JPH04233707A - 磁石組立体 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁石組立体特に能動
シールド形超伝導磁石組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】能動シールド形磁石組立体の内部では、
内側コイル装置と外側コイル装置とが逆方向の磁界を発
生させるために直列に接続され、それにより強い均一磁
界がコイル装置の中心部で発生するが、コイル装置の外
側に広がる漂遊磁界は非常に小さい。

【０００３】この種の磁石組立体は欧州特許第０１４４
１７１　号明細書に記載され、その内容は本明細書に参
照引用されている。欧州特許第０１４４１７１　号明細
書に記載の磁石組立体では、逆向きの磁界を発生させる
コイル装置が超伝導線により巻かれている。超伝導コイ
ル装置はコイル装置の中心部に発生する磁界の強さ及び
高精度を達成するために用いられる。これらの磁石組立
体の主な用途は核磁気共鳴イメージング装置であり、こ
こではこれらの特性が極めて重要である。コイルの超伝
導状態は極低温技術を用いて４．２Ｋの程度の極低温ま
でコイルを冷却することにより達成される。超伝導状態
では導線中の無視できるエネルギー損失により導線が非
常に大きい電流を流すことができる。

【０００４】しかしながら超伝導状態のコイルは常伝導
状態へ移行するおそれがあり、この移行は一般にクエン
チと呼ばれる。クエンチは局部的妨害又は構造的欠陥に
基づき意図に反して起こるか、又は磁界を急速に低減す
る方法として（例えば局部電気ヒータにより）意図的に
引き起こすことができる。このことは例えば磁石組立体
中で核磁気共鳴断層撮影を受けている患者に緊急の処置
を行うことが必要である場合に要求される。クエンチが
起こるときコイルのクエンチした部分で抵抗の急増が生
じ、この抵抗はコイル装置中に蓄えられたエネルギーを
熱へ変換させる。この熱はコイルの隣接部分へ伝達され
、これらの部分をクエンチさせる。コイルのますます大
きい部分がクエンチするので熱エネルギーに関連して温
度が上昇し、コイルの抵抗を更に増加させ、蓄えられた
すべての磁気エネルギーが熱へ変換されるまでクエンチ
過程を加速する。このことは非常に速やかに一般的に１
０〜２０秒間に起こり得る。

【０００５】コイル中の増加した抵抗はコイルを流れる
電流を減衰させる。コイル中の電流が減衰するので、コ
イルにより与えられる磁界が急速に変化する。公知の磁
石組立体では、磁石は一般にアルミニウムから成る巻枠
上に巻かれ、コイルはクライオスタットハウジング中に
懸垂された放射シールドケーシング内に収容されている
。ケーシング及びハウジングはアルミニウムのような高
い熱伝導率を有する材料から形成され、結果として高い
導電率を有する傾向がある。変動する磁界は磁石組立体
内の導電性構成部分及びクライオスタット構造体と結合
する。特に変動磁界はコイルが巻かれている巻枠及びク
ライオスタット内の放射シールドケーシングと強く結合
する。この磁気結合は重大な磁界を発生させるのに十分
大きい電流をこれらの構成部分中に誘導する。

【０００６】欧州特許第０１４４１７１　号明細書に記
載のように、能動シールド形磁石組立体のコイルは組立
体の中心に均一な磁界を発生させるばかりでなく、組立
体のできるだけ近くにできるだけ低い外部磁界を発生さ
せるように設計されている。外部磁界は以下で「漂遊磁
界」と呼ばれ、一般に磁石組立体による磁界が外側では
どこでも規定のレベルを超えない楕円体形又は円筒形体
積によって記述される。この体積は磁石から或る距離の
安全領域を表示する。

