JPS6325692B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超伝導ソレノイドコイルおよびそれ
を用いた核磁気共鳴分光計に関する。より詳細に
は、主巻線部とそれに対して中心に位置する追加
的な巻線部とを有する超伝導ソレノイドコイルお
よびそれを用いた核磁気共鳴分光計に関する。こ
の追加的な巻線部は、主巻線部による磁場の軸方
向勾配を補償するものである。

〔発明の背景〕

核磁気共鳴（NMR）分光計においては、分析
すべきサンプル中に一様な磁場を発生させること
が望まれる。代表的には、サンプルは、磁場中に
挿入されたバイアル（vial）内に位置される。こ
の磁場は、サンプルの全長にわたつて一様である
ことが望ましい。ある分光計においては、超伝導
ソレノイドコイルによつて磁場を発生させ、この
ソレノイドコイルの内部にバイアル及びサンプル
を位置する。ソレノイドの内部磁場をソレノイド
縦軸線に沿つて一様にするために、従来、種々な
コイルの巻き方が試みられてきた。

ソレノイド内部のサンプル領域における磁場
H₀は、ソレノイド縦軸方向の成分のみを有し、
径方向成分や回転成分を有しない。磁場H₀の強
度は、空間に依存し、以下の式で表すことができ
る。

H₀＝ａ＋bz＋cz²＋dz³＋ez⁴＋fz⁵＋ gz⁶＋hz⁷＋iz⁸＋… ここに、ｚはソレノイドの中央からソレノイド
縦軸線方向に測つた距離でありａ〜ｉは定数係数
である。磁場H₀を位置によらず一様とするため
に、ｂ〜ｉを零にすることが望ましい。ソレノイ
ドの巻き方をソレノイド中央面について完全に左
右対称にすれば、H₀は偶関数となり、ｚの奇数
次項の係数ｂ，ｄ，ｆ及びｈは零となる。従つ
て、残りの偶数次項の係数ｃ，ｅ，ｇ及びｉを零
にすることができる。もしこれらの係数ｃ，ｅ，
ｇ及びｉが零でないとすると、磁場H₀は軸方向
位置に依存して変化することになり、この勾配を
軸方向勾配と呼ぶ。また、bz，cz²，dz³，ez⁴，
fz⁵，gz⁶，hz⁷及びiz⁸による磁場勾配をそれぞれ
第１次、第２次〜第８次の軸方向勾配と呼ぶ。

核磁気共鳴超伝導ソレノイドコイルにより発生
される磁場を実質的に一様にするための従来装置
を記す文献の例として、米国特許第3287630号、
第3419904号、第3564398号及び第3577067号を挙
げるとができる。米国特許第3287630号において
は、磁場の第１次、第２次及び第３次の軸方向勾
配が補償されている。この補償は、サンプル保持
バイアルに極めて接近して巻かれた主ソレノイド
の内部に取付けられたコイル組立体と、主ソレノ
イドの外方円筒表面に近接して取付けられた補正
用シムコイルとを組合わせて用いることにより、
達成される。コイル組立体は、同軸的に配列され
た４つのグループのコイルから成つて、主ソレノ
イドの軸方向勾配の第１次、第２次及び第３次成
分の補正をもたらすものである。主ソレノイドコ
イルの横軸に関しての主コイルの磁場変動を補償
するために、円形コイルが用いられた。この円形
コイルの縦軸は、主コイルの横軸に一致してい
る。従来技術におけるこれらのコイルの各組に流
れる電流は、別個独立に制御されていた。すなわ
ち、異なるコイルは、直流電源からの異なる電流
によつて付勢される。

米国特許第3564398号に開示されたコイルにお
いて、主コイルの内側の異なつた位置に、複数の
補正用コイルが縦軸方向に位置づけられている。
これらの個々の補正用コイルは、空間的に独立で
ある。米国特許第3419904号及び第3577067号に開
示されたコイルにおいては、個々のコイルに異な
つた電流が供給されて、所望の補正が達成されて
いる。

超伝導コイルの付勢を容易にするためには、全
てのコイルに同一の電流を流すことが望まれる。
超伝導磁石装置のコイルのうち異なる巻線部分に
異なる電流を供給することは、困難である。何故
ならば、コイルは、電源からみて接続しにくい位
置にあるからである。すなわち、デユワーびんの
内部は、4.2〓程度の低温に維持されている。さ
らに、デユワーびんの外部からコイルへの伝熱を
減少させるために、コイルをデユワーびんの外部
環境へ接続するリード線の本数を最小にすること
が望ましい。

