JPH03500972A - 単一の超伝導電磁石 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 単−の超伝導電磁石 本発明は、コイルを含む内側ボディの周囲に外側強磁性ボディを有する単一の超 伝導電磁石、特に核磁気共鳴（ＮＭＲ）と分光学に関する医療あるいは検査装置 に使用するために応用される電磁石に関する。

これまで、１９８７年２月２４日に発行された米国特許第４，６４８，０４５号 明細書に示されているように、強磁性シールドは、例えば磁気共鳴画像（ＭＲＩ ）に使用されるような、医療装置に使用される電磁石にその位置を置いてきた。

そのような強磁性シールドは磁力ストレイ（ｓｔｒａｙ）あるいはフリンジ（ｆ ｒｉｎｇｅ）を減少させるが、磁場の均質性に望ましくない効果を有する。ｖａ 場にある磁鉄はおよそ１．５テスラの磁場の強さで飽和し、例えば１００万分の １のような、高い精度の磁場を必要とする電磁石は、特に鉄シールドが使用され てきた場所では、およそ２テスラの強さの磁場ではこれまで使用されなかった、 ということに注意すべきである。この理由は、およそ２テスラの磁場での磁鉄シ ールドは磁場の均等性、あるいは均質性に望ましくない効果を有し、それにより 、磁場の均質性を制限するということである。米国特許第４，６４６．０４５号 明細書に記載されているシールドされた電磁石は鉄の飽和の磁力の強さで、およ そ１００万分の２だけの均質性を有する。

時には、例えば携帯用の磁気共鳴画像装置に使用可能な携帯用ＮＭＲ磁石を持つ ことが望ましく、磁場フリンジを含むために強磁性シールドが該携帯用磁石に要 求される。該強磁性シールドは閉じた磁力通路を提供し、磁場の形状及び強さに 影響する。これまで、特に、１，５テスラで飽和する鉄のような強磁性材料の磁 気飽和よりも大きい強さを有する磁場において使用される場合の、少なくとも１ ００万分の１の均質性の磁場が得られるように、その中でのコイル及び強磁性シ ールドの相互の位置決め、及び磁場に対する位置決めが事前に決定可能な、超伝 導電磁石用の強磁性シールドは提供されてきていない、超伝導電磁石が分光学に おいて使用される場合は、１００万分の１のような非常に均質あるいは均等な磁 場、及び８テスラのような非常に強い磁場を必要とする。かくて、分光学用の超 伝導！磁石に関する強磁性シールドに対する要求は、今までに使用されてきた調 査あるいは磁気共鳴画像に使用される磁気共鳴断層写真よりもずっと精密である 。

主久亘Ω！殺 本発明は特に、コイルを含む内側のほぼ円筒形のボディの周囲に外側強磁性ボデ ィを有し、非常に精密な磁場を要求する核磁気共鳴断層写真装置あるいは分光装 置単一の超伝導ｔＩｉ３１石あるいは電磁石構造に向けられている。該外側強磁 性ボディは磁気フリンジあるいはストレイを含み、鉄の磁気飽和よりも強い磁場 の強さを増加させるため、磁束の均質な分配が得られる助けとなる。外側磁気ボ ディは磁場を吸収しかつ磁場の向きを変えて、磁場の均質性を最大化し、１０テ スラ付近の高さで磁場の強さを少なくともおよそ１０％増加させる。

そのような結果を得るために、ボアの周囲の超伝導コイルからの磁場を利用する ために、物体を収容する中央ボアを有する内側ボディと、前記内側ボディの周囲 にある外側磁鉄ボディとの組み合せは高い精度で相互に精密に位置決めされなけ ればならない。

はぼ円筒形の内側ボディ内にある中央ボアの周囲には少なくとも２つのコイルが 設けられ、該ワイヤは所定の引っ張り強度で高い精度で核コイルのコアに巻かれ ている。少なくとも２つのコイルを使用することにより、所望の磁場の形状を得 るために異る強さの電流を通すことができる。コイルと外側強磁性ボディとの間 の非常に精密な相対的位置決めは、例えばｌＯテスラの強さでの、分光学で要求 される、１００万分の１から１億分の１の非常に精密な磁場の均質性あるいは均 等性をを得るために、１ミル（０，００１インチ）（約０．００２５ｃｍ）前後 の精度を提供する。

磁場の均質性あるいは均等性に関しては、外側強磁性ボディを有する単一の超伝 導構造は、該直径のおよそ４分の１コイルのアパチャあるいは開口部の断面寸法 内で少なくとも１００万分の１の磁場の均質性を得ており、これはＮＭＲ磁石に 使用するのに適している。このような単一の電磁石が分光学で使用される場合、 該コイルの開口部の１〜３ｃｍの直径のような、数ｃｍの球形の内部で１００万 分の１の均質性が要求される。

超伝導コイルに隣接する単一の電磁石の外側強磁性ボディはおよそ２０％以上も 磁場の強さを増加させ、しかもこれは該磁場のパラメータと該コイル及び磁場に 間遠する内側及び外側のボディの相対的位置とを正確に計算するだけで達成され る。外側強磁性ボディは、およそ１０テスラの強さの、磁鉄の磁気飽和を超える 磁場の強さにおいて、磁場に磁束をなめらかかつ均質な方式で分配する。かくて 、外側ボディにおける磁鉄の飽和により磁束の均質な分配が増加する。

このような少なくとも１００万分の１の高品質の磁場の均質性あるいは均等性を 得るために、電磁石の設計に非常に精密な方法あるいは連続する手順が使用され る。第１に、超伝導電磁石の容積、形状及び磁場の強さが確定され、最初の設計 は最低のコイル寸法で最大の磁場の強さを発生するようになされ、およそ１ミル （０，００１インチ）　（約０．０２５ｃｍ）前後の精度内で磁場に対する相互 の関係及びコイルと外側磁鉄ボディの相対的位置決めを調節するために磁場に対 し横方向に近づくためのいくつかの手段を含む。

最初の設計は、（１）　（ａ）容積、形状、及び所望の磁場の強さのパラメータ と、（ｂ）磁場のすべての数値の導磁率を正確に予測するための磁鉄の熱及び磁 気特性を特に含んで、該電磁石に対し提案される材料の８１械、熱、及び磁気特 性、に関する正確な情報とを使用するコンピュータプログラム、（２）特にコイ ルと外側磁鉄ボディの相互及び磁場に対する位置決めを含む、磁石のコンポネン トの正確な位置決めを達成するための適当な工学的技術と、（３）実用上、経済 的、工学的設計を達成するための適当な電磁方程式の使用、により決定される０ 次に、プロトタイプの超伝導電磁石が得られた結果と計算とに基き製造される。

以上に加えて、そのような高精度の磁場を得るために、コイルを形成するワイヤ の所定の引っ張り強さに基台、１ミル（０，００１インチ）　（約０．００２５ ｃ＋ａ）以内の精度でコイルが壱かれる。電磁石は超伝導スイッチが充電電源供 給から持続モードまでスイッチする、持続電流モードで作動する。同様に超伝導 コイルを適当に冷却することも必要であり、該部材が超伝導に到達するように、 それの臨界温度以下になるように、該冷却にはヘリウムあるいは窒素のような冷 却液が採用可能である。