【０００７】しかしながら磁石組立体の他の構成部分は
熱的及び構造的考慮に従って設計されているので、クエ
ンチ期間中にこれらの部分中に誘導される電流分布は制
御されていない。定常運転状態の間はこれらの構成部分
中に電流が流れないので、正常な状況ではこのことは問
題とはならない。しかしながらクエンチ中には重大な制
御されていない電流が前記のように誘導されるおそれが
ある。誘導された電流により生じる磁界は中央の磁石コ
イルと遮蔽磁石コイルとの間の釣り合いを破壊する。そ
の結果クエンチ中に漂遊磁界の一時的なしかし重大な増
加を招くおそれがあり、この増加は、定常の最大漂遊磁
界の値が正常状態のもとで規定されている位置に近い「
安全領域」中に置かれた人又は装置へ危険を与えるおそ
れがある。このことは特に高感度の装置が正常な安全領
域中に置かれているような病院内では明らかに望ましく
ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は前記
の種類の磁石組立体において、超伝導磁石コイルのクエ
ンチのときでさえ外部漂遊磁界が正常の限界値をほぼ超
えないようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、第１の磁界を発生させる第１の超伝導コイル組立
体と、第２の磁界を発生させる第２の超伝導コイル組立
体とを備え、第２の超伝導コイル組立体が第１の超伝導
コイル組立体と電気的に直列に接続され、第１及び第２
の超伝導コイル組立体はそれぞれ相応する磁界成分がほ
ぼ同程度の大きさである磁界を使用時に発生させ、両コ
イル組立体は合成均一磁界が作業容積内に発生しかつ第
２の磁界がほぼ磁石組立体の外部で第１の磁界に対抗す
るように配置され、磁石組立体の外部に広がる合成磁界
は、超伝導コイル中の電流がほぼ一定である磁石組立体
の正常動作期間中には所定の限界内に維持され、磁石組
立体は更に導電性材料から形成されかつ作業容積の外側
に配置された少なくとも一つのリングを備え、超伝導コ
イル中の電流が変化している過渡期間中には、リングの
中に誘導される電流が磁石組立体の導電性部品中の誘導
電流により生じる磁界に対抗して働く磁界を発生させる
ように、このリングの寸法及び位置が選択され、それに
より磁石組立体の外部に広がる合成磁界が正常動作に対
する所定限界のほぼ内に又は近くにとどまることを特徴
とする磁石組立体により解決される。

【００１０】最も重要な過渡現象は超伝導状態からコイ
ルを逸脱させるコイルのクエンチである。

【００１１】リングは導電性の輪、帯又はコイルの形を
とることができ、クエンチ中の複合磁気効果が外部磁界
を所定の限界内に保つように、寸法及び位置を選択され
た複数のこの種のリングを設けることができる。これら
のリングは任意の都合のよい円筒形表面上に取り付ける
ことができる。

【００１２】第１及び第２の超伝導コイルがそれぞれ第
１及び第２の導電性巻枠上に巻かれている場合には、リ
ングは第１及び第２の巻枠の一方又は両方の周りに置き
その巻枠により支えることができる。超伝導コイルが放
射シールドケーシング内に収容されている場合には、リ
ングはこのケーシング上に取り付けることができる。超
伝導性のために必要な低温を達成するために、第１及び
第２の巻枠は真空室により囲まれたヘリウム容器中に収
容することができる。その場合リングはヘリウム容器又
は真空室上に取り付けることができる。

【００１３】

【実施例】次にこの発明に基づく磁石組立体の一実施例
を示す図面により、この発明を詳細に説明する。

【００１４】図１は、部分的に破断した形で磁石組立体
１を示す。磁石組立体１は軸線４を有する孔３により構
成され磁石組立体の作業容積を画成するステンレス鋼製
の内側円筒形巻枠２を備える。軸線４と同軸の円筒形ア
ルミニウム製巻枠５が巻枠２の半径方向外側に置かれて
いる。巻枠５は、軸線４に対し直角な組立体の中央面６
（図２参照）に関し対称に配置された３対のコイルＡ、
Ａ′、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′と、中央面６にまたがって対
称に配置された７番目のコイルＤとを支持する。これら
のコイルは図２に示されている。コイルＡ〜Ｄはそれぞ
れ、例えば第２種の超伝導体の細いストランド、内部に
超伝導体ストランドが規則正しい配列の形で埋め込まれ
た良好な常伝導体のマトリックス、並びに通電及び事故
モードの電圧に対処するための表面の電気絶縁を含むよ
うな、超伝導材料から形成されている。それぞれのコイ
ルＡ〜Ｄは別個に巻かれている。コイルはワックス又は
エポキシ樹脂中に埋め込まれクランプリング（図示され
ていない）により囲まれている。また各対のコイルは巻
枠５の各対の環状のリブ５Ａ、５Ｂなどの間に位置決め
されている。ワックス又はエポキシ樹脂及びリブを使用
する目的は、使用中のコイルの巻線の移動を防止するこ
と、及びクエンチを招くおそれのある小量の熱の発生を
伴うようなすべての微小運動を防止しようとすることに
ある。コイルＡ〜Ｄの狭い間隔を考慮して、巻枠５は軸
線方向に約２０００００ｋｇｆ　にも及ぶおそれのある
隣接コイル間の大きい力に適合するように構成しなけれ
ばならない。更に巻枠５は磁石組立体の全重量を低減す
るためにできるだけ軽くなければならず、またできるだ
け真の円筒に近くなければならない。