従来技術の構造にはその他の不利点も存在して
いた。特に、コイルの各々に供給すべき補正電流
を決定するために、予め実験をすることが通常要
求されていた。従来のコイルのあるものは、軸方
向磁場の非一様性（第５次の軸方向勾配まで）を
補正した。しかし、ある種の目的のためには、第
７次までの軸方向勾配の補正が必要とされてい
た。

〔発明の目的〕

本発明の一目的は、新規で改良された超伝導ソ
レノイドコイルを提供することである。

他の目的は、主コイルの磁場勾配のうち第１〜
７次の軸方向勾配を補正する超伝導ソレノイドコ
イルを提供することである。

他の目的は、全ての巻線部分が直列に接続され
ておりそれらに同一の電流を流すことにより容易
に付勢され得る超伝導ソレノイドコイルを提供す
ることである。

他の目的は、異なつたコイル部分に供給すべき
付勢電流の絶対値を決定するための実験分析を要
しない超伝導ソレノイドコイルを提供することで
ある。

さらに他の目的は、コイル付勢用電流のための
リード線がコイルの一面にのみ結線される超伝導
ソレノイドコイルを提供することである。

本発明の他の目的は、上記のような軸方向勾配
を補正する超伝導ソレノイドコイルを用いた核磁
気共鳴分光計を提供することである。

〔発明の概要〕

比較的小径の超伝導コアまたはストランドとそ
れを包囲する銅とからできた、長方形断面の超伝
導線が知られている。この超伝導線は、断面が円
形ではなく長方形であることから、隣り合う線間
の隙間なくびつしりと円筒面上においてらせん形
に巻くことができる。１段目または１層目を巻き
終わると、その外と表面はやはり円筒面になり、
その上に２段目または２層目を巻くことができ
る。このようにして、何層でも巻くことができ
る。しかも各層の巻き線ピツチを一様にすること
ができる。これに対し、円形断面を有する超伝導
線の場合には、ピツチが非一様となる。長方形断
面の超伝導線による場合には、隣り合うらせん層
のピツチを一様にできるので、ソレノイドコイル
の内部における径方向磁場勾配および回転方向磁
場勾配を実質的に零にすることができる。径方向
磁場勾配および回転方向磁場勾配を除去してはじ
めて、超伝導ソレノイドの磁場内に第６次および
第７次の軸方向勾配が実質的に存在することが確
認された。

本発明に従つて長方形断面の超伝導線を以下の
ように巻くことによつて、第６次および第７次の
勾配を除去することができる。すなわち、主ソレ
ノイド巻線部をN₁回巻き、一対の補助ソレノイ
ド巻線部をN₂巻き、一対の補足ソレノイド巻線
部をN₃回巻き、そして追加的巻線部をN₄回巻
く。ただし、N₁はN₂より大きく、N₂はN₃より
大きく、かつN₃はN₄より大きいものとする。主
ソレノイド巻線部は、、縦軸と中央に位置する横
軸とを有し、また第１および第２の対向する端部
部分と中央部分とを有する。第１および第２補助
ソレノイド巻線部は主巻線部に同軸であり、それ
らの端部はそれぞれ主巻線部の２つの端部部分に
整合している。補助ソレノイド巻線部は、主巻線
部の磁場を増大するように、巻かれ、接続されか
つ位置づけられている。補助巻線部は、主巻線部
の外方円筒表面上に巻かれる。２つの補足巻線部
はやはり主巻線部に同軸であり、それらの端部は
それぞれ主巻線部の２つの端部部分に整合してい
る。補足巻線部は、端部近傍における主巻線部の
磁場を増大するように、巻かれ、接続されかつ位
置づけられている。補足巻線部は、主巻線部の内
方円筒表面上に巻かれる。補助および補足巻線部
は、主巻線部による磁場の第２次および第４次の
軸方向勾配を補償するように、巻かれ位置づけら
れている。

第６次の軸方向勾配を補償するために、追加的
巻線部主巻線部に同軸的に巻かれ、主巻線部の中
央部分に位置している。追加的巻線部はある程度
の軸長を有するが、補助巻線部や補助巻線部のど
の部分とも重なつていない。追加的巻線部は、主
巻線部による中央部分近傍の磁場を減少するよう
に、位置され、巻かれかつ接続されている。

