JP4806742B2 - 磁場発生装置及び核磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場発生装置とそれを用いた核磁気共鳴装置とに関する。更に詳しくは、液体ヘリウムを用いることなく、従来の超電導磁石に匹敵する強い静磁場を均一な分布で発生させる磁場発生装置とそれを用いた核磁気共鳴装置とに関する。

本発明の出願人は、先に超伝導バルク体を用いた磁場発生装置を備える核磁気共鳴装置を提案した（特許文献１参照）。この核磁気共鳴装置は、真空断熱容器内で超伝導遷移温度以下に冷却される中空円筒形又は中空円筒部を有するカップ状の超伝導バルク体をその軸方向に着磁し、これにより中空円筒部に円筒軸方向に静磁場を発生させる磁場発生装置を用いて、この磁場内におかれた被測定物体のＮＭＲ信号を検出コイルとスペクトロメータとで検出するようにしたものである。

このような磁場発生装置では、塊状の超伝導バルク体がピン止め効果により与えられた磁束を保持する性質を利用して磁場を発生させる。このピン止め効果は、主として超伝導相の中に分散する微細な絶縁相粒子の存在によっており、絶縁相粒子が微細であるほど、また、ある限度以下では絶縁相粒子が多いほどその効果が高い。また、ピン止め効果が強いほど臨界電流密度が高くなる。理想的には与えた磁場が均一であれば捕捉された磁場もある範囲では均一であり、着磁された超伝導バルク体内では、このような磁場分布を保つように電流の分布が自動的に形成される。しかし、実際には捕捉された磁束が徐々に動いて磁場が減少していくクリープという現象（磁束クリープという）が起こり、磁場分布は変化する。この磁束クリープは、超伝導バルク体の軸方向の両端部に近づくほど大きくなるため、一般に捕捉された磁場の分布は、円筒形状の軸方向において中心付近で最も強く、両端に近づくにつれて弱くなる。

このため、従来のＮＭＲ信号の観測に必要な磁場の均一度が得られないかその範囲が狭くなる。そしてこのような磁場発生装置を備えた核磁気共鳴装置では、磁場内に置かれた被測定物のＮＭＲ信号のスペクトル幅が広くなり、図１１に示すように、磁束クリープ現象が生じて、時間の経過に伴って感度と分解能とが低下するという問題があった。

図１１は、２個のＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とするＧｄ系の超伝導バルク体Ｇ０、Ｇ０を積層して外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ４０ｍｍの中空円筒の超伝導バルク体１２０（図１０参照）を形成し、この超伝導バルク体１２０に所定の手順で着磁した時の静磁場の分布を示す概念図である。図１１の横軸は中空円筒部１２０ａの軸方向における位置であり、縦軸はその位置における磁場強度を示す。実線カで示す着磁直後の磁場分布は、軸方向の中央部Ｃで高く両端部に向かうにつれて低下する分布となっている。そして、時間の経過とともに磁束クリープによって磁場分布は実線カから破線キ、さらに点線クのように変化する。図１１から、超伝導バルク体１２０では中央部Ｃにおける磁場強度の低下は小さいが両端部での磁場強度の低下が大きいことが分かる。このため磁場強度の均一な範囲が狭くなり、このような磁場中でプロトンのＮＭＲスペクトルを測定したところ、そのピーク幅は約２０ｐｐｍであり、満足できる感度と分解能とを示すものではなかった。
特開２００２−６０２１号公報

本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、超伝導バルク体の中央部付近における均一磁場の範囲が広い磁場発生装置を提供し、それを用いてＮＭＲ信号のピーク幅が狭く高感度で高分解能を有する核磁気共鳴装置を提供することを課題とする。

高温超伝導材料においては、臨界温度（Ｔｃ）の高い材料ほどその臨界電流密度（Ｊｃ）は高い。より具体的には、超伝導バルク体が主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏで表せる酸化物超伝導バルク体である場合には、ＲＥのイオン半径（混合系の時は平均イオン半径）が大きいほど臨界温度（Ｔｃ）が高く、超伝導相ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ（０＜δ＜１）のδが小さいほど臨界温度（Ｔｃ）が高い。また、ピン止め点となる絶縁相の量や粒径によっても臨界電流密度（Ｊｃ）は変化し、絶縁相の粒径が小さいほど、あるいは、所定の限度内で絶縁相の量が多いほど臨界電流密度（Ｊｃ）の高いことが知られている。