本発明の目的は、特にＥＢ気共Ｄ％画像及び分光学に使用される医療あるいは検 査装置用の、少なくとも１００万分の１、できれば１億分の１の均質性を有する 磁場コイルを含む、内側ボディの周囲に外側強磁性ボディを有する、単一の超伝 導電磁石あるいは電磁石構造を提供することである。

本発明のその他の目的は、ｌＯテスラのような強さの鉄の磁気飽和を超える強さ を有する磁場に使用するために特に応用される外側強磁性ボディを有する車−の 超伝導電磁石を提供することである。

本発明のその他の目的は、コイル用の内側のほぼ円筒形のボディの核端に隣接し てその内部で外側磁鉄ボディが端部組立体を含み、少なくとも１０％はど磁場の 強さを増加させる超伝導電磁石を提供することである。

本発明の更にその他の目的は、その内部で外側磁鉄ボディが、最初の製造の後に 内側ボディに対し相対的に固定され、コイル用の冷却媒体に露出しているｉｌＥ 磁石を提供することである。

本発明のその他の目的、特徴、及び利点は、以下の説明及び図面を参照した後に より詳細となる。

置皿２囚皇之脱里 第１図は、そこを通る中央ボアを有する内側ボディと、前記内側ボディの周囲に ある外側強磁性ボディとを有し、前記外側ボディを内側ボディ及び関連するコイ ルに対し相対的に正確に位置決めする手段とを有する、本発明に従った単一の超 伝導！磁石の事例で一定の部分を切り取りた概略図、 第２図は、複数のセグメントに形成され、揺り能代の基部支持部上に支持された 外側強磁性ボディを示すｉＳ１図に示された電磁石の端面図、 第３図は、特に熱シールド及び超伝導コイルの周囲の冷却手段の配列を描いた、 ｔ６１石のコイル用のほぼ円筒形の内側ボディの横方向の断面図、 第４図は、内側ボディの周囲にある外側強磁性ボディ内部に取り付けられたコイ ル用の内側円筒形ボディを示す、第２図の２−２の線に沿った長手方向の断面図 、 第５図は、密閉内側円筒形ボディ内部のコイルを含むコイルバックの特定の配列 を示す、３４４図の破断図の拡大された長手方向の断面図、 第６図は、第１図に類似しているが、冷却液用にコイルに沿った流れる通路を提 供するために、その上にコイルが巻かれているコアとコイルとを描くために、内 側円筒形ボディの一部を取り去って示した概略図、 第６Ａ図は、コイルを形成するワイヤ取り去った一部の概略図、第７図は、第５ 図に類似するが、コイルバックと関連するコイルを取り壱く熱シールドの配列を 示す、長手方向の断面図、第７Ａ図は、コイル用のハウジングに対する引っ張り 条片の連結を示す、第７図の拡大破断図、 第８図は、内側円筒形ボディを形成する特定の層を示す、第３図の拡大破断図、 第９図は、電磁石上に取り付けられた、上にある低温構造用の支持手段の、一部 室面図を示す断面図、第１０図は、第９図の１０−１０の線に沿りた低温構造用 の支持部の断面図、 第１１図は、ヘリウムのような低温流体用の流路を描いた、低温学的冷却手段の 図式図、 第１２図は、外側磁鉄ボディな使用した、電磁石の軸方向の磁場で４テスラの磁 場の均質性を示すグラフ、第１３図は、外側磁鉄ボディがコイルを含む内側ボデ ィの周囲に位置決めされ、外側ボディのない電磁石により、コイルのアンペア回 数に２０％の増加を有する、本発明の単一の超伝導電磁石の磁場の強さを比較し たグラフ、 東１４図は、磁場の強さ１テスラから２テスラまでの特定の鉄材料の透磁性を示 すグラフ、 第１５図は、磁場の強さ２テスラから１２テスラまでの第１４図で示された鉄材 料の透磁性を示すグラフ、 ′ｓ１６図は、特に分光学に使用するために応用され、比較的小さな直径のボア を有する、およそ８テスラの磁場の強さ用の改良された車−の電磁石構造の長手 方向の断面図、第１７図は、第１６図の１７−１７の線に沿った改良された単一 の電磁石構造の断面図、 ３４１８図は、第１６図の１８−１８の線に沿った改良された電磁石構造の断面 図。

久更Ω肛但ｌ鋭里 本発明に従った単一の超伝導電磁石構造が図面の第１〜１５図までに示され、こ れは特に医療装置用の核磁気共鳴装置（ＮＭＲＪ用の使用に特に応用される。単 一の電磁石構造ｌＯは内側円筒形ボディあるいはハウジング１２を含み、これは その内部を通る中央ボア１４を有し、外側磁鉄ボディ１６の内部に取り付けられ たトロイド形状のものである。外側磁鉄ボディ１６は対向するエンドプレート組 立体１８を含み、これらの間に内側ボディ１２が取り付けられている。

ボア１４は患者の身体を収容するのに十分な寸法である。

揺り籠方式の基部支持部２０は、端支持部部材２２の間に固定された長手方向に 伸びるビーム２４を有する非磁性材料から形成された対向する端支持部の揺り籠 部材２２を含む、１ｉｔ１鉄ボデイ１６の頂部表面い取り付けられているのは、 超伝導電磁石１０を電磁石内で使用されている材料の超伝導温度まで冷却するた めのヘリウムのような冷却媒体を含む破線で示された低温冷却手段２６である。

取り入れ口２８はｉｔＭｉ石を冷却するために液体の流路の周囲に冷却液を提供 し、取り出し口３０は超伏導電材料を冷却した後に冷却液を受領する。

第３〜５図に示されているように、内側円筒形ボディ１２は、ボア１４と外側同 心シェル３４とを形成する内側シェル３２を有する。内側シェル３２はファイバ ーグラスエポキシ不導電性材料から形成されることが好ましい、端リング３３が 外側シェル３４のそれぞれの端に固定されている。エンドプレート３５は同心シ ェル３２と３４とをそれらの端で連結し、真空ジャケットを形成する密閉環状ボ ディを形成する。よく知られているように、シェル３２と３４との間の空間に真 空を発生する手段（示されていない）が設けられている。内側ボディ１２により 形成された密閉環状空間内部に嵌合しているのは、超伝導コイル用の密閉ハウジ ング３６である。密閉ハウジング３６は中間に空間をあけた同心のシェル３７． ３８で、その両端に環状エンドプレート３９により密閉され、それにより超伝導 コイル組立体あるいはコイルバック４０を収容する密閉環状空間を提供するによ り形成されたシェル３７．３８により形成されている。環状エンドプレート４１ の間に形成されたコイルバック４ｏはメイン中央コイル４２と、各中央コイル４ ２の端に隣接し環状の中間スペーサプレート４６により分離された端コイル４４ とを含む、コイルバック４ｏのエンドプレート４１は隣接する内側ボディのエン ドプレート３９から隔置され、コイルバック４０の一端に隣接する環状の冷却液 取り入れ室４８と、コイルバック４ｏの対向する他端に隣接する、環状の冷却液 取り出し室５ｏとを形成する。

