JPH0265204A - 極低温剤を用いない磁気共鳴用の超導電磁石 - 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】 発明の背景 この発明は磁気共鳴診断装置に使われる−様な磁界を発
生するのに用いられる超導電磁石（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ
ｕｃｔｉｎｇ　ｍａｇｎｅｔ）に関する。

現在の超導電磁気共鳴用磁石は、その動作に、液体ヘリ
ウムが、又は液体ヘリウムと液体窒素の何れかの極低温
剤を必要とする。超導電磁石で液体ヘリウムが使われる
のは、冷却の為たけでなく、磁石の巻線を動きによって
誘起される不安定性に対して安定化する為でもある。極
低温剤が磁石の動作中に蒸発して失われ、従って極低温
剤の周期的な送出し及び極低温剤の追加を必要としてお
り、それに伴って極低温剤の安全」−の危険か生ずる。

更に、極低温剤を使うと、極低温剤収容容器は、磁石の
クエンチ又は極低温剤収容容器を取巻く容器内の真空が
失われた結果としての圧力サージに耐える様に圧力容器
法規に従って作らなければならないので、極低温槽の構
造か複雑になる。重量のある極低温槽収容容器は、極低
温槽収容容器を真空容器内に位置ぎめし、しかも真空容
器を取巻く周囲温度から収容容器への熱伝導及び放射を
最小限に抑える為に複雑な支持体及び遮蔽体を必要とす
る。

極低温槽収容容器を取巻く真空容器へのヘリウムの漏れ
が、大抵の超導電磁石に於ける普通の故障原因である。

真空容器に漏れるヘリウム・ガスが、真空容器を取巻く
周囲温度から超導電コイルを収容した極低温剤収容容器
への良好な熱伝導を招く。

極低温剤、特にヘリウムのコストか高くなりっ＼あり、
経済的に回収可能な供給源が限られている。

世界のいろいろな地方で、ヘリウムを入手出来ない所も
多く、従って、ニオブ・チタン（ＮｂＴｉ）の超導電体
に基づく磁気共鳴作像（イメージング）装置を運転する
ことか出来ない。

医者の診療所及び遠隔の地域では、手足の末端、***Ｘ
線造影撮影法、側頭骨関節及び小さな器官の医療診断に
、特殊用磁気共鳴作像装置に対する広い需要がある。

この発明の１」的は、消耗性極低温剤を使う必要のない
磁気共鳴作像用超導電磁石を提供することである。

この発明の別の目的は、現在利用し得る同じ磁界強度の
磁石に較べて、寸法、コスト及び重量か減少し、且つ信
頼性が高くなった磁気共鳴作像用超導電磁石を提供する
ことである。

この発明の別の目的は、ヘリウム容器又は窒素によって
冷却された熱遮蔽体を必要としない磁気共鳴作像用超導
電磁石を提供することである。

この発明の別の１」的は、現在利用し得る同し磁界を持
つ超導電磁石に較べて、円筒形超導電巻線の直径が一層
小さく、こうして必要とする超導電体の分量を減らすと
共に、クエンチで散逸しなければならない磁石の蓄積エ
ネルギを減少する磁気共鳴作像用超導電磁石を提供する
ことである。

この発明の別の目的は、患者の視野が広く開放していて
、閉所恐怖症が深刻にならない様な磁気共鳴作像用超電
電磁石を提供することである。

発明の要約 この発明の一面では、消耗性極低温剤を必要としないか
或いは極低温剤の液体又は蒸気による超電電コイルの冷
却を必要としない磁気共鳴作像用超電電磁石が、超電電
線の樹脂含浸コイルを備えている。樹脂よりも熱伝導度
の高い熱伝導手段が、含浸コイルの少なくとも１つの面
の長さに沿って、含浸コイルと接触している。熱放射遮
蔽体が含浸コイル及び熱伝導手段がら隔たっていて、そ
れを取巻いている。真空にひくことが出来るハウジング
が遮蔽体から隔たっていて、それを取巻いている。ハウ
ジングが遮蔽体、熱伝導手段及び含浸コイルを支持する
。多段形極低温冷却器がハウジング内に取付けられ、極
低温冷却器の１段が熱放射遮蔽体に熱結合され、この遮
蔽体に結合された段よりも一層低い温度を達成すること
が出来る別の段が熱伝導手段に結合されていて、この為
コイルを極低温剤の液体又は蒸気の中に浸漬することな
く、真空内で超電電動作を行うことができる。

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、この発明の構成、作用及びその他の目
的並びに利点は、以下図面について説明する所から最も
よく理解されよう。

発明の詳細な説明 図面全体にわたり、同様な部分には同じ参照数字を用い
ているが、極低温剤を持たない超電電磁石の幾つかの実
施例が示されている。磁石は高温超導電体、即ち、実施
例ではニオブ錫（Ｎｂ３Ｓｎ）を使って動作する様に設
計されている。磁石は、ギフオード・マクマホン（Ｇｉ
ｆｆｏｒｄ　ＭｃＭａｈｏｎ　）サイクルに基づく信頼
性の高い２段形極低温冷却器によって直接的に冷却され
る。１．５Ｔまでの磁界で動作する円筒形の磁石では、
磁石の形状は、超電電体内のピーク磁束密度が出来るだ
け低くなる様に構成されている。この条件は、９　″Ｋ
又はそれ以」二の高温に於けるＮｂ３　Ｓｎｎ超電電体
本質的な磁界対電流能力によって要求されるものである
。

４Ｔよりずっと高いピーク磁界は、１０　″Ｋに於ける
かなり高い電流密度によって対処することが出来ない。

巻線のピーク磁界を下げる為、硝子繊維の絶縁物を一層
多く使うことにより、又はクエンチの伝搬及び巻線のフ
ープ強度を改善する為に安定材のストランドを一緒に巻
くことによって、巻線の電流密度を下げなければならな
い。長くて細いコイル・モジュールは短くて太いものよ
りも、ピーク磁界が低いから、巻線を軸方向に広げて、
第１図及び第１０図の実施例に示すように長くて細いソ
レノイドの形にする。

次に第１図について説明すると、遮蔽された真空容器ま
たはハウジング１５内に一体のエポキシ含浸巻線１３を
持つ円筒形の磁気共鳴用磁石１１が示されている。円筒
形の繊維で補強した巻型が、この実施例では硝子繊維の
巻型２５で構成されているが、その軸方向の中心平面に
対して対称的に配置されたスロット内に、６つの巻線１
７．１８゜１９．２０，２１．２２が巻装されている。

第１図、第２図、第３図及び第４図について説明すると
、円筒形の硝子繊維巻型２５が、−様な厚さを持つ殻体
として製造され、その扱銅のコネクタに対するくりぬき
を持つ様に加工される。このコネクタは軸方向及び円周
方向に伸びる部分３１，２７を持っている。円周方向部
分はコイル巻型の途中までしか伸びていない。動作中の
ブスバー（ｂｕｓ　ｂａｒ　）の抵抗値を小さくする為
に、ブスバーの軸方向部分に設けた溝の中で何本かの超
電電線をはんだ付けすることが出来る。ニオブ錫超導電
体の相互間に超電電性を持つ継目を作るのは困難である
。銅コネクタを使って６つの巻線を直列に結合する。銅
コネクタが、エポキシを用いて、硝子繊維巻型２５に結
合される。銅コネクタを所定位置に置いて硝子繊維巻型
を再び加工して、円周方向に伸びる６つの巻線スロット
を設け、コネクタの円周方向部分がこのスロットの両側
に来る様にする。この加工の際、片側はスロットの底、
反対側はスロットの頂部の近くで、円周方向に伸びる銅
コネクタ２７に桟部３３を加工する。銅のマトリクス中
のニオブ錫超導電体で構成された超電電線３５及びこの
実施例では絶縁銅線で構成される安定材３７のストラン
ドが、スロットの中に一緒に巻装される。Ｎｂ３　Ｓｎ
及び銅線が、スロットの底にある銅コネクタの桟部には
んだ付けされて、４巻線の始めとし、第４図に示す様に
硝子織布４１によって隔てられた層に分けて巻装される
。超導電線及び安定材は、巻線の層毎にはんだ付けする
ことが好ましい。はんだ付けの前に安定材から絶縁物を
取去り、例えばテープを使って接続部を再び絶縁する。

