４０’にで動作する。

極低温冷却器を極低温槽内の熱遮蔽体に接続する為に主
に２つの取付は方法が使われている。その１番目は、極
低温冷却器と放射遮蔽体の間の界面抵抗を少なくする為
に、ヘリウム・ガス界面の熱伝導度に頼っている。この
形式では、ヘリウム容器の中に垂直に人込み、極低温冷
却器の低温ヘッドを層状のヘリウム・ガス柱の中に吊す
。その後、極低温冷却器のヒート・ステーションを遮蔽
体に取付けたリングで作る。ヒート・ステーションと遮
蔽体のリングの間に捕捉されたヘリウム・ガスの薄膜が
熱伝導通路を作る為に、界面抵抗が最小限に抑えられる
。

この方式は垂直取付は形式を必要とし、この為極低温冷
却器の位置ぎめに１ＩＩＩ等融通性がない。更に、ヘリ
ウム容器に入込むことを必要とするので、かなり１１２
雑になると共に、入込む時の幾つかの真空密な封じを保
証しなければならない。更に、ヘリウム容器の中に入込
むことにより、熱−音響撮動や、ヘリウム柱体を介して
の固体伝導の様に、ヘリウム容器への熱の漏れのメカニ
ズム及び源を導入する惧れがある。最後に、周囲とヘリ
ウム容器との間が直接連通ずる惧れがある為、極低温冷
却器を修理しなければならない時、磁石のクエンチング
を招く様な大規模な熱の漏れが起る惧れが大きい。

２番口の方法は、界面抵抗を最小限に抑える為に、固体
の２つの合さる部材の間の接触圧力に軸っている。この
形式では、極低温冷却器を真空に引いた井戸の中に吊す
。放射遮蔽体はこめ井戸をヒート・ステーションとし、
極低温冷却器及び極低温槽の間に適切な界面圧力を加え
る手段を必要とする。この方式は、極低温冷却器を修理
するのが容しになるとＪｌｊに、それを完全に取替える
自由がある。然し、界面圧力を必要とする結果、この界
面にかなりの；（ａさ及びコストが掛かり、或いは界面
の熱的な性能にかなりの犠牲を伴う。

この発明の目的は、磁気共鳴作像用極低温槽と極低温冷
却器の間に熱効果の大きいコストの安い界面を提供する
ことである。

この発明の別の目的は、極低温槽の真空を破壊せずに、
極低温冷却器を手入れすることが出来る様な界面を提供
することである。

発明の要約 この発明の一面では、開口を限定しである極低温槽の真
空容器を何する磁気共鳴用極低温槽を提供する。真空容
器の内側には放射遮蔽体がある。

ヒートφステージジンを持つと共にハウジングを有する
極低温冷却器低温端部のハウジングが極低温槽の真空容
器の開口を通り、それに対して気密に固定されている。

ハウジングが真空容器の一部分を形成する。極低温冷却
器低温端部のハウジングの段が放射遮蔽体に直結である
。極低温槽の真空を破地せずに、手入れの為に極低温冷
却器の内部部品を取出すことが出来る。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且つ明確に
記載しであるが、この発明の１］的及び利点は、以下図
面について好ましい実施例を説明する所から、更によく
理解されよう。

発明の詳細な説明 図面全体にわたって、同様な部分には同じ参照数字を用
いているが、第１図及び第２図に磁気共鳴用極低温１−
ｊ　１１か示されている。密閉された軸方向の中孔１５
をｔｊｆつ外側の閉じた円筒形の２′Ｊ空容器１３か、
８０　Ｋの閉じた円筒形の熱遮蔽体１７を取巻いている
。２０　Ｋの閉じた円筒形の熱遮蔽体２１及び磁（ｔを
収めた閉じた円筒形のヘリウム容器２３が８０　Ｋ遮蔽
体の内側に巣ごもりになっている。８０に遮蔽体、２０
に遮蔽体及びヘリウム容器はｒｉ’；Ｉれちその中を通
る密閉された軸方向の中孔を持っている。８０Ｋ及び２
０Ｉ＜遮蔽体は何れもアルミニウムの様な非磁性の熱伝
導材料で作られていて、夫々第３図及び第４図に全体が
示されている。遮蔽体の円形端面がボルト２７によって
アルミニウム・リング２５に固定され、このリングが、
第３図及び第４図に示す様に、円筒形遮蔽体の端に溶接
されている。ヘリウム容器２３はアルミニウムの様な非
磁性の熱伝導祠料で作られていて、第５図に全体が示さ
れている。へりラム容器の円形端面か円筒−にの所定位
置に溶接される。強磁性遮蔽体としても作用する真空容
器１３か圧延軟鋼板で作られており、軸方向の中孔部分
１５が非磁性のステンレス鋼で（（１４成されている。

圧延軟鋼阪の代りにインゴット鉄を使ってもよい。

真空容器の圧延鋼板の端面がステンレス鋼の中孔１５及
び圧延鋼板の円筒形の殻体の所定位置に溶接される。強
磁性遮蔽体の鋼の全ての溶着部は真空漏れがない様にし
なければならない。遮蔽体の内面は、真空中での脱ガス
を少なくする為に、防Ｑ＋’ｉ剤で処理する。脱ガスを
少なくするのに釘効な防錆剤の被覆は、シールド・エア
ー・コーポレーションから入トし得るボンドＲ１１２３
５及びコンテツクである。この代りに、遮蔽しない実施
例では、真空容器全体を非磁性のステンレス鋼で製造す
ることが出来る。