また、高温超伝導材料は温度が低いほどその臨界電流密度（Ｊｃ）は高いことも知られている。

本発明者は、これらの要素を超伝導バルク体の両端部と中央部とで変化させることにより目的を達成できることに着目した。すなわち、特性の異なる複数の超伝導バルク体を組み合わせることや、部分的に異なる特性を持つ超伝導バルク体を用いることであり、あるいは、着磁の際に超伝導バルク体に部分的に温度差を付与することである。

つまり、上記のような円筒形状の超伝導バルク体を用いた磁場発生装置において、磁束クリープを低減して均一な磁場範囲を増大させるには、中央部に比較して両端部が高い磁場分布を捕捉するように着磁させれば、磁束クリープが生じても広い均一磁場を保持できるわけである。

本発明の磁場発生装置は、真空容器内で超伝導遷移温度以下に冷却される中空円筒状の超伝導バルク体に磁場を捕捉させて超伝導バルク体の中空部に磁場を発生させる磁場発生装置において、前記超伝導バルク体は、この超伝導バルク体の軸方向両端部が軸方向中央部よりも臨界電流密度が高い状態で磁場を捕捉させ、着磁後の磁場強度が軸方向中央部よりも軸方向両端部の方が高い磁場分布を示すことを特徴とする。

本発明の磁場発生装置は、超伝導遷移温度以下で着磁されて中央部に磁場を捕捉する中空円筒状の超伝導バルク体と、この超伝導バルク体を冷却する冷却装置と、超伝導バルク体を収容する真空容器とを備えることが望ましい。

本発明の磁場発生装置の好ましい態様として、超伝導バルク体は、その超伝導バルク体の両端部が中央部よりも高い臨界温度を有する材料で構成されている。

また、本発明の磁場発生装置の好ましい他の態様は、超伝導バルク体を着磁する際に両端部を中央部よりも低温とする温度調節手段を有する。このような温度調節手段は、中央部を加熱するヒータ、あるいは、超伝導バルク体を挟持してその両端部を冷却する冷却部材であることが望ましい。

ここで、超伝導バルク体は、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏで表せる酸化物超伝導体であり、銀あるいは白金あるいはセリウムのうち１種あるいは複数種を０ないし５０質量％含み、ＲＥはイットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものであって、絶対温度９０度Ｋないし９６度Ｋの超伝導遷移温度をもつ超伝導相とその内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下の粒度で分散した組織を含むことが好ましい。

本発明の磁場発生装置において、超伝導バルク体は、この超伝導バルク体の両端部が中央部よりも前記ＲＥの平均イオン半径が大きい元素を含む材料で構成することができる。あるいは、超伝導バルク体は、超伝導バルク体の両端部が中央部よりも平均粒径が小さい絶縁相を含む材料で構成してもよく、さらに、超伝導バルク体は、その超伝導バルク体の両端部が中央部よりも絶縁相の体積分率が大きい材料で構成することもできる。このような超伝導バルク体は、全体の超伝導バルク体の厚さを１００％としたときに、中央部の厚さが３０〜７０％であることが望ましい。

本発明の核磁気共鳴装置は、超伝導遷移温度以下で着磁されて中空部に磁場を捕捉する中空円筒状の超伝導バルク体と、超伝導バルク体を冷却する冷却装置と、この超伝導バルク体を収容する真空容器とを備えた磁場発生装置と、前記超伝導バルク体の中空部に挿入される被測定物のＮＭＲ信号を検出する検出コイルとを備え、前記超伝導バルク体は、この超伝導バルク体の軸方向両端部が軸方向中央部よりも臨界電流密度が高い状態で磁場を捕捉させ、着磁後の磁場強度が軸方向中央部よりも軸方向両端部の方が高い磁場分布を示すことを特徴とする。なお、本発明の核磁気共鳴装置における磁場発生装置は、上記の本発明の磁場発生装置であることが望ましい。