やはり第４図に示す様に、コイルを巻装する前に、スロ
ットの内張りとしてやはり硝子布を使う。スロット内の
巻線が、スロットの反対側にある銅コネクタの桟部３３
に対するはんだ接続で終端する。

第４図に示す様に、銅箔４３の閉ループが、何層か毎に
、例えば３層又は４層毎に巻線内に分布している。銅箔
は硝子布の絶縁物により、その」二下が巻線の層から隔
てられている。箔を部分的に重ね合せてはんた付けし、
巻線を包む様にして、導電ループを形成する。ループの
一部分を細くして、次の層を開始する為に、２本の線が
ループに沿って伸びる様に一緒に巻くことが出来る様に
する。任意の巻線で使われる銅の閉ループの数が、利用
し得る場所の広さ、必要とするクエンチ保護及びコスト
の様な幾つかの因子によって決定される。軸方向に伸び
る銅コネクタ３１か隣合った円周方向の銅コネクタ２７
を結合する。この様に超電電体を巻装して終端すると、
超導電線を損傷する惧れのある様な、各々のコイルの初
め又は終りに於ける尖ったアングル形のターンを設けな
くて済む。絶縁銅線３７を超導電線と一緒に巻装するこ
とにより、ピーク磁界が制御され、クエンチ伝搬が改善
される。銅コネクタの」二方に配置された充填材４５が
エポキシによって銅コネクタに結合されて、一定半径の
外周面を作る。充填材は例えばＧ−１０で構成すること
が出来る。第３図に示す様に、巻装されたコイルの上に
ステンレス鋼線４７を巻付けて、磁石が一杯の磁界を持
つ時、コイルに作用するローレンツ（Ｌｏｒｅｎｚ）力
に対する支持作用を強める。

ステンレ鋼の様な熱伝導材料のリング５１がコイル巻型
２５の両端にボルト締めされる。リングは、第４図に示
した硝子繊維のコイル巻型にある軸方向のスロットと整
合した円周方向の溝５３を持っている。軸方向のスロッ
ト５５がコイル巻型の長さにわたって伸び、巻型」二の
巻線の間にある円周方向スロット５６によって互いに相
互接続される。銅の様な熱伝導度の高い非磁性材料をコ
イル巻型の外側に巻付けて殻体５７を形成するが、これ
が第２図及び第３図に示されている。殻体は、薄板の両
端を重ね合せてはんだ付けし、殻体の縁をステンレス鋼
のリング５１に固着する為に熱伝導度の高いエポキシを
使って取付けられる。低温に於ける熱伝導度が高い点、
並びに硝子繊維の巻型２５と温度による収縮が密接に釣
合う点で、殻体には電解に強いピッチ（ＦＴＰ）銅を使
うことか好ましい。アルミニウムの殻体を使う場合、硝
子繊維の巻型に結合しようとする面は、アムケム・プロ
ダクツ・インコーポレーテット社の商品名であるアロゲ
イン（商標）１２００Ｓの様な市場に出ているクロム酸
化学変換被覆を用いて、又は重クロム酸ナトリウム−硫
酸方法、又はクロム酸−硫酸方法又はアルコール−燐酸
方法又は陽極酸化の様な同様な方法を用いて処理し、エ
ポキシ接着剤に対する結合をよくする。更に結合をよく
する為に、サンド・ブラスティング又はローレット加工
の様な粗面化を用いてもよい。銅の殻体に対する表面処
理の好ましい方法は、コレクチカット州のエントン・イ
ンコーポレーテット社の商品名であるエボロール（登録
商標）“Ｃ”特殊黒色キュブリック酸化物被覆を使うこ
とである。別の方法として、亜硫酸アンモニア方法、塩
化第２鉄方法又は塩化水素酸−塩化第２鉄方法又は重ク
ロム酸ナトリウム−硫酸方法かある。

コイル巻型の両端で、はんだ付けにより、又はインジウ
ム圧力継目を使うことにより、ブスバ６１．６３が円周
方向コネクタ２７に結合される。

ブスバーが絶縁体６４上でコイルの中心平面に向って伸
びる。コイル、コイル巻型、リング及び殻体の完成した
集成体をエポキシで真空含浸する。

この含浸は、集成体を１端で立て＼、リング５１の管継
手（図面に示してない）を介して下端にエポキシを導入
することによって行なうことが出来る。リング５１の円
周方向の溝５３が、巻型の中の全ての軸方向のスロット
５５にエポキシを分配するのを助ける。別の円周方向の
スロット５６が、巻線の内部全体にわたり、並びに巻型
２５と殻体５７の間にエポキシを良好に分配するのを助
ける。

含浸の後、磁石集成体は、遮蔽体６５によって取囲まれ
るようにして、真空ハウジング１５の内側に取付ける。

この遮蔽体は銅又はアルミニウムで作ることが出来る。

ブスバーは、コイル相互間の電流を通す他に、コイル相
互間の熱ブリッジとなり、クエンチの際に発生された熱
を樹脂含浸コイルの内部から隣接するコイルへ運び、ク
エンチが他のコイルに拡がる速度を高める。クエンチが
層に拡がるのが速ければ速い程、磁石のエネルギを散逸
し得る面積が一層大きくなる。

次に第１図、第５図及び第６図について説明すると、コ
イル巻型２５が遮蔽された真空ハウジング１５内に、半
径方向及び軸方向ケーブル懸架装置によって懸架される
。半径方向懸架部は、真空にひくことが出来るハウジン
グに対してコイル巻型が半径方向に移動するのを防ぐも
のであるが、４本のケーブル６７．６ｇ、６９．７０と
、対７３ａ及び７３ｂ、７５ａ及び７５ｂ、７７ａ及び
７７ｂ、７９ａ及び７９ｂに分けて配置された８本のケ
ーブル緊張材を有する。ケーブル緊張材がハウジング１
５の外側に固定される。真空にひくことが出来るハウジ
ングの各々の端で、２対のケブル緊張材を用い、多対の
ケーブル緊張材が、末端リング５１を通る仮想の直径方
向の線が真空にひくことが出来るハウジングから出て来
る場所の両側で、円周方向に隔たる様に配置される。各
々のケーブルは、１端が多対の対応する１つのケブル緊
張材に取付けられた後、ハウジングの開口及び遮蔽体６
５を通抜けてから、リングの外面にある夫々１つの溝８
１の中を、リングに沿って半分以上伸びる。その後、各
々のケーブルは遮蔽体及びハウジングの開口を通抜け、
その対の他方のケーブル緊張材に固着される。

ケーブルは１／４吋のステンレス鋼線索又は１７４吋の
アラミド繊維ケーブルで構成することが出来る。ケーブ
ルがねじ棒８３に終端し、このねじ棒が例えばしのぎ継
手によってケーブルに固定される。ケーブル緊張材は、
鋼製ハウジングに溶接された加工された鋼索係止延長部
で構成される。

ケーブル係止部の外側には、１対のねじ棒を予定の角度
で受入れる２つの孔がある。皿形座金８７及びナツト８
５がケーブルの端を固定し、ケーブルが冷却する間、ケ
ーブルに張力がか一つだ状態に保つ。この代りに、皿孔
をハウジングに適当な角度で設け、ケーブルを直接的に
ハウジングに固着してもよい。ハウジング１５が気密に
とゾまる様に、磁石を組立てた後、多対の緊張材の上の
所定位置に気密カバー９１を溶接する。