コイル４２．４４のワイヤが巻かれているコアあるいはボビンを形成しているの は複数の周縁に隔置された条片あるいはスラット５２で、これらはエンドプレー ト４１及び中間プレート４６に固定されている。シェル３７に支持接触している 内側条片５２は非磁性材料からなり、幅およそ２分の１インチ（約１．３ｃｍ） で相互におよそ８分の１インチ（約３ｍｍ）の間隔で隔置されてその間に液体の 流れる通路を提供している。エンドプレート４１及び中間プレート４６は液体の 通路用にその中に複数の開口部を有する。同様に、複数の周縁に隔置された外側 条片５６が、内側条片５２と同様の方式で配列され、その間に液体の流れの通路 ５７を形成している。

それによりコイル４２と４４とが形成されているワイヤ５８は、およそ１　ミル （０，００１インチ）（約０．０２５１！ｌ）　（Ｄ精度で条片５２により形成 されたコア上に、ワイヤの材料の特性と寸法による所定の引っ張り強さに従い、 反対方向にらせん状に巻かれている。第６Ａ図に示されているように、ワイヤ５ ８は５ｏミルと１００ミル（約１．２６Ｘ２．５　ｍｍ）の方形の断面を有し、 コア６１の周囲に銅のボディ６ｏを含む。コア６１は直径およそ０．０２５イン チ（約ｏ、６３闘）であり、複数のニオブ・チタン（ｓｂＴｉ）の撚糸からなり 、それぞれは直径０．０２５ｎ＋ｍである。銅のボディ６０は、テープ６３によ り２回巻きに形成されたワイヤ５８月の外側絶縁カバーを提供するために、幅０ ．２５インチ（約６．３　ｍｍ）　、厚さ０．００２インチ（約０．０５＋ｎｍ ）のポリイミドプラスチックテープ６３を反対方向に半分重ねして、らせん状に 巻かれている。テープ６３の外側縁６４は隣接するテープ６３の層に接着されて おらず、液流の通路を形成し、そこを通って冷却液が浸潤してワイヤ５８を冷却 する。ワイヤ５８はおよそ１００ポンド（約４５４グラム）所定の引り張り強さ で引っ張られ、この引っ張り強さは使用されている材料の種類及び寸法、材料の 熱及び機械特性、及びコア上のワイヤの位置に基き、精密な計算に従い、巻き上 げ中に徐々に減少するように関連する支持コア４７上に巻かれていく。複数の磁 気コイルを使用することにより、異る強さの電流を使用することができ、それに より所望の磁場の形状及び強さを得る助けとなる。内側条片５２及び外側条片５ ６上にワイヤ５８を巻く場合、ステンレスのバンド６５の外側層が外側条片５６ の周囲にらせんに巻かれる。

同心のシェル３２と３４との間に内側ボディ１２により形成された環状空間内に コイルバック４０を支持するために、半径方向に伸びる綱引フ張り装置あるいは 支持部６６がボディ１２の端リング３３とコイルバック４０を含むハウジング３ ６のエンドプレート４１との間に配置され、そしてボディ１２の端リング３３と 対向するハウジング３６のエンドプレート４１どの間で長手方向に伸びる引っ張 り装置あるいは支持部６８が配置されている。特に第１０図に示されている綱引 フ張り装置６６は各電磁石１０の端に隣接して、その周縁に１２０度の間隔で配 置されている。引っ張り支持部６６はそれぞれ引り張りロッド７０を備え、それ の一端はエンドプレート３９上のベアリング支持部７２に取り付けられ、反対側 の端はリング３３のベアリング支持部７４に取り付けられている。ベアリング支 持部７２上の絶縁スリーブ７６はロッド７０の周囲に嵌合し、端リテーナ７８は スリーブ７６に隣接するロッド７０の端に取り付けられている。ベアリング支持 部７４は端リング３３に固定され、ロッド７０のねじ切り端を受領する。調節ナ ツト８０は、ベアリング支持部７４上にねじ切りされた外部スリーブ８２の除去 に際して、ロッド７０上の引っ張り量を調節し制御するために使用される。

特にＮ７．７Ａ、及び９図に示されているように、３つの長手方向の引っ張り装 置６８は、各端リング３３に、それの周縁に１２０度の間隔で取り付けられ、端 リング３３上の引っ張り装置６８は、対向側の端リング３３上の引っ張り装置６ ８に対し円周上に交互に取り付けられている。各引ワ張り装置あるいは支持部６ ９は紐８４を有し、その一端は端リング３３に隣接するスタッド８６により固定 され、厚さを増した他＄８８は、ハウジング３６の隣接して折り重なりているア ングル状のエンドプレート３９へねじボルト８９により固定されている。アング ル状部材９０は端部８８かられずかに隔置され、紐８４にかかる引っ張りは、部 材９０を通って伸びる端部８８とねじ係合しているボルト８９の調節により調節 される。紐８４はチタンからなることが好ましい、かくて、半径方向の引フ張り 装置６６と長手方向の引っ張り装置６８の精密な調節により、コイルバック４０ は内側ボディ１２により形成される環状空間内部に正確に位置決めされる。

特に第５図に示されているように、取り入れ口２８からのヘリウムはコイルバッ ク４０に隣接する液体取り入れ室４８へ流れ、次に開口部５４及び５６を通り、 コイルバック４０に沿って液体取り出し呈５０へ流れ、取り出し・口３０を経て 低温冷却液を戻す。金属材料からなる内側熱シールド９２は、絶対温度２０度（ ２０°に）に対処するためのものであるが、コイルバック４０を密閉するハウジ ングの周囲に形成されている。外側熱シールド９４は間隔を置いて内側熱シール ド９２の周囲に伸び、絶対温度２０度に対応する金属材料からなる。熱シールド ９２及び９４に適した金属材料は、当業者に明白な技術により伝導性を減少させ るために、その上に銀テープを張りた長手方向に伸びる、密接して隔置された複 数の銅の条片であることがわかっている。間断熱材料９５が外側熱シールド９４ と、内側及び外側シェル３２．３４により形成された真空ジャケットとの間にあ る空間に設けられている。十分なものとされている断熱材料９５は、銀の被覆を 有するマイク（Ｊ’１ａｒ）である、第７図に示されているように、熱シールド ９２及び９４は適当なスペーサ９６により相互に及びコイルバック４０から隔置 されている。第７図及び１０図において、環状の銅チューブ９７はシールド９２ の各端の周囲に伸び、銅のチューブ９８はシールド９４の各端の周囲に伸び、ヘ リウムのような低温冷却液の通路を提供している。チューブ９７用の液体通路９ ３及びチューブ９８用の液体通路９９は冷却液源に流体連絡している。