次に第２図、第６図、第７図及び第９図について、極低
１１１！槽の内側にあるヘリウム容器の半径方向支持装
置を説明する。ヘリウム容器２３が８本の繊維補強プラ
スチック曵合体の支持ストラップ３１により、真空容器
１３内で半径方向に支持される。４つのストラップがヘ
リウム容器２３の夫々の円形面にある。エポキシ・７ト
リクス中の繊維の容積割合を６０％にした一方向繊維を
主力とする１９合体を選択することにより、繊維補強プ
ラスチック；（合体のストラップに要求される熱的な性
能及び疲労寿命の性能を達成する。繊維は強い強度と大
きい弾性率、及び極低温に於ける低い熱伝導度を持つべ
きである。この用途にとって適切な繊維Ｈ科は、アルミ
ナ、黒鉛、炭化シリコーン及びＳ−硝ｒ・である。好ま
しい実施例のストラップは、カリフォルニア州のストラ
クチュラル修コンボジッツ・インダストリーズ社から人
手し得るＳＣＩ−ＲＥＺ−０８１哨子エポキシ祠料を含
浸したＳ−２繊維硝子の細長いループとして形成されて
いる。ヘリウム８器の夫々の端にある４本のストラップ
３１は同じ平面内にあって、円筒形の真空容器１３の円
形端面と牢行である。ヘリウム容器の夫々の端にあるス
トラップは、外側真空容器の中間１′、面に対して対称
的に配置されている。

各々のストラップが、Ｕリンク３５に保ｔ、＋７された
ピン３３から伸びる。Ｕリンク３５かねじ棒４１によっ
て、ヘリウム容器２１の而に溶接されたブロック３７に
固定される。ねじ棒４１の１端がＵリンク３５に螺合し
、他端がブロック３７内の開口を通って、ナツト４３及
びロックナツトによって固定される。ストラップ３１の
他端が、真空容器１３内の凹部に口く着された球形支持
体４５の」二を通る。この球形支ｔｊｔ体が旋回して、
ストラップを１１・、しく整合させ、こうして製造部品
の変動を補償する。この市しい整合により、ストラップ
がその幅にわたって一様に支持されることが保証され、
こうして最大の疲労寿命がｊｌ；られる。Ｕリンク、ね
じ棒及び球形支ｔＩ１体は、非磁性Ｈ科、好ましくはス
テンレス鋼で製造される。ブロック３７は非磁性材料、
好ましくアルミニウムで製造される。

軟鋼のカバー４７か真空容器の開口に溶接され、真空状
態を保持する。ヘリウム容２−の呂々の端にある４本の
ストラップ３１の夫々か、水弔甲面と４５°の角度を成
す。ヘリウム容２−の円形の谷々の端で、２本のストラ
ップがヘリウム容器の頂部の近くに係止され、２本が底
部の近くで係止される。頂部のストラップは水゛ト弔面
より４５″の角度たけド方に伸び、底部のストラップは
水平平面より１一方に４５°の角度で伸びる。ヘリウム
容器の一力の而にある１本の底部のストラップ及び１本
の頂部ストラップが真空容器を水平中ＩＢ目り面の近く
で通りぬけ、ヘリウム容器の一方の而にある他力の頂部
のストラップ及び他ノｊの底部のストラップが反対側で
水平平面の近くて真空容器を通りぬける。どのストラッ
プも交差しない。ストラップ３１が２０　Ｋ及び８０Ｋ
ｇ蔽体の開口をも通る。

ストラップ３１は何れも編んだ銅ケーブル５１゜５３に
よって夫々２０　Ｋ及びｌｌｌ０Ｋ遮蔽体をヒート・ス
テーションとし、室温を持つ真空容器１３から伝わる伝
４による熱を遮る。ヒート・ステーション作用をするス
トラップ５１．．５３を持つ１つの支持ストラップ３１
が第８図に示されている。

ヒート・ステーション作用をするストラップ５１゜５３
が、ストラップ３１の長さに沿った場所で、伝熱性エポ
キシにより、１夏合体ストラップ３１のループの両側に
固定される。ストラップ５１．５３は、編組の孔を通る
リベットにより、遮蔽体に固定される。ブロック３７に
設けられたナツト４３の調節により、ストラップの張力
が変わる。半径方向支持体が対称的に配置されることに
より、外側真空容器が小さな温度痩化を受けた時、ヘリ
ウム容：；＝の軸方向中心線が外側真空容器の軸方向中
心線に対して動かないことが保証される。外側真空容器
がヘリウム容器内の磁石に対する自己遮蔽作用を行ない
、作像に必要な磁石の中孔に於け・る−様な磁界の均質
性を保とうとすれば、２つの　　□中心線の間の相対運
動を許すことが出来ないから、これは重要なことである
。

