JPH03501076A

JPH03501076A - 電磁石およびその製造方法

Info

Publication number: JPH03501076A
Application number: JP63508071A
Authority: JP
Inventors: ヒューソン，フレデリック・アール
Original assignee: ヒューストン・アドバンスト・リサーチ・センター
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1991-03-07
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: MX165621B; AU2531988A; WO1989001696A1; EP0374189A4; KR890702226A; EP0374189A1; PH24819A; IL87407A; US4822772A; KR920008203B1; JP2643402B2; CA1317630C

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】電磁石およびその製造方法（発明の背景）本発明は、単一の超伝導電磁石およびその製造方法に関し超伝導コイルおよびこのコイル周囲の外側の強磁性体を使用する単一超伝導電磁石およびその製法に関する。

これまで、磁鉄が約ＩＸテルサ（Ｔｅ５ｌａ）の磁界強さにおいて飽和し、このことが従来の電磁石の使用範囲を限定するものであったことが認められている。

更に強い磁界が従来の磁石において使用されたが、少なくなくとも１百万分の１（ｐｐｍ）の均−性即ち均一度を有する精密磁界を得ることは非常に困難であった。また、このような精密磁界はかなりの電力を必要として°、このため高い運転コストをもたらす結果となった。

超伝導コイルを使用する超伝導磁石は、所要電力量を実質的に低減し、また遥かに大きな電流密度を可能にし、これにより特定の予め定めた電流に対し必要な導電材料の量を低減する。ある超伝導磁石は磁界に対するシールド用として磁鉄を使用したが、これらのシールドを施した磁石は、約１．５テルサである鉄の磁気飽和よりそれほど大きくない磁界強さを持つ非精密磁界に限定されてきた。

今日の多くの超伝導電磁石の使用には、少なくとも約ｌｐｐｍから約１億分の１（ｐｐｈｍ）の如き磁界の非常に高度の均−性即ち均一度を必要としている。これまでは、このような磁界の均一性を達成するためには僅かな電流が使用された。

これまで、磁鉄シールドは、１９８７年２月２４日発行の米国特許第４．６４６．０４５号における如き鉄の磁気飽和よりはそれほど大きくない強さを持つ磁界に対して使用されたが、同特許は隣接する装置の運転の妨げとなり得る磁気フリンジ即ち漂遊磁界を最小限度に抑えるか排除するため医療装置における核磁気共鳴（、Ｎ　Ｍ　Ｒ）磁石を記載している。米国特許第４．６４６．０４５号においては、磁界の均一度に対するシールドの効果を最小限度に抑えるため別個のシールドが最小限の強磁性材料を用いて使用されたが、シールドにおける°磁鉄の磁気飽和より大きな磁界強さにおいて有効な如き、特に磁界強さを増加させる如きシールドを備えた示唆はなかった。磁鉄の飽和以上の磁界においては、磁石を保有する部屋の壁部の如きコイルからかなりの距離に磁鉄のシールドを提供することは広（知られている。

磁鉄シールドは、閉鎖された磁束経路の一部を提供して、磁界の形状および強さに影響を及ぼす。

このため、磁界の所要の形状および強さが得られるように、超伝導コイルおよびシールドは相互に、かつ磁界に対して正確に定置されることが必要である。

これまで、特に磁鉄の磁気飽和より実質的に大きな強さを持つ磁界において使用される時少なくとも約ｌｐｐｍの磁界均一性が得られるように、コイルおよび磁気シールドの相互におよび磁界に関連する位置決めが正確に予め定めることができる超伝導電磁石は提供されていない。

（発明の要約）本発明は、特に単一電磁石およびその形成方法に関するもので、この単一の電磁石構造は、外側の強磁性体の磁気飽和より大きな磁界強さで少なくとも約ｌｐｐｍの最大均一性を生じるように、有効な方法で所要の形状および強さの磁界を得るため超伝導コイルを含む内側体部に対し正確に定置された外側の強磁性体を有するものである。少なくとも２個のコイルが内側体部内に設けられ、線の特性およびサイズに応じて予め定めた張力で巻き線が各コイルの芯部に正確に巻付けられる。少なくとも２個の磁気コイルの使用により、異なる強さの電流が磁界の所要の形状の達成を助けることを可能にする。コイルおよび外側磁鉄体を相互および磁界と関連する正確な位置決めを達成するため、コイルと外側磁鉄体間に精度調整手段が設けられ、このような調整手段に対する接近が行われねばならない。

磁界の均−性即ち均一度に関して、外側の強磁性体を備えた単一電磁石構造は、ＮＭＲ磁石と共に使用するのに適するコイル穴即ち開口の直径あるいは横断寸法の約４分の１の球形の内部に少な（とも約１電磁石を分光器に使用する時、コイル開口の直径が数センチ、例えば１乃至３ｃｍの球形の内部に１ｐｐｈｍの磁界の均一性が要求される。超伝導コイルに隣接する単一電磁石の外側の強磁性体は、２０％以上も磁界の強さを増加させ、これは磁界の諸パラメータおよびコイルおよび磁界に対する内側体部と外側磁鉄体の相対的位置を正確に計算することによって、のみ行われる。この外側磁鉄体は、約ｌＯテスラもの磁鉄の磁気飽和よりかなり大きな磁界強さで磁界の磁束を円滑に均一に分散させる。このため、外側磁鉄体の磁鉄の飽和状態は磁束の均一な分布を強化する。

少なくとも約ｌｐｐｍのこのような高度の磁界の均一度即ち均一性を達成するため、単一電磁石構造の設計においては非常に精度の高い方法即ち一連の工程が含まれる。第一に、単一超伝導電磁石構造に対する磁界の拡がり、形状および強さが確立され、装置や試料を設置するため、あるいは検査または処置のため患者または動物を収受するために磁界への接近のための手段を提供することに加えて、これらの用件を満たすように初期設計が行われる。次に、磁界の強さおよび形状に対する所要の効果が外側磁鉄体に関する内側体部の正確な調整により達成できるように、コイルおよび外側磁鉄体を含む内側体部が、相互にあるいは磁界に関連して定置される。