奇数次項の軸方向勾配を除去するために、主巻
線部および追加的巻線部が、中央の横軸に関し対
称に配置されている。また、主巻線部の両端にお
ける補助および補足巻線部についても対称性が保
たれている。上記対称性は、次のように達成され
る。(1)主巻線部および追加的巻線部は、横軸の両
側において実質的に同数だけ巻かれる。(2)主巻線
部の両端部において補助巻線部が同数だけ巻かれ
る。(3)主巻線部の両端部において補助巻線部が同
数だけ巻かれる。

本発明の一特徴において、全ての巻線部は直列
に巻かれ、それによりそれらを通して同一の電流
が流れる。従つて、通電すべきリード線は２本だ
けあれば良い。これらの２本のリード線は、コイ
ルを包むデユワーびんの外部環境からかなり小径
のチユーブを通つて伸び、以て外部環境から超伝
導コイルが位置する低温環境への伝熱を最小にす
る。

本発明の他の特徴において、ソレノイドコイル
の両端子はコイルを巻くボビンの一端側にあつ
て、しかも交差せずコイル厚さを増すことがな
い。この結果は、以下のような構成により達成さ
れる。すなわち、補足巻線部の一方を主巻線部の
内方円筒表面上に位置し、奇数回巻いて、補足巻
線部と追加的巻線部とを互いにリード線により結
線する。このリード線は、主巻線部の縦軸に沿つ
た一対のスロツトを通つて、軸方向に伸びてい
る。

また、上記のような軸方向勾配を補正する超伝
導ソレノイドコイルを用いて、高精度の核磁気共
鳴分光計を構成することができる。

〔好適実施例の説明〕

図面第１図を参照すれば、超伝導磁石装置を利
用した核磁気共鳴分光計が示されている。NMR
特性を調べるべきサンプル１１が、バイアル
（vial）１２の内部に配置されている。バイアル
１２は、超伝導ソレノイド１３の内部またはその
中心コアで発生された一様磁場H₀中に位置され
る。一対の送信コイル１４が、ソレノイド１３の
コア内のバイアル１２を跨いでいる。コイル１４
の軸は、互いに実質的に一致し、磁場H₀に直角
である。送信コイル１４は、無線周波送信機１５
によつて得られる無線周波エネルギーに応答し
て、サンプル１１に無線周波エネルギーを適用す
る。ソレノイド１３のコア内部においてバイアル
１２に近接して位置された受信コイル１６の軸
は、コイル１４の軸および磁場H₀の方向に対し
てともに直角である。受信コイル１６は、無線周
波受信機１７へ入力信号を供給する。

超伝導コイル１３は、デユワーびん２０内の比
較的狭いスリーブを貫通するリード線１９を介し
て、直流電源１８によつて付勢される。リード線
１９は、ソレノイド１３を付勢するために、図示
のようにデユワーびんを貫通してソレノイド１３
に接続している。電源１８からの付勢電流に応答
して、コイル１３は、サンプル１１の体積中を貫
く比較的高い強度の一様直流磁場H₀を発生させ
る。代表的には、50〜60アンペアの付勢電流が超
伝導ソレノイド１３中を流れ、100キロガウス程
度の直流磁場H₀を発生する。超伝導ソレノイド
を用いる現代のNMR分光計において従来から知
られるように、いつたんソレノイド１３が電源１
８によつて付勢されると、特殊な状況を除き、ソ
レノイド１３は電源から切り離される。

サンプル１１のNMR特性を走査して調べるた
めに、送信機１５はコイル１４へ無線周波エネル
ギーの複数のパルスを供給する。これらパルス
は、サンプルによつて選択的に吸収される。ピツ
クアツプコイル１６が、サンプル１１から再放射
されたエネルギーを変換して、送信機１７へスペ
クトル信号を供給する。受信機１７はフーリエ変
換計算装置を含み、サンプル１１のNMR特性の
トレース（trace）を得て、Ｘ―Ｙ記録器２１で
表示することができる。