外側磁鉄ボディ１６は複数の長手方向に伸びるセクション１００を含む、各セク ション１００は相互に固定され、エンドプレート組立体１８の間に伸びる層板を 形成する複数のプレートを有している。

各セクション１００はそれの各端で半径方向に伸びるセグメント１０２を固定し ている。該セグメント１０２はボルト１０４により端リング１０６に固定され、 それにより内側円筒形ボディ１２の各端に隣接して配置されているエンドプレー ト組立体１８を形成している。

隣接するセグメント１０２の接触側面１ｏｆｔはその上に断熱ペンキのような断 熱材料の層を有している。相互に断熱されたセグメント１０２を有することによ り、渦電流の通路の抵抗を増加させてこの通路が破壊される。同様に所望の場合 は、セグメント１０２は、渦電流の通路を破壊する連結された複数のプレートか ら形成可能である。

注目すべきことは、第４図に特に見られるエンドプレート組立体１８は、内側ボ ディ１２の端及びコイルバック４ｏに密接して配置され、内側ボディ１２の直径 に対応する内径及び外径を有することである。外側ボディ１６はエンドプレート 組立体１８に沿ってコイルバック４０から伸びる密閉磁気通路と、外側磁鉄ボデ ィ１６の連結セクション１００とを提供している。第４図に示されているライン １０９の半径方向内側のエンドプレート組立体１８の部分は、コイルバック４０ に密接して位置決めされた場合、およそ１．あるいは１．７５テスラヲ超える、 あるいは鉄の飽和磁気を超える磁気の強さを有する。例えば４テスラの磁石に対 しては、ライン６９の半径方向内側のエンドプレート組立体１８の磁気の強さは 、およそ１．５テスラから４テスラまで変化する。しかしながら、外側ボディ１ ６を内側ボディ１２に対しｉ密に位置決めすることにより、極面を形成するエン ドプレート組立体１８は磁場の強さを増加させることを助ける。この目的のため に、エンドプレート組立体１８に使用される鉄の熱及び磁気特性に関する正確な 情報が、磁場のすべての数値にっき、磁鉄の正確な透磁性を予測するために要求 される。およそ２．５テスラまで、公知の技術に従い；！！ｉ磁性が測定される 。しかしながら、２．５テスラを超える部分については、外側ボディ１６に使用 されている鉄の透磁性に関する測定値は磁化飽和（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ 　５ａｔｕｒａｔｉｏｎ）を得るために使用され、次にこれは、フローリッヒ・ ケネリの公式の変形から透磁性を得るために使用される。前記公式は「磁化表の 変形」と題された出版物、１９８６年、著者セルジオ・ビサネッキによるもので 、テキサス・加速センター、７７３８９米国、テキサス州、ウッドランド、チン バロッチ・ブレイスから入手可能である。かくて、ｔｌ、５．１００８スチール のような特定の鉄材料用の磁化表が決定可能である。

相互の関係及び磁場に対する関係で、コイル４２．４４を含む内側円筒形ボディ １２の周囲の外側ボディ１６のコイル４２及び４４のｌ７ｆｔｙな位置決めを得 るために、外側磁鉄ボディ１６に対する横方向及び長手方向の両方に対する内側 ボディ１２の精密な調節が要求される。

この目的のために特に第１図を参照すると、調節ブロック１１０が外側シェル３ ４の周縁に１２０度の間隔で隔置されて、内側ボディ１２の外側シェル３４の外 側表面に固定され、外側シェル３４の各端に隣接して３つの長手方向に整合した 調節ブロック１１０が、外側磁鉄ボディ１６の調節セクション１００内に設けら れた適当なスロット１１２内に嵌合している。各ブロック１１０用の隣接して長 子方向に伸びるセクション１００の外側薄層に取り付けられているのは、半径方 向のブロック１１４及び長手方向のブロック１１６である。ブロック１．１４及 び１１６はセクション１０００間の空間を通して手を入れることのできる調節セ ットねし１１Ｂを含む。セットねじ１１８はブロック１１０に接触する内側端を 有し、ブロック１１４及び１１６上にあるねじ１１８を適当に調節することによ り、内側円筒形ボディ１２を半径方向及び軸線方向に１ミル（０，００１インチ ）　（約０．０２５ｍｍ）以内の距離、外側磁鉄ボディ１６に対し相対的に移動 させる。

外側磁鉄ボディ１６に対し相対的に内側円筒形ボディ１２を精密に位置決めする ことにより、少なくとも１００万分の１の磁場の精度が得られ、これは磁場のパ ラメータの正確な計算並びに精密な位置決めによってのみ達成される。

第１１図を参照すると、冷却手段２６の図式図が描かれており、こ−れには適当 なコンプレッサを有する冷却器１２０　、膨張バルブ、及びヘリウム冷却材用の 熱交換装置が含まれている。冷却器１２０は電源供給用の適当なソケットへライ ン１２１によりプラグ差込み可能である。液体ヘリウムが、冷却器１２０からラ イン９３を通り内側熱シールド９２へ供給され、ライン９８を通って外側熱シー ルド９４へ供給される。液体ヘリウムは液体タンク１２６から取り入れ口２８を 通って磁石１０へ供給され、ヘリウムの気体と液体の混合物が取り出し口３０か らタンク１２６へ戻る。気体ヘリウムはライン１３０を通り冷却器１２０へ戻る 。熱交換機１２８は磁石ｌＯから戻った気体ヘリウムを液体ヘリウムに変換し、 ライン２８を通って磁石１０へ供給する。満足すべき低温冷却システムは、オハ イオ州、コロンブスのＣＶＩ社から購入可能なｒｃＧＲ５１１−４，５超低温シ ステム−４，５絶対温度低温冷却システム」である。

外側磁鉄ボディ１６の内側の周囲に、外側ボディに対し相対的にコイル４２及び ４４を精密に位置決めするために、少なくともをｏ部分の１の磁場の精密さが得 られ、これは磁場のパラメータの精密な計算並びに精密な位置決めによってのみ 達成される。

注目すべきは、少なくとも１００万分の１の高品質の磁場の均質性あるいは均等 性が、単一の超伝導電磁石の多くの応用及び、１億分の１の磁場の精密さを要求 する分光学のようないくつかの応用例に要求される。そのような高品質の磁場を 得るために、非常に精密な方法あるいは連続する手順が磁石の設計に含まれるこ とである。第１に、超伝導電磁石用の容積、形状及び磁場の強さが決定され、最 初の設計は最少のコイル寸法で最大の磁場を発生するようになされ、これは更に 検査あるいは処理するために物体を配置するために磁場に接近するための中央ボ アのような手段を含む。最初の設計には、超伝導コイル及び外側強磁性ボディの 相互の位置関係及び磁場に対する位置関係が決定され、それにより磁場の形状及 び強さに関する所望の効果が得られ、精度１ミル（約０．０２５　ｍｍ）でコイ ルと外側磁鉄ボディとの相互の半径方向及び軸線方向の関係が得られる。