初期設計は、（ａ）所要の磁界の拡がり、形状および強さのパラメータ、および特に磁界の全ての値における磁鉄の透磁率を正確に予測するための磁鉄の熱的および磁気的特性を含む、（ｂ）単一電磁石構造に対して提起される材料の機械的、電気的および磁気的特性に関する正確な情報を用いる（１）コンピュータ・プログラム、特にコイルおよび外側磁鉄体の相互および磁界と関連する位置決めを含む、磁石の構成要素の正確な位置決めを達成する（２）適当な技術手法、および実際的、経済的な技術設計を達成するための（３）適当な電磁気の演算式の利用に基いて確立される。

コンピュ−タ・プログラムは、必要に応じて、上記の項（２）および（３）に述べた適当な技術手法および電磁気演算式を含み、あるいはまたこれらの項は初期設計の′達成に際、してコンピュータ・プログラミングとは切り離して使用することもできる。このように、原型の単一超伝導電磁石構造は、上記結果および得られた計算に基いて製造される。

例えば４テスラの如き外側磁鉄体の磁気飽和以上の磁界強さの場合でさえ、磁界およびコイルに対する磁鉄の正確な標定の故に、磁鉄は少なくとも約１０％あるいは約２０％以上も磁界の強さを増大させる。

外側磁鉄体は、磁気フリンジ磁界を吸収しかつ偏向させてこのような磁界強さの増加をもたらす。約１ミル（０，００１インチ）の公差内のコイルを含む内側体部に対する外側磁鉄体の正確な位置決めもまた、少なくとも約ｌｐｐｍの磁界の高度な均一性を結果としてもたらす。

更にまた、このような高度の精密磁界を達成するために、コイルは全ての方向に正確な公差内で巻付けられ、これはコイルを形成する線の張力を予め定めることにより達成される。この電磁石は、超伝導スイッチが恒常モードで供給電源から切換わる恒常電流モードで作動する。また、超伝導コイルに充分な冷却を行うことも必要であり、このような冷却のためヘリウムまたは窒素が使用でき、その結果超伝導部材が超伝導状態となるそれらの臨界温度より低く冷却されるようになっている。

本発明の目的は、外側磁鉄体が約１０テスラもの外側磁鉄体における磁鉄、の磁気飽和よりかなり大きな磁界強さにおける磁束の均一な分布を強化する、磁気コイルを含む内側の相対的に運動自在な体部の周囲に外側磁鉄体を備えた単一電磁石構造の提供にある。

本発明の別の目的は、超伝導コイル周囲に外側磁鉄体を備えた単一超伝導電磁石構造、および磁界が少なくとも約ｌｐｐｍあるいはｌｐｐｈｍもの均一性を有する如き単一超伝導電磁石を形成する方法の提供にある。

本発明の更に別の目的は、外側磁鉄体が磁界の磁界強さを少なくとも約１０％、あるいは２０％以上も増大させる超伝導電磁石および方法の提供にある。

本発明の他の目的は、磁石において使用される材料の機械的、熱的、電気的および磁気的特性に関する正確な情報、ならびにコイルおよび外側磁鉄体を相互に１ミルの公差内で定置して磁界の最大の均一性を生じるように磁界の所要の強さおよび形状を得るための適当な電磁演算式および技術手法を含むコンピュータ・プログラムおよびソフトウェアが使用される如き単一超伝導電磁石の製造方法の提供にある。本、発明の他の目的、特徴および利点については、以降の記述ならびに図面を参照すれば明らかになるであろう。

（図面の簡単な説明）第１図は、内部を貫通する中心内孔を持つ内側体部と、この内側体部の超伝導コイルの周囲における外側磁鉄体と、この外側磁鉄体を内側体部のコイルに対し正確に定置する手段とを有する本発明による単一超伝導電磁石の一実施例の一部破断斜視図、第２図は、複数のセグメントに形成され揺らん状の基部支持部上に支持されたコイルに隣接する外側磁鉄体を示す第１図に示した電磁石の端面図、第３図は、特に熱遮へい部および超伝導材料を冷却するためのヘリウム等の冷却剤を流動させる手段の構成を示す電磁石のコイルに対する略々円筒状の内側体部の横断面図、第４図は、内側体部の周囲の外側磁鉄体内部に取付けられたコイルい対する円筒状の内側体部を示す第２図の線４−４に関する縦断面図第５図は、円筒状の内側体部内の磁気コイルの構成を特に示す第４図の一部を拡大した断面図、第６図は、４テスラの磁界強さの磁気フリンジ磁界の４半部のグラフ、第７図は、電磁石に対する軸方向寸法を有する１、５テスラの磁界における均一性を示すグラフ、第８図は、４テスラの磁界における磁界の均一性を示す第７図のグラフと類似のグラフ、第９図は、コイルを含む内側体部の周囲に外側磁鉄体が置かれた本発明の単一超伝導電磁石の磁界の強さを、外側磁鉄体のないコイルの２０％の増加を生じる電磁石と比較するグラフ、第１０図は、１テスラ乃至２テスラの磁界強さにおける特定の鉄材料の透磁率を示すグラフ、および第１１図は、２テスラ乃至１２テスラの磁界強さにおける第１０図に示された鉄材料の透磁率を示すグラフである。

（実施例）本発明による単一超伝導電磁石あるいは電磁石構造の一実施態様が、図面の第１図乃至第５図に全体的に１０で示されている。単一電磁石構造１０は、特に医療用装置のための核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置に使用されるためのものである。しかし、本発明は、加速器、粒子ビーム、分光器等の多数の用途において使用できることを理解すべきである。

単一電磁石構造１０は、全体的に１２で示された、貫通する中心内孔１４を有する円環体形状を呈し全体的に１６で示した外側磁鉄体内部に取付けられた円筒状の内側体部即ちハウジングを含む。外側磁鉄体１６は、その間に内側体部１２が取付けられた対向する端板組立体１６を含む。

内孔１４は、電磁石構造１０がＮＭＲイメージ形成のため使用される場合に、患者の体を収受するに充分な大きさである。

全体的に２０で示される揺らん状のベース支持部は、端部支持部材２２間に固定された長手方向に延長するビーム２４を有する非磁性材料から作られた対向する端部支持揺らん部材２２を含む。磁鉄体１６の上面には、超伝導電磁石１０を電磁石において使用される材料の超伝導温度まで冷却するためのヘリウムまたは窒素の如き冷却剤を含む全体的に２６で破線で示した極低温冷却手段が取付けられている。電磁石を冷却するための流通路の周囲に冷却流体を提供するための入口が２８で示され、超伝導材料の冷却後冷却流体を受取るための出口が３０で示されている。このようなな冷却剤を提供するための適当な極低温冷却手段は当業者には周知である。