コイル１３は、4.2〓程度の液体ヘリウム温度
に維持される。好適実施例においては、ソレノイ
ドコイル１３の低温はデユワーびん２０によつて
達成される。デユワーびん２０は外部アルミニウ
ム殻２１を有し、その中にアルミニウム缶２２が
位置される。アルミニウム缶２２は、約77〓の液
体窒素を保持する。液体窒素缶２２の内側には、
更に、液体ヘリウムが充填された缶２３がある。
缶２３は、超伝導コイル１３が位置しているシリ
ンダーを包囲する。缶２３の壁２４と缶２２の床
２５との間、壁２４とアルミニウム熱シールド２
８の側壁２６および床２７との間において、代表
的には約10^-5トールに排気される。缶２３の直近
外側において、さらにアルミニウム熱シールド２
９が配される。シールド２８の壁２６および床２
７と殻２１との間、缶２２の屋根３１および側壁
３２との間においても、排気される。この排気さ
れた空間において、他の熱シールド３３が位置さ
れる。デユワーびん２０の外部から超伝導コイル
１３への熱の流れを最小にするために、シールド
３３、屋根３１、床２５およびシールド２９に
は、それぞれスリーブ３４，３５および３６がも
たらされる。これらスリーブの全ては、缶２３の
内部を貫通するボア３７に同心である。ボア３７
は、デユワーびん２０の両端に亙つて延びるスリ
ーブ３８に同心的である。コイル１３はスリーブ
３４〜３６に同心であり、磁場H₀はスリーブの
共通縦軸と同一方向に延びる。

本発明に従つて、ソレノイド１３は、サンプル
１１を通る非常に一様な磁場H₀を発生させる。
ソレノイドコイル１３は、第８次のコイルである
と考えることができる。すなわち、コイル１３
は、多項式次数１〜７について縦軸に沿つて平坦
な磁場特性をもたらす。加えて、磁場H₀は、サ
ンプル１１が位置される領域において、回転（ま
たはらせん）成分または径方向成分を事実上有し
ない。すなわち、サンプル１１を通る磁場の全て
の成分は、事実上ソレノイド１３の縦軸に一致す
る。

上記目的のために、ソレノイドコイル１３が、
主巻線部４１、一対の補助巻線部４２および４
３、一対の補足巻線部４４および４５、ならびに
追加巻線部４６を有する（第２図参照）。巻線部
４１〜４６の各々は、コイル１３の縦軸４７に同
軸である。巻線部４１〜４６の全ては、円筒形の
非磁性ボビン４８上に巻かれ、互いに直列に接続
されている。それにより、ボビン４８一端におけ
る共通面６１を貫くリード線４９および５０を流
れる電流によつて、コイル１３が付勢される。

巻線部４１〜４６の全てが、日本国特許出願昭
和54年第18563号に記載したように、長方形断面
を有する超伝導線で巻かれている。好適には、超
伝導線は、長方形断面の銅製シース（sheath）に
よつて包囲された円形断面のニオビウム―チタニ
ウム合金のコアから成る、単一フイラメント構造
である。代表的には、銅シースの長方形の底辺の
長さは0.016インチ（約0.4mm）、高さは0.013イン
チ（約0.3mm）である。コアの直径は、この場合、
0.01インチ（約0.25mm）である。しかしながら、
その超伝導体を流れる電流によつて生じた磁場が
線の断面に比して一様な位置を取りうるほどに線
断面が十分小さいという条件さえ満たせば、超伝
導線の長方形断面は、任意の寸法でよい。

巻線部４１〜４６の各々は、長方形断面の超伝
導線を円筒面上にびつしりと緊密にらせんに巻い
た層の複数から成る。まず第１層として円筒面上
に長方形断面の線を隙間なく巻き終わると、この
第１層の外表面も円筒面になる。そして次に第１
層の上に第２層をやはり同様に緊密に巻いて行く
ことができる。第２層の外表面もまた円筒面とな
る。各層は、軸線４７に同軸である。これららせ
ん層のうち隣接する層は、互いに逆向きのピツチ
となる。隣接するらせん層の間には、マイラーで
できた薄い誘電シース（図示せず）を介在させ
て、もし隣接層の超伝導コアが常伝導状態になつ
た場合にも両層を互いに電気的に絶縁する。超伝
導動作中において、超伝導コアのインピーダンス
に対する銅シースのインピーダンスは、非常に大
きい。それにより、銅は開回路と同様になる。一
方、超伝導コアが常伝導状態になつたときには、
銅シースは、常伝導になつたコア部分に対して分
路をもたらす。これにより、わずかな部分が常伝
導になつた場合でも、常伝導状態が全コイルに波
及する可能性を避ける。