本発明の磁場発生装置によれば、超伝導バルク体に両端部の臨界電流密度が高い状態で磁場を捕捉させると、超伝導バルク体の両端部が中央部に比べて強度の高い磁場分布となる。このため磁束クリープが生じても、両端部では中央部よりも高いピークをもつ磁場分布を維持することができるので、中央部付近における磁場の均一度が向上する。

従って、本発明の核磁気共鳴装置は、このように均一な範囲が広い磁場を用いることができるので、従来よりも感度と分解能とを向上することができる。

また、両端部よりも中央部が低い形状の磁場分布では、中央部にコイルを置くことにより磁場分布の均一度をより高めることが容易であるから、高分解能核磁気共鳴装置として使用する場合に必要な補正コイルの製作が容易になり、より高分解能を有する核磁気共鳴装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。

（１）磁場発生装置の第１の実施の形態
図１は、本発明の核磁気共鳴装置１の全体構成を示す図であり、点線の範囲が本発明の好適な態様の磁場発生装置１０である。

磁場発生装置１０において、超伝導バルク体２０は、真空容器２２内に収容され、銅製のロッドを介してパルス管冷凍機２５の冷却部２３に接続されている。冷却装置としてパルス管冷凍機２５を使用することで、超伝導バルク体２０の振動を小さくすることができ、それによるＮＭＲ信号への影響を抑制することができる。

超伝導バルク体２０を収容した真空容器２２は、超伝導バルク体２０に磁場を印可する超伝導マグネット２８の中空部に、超伝導バルク体２０の軸心が磁場中心に合致するように配置されている。

真空容器２２は真空ポンプ２４により排気することができ、また、圧縮機２６を運転してパルス管冷凍機２５により超伝導バルク体２０をその臨界温度以下に冷却することができる。

このような構成を有する磁場発生装置１０では、超伝導バルク体２０に超伝導マグネット２８の発生磁場を印可するとともに、超伝導バルク体２０を臨界温度以下の所定の温度に冷却して保持し、その後徐々に超伝導マグネット２８の発生磁場を減少させ、最終的に０とすることで超伝導バルク体２０に着磁することができる。そして、パルス管冷凍機２５により超伝導バルク体２０の温度をさらに使用温度にまで低下させ、超伝導バルク体２０の中空部に軸方向に均一で強力な静磁場を発生させることができる。つまり、超伝導バルク体２０はピン止め効果により磁場を捕捉し、中空円筒部２０ａの空間には最初に超伝導マグネット２８が発生していたのとほぼ同じ大きさの磁場が維持されるわけである。

上記のような磁気発生装置において、第１の実施の形態は、後述の具体例１〜５で詳述するように、超伝導バルク体２０を特性の異なる複数の超伝導バルク体（Ｓ、Ｇ、Ｄなど）で構成したものであり、超伝導バルク体２０の両端部に中央部の超伝導バルク体よりも高い臨界温度Ｔｃを有する超伝導バルク体を配置して積層したものである。

（具体例１）
具体例１は、図２の断面模式図に示す超伝導バルク体２０１であり、超伝導バルク体Ｓで超伝導バルク体Ｇを挟持するように構成されている。この超伝導バルク体２０１は２個の超伝導バルク体Ｓと１個の超伝導バルク体Ｇとからなり、超伝導バルク体Ｓは、Ｓｍ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏを主成分とするＳｍ系の超伝導バルク体で、外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの中空円筒（穴あき円盤形状）である。また、超伝導バルク体Ｇは、Ｇｄ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏを主成分とするＧｄ系の超伝導バルク体で、外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの中空円筒（穴あき円盤形状）である。Ｓｍ系はＧｄ系に比べてそのイオン半径が大きいので臨界温度（Ｔｃ）が高く、同じ温度でも臨界電流密度（Ｊｃ）が高い。これらを図２のように軸方向に超伝導バルク体Ｓ−超伝導バルク体Ｇ−超伝導バルク体Ｓの順に積層して、外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ４０ｍｍの中空円筒を形成した。

この超伝導バルク体２０１を図１の真空容器２２内に設置し、真空容器２２を排気して、３Ｔの超伝導マグネット２８の発生磁場中でパルス管冷凍機２５により超伝導バルク体２０１を５０Ｋに冷却した。その後、超伝導マグネット２８の発生磁場を徐々に減少させて最終的に０とし、更に超伝導バルク体２０１を冷凍機の最低到達温度である４０Ｋまで低下させた。