第３図乃至第５図に示されるように、円筒状の内側体部１２は、内孔１４を画成する内側シェル３２と、同心状の外側シェル３４を有する。端部リング３３が、外側シェル３４に対してその各端部に固定されている。端板３５が、シェル３２．３４をその端部で結合して、超伝導コイルに対する真空ジャケットを形成している。超伝導コイルに対する密閉されたハウジング３６を形成するのは、閉鎖端部３９°を持つ中間に隔てられたシェル３７であり、その間で超伝導コイル組立体即ち全体的に４０で示されるコイル・パッケージを受取る、端板４１間の環状の空間を提供する。コイル・パッケージ４０は、中心の主要コイル４２と、この中心コイル４２の各端部に隣接し非磁性材料から作られた環状のスペーサ板４６により分離された端部コイル４４とを含む。コイル４２．４４が形成される線は、線材料あ特性およびサイズに従って予め定めた張力の下で引っ張られながら線を正確に１ミル内に支持する芯部即ちボビン４７上に巻付けられる。この線は、例えば超伝導材料を含む約ｉ、、２７Ｘ２．５４ｍｍ　（５０Ｘ１００ミル）の断面寸法を持つく形状断面を有することが望ましい。

この線は、関連する支持芯部４７上へ巻付けられる間約４５にｇ　（１００１ｂｓ）の予め定めた張力の下に置かれ、この張力ｉよ使用される材料の種類およびサイズ、材料の熱的および機械的特性、および芯部上の線の位置に基づく正確な計算に従って、巻付は中途々に減少される。複数の磁気コイルの使用は、異なる大きさの電流の使用を許容し、これにより磁界の所要の形状および強さを得る上で助けとなる。

芯部即ちボビン４７は、コイル４２．４４の内外両面に配置され冷却流体がコイル４２．４４に沿って流れることを許すようにストリップ４８間に流通路を形成する幅が約１２．７ｍｍ　（１層２インチ）の複数の円周方向に間隔をおいて設けられたストリップ即ちスラット４８が形成されている。１層のステンレス鋼の帯材５２が、第５図に示されるように外側のストリップ４８の周囲に巻付けられている。特に第５図に示されるように、入口２８からのヘリウムがコイル・パッケージ４０に隣接した流通路４９へ流入し、次いで端板４１およびスペーサ板４６の開口５０を経てコイル・パッケージ４０およびストリップ４８間の間隙に沿って、出口３０から極低温冷却°手段２６へ戻すための流通路５１へ流れる。全体的に５４で示される２０°ケルビン（０Ｋ）の温度用の金属材料製の、渦電流を最小限度に抑えるよう切込みのある内側熱シール、ドが、コイル・パッケージ４０を密閉するためのハウジング３６の周囲に形成されている。

外側熱シールド５６は、これと隔てられた位置関係で内側熱シールド５４の周囲に延長し、８０°にの温度用の金属材料で形成され、渦電流を最小限度に抑えるため切込みが設けられている。超絶縁材が外側熱シールド５６と内外のシェル３２．３４により形成された真空ジャケットとの間５８に示した間隙に設けられる。周知のよう°に、シェル３２．３４間の間隙内に真空を生じて熱シールド５４．５６を冷却するための冷却流体を提供するための手段（図示せず）が設けられている。

外側磁鉄体１６は、６０で示した複数の長手方向に延長する部分を含む。各部分６０は、相互に固定され端板組立体１８間に延長する積層部を形成する複数の板を有する。各部分６０は、その各端部に隣接して端部リング６６に対しぼると６４により固定された半径方向に延長するセグメント６２が固定され、これにより円筒状の内側体部１２の各端部に隣接して置かれた１８で示した端部板組立体を形成している。隣接するセグメント６２の接触側６８は、絶縁塗料の如き１層の絶縁材料を有する。セグメント６２を相互に絶縁させることにより、このような経路に対する抵抗を増すことによって渦電流の経路を分断する。

また、必要に応じて、セグメント６２は、渦電流経路を分断する複数の結合された板から形成することもできる。

特に第４図に示しな如き端板組立体１８が、内側体部１２とコイル・パッケージ４０の端部に密接して配置され、内側体部１２と略々対応する内外径を有することが判るであろう。外側磁鉄体１６は、この外側磁鉄体１６の端板組立体１８および結合された部分６０に沿ってコイル・パッケージ４０から延長する閉鎖された磁気経路を提供する。コイル・パッケージ４０と密接して置かれた時第４図に示した線６９の半径方向内方の端板組立体１８の各部は、磁鉄の飽和量より大きな、あるいは約１．５または１．７テスラ以上の磁気強さを持つが、長手方向に延長する部分６０を含む外側磁鉄体１６の残りの部分は前記飽和レベルの磁気強さを有する。例えば４テスラの磁石の場合は、線６９の半径方向内方の端板組立体１８の磁気強さは、約１．５乃至４テスラの範囲で変化しよう。

しかし、外側磁鉄体１６を内側体部１２に対して正確に定置することにより、電極面を形成する端板組立体１８は磁界の強さを増大する助けとなる。この目的のため、端板組立体１８における磁鉄の熱的および磁気的特性に関する正確な情報が、磁界の全ての値における磁鉄の透磁率を正確に予期するために必要とされる。約２．５テスラまでは、透磁率は周知の手法に従って測定される。２．５テスラより高い場合は、外側磁鉄体１６および端板組立体１８の磁鉄の透磁率の測定値を用いて磁化の飽和を達成し、Ｓ、Ｐｉｓｓａｎｅｔｚｋｙ著「磁化テーブルの補間法」なる文献（１９８６年発行、米国Ｔｅｘａｓ７７３８９．　Ｗｏｏｄｌａｎｄｓ、　ＴｉｍｂｅｒｌｏｃｈＰｌａｃｅ　２３１９のＴｅｘａｓ　ＡＣｃｅｌｅｒａｔｏｒ　Ｃｅｎｔｅｒから入手可能）に記載される如き計算を用いて、Ｆｒｏｌｉｃｈ−Ｋｅｎｎｅｌｌｙの公式の補間法から透磁率を得る。このように、特定の磁気材料例えば米国の鋼鉄規格１００８に対する磁化テーブルを確定することができる。