次に第６図、第７図及び第１０図を参照して、極に温槽
内のヘリウム容器２３の軸方向支持装置を説明する。ヘ
リウム容器２３が真空容器１３から、４本の複合ストラ
ップ５５によって軸方向に支１ｊｉされる。ストラップ
５５は、ヘリウム容器を半径方向に支持する場合と同じ
材料の細長いループとじて形成されるが、半分の幅であ
る。ストラップ５５が、円筒形ヘリウム容器の中心を通
る水平平面に沿って伸びる。４本のストラップ５５の各
々の１端がピン５７によって支持され、ストラップ５５
がその周りを通る。ピンがＵリンク６１に保持されてお
り、このＵリンクがねじ棒６３に固定されている。２本
のストラップに対するねじ棒が、真空容器の一方の円形
面を通り、ナツト６５及び図面に示してないロックナツ
トがねじ棒６３に螺合し、張力を調節する。残り２本の
ストラップに対するねじ棒が真空容器の反対側の円形面
を通り、同様に固定されている。ストラップ５５は、ヘ
リウム容器から半径方向に伸びる、キャップ形フランジ
つきの４つのトラニオン６７の内の１つに、各々のスト
ラップの他端をループ状に通すことによって、ヘリウム
容器に接続される。トラニオン６７は、円筒の中心を通
る水平下面上にあり、円筒の中心平面の両側にある２つ
のトラニオンが、軸方向に対称的に配置されている。中
心平面の人々の側に於けるトラニオンの軸方向の位置は
、ストラップを取付けた後、ヘリウム容器の熱収縮によ
ってストラップに加えようとする予備荷重の大きさによ
って決定される。トラニオンが中心線から離れ〜ば離れ
る程、円筒の中心に向う収縮が一層大きくなる。支持ス
トラップ５５が２９　Ｋ及び８０に遮蔽体の開口を通り
、夫々編んだ銅ケーブル７１．７３によって２０Ｋ及び
８０　Ｋ遮蔽体をヒート・ステーションとしている。ス
トラップ７１．７３が、ストラップの長さに沿った場所
で、１１２合体ストラップ５５のループの両側に取付け
られる。第１１図には、ヒート・ステーション作用をす
るストラップ７１．７３を持つ軸方向支持ストラップ５
５が示されている。ヒート・ステーション作用をするス
トラップがリベットによって遮蔽体に固定される。Ｕリ
ンク６１及びトラニオン６７を用いた接続により、スト
ラップ５５が回転出来る様にし、これによって製造時の
変動を補償する。

８０に遮蔽体１７は管状支柱７５により、ヘリウム容器
２３から゛１６径方向に支持される。支柱７５は圧縮状
態にあって、ヘリウム容器の各々の円形面にの３個所で
、ヘリウム容器に溶接されたアルミニウム・ブロック７
４に固定されている。支柱は各々の端に内ねじをｔｌｊ
ち、それからねじ棒が伸びている。１本の支柱が各々の
面のに面から垂直ノＪ゛向に伸び、２０　ＩＣ遮蔽体を
通りｇｏＫ遮蔽体に固定されている。他の２本の支柱７
５が、互いに並びに垂直の支柱から等間隔で、ヘリウム
容器の各々の而に取付けられていて、２０Ｋｉ蔽体を通
り、８０に遮蔽体に固定される。２本の支柱が水（１′
、に対して人体４５°の角度をなし、遮蔽体の中心を通
る水平ｂ 固定される。各々の支柱７５が編んだケーブル７６によ
って２０Ｋｆｉ蔽体をヒート・ステーションとする。８
０に遮蔽体が、第７図に示す様に、容器の１端にたけ配
置された２木の支柱７７により、軸方向に支持される。

この支柱がヘリウム容器の円形面にねじ棒によって固定
され、２０　Ｋ遮蔽体を通り、支柱７７の端から伸びる
ねじ棒に螺合する２個のナツトにより、軸方向支持カバ
ー７８に固定される。支（１７７は編んだケーブル７９
により、２０ＫＭ蔽体をヒート・ステーションとする。

全ての支柱７５．７７は熱伝導戊の小さい非磁性＋」科
で（１モ成され、両端に内ねしをｔｊｊつ肉厚の薄いＧ
−１０ＣＲ哨了−繊維管であることが好ましい。

第７図について説明すると、２０に遮蔽体２１か６本の
非磁性支持体によって８０Ｉ＜遮蔽体１７から支持され
る。これらの支持体は熱伝導度か小さく、１−ドに取付
は孔を持つ０／９０哨ｒ工ポキシ積層体の０１０鐵維硝
Ｔ−１１Ｑ８０で（＆成されることが好ましい。各々の
板か、２０に遮蔽体の円形面から伸びるアルミニウム・
ブロック８１にナツトとボルトによって固定される。板
の他ｊ：ｉａが８０に遮蔽体の内側にあるスペーサ・ブ
ロック８３内に固定される。ブロック８１．８３は、板
８０が遮蔽体の円形面と・１胃〒に伸びる様に保証する
。各々の端にある３つの仮８０が円周ツノ向に互いに等
間隔てあって、１つの沢が８０に、４蔽体の底から第７
図に示す２０に遮蔽体の底まで垂直に伸びる。

ボルト孔の間で潤った板の半径方向の長さは、冷却した
時のアルミニウムの２０Ｋ及び５ｏＫｓ蔽体の相対的な
収縮を埋合せて、仮に対する応力を減少する様に調節さ
れる。仮は輔ノｊ向の支持作用を持つ位に厚手である。