更に、最初の設計は以下のことを基礎に決定される。　（１）　（ａ）所望の磁 場の容積、形状、及び強さのパラメータ、（ｂ）特に磁場のすべての数値につい ての鉄の透磁性を精密に予測するための鉄の熱及び磁気特性を含む、単一の磁石 用に提案されたものとしての材料のｇ１械、熱、電気、及び磁気特性に関する正 確な情報、を使用するコンピュータプログラム、（２）特に内側ボディコイルと 磁鉄ボディの相互の位置関係及びこれらの磁場に対する位置関係を含む、磁石の コンポネントの１ｉ＠な位置決めを得るための適当な工学的技術、及び（３）実 用的、経済的、工学的設計を達成するための適当な電磁的方程式の使用、所望の 場合はコンピュータブログラム、適当な工学的技術及び上述の（２）　、　（３ ）にある電磁方程式が使用され、あるいは最初の設計を得るために、これら項目 がコンピュータのプログラムとは別に使用される０本発明の設計に満足して使用 されたコンピュータプログラムはｒマグナス」と称され、これは以下の出版物に ある。著者セルジオ・ビサネッキ、　７７３８０米国、テキサス、ウッドランズ 、チンバーロツチ・ブレイス　２３１９　テキサス加速センター（１）「マグナ ス−電磁石のＣＡＤＪ　２８４１６　ＡＭＤ　８６７　（ブルックヘブン国立研 究所）の論文。

（２）　１９８６年出版１「有限のエレメント、３Ｄ磁気静力学プログラム、マ グナスのニューバージョン」 本発明に使用するのに満足できるその他のコンピュータプログラムは「ボワソン ／スーパーフィッシュ」プログラム、リポート番号ＬＡ−ＵＲ８７−１１５、「 ボワソン／−スーパーーフィッシュのコードグループＪ　１９８７年１月発行、 著者メンツェル、ストークス、これはロサンジェルス国立研究所、これは８７５ ４５米国、ニューメキシコ、ロサンジェルス、ニューメキシコから入手可能であ る。次に、得られた結果と計算に基き最初の設計が決定した後に、プロトタイプ の超伝導電磁石が製造される。

例えば４テスラのような外側磁鉄ボディの磁気飽和を超える強さの磁場により、 磁鉄の磁場及びコイルに対する位置関係を正確に計算することにより、外側ボデ ィの磁鉄はその磁場の強さを少なくとも１０％から２０％以上までの増加させる 。外側磁鉄ボディは磁場のフリンジを吸収しかつ方向を変えて、そのような磁場 の強さの増加を提供する。これは、１０テスラはどの高い磁鉄の飽和を超える磁 場の強さで均質な磁束を分配する方法により達成される。外側磁鉄ボディのコイ ルに対する位置決めを１００万分の１の精度で正確かつ精密に決定することによ っても、少なくともおよそ１００万分の１の高度に均質な磁場を得ることができ る。

第１２図及び１３図は、図面に描かれ、説明されたような前述の方法により製造 された超伝導の単一の電磁石に対して得られた結果を描いているグラフを示して いる。第１２図を参照すると、グラフはボア１４の長手方向のセンターラインに 沿って軸方向に４テスラの強さにおける磁場の均質性を示している。注目すべき は、２０ｐ四の均質性がトリムコイルあるいはトリム磁場を使用することなく、 １１ｃ＋ｎの範囲で得られている、ということである。

３４１３図を参照すると、このグラフは、２分の１テスラから４テスラまでの磁 場の強さに対してほぼ均質である強さを増加させる超伝導コイルの周囲の磁鉄ボ ディの使用により、２０％を超える磁場の強さの増加を示している。カーブＡは 、２０％の追加のアンペア回数により巻かれているコイルにより、磁鉄ボディな しに使用されている磁気コイルにおける電磁石を描いている。カーブＢは、コイ ルの周囲に磁鉄ボディが使用された、本発明に従った単一の超伝導電磁石構造に より得られた磁場の品質を示している。

かくて、上述の方法に従い、隣接する磁鉄ボディに対して正確かつ精密に位置決 めされたコイルを使用する製造された単一の超伝導電磁石の使用により、少なく とも１０％、２０％以上の磁場の強さの増加の結果を得ている。外側磁鉄ボディ は、鉄の磁気飽和を超える磁場の強さで磁束の均質な分配を高める。更に、少な くとも１００万分の１、最高１億分の１の均質性により、非常に高い精度の磁場 が得られる。そのような高い精度の磁場は第１２及び１３図に描かれている。

第１４図及び１５図を参照すると、外側ボディ１６に使用される特定の鉄材料、 ＡＳＴＭ　Ｕ、Ｓ、スチールの透磁性が図式的に描かれている。　東１４図は２ テスラまでの磁場の強さに対する透磁性を示し、第１５図は２テスラから１２テ スラまでの磁場の強さに対する透磁性を示している。空気の透磁性が１であるこ とが第１５図かられかり、第１５図に描かれた鉄材料の透磁性が、４テスラから １２テスラまでの間で１〜２であることがわかる。この透磁性は「磁化表の変形 」と称される上述の出版物に従い計算された。

第１６〜１８図を参照すると、本発明のその他の実施例が描かれ、これは特に分 光学での使用に応用され、およそ５ｃｍの小さい直径のボアを有し、血液サンプ ルあるいはその他の検査材料が置かれる。電磁石１０＾は内側ボディ１２＾と外 側ボディ１６八を有し、これらは相互に固定されている。かくて、内側ボディ１ ．２Ａと外側ボディ１．６Ａの相互の関係は、製造の後に内側ボディ１２Ａの外 側ボディ１６Ａに対する位置の調節をする必要がないように、電磁石１０への製 造の前に正確に決定されなければならない、これは、電磁石１０の製造の後に内 側ボディ１０の外側ボディ１２に対する位置関係が第１〜１５図にある実施例に おけるように、半径方向オン／オフび軸線方向に調節可能であることとは対照的 である。これに加えて、強磁性外側ボディ１６Ａにおける鉄は、液体ヘリウムの ような冷却媒体に露出しているゆそのような配列により、鉄はコイルに密接して 位置決めされ、これが鉄のコイルに対する最大の効果を得るのに望ましい。

内側ボディ１２Ａはエンドプレート４１Ａにより連結された内側シェル３２Ａと 同心の外側シェル３４Ａとを有し、コイルバック４０Ａを収容する密閉ハウジン グ３６Ａを形成している。コイルバック４０Ａはその間に液体を流す通路を形成 する内側及び外側の相互に隔置された条片５２Ａ及び５６Ａを有している。比較 的幅の小さいトリムコイル４４Ａがメインコイル４２Ａの周縁に伸び、メインコ イル４２Ａとは異る電流を使用するように電気的に絶縁されている。コイル４２ Ａ　′Ｂ！、び４６八は第１〜１５図の実施例のワイヤ５８に類似のらせん状に 巻かれたワイヤ５８Ａを含む、エンドプレート４１Ａにある開口部５４Ａにより 、冷却液が隔置された条片５２＾及び５８Ａの間、そしてコイルバック４０Ａに 沿って流れる。