以上のようにして着磁された超伝導バルク体２０１の中空部２０ａにおける軸Ｌ方向の磁場の分布をガウスメータで測定した。結果を図３に示す。図３では、横軸は軸Ｌ方向の測定位置であり、縦軸はその位置における磁場強度である。また、実線アは着磁直後の磁場分布であり、破線イは磁束クリープ途中の磁場分布であり、点線ウはほぼ磁束クリープが終息したときの磁場分布を示す。

超伝導バルク体２０１では、図３のように着磁直後には両端部（超伝導バルク体Ｓ）にピークＰをもつ磁場分布アが形成され、磁束クリープによって両端部（Ｓ）の磁場が低下しても、中央部分（超伝導バルク体Ｇ）の磁場の強さは、多少は低下するものの超伝導バルク体Ｇの厚さ方向で均一に保持されることが分かる。

以上のような磁場強度分布を示す超伝導バルク体２０１の臨界電流密度（Ｊｃ）の軸方向の分布を図４に模式的に示す。各超伝導バルク体Ｓ、Ｇの内部組織は、軸方向では略均一であるので、臨界電流密度（Ｊｃ）は各超伝導バルク体Ｓ、Ｇの軸方向では略一定であり、両側の超伝導バルク体Ｓよりも中央部の超伝導バルク体Ｇの方が低い段差のある凹型の分布となる。また、超伝導バルク体の製造方法によっては、各超伝導バルク体の内部組織が軸方向に均一ではない場合もあり得るが、この場合でも臨界電流密度の軸方向の分布を凹型とすることにより、本発明の効果を得ることができる。

次に、この均一磁場（図３Ｇの範囲）中にエタノールを入れた試験管とプローブとを挿入してプロトンのＮＭＲ信号を測定した。結果を図５に示す。図５から３種類の結合相手の異なる水素の化学シフトの差に由来する３個の独立したピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３が判別できる。そして、各ピークの半値幅はおよそ３ｐｐｍであり、極めて高い分解能を示していることが分かった。

（具体例２）
具体例２の超伝導バルク体２０２（図示せず）は、具体例１と同様に３個の超伝導バルク体からなり、両端部は、外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの（Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄの原子比１：１：１）を主成分とするＮＥＧ系の超伝導バルク体Ｎからなり、中央部は、外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ２５ｍｍのＤｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とするＤｙ系の超伝導バルク体Ｄからなる。ＮＥＧ系の超伝導バルク体ＮはＤｙ系の超伝導バルク体Ｄに比べて臨界温度（Ｔｃ）が高く、かつ微細な絶縁相が析出するため臨界電流密度（Ｊｃ）が高い。従って、超伝導バルク体２０２は、具体例１と同様の手順で着磁することで、図３と同様の磁場分布と、図４と同様の臨界電流密度分布とを示す。

（具体例３）
具体例３の超伝導バルク体２０３（図示せず）は、３個の超伝導バルク体が全てＤｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とするＤｙ系の超伝導バルク体からなり、絶縁相であるＤｙ₂ＢａＣｕＯ₅粒子を含むものである。両端部は、平均粒径が約１μｍの絶縁相粒子を含む外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの超伝導バルク体Ｄ１であり、中央部は、平均粒径が約５μｍの絶縁相粒子を含む外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの超伝導バルク体Ｄ２である。すでに述べたように絶縁相の粒子が小さい両端部の超伝導バルク体Ｄ１の方が臨界電流密度（Ｊｃ）が高い。従って、超伝導バルク体２０３は、具体例１と同様の手順で着磁することで、図３と同様の磁場分布と、図４と同様の臨界電流密度分布とを示す。