コイル４２．４４を含む内側体部１２の周囲の外側磁鉄体１６に関するコイル４２．４４の相互および磁界に関する正確な位置決めを達成するため、外側磁鉄体１６に対する半径方向および長手方向の両方向の内側体部１２の正確な調整が行われなければならない。この目的のため、特に第１図に関して、調整ブロック７０が、外側シェル３４の外周部の周囲に１２０°の間隔で内側体部１２の外側シェル３４上にその両端部に隣接し″てリング３３の外表面に対して固定され、外側磁鉄体１６の隣接部分６０に設けられた適当なスロット７１内に嵌合する３対の長手方向に整合された調整ブロック７０を提供する。各ブロック７０に対する隣接した長手方向に延長する部分６０の外層上には、半径方向のブロック７２と軸方向のブロック７４が取付けられている。ブロック７２．７４は、部分６０間の間隙を通じて作業員が接近できる調整可能な固定ねじ７６を含む。ブロック７２．７４のねじ７６の適当な調整により、外側磁鉄体１６に対して１ミル（０，００１インチ）の半径方向および軸方向距離内で円筒状内側体部１２を移動させるため、固定ねじ７６はその内端部がブロック７０と接触している。内側体部１２を外側磁鉄体１６に対して正確に位置決めすることにより、少な（ともｌｐｐｍまでの磁界の精度が得られるが、これは正確な位置決めと共に磁界のパラメータの正確な計算のみにより達成されるのである。

少な（ともｉｐｐｍの高品質の磁界の均一度即ち均一性は、単一の超伝導電磁石の多（の用途、ならびにｌｐｐｈｍの磁界の均一性を必要とする分光器の如き用途に対して要求されることが知られよう。このような高品質の磁界を達成するためには、非常に正確な方法即ち一連のステップが電磁石の設計において介在する。

最初に、超伝導電磁石に対する磁界の拡がり、形状および強さが確立され、最小のコイル寸法による磁界の強さを極大化するための、また試験あるいは処理のため内部に物体を置くために磁界に接近する中心内孔の如きある手段を含む初期設計が行われる。この初期設計は、コイルおよび外側磁鉄体の相互〆半径方向ならびに軸方向の１ミルの公差内での調整により磁界の強さおよび形状についての所要の効果が得られるように、超伝導コイルおよび外側磁鉄体を相互ならびに磁界に対して位置決めすることを含む。

更に、初期設計は、（ａ）所要の磁界の拡がり、形状および強さのパラメータ、および（ｂ）磁界の全ての値におけるｉ鉄の透磁率を正確に予測するための磁鉄の熱的および磁気的特性を特に含む、単一電磁石について提案される材料の機械的、熱的、電気的ならびに磁気的特性に関する正確な情報、を用いる（１）コンピュータ・プログラム、（２）内側体部および外側磁鉄体の相互ならびに磁界に関する位置決めを特に含む、磁石の構成要素の正確な位置決めを達成する適当な技術的手法、および（３）実際的、経済的な技術設計を達成するための適当な電磁方程式の使用、に基いて達成される。コンピュータ・プログラムは、必要に応じて、上記項目（２）および〔３〕に記載した適当な技術的手法ならびに電磁方程式を包含し得、あるいはこれらの項目は初期設計の遂行に際してコンピュータのプログラミングとは切り離して使用することもできる。本発明の設計において良好に用いられたコンピュータ・プログラムは［ＭａｇｎｕｓＪプログラムと呼ばれ、ｓ、　Ｐｉｓｓａｎｅｔｚｋｙ著作の下記の文献（米国Ｔｅｘａｓ７７３８９．１ｆｏｏｄｌａｎｄｓ、　Ｔｉｍｂｅｒｌｏｃｈ　Ｐｌａｃｅ　２３１９のＴｅｘａｓ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　Ｃｅｎｔｅｒから入手可能）に記載されている。即ち、（１）Ｂ　Ｎ　Ｌ　（Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）　２８４１６ＡＭＤ　８６７なる未発行文献ｒ　Ｍａｇｎｕｓ−Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｓＪ（２）刊行文献ｒＴｈｅ　Ｎｅｗ　Ｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＦｉｎｔｔｅＥｌｅｍｅｎｔ　３Ｄ　Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔｉｃｓ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ＭａｇｎｕｓＪ　（１９８６年発行）本発明に利用において良好であることが判った別のコンピュータ・プログラムは、レポート番号ＬＡ−ＵＲ−８７−１１５のｒｉＪｓｅｒ’ｓ　Ｇｕｉｄｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｐｏ１ｓｓｏｎ／５ｕｐｅｒｆｉｓｈＧｒｏｕｐ　ｏｆ　ＣｏｄｅｓＪなる。Ｍ、　Ｔ、　Ｍｅｎｚｅｌ、Ｉｌ、Ｋ、　５ｔｏｋｅｓ著作のプログラムｒＰｏｉｓｓｏｎ／５ｕｐｅｒｆｉｓｈＪ　（米国Ｎｅｗ　１ｌｅｘｉｃ。

８７５４５、　Ｌｏｓ　Ａｌａｍｏｓ、　Ｌｏｓ＾ｌａｍｏｓ　Ｎａｔｉｏｎａｔ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙから入手可能）。次いで、得られた結果および計算に基く初期設計の確定後、原型の超伝導電磁石が製造される。

例えば、４テスラの如き外側磁鉄体の磁気飽和より大きな磁界を用いて、外側磁鉄体の磁鉄は、磁界およびコイルに対する磁鉄の正確な位置決めにより、少なくとも約１０％あるいは約２０％もの磁界の強さを増大する。

外側磁鉄体は、磁界を吸収し指向させてこのような磁界強さの増大をもたらす。

これは、磁束の均一な分布により、ならびに約１０テスラもの磁鉄の磁気飽和を大きく越える磁界の強さにおいて達成される。外側磁鉄体のコイルに対する１ミルの公差内での正確な位置決めもまた、少なくとも約ｌｐｐｍの磁界の高度な均一性を結果としてもたらす。

