JPH04225503A - 冷凍剤不要の能動遮蔽型磁気共鳴磁石 - Google Patents
冷凍剤不要の能動遮蔽型磁気共鳴磁石Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
yogen )を使用することなく冷凍(refrig
eration )によって冷却され能動遮蔽型超伝導
磁気共鳴(MR)磁石に関する。
ング)用磁気共鳴磁石はその内部に均一な高強度靜磁界
を発生する。漂遊磁界が磁石の周りを取り囲み、磁石の
近くの電子装置が個々に遮蔽されていないか、または漂
遊磁界が小さくない場合には、これらの電子装置が悪影
響を受ける。例えば、ペ―スメ―カは10ガウスの低い
漂遊磁界によって影響されることがわかっており(地球
の磁界は0.5ガウスである)、磁石を取り囲む領域へ
の自由な接近を規制することが必要である。
用に専用に確保された別個の建物内に磁石を置くことで
ある。これは別の不動産を必要とするので非経済的であ
る。混み入った都市におけるような場合には時として、
余分なスペ―スを設けることができない。
漂遊磁界が広がらないように作用する強磁性シ―トで部
屋を取り囲むことである。この方法の欠点は遮蔽処理に
よって部屋の重量に100トンの重さが加えられること
であり、通常建物に構造的な変更を行う必要がある。ま
た、磁石の作用領域内の均一性が磁石を取り囲む強磁性
材料の非対称によって悪影響を受け、画像に歪が生じる
ことがある。
国特許第4,646,045号に記載されており、この
特許では漂遊磁界を抑制するように磁石が充分な強磁性
材料で取り囲まれている。この方法はいくつかの潜在的
な欠点を有している。遮蔽は磁石のただ1つの磁界レベ
ルにおける最適動作に対して設計され、強磁性材料を磁
石に近づけると、作動領域の均一性が製造工程の間に導
入される何らかの対称性欠除に影響され易くなる。
,504号に記載されている能動遮蔽型磁石を使用する
ことである。これは2つの異なる組のコイルを使用して
異なる強度の2つの均一磁界を形成し、これらの磁界を
互いに差し引いて、均一な磁界を発生するものである。 従来のヘリウム冷却式MR磁石における能動遮蔽は低温
保持装置の外形を50%増大して、3メ―トル近くにし
、磁石のアンペアタ―ンを倍にするので、1.5テスラ
(1テスラ=10,000ガウス)の磁石に対する受動
遮蔽すなわち部屋の遮蔽と同じ程の魅力はなく、すなわ
ち費用効果はない。
一性の従来のヘリウム冷却磁石とほぼ同じ中孔および外
形を有する冷凍剤不要の低価格軽量の能動遮蔽型MR磁
石を提供することにある。
伝導磁石が提供される。この磁石は軸方向に延在する中
孔を有するほぼ円筒形の真空容器を有している。複数の
超伝導主コイルが前記中孔を同心に取り囲み、かつ前記
中孔から隔たって真空容器内に設けられている。超伝導
主コイルよりも大きな直径を有する一対の超伝導遮蔽コ
イルが超伝導主コイルと同心に真空容器内に設けられて
いる。超伝導遮蔽コイルは超伝導主コイルの両端に配置
されている。超伝導遮蔽コイルおよび超伝導主コイルは
円周方向逆向きに電流を通すことができるように互いに
電気的に接続されている。熱遮蔽手段が超伝導主コイル
および遮蔽コイルを取り囲み、この熱遮蔽手段は真空容
器および超伝導主コイルおよび遮蔽コイルから隔たって
設けられている。超伝導主コイルおよび遮蔽コイルおよ
び熱遮蔽手段を冷却するために2段式クライオク―ラ(
cryocooler)が設けられている。
囲に記載されている。しかしながら、本発明はその構成
および実施の方法について別の目的および利点とともに
添付図面を参照した次の説明からよく理解することがで
きるであろう。
を参照すると、直径の小さな中心領域13を有するほぼ
円筒形の真空容器11が示されている。真空容器11は
、ステンレス鋼から形成し得る軸方向に延在する中孔ス
リ―ブ15を有する。真空容器の残りの部分は薄い炭素
鋼またはステンレス鋼で形成されている。円筒形真空容