ストラップ３１．５５及び支柱７５に対する各々のねじ
取付は個所には、２つの部祠からなる整合外れワッシャ
３８が使われている。これらのワッシャは非磁性材料、
好ましくはステンレス鋼で製造され、製造部品の変動に
よる整合外れを補償する。こういうワッシャは、ストラ
ップ及び支柱が正しく整合して取付けられる様に保証し
、こうして組立て時に支持体に損傷を招く惧れのある荷
車が加わらない）、′Ｑにする。ワッシャは５°まで回
転することが出来る。

１ｕ合体の支１ｊｆストラップ３１，５５及び支柱７５
．７７のヒート・ステーションを設けたことにより、！
（合体ストラップ及び支柱に沿った温度分イＩＩを変え
ることが出来る。ストラップ及び支柱の熱伝導疫が、−
層低い温度では一層小さくなり、ス！・ラップ及び支柱
の一部分のヒート・ステーション作用によって、−層低
い温度では、他の場合よりも一層長い、ストラップの長
さにわたって８戊を一層低くするから、ストラップ及び
支柱を介して伝導する熱が減少する。熱を遮り、それを
遮蔽体に方向転換することにより、ヘリウム容器に対す
る熱伝導を史に減少する。

第１２図に超導電磁石８５がヘリウム容器内にある状態
が示されている。真空容器の外側に設けられる、第１図
に示した充填管８７を介して、ヘリウム容器に途中まで
液体ヘリウムを充填する。

充填ボート８６が充填管８７に結合され、この管が８０
１（遮蔽体、２０　Ｋ遮蔽体を通り、第３図、第４図及
び第５図に示す様に、ヘリウム容器の下側部分に入込む
。第１２図について説明すると、超導電ワイヤの巻線９
１が非磁性の円筒形コイル巻’Ｃ２９３の外側の周りに
直接に張力を加えて巻装されている。この巻型には別々
の主コイルを受入れる溝が加工されている。第１２図に
は、６個の別々の主コイルが示されている。巻型は繊維
硝子で製造することか好ましい。設けるコイルの数は、
磁石の中孔に希望する所定の作像容積にわたる磁界の一
様性によって変わる。磁界の一様性を一層高くしようと
すれば、−層多くのコイルが必要である。鋳物又は鍛造
品を変更するのに比べて、繊維硝子の巻型に溝を加工す
るのは簡単である為、コイルの数を増やすことによって
、磁石の中孔に於ける磁石の磁界の一様性を容易に改連
することが出来、しかも製造コストの増加は極く僅かで
ある。

主コイルは巻型の１端から他端まで逐次的に巻装するこ
とが好ましく、コイルを直列に接続するが、更に曳雑な
巻装順序も容易に用いることが出来る。第１２図乃至第
１５図について説明すると、円周方向の満は、厚さ０．
００５乃至０．０１０吋のポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）テープ９５の様な減摩材料の薄膜で内張す
され、超導電ワイヤの巻線９１とコイル巻型の間に摩擦
の小さい界面を作る。この代りに、コイル巻型の表面に
ＰＴＦＥ又は２硫化モリブデン彼覆を適用して、超導電
ワイヤと接触させてもよい。

超導電ワイヤは、典型的には矩形断面を持つ裸線であっ
て、銅のマトリクスに超導電体のフィラメントを埋設し
たもので構成することが出来る。

超導電ワイヤは、ノメツクスのレース巻テープ９５の様
な耐熱性の芳香族ポリアミド繊維のレース巻テープを約
５０％を覆う様に、螺旋形に巻付けることによって電気
絶縁する。この時、ワイヤの表面の半分が、磁石の動作
中、液体ヘリウムと接触し、核発生プールの沸騰によっ
て冷却される。

超導電体の安定性は、ワイヤの動きによる摩擦発熱があ
った場合、超専電体のフィラメントから鋼のマトリクス
へ電流が移る時の液体ヘリウムへの熱散逸によって決定
される 磁石を付勢する時、各々のコイルに対する電磁的な負荷
により、半径方向外向きの力が加わり、これと共にコイ
ルを磁石の中心平面へ引き付ける軸方向の力が働く。コ
イルの軸方向の力が、円周方向の溝の后によって支えら
れる。半径方向の力は、超導電ワイヤのフープ張力と、
大部分はステンレス鋼のワイヤの重ね巻９７によって部
分的に支えられる。ワイヤの重ね巻は、絶縁耐力の大き
い材料の薄いシート１０１により、コイルの外面から隔
てられている。この材料は、液体ヘリウム温度でもその
性質を保っている。誘電体材料としては、繊維硝子のシ
ート又は積層プラスチックを使うことが出来る。シート
１０１は、このシートを所定位置に配置する前に、コイ
ルの方を向く面に軸方向の溝１０３が加工される。シー
トは円周方向に２個又は３個の部材として適用すること
が出来る。前と同じく、超導電ワイヤ９１と接触するシ
ート１０１の面にＰＴＦＥの内張り１０５を使う。シー
ト１０１は半径方向に伸びるスペーサ１０７により、コ
イルの溝の壁から軸方向に隔てられる。スペーサが、隣
合ったスペーサの間にシート１０１の軸方向の溝に対す
る通気通路を作る。