超伝導線の断面が長方形であるので、ソレノイ
ドコイル１３の隣接して逆向きに巻かれた各層
は、その全長に亙つて一定のピツチを有する真の
らせんとなる。互いに隣接するらせん層の隣接面
は、誘電シースによつてのみ電気的に分離され
る。各隣接層は、実質的に一定径の円筒外表面を
有する。これに対し、円形断面の線で巻いた場合
には、らせんの径が変動してしまう。

超伝導線は上記のように巻かれるので、長方形
形状の短い方の面が縦軸４７に対して直角をな
し、長い方の面が縦軸４７に平行に延びる。超伝
導線の長方形形状の面をこのように配置すること
により、前に巻いたらせん層に対して、次に巻く
らせん層が弛むということがない。

もしソレノイド１３を構成するのが主巻線部４
１であるならば、サンプルを位置すべき巻線部内
部の磁場は、一様にならず、以下のように空間に
依存することになる。

H₀＝ａ＋bz＋cz²＋dz³＋ez⁴＋fz⁵＋ gz⁶＋hz⁷＋iz⁸＋… ここにH₀は、ソレノイド内の磁場である。ｚ
は、中央横軸５３から測つた縦軸４７方向の距離
である。ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈおよび
ｉは、定数係数である。係数ａ〜ｉの値は、一般
に減少して行くので、ソレノイド１３のコアの中
央部分内部において、軸４７に沿つた第８次以上
の磁場勾配は無視できるほど小さい。

本発明に従つて、係数ｂ〜ｈが零になるよう
に、巻線部４２〜４６を配置する。それにより、
ソレノイド１３内部の磁場は、以下の式で表せる
ことになる。

H₀＝ａ＋iz⁸＋… ｉおよびそれ以上の高次の項の係数は、比較的小
さいので、ソレノイド１３のコア内部の磁場は、
極めて一様になる。このような式で表せるコイル
を第８次ソレノイドコイルと呼ぶ。

この目的のために、補助巻線部等４２，４３，
４４，４５および４６による磁場が、主巻線部１
４による磁場に加えられる。巻線部４２〜４５
が、第２次および第４次の係数を除去する。すな
わち、上記式のｃおよびｅの値を零にする。一
方、追加的巻線部４６が、第６次の効果を除去す
る。すなわち、係数ｇを零にする。巻線部４１〜
４６が中央横軸５３に関して対称的に巻かれてい
るので、上記式の奇数項成分が除去される。すな
わち、係数ｂ，ｄ，ｆおよびｈの値が零となる。
この対称性は、以下のようにして達成される。す
なわち、主巻線部４１および追加巻線部４６の巻
数を横軸５３の両側において同数とし、補助巻線
部４２および４３の巻数を等しくし、補足巻線部
４４および４５の巻数を等しくすることによつ
て、達成される。

主巻線部４１によつて発生される磁場は、他の
全ての巻線部４２〜４６によつて発生される磁場
の総和より大きい。補助巻線部４２および４３に
よつて発生される磁場の和は、補足巻線部４４お
よび４５によつて発生される磁場の和よりも大き
い。追加巻線部４６によつて発生される磁場は、
他の巻線部４１〜４５によつて発生される磁場の
いずれよりも小さい。この目的のために、各巻線
部のアンペア×巻数に以下のような関係がある。

N₁I₁＞N₂I₂＞N₃I₃＞N₄I₄ ここに、 N₁＝主巻線部４１の巻数 N₂＝補助巻線部４２および４３の巻数の和 N₃＝補足巻線部４４および４５の巻数の和 N₄＝追加巻線部４６の巻数 I₁＝主巻線部４１に供給される電流 I₂＝補助巻線部４２および４３に供給される電
流 I₃＝補足巻線部４４および４５に供給される電
流 I₄＝追加巻線部４６に供給される電流 巻線部４１〜４６は、直列に結線されているの
で、 I₁＝I₂＝I₃＝I₄ すなわち、 N₁＞N₂＞N₃＞N₄＞ 補助巻線部４２および４３は主巻線部４１の外
方円筒表面上に巻かれ、縦軸に沿つて実質的な長
さを有する。補足巻線部４４および４５は主巻線
部４１の内方円筒面の内部に巻かれる。巻線部４
２〜４５は主巻線部４１の端部に整合されてい
る。しかしながら、補足巻線部４４および４５の
軸長は、補助巻線部４２および４３の軸長よりも
短く、第６次の磁場勾配を減少させている。巻線
部４１の第１の端面が、巻線部４２および４４の
第１の端面７２および７３に一致する。一方、主
巻線部４１の第２の端面７４が、巻線部４３およ
び４５の端面７５および７６に一致する。巻線部
４４および４５の第２の端面７９および８０は、
巻線部４２および４３の第２の端面７７および７
８よりも、中央横軸５３から離れている。追加巻
線部４６は、主巻線部４１の内壁上に位置され
る。好適実施例においては、第８次ソレノイドコ
イルを達成するために、以下のような構成をとつ
た。巻線部４２および４３は各々、10層を含み、
主巻線部４１の26.68％の軸長を有する。巻線部
４４および４５の各々は、５層を含み、主巻線部
４１の23.58％の軸長を有する。追加巻線部４６
は単一層であり、主巻線部４１の37.37％の軸長
を有するものとした。