外側密閉磁鉄ボディ１６Ａは内側ボディ１２Ａの周囲に同心の関係に位置決めさ れる。外側ボディ１６＾は、外側エンドプレート１３８をシェル１３４及び１３ ６の端に連結して、内側シェル１３４及び外側シェル１３６を含む、内側及び外 側シェル１３４及び１３６の間のボディ１６Ａ内部に取り付けられているのは、 複数の長手方向に伸びるセクションｌＯｎであり、チャネル状に形成された薄層 からなる鉄部材あるいは鉄ブロックである。セクション１００Ａは半径方向に伸 びる端セグメント１０２Ａを含み、コイルバック４０Ａとハウジング３６八とに 根方向に隣接した内側端部１０６八を有する薄層に形成されていることが好まし い、各端セグメント１０２＾は、渦電流を最少にするために、接触面で適当な絶 縁被膜で隣接するセグメント１０２Ａ７！ｌ）ら絶縁されている。特に第１７図 に示されているように、各端セグメント１０２八は半円形の開口部１４０をその 対向する両側面に有し、これが隣接するセグメント１．０２Ａにある対応する半 円形の開口部１４０に対応し、それによりセグメント１０２＾の精密な位置決め を助けている。開口部１４０はセグメント１０２Ａを適所に保持するために適当 なキーを受領する。セクション１００Ａは類似の開口部１４０を有する。１２の 長手方向に伸びるセクション１００　Ａと１２の端セグメント１０２Ａとが室温 の状態でおよそ４ミル（約０．０２５　ｍｍ）の間隔で相互に隔置されている。

冷却フェーズの間に、セクシ（ン１００Ａ及びセグメント１０２　Ａにある鉄は 電磁石を形成する他の材料よりも収縮が少なく、セグメント１０２Ａの間の間隔 及びセクション１００＾の間の間隔は、最低温度に到達した場合に閉じる。

シェル１３４及び１３６の間の内側エンドプレート１４１は取り入れ口２８Ａに 隣接する液体取り入れ）Ｅ４８Ａと取り出し口３０Ａに隣接する取り出し室５０ Ａとを形成する。内側シェル３２＾と、ハウジング３６Ａの内側に隔置された条 片５２＾と、コイルバック４０Ａとはハウジング２６Ａから外側ボディ１６＾の 内側シェル１３４に沿って内側プレート１４１まで伸びている。内側プレート１ ４１にある開口部１４２により、取り入れ室４８＾と取り出し室５０Ａとの間の 直接の液体の流れがコイルバック４０＾の内側周縁に沿って可能となる。開口部 １４４がセグメント１００　Ａ　ｃ′）ｅ１１部１０６　Ａとエンドプレート１ ４１　とを通って伸び、隔置された外側条片５６Ａの間の液体の通路との液体連 絡が可能となる。かくて、取り入れ室４８Ａと取り出し室５０Ａとの間の液体連 絡が同様の方式でコイルバック４０Ａの外側周縁に沿って提供される。外側鉄ボ ディ１６＾並びにコイルバック４０Ａが絶対温度４．５度まで冷却される。

示されているように、熱シールド９４Ａが外側鉄ボディの周囲に位置決めされる 。外側ハウジング１４６が内側ボディ１２Ａと外側鉄ボディ１６＾との両方を密 閉する。外側ハウジング１４６がエンドプレート１５２によりその端で連結され ている内側及び外側の同心のシェル１４８及び１５０を含む、中央ボア１４Ａが 内側シェル１４８により形成され、血液サンプルのような検査され、あるいは処 理されるべき物体をその中に位置決めするために磁場への経路を提供する。超絶 縁材料９５Ａが熱シールド９４Ａとハウジング１４６との間の空間に位置決めさ れる。

磁石１０Ａの設計は、第１〜１５図に前述された実施例にある電磁石ｌＯの設計 と類似の方法で行われる。コイルバック４０Ａ内のコイルの位置決めの外側鉄ボ ディ１６＾に対する位置決めの調節は電磁石１０Ａの製造の後は行われないため 、最初の設計において、コイル及び外側鉄ボディ１６Ａの精度の高い位置決めが 行われる必要がある。

本発明は特に鉄の磁気飽和よりも大きい強さを有する磁場の使用に対して応用さ れているが、本発明は鉄の磁気飽和よりも小さい強さの磁場の使用に対しても応 用可能であることが理解されるべきである。同様に、本発明の好ましい実施例の 詳細が説明されてきたが、好ましい実施例の改良及び応用は当業者には明白であ る。しかしながら、そのような改良及び応用は以下の請求の範囲に説明されてい る本発明の精神及び範囲を逸脱することなく可能であることははっきりと理解さ れるべ咎である。