【００１５】第２のアルミニウム製巻枠７は巻枠５の半
径方向外側に取り付けられている。巻枠７は下記の方法
で磁石組立体の中央面６に関して対称に配置された四つ
の遮蔽コイルＥ、Ｅ′、Ｆ、Ｆ′（図２参照）を支持す
る。コイルＥ〜Ｆ′はコイルＡ〜Ｄと同様な方法で巻枠
７の各対のリブ７Ｅ、７Ｆの間に取り付けられている。 クランプリング（図示されていない）及びワックス又は
エポキシが、巻枠５に関連して前に述べたようにコイル
巻線の運動を低減するために用いられている。

【００１６】コイルＡ〜Ｆ′の巻線が超伝導状態を達成
できるようにするためには、約４．２Ｋまで巻線を冷却
することが必要である。４．２Ｋはヘリウムの沸点であ
り、従って二つの巻枠５、７は外側円筒壁８及び内側円
筒壁９により画成されるヘリウム容器内に置かれる。ヘ
リウム容器は一対のリング部材１２により閉じられてい
る。壁８、９及びリング部材１２はすべてステンレス鋼
から作られている。液体ヘリウムは小塔１４に取り付け
られた入口１３を経てヘリウム容器へ供給される。ヘリ
ウム容器は変形案として、ステンレス鋼より導電性の良
い材料例えばアルミニウムから作ることができる。

【００１７】円筒形のアルミニム製放射シールド１５、
１５′は、シールド１５、１５′とヘリウム容器との間
に真空室１６を画成するために、ヘリウム容器に関して
それぞれ同軸に半径方向外側及び内側に取り付けられて
いる。放射シールド１５、１５′は、シールド１５、１
５′から熱を抽出しこの熱をヘリウム容器から沸騰した
低温のヘリウムガスへ渡す小塔１４中の熱交換器（図示
されていない）を介して、ヘリウムとの接触により冷却
される。

【００１８】一層低い温度を達成するためにシールドを
更に冷却することは、閉サイクルのギフォード・マクマ
ホン形冷凍機の第２段に接続された第２の熱交換器によ
り達成することができる。

【００１９】別のアルミニウム製放射シールド１７、１
７′が、真空室１８を画成するためにシールド１５、１
５′に関してそれぞれ同軸に半径方向外側及び内側に取
り付けられている。使用時に液体窒素が、シールド１７
により外壁を形成された環状のタンク２６へ供給される
。これらのシールドはタンクからの窒素の蒸発を減らす
又はなくすために、十分な冷却容量を有する２段閉サイ
クルのギホード・マクマフォン冷凍機の第１段へ熱交換
器を経て結合されている。最後に円筒形のステンレス鋼
製外側ケーシング２０が、真空室２１を画成するために
シールド１７の周りに同軸に取り付けられている。外側
ケーシングは変形案としてアルミニウムから作ることが
できる。対のアルミニム製鏡板２２、２３、２４（図２
参照）が真空室１６、１８、２１の端部を閉じるために
設けられている。

【００２０】熱負荷を最小にするために、種々のシール
ドは相応の取付板に取り付けられたガラス強化プラスチ
ック製の棒（図示されていない）の装置により支えられ
ている。これらの棒は支柱の三次元の配列として構成さ
れるとき、０．０４ｗ以下の熱漏洩の犠牲において４０
００ｋｇの磁石を支える。