第６図には、コイル巻型の軸方同感架部が示されている
。ハウジングに対するコイルの軸方向の動きを防ぐ為、
４本のケーブル９３，９４，９５゜９６の夫々１端がル
ープになっていて、このルプが４つのトラニオン９７の
夫々１つに引掛けである。トラニオンは互いに向い合っ
て配置されており、コイル巻型の各々の側面に２つのト
ラニオンがある。各々の側面にあるトラニオンは、コイ
ル巻型の軸方向中心平面に対して軸方向に対称的に隔た
っていて、巻型に固定されている。トラニオンは軸方向
中心平面に接近して設けて、磁石が冷却され、コイル巻
型が収縮する時の、ハウジングに対するトラニオンの動
きを制限する。各々のトラニオンにループを引掛けたケ
ーブルが、真空ハウジング１５の一番近い方の端に向っ
て軸方向に伸びる。組立ての際の調節を簡単にする為、
ケーブルの１端又は両端は、ハウジングの両端を通抜け
る代りに、ハウジングに取付けられた滑車１０１の周り
に半径方向外向きに廻す。ケーブルがハウジングの開口
を半径方向に通って固定手段に至る。この固定手段は緊
張ボルト１０３で構成されており、ケーブルをその周り
に巻イ」け、Ｕ字形ブラケット１０５かハウジングから
ボルトを支持している。ナツト及び固定ナツト１０７が
緊張ボルトに設けられていて、ホルトがブラケットに対
して回転しない様にする。

次に第５図、第７図及び第８図について説明すると、遮
蔽体６５の支持部か示されている。遮蔽体６５は、コイ
ル巻型に固定されていて、巻型から半径方向に伸びる９
本のスペーサによってコイル巻型から支持される。６つ
のスペーサ１１１が、円周方向に等間隔て半径方向外向
きに伸びる３本ずつのスペーサの２つの群に分けて配置
されている。

スペー→ノｌｌｌは何れも肉厚の薄いＧ−１０１”］筒
であって、円板形プラク１１３か１端にあり、他端には
露出したねし山を持つプラグ１１４がある。プラグはや
はりＧ−１０で作ることが出来るが、これか剛性を持た
せる。スペーサ１１１が、コイル巻型２５の熱伝導スリ
ーブ１１５を通抜ける孔の中に配置されている。スリー
ブがフランジつきの端を持ち、この端がコイル巻型の銅
の殻体５７に固着されている。スリーブの他端が半径方
向内向きに伸ひ、内ねじを持つ開口を持っていて、これ
かプラグ１１４のねじ山を設けた端を受入れる。ねじ山
を設けたプラグ１１４に溝孔１１６があり、これかスペ
ーサの内部まで伸び、磁石を真空にひく際、スペーサの
通気をするのに役立つと共に、スペーサのプラグ１１３
側の端かコイル巻型の先まで伸びる様に、スペーサを巻
型から半径方向外向きに調節する為のねし廻し用の溝孔
となる。スペーサ１１１はコイル巻型を取巻く遮蔽体６
５を巻型又は殻体５７から隔てると共に、そのとの部分
とも直接的に接触しない様にする。

次に第５図、第７図及び第９図について説明すると、コ
イル巻型の軸方向中心平面１１８に沿って円周方向に相
隔たって、コイル巻型の内部から伸びる３本のスペーサ
１１７が、遮蔽体６５の内の、コイル巻型より内側にあ
る部分を隔てた状態に保つ。スペーサ１１７は肉厚の薄
いＧ−１０円筒で構成されていて、１端に円板形プラグ
１１９か挿入され、絶縁何科のリング１２０が他端を取
囲んでいる。リング１２０の外面にはねじ山が設けられ
ている。スペーサ１１７かコイル巻型の開［］内に配置
される。開口の殻体側の端にねし山が設けられている。

スペーサ１１７が所定位置に螺イＨ７１，、コイル巻型
から半径方向内向きに突出する。

９本の半径方向のスペーサの他に、何れもコイル巻型の
各々の軸方向の端に２つずつある４本のスペーサ１２１
が、遮蔽体の両端かコイル巻型に接触しない様に、開口
内に位置ぎめされている。

全てのスペーサ１１１，１１７，１２１は、開口内に配
置されるが、開口内にある端を除いてコイル巻型と接触
しないようになっており、またコイル巻型とそれに隣接
する遮蔽体との間の距離よりも長さか長くなっており、
その為、スペーサの実効熱通路は、コイル巻型と遮蔽体
の間の距離よりも大きくなる。

組立ての際、真空圧力含浸した硝子繊維のコイル巻型を
、両端を取外した真空ハウジングの内側に配置する。軸
方向懸架装置の４本のケーブルをトラニオンにループ状
にかける。内側及び外側の円筒と２つの末端リングで構
成される遮蔽体の外側円筒をコイル巻型の上に滑りはめ
にする。組立ての便宜の為、コイル巻型は、やはり１端
の」二に立てたハウジングの内側で、１端で立たせるこ
とが出来る。最初はコイル巻型の外側と殆んど面一に引
込めたスペーサ１１１を、コイル巻型の内部から接近し
得る調節用溝孔を使って、外向きに仲はし、コイル巻型
と放射遮蔽体の外側円筒の間の間隔を調節する。スペー
サ１１７が、コイル巻型から半径方向内向きに一定距離
だけ突出するが、最初の取付は後は、調節か出来ない。

スペーサ１２１かコイル巻型の両端から一定距離だけ突
出する。スペーサ１１７，１２１は普通は遮蔽体と接触
しないで、短かな距離だけ離れていて、組立てを容易に
すると共に、熱伝導通路を少なくする。

輸送中の様に、磁石が震動した場合、スペーサ１１７．
１２１は遮蔽体とコイル巻型の間の接触を防止する。典
型的には、輸送中の重力より大きいピークの加速度は、
あらゆる方向に１ｇである。

磁石はコイルが超電電の状態で輸送されるから、遮蔽体
とコイル巻型の間の直接接触を避けるへきである。軸方
向懸架ケーブルか遮蔽体を通抜けるようにして、遮蔽体
の末端リングが所定位置にボルト締めされる。−旦ケー
ブル懸架部が所定位置に配置され、正しく張力がかけら
れると、遮蔽体の両端は所定位置にボルト締め又は溶接
することが出来る。

スペーサ１１７，１２１が、遮蔽体の撓みを制限するバ
ンパーとして作用するが、スペーサ１１１．１１７，１
２１は何れも、遮蔽体の塑性変形があった場合、又は遮
蔽体が丸さを失った時、熱の漏れが最小限になる様に設
計しなければならない。

磁石と遮蔽体の間のすき間が３／８吋であって、コイル
巻型の厚さが１吋である場合、熱通路長は３．７倍に増
加することが出来る。熱伝導の通路が増加するが、支持
体は、圧縮荷重に於ける支持体の座屈の惧れがあること
を念頭において設計しなければならない。最も簡単な真
直ぐな管状の柱の設計では、長さ１吋で、両端を円板形
押着体によって締付けた硝子繊維エポキシの臨界的な座
屈荷重の内輪の推定値は、自由端モデルを使って表わす
ことか出来る。即ち Ｐｃｒ＝　（７，５Ｘ１０６）ｔ２　　　　（１）こ＼
でＰｅｒはポンド数で表わした臨界荷重であり、ｔは吋
で表わした半径方向の厚さである。遮蔽体の質量が３０
０ポンドで、最小限２本の垂直方向の支持体によって合
計２ｇの動的な荷重を支える場合、Ｐｃｒは３００ポン
ドでなければならない。従って、管の最小の厚さは０．
００６３吋である。厚さ０．０１０吋の管にすれば、適
当な安全率が得られる。

遮蔽体の公称の動作温度である５０　°Ｋから１０　°
Ｋまて、直径５／８吋で、厚さ０．０１吋の管に沿った
熱の漏れは６［ＩＩＷである。従って、１１本の支持体
が０．０６６Ｗの合計熱負荷を表わすが、これは０．０
３°にと云う磁石の動作温度にとって無視し得る増加で
ある。この熱の漏れは、コイル巻型を取巻く銅の殻体に
よって冷却器に運ばなければならないので、その熱の漏
れを殻体に伝える銅スリーブに外向きの半径方向の支持
体が取付けられる。内側の半径方向の支持体がコイル巻
型の外径に螺着され、その為、その熱が直接的に殻体に
入る。軸方向の支持体をコイル巻型にある金属の末端リ
ングに螺着し、こうしてその熱を直接的に銅の殻体に伝
える。