第６図乃至第９図は、上記の方法に従って構成され図面において示し説明した如き単一超伝導電磁石において達成された結果を示すグラフである。第６図のグラフは、４テスラの磁気フリンジ磁界を示す。方向Ｒは電磁石１０の作用空間を画成する中心内孔１４の中心から半径方向に延長し、方向Ｃは中心内孔１４により画成される長手方向の軸心に沿っている。５ガウスの線および１０ガウスの線が、電磁石１０の内孔から外側へ延びるように示されている。

第７図は、定常モードにおける１、５　テスラの強さにおける中心内孔１４のＺ軸部ち長手方向の中心線に沿った均一性を示す。トリミング・コイルの使用により８．１ｃｍ内で＋１０ｐｐｍの非常に高い均一性が得られることが判る。

第８図においては、中心内孔１４の長手方向の中心線に沿う軸方向における４テスラの磁界強さにおける均一度を示すグラフが示される。トリミング・コイルあるいはトリミング磁界の使用によらずに、１１ｃｍ内で２０ｐｐｍの均一性が得られることが判る。

次に、第９図においては、このグラフは、超伝導コイル周囲の外側磁鉄体の使用により２０％を越える磁界強さの増大を示し、この磁界強さの増大が１／２　テスラから４テスラの磁界強さに対して略々一定であることを示している。カーブＡは、コイルが２０％のアンペア回数余分に巻かれた磁鉄体のない磁気コイルが用いられた電磁石を示す。カーブＢは、コイル周囲の磁鉄体を用いた本発明による単一超伝導電磁石構造により得られた磁界品質を示している。このため、本文に述べた方法に従って構成さ、コイルが隣接する磁鉄体に対して正確に定置された単一超伝導電磁石の使用の結果、少なくとも約１０％ならびに２０％以上もの磁界の増加をもたらすことになる。更に、これにより少なくともｉｐｐｍならびにｌｐｐｈｍもの均一性を持つ非常に精密な磁界が達成される。このような高精度の磁界が第７図および第８図に示されている。

第１０図および第１１図においては、外側磁鉄体１６に用いられる米国Ａ　Ｓ　Ｔ　ＦＪ！規格１００８の鋼鉄である特定の鉄材の透磁率がグラフにより示される。第１０図は、２テスラまでの゛磁気強さの場合の透磁率を示し、第１１図は２乃至１２テスラの範囲の磁気強さの場合の透磁率を示している。第１１図からは、空気の透磁率が１であること、および４乃至１２テスラの透磁率が１と２の間にあることが判る。透磁率は、「磁化テーブルの補間法」なる前記文献に従って計算された。

本発明は特に鉄の磁気飽和よりも大きな強さを持つ磁界に使用されるものであるが、本発明は鉄の磁気飽和より小さな磁界強さに使用できることを理解すべきである。また、本文に示した電磁石の実施態様は電磁石の構成後に外側磁鉄体１６に対するコイルの位置を調整するための手段を使用するが、本発明のある実施態様は、構成後にコイルおよび外側磁鉄体を相互に固定することができ、これにより構成あるいは製造される設計のコイルおよび外側磁鉄体の本発明の望ましい実施態様を詳細に例示したが、望ましい実施態様の変更および応用は当業者が着想することは明らかであろう。しかし、このような変更および応用は以降の請求の範囲に記載される如き本発明の趣旨および範囲に含まれることを明確に理解すべきである。

ｆｑＰ書（内容に変更なし）浄書（内容に変更なし）Ｚ（ｃｍｌＦＩＧ、９ＰＰＭ（！界　０．５−４．０　ナス７　１浄書（内容に変更なし）Ｂ（テスク］ＦＩＧ、／／Ｍｕ　チー７７し＄１ＩＯ０８ＮＢ（ナス７）手続補正書（ｊ５幻１．事件の表示ＰＣＴ／ＵＳ　８８１０２５４３２、発明の名称電磁石およびその製造方法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・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区国際調丘報告＋１’＋？”ＩＩ＋’−Ｉ　Ａ　＃ｅ’ｇ　ａ１４Ｍ　’ａ　？ＣＴ／ｖｓＢ　Ｂ７０２　＝　ａ　３