（具体例４）
具体例４の超伝導バルク体２０４（図示せず）は、３個の超伝導バルク体が全てＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とするＳｍ系の超伝導バルク体からなり、絶縁相であるＳｍ₂ＢａＣｕＯ₅粒子を含むものである。両端部は、この絶縁相粒子を体積分率で１６．５％含む外径５０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの超伝導バルク体Ｓ１であり、中央部はこの絶縁相粒子を体積分率で１０．５％含む外径５０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ２５ｍｍの超伝導バルク体Ｓ２である。すでに述べたように絶縁相の粒子を多く含む両端部の超伝導バルク体Ｓ１の方が臨界電流密度（Ｊｃ）が高い。従って、超伝導バルク体２０４は、具体例１と同様の手順で着磁することで、図３と同様の磁場分布と、図４と同様の臨界電流密度分布とを示す。

（具体例５）
具体例５の超伝導バルク体２０５は、上記の第１の実施の形態を変形したものであり、図６に示すように、同一特性を持つ２個の超伝導バルク体Ｓ３、Ｓ３を当接して構成される。すなわち、超伝導バルク体Ｓ３は厚さｔ方向において、下面Ｓ３ｂから上面Ｓ３ａに向かうにつれて（矢印Ｙ）臨界電流密度（Ｊｃ）が次第に高くなるように形成されている。そしてその下面Ｓ３ｂを互いに当接する向きに積層して超伝導バルク体２０５を構成する。

例えば、超伝導バルク体Ｓ３は、外径６０ｍｍ×内径１６ｍｍ×厚さ２０ｍｍのＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とするＳｍ系の超伝導バルク体からなり、絶縁相であるＳｍ₂ＢａＣｕＯ₅粒子を含むものである。そして、下面Ｓ３ｂ側から上面Ｓ３ａ側に向かって絶縁相粒子の体積分率が増大するように超伝導バルク体Ｓ３を形成し、各々の下面Ｓ３ｂ同士を当接するように配置する。超伝導バルク体２０５は、具体例１と同様の手順で着磁することで、図７に模式的に示すように、軸方向において中央部よりも両端部で高くなるように連続して変化する臨界電流密度（Ｊｃ）分布を呈し、図３と同様の磁場分布を示すことができる。

以上のような具体例１〜５の超伝導バルク体では、臨界電流密度（Ｊｃ）が低い中央部の厚さが超伝導バルク体の全体の厚さの３０〜７０％であることが望ましい。中央部の厚さが３０％未満では、磁場のピーク位置が中央部に寄り過ぎるために良好な広い均一磁場を得ることができない。また、中央部の厚さが７０％を越えると、中央部にピークをもつ凸状に高い磁場分布が形成されることがあるので望ましくない。中央部の厚さは、より好ましくは４０〜６０％である。

（２）磁場発生装置の第２の実施の形態
同じ組成をもつ超伝導バルク体では着磁温度が低いほど臨界電流密度（Ｊｃ）が大きい。すなわち、第２の実施形態の磁場発生装置は、超伝導バルク体を着磁する際に両端部を中央部よりも低温とする温度調節手段を有する。

図８は、温度調節手段４０ａを装着した超伝導バルク体２０６を示す断面模式図であり、図８において温度調節手段４０ａは、超伝導バルク体２０６の中央部を加熱するヒータＨである。

一例を挙げると、超伝導バルク体２０６は全てＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを主成分とするＧｄ系の超伝導バルク体からなり、外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの３個のバルク超伝導体Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を積層したものである。そして、中央部の超伝導バルク体Ｇ２の外周に０．２ｍｍφのニクロム線を所定回数巻回したヒータＨを備えている。

この磁場発生装置では、前記の具体例１と同様の手順で着磁を行う際に、超伝導マグネット２８の発生磁場中で超伝導バルク体２０６を５０Ｋに冷却したとき、ヒータＨにより超伝導バルク体Ｇ２の温度を両端部（Ｇ１、Ｇ３）に比べて５Ｋ高くなるように維持した。その後、超伝導マグネット２８を消磁してヒータ電源を切り、全体を４０Ｋに冷却して着磁を完了した。これにより図７のように中央部Ｇ２の臨界電流密度（Ｊｃ）を両端部Ｇ１、Ｇ３よりも低くすることができるので、超伝導バルク体２０６は図３と同様の磁場分布を示すことができる。