第１図に示す様に、極低温冷却器１２３が、円筒形集成
体の中心平面にある磁界の小さい領域内で、垂直サービ
ス・スタック１２５内に位置ぎめされる。このスタック
が外側の真空ハウジング１５及び熱放射遮蔽体６５を通
る。極低温冷却器の第２及び第１のヒート・ステーショ
ンが殻体５７及び遮蔽体６５と緊密に接触していて、直
接的な熱伝導による冷却により、温度を夫々１０６Ｋ及
び５０°に以下に維持する。ブスバーが第２のヒート・
ステーションに対して熱的に連結される。

永久的に接続された導線がサービス・スタックに沿って
伸び、両方のヒート・ステーションに熱的に連結される
と共に、ブスバー６１．６３に電気接続される。１９８
８年７月５日に出願された係属中の米国特許出願通し番
号節２１５，１１４号に記載されている様な極低温冷却
器の低温ヘッド界面ソケットを第１図の実施例に使うこ
とが出来る。

極低温槽の真空ハウジング１５が、高さ１２訳の天井を
持つ標準的な病院の室内に磁石を取付けるのに典型的に
要求される様に、半径３ｍ及び長さ８ｍの円筒面の中に
０．５Ｔ磁石の５ガウスのフリンジ磁界を収容する為の
受動形磁気遮蔽体として設計されていることが示されて
いる。

１実施例の０．５Ｔ磁石では、第１図のコイルは、直径
０．０１８吋のＮｂ３　Ｓｎ裸線と直径０．０１８吋の
絶縁銅線を用いて巻装される。層間硝子布絶縁物は０．
００４吋であり、導体に流れる電流は５８アンペアであ
る。

遮蔽した真空ハウジングを用いると、５ガウスの線は、
中孔の中心から測定して半径方向に２゜９ｍであり、中
孔の中心から軸方向に測定して４゜０ｍである。中孔の
中心に置いた直径５０ｃｍの球形容積の表面上の非均質
性は、６５ｐｐｍであり、中孔の中心に置いた直径４０
ｃｍの球形容積では１５　ｐｐｍである。

第１０図には、個別に巻装したコイルを持つ超電電磁石
１３１が示されている。３対のコイル１３５と１３６．
１３７と１３８、及び１３９と１４０が、Ｎ１ｇ　Ｓｎ
裸線と安定材のストランドとを用いて一緒に巻装されて
いる。この安定材が第１０図の実施例では絶縁銅線であ
る。Ｎｂ３　Ｓｎ線及び銅線は少なくとも各々のコイル
の初めと終りで電気接続する。個別に構成したコイル巻
線は、層の間に硝子繊維布の様な絶縁層を入れて、真空
エポキシ含浸し、全てのコイルは、各々の超導電コイル
の外側の重ね巻きの硝子繊維の厚さを調節することによ
り、同じ外径を持つ様にする。何層か毎に、例えば３層
又は４層毎に、銅箔の閉ループを使って、前に説明した
様にクエンチに対する保護を行なう。円筒形殻体の硝子
繊維スペーサ１４３を用いると共にコイルを組立て＼、
円筒形集成体を形成する。この時、コイルの対は、円筒
形殻体の中点の周りに、軸方向に対称的に配置される。

例えば銅のブスバーを用いて、スペーサの外側にある軸
方向に伸びる溝（図面に示してない）の中でコイルとコ
イル導線の接続を行なう。円筒形集成体を加工して、滑
かな円筒形外面が得られる様にする。この集成体を熱伝
導度の高い殻体１４５の内側に接着剤で結合する。この
殻体は巻線の側面及び内径を包み込むように熱伝導度の
高い銅又はアルミニウムで作られる。導線１４７，１４
９が大体円周方向の同じ位置で、巻線から伸びている。

導線は熱伝導度の高い殻体から電気絶縁されている。こ
の熱伝導度の高い殻体によって包み込まれたコイル集成
体が、熱放射遮蔽体１５１の中に位置ぎめされるが、こ
の熱放射遮蔽体はコイル集成体から隔たっている。

第１１図を参照して説明すると、殻体の中でコイルが、
第１図でコイル巻型を支持するのに使った懸架部と同様
な半径方向及び軸方向ケーブル懸架部により、真空ハウ
ジング内に懸架される。ステンレス・リング１５３か外
面に１本の円周方向の溝を持っていて、それか銅の殻体
１４５にボルト締めされる。４本のケーブル１５５，１
５６゜１５７．１５８及び８本のケーブル緊張月１６１
ａと１６１ｂ、１６３ａと１３６ｂ、１６５ａと１６５
ｂ、１６７ａと１６７ｂを同じ様に使う。

ケーブル緊張材は前に説明した様に位置ぎめするが、ケ
ーブルの接続の仕方が異なる。各々の端に更に２本のケ
ーブルを使うが、各々のケーブルが、円周方向に最も接
近している各々の対のケーブル緊張材の内の一方の間に
接続される。各々のケーブルは円周方向の溝の中をリン
グの周りに半分未満だけ伸びている。軸方向の支持は前
と同じである。遮蔽体１５１が、前に説明したように、
離散的な場所でコイル集成体から支持される。

２段のギフオード・マクマホン形極低温冷却器１２３が
、外側の真空ハウジング１７１及び熱放射遮蔽体１５１
を通抜ける垂直サービス・スタック１２５内で、円筒形
集成体の中心平面内の磁界の弱い領域内に配置される。

極低温冷却器の第２段は、約９°にで動作するが、熱伝
導度の高い殻体と緊密に接触している。冷却器の第１段
は、約５０　°にで動作するが、熱放射遮蔽体が１５１
と緊密に接触している。

第１１図に示した１実施例の磁石で、磁石の中孔の磁界
が１，５Ｔである時、磁石の巻線を通る電流は５０アン
ペアである。超導電コイルは直径０．０４３ｃｍのＮｂ
３　Ｓｎ裸線を、やはり直径０．０４３ｃｍの絶縁銅線
と一緒に巻装して構成される。

Ｎｂ３　Ｓｎ裸線は直径５ミクロンの１５００本のフィ
ラメントと共に１個の心を有する。銅とマトリクスの比
は１．５である。この線は例えばニューヨーク州のイン
ターマグネティラス・ゼネラル・コポレーション社から
入手することが出来る。層間絶縁の厚さは０．０１０ｃ
ｍである。Ｎｔ）３　Ｓｎ線の直径が０．０４３ｃｍの
場合の磁石の負荷線が第１２図に示されている。予想さ
れる非均質性は、磁石の中孔の中心に置いた直径５０ｃ
ｍの球形容積の表面で２９ｐｐＩＩｌであり、磁石の中
孔の中心に置いた直径４０ｃｍの球形容積の表面で４　
ｐｐｍである。

磁気共鳴作像装置に使うのに適した混成形超電電／抵抗
形磁石１７９が第１３図、第１４図及び第１５図に示さ
れている。２つのエポキシ含浸超導電コイル１８１，１
８３が何れもアルミニウム・リング１８５に支持されて
いる。こう云うリングはエポキシ含浸コイルの外面に締
りばめになっている。２つのコイルは互いに隔たってい
て、平行な平面内にあり、それらの中心はこれらの平面
に対して垂直に伸びる線上にある。アルミニウム・リン
グ１８５は、コイルの外面を取巻く他に、互いに向い合
うコイルの面を覆っている。コイルが４つの中実な（即
ち中空でない）アルミニウム柱１８７によって隔てられ
ている。これらの柱はアルミニウム・リングの内、コイ
ルの向い合う面を覆う部分の間に固着されている。コイ
ル及び柱が、各々の柱及びコイルを個別に取巻く熱遮蔽
体１９１により取囲まれている。コイル及び熱遮蔽体が
、３つの懸架柱１９４によって真空ハウジング１９３の
内側に支持されている。各々の懸架柱は２つの同心のＧ
−１０薄肉管１９５，１９７で構成されていて、巻線を
支持する。これらの管の外面は放射率を下げる為に、ア
ルミ化マイラーで覆うことが出来る。内側の管１９５の
１端が、アルミニウム・リング１８５に固定したアルミ
ニウム・ブラケット２０１と接触している。内側管の他
端が、中心開口２０５を持つアルミニウム・カップ２０
３の中に支持されている。このカップは同心の２番目の
管１９７の１端にも固定されている。同心の２番目の管
の他端がリング２０７によって懸架されている。このリ
ングが、同心の２本の管１９５，１９７を取巻く同心の
３番目の管２１１によって支持されている。同心の３番
目の管２１１は、同心の２番目の管１９７を支持する他
に、熱遮蔽体１９１をも支持する。同心の３番目の管の
他端がリング２１３により、やはり同心の３本の管の支
持体を個別に取巻く真空ハウジング１９３に固定されて
いる。この支持体にある内側の管１９５及び３番目の管
２１１は圧縮を受けるが、２番目の管１９７は張力を受
ける。懸架柱は、冷却の際、真空ハウジングに対する遮
蔽体及び巻線の半径方向の熱収縮が出来る位の可撓性が
ある。