リード線が巻線部上で交差してコイルの厚さを
増すことのないように、ボビンの端部プレート６
１からリード線４９および５０（図示せず）を引
き出すために、また１本の線で巻いてゆき巻線部
を互いに直列に接続するために、巻線部を以下の
要領で巻く。まず始めに、円筒形のボビン部５１
の回りに奇数（たとえば、５層）のらせん層を巻
いて、巻線部４４を形成する。巻線部４４の最後
の１巻きは、最外層であり、第２の端面７９に隣
接する。線は次に、縦軸４７まで径方向に引か
れ、チユーブ５２を通つてプレート６１から離れ
る方向に引かれる。チユーブ５２は、ボビン４８
を通つて軸４７上で縦方向に延びている。それか
ら、線は、追加巻線部４６を形成するために、径
方向外方に引かれる。巻線部４６の最後の１巻き
から、チユーブ８３へと径方向内方に引かれる。
チユーブ８３は、ボビン４８を通つて軸４７上で
縦方向に延びている。線は次に、チユーブ８３を
通つて、プレート６１から離れる方向に引かれ
る。さらに、径方向外方に引かれ、巻線部４５が
円筒ボビン５４の回りに巻かれる。巻線部４５が
終わると、その最後の１巻きは、巻線部４５の最
外層で端面７６のところである。主巻線部４１
は、奇数層のらせん層として巻かれ、それによつ
て巻線部４１の最後の１巻は、端面７１における
最外層となる。

巻線部４１を巻いた後に、巻線部４２および４
３を巻く。完成した巻線部４２および４３は、と
もに偶数層を含む。しかしながら、巻線部４２を
巻いてゆくときには、最後の１層を残して止め、
巻線部４５へと移る。巻線部４２の最後の１つ手
前の層は、端面７７で終わる。そこから線がリー
ド線６４として軸４７に平行に縦方向に引かれ、
第２図および第３図に示すように、予め敷設して
おいた誘電テープの層６３の上を通り、巻線部４
３の最内層へと導かれる。次に巻線部４３が、偶
数層のらせん層を含むものとして、巻かれる。そ
れにより、巻線部４３の最後の１巻きは、端面７
８のところの最外層になる。線は次に、リード線
６５として縦軸４７に平行に、層６３の上を延
び、巻線部４２に至る。最後に、巻線部４２の最
外層が巻かれ、プレート６１内の適切な孔を通つ
て、引き出される。