浄ｔ’（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、１２ ＰＰＭ　（ぜ１膠０．５−４．０デスク　）浄書（古Ｇに変更なし） ＦＩＧ、１４ Ｍｕチーアル１００８１１１ Ｂ（テスラ） ＦＩＧ、１５ Ｍｕチーアル１００８　Ｎ 手続補正書（ｊ５０ １．事件の表示 ＰＣＴ／１Ｊｓ８８１０２５６０ ２、発明の名称 単一の超伝導電磁石 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　ヒユーストン−エイリアーリサーチ・センター４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　平成　２年１１月　６日　溌送日）国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．鉄の飽和磁力よりも強い磁場で使用するようにされた単一の超伝導電磁石で あって、 ほぼ磁場に対応する形状の寸法を有し、該磁場を利用する物体を収容するための そこを通る中央ボアを形成している、ほぼ円筒形の細長い前記内側ボデイを備え 、前記内側ボデイが内側及び外側に同心のシェルを有し、前記磁場の周囲の前記 内側及び外側の同心のシェルの間に円形に配列された複数のコイルを含み、これ が前記内側ボデイに対しほぼ対称的に配置され、前記コイルが超伝導ワイヤから なり、異る所定の電流で使用されるようにされ、そして 前記内側ボデイの周囲及び前記磁場の周囲に伸び、所望の形状と磁場の強さとを 提供する外側磁鉄ボデイを備え、前記磁鉄ボデイが、前記外側ボデイにある磁鉄 の磁気飽和を超える磁場の強さに前記磁場の強さを増加させるため、磁場を含み これの方向を向け替えるため、閉じた磁力の経路を提供することを特徴とする単 一の超伝導電磁石。
2. ２．請求項１に記載の単一の超伝導磁石において、前記外側磁鉄ボデイが前記ほ ぼ円筒形の内側ボデイの周囲に同心に配置され、前記内側ボデイの両端に近接し て半径方向内側に伸び、前記内側ボデイとその内部のコイルの両端に密接して配 置されていることを特徴とする超伝導磁石。
3. ３．請求項２に記載の単一の超伝導磁石において、前記半径方向に伸びる端部が その内部に中央ボアを有し、その内径が前記内側ボデイの前記中央ボアの内径と ほぼ類似していることを特徴とする単一の超伝導磁石。
4. ４．請求項３に記載の単一の超伝導磁石において、前記半径方向に伸びる端部が 、鉄の飽和磁力と前記磁場の磁力の強さとの間の変化する磁力の強さを有するこ とを特徴とする単一の超伝導磁石。
5. ５．請求項１に記載の単一の超伝導磁石において、前記外側磁鉄ボデイの前記コ イル及び前記磁場に対する相対的位置決めが、少なくとも１００万分の１（ｏｎ ｅ　ｐａｒｔ　ｐｅｒ　ｍｉｌｌｉｏｎ）の均質さで精密な磁場を提供できるよ うに、前記内側ボデイと前記外側磁鉄ボデイとを相互に相対的に移動するための 取付け手段を備えてなることを特徴とする単一の超伝導磁石。
6. ６．請求項２に記載の単一の超伝導磁石において、前記内側ボデイと前記外側磁 鉄ボデイとを相互に相対的に移動するための取付け手段が、前記内側ボデイ及び 前記外側ボデイとの間に配置されたセットねじを使用する調節可能なブロックを 含むことを特徴とする単一の超伝導磁石。
7. ７．請求項１に記載の単一の超伝導磁石において、前記内側ボデイ及び前記外側 ボデイが相互に固定されていることを特徴とする単一の超伝導磁石。
8. ８．少なくとも１００万分の１の磁場の均質性を有し、特に、磁鉄が飽和してい る１．５テスラを超える強さを有する磁場での使用に応用される単一の超伝導磁 石であって、磁場を利用するため、その内部に物体を収容する中央ボアを形成す る前記内側シェルと相互に同心関係に配置された内側及び外側のほぼ同心のシェ ルを有する、ほぼ円筒形の細長い内側ボデイを備え、閉じ込めた環状空間をその 内部に形成するために、前記シェルの対向する両端の間にあってこれらを連結す る前記細長いボデイの各端に環状の端板を備え、 前記内側及び外側シェルの間にあり、複数のコイルを有し、前記名コイルがコア と該コアに巻かれたワイヤとを含む、前記内側ボデイの前記閉じ込められた環状 の空間内に配置されたほぼ円筒形のコイルバックを備え、 前記コイルを冷却するために前記コイルバックに冷却液を供給する手段を備え、 磁場の強さを強化するような形状にするため、閉じた磁力の経路を供給する、前 記内側ボデイと前記磁場との周囲に外側磁鉄ボデイを備え、前記外側ボデイが半 径方向に伸びる端部を有し、該端部が前記内側ボデイの両端に沿って伸び、かつ 前記内側ボデイ及びその内部の前記コイルの両端に密接して配置されていること を特徴とする単一の超伝導磁石。
9. ９．請求項８に記載の単一の超伝導磁石において、前記外側磁鉄ボデイの半径方 向に伸びる前記端部が、磁鉄の飽和の強さと前記磁場の磁場の強さとの間で変化 する磁場の強さを有することを特徴とする専一の超伝導磁石。
10. １０．請求項８に記載の専一の超伝導磁石において、熱伝導を最少限にするため に、断熱層が前記コイルバックを取り巻いていることを特徴とする単一の超伝導 磁石。
11. １１．請求項８に記載の単一の超伝導磁石において、前記コイルが卷かれた前記 コアが、前記コイルの内側周縁に沿って周縁に隔置された複数の条片を備え、前 記隔置された条片の間に流体の流れの通路を形成し、それを通って前記冷却液が 関連するコイルを冷却するために流れることを特徴とする単一の超伝導磁石。
12. １２．請求項１１に記載の単一の超伝導磁石において、前記複数のコイルが前記 コイルバックの長手方向に軸線に沿って隔置され、前記内側ボデイが端板を有し 、前記端板がその内部に開口部を有して、該端板の１つに隣接して流体の流れの 取り入れ通路を、対向する他の端板に隣接して流体の流れの取り出し通路を提供 し、前記端板を通って、前記流れの取り入れ通路と前記流れの取り出し通路との 間の前記隔置された条片の間の空間に沿って前記冷却液が流れることを特徴とす る単一の超伝導磁石。
13. １３．請求項１１に記載の単一の超伝導磁石において、複数の周縁に隔置された 条片が前記コイルの外側周縁に配置され、それの間の流体の流れる通路を形成し 、それを通って前記冷却液が前記関連するコイルを冷却するために流れることを 特徴とする単一の超伝導磁石。
14. １４．少なくとも１００万分の１の均質性を有し、特に磁鉄の飽和磁力よりも大 きい強さの磁力で使用するようにされた磁場を提供する装置であって、 内側の細長い円筒形のボデイを形成し、対向する両端とそこを通る中央ボアを有 するトロイド形状の単一の超伝導磁石を備え、前記内側ボデイが、磁場を利用す るためにその内部に物体を収容するための中央ボアを形成する前記内側シェルと 相互に同心の関係にある、内側及び外側の同心のシェルを有し、前記細長いボデ イの各端にある環状の端板が前記シェルの対向する両端のそれぞれの間に伸びか つこれと連結して、その内部に閉じ込められた環状の空間を形成し、 ほぼ円筒形のコイルハウジングが、前記内側及び外側シェルの間にあってこれと 隔置された関係にある前記内側ボデイの前記閉じ込められた環状の空間内に配置 され、前記コイルハウジングがほぼ方形の長手方向の断面を有し、一つの隔置さ れた同心の中間シェルを形成し、前記コイルハウジングの各端にある環状の端板 を形成して、閉じ込められた環状空間をその内部に形成し、前記コイルハウジン グの前記閉じ込められた環状空間内に配置され、複数のコイルを有するコイルバ ックを備え、各コイルがコアと該コアに卷かれたワイヤとを含み、前記コイルを 冷却するために前記コイルハウジングの前記閉じ込められた空間へ冷却液を供給 する手段を備え、前記対向する端の間にある前記内側の細長いボデイに固定され 、その周囲に伸びる外側磁鉄ボデイを備え、前記外側磁鉄ボデイが、前記内側の 細長いボデイの周囲に円周状に隔置される複数の長手方向に伸びるセクションを 含み、該セクションが、磁場の強さを増加させるために、閉じた磁力の通路を提 供し、均等な方法で前記ボデイの両端の間の磁場を形成するため前記対向する両 端の間に伸び、そして 前記磁鉄ボデイの各端の環状の端板構造が、前記長手方向に伸びるセクションか ら半径方向内側に、密接に隔置された関係で前記内側ボデイの両端に沿って伸び る複数の密接したセグメントを含み、前記半径方向に伸びるセグメントがその内 部に、前記内側ボデイのための前記中央ボアの内径にほぼ等しい中央ボアを有し ていることを特徴とする装置。