真空ハウジング１９３及び熱遮蔽体１９１は何れも横方
向に分割したトロイドとして作られる。

熱遮蔽体の外側を銀で覆って、その熱放射率を下げるこ
とか出来る。熱遮蔽体の両半分ははんだ付けにより、又
は熱伝導性のエポキシによって一緒に結合することが出
来る。ステレンス鋼のハウジングは、気密外被を作る為
に、両半分を結合する溶接継目を持っている。

巻線は、真空ハウジングの延長部の中に配置された２段
形極低温冷却器２１５によって冷却される。この極低温
冷却器の第１段が熱遮蔽体１９１に熱結合されて、熱遮
蔽体を５０°Ｋに保ち、第２段が巻線のアルミニウム・
リング１８５と熱接触していて、巻線を１０°により低
く保つ。軟質インジウム・ガスケットによる高圧接触に
より、極低温冷却器のヒート・ステーションと遮蔽体及
び巻線のステーションとの間に低い熱抵抗を設定する。

内側の抵抗形コイル２１７は、各々の超導電コイルと大
体同じ平面内で、それと同心に配置されている。内側の
抵抗形コイルは、５００　Ａ／ｃＪの電流密度で動作す
る様に、中空の水冷の銅の導体で巻装し得る様に、十分
にアンペア・ターンを小さくしである。抵抗形コイルが
真空ハウジングから、半径方向に伸びる４つのブラケッ
ト２２０によって夫々支持される。抵抗形コイル及び超
導電コイルは全部直列に接続されていて、各々か同じ円
周方向に電流を通す。永久接続の熱的に連結された導線
により、超導電コイルに対して電流が供給される。

この混成超電電／抵抗形磁石の０．５Ｔの実施例は、次
に述べる様な特性を有する。球形作像容積は２０ｃｍで
、ピーク間の非均質性は３０ｐｐｍである。患者出入開
口は４０Ｘ７０ｃｍである。超導電及び抵抗形コイルは
夫々５０アンペアを通し、夫々６０７４ターン及び１３
５ターンであり、コイルの電流密度は夫々１１４００及
び５００アンペア／ｃコである。各々の超導電コイルの
半径は５９．４ｃｍであり、抵抗形コイルの半径は１５
．２ｃｍである。超導電コイルは軸方向に５１．４ｃｍ
隔たっているが、抵抗形コイルは５２．２ｃｍだけ隔た
っている。超導電コイル及び抵抗形コイルの高さに幅を
かけた断面は３．８Ｘ７ｃｍ及び３．７×３．７ｃｍで
ある。磁石のインタフタンスは２０６Ｈであり、蓄積エ
ネルギは２５８キロジユールである。超導電線はＮｂ３
　Ｓｌｌ線であり、銅線を一緒に巻装する。Ｎｂ３　Ｓ
１１裸線及び絶縁銅線は何れも直径が０．０４３ｃｍで
あり、銅と超電電体の比は１゜５である。超導電線は１
０　°に′Ｔｆ超導電になる。

第１６図、第１７図、第１８図及び第１９図には、混成
超電電／抵抗形磁石の別の実施例が示されている。磁石
２２２は全体的な形は第１３図の磁石ど同じである。２
つの超電電コイル２２１２２３がＵ字形断面を持つ銅の
コイル巻型２２５の周りに巻付けられている。コイル巻
型は３つの部＋４、即ち銅ストリップを丸めてその両端
を溶接して形成される帯２２７と、２つの円形フランジ
２２９とで構成されており、フランジは中心開口を持ち
、帯２２７の両側で、その内径の所ではんた付は等によ
って結合されている。超導電線は０゜０１７ｘ０．０２
５吋のＮ１）３　Ｓｎｎ超電電体構成することか出来、
銅と超電電体の比は０．　５にする。

この線が０．００２５吋の硝子の編組によって覆われて
いる。この線を青銅法によって処理するが、これはオッ
クスフォード・エアコ社から入手し得る。

巻型の内側を処理して、エポキシに対する結合を改善す
ると共に、硝子繊維布で内張すする。特に第１７図につ
いて説明すると、絶縁ブロック２３３によってフランジ
の他の部分から絶縁されたフランジ２２９内の出発端子
２３１に線かはんだ付けされる。この線を３乃至５オン
スの張力で巻（１ける。各層は硝子繊維布絶縁物で隔て
る。４番目又は５番目の層毎に、厚さ約０．０１０吋の
薄い銅箔の帯で取巻く。この帯がコイル巻型にある線の
層を取囲み、両端が重なり合って、はんだ付けされる。

この帯は巻線が前に述べた様に次の層へ通過出来る様に
する。巻線が終り端子２３５で終端し、この端子にはん
だ付けされる。重ね継ぎを必要とする場合、取除いた絶
縁物と線の３０吋の重なりをはんた（＝Ｊけし、その結
果得られた継目は超４電ではないが、抵抗値が非常に小
さい。巻線を硝子繊維布で覆い、フランジに形成した溝
孔に銅板２３７を滑り込ませる。銅板が巻線を完全に取
囲む時、絶縁されていないステンレス鋼の重ね巻き２４
１か銅板を包み込む。この重ね巻きは離型材で覆い、真
鍮のシム（図面に示してない）で覆う。このシムはワイ
ヤ（図面に示してない）によって所定位置に保持し、両
方のコイル２２１゜２２３を真空エポキシ含浸する。ワ
イヤ及び真鍮のシムが、過剰のエポキシがあれば、それ
と共に除去される。含浸の後、板は溝孔の中にしっかり
と位置ぎめされる。銅板が、磁石の動作中に、巻線によ
って発生された半径方向外向きの荷重の一部分をＵ字形
コイル巻型に伝達する。

コイルか５０　°にの遮蔽体１９１に取囲まれており、
この遮蔽体か真空ハウジング１９３に取囲まれている。

遮蔽体及びハウジングの両方が前に説明した様に製造さ
れ、３つの支持体１９４によって極低温槽内に支持され
る。各々の支持体は、やはり前に説明した形式の３本の
同心の管１９５゜１９７．２１１を有する。４本のアル
ミニウム柱１８７かコイル２２１をコイル２２３の上方
に支持する。締付はブラケット２４３かコイル巻型２２
５及びコイルを保持し、支持体及び柱に固定される。抵
抗形コイルが前に説明した様にブラケットによって支持
される。導線が極低温冷却器に永久的に取付けられ、２
つの超電電コイルを直列に接続する。入りて来る導線は
極低温冷却器の２段に対して熱的に連結される。第２段
のし一ト・ステーションからの導線が巻線２２３の入力
端子及び巻線２２１の出力端子に結合される。夫々巻線
２２３．２２１の出力端子及び入力端子が一緒に結合さ
れる。抵抗形コイルも互いに直列に、且つ超電電コイル
と直列に接続される。全てのコイルの全ての電流が同じ
円周方向に流れる。

開放形磁石の別の実施例が第２１図に示されている。磁
石２４４は抵抗形コイルを持たないが、４つの超電電樹
脂含浸コイル２５１，２５２，２５３．２５４を持って
いる。極低温槽の２つのトロイダル形部分の夫々に２つ
の超電電コイル２５１と２５２、及び２５３と２５４が
ある。コイル２５１．２５３は直径及びターン数が同じ
であり、その何れもコイル２５２，２５４より大きいが
、コイル２５２，２５４は直径及びターン数が同じであ
る。各々のトロイダル形部分にある超導電コイルが銅の
巻型２５７に巻装される。コイル巻型は互いに平行に隔
たっていて、それらの中心は、各々のコイルがある平面
に対して垂直な同じ線上にある。コイル巻型が、前に説
明した様なアルミニウム柱によって隔てられるが、両方
のコイル巻型は何れも３本の同心の管を有する支持体１
９４によって支持される。熱放射遮蔽体がコイル巻型を
取囲んでいて、それを真空ハウジングが取囲んでいる。