【００２１】使用時にヘリウム容器８、９は４．２１Ｋ
の温度の液体ヘリウムを充填される。液体ヘリウムが沸
騰するとき、生じた気体は約４０Ｋの温度にシールド１
５、１５′（４０Ｋ熱シールドと呼ばれる）を冷却する
小塔１４中の熱交換器の中を通る。液体ヘリウムの沸騰
はヘリウム容器の壁を４．２Ｋに保つ。タンク２６中に
存在する液体窒素はシールド１７、１７′（８０Ｋ熱シ
ールドと呼ばれる）を約７７Ｋの温度に維持する。これ
らの低温のシールドは真空室１６、１８、２１内に存在
する真空と共に、４．２Ｋのヘリウム容器への熱入力を
最小にするのを助ける。

【００２２】真空室１６、１８、２１は真空引きできる
ように大気へバルブ２７を経て接続されている。

【００２３】シールド１５、１７が２段ギフォード・マ
クマホン閉サイクル冷凍機により冷却される他の方式で
は、窒素タンク２６を省略することができる。

【００２４】磁石装置１の構成要素の位置は、組立体の
半径方向断面を示す図２を参照することにより一層よく
理解することができる。

【００２５】図３の回路図に最もよく示すように、コイ
ルＡ〜Ｆ′はすべて相互に直列に接続されているので、
それぞれのコイルに同じ電流が流れる。コイルはスイッ
チ３０により閉回路に接続されている。保護回路３２が
スイッチ３０に並列に接続されている。

【００２６】定常状態では磁石のための超伝導コイルが
巻き付けられている巻枠５、７の中に電流が流れない。 漂遊磁界を所定の限界内に保つべく磁石組立体の外側の
領域で一方のコイル装置が他方のコイル装置に対抗して
働くことを保証するために、内側コイル装置Ａ〜Ｄ及び
外側コイル装置Ｅ、Ｆの磁界に対して行われる計算では
、巻枠の影響を考慮する必要はない。これらの計算はこ
の発明の一部を直接形成しないので説明を省略する。 これに関しては欧州特許第０１４４１７１　号明細書を
参照されたい。

【００２７】しかしながら過渡状態ではこのことはもは
や当たらない。過渡状態では大きい電流が巻枠５、７及
びシールド１５、１５′、１７、１７′中に誘導される
おそれがあり、これらの電流は磁石組立体１の外側の計
算された対抗釣り合いを破壊するように働く大きいかつ
急変する磁界を発生させる。ヘリウム容器及び外側ケー
シングがアルミニウムから作られている場合には、これ
らもまた重大な影響を与えるおそれがある。この影響は
装置の漂遊磁界を急速に増加させることであり、定常状
態では安全であると指摘された領域内で人及び装置に影
響を及ぼす。

【００２８】この影響を克服するためにこの発明は図示
の実施例において、過渡状態で下記のリング中に誘導さ
れる電流が、巻枠中の誘導電流により発生する磁界にほ
ぼ対抗して働く磁界を発生させるように、寸法及び位置
を選択された導電性材料の一組のリングを提供し、それ
により所定の限界を超える漂遊磁界を防止する。図示の
実施例では、四つのリング１０、１０′、１１、１１′
がそれぞれコイルＣ、Ｃ′、Ｅ、Ｅ′の半径方向外側に
置かれている。

【００２９】リングは約７０の残留固有抵抗比を有する
高導電率の無酸素銅から作られている。残留固有抵抗比
は３００Ｋでの固有抵抗と４．２Ｋでの固有抵抗との比
である。これらのリングは大きい力がクエンチ中に与え
られたとき移動を防止するために、ダウエルピンを用い
てコイルと同軸に置かれている。