Claims

【特許請求の範囲】

１．少なくとも２つの超伝導コイルを含む内側体部と、該内側体部および磁鉄が飽和される強さよりも大きな強さを持つ磁界において特に使用される関連する磁界の周囲の外側磁鉄体とを有する単一の超伝導電磁石構造を製作する方法において、前記単一超伝導電磁石構造における所要の磁界の拡がり、形状および強さを最初に確定し、該磁界を利用する物体を収受するため前記磁界に対する接近のための手段を提供し、前記外側磁鉄体が磁束の均一な分布を強化しかつ前記外側磁鉄体における磁束の飽和より実質的に大きな磁界強さで前記磁界の強さを増加させるように、前記コイルを含む前記内側体部および前記外側磁鉄体を相互に、かつ前記磁界に対して位置決めするステップを含むことを特徴とする方法。
２．少なくとも２つの超伝導コイルを含む内側体部と、該内側体部および磁鉄が飽和する強さより大きな強さを持つ磁界に特に使用されるための関連する磁界の周囲の外側磁束体とを有する単一の超伝導電磁石構造を製作する方法において、前記単一超伝導電磁石構造における所要の磁界の拡がり、形状および強さを最初に確定し、該磁界を利用する物体を収受するため前記磁界に対する接近のための手段を提供し、前記電磁石において使用される材料の熱的および磁気的な特性に関する正確な情報を有し、特に前記磁界の全ての値における鋏の透磁率の正確な計算を含むコンピュータ・プログラムを用い、前記外側磁鉄体が磁束の均一な分布を強化しかつ前記外側磁鉄体における磁鉄の飽和より実質的に大きな磁界強さで前記磁界の強さを増加させるように、前記コイルを含む前記内側体部および前記外側磁鉄体を相互に、かつ前記磁界に対して位置決めするステップを含むことを特徴とする方法。
３．少なくとも２つの超伝導コイルを含む内部を貫通する中心内孔を持つ略々円筒状の内側体部と、該内側体部の周囲にこれと同心状の位置関係にある外側磁束体とを有する単一超伝導電磁石構造であり、該外側磁鉄体が前記内側体部の各端部に密接する端部組立体を含み、かつ前記内側体部の中心内孔と対応する内孔を有する構造を製作する方法において、前記単一超伝導電磁石構造に対し所要の磁界の拡がり、形状および強さを最初に確定し、前記電磁石において使用される材料の熱的および磁気的な特性に関する正確な情報を有し、特に前記磁界の全ての値における鉄の透磁率の正確な情報を含むコンピュータ・プログラムを用い、前記外側磁鉄体が磁束の均一な分布を強化しかつ前記外側磁鉄体における磁鉄の飽和より実質的に大きな磁界強さで前記磁界の強さを増加させるように、前記コイルを含む前記内側体部および該コイルおよび磁界に密接する端部組立体を含む前記外側磁鉄体を位置決めするステップを含むことを特徴とする方法。
４．少なくとも２つの超伝導コイルを含む内側体部と、該内側体部および磁鉄が飽和される強さよりも大きな強さを持つ磁界において特に使用される関連する磁界の周囲の外側磁鉄体とを有する単一の超伝導電磁石構造を製作する方法において、前記単一超伝導電磁石構造における所要の磁界の拡がり、形状および強さを最初に確定し、該磁界を利用する物体を収受するため前記磁界に対する接近のための手段を提供し、前記外側磁鉄体が磁束の均一な分布を強化しかつ前記外側磁鉄体における磁鉄の飽和より実質的に大きな磁界強さで前記磁界の強さを増加させるように、前記コイルを含む前記内側体部および前記外側磁鉄体を相互に、かつ前記磁界に対して位置決めし、更に、前記コイルおよび磁鉄体構造の相互に関する位置を前記磁界の所要の形状および最大強さを達成するよう正確な公差内で調整するステップを含み、該磁気コイルが異なる予め定めた電流で使用される少なくとも２つのコイルを含み、各コイルが、１ｐｐｍ（百万分の１）より大きな磁界の均一性を得るように、予め定めた量だけ張力を与えられる間芯部の周囲に巻付けることにより形成されることを特徴とする方法。
５．少なくとも２つの超伝導コイルを含む内側体部と、該内側体部および磁鉄が飽和される強さよりも大きな強さを持つ磁界において特に使用される関連する磁界の周囲の外側磁鉄体とを有する単一の超伝導電磁石構造を製作する方法において、前記単一超伝導電磁石構造における所要の磁界の拡がり、形状および強さを最初に確定し、該磁界を利用する物体を収受するため前記磁界に対する接近のための手段を提供し、前記外側磁鉄体が磁束の均一な分布を強化しかつ前記外側磁鉄体における磁鉄より実質的に大きな磁界強さで前記磁界の強さを増加させるように、前記コイルを含む前記内側体部および前記外側磁鉄構造を相互に、かつ前記磁界に対して位置決めし、前記コイルおよび磁鉄構造を特に含む電磁石の構成要素に対する正確な位置決めを達成するための、適当な電磁方程式、適当な技術的手法および前記コイルおよび磁鉄構造において使用される材料を特に含む電磁石に使用される材料の機械的、熱的、電気的および磁気的特性に関する正確な情報を含むコンピュータ・プログラムを用いるステップを含み、該コンピュータ・プログラムから得られた結果が技術設計を提供するため使用され、初期のコンピュータ・プログラムから得られる結果および計算に基く設計に従って超伝導電磁石を製作し、更に、前記コイルおよび磁鉄体構造の相互に関する位置を前記磁界の所要の形状および増大した強さを達成するよう正確な公差内で調整するステップを含み、該磁気コイルが異なる予め定めた電流で使用される少なくとも２つのコイルを含み、各コイルが、約１ｐｐｍより大きな磁界の均一性を得るように、予め定めた量だけ張力を与えられる間芯部の周囲に巻付けることにより形成されることを特徴とする方法。
６．少なくとも約１ｐｐｍの磁界の均一性を有し、該磁界の周囲に延長して磁気フリンジ磁界を含む閉鎖された磁束経路を提供して磁界の強さを増大させ、該電磁石が磁鉄が飽和される１．５テスラを越える強さを有する磁界において使用される外側磁鉄体を有し更に異なる予め定めた電流で使用される磁界周囲に少なくとも２つのコイルを含む単一超伝導電磁石を製作する方法において、前記単一超伝導電磁石構造における所要の磁界の拡がり、形状および強さを最初に確定し、該磁界を利用する物体を収受するため前記磁界に対する接近のための手段を提供し、前記外側磁鉄体が前記磁界の強さおよび形状に対する最大の効果を得て該磁界の強さの増加を結果としてもたらすように、前記コイルおよび前記外側磁鉄体を相互に、かつ前記磁界に対して位置決めし、前記コイルおよび磁鉄体を特に含む電磁石の構成要素に対する正確な位置決めを達成するための、適当な電磁方程式、適当な技術的手法および前記コイルおよび磁鉄体において特に使用される材料を含む電磁石に使用される材料の機械的、熱的、電気的および磁気的特性に関する正確な情報を含むコンピュータ・プログラムを用いるステップを含み、該コンピュータ・プログラムから得られた結果が技術設計を提供するため使用され、初期のコンピュータ・プログラムから得られる結果および計算に基く設計に従って単一超伝導電磁石を製作し、更に、前記コイルおよび磁鉄体の相互に関する位置を前記磁界の所要の形状および増大した強さを達成するよう正確な公差内で調整するステップを含み、該磁気コイルが異なる予め定めた電流で使用される少なくとも２つのコイルを含み、各コイルが、約１ｐｐｍより大きな磁界の均一性を得るように、予め定めた量だけ張力を与えられる間芯部の周囲に巻付けることにより形成されることを特徴とする方法。