15. １５．請求項１４に記載の装置において、前記各端板構造の前記セグメントの磁 力を相互に遮断する手段を更に含み、それにより前記端板構造において渦電流を 解消しかつ減少させることを特徴とする装置。
16. １６．少なくとも１００万分の１の均質性を有し、特に磁鉄の飽和磁力よりも強 い磁力を使用するようにされた磁場を提供する装置であって、 内側の細長い円筒形のボデイを形成し、対向する両端とそこを通る中央ボアを有 するトロイド形状の単一の超伝導磁石を備え、前記内側ボデイが、磁場を利用す るためにその内部に物体を収容するための中央ボアを形成する前記内側シェルと 相互に同心の関係にある、内側及び外側の同心のシェルを有し、前記細長いボデ イの各端にある環状の端板が前記シェルの対向する両端のそれぞれの間に伸びか つこれと連結して、その内部に閉じ込められた環状の空間を形成し、 ほぼ円筒形のコイルハウジングが、前記内側及び外側シェルの間にあってこれと 隔置された関係にある前記内側ボデイの前記閉じ込められた環状の空間内に配置 され、前記コイルハウジングがほぼ方形の長手方向の断面を有し、一つの隔置さ れた同心の中間シェルを形成し、前記コイルハウジングの各端にある環状の端板 を形成して、閉じ込められた環状空間をその内部に形成し、前記コイルハウジン グの前記閉じ込められた環状空間内に配置され、複数のコイルを有するコイルバ ックを備え、各コイルがコアと該コアに巻かれたワイヤとを含み、前記コイルを 冷却するために前記コイルハウジングの前記閉じ込められた空間へ冷却液を供給 する手段を備え、前記対向する端の間にある前記内側の細長いボデイに固定され 、その周囲に伸びる外側磁鉄ボデイを備え、前記外側磁鉄ボデイが、前記内側の 細長いボデイの周囲に円周状に隔置される複数の長手方向に伸びるセクションを 含み、該セクションが、磁場の強さを増加させるために、閉じた磁力の通路を提 供し、均等な方法で前記ボデイの両端の間の磁場を形成するため前記対向する両 端の間に伸び、 前記磁鉄ボデイの各端にある環状の端板構造が、連続する円形の通路を形成する ために、前記長手方向に伸びるセクションから半径方向内側に伸びる複数の隣接 するセグメントを含み、前記電磁石を冷却するための手段がクーラントを含み、 前記電磁石構造により発生する磁場を測定するため事前に選択されたパラメータ 用の測定手段を備え、そして所定のパラメータの測定結果を受信し、磁場の強さ と均質性とを計算し、それにより前記内側ボデイの前記外側磁鉄ボデイに対する 相対的位置決めが、前記計算に従い前記磁場の最大の均質性を得るために変更可 能なようになされたマイクロコンピュータを備えていることを特徴とする装置。
17. １７．磁鉄が飽和する１．５テスラを超える強さを有する磁場で使用するように された、単一の超伝導電磁石構造であって、内側及び外側シェルを有し、その内 部に物体を収容する中央ボアを形成して磁場を利用する内側の細長いボデイを備 え、前記細長いボデイの各端にある端部材が前記シェルの対向する両端を連結し てその内部に空間を形成し、 前記内側及び外側シェルの間にあり複数のコイルを有する前記内側ボデイの前記 内側空間内に配置されたコイルバックを備え、前記内側ボデイと前記磁場との周 囲にある外側磁鉄ボデイが閉じた磁力線の通路を提供し、磁場の強さを増加させ るため磁場の形成を支援し、前記外側ボデイが端部を有し、該端部が前記内側ボ デイに沿って伸び、前記内側ボデイの両端とその内部のコイルに密接して配置さ れ、 前記外側ボデイがその一端に隣接して液体取り入れ室と、他端に隣接して液体取 り出し室とを有し、液体が前記取り入れ及び取り出し室の間にある前記外側ボデ イ内の通路を流れ、そして前記外側磁鉄ボデイを冷却するために、前記液体取り 入れ室から前記液体通路を通って前記液体取り出し室へ冷却液を供給する手段を 備えてなることを特徴とする単一の超伝導磁石構造。
18. １８．請求項１７に記載の単一の超伝導磁石構造において、外側ハウジングが前 記外側ボデイを閉じ込め、熱伝達を最少にするために、前記外側ハウジングと前 記外側ボデイとの間に断熱手段が配置されることを特徴とする単一の超伝導磁石 構造。
19. １９．少なくとも１００万分の１の磁場の均質性を有し、特に、磁鉄が飽和して いる１．５テスラを超える強さを有する磁場での使用するようにされた単一の超 伝導磁石であって、磁場を利用するため、その内部に物体を収容する中央ボアを 形成する前記内側シェルと相互に同心関係に配置された内側及び外側のほぼ同心 のシェルを有する、ほぼ円筒形の細長い内側ボデイを備え、閉じ込めた環状空間 をその内部に形成するために、前記シェルの対向する両端を連結する前記細長い ボデイの各端に環状の端板を備え、 前記内側及び外側シェルの間にあり、複数のコイルを有し、前記内側ボデイの前 記閉じ込められた環状の空間内に配置されたほぼ円筒形のコイルバックを備え、 前記内側ボデイと前記磁場との周囲にある外側磁鉄ボデイが閉じた磁力の通路を 提供し、その内部の磁場の強さを増加させるために前記磁場の形成を支援し、前 記外側ボデイが、前記内側ボデイに沿って伸び、前記内側ボデイの両端とその内 部の前記コイルに密接して配置された端部を有し、前記外側ボデイが端部の１つ に隣接する液体取り入れ室と他の端部に隣接する液体取り出し室とを有し、 液体通路が前記取り入れ室から前記取り出し室まで、前記外側磁鉄ボデイを通り 、前記コイルに沿って伸びており、そして前記コイルと前記外側磁鉄ボデイとを 冷却するために前記液体の通路を通り前記液体取り出し室まで流れるように、前 記液体取り入れ室へ冷却液を供給する手段を備えてなることを特徴とする単一の 超伝導磁石構造。
20. ２０．請求項１９に記載の単一の超伝導電磁石構造において、前記端部のそれぞ れが複数のセグメントからなり、渦電流を最少にするために、前記セグメント相 互を電気的に絶縁するため、前記セグメントの間に手段が設けられていることを 特徴とする単一の超伝導磁石構造。
21. ２１．請求項１９に記載の単一の超伝導電磁石構造において、外側ハウジングが 前記内側及び外側ボデイを閉じ込め、物体を収容する前記中央ボアが前記内側及 び外側ボデイを通って伸び、前記外側ハウジングの中央ボアの直径を形成するこ とを特徴とする単一の超伝導電磁石構造。
22. ２２．請求項１９に記載の単一の超伝導電磁石構造において、前記外側磁鉄ボデ イが長手方向に伸び、前記端部を連結するセクションを有し、前記長手方向に伸 びるセクションがその内部に前記液体取り入れ室と取り出し室との間の液体の通 路を有することを特徴とする単一の超伝導電磁石構造。