スペーサ１０７は繊維硝子材料で構成される。シー）１
０７にある軸方向の溝が、磁石のクエンチングがあった
場合、コイルの内側から隣合ったスペーサの間の通気通
路へ、ヘリウム蒸気を逃がす。

重ね巻９７は、超導電ワイヤ９１を豐通の動作中に支持
する為だけでなく、磁石のクエンチング状態の際、過渡
的な発熱の結果として、超導電体のターンが座屈して互
いに乗り上げない様に拘束する為にも、張力を加えて巻
装される。例えば、０．５Ｔの磁石で、コイル巻型の内
径が４６．５吋、外径が５０　１／８吋である時、超導
電体の巻線は３０ポンドの張力で巻装し、これに対して
市ね巻は４０ポンドの張力で巻装する。

繊維硝子の巻型９３は弾性率が超導電体９１及び重ね巻
９７に比べて小さいので、超導電体及び重ね巻に十分な
張力を加えて、電磁的な負荷が加わった時、コイルが巻
型から離れるのを防止することが出来る。更に、繊維硝
子の巻型は、巻型の繊維を巻装する方向を制御すること
により、超導電体及び重ね巻の両方よりも、円周方向の
熱収縮が一層小さくなる様に巻装する。繊維硝子の巻型
は、エポキシで湿層したＥ硝子の繊維硝子フィラメント
を用いて、心棒に巻装した。９０°のループを形成する
円周方向の巻線層に続いて、何れも＋４５°の層及び−
４５°の層で構成された４層か続き、その後円周方向の
侠線層が来て、史にその後十及び−４５°の４層か続く
と云う巻線パターンを、所望の厚さが達成されるまで用
いた。その結果、巻線及び１１ｔね巻の張力は、−層低
い温度で増加して、超導電磁石を付勢した時、コイルと
巻型が離れるのを更に防！１−する。

１ｒね巻が電磁的にコイルに対して密結合であるから、
クエンチング状態の際、コイルのエネルギのかなりの部
分が、重ね巻の循環電流によって散逸される。この為、
コイルの重ね巻が、クエンチングの際の磁石保護回路と
して作用する。クエンチングの際、重ね巻回路の誘起電
流の分布を一様にする為、初め及び終りの導線は、巻型
に固定した２つの板１１１，１１３の間で、第１２図に
示す様に電気的に短絡しなければならない。これらの阪
は、真鍮の様な非磁性祠料で製造されるが、１Ｒね巻の
ワイヤの交差する両端を、ワイヤの直径より小さい−ｒ
−２形成した溝の中にしっかりと圧縮する。板１１１，
１１３はねじ結合部材によって互いに締付けられている
。各々の主コイルに対するステン１ノス鋼の市ね坪は、
短絡した１ターンに電気的に相当するしのである。

一体の遮蔽体を用いると、極低温槽の外側容器１３がＭ
Ｒ磁石の強磁性遮蔽体として作用する。

極低温槽の形状が極低温条件及び真空条件によって決定
されるから、超導電の主巻線は、強磁性遮蔽体が存在す
る状態で磁界の均質性が最大になる様に合成しなければ
ならない。第１６図には、遮蔽体１３の一部分が、主コ
イル９１の位置、並びに磁界の高い一様性を希望する中
孔の中心の容積に対して示されている。非磁性放射遮蔽
体１７゜２１、ヘリウム容器２３及び支持体は、それら
が存在しても、磁界の決定には影響しないので、図面に
示してない。極低温槽の外側容器が強磁性遮蔽体として
作用する様な１体遮蔽形の磁気共鳴用磁石を製造する工
程が第１７図に示されている。

最初に、ブロック１２３に示す様に、極低温槽の条件４
トびに極低温槽の外側真空容器の真空条件に基づいて、
遮蔽体の形を決定する。ブロック１２５で、所望の磁界
強度を持つ磁石に対する一トコイルの数、その軸方向及
び゛ト径方向の位置並びにアンペアターン数の最初の近
似を選ぶ。この最初の近似は、同じ磁界強度を持つ磁石
に対する空心の設計であってよい。ブロック１３１で、
ディジタル・イクイップメント・カンパニイによって製
造されるＶＡＸの様なコンピュータにょるａ限要素アル
ゴリズムによる主コイル及び鉄の遮蔽体の有限す素解析
を行ない、第１６図の容積１２７で示す様な、磁石の中
孔内の高い一様性を持つ容積に於ける関心のある種々の
点に於ける軸方向の磁束密度を決定する。このＨ限要素
アルゴリズムが、鉄の遮蔽体の磁化をも決定する。判定
ブロック１３３で、軸方向の磁束密度の高い一様性を持
つ容積内に於ける種々の点の間のピークｐｐｍ誤差を検
査して、幾らかでも改縛があるがどうかを調べる。ｐｐ
ｍ誤差が最小値に達しなければ、ブロック１３５で、遮
蔽体の磁化を球面調（【１関数の球数展開を行なって、
磁界の一様性が１５い容積１２７内の関心が持たれる各
点に於ける遮蔽体の軸方向磁束密度の寄与を決定する。