器の環状端部16は反ることなくより薄い材料を使用す
ることができるように凸状であることが好ましい。また
、湾曲部は曲げ応力が非常に小さいという利点があり、
より薄い部分を使用することができる。凹面形の部分が
真空容器の直径の大きい部分から中心に位置する直径の
小さい部分への移り変わり部により示されている。 凹面形および凸面形の部分は例えばスピンニング(sp
inning)の金属成形法によって形成される。スピ
ンニングにおいては、パタ―ンの形状を得るために材料
を変形するようにパタ―ンに対して材料を押し付ける工
具を使用しながら、対称なパタ―ンおよび材料を回転さ
せる。真空容器の種々の部分は溶接等により接合される
。
の内部に同心に配置され、中孔スリ―ブ15を取り囲み
、かつ中孔スリ―ブ15から間隔をあけられている。 磁石カ―トリッジはほぼ同じ直径の3対の超伝導コイル
18,19および21を有するとともに、超伝導主コイ
ルの直径の約2倍の直径を有する一対の超伝導遮蔽コイ
ル23を有している。6個の主コイルを有する磁石カ―
トリッジの1つの形式が特願平2−215136号明細
書に示されている。対の超伝導コイル18,19,21
および23は磁石カ―トリッジの軸方向中央平面の周り
に対称に設けられるとともに、軸方向に存在する中心線
26に沿って同心に設けられている。コイルの各々は自
立型のエポキシ含浸超伝導コイルである。
互いに位置決めして支持し、遮蔽コイルを支持し位置決
めしている。本実施例においては、5つのスペ―サ25
,27,29,31および33が使用されている。円筒
形のスペ―サは好ましくは加工前に応力を軽減され、巻
かれて溶接されたアルミニウムで形成される。中心のス
リ―ブ25は、内向きに延在して中央に位置する肩部を
スリ―ブの内側に有するように加工される。スペ―サ2
5,27および29は内径部に円周方向に延在する切込
みを形成するように両端が加工される。スペ―サ25,
27および29は互いに間隔をあけて設けられるととも
に共通の軸方向に延在する軸の周りに同心に設けられる
。最も内側の対のコイル18はスリ―ブの内側の中央に
設けられた肩部に当接する中央スペ―サの内側に設けら
れている。中央スペ―サ25と2つの外側スペ―サ27
および29との間の切込みには第2のコイル対19が設
けられている。第3の対のコイル21は外側スペ―サ2
7および29の端部から片持ち梁式に他のコイルと同心
に支持され、コイルの端部はスペ―サの切り込まれた端
部に設けられている。2つの遮蔽コイルはクライオク―
ラの大きい方の直径の端部内に設けられている。スペ―
サ31および33はその内径に円周方向に延在する切込
みを形成するように一端が加工されている。遮蔽コイル
23は円筒形スペ―サ31および33の切り込まれた端
部内にエポキシで接合され、このスペ―サの切り込まれ
た端部は真空容器の中央平面から離れて面している。遮
蔽コイルはスペ―サ27と33の間およびスペ―サ29
と31との間に溶接などによって固定された放射状に延
在する補強部35を介して主コイルによって支持されて
いる。例えば、8個ないし12個の等間隔で円周方向に
設けられた補強部が各端部において使用され、図2では
8個の補強部が示されている。スペ―サは縮み嵌合を行
うためにコイルの端部を挿入する前に加熱される。切り
込まれた結合部の各々は低い熱接触抵抗を達成するよう
にエポキシ樹脂で接合される。アルミニウムは、その高
い熱伝導率、強度および軽量さのためにスペ―サおよび
補強分用に好ましい材料である。
超伝導テ―プまたは超伝導ワイヤで螺旋状に巻かれ、堅
くなった、好ましくは穴のあいた銅の閉じた箔ル―プが
巻き層および複数の層の間に挿入され、中間に設けられ
るガラス布がエポキシ含浸前にコイルの全直径にわたっ
て巻かれる。特願平2−215137号明細書に記載さ
れている種類の超伝導テ―プ・エポキシ含浸コイルが使
用される。コイルは超伝導テ―プまたは超伝導ワイヤで