【００３０】一般的な意味ではリングの寸法及び位置は
下記に従って計算することができる。

【００３１】最も重要な過渡状態は意図的に起こした又
は意図に反して起こったクエンチである。リングの設計
パラメータを計算するために、クエンチが進行するとき
のコイル電流の時間に依存する変化を近似的に知ること
がまず必要である。このことはクエンチ中の中心磁界に
おける変化を観察することにより、又は更に都合よくは
適当なコンピュータプログラムを用いてシミュレーショ
ンすることにより実験的に決定できる。図４は線図で、
ｔ＝０でのクエンチの開始からクエンチ期間中の磁石コ
イル中の電流Ｉｍ　及び放射シールド中の電流Ｉｆ　の
時間に関する変化を示す。この結果はベクタフィールズ
（Ｖｅｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄｓ　）社から入手できるＰ
Ｅ２Ｄのような有限要素法過渡解析コンピュータプログ
ラムのための原始関数として用いられる。クライオスタ
ット、磁石巻枠５、７及びコイルＡ〜Ｆ′は正常な定常
値に設定された初期コイル電流を有する軸対称構造とし
てモデル化されている。すなわち組立体の対称性は装置
を軸線ＯＸ、ＯＺにより画成される１／４区画により表
すことができるようなものである。この１／４区画はこ
れらの計算の基礎として用いられる。解析は段階的に進
められ、あらかじめ定められた時間間隔ですべての導電
性要素中の電流分布及び空間全体にわたる磁界の相応の
値を計算する。

【００３２】この種の計算は、導電性構成部分中の極め
て不均一な電流分布のために、相互インダクタンスの従
来の計算方法を用いては容易に行うことができない。有
限要素法解析で残る問題はクライオスタット内で経験す
る低温でのほぼ純粋な材料の抵抗率の極端な温度依存性
であり、この依存性により誘導電流に基づく温度上昇の
影響を完全に考慮することが困難となる。しかしながら
この種の構造体に用いられる最も実用的な合金に対して
は温度依存性が十分に低く、誘発される温度上昇は良好
な近似を与えるために平均値を用いることができるほど
十分に小さい。

【００３３】この種の計算の結果は図５に示されている
。図５の曲線３１は、磁石が中心０で１．０Ｔの定常磁
界へ付勢されたときに、磁束密度Ｂｍｏｄの絶対値が０
．５ｍＴである個所をつないだ線である。曲線３２〜３
６は、リング１０〜１１′が磁石組立体に取り付けられ
ていないときに、同じ０．５ｍＴ磁束密度がクエンチの
開始後に番号順に３秒の間隔ごとに予想される個所を示
す。曲線３７はクエンチの開始１５秒後に磁束密度が０
．１ｍＴである個所を示す。

【００３４】問題の寸法がこのように計算されると、リ
ングの寸法及び位置の第１の推定を下記の段階を用いて
行うことができる。

【００３５】１）過度の漂遊磁界を作る巻枠の磁気双極
子モーメントｍｆの大きさを推定する。周知のように磁
気双極子モーメントは磁界の値及びその広がりを考慮す
る磁石の強さの尺度である。第１近似のために磁石及び
クライオスタットの寸法に比べて大きい寸法について有
効であるが、一定の磁束密度Ｂｍｏｄ　ただしＢｍｏｄ
　２　＝Ｂｘ２＋Ｂｙ２＋Ｂｚ２の輪郭は数１により与
えられる半径ｒ及び軸方向長さｌａの楕円体形表面であ
るということが、図５のような曲線から証明されている
。

【数１】 ここで長さｌａは磁石の軸線方向に向いている。半径ｒ
は磁気双極子モーメントｍ及び磁束密度Ｂｍｏｄ　に関
係し、数２により与えられる。

【数２】 ここでμ０　は真空の透磁率である。

【００３６】磁気双極子モーメントｍｆ　は、図５に示
すように計算から求められた磁束密度Ｂｍｏｄ　の曲線
の図上に数１により与えられた形の表面を重畳すること
により推定される。そしてこの表面上のＢｍｏｄの一定
値に対する最善の適合は、磁石コイル自体の寄与分を取
り去った後に得られる。このことはクエンチの終了を表
すｔ０　（図４参照）に近い時点で最も都合よく行うこ
とができ、この時点では磁界への磁石コイルの寄与分は
小さいが、巻枠中に誘導される電流Ｉｆ　の寄与分が依
然として大きい。こうして等価の磁気双極子モーメント
を求めるために、Ｂｍｏｄ　の選択された値で得られる
ｒの値が数２へ代入される。