動作中、全てのコイルが直列に接続され、コイル２５１
，２５３は同じ方向に電流を通すが、コイル２５２，２
５４は反対の円周方向に電流を通す。

第２１図の磁石では、コイル２５１，２５２゜２５３．
２５４は、金属のコイル巻型２５７の形を持つ硝子繊維
の巻型上に巻装することが出来る。

導電性の殻体がコイル巻型の下側部分及び側面を取囲ん
でいて、コイル２５３，２５４を支持することが出来る
。例えば銅で作った全体的にＵ字形の殻体を鍋として使
い、その中でコイルを真空圧力含浸することか出来る。

第２１図の０．５Ｔの実施例では、外側コイルは互いに
６５ｃｍ隔たっていて、半径が５６．１ｃｍである。外
側コイルは、直径０１０４３ｃｍのＮｂ３Ｓｎ線を直径
０．４３ｃｍの絶縁銅線と一緒に巻装したものに５０ア
ンペアを通す。コイルの断面は、高さ２．６ｃｍ、幅１
４ｃｍである。超導電コイル２５２．２５４は５１．８
ｃｍ隔たっていて、半径が４０ｃｍである。コイル２５
２，２５４は、同じ寸法の銅線及びＮｂ３　Ｓｎ線を一
緒に巻装し、５０アンペアを通す。コイル２５２，２５
４の夫々の断面は高さ２ｃｍ、幅３．４ｃｍである。こ
の磁石の空いている中孔の直径は７０ｃｍであり、横方
向の患者出入口が４０Ｘ７０ｃｍである。２５ｃｍの球
内での計算による均質性は１３ｐｐｍである。

第２２図及び第２３図に示す様に、開放形磁石１７９は
、閉じた円筒形のコイル巻型に一連のコイルを設けた磁
石よりも、患者の視野が一層太きい。開放形磁石は、作
像しようとする患者２６１を立たせて、又は横にして使
うことが出来る。第２３図に示す形式では、患者は不動
のま＼であってよく、磁石が必要に応じて垂直方向に移
動する。

マサチューセッツ州のＣＴＩクライオジエニックス社か
ら入手し得る１０２０形クライオダイン極低温冷却器を
６０１１ｚ電源で運転した時の典型的な冷却能力が第２
４図に示されている。この図は、異なる実施例の超電電
磁石に使った時の、極低温冷却器の動作点をも示してい
る。磁石の冷却負荷は大体次の通りである。

Ｎｂ３Ｓｎ巻線 放射　　　　　０．１１０ 導電　　　　　０．０９０ 電流導線、銅　０゜６００ 極低温冷却器の第２段の熱負荷　０．８００ワット放射
遮蔽体 放射　　　　　８．６ 導電　　　　　２．０ 電流導線、銅　４．８ 極低温冷却器の第１段の熱負荷　１５．４ワツト始動の
際、極低温器を動作させ、電源が傾斜状に、電流導線を
通る電流が一定の５０アンペアになるまで徐々に上昇す
る。この傾斜状の変化の際、コイルの各層にある導電ル
ープに電流が誘起される。然し、こう云う電流は、電流
の変化が徐々であるから問題にならない。−旦超導電動
作に達したら、コイルは超導電であるが、電源は接続し
たま＼にしておいてよい。コイルを接続する銅棒及び電
流導線は抵抗損失がある。然し、こう云う損失は余り大
きくなく、磁石のインダクタンスが大きく、抵抗値が小
さいことにより、時定数が大きい。

動作中、放射及び伝導によって磁石の表面に運ばれた全
ての熱は、極低温冷却器によって取去って、超電電線の
温度が遷移温度より上昇してクエンチを起さない様にし
なければならない。

クエンチが生じた場合、導電性の箔のループが、磁界の
減少によりループ内に誘起された電流を通し始める。ル
ープが発熱し、クエンチ状態を急速に他のコイルにまで
拡げる。クエンチが他のコイルに急速に拡がらなければ
、磁石の全ての蓄積エネルギは、始めにクエンチが発生
した地点で散逸しなければならなくなり、線を過熱して
それを破壊する。

一緒に巻装する安定材は、層毎に超電電体にはんだ付け
した場合、クエンチ状態になった超電電線の部分と並列
の小さい抵抗を構成し、クエンチを生じた超電電体に通
る電流を減少させる。

この発明の実施例の超導電磁石に対する電流導線は、消
耗性極低温剤を使っていないから、ヘリウム蒸気で冷却
することによって超導電磁石への伝導による熱伝達を少
なくすると共に、導線の抵抗性発熱を散逸することが出
来ない。使われる電流導線は、極低温冷却器の第１段及
び第２段に熱的に連結されて、超電電コイルに達する前
に熱を遮る。

この発明で使われる極低温冷却器では、銅の様な抵抗性
金属導体が、３００　°にの周囲温度にある極低温槽の
外部から、動作中は５０’にの温度を持つ極低温冷却器
の第１段までの導線部分として使われる。抵抗性金属導
体は、５０°Ｋにある極低温冷却器の第１段がら１０　
°Ｋにある第２段までの導線部分としても使われる。電
流導線にょるヒート・ステーションへの伝導による熱伝
達を最小限に抑える為、所定の電流に対する導線の縦横
比を最適にしなければならない。

抵抗性金属導体の抵抗性発熱が断面積に対する長さ（Ｌ
／Ａ）に正比例し、−層低温のヒート・ステーションに
対する伝導による熱伝達がＬ／Ａに反比例するので、−
層低温のステーションに伝導によって伝達される熱が最
小になる様な最適のＬ／Ａがある。その長さに沿って比
抵抗が殆んど一定である抵抗性導線では、温度の低いス
テーションに伝達される最小の熱は、導線部分の抵抗性
発熱に温度の高いステーションから伝達された伝導によ
る熱を加えたもの一半分に等しい。縦横比をこの様に調
節すると、温度の高いステーションから伝達される正味
の熱は、抵抗性発熱の残り半分が、このステーションか
ら伝達された伝導による熱と釣合う為に、ゼロである。

５０アンペアの電流に対し、縦横比を最適にした電流導
線の電流分布が、第２５図に示されている。１０　°Ｋ
及び５０’にのヒート・ステーションの間を伸びる導線
が、５０　°にのヒーＩ・・ステーションに近付く時の
温度分布の勾配が水平になり、抵抗並びに伝導による熱
の流れが釣合うことを示している。同様に、５０　″に
のヒート・ステーションと周囲との間の電流導線の温度
分布の勾配は、導線が周囲温度に近付く時、水平である
。

５０　°にのヒート・ステーションから１０６にのヒー
ト・ステーションへの導線部分に高温セラミック超導電
体を使った場合、この導線部分に於ける抵抗性発熱がセ
ロであり、この部分に対しては最適の導線の縦横比かな
い。セラミック超導電体の導線部分は、必要な電流Ｉを
通す様に十分大きく作り、導線の長さを十分長くして、
１０　°にのヒート・ステーションへの伝導による熱伝
達が許容し得るものになる様にする。材料の臨界電流密
度Ｊ。が温度Ｔと共に急に減少する為、導線の断面積Ａ
は次式のように温度に対して反比例する形で変えて、 Ａ＝　［１／Ｊ］　＞　［１／Ｊｃ　　（Ｔ）］しかも
十分な安全余裕（Ｊｃ　　Ｊ）／Ｊｃが約１０乃至３０
％になる様にしなければならない。こ＼でＪがセラミッ
ク導線の実際の電流密度であり、■が電流である。