上述の実施例は、本発明を限定するものではな
く、本発明の真の範囲を外れることなく、多くの
修正や変形を為しうる。

［発明の効果］ 本発明の超伝導ソレノイドコイルは、上記のご
とく構成したので、軸方向磁場の非一様性を第７
次まで補正することが可能である。また、このよ
うなコイルを用いて構成した核磁気共鳴分光計
は、サンプルの全長にわたつて磁場の一様性が第
７次まで保たれるのできわめて高精度の分光を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の超伝導コイルを含んだ
NMR分光計の縦断面図を示している。第２図
は、本発明の１実施例に従つた超伝導コイルの部
分的縦断面図である。第３図は、第２図の３―３
線に沿つて取つた横断面図である。 主要符号の説明、１１…サンプル、１２…バイ
アル、１３…超伝導ソレノイド、１４…送信コイ
ル、１５…送信機、１６…受信コイル、１７…受
信機、１８…直流電源、１９…リード線、２０…
デユワーびん、２１…アルミニウム殻、２２，２
３…アルミニウム缶、２４…壁、２５…床、２６
…側壁、２７…床、２８，２９…アルミニウム熱
シールド、３１…屋根、３２…側壁、３３…熱シ
ールド、３４〜３６…スリーブ、３７…ボア、３
８…スリーブ、４１…主巻線部、４２，４３…補
助巻線部、４４，４５…補足巻線部、４６…追加
巻線部、４７…縦軸、４８…ボビン、４９，５０
…リード線、５１…ボビン部、５２，８３…チユ
ーブ、５３…中央軸線、５４…ボビン、６１…共
通面、６３…誘電テープ層、６４，６５…リード
線、７２〜８０…端面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超伝導線が、縦軸および複螺旋層を持つソレ
   ノイドコイルとして巻かれており、該層のうち隣
   接した層は、実質的に相互に接触する面を持つて
   おり、且つピツチが反対方向であり； 該ソレノイドコイルは、縦軸、中央横軸、第１
   および第２の相対する端部および中央部を持つ主
   ソレノイド巻線部分を含み、さらにその主巻線部
   は、横軸の両側に実質的に同数の巻数を含み、且
   つソレノイドの内部に縦方向の磁界をつくるとこ
   ろの超伝導線と； 第１および第２の補助巻線部が、実質的に主巻
   線部の第１および第２の端部と整合しており、当
   該補助巻線部は、端部の近接部で主巻線部の磁界
   を増すため巻かれ、結線され、且つ位置決めされ
   ており該第１および第２の補助巻線部は、実質的
   に同数の巻き数を持つており、横軸よりほぼ等距
   離で、縦軸に沿つて位置決めされているところの
   主巻線部と同軸の第１および第２補助ソレノイド
   巻線部と； 第１および第２の補足巻線部が、主巻線部の第
   １および第２の端部とそれぞれ且つ実質的に整合
   しており、該補足巻線部は、端部の近接部で、主
   巻線部の磁界を増すため巻かれ、位置決められ且
   つ結線されており、該第１および第２の補足巻線
   部は、実質的に同数の巻数を持つており、横軸よ
   りほぼ等距離で、縦軸に沿つて位置決めされてい
   るところの、主巻線部と同軸の第１および第２の
   補足巻線部と； 前記補助および補足巻線部が主巻線部の第２次
   および第４次の磁場勾配を補正することと； 巻線部が、主巻線部と同軸で主巻線部の中心部
   と整合しており、該巻線部の軸範囲のいかなる部
   分も、前記補助巻線部または補足巻線部のいかな
   る部分とも重なつていない限度までとなつてお
   り、該巻線部は、横軸の両側に実質的に同数の巻
   数を持つており、該巻線部は主巻線部の中心部の
   近接部に、主巻線部の磁界を増やすために位置決
   められ、巻かれ且つ結線されているところの、追
   加的巻線部と； からなる第１ないし７次の勾配を補償する機能
   を持つた超伝導ソレノイドコイル。 ２ 特許請求の範囲第１項のコイルにおいて、巻
   線部が以下のように巻かれ且つ外部電源よりの電
   流により励磁されるコイル： N₁I₁＞N₂I₂＞N₃I₃＞N₄I₄ N₁＝主巻線部の巻数 N₂＝補助巻線部の巻数の和 N₃＝補足巻線部の巻数の和 N₄＝追加的巻線部の巻数 I₁＝主巻線部に流される電流 I₂＝補助巻線部両方に流される電流 I₃＝補足巻線部両方に流される電流 I₄＝追加的巻線部に流される電流。 ３ 特許請求の範囲第１項のコイルにおいて、該
   巻線部の全ては、直列巻きされており、そのた
   め、同じ電流が巻線部の全てに流れるようになつ
   ているコイル。 ４ 特許請求の範囲第３項のコイルにおいて、巻
   線部はN₁＞N₂＞N₃＞N₄となるよう巻かれてお
   り、その場合において、 N₁＝主巻線部の巻数 N₂＝補助巻線部の巻数の和 N₃＝補足巻線部の巻数の和 N₄＝追加的巻線部の巻数 であるようなコイル。 ５ 特許請求の範囲第３項のコイルにおいて、主