【００３７】図５に示す曲線３７の値を用いて、この磁
界を生じさせる磁気双極子モーメントが近似的に数３に
より与えられる。

【数３】

【００３８】磁界方向の解析は、漂遊磁界方向が遮蔽さ
れていない磁石（すなわちコイルＡ〜Ｄにより形成され
た磁石）と同方向に向くことを示し、最も重大な誘導電
流が内側コイルＡ、Ａ′〜Ｄ中の電流と同方向であるこ
とを指摘する。

【００３９】計算は、磁気双極子モーメントｍが装置の
種々の部分の種々の時定数に基づき時間と共にどのよう
に変化するかを算定するために、クエンチ進行中に複数
の間隔で繰り返すことができる。クエンチ終了後（ｔ０
　−ｔ１　）に巻枠中の電流の減衰に対する時定数、及
び巻枠５、７とコイルＡ〜Ｆ′との両者の中の電流が漂
遊磁界に寄与している時点ｔ２　の前後に起こる漂遊磁
界の最悪の場合を導き出すことが特に有効である。

【００４０】２）この発明の目的は全磁気双極子モーメ
ントｍをできるだけゼロに近づけることである。この発
明の原理は段階１で計算された磁気双極子モーメントに
等しくかつ逆向きの磁気双極子モーメントをリング中の
誘導により発生させることである。

【００４１】リング内の均一な電流密度分布が合理的な
近似となるような、制限された面積の簡単な断面を有す
るようにリングを設計することが望ましい。また第１の
推定に対しては巻枠５、７とシールド１５、１５′、１
７、１７′（及びもし導電性材料から作られているなら
ばヘリウム容器と外側ケーシング）中に誘導される電流
は、これらの電流が磁石コイル中の減衰する電流Ｉｍ　
よりはるかに重要性が少ないので、リングに対する結合
を計算するためには無視することができる。磁石コイル
Ａ〜Ｆ′とリング１０（図２参照）との間の結合に対す
る回路方程式は数４により与えられる。

【数４】 ここで、Ｌｒ　はリングの自己インダクタンス、Ｍは磁
石コイルとリング１０との間の相互インダクタンス、 Ｒはリングの抵抗、 Ｉｒ　はリング中の瞬間電流、 Ｉｍ　は磁石コイル中の瞬間電流 であり、また一つのリングの相応の磁気双極子モーメン
トｍｒ　は、導線の単一のターンを仮定して数５により
与えられる。

【数５】 ここで、ａはリングの半径である。

【００４２】Ｉｍ　が時間の単純な関数でない一般的な
事例に対しては、数４を数値解析的に解かなければなら
ない。しかしながら第１の近似に対しては、Ｉｍ　を重
要な領域で指数関数的減衰の形を有すると仮定すること
ができる。このことは図４から知ることができ、ここで
ｔ３　は重要な領域の開始を示す。

【００４３】こうしてＩｍ　は数６により示され、

【数
６】 ここでτｍ　は図４の曲線から決定される減衰時定数で
あり、従って数４は数７に示す解を有し

【数７】 数７を整理すると数８となる。

【数８】 ここで、Ｋは磁石とリングとの間の結合定数、Ｋ２　＝
Ｍ２　／（Ｌｒ　Ｌｍ　） τｒ　はリング中の電流の減衰時定数、τｒ　＝Ｌｒ　
／Ｒｒ　 Ｌｍ　は磁石の自己インダクタンス、 Ｉ０　はクエンチ前の磁石コイル中の電流である。

【００４４】この関数Ｉは数９に示す時間に関する最大
値を有し、

【数９】 この最大値は数１０に示す時点で生じる。

【数１０】 補足のために指摘すれば、τｍ　＝τｒ　＝τである特
殊な場合において数４は数１１に示す解を有し、

【数１
１】 その最大値はｔ＝τのときに数１２に示す値となる。

【数１２】

【００４５】一般的な式である数５、数８、数９、数１
０は、リングの寸法及び位置を決定するために利用する
ことができる。一定のパラメータは磁石インダクタンス
Ｌｍ　、初期磁石電流Ｉ０　、磁石の減衰に対する有効
時定数τｍ　である。可変なパラメータτｒ　、Ｌｒ　
、Ｋは、ｍｒ　＝−ｍ（ｍｒ　は数５から導出される）
となるようなＩｒ　の値を求めるために、それにより問
題となる期間にわたりほぼゼロの双極子モーメントを得
るために選択することができる。