また、超伝導バルク体の中央部を加熱する代わりに両端部を冷却する温度調節手段としてもよい。図９に、両端部を冷却する温度調節手段４０ｂの一例を示す。

図９は、磁場発生装置１０’の主要部断面概要図である。図９で、温度調節手段４０ｂは銅製の冷却ケース４４であり、超伝導バルク体２０７の上面２０ｆに当接して銅製の冷却ステージ４２とともに超伝導バルク体２０７を挟持して収容している。冷却ステージ４２は、銅製のロッド４９を介してパルス管冷凍機の冷却部２３に接続されている。温度調整手段４０ｂの温度は温度センサ４８で監視し、ヒータ４６に与える電流を調整することで制御することができる。

この磁場発生装置では、前記の具体例１と同様の手順で着磁を行う際に、超伝導マグネット２８の発生磁場中で超伝導バルク体２０７を５０Ｋに冷却したとき、温度調整手段４０ｂによって超伝導バルク体２０７の両端部が熱伝導によって冷却されるため、中央部は両端部よりも略５Ｋ高温であった。その後、超伝導マグネット２８を消磁して全体を４０Ｋに冷却して着磁を完了した。これにより両端部の臨界電流密度（Ｊｃ）を中央部よりも高くすることができるので、超伝導バルク体２０７は図３と同様の磁場分布を示すことができる。

なお、図９において、５０は被測定物を挿入する試料空間であり、この空間における温度は室温であり、気圧は大気圧である。

（３）核磁気共鳴装置の実施の形態
本発明の磁場発生装置１０を備えた核磁気共鳴装置の一例を図１に、また、その検出部を図９に併記して示す。図１において、１３は高周波発生装置、１４はパルスプログラマ（送信器）、１５は高周波増幅器、１６はプリアンプ（信号増幅器）、１７は位相検波器（受信器）、１８はアナログデジタル変換器、１９はコンピュータである。

また、図９において、被測定物１１は、その周りに巻かれた検出コイル１２の内部にある。高周波発信器１３とそれをパルスに成形するＧＡＴＥ部と、その高周波パルスを増幅するパワーアンプ１５により、パルスが送信コイルを通して被測定物１１に与えられ、そのパルスの直後より発生する自由誘導減衰を受信コイルにより受信し、増幅器、位相検波器を通し、ＡＤ変換された信号がコンピュータ１９に保存される。このデータをフーリエ変換することにより、ＮＭＲの分析結果がコンピュータ１９上に表示され、あるいはＭＲＩとしてマッピングされた情報とすることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できる。例えば、具体例５では、下面Ｓ３ｂ側から上面Ｓ３ａ側に向かって絶縁相粒子の体積分率が増大するように超伝導バルク体Ｓ３を形成して各々の下面Ｓ３ｂ同士を当接するように配置したが、絶縁粒子の大きさが下面Ｓ３ｂ側から上面Ｓ３ａ側に向かって小さくなるように超伝導バルク体Ｓ３’を形成してもよい。また、下面Ｓ３ｂ側から上面Ｓ３ａ側に向かってイオン半径の大きいＲＥ元素の濃度が増大するように形成してもよい。

また、前記の実施の形態では超伝導バルク体の冷却手段を冷凍機としたが、液体ヘリウムなどの冷媒を使用してもよい。このような極低温の冷媒を用いる磁場発生装置では、万一の停電など電源供給が停止した場合にも静磁場を維持することできる。

本発明の磁場発生装置は、強力な静磁場を均一な分布で発生させることができるので核磁気共鳴装置の磁場発生装置として好適である。また、本発明の核磁気共鳴装置は、高感度で高分解能を備えるので、医療分野におけるＭＲＩ装置や、工業用素材や農作物などの成分及び構造分析などに好適に用いることができる。

本発明の核磁気共鳴装置の一態様ｓを示す全体構成図である。 具体例１の超伝導バルク体を説明する断面模式図である。 具体例１の超伝導バルク体による磁場分布を示す概念図である。 具体例１の超伝導バルク体の臨界電流密度分布を示す模式図である。 具体例１の磁場中で測定したプロトンのＮＭＲスペクトルを示す図である。 具体例５の超伝導バルク体を説明する断面模式図である。 具体例５の超伝導バルク体の臨界電流密度分布を示す模式図である。 超伝導バルク体の中央部を加熱する温度調節手段を説明する断面模式図である。 超伝導バルク体の両端部を冷却する温度調節手段を説明する断面模式図である。 従来技術の超伝導バルク体の構成を説明する断面模式図である。 従来技術の超伝導バルク体による磁場発生装置の磁場分布を示す概念図である。