特定された軸方向の磁束密度から、遮蔽体の軸方向の磁
束密度に対する寄り−を減算して、コイルによる所望の
寄与を決定する。所望の寄！７は、有限要素解析によっ
て決定された軸方向の磁束密度ではなく、例えば０゜５
テスラと云う、特定された軸方向の磁束密度を使うから
、実際の寄与ではない。ブロック１３７で、特定された
軸）ｊ向の磁束密度から、計算による鉄の寄与を減算す
ることによって決定された鉄の寄りの近似を考慮に入れ
る為に、主コイルの設計を変更する。繰返しニュートン
・ラフソンの方式を用いて、コイルの合成を行なう。こ
の合成の１’ｌ　ＦＩ−１度は、コイルの対の数の２倍
である。これは、各々のコイルの対に２つの自由度、す
なわち平径方向の位置は一定であるが、可変の軸方向の
位置とアンペアターン数か、又はアンペアターン数は一
定であるが、可変の軸方向の位置と十径方向の位置が許
されるからである。例えば、コイル６個の磁Ｇは６つの
自由度を持っている。空間内の任意の所定の点に於ける
軸方向磁束密度Ｂ７をビオサバールの法則を用いて計り
する。関心のある容積山に−様な磁界を達成する為、関
心のある容積内に、自由度の数と同じ数の点を選び、こ
れらの点に於ける軸方向磁束密度を特定する。その後、
希望に応じて、半径方向の位置は一定であるが、軸方向
の位置とアンペアターン数又はアンペアターン数が一定
であるが、可変の軸方向の位置と半径方向の位置と云う
コイルの対のパラメータをニュートン・ラフソンの方式
を用いて決定する。−旦計算機で適当なアルゴリズムを
使ってコイルの再合成が行なわれたら、ブロック１３１
で、コイル及び一定の鉄の遮蔽体の形状の有限要素解Ｆ
斤を丙び実施する。鉄の寄与を＋−１び近似し、コイル
を再合成して、１１合成されたコイル及び一定の鉄の遮
蔽体の形状に対して釘限要素解＋Ｉｉを適用した時、判
定ブロック１３３で、関心のある容積内の計算された磁
界のピークｐｐｍにそれ以１−の改迫が認められないと
判るまで行なう。ブロック１４１の次の工程は、一番新
しい再合成に従ってコイルを製造し、その後ブロック１
４３に示す様に、コイルを１体の遮蔽体の中に位置ぎめ
することである。

第１図、第３図、第４図及び第５図について説明すると
、２０Ｋ及び８０Ｉ（ｉＱ蔽体は、ヘリウム容器２３か
らのヘリウムの蒸発によって冷却される。これが、軸方
向に前後に動きながら、各々の遮蔽体の周りを円周方向
に通気配管１５７が通ってから、極低温槽の外側に達す
る様にする蛇行通路を通る間、熱を吸収した後に、通気
口１５５を介して真空容器の外へ逃がされる。第６図及
び第７図には充填及び通気配向を示してない。第１図及
び第１８図について説明すると、２段の極低温冷却器に
よって余分の冷却作用が行なわれる。内部の動作部品を
取除いた極低温冷却器のハウジング１６１が示されてい
る。この２段形極低温冷却器を、動作中、２つの遮蔽体
１７．２１に結合して、極低温槽１１の熱的な性能を改
善する。極低温冷却器の取付は方が、基部の近くにある
真空容器の１端の近くにある場合を示しであるが、任意
の向きにすることが可能であり、装置を一体化すること
が容易になる。極低温冷却器は、直結界面を用いて極低
温槽に結合される。極低温冷却器の低温ヘッド争ハウジ
ングが２つのヒート・ステーション１６３．１６５を持
ち、これらを取付けられた極低温冷却器が夫々８０Ｋ及
び２０にの温度に保ツ。低温ヘッド・ハウジングが極低
温槽１１の真空空間内に直接的に取付けられている。極
低温冷却器のハウジング１６１のフランジ１６７が真空
容器に溶接され、低温端が極低温槽の真空内に来る様に
する。極低温冷却器のハウジングにあるヒート・ステー
ション１６３．１６５が、夫々可撓性の編んだ銅ケーブ
ル１６９．１７１を介して熱放射遮蔽体１７．２１に直
結になっている。

ケーブル１６９．１７１は、遮蔽体と極低温冷却器の低
温ヘッド・ハウジングの間のトｌ対運動が出来る様にし
ながら、熱抵抗を最小限に抑える様な寸法である。

編んだケーブル１７１の１端が極低温冷却器のヒート・
ステーション１６５に溶接され、編んだケーブルの他端
が遮蔽体２１にボルト締めになっている。従って、合計
の熱界面の抵抗は、溶青部、編んだケーブル及びボルト
締め継［１の抵抗で構成される。電子ビーム溶接を使う
ことにより、銅の編組がヒート・ステーションに実質的
に溶着し、熱接触抵抗を除く。低温端ハウジングを収容
する為、８０に遮蔽体の一部分は、遮蔽体を切取って、
低温端を挿入する為の場所を作るアダプタ片１７３を遮
蔽体１７に溶接することによって変更する。