巻かれようと、特願平2−215135号明細書に記載
されているような取り外し可能コイル巻枠を使用して作
られる。
たときに発生する半径方向外向きの電磁力に抗して硬化
した銅箔ル―プおよび箔外被によって自己支持される。 この箔外被はスリ―ブの切込み部内に延在するコイルの
部分と一致するように充分な厚さを有している。スペ―
サはコイルに電圧が供給されたときにカ―トリッジの軸
方向中央平面へコイルを押し付けようとする軸方向内向
きの力に対してのみ支持を行うようになっている。円筒
形のスペ―サはコイルを互いに正確に位置決めしている
。
7は、この磁石カ―トリッジを取り囲み、この磁石カ―
トリッジから間隔をあけて設けられている円筒形の遮蔽
部25によって取り囲まれている。
さくなった部分から半径方向の外側に突出している円筒
形の延長部37を有している。この円筒形の延長部は環
状のカバ―41を有している。延長部の中心軸は真空容
器の中央平面上で円筒形の真空容器から延在している半
径方向の線上にある。円筒形の延長部およびカバ―は炭
素鋼またはステンレス鋼で形成される。
43,45および47によって真空容器内に支持されい
る。最も内側の管43は両端に外側ねじ部を有し、G−
10エポキシ樹脂接合ガラス布のような低温で良好な熱
絶縁体である材料で形成される。最も内側の管43は磁
石カ―トリッジで固定された内側にねじ部が形成された
コレット(collet)51によって磁石カ―トリッ
ジに固定されている。コレット51はアルミニウムのよ
うな材料で形成される。最も内側の管の一端はエポキシ
接合ねじ込み結合部によってコレットに固定される。互
いにねじ込む前にエポキシ樹脂をその部分に塗布するこ
とによって結合部は機械的に良好な強度を有し、相対的
に移動しない。また、エポキシ接合ねじ込み結合を行う
ことによって、スリ―ブが2つの部品の間で熱結合を行
う場合に有益な低い熱接触抵抗を達成することができる
。この支持システムは特願平2−215138号明細書
に記載されているものである。
および内部に延在したフランジ部を有するコレット53
内にエポキシ接合されねじ込まれている。
とともに、他端上に外側ねじを有し、アルミニウムのよ
うな高い熱伝導率の材料から形成されている。内側ねじ
部を有するこの管の一端はコレット53の外側ねじ部と
エポキシ接合されねじ込まれた結合部を形成している。 中間の管45の外側ねじ部を形成された端部は内側およ
び外側ねじ部を有し、熱遮蔽部25に固定されたリング
55に接続されている。リングは熱遮蔽部の開口部を取
り囲んでいる。リング55および熱遮蔽部25は例えば
アルミニウムで形成され、互いに溶接されている。
―プレ―ト41は内面にねじ部を形成された突起部57
を有している。このねじ部を形成された突起部およびリ
ング55は同じ直径であり、互いに同心関係にある。外
側の管47はG−10のような熱絶縁材料で形成され、
リングの外側ねじ部と突起部との間にエポキシ接合ねじ
込み結合部によって結合されている。
ッジの重量を支持している上に、第1および第2段の熱
ステ―ション67および73上にそれぞれ押し付けられ
るクライオク―ラの冷却端部の第1および第2段によっ
て加えられる荷重を支持しなければならない。磁石カ―
トリッジは負荷がクライオク―ラの端部によって押し付
けられる所に近接して支持され、磁石カ―トリッジ上の
曲げ応力を低減している。内側管43は、張力を加えら
れた状態にあるが、磁石カ―トリッジの重量の荷重のみ
ならずクライオク―ラの第2段の冷却端部によって磁石
カ―トリッジ上に加わる力を伝達することに加えて、磁
石カ―トリッジを熱放出遮蔽部25から熱的に絶縁して
いる。磁石カ―トリッジおよび熱放出遮蔽部はそれぞれ
10Kおよび50Kで動作する。
管45は、内側管43からの荷重をリング55に伝達す
ることに加えて、第1段の熱ステ―ション67上のクラ
イオク―ラの第1段の荷重を伝達する。中間の管45は