【００４６】パラメータτｒ　、Ｌｒ　はリングの望ま
しい寸法及び形を指示するのに役立つ。

【００４７】リングの自己インダクタンスＬｒ　は、半
径ａの強い関数でありかつ断面形の比較的弱い関数であ
る。時定数τｒ　は自己インダクタンスＬｒ　及び抵抗
Ｒにより決定され、抵抗Ｒは断面積及び材料の導電率に
比例する。リングの断面積は材料の厚さ又は断面形によ
り決定することができる。

【００４８】結合係数Ｋは磁石コイルに対するリングの
半径方向及び軸方向位置を変更することにより調節でき
る。磁石コイルからの半径方向距離は半径ａにより影響
を受ける。これらの変数を操作することによりリングの
数、寸法及び位置を特定の場合に対して決定することが
できる。

【００４９】３）いったん解が段階１及び２に従って求
められると、リングの設計は効果の大きさを測定するた
めに最初に用いられた有限要素法モデルへ還元される。 同じ原始関数により問題を繰り返し解析すれば、時間に
わたる磁界の種々の分布が得られる。もしこの解が十分
に満足でないならばこの解を更に推定するための根拠と
して用いることができ、当初のリングの効果を増す又は
抑えるために、リングの設計の変更又は特別のリングの
追加が求められる。

【００５０】この措置は、漂遊磁界の挙動並びにリング
の加工及び取り付けの費用及び複雑さに関して最善の解
を求めるために、必要ならば複数回繰り返すことができ
る。

【００５１】すべての利用可能なパラメータは設計で調
節できるが、容易な構成と組立のために既存の円筒形表
面より少し大きいようにリングの半径ａを決定すること
、及び一般に利用可能な手持ち材料の寸法又は寸法の倍
数でリングの厚さを決定することが便利である。材料の
抵抗率の広い選択は、無酸素高導電率銅のような適当な
材料を選択することにより、また所望の温度を達成する
ために適当な位置を選択することにより達成される。 例えばシールド１５は約４０Ｋとされ、他方ではシール
ド１７は約８０Ｋとされる。その際リングの電気的時定
数τｒ　はＲに影響を与えるリングの断面積を変更する
ことにより調節でき、また磁石コイルへの結合はリング
の軸方向寸法及び位置を変更することにより調節できる
。

【００５２】磁石コイルの詳細が表１に記載されている
図示の場合には、第１の解析の解がコイルＥ、Ｅ′に結
合すべき二つのリング１０、１０′を示した。容易な固
定のためにリング１０、１０′がコイルＥ、Ｅ′を完全
に覆うことが有利であると判明したが、過補償を引き起
こすＫの値を招いた。この過補償は内側コイルＣ、Ｃ′
上に二つのリング１１、１１′を追加することにより低
減できる。これらのリングの寸法と位置が表２に示され
ている。

【表１】

【表２】

【００５３】両リングは７０ないし１００の残留固有抵
抗比を有する無酸素高導電率銅から構成されている。実
施例では両リングは平板又はストリップからロール加工
され両端を溶接されて単一の輪を形成する。変形された
方式は導線を用いてコイルを巻き閉ループを形成するよ
うに両端を結合することである。更に一般的にはロール
加工された板又は導線の形で３０以上の残留固有抵抗比
を有する高導電率銅が適しており、同様にロール加工さ
れた板又はストリップの形の高純度アルミニウムが適し
ている。他の高導電率金属も同じく適している。

【００５４】その場合の効果は図６に示され、ここでは
曲線３８はクエンチ中に任意の時点で磁界が０．５ｍＴ
を超えるすべての点を囲む。更に図７には、図５及び図
６上の点Ｐでの磁束密度が、リングを用いた場合（曲線
４０）及びリングを用いない場合（曲線３９）について
、クエンチ中の時間の関数として示されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁石組立体の従来例の部分的に破断して示した
斜視図である。