７．特に鉄の磁気飽和よりも大きな磁界強さで使用される単一の超伝導電磁石構造において、前記磁界と略々合致する寸法を有する内側体部と、・前記磁界の周囲にあるパターンで配置されかつ前記内側体部に対し略々対称的に配置される第１のコイルと、前記第１のコイルに隣接して配置され、かつ前記磁界の周囲で前記内側体部に対して略々対称的に置かれた第２のコイルとを設け、該コイルは異なる予め定めた電流で使用されるためのものであり、前記内側体部および前記磁界の周囲にあって、前記磁界の所要の形状および強さを提供する助けをし、前記磁鉄体が、前記磁界を含みかつ再びそれを指向して該磁界の強さを前記外側磁鉄体の磁鉄の飽和を実質的に越える磁界強さに増大させるための、閉鎖された磁束経路を提供することを特徴とする単一超伝導電磁石構造。
８．特に鋏の磁気飽和よりも大きな磁界強さで使用される単一の超伝導電磁石構造において、前記磁界と略々合致する寸法を持ち、前記磁界の周囲にあるパターンで配置されかつ内側体部に対し略々対称的に配置された複数のコイルを含む内側体部を設け、該コイルは超伝導ワイヤから形成されかつ異なる予め定めた電流で使用され、前記内側体部および前記磁界の周囲に延長して、該磁界の所要の形状および強さを生じる助けをする外側磁鉄体を設け、該外側磁鉄体は、前記磁界を包含して再び指向させて外側磁鉄体における磁鉄の飽和を実質的に越える磁界強さで該磁界の強さを増大させるための、閉鎖された磁束経路を提供し、前記コイルおよび前記磁界に対する前記外側磁鉄体の相対的な位置決めが、少なくとも約１ｐｐｍの磁界の均一性を生じるように精度の公差内で調整できるように、前記内側体部および前記外側磁鉄体を相互に運動するように取付ける手段を設けてなることを特徴とする単一超伝導電磁石構造。
９．前記内側体部および外側磁鉄体を相互に運動させる前記手段が、前記内側体部と前記外側磁鉄体間に置かれた固定ねじを用いる調整可能なブロックを含むことを特徴とする請求項８記載の単一超伝導電磁石構造。
１０．少なくとも約１ｐｐｍの磁界の均一性を有し、特に磁鉄が飽和される１．５テスラの強さを有する磁界で使用される超伝導電磁石構造において、前記磁界と略々合致する寸法を持ち、前記磁界の周囲にあるパターンで配置されかつ異なる予めめ定た電流で使用される複数のコイルを含む体部と、前記内側体部および前記磁界の周囲にあって、該磁界の所要の形状および強さを生じる助けをする外側磁鉄体を設け、該外側磁鉄体は前記磁界を包含して、少なくとも約１０％だけ該磁界の強さを増大させる閉鎖された磁束経路を提供し、約１ミル（０．００１インチ）の公差内で前記外側磁鉄体に対して調整することにより、少なくとも約１ｐｐｍの磁界の均一性を生じるように前記内側体部を取付ける手段を設けてなる、ことを特徴とする超伝導電磁石構造。
１１．少なくとも約１ｐｐｍの均一性を有する磁界を提供し、特に磁鉄の磁気飽和より大きな磁界強さで使用される装置において、中心内孔および対向する端部を画成する略々長形の円筒状の内側体部を有する単一の超伝導電磁石構造と、前記中心内孔の周囲の前記内側体部内部に置かれた複数の電気コイルと、前記コイルに対し予め定めた電流を供給する手段とを設け、該コイルは超伝導温度で作動し得、前記長形の内側体部の周囲で端部間に延長する外側磁鉄体を設け、該外側磁鉄体は、前記長形の内側体部の周囲に間隔をおいて設けられ、前記端部間に延長して閉鎖された磁束経路を提供しかつ前記電磁石の端部間で磁界を形成する複数の部分を含み、前記外側磁鉄体に対するベース支持部と、前記内側体部と該内側体部を取付ける前記外側磁鉄体間で該外側磁鉄体に対する軸方向および半径方向の調整により前記コイルに対して前記外側磁鉄体をある精度の公差内に位置決めする手段とを設けてなる、ことを特徴とする装置。
１２．特に磁鉄の磁気飽和より大きな磁界強さで使用される少なくとも約１ｐｐｍの均一性を有する磁界を提供する装置において、中心内孔および対向する端部を画成する略々長形の円筒状内側体部を有する単一の超伝導電磁石構造と、中心内孔の周囲の前記内側体部内部に置かれた複数の電気コイルと、前記コイルに対し予め定めた電流を供給する手段とを設け、該コイルは超伝導温度で作動し得、前記長形の内側体部の周囲で端部間に延長する外側磁鉄体を設け、該外側磁鉄体は、前記長形の内側体部の周囲に間隔をおいて設けられ、前記端部間に延長して閉鎖された磁束経路を提供しかつ前記電磁石の端部間で磁界の形成を助ける複数の部分を含み、前記外側磁鉄体に対するベース支持部と、前記内側体部と該内側体部を取付ける前記外側磁鉄体間で該外側磁鉄体に対する軸方向および半径方向の調整により前記コイルに対して前記外側磁鉄体をある精度の公差内に位置決めする手段と、前記電磁石構造により生成される磁界を測定するための予め定めたパラメータに対する計測手段と、前記予め定めたパラメータの測定値を受取り、前記磁界の強さおよび均一性を計算し、これにより前記コイルおよび前記磁界に対する前記外側磁鉄体の位置決めが、該磁界の最大の均一性を得るための前記計算に応答して変更できるマイクロコンピュータとを設けてなる、ことを特徴とする装置。
１３．前記内側体部が、少なくとも約１０％の磁界強さの増加を生じるように前記コイルおよび磁界に対して位置決めされることを特徴とする請求項１２記載の装置。
１４．前記磁界が少なくとも約４テスラの強さを有することを特徴とする請求項１２記載の装置。
１５．前記マイクロコンピュータが、特に前記コイルおよび外側磁鉄体において使用された材料を含む電磁石構造において使用された材料の機械的、熱的、電気的および磁気的特性に関する正確な情報を含むコンピュータ・プログラムを使用することを特徴とする請求項１２記載の装置。