熱遮蔽部25をクライオク―ラ85の第1段に熱的に結
合する。
器11から熱的に絶縁し、クライオク―ラの境界部、磁
石カ―トリッジおよび遮蔽部の荷重を真空容器に伝達す
る。
ク―ラに接続するための効率的な熱接合について説明し
ている米国特許第4,876,413号明細書に請求さ
れ記載されているように熱配置されている。主コイルお
よび遮蔽コイルは全て直列に接続されて、主磁界コイル
の電流とは逆方向に遮蔽コイルの電流が流れるようにな
っている。円筒形スペ―サから絶縁されている母線87
が遮蔽コイルを主コイルに接続している。絶縁材料から
なるブリッジ部89がスペ―サの間に使用され、母線に
対する支持を行うとともに、これらの動きを制限してい
る。片持ち梁式ブリッジ部分90を使用して、電流を主
コイルに供給する母線を支持している。一実施例におけ
る1.5テスラの遮蔽付き磁石についてのコイル位置、
コイル寸法および電流密度の計算値が次の表1に示され
ている。値は磁石の一方の側に設けられているコイル対
の内の半分に対するものであり、測定は中孔の中心から
行われている。
容器と周囲の熱遮蔽部が除去されているので、主コイル
の直径は従来のヘリウム冷却式磁石に比較して小さくな
っている。この結果、直径が約2メ―トルの能動遮蔽部
を主コイルの周りに配設して、漂遊磁界を磁石の中心か
ら3メ―トルのあたりで5ガウスに低減することができ
、しかも同じ磁界強度および中孔直径の従来のヘリウム
冷却式磁石と比較して能動遮蔽型磁石ではアンペアタ―
ンが35%しか大きくなっていない。
空容器との境界部にすべり接触のない冷凍冷却式のMR
磁石支持システムについて行った。
たが、本技術分野に専門知識を有する者にとっては本発
明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更を
行うことができることは明らかであろう。
冷凍冷却式のMR磁石の側断面図である。
れる5ガウスの漂遊磁界の等値線の一象限を示すグラフ
であり、縦軸は磁石の中心から半径方向外側に測定した
磁界を示し、横軸は磁石の中心から軸方向に測定した磁
界を示している。
Claims (3)
- 【請求項1】 軸方向に延在する中孔を有するほぼ円
筒形の真空容器と、前記真空容器内に設けられ、前記中
孔を同心に取り囲み、かつ中孔から隔たって配置されて
いる複数の超伝導主コイルと、前記超伝導主コイルと同
心に前記真空容器内に設けられ、前記超伝導主コイルよ
りも大きな直径を有する一対の超伝導遮蔽コイルであっ
て、該超伝導遮蔽コイルは前記超伝導主コイルの両端に
設けられ、該超伝導遮蔽コイルと前記超伝導主コイルは
円周方向逆向きに電流を通すように互いに電気的に接続
されている一対の超伝導遮蔽コイルと、前記超伝導主コ
イルおよび遮蔽コイルを取り囲み、かつ前記真空容器か
ら隔たって設けられている熱遮蔽手段と、前記超伝導主
コイルおよび遮蔽コイルならびに前記熱遮蔽手段を冷却
するための2段式クライオク―ラ手段と、を有する能動
遮蔽型超伝導磁石。 - 【請求項2】 前記超伝導遮蔽コイルは前記超伝導コ
イルの直径の約2倍である請求項1記載の能動遮蔽型超
伝導磁石。 - 【請求項3】 各超伝導主コイルおよび超伝導遮蔽コ
イルはエポキシ含浸自立コイルで構成され、前記超伝導
主コイルは熱伝導材料の主コイル円筒形スリ―ブによっ
て分離および支持され、前記超伝導遮蔽コイルの各々は
熱伝導材料の遮蔽コイル円筒形スリ―ブによって支持さ
れ、前記超伝導遮蔽コイルおよび遮蔽コイル円筒形スリ
―ブの各々は複数の放射状に延在した熱伝導支持体によ
って主コイル円筒形スリ―ブから支持されている請求項
2記載の能動遮蔽型超伝導磁石。
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JP (1) | JPH04225503A (ja) |
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