符号の説明

１：核磁気共鳴装置 １０：磁場発生装置 １１：被測定物 １２：検出コイル２０：超伝導バルク体 ２０ａ：中空部 ２２：真空容器 ２３：冷却部 ２５：パルス管冷凍機 ４０：温度調節手段 ４２：冷却ステージ ４４：冷却ケース ４６：ヒータ ４８：温度センサ ５０：試料空間

Claims (13)

1. 真空容器内で超伝導遷移温度以下に冷却される中空円筒状の超伝導バルク体に磁場を捕捉させて該超伝導バルク体の中空部に磁場を発生させる磁場発生装置において、
   前記超伝導バルク体は、該超伝導バルク体の軸方向両端部が軸方向中央部よりも臨界電流密度が高い状態で磁場を捕捉させ、着磁後の磁場強度が該軸方向中央部よりも該軸方向両端部の方が高い磁場分布を示すことを特徴とする磁場発生装置。
2. 超伝導遷移温度以下で着磁されて中央部に磁場を捕捉する中空円筒状の超伝導バルク体と、前記超伝導バルク体を冷却する冷却装置と、前記超伝導バルク体を収容する前記真空容器とを備える請求項１に記載の磁場発生装置。
3. 前記超伝導バルク体は、前記両端部が前記中央部よりも高い臨界温度を有する材料で構成されている請求項１又は２に記載の磁場発生装置。
4. 前記超伝導バルク体を着磁する際に前記両端部を前記中央部よりも低温とする温度調節手段を有する請求項１又は２に記載の磁場発生装置。
5. 前記温度調節手段は、前記中央部を加熱するヒータである請求項４に記載の磁場発生装置。
6. 前記温度調節手段は、前記超伝導バルク体を挟持して前記両端部を冷却する冷却部材である請求項４に記載の磁場発生装置。
7. 前記超伝導バルク体は、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏで表せる酸化物超伝導体であり、銀あるいは白金あるいはセリウムのうち１種あるいは複数種を０ないし５０質量％含み、ＲＥはイットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものであって、絶対温度９０度Ｋないし９６度Ｋの超伝導遷移温度をもつ超伝導相とその内部にあって同素体の絶縁相を５０μｍ以下の粒度で分散した組織を含む請求項１〜６のいずれかに記載の磁場発生装置。
8. 前記超伝導バルク体は、該超伝導バルク体の両端部が中央部よりも前記ＲＥの平均イオン半径が大きい元素を含む材料で構成されている請求項７に記載の磁場発生装置。
9. 前記超伝導バルク体は、該超伝導バルク体の両端部が中央部よりも平均粒径が小さい前記絶縁相を含む材料で構成されている請求項７に記載の磁場発生装置。
10. 前記超伝導バルク体は、該超伝導バルク体の両端部が中央部よりも前記絶縁相の体積分率が大きい材料で構成されている請求項７に記載の磁場発生装置。
11. 前記超伝導バルク体は、中央部の厚さが該超伝導バルク体の厚さの３０〜７０％である請求項８〜１０のいずれかに記載の磁場発生装置。
12. 超伝導遷移温度以下で着磁されて中空部に磁場を捕捉する中空円筒状の超伝導バルク体と、前記超伝導バルク体を冷却する冷却装置と、前記超伝導バルク体を収容する真空容器とを備えた磁場発生装置と、前記超伝導バルク体の前記中空部に挿入される被測定物のＮＭＲ信号を検出する検出コイルとを備え、
    前記超伝導バルク体は、該超伝導バルク体の軸方向両端部が軸方向中央部よりも臨界電流密度が高い状態で磁場を捕捉させ、着磁後の磁場強度が該軸方向中央部よりも該軸方向両端部の方が高い磁場分布を示すことを特徴とする核磁気共鳴装置。
13. 前記磁場発生装置は、請求項３〜１１のいずれかに記載の磁場発生装置である請求項１２に記載の核磁気共鳴装置。

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