ヒート・ステーション１６３がケーブル１６９に溶接さ
れる。ケーブル１６９が、アダプタ１７３にボルト締め
になっているリング形アダプタ１７５に溶接される。好
ましい実施例で使う編んだケーブル１７１は所要の可撓
性、並びに熱フンダクタンスを最大にする為の銅の長さ
と実効断面積の比が得られる様に、小さいワイヤ寸法（
ＡＷ１３６）で作られる。ボルト締め継目に於ける遮蔽
体と編組の間の圧力は、ボルトの数をｉｌｌに増やすこ
とによって、強めることが出来る。この為、界面の熱的
な性能は、最小限のコストで、同等余計な複雑化を伴わ
ずに制御することが出来る。

極低温槽と極低温冷却器の間で共通の真空を使い、極低
温冷却器のハウジングのフランジを真空容器に溶接する
ことにより、真空の乱れの惧れが最小限になる。ヘリウ
ム容器は大きな極低７．１！ポンプ而を持ち、これは真
空空間内に空気又は湿気があれば、それを凍結させ、嵌
低温槽、従って極低ｌＡａ冷却器内に高真空を保つ助け
になる。極低温冷却器の修理又は手入れが必要になった
時、極低ｉＡＡ冷却器の内部部品をハウジング１６１か
ら取出しても、真空を壊すことはない。

極低温槽を組立てる際、軸方向支持ストラップは夫々キ
ャップつきフランジ６７を持つ１つのトラニオンの上に
ループ状に通す。ヒート・ステーション作用をするスト
ラップ７１を２ｏＫａ蔽体に固定する。磁石８５を収容
したヘリウム容器２３を、真空容器１３内にある２つの
遮蔽体１７゜２１の内側に配置する。８０　Ｋ容器には
、第９図及び第１０図に見られる多層絶縁物１７７を蓚
付ける。遮蔽体及び真空容器の円形の端は未だ所定位置
にない。ヒート・ステーション作用をするストラップを
固定した半径方向支持ストラップ３１を真空容器内の開
口から挿入し、球形支持体４５によって保持する。半径
方向ストラップか８０　Ｋ及び２０Ｋｉ７蔽体の開口を
通り、ヘリウム容器の円形面に溶接されたブロック３７
にストラップが固定される。半径方向支持ストラップの
張力を：Ｊ！１節し、ヘリウム容２：（を真空容器内で
中心合せする。

この発明の設置１は、ヘリウム容器を直接観察すること
が出来る様になっているから、ヘリウム容器がその１囲
の円筒に囲まれていて、ヘリウム容器の位置を確認する
為にプローブを使わなければならない様な支持装置より
も、位置ぎめが一層容易で一層確実である。管状支！＋
７５がヘリウム容器のブロック７４に固定され、２０に
遮蔽体を通り、その他端が８０に遮蔽体に固定される。

半径方向支持ストラップ３１のヒート・ステーションを
持つストラップ５１．５３か２０　Ｋ及び８０に′８蔽
体に固定される。管状支柱のヒート・ステーション作用
を持つストラップ７６が２０に遮蔽体に固定される。半
径方向ストラップが通る遮蔽体の開口が、アルミ化マイ
ラーの様な熱反射材料の薄いシート１８１によって閉じ
られる。

軸方向支柱７７がヘリウム容器の円形の１端に固定され
る。２０に遮蔽体の円形端板がねじ２７によってリング
２５に固定され、′１４径方向ストラップが円形の端の
開口を通り、軸方向支柱７７が一方の円形の端を通抜け
る。ヒート・ステーション用ケーブル７９が２０ＫＭ蔽
体に固定される。

熱反射材料のシート１８１が、２０　Ｋ遮蔽体を通る各
々のストラップの周りに配置される。スペーサ・ブロッ
ク８３が８０に遮蔽体の内側に固定され、仮８０がそれ
に取付けられる。編んだケーブル１７１が、極低温冷却
器のヒート・ステーション１６５に溶１をされているが
、これが２０に遮蔽体２１にポル！・締めされる。

多層の絶縁物１７７で覆われた８０に遮蔽体の円形の端
が、８０１（遮蔽体の夫々の端に固定される。軸方向支
柱７７が軸方向支持体のカバー７８に固定される。軸方
向支持ストラップ５５のヒート・ステーション作用をす
るケーブル７３か、８０に遮蔽体の円形の端に固定され
る。極低温冷却器の界面のアダプタ片１７５が所定位置
に固定される。真空容器の円形の端が所定位置に溶接さ
れ、軸方向支持ス］・ラップの張力を調節する。カバー
６５．４７を所定位置に溶接し、この後真空容器を真空
に引くことが出来る。

この発明で使う半径方向及び軸方向の腹合ストラ・ｌブ
支持装置は、ヘリウム容器に〆イに体ヘリウムを満たし
、２０Ｋ及び８０に遮蔽体が通常の動作ｌ！！度にある
時、その設計張力を持つ様に設計されている。極低ｌＨ
槽は、真空容器を真空に引いて、低温で輸送される。然
し、現場での作業中、極低温槽の破損が起って、極低温
槽を工場に戻す必要が起ることがある。複合ストラップ
支持装置は、極低温槽が動作温度にない時でも、容器を
支持する様に作用することが出来、疲労荷重が支持装置
の設計寿命に悪影響を及ぼすことがない。