第２６図は真空ハウジング２６０内の極低温冷却器のス
リーブの低温端部分を示す。２本の真直ぐなセラミック
導線２６１か極低温冷却器のスリブの夫々５０°Ｋ及び
１０６にのステーション２６３．２６５から伸びていて
、導線は先細になっていて、導線は高温側の端で断面積
が一層大きくなる様になっている。セラミック導線は夫
々５０　″Ｋ及び１０　°にのヒート・ステーション２
６３．２６１に熱的に連結される。周囲（３００’Ｋ）
及び５０　°にのヒート・ステーションの間にある導線
の高温部分は、動作電流の時、５００にのステーション
に伝達される熱を最小限にする様に最適にしたＬ／Ａを
持つ銅の導体で構成される。一般的に、導線は銀でメタ
ライズすべきである。１つの方法はスパッタリングであ
り、別の方法は銀エポキシを使うことである。セラミッ
ク導線２６１は電流の導電接続部を作る領域で、銀装填
エポキシで被覆する。セラミックを処理する際、エポキ
シが蒸発し、銀の被覆を残し、銅の導線をそれにはんだ
付けすることが出来る。抵抗性金属導体が、インジウム
はんだの様な比抵抗の小さいはんだを用いて、１０’に
のヒート・ステジョンの所でセラミック導線にはんだ付
けされる。

周囲から伸びる銅の導線は、５０　°にのヒート・ステ
ーションの近くでセラミック導線にはんだ付けされる。

セラミック導線は、例えば、両側を銅又はニッケルでメ
タライズし、メタライズしたセラミック導線と極低温冷
却器のスリーブのヒート・ステーションとの間にはんだ
付けしたベリリア又はアルミナを使って、熱的に連結す
ることが出来る。これは１９８８年７月５日に出願され
た係属中の米国特許第２１５，１３１号を参照されたい
。

第２７図及び第２８図は２つの先細形の螺旋形高温セラ
ミック超導電体２７１，２７３を示す。

これは酸化イツトリウム・バリウム銅（ＹＢａ２Ｃｕ３
０□）の様な１本の円柱形のセラミック超導電体で作る
ことか出来る。セラミック導線が夫々５００にのヒート
・ステーション２６３から１０　　″にのヒート・ステ
ーション２６５へ伸び、５０　°Ｋ及び１０　°にのヒ
ート・ステーションに結合される。セラミック導線は、
それを全装填エポキシで被覆すること等によって銀でメ
タライズする。このエポキシが、加熱の時、銀の被覆を
残し、抵抗性金属導体を１０　″にのヒート・ステーシ
ョンの所で銀被覆のセラミック導線にはんだ付けするこ
とが出来る様にする。インジウムはんだの様な抵抗値の
小さいはんだを使うことが好ましい。各々の周囲温度か
らの電流導線は、５０　°にのヒート・ステーションの
近くでセラミック導線にはんだ付けされる。

従って、磁石の極低温槽の１０°Ｋ及び５００にのヒー
ト・ステーションに熱結合されたスリーブ内にある極低
温冷却器は、最適の縦横比を持つ抵抗性金属導体又はセ
ラミック超導電体を使った時、１０６にのステーション
の所で電流導線から受ける熱負荷を無視し得る。１０’
にのステジョンに於ける冷却容量が制限されており、ヒ
ト・ステーションが電流導線から受ける熱負荷が無視し
得るが、５０°にのヒート・ステーションに於ける導線
の熱負荷は、この温度で利用し得る冷却容量を増加する
ことによって、容易に処理することが出来る。

この発明では、安定な電源に導線を永久接続することに
よって、磁石に電力を供給する。この電源は、銅のブス
バー、電流導線及び超電電体の重ね継ぎに於ける抵抗に
よって失われた電力を供給する。導線が偶発的に切れた
場合、又はセラミック超導電体の導線のクエンチが生じ
た場合、アークが発生しない様にする為、磁石にダイオ
ードを接続して、連続的な電流通路を作る。電流導線を
接続して、それが正しく動作している時の動作中、ダイ
オードの両端の電圧はそれを導電させる程にならない。

導線の電流が遮断されると、ダイオドの両端の電圧が増
加し、ダイオードを導電させる。

ニオブ錫超導電線に作った継目は非超導電であるが、抵
抗値が非常に小さい。超電電線だけを使って、銅のブス
バーとか或いは永久接続の導線を使わなければ、磁石の
抵抗値は約１０−８オームである。磁石のインダクタン
スは、図示の実施例では、１６０乃至１６００ヘンリー
にわたって変化するが、磁界強度に関係する。−旦超導
電コイルに電流が設定されると、磁石回路の長い時定数
（何千年）により、事実上永続的な動作が得られ、磁石
内に安定な磁界が得られる。