１６．前記内側体部と外側磁鉄体間の前記取付け手段が、相互に１２０°で周方向に間隔をおいた位置に置かれた前記電磁石構造の各端部に隣接する３つの調整手段を含み、前記電磁石構造の一端部に隣接する該位置が、前記電磁石構造の他端部に隣接する位置と軸方向に整合され、前記調整手段の各々が、約１ミルの測定公差内で前記内側体部と前記外側磁鉄体間の軸方向および横断方向の間隙を変更するための調整ねじを含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
１７．特に磁鉄の磁気飽和より大きな磁界強さで使用される少なくとも約１ｐｐｍの均一性を有する磁界を提供する装置において、対向する端部および中心内孔を有する長形の円筒状内側体部を画成する略々円環体形状の単一の超伝導電磁石構造と、異なる予め定めた電流を使用するため円形経路の周囲で前記内側体部内部に置かれた少なくとも２つの電気コイルと、対向端部間で前記長形の内側体部の周囲に延長しかつこれに対して固定された外側磁鉄体を設け、該外側磁鉄体は、前記長形の内側体部の周囲に間隔をおいて設けられ、前記対向端部間に延長して閉鎖された磁束経路を提供し、かつ前記磁界の強さを増大するため均一に前記体部の端部間で磁界を形成する複数の長手方向に延長する部分を含み、前記内側体部の端部に沿って長手方向に延長する前記部分から半径方向内方に延長しかつ前記内側体部の端部およびその内側のコイルに密接して配置された複数の連続するセグメントを含む前記内側体部の各端部における環状の端板構造と、各端板構造の前記セグメントを相互に電気的に絶縁することにより前記端板構造における渦電流を分断して減少させる手段を設けてなる、ことを特徴とする装置。
１８．特に磁鉄の磁気飽和より大きな磁界強さで使用される少なくとも約１ｐｐｍの均一性を有する磁界を提供する装置において、対向する端部および貫通する中心内孔を存する長形の円筒状内側体部を画成する単一の超伝導電磁石構造と、異なる予め定めた電流を使用するため円形経路の周囲で前記内側体部内部に置かれた少なくとも２つの電気コイルと、前記対向端部間で前記長形の内側体部対して固定された外側磁鉄体とを設け、該外側磁鉄体は、前記長形の内側体部の周囲に間隔をおいて設けられ、前記対向端部間に延長して閉鎖された磁束経路を提供し、かつ前記磁界の強さを増大するため均一に前記体部の端部間で磁界を整形する複数の長手方向に延長する部分を含み、前記長手方向に延長する前記部分から半径方向内方に延長して連続的な円形経路を形成する複数の連続するセグメントを含む前記外側磁鉄体の各端部における環状の端板構造と、各端板構造の前記セグメントを相互に電気的に絶縁することにより前記端板構造における渦電流を分断して減少させる手段と、前記内側体部と該内側休部を支持する前記外側磁鉄体間で、該内側体部の各端部に隣接する３つの周方向に隔てられた位置において前記外側磁鉄体に対し軸方向および半径方向に調整するための手段とを設け、前記内側体部の一端部における前記取付け手段が該内側体部の他端部に隣接する前記取付け手段と軸方向に整合され、前記取付け手段の各々は、測定された精度の公差内で前記内側体部と前記外側磁鉄体間の軸方向および横断方向の間隙を変更するための調整ねじを含み、前記電磁石を冷却するための極低温流体を含む装置と、前記電磁石構造により生成された磁界を測定するための予め定めたパラメータに対する計装手段と、前記予め定めたパラメータの測定値を受取り、前記磁界の強さおよび均一性を計算し、これにより前記外側磁鉄体に対する前記内側体部の位置決めを前記磁界の最大均一性を得るための前記計算に応答して変更することができるマイクロコンピュータとを設けてなる、ことを特徴とする装置。
１９．前記外側磁鉄体が、前記内側体部に対して正確に位置決めされた後、少なくとも約１０％の磁界強さの増加を生じることを特徴とする請求項１８記載の装置。
２０．特に鉄の磁気飽和より大きな磁界強さにおいて使用される、少なくとも約１ｐｐｈｍの磁界均一性を有する単一超伝導電磁石構造において、前記磁界に略々合致する寸法を存する内側体部と、前記磁界の周囲であるパターンで配置され、かつ前記内側体部に対して略々対称的に置かれた第１のコイルと、前記第１のコイルに隣接して配置され、かつ前記磁界周囲の前記内側体部に対して略々対称的に置かれた第２のコイルとを設け、該コイルは、約１ミルの公差内で予め定めた緊張量で芯部の周囲に巻付けられる超伝導ワイヤから形成されかつ異なる予め定めた電流で使用され、前記内側体部および前記磁界の周囲に延長して、前記磁界の所要の形状および強さを生じることを助ける外側磁鉄体を設け、前記磁鉄構造体は前記磁界の強さを増大するため該磁界を包含して再び指向させる閉鎖された磁束経路を提供し、前記超伝導ワイヤを前記コイル内でその臨界温度以下に冷却することにより該ワイヤを超伝導状態にさせる手段と、前記外側磁鉄体の前記コイルおよび磁界に体する相対的な位置決めが、約１ミルの精度の公差内で調整でき、これにより少なくとも１ｐｐｍの磁界均一性を生じるように、前記コイルと前記外側磁鉄体を相互に取付ける手段とを設け、前記超伝導電磁石構造は、所要の磁界の拡がり、形状および強さを最初に確立し、前記外側磁鉄体の位置決めが前記磁界の強さおよび形状に対する最大効果を得るように、前記コイルおよび外側磁鉄体の相互および磁界に対して位置決めし、特に前記コイルよび外側磁鉄体を含む電磁石構造の構成要素に対する精度の高い位置決めを達成するための適当な電磁方程式、適当な技術的手法、および特に前記コイルおよび外側磁鉄体に使用される材料を含む電磁石構造で使用される材料の機械的、熱的、電気的および磁気的特性に関する正確な情報を含むコンピュータ・プログラムを使用するステップを含み、該コンピュータ・プログラムから得られる結果および計算が技術設計を提供するため用いられ、前記技術設計にに基いて超伝導電磁石構造を製作し、１ｐｐｍより大きな磁界の均一性を持つ磁界の所要の形状および最大強さを得るため、約１ミルの公差内で前記コイルおよび外側磁鉄体の相互に対する位置を調整するステップを含み、各コイルが、全ての方向において約１ミルの精度内で予め定めた量の緊張を与えられ芯部上に置かれる間芯部の周囲に巻付けることにより形成され、これにより１ｐｐｍより大きな磁界の均一性を得ることを含むステップにより設計されかつ構成されることを特徴とする単一超伝導電磁石構造。