遮蔽体に対する懸架装置により、同等張力調節を必要と
けずに、板を単にボルト締めによって所定位置に固定す
ることにより、−層容弓に組立てが出来る。

然し、半径方向支持ストラップの…／Ｉ−の向きは１［
要である。極低温槽の軸方向中心線に対して（ｎｒれも
Ｉｎ直な９０°離れた２本の軸線（これらは必ずしも垂
直軸線及び水平軸線ではない）の間の対称性が保たれて
いる限り、ストラップの全体としての形は縦軸線の周り
に回転することが出来る。

以には、極低温冷却器及び磁気共鳴用極低温槽を相互接
続する熱界面として、コストが安く、効果があって、極
低温槽の真空を破らずに、極低温冷却器の修理が出来る
様にする熱界面を説明したものである。

この発明を好ましい実施例について説明したが、この発
明の範囲内で種々の変更が可能であることは明らかであ
る。従って、特許請求の範囲は、この発明の範囲内に含
まれるこの様な全ての変更を包括するものであることを
承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の磁気共鳴作像用極低温槽の斜視図、 第２図は第１図の端面断面図、 第３図は゛磁気共鳴作像用極低温槽の８０Ｉ（放射熱遮
蔽体の斜視図、 第４図は磁気共鳴作像用極低温槽の２０に熱遮蔽体の斜
視図、 第５図は磁気共鳴作像用極低温槽のヘリウム容器の斜視
図、 第６図は第１図の磁気共鳴作像用極低温槽の１端の一部
分を切欠いた斜視図、 第７図は第１図の磁気共鳴作像用極低温槽の他端の一部
分を切欠いた斜視図、 第８図はこの発明のヒート・ステーション作用をする編
んだケーブルを持つ半径方向支持ストラップの斜視図、 第９図は磁気」（鳴用極低ン１す槽に於けるヒート・ス
テーション作用をするケーブルの取付は方及び半径方向
懸架ストラップの１端の取付は方を示す一部分を切欠い
た斜視図、 第１０図は極低温槽の部分的な断面図で、軸方向支持装
置の一部分を示す。 第１１図はこの発明のヒート・ステーション作用をする
２本の編んだケーブルを持つ軸方向支持ストラップの斜
視図、 第１２図は第５図の一部分を切欠いた断面図で、この発
明による超導電磁石巻線を示す。 第１３図は超導電ワイヤ及びステンレス鋼の市ね港ワイ
ヤを所定位置に配置した磁石巻線支持体の部分的な、軸
線に対して垂直な断面図、第１４図は超導電ワイヤを持
つが、ステンレス鋼のｉｒＩね巻を持たない場合の磁石
巻線支持型の一部分を半径〕ｊ向の断面図、 第１５図は部分的な重ね巻テープを持つ超導電ワイヤの
一部分の斜視図、 第１６図は１体の遮蔽体として作用する真空容器、磁石
巻線、及び所望の磁界の一様性が高い容積の相対的な位
置を示す極低温槽の断面図、第１７図は１体の遮蔽体を
持っＭＲ磁石を作る工程を示すブロック図、 第１８図は極低温冷却器との界面を示す極低温槽の断面
図である。　　゛ 主な符号の説明 １３：真空容器 １７．２１：遮蔽体 １６１：ハウジング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．開口を限定する極低温槽の真空容器と、該真空容器
   の内側にある放射遮蔽体と、 ヒート・ステーションを持つと共にハウジングを含む極
   低温冷却器低温端部とを有し、該ハウジングは前記極低
   温槽の真空容器の開口を通って真空容器に気密に固定さ
   れて真空容器の一部分を形成しており、極低温冷却器低
   温端部のハウジングのヒート・ステーションが前記放射
   遮蔽体に直結になっていて、この為、極低温槽の真空を
   破壊せずに、極低温冷却器の内部部品を取出すことが出
   来る様にした磁気共鳴用極低温槽。
2. ２．極低温冷却器低温端部のハウジングのヒート・ステ
   ーションに伝熱コネクタの１端が固定され、該コネクタ
   の他端がねじ結合部材によって前記放射遮蔽体に固定さ
   れている請求項１記載の磁気共鳴用極低温槽。
3. ３．前記極低温冷却器のハウジングが極低温槽の開口に
   溶接されている請求項２記載の磁気共鳴用極低温槽。
4. ４．開口を限定する極低温槽の真空容器と、該真空容器
   内に巣ごもりになった２つの放射遮蔽体と、 ２つのヒート・ステーションを持つと共にハウジングを
   含む２段形極低温冷却器低温端部とを有し、該ハウジン
   グは前記極低温槽の開口を通って真空容器に気密に固定
   されて該真空容器の一部分を形成しており、極低温冷却
   器低温端部のハウジングの各々のヒート・ステーション
   が１つの放射遮蔽体に直結になっていて、極低温槽の真
   空を破壊せずに、極低温冷却器の内部部品を取出すこと
   が出来る様にした磁気共鳴用極低温槽。
5. ５．極低温冷却器低温端部のハウジングの各々のヒート
   ・ステーションに伝熱コネクタの１端が固定され、該コ
   ネクタの他端がねじ結合部材によって放射遮蔽体に固定
   されている請求項４記載の磁気共鳴用極低温槽。
6. ６．前記極低温冷却器のハウジングが前記極低温槽の開
   口に溶接されている請求項５記載の磁気共鳴用極低温槽
   。