この発明を幾つかの実施例について具体的に図示して説
明してきたが、当業者であれば、この発明の範囲内で、
細部に種々の変更を加えることが出来ることは明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電電磁石の一部分の軸方向に沿った断面図、
第２図は第１図の超導電コイルの接続に使われる銅コネ
クタ部分を示す部分断面斜視図、第３図は超導電巻線及
び重ね巻き線を所定位置においた第２図の銅コネクタ部
分の部分断面斜視図、第４図は第１図の巻型の巻線スロ
ット部分を、巻線の層を取巻く導電性の箔ループと共に
示す部分断面斜視図、第５図は第１図の磁石の端面を一
部破断して、半径方向ケーブル懸架部を示す部分的な端
面図、第６図は第１図の磁石の一部分を破断して、軸方
向ケーブル懸架部を示す斜視図、第７図はコイル巻型か
ら熱放射遮蔽体を支持するのに使われるスペーサを示す
、磁石の一部分の断面図、第８図は半径方向外向きに伸
びるスペーサを示す断面図、第９図は半径方向内向きに
伸びるスペサを示す断面図、第１０図は軸方向に沿った
超導電磁石の一部分の断面図、第１１図は第１０図の磁
石の一部破断部分的端面図、第１２図は異なる動作温度
に於ける磁石の負荷線を電流及び磁界強度の関数として
示すグラフ、第１３図は抵抗形及び超導電コイルを持つ
開放混成形磁石の斜視図、第１４図は第１３図の線１４
−１４で切った断面図、第１５図は第１３図の線１５−
１５で切った断面図、第１６図は別の実施例の混成形磁
石の斜視図、第１７図は第１６図の線１　’ｌ−１７で
切った断面図、第１８図は第１６図の線１８−１８で切
った断面図、第１９図は第１６図の磁石で超導電コイル
が巻装される様子を示す、一部分を断面で示し、一部分
を分解した斜視図、第２０図はこじんまりした開放形超
導電磁石の一部分を断面で示した側面図、第２１図はこ
じんまりした開放形超導電磁石の一部分を断面で示した
斜視図、第２２図は磁石の中孔の中に患者を配置した開
放混成形磁石の斜視図、第２３図は垂直方向に可動であ
って、患者を立った姿勢で収容する開放混成形磁石の斜
視図、第２４図は極低温冷却器に加えられる熱負荷の関
数として、極低温冷却器の第１段及び第２段の温度を示
すグラフ、第２５図は所定の電流に対して長さと面積の
比を最適にした抵抗性電流導線に於ける温度分布を示す
グラフ、第２６図は第１段及び第２段の間に先細の超導
電セラミツク導線を持つ極低温冷却器の低温側の端の一
部分を切欠いた斜視図、第２７図は第１段及び第２段の
間に先細の螺旋形超導電電流導線を持つ極低温冷却器の
低温側の端の一部分を切欠いた斜視図、第２８図は第２
７図の先細の螺旋形セラミック超導電導線の側面図であ
る。 ［主な符号の説明］ １１：超導電磁石 １３：エポキシ含浸巻線 １５　真空ハウジング １７．１８，１９，２０，２１，２２：巻線２５：コイ
ル巻型 ２７．３１：銅コネクタ ３５：超電電線 ３７：安定材のス）・ランド ４１：硝子織布 ４３：銅箔 ５７、殻体 ６１．６３：フスバ ６５、熱放射遮蔽体 ６７、　６ｇ、　　６９．　９３゜ ７３ａ、　　７３ｂ、　　７５ａ ９４．９５＋ケーブ ル ７５ｂ二ケーブル緊 張材 ９７：トラニオン １０］、滑車 １２３＝極低温冷却器 スペーサ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．超導電コイルの消耗性極低温剤、極低温液体又は蒸
   気による冷却を必要としない磁気共鳴作像用の磁石に於
   て、超導電線の樹脂含浸コイルと、該樹脂よりも熱伝導
   度が大きく、前記樹脂含浸コイルの少なくとも１つの面
   の長さに沿って前記樹脂含浸コイルに接触する熱伝導手
   段と、前記樹脂含浸コイル及び熱伝導手段から離れてい
   て、それを取囲む熱放射遮蔽体と、該遮蔽体、前記熱伝
   導手段及び樹脂含浸コイルを支持していて、前記遮蔽体
   から離れていると共にそれを取囲む真空にひくことが可
   能なハウジングと、該ハウジング内に取付けられた多段
   形極低温冷却器とを有し、該冷却器の１つの段が前記遮
   蔽体に熱結合され、別の段は前記熱伝導手段に熱結合さ
   れて他の段よりも一層低い温度を達成することが可能で
   あり、これにより前記超導電線が、極低温液体又は蒸気
   中に浸漬しなくても、真空中でクエンチを生じることな
   く超導電状態で動作できる様にした磁石。
2. ２．前記樹脂含浸コイルが、動作中、超導電線のフープ
   応力を減らす為の包帯体を有する請求項１記載の磁石。
3. ３．前記コイルが真空圧力含浸コイルよりなる請求項１
   記載の磁石。
4. ４．同じ直径及び同じターン数を持つ超導電線の第１及
   び第２の樹脂含浸円形コイルと、 何れも前記樹脂よりも熱伝導度が大きく、各々の前記樹
   脂含浸コイルの少なくとも１つの面の長さに沿って夫々
   前記第１及び第２の樹脂含浸コイルに接触する第１及び
   第２の熱伝導手段と、前記樹脂よりも熱伝導度が高く、
   離散的な位置で前記第１及び第２のコイル上の前記熱伝
   導手段と熱結合すると共に、各々の前記コイルの幾何学
   的な中心が仮想の同じ軸方向の線上に来る様にして、前
   記コイルを互いに平行に隔てる複数個の熱伝導支持手段
   と、 前記第１のコイル及び前記第２のコイルから隔たって、
   それらを個別に包み込むと共に、各々の前記支持手段を
   個別に取巻く熱放射遮蔽体と、該遮蔽体から隔たってい
   て、それを包み込む真空にひくことが出来る極低温槽ハ
   ウジングと、該ハウジング内に取付けられていて、高温
   段が前記遮蔽体に熱結合され、低温段が前記熱伝導手段
   に熱結合されている２段形極低温冷却器と、複数個のブ
   ラケット手段と、 電流を通す線で作られた第３及び第４の円形コイルであ
   って、当該第３及び第４のコイルは何れも同じ直径で同
   じターン数を持ち、その直径は前記第１及び第２のコイ
   ルの直径よりも小さく、また当該第３及び第４のコイル
   は前記複数個のブラケット手段により、夫々前記第１及
   び第２のコイルと大体同じ平面内に支持されて、当該第
   ３及び第４のコイルの幾何学的な中心が前記第１及び第
   ２のコイルの中心と同じ仮想の軸方向の線上にある様に
   配置された当該第３及び第４のコイルとを有する開放形
   の磁気共鳴作像用の磁石。
5. ５．前記熱伝導手段が何れもＬ字形断面を持つ２つの非
   磁性金属リングで構成されていて、前記第１及び第２の
   樹脂含浸コイルの外径に夫々１つのリングが締りばめに
   なっている請求項４記載の磁石。
6. ６．前記第１及び第２のコイルの上にフープ応力を減少
   する為の包帯体が巻付けられている請求項５記載の磁石
   。
7. ７．前記ハウジングの内側に熱絶縁材料からなる３つの
   同心の管が配置されており、第１の管が第２の管によっ
   て取囲まれ、第２の管が第３の管によって取囲まれ、第
   １の管が前記第２のコイルに結合されていて前記遮蔽体
   内の開口を通抜け、更に、前記第１の管の他端を前記第
   ２の管の１端に固着する第１のキャップ手段と、前記第
   ２の管の他端及び前記第３の管の端を固着する第２のキ
   ャップ手段とを有し、該第２のキャップ手段は前記遮蔽
   体に固着され、前記第３の管の他端が前記ハウジングに
   固着され、前記同心の管及び前記第１及び第２のキャッ
   プ手段が前記ハウジングから前記第１及び第２のコイル
   及び前記遮蔽体を支持している請求項４記載の磁石。
8. ８．前記熱伝導手段がその周りに前記超導電線のコイル
   を巻装した２つの非磁性金属コイル巻型を有している請
   求項４記載の磁石。
9. ９．前記超導電線のコイルの上に高強度ワイヤの包帯体
   が巻付けられている請求項８記載の磁石。
10. １０．同じ直径及び同じターン数を持つ、超導電線の第
    １及び第２の樹脂含浸円形コイルと、前記第１及び第２
    のコイルよりも直径が小さいが、同じ直径を持つと共に
    同じターン数を有する超導電線の第３及び第４の樹脂含
    浸円形コイルと、前記樹脂よりも熱伝導度が高い第１及
    び第２の熱伝導手段であって、当該第１の熱伝導手段が
    前記第１及び第３の樹脂含浸コイルの各々の少なくとも
    １つの面の長さに沿ってこれらのコイルに接触し、当該
    第２の熱伝導手段が前記第２及び第４の樹脂含浸コイル
    の各々の少なくとも１つの面の長さに沿ってこれらのコ
    イルに接触している当該第１及び第２の熱伝導手段と、 前記樹脂よりも熱伝導度が高く、離散的な位置で前記第
    １及び第２の熱伝導手段に熱結合し、かつ全てのコイル
    の幾何学的な中心が仮想の同じ軸方向の線上に来る様に
    して、前記第１及び第２のコイルを互いに平行に隔てる
    と共に前記第３及び第４のコイルを互いに平行に隔てる
    複数個の熱伝導支持手段と、 前記第１及び第３のコイル及び前記第１の熱伝導手段か
    ら隔たって、それらを一緒に包み込むと共に、それとは
    別個に前記第２及び第４のコイル及び前記第２の熱伝導
    手段を一緒に包み込み、さらに前記複数個の支持手段を
    夫々個別に包み込む熱放射遮蔽体と、 該遮蔽体から隔たっていて、それを包み込む真空にひく
    ことが出来る極低温槽ハウジングと、該ハウジング内に
    取付けられた多段形極低温冷却器であって、その１つの
    段が前記遮蔽体に熱結合され、もう１つの段が前記第２
    の熱伝導手段に結合されて他の段よりも一層低い温度を
    達成することが出来る当該多段形極低温冷却器とを有す
    る開放形の磁気共鳴作像用の磁石。
11. １１．外面に円周方向のスロットを持つと共に該円周方
    向スロットを結合する軸方向スロットを持つ中空の円筒
    形の繊維補強プラスチック・コイル巻型と、前記軸方向
    スロットに接着によって結合された銅のブスバーと、前
    記円周方向のスロット内に巻装され、その初めを前記ブ
    スバーの１端にはんだ付けすると共に、その終りを前記
    ブスバーの反対側にはんだ付けした超導電線と、前記ス
    ロット内の超導電線の巻線を包み込む包帯体と、前記コ
    イル巻型の外面を包み込む伝導性殻体と、前記コイル巻
    型の内部に含浸されて前記巻線を取巻く樹脂と、前記コ
    イル巻型を取囲む放射遮蔽体と、該放射遮蔽体を包み込
    む真空ハウジングと、前記ハウジングから前記コイル巻
    型及び放射遮蔽体を支持する懸架手段と、第１段が前記
    遮蔽体に熱結合され、第２段が前記殻体に熱結合された
    ２段形極低温冷却器とを有する磁気共鳴用超導電磁石。
12. １２．前記ブスバーが前記円周方向のスロットに沿って
    途中まで伸びる円周方向部分を持ち、前記超導電線が該
    ブスバーの円周方向部分にはんだ付けされている請求項
    １１記載の磁気共鳴用超導電磁石。