【図２】この発明に基づく磁石組立体の一実施例の長手
方向断面図である。

【図３】図２に示す磁石コイルの回路図である。

【図４】クエンチ時の超伝導コイル及び巻枠中の電流の
時間的変化の一例を示す線図である。

【図５】この発明に基づく導電性リングを用いない場合
において、クエンチ開始時からの種々の時点で、０．５
ｍＴ漂遊磁束密度の計算位置を一つの象限について示し
た線図である。

【図６】図２に示す実施例において、クエンチ開始後の
任意の時点で、漂遊磁束密度が０．５ｍＴを超えるすべ
ての点を囲む線を一つの象限について示した線図である
。

【図７】図５及び図６に示す点Ｐにおけるクエンチ時の
漂遊磁束密度の時間的変化を示す線図である。

【符号の説明】

５、７　　巻枠 ８、９、１２　　ヘリウム容器 １０、１０′、１１、１１′　　リング１５、１５′、
１７、１７′　　放射シールド１６、１８、２１　　真
空室 Ａ、Ａ′、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′、Ｄ　　第１の超伝導コ
イル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の磁界を発生させる第１の超伝導
   コイル組立体と、第２の磁界を発生させる第２の超伝導
   コイル組立体とを備え、第２の超伝導コイル組立体が第
   １の超伝導コイル組立体と電気的に直列に接続され、第
   １及び第２の超伝導コイル組立体はそれぞれ相応する磁
   界成分がほぼ同程度の大きさである磁界を使用時に発生
   させ、両コイル組立体は合成均一磁界が作業容積内に発
   生しかつ第２の磁界がほぼ磁石組立体の外部で第１の磁
   界に対抗するように配置され、磁石組立体の外部に広が
   る合成磁界は、超伝導コイル中の電流がほぼ一定である
   磁石組立体の正常動作期間中には所定の限界内に維持さ
   れ、磁石組立体は更に導電性材料から形成されかつ作業
   容積の外側に配置された少なくとも一つのリングを備え
   、超伝導コイル中の電流が変化している過渡期間中には
   、リングの中に誘導される電流が磁石組立体の導電性部
   品中の誘導電流により生じる磁界に対抗して働く磁界を
   発生させるように、このリングの寸法及び位置が選択さ
   れ、それにより磁石組立体の外部に広がる合成磁界が正
   常動作に対する所定限界のほぼ内に又は近くにとどまる
   ことを特徴とする磁石組立体。
2. 【請求項２】　　第１及び第２の超伝導コイルがそれぞ
   れ第１及び第２の巻枠上に巻かれ、これらの巻枠が相互
   に同軸に配置されていることを特徴とする請求項１記載
   の磁石組立体。
3. 【請求項３】　　リングが第１の巻枠上に取り付けられ
   ていることを特徴とする請求項２記載の磁石組立体。
4. 【請求項４】　　リングが第２の巻枠上に取り付けられ
   ていることを特徴とする請求項２又は３記載の磁石組立
   体。
5. 【請求項５】　　第１及び第２の超伝導コイルが放射シ
   ールドケーシング内に収容されていることを特徴とする
   請求項１ないし４の一つに記載の磁石組立体。
6. 【請求項６】　　リングが放射シールドケーシング上に
   取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の磁
   石組立体。
7. 【請求項７】　　複数の放射シールドケーシングが超伝
   導コイルから半径方向に間隔を置いて設けられることを
   特徴とする請求項５記載の磁石組立体。
8. 【請求項８】　　リングが高導電率銅及び高純度アルミ
   ニウムの群から選択された材料から形成されることを特
   徴とする請求項１ないし７の一つに記載の磁石組立体。
9. 【請求項９】　　第１及び第２の巻枠がヘリウム容器内
   に収容され、リングがヘリウム容器上に取り付けられる
   ことを特徴とする請求項２記載の磁石組立体。
10. 【請求項１０】　　ヘリウム容器の外側に配列された真
    空室を備えることを特徴とする請求項９記載の磁石組立
    体。