   巻線部は、内方および外方円筒形表面を含み、追
   加的巻線部および補足巻線部は、前記内方表面の
   内側に位置決めされ、補助巻線部は、前記外方表
   面の外側に位置決めされている、ようなコイル。 ６ 特許請求の範囲第５項のコイルにおいて、第
   １の補足巻線部および第１の補助巻線部は、主巻
   線部の第１端面と整合した端面と、主巻線部第１
   端面より離れた第２面とを持つており、第２の補
   足巻線部および第２補助巻線部には、主巻線部の
   第２端面と整合した端面と、主巻線部の第２端面
   より離れた第２端面とを持つており、第１の補助
   巻線部を追加的巻線部に結線し、また、追加的巻
   線部を第２補足巻線部に結線する導線とを持つて
   おり、これにより、電流は、第１の巻線部の第２
   面上の最外部巻き部より、追加的巻線部の第１端
   上およびその近接部の巻き部に向かつて、および
   追加的巻線部の第２端上の巻き部より、第２の補
   足巻線部の第２面上の最内部巻き部に向かつて、
   流れる、ようになつているコイル。 ７ 特許請求の範囲第６項のコイルにおいて、前
   記導線は、補足巻線部と追加的巻線部との間の縦
   軸に沿つて延長している、ようになつているコイ
   ル。 ８ 特許請求の範囲第６項のコイルにおいて、補
   足巻線部の各々は、奇数数量の層を含んでいる、
   ようになつているコイル。 ９ 特許請求の範囲第６項のコイルにおいて、第
   ２の補足巻線部の第１面上の最外部巻き部は、主
   巻線部の第２面上の最内部巻き部に結線されてお
   り、主巻線部の第１面上の最外部の巻き部は、第
   １の補助巻線部の第１面上の最内部巻き部に結線
   されており一つの導線は、第１の補助巻線部の第
   ２面上の最外部巻き部と、第２補助巻線部の第２
   面上の最内部巻き部とを結線しており、第２の導
   線は、第２の補助巻線部の第２面上の最外部巻き
   部と、第１の補助巻線部の第２面上の最外部巻き
   部とを結線しており、さらにもう一つの導線は、
   第１の補助巻線部の第１面上の巻き部と、主巻線
   部の第１面に近接した第１コイル端子とを結線し
   ており、主巻線部の第１面に近接した第２コイル
   端子は、補足巻線部の第一面上の最内部の巻き部
   に結線しており当該補足巻線部は両方とも、奇数
   層を持つており、該主巻線部と、該補助巻線部の
   両方は、偶数層を持つている、ようになつている
   コイル。 １０ 特許請求の範囲第１項のコイルにおいて、
   該超伝導線は長方形断面を持つているところのコ
   イル。 １１ 核磁気共鳴分光のための試験用のサンプル
   取付けに適した内部心線を持つているところの超
   伝導ソレノイドコイルと； 超伝導ソレノイドコイルを低温、超伝導温度に
   保つためのデユワーびんと； サンプルを核磁気共鳴の状態に励磁するための
   無線周波電源と無線周波コイルの励磁の結果とし
   てサンプルから得られる無線周波エネルギーを検
   知し、超伝導コイルに電流を検知するためのピツ
   ク・アツプコイルと； から成り、 該コイルは、長方形断面を持つた超伝導線によ
   り形成されており、該線は縦軸を持つたソレノイ
   ドとして複層のらせん層に巻かれており、該層の
   隣接層は、実質的に相互に接触する面を持ち、ピ
   ツチが反対であり、さらに、該ソレノイドコイル
   は先ず、縦軸、中央横軸、第１および第２の相対
   端部および中央部を持つ主ソレノイド巻線部を持
   ち、該主巻線部は横軸の両側に実質的に同数の巻
   数を持ち、ソレノイドの内部に縦方向の磁界を造
   つており、該縦方向の磁界はコイルの内部でサン
   プルに供給されており； 主巻線部と同軸にある第１および第２の補助ソ
   レノイド巻線部を有し、該第１および第２の補助
   巻線部は、それぞれ、且つ実質的に、主巻線部の
   第１および第２の端部に整合しており該補助巻線
   部は、端部の近接部で、主巻線部の磁界を増すた
   めに巻かれ、結線され、且つ位置決められてお
   り、該第１および第２の補助巻線部は、実質的に
   同数の巻数を持つており、横軸よりほぼ等距離
   で、縦軸に沿つて位置が決められており； 主巻線部と同軸である第１および第２の補足巻
   線部を有し、該第１および第２の補足巻線部は、
   それぞれ且つ実質的に、主巻線部の第１および第
   ２の端部に整合しており、該補足巻線部はほぼ同
   数の巻き線を持ち、横軸よりほぼ等距離に縦軸に
   沿つて位置決められており、該補足巻線部は、端
   部の近接部で、主巻線部の磁界を減少させるため
   に巻かれ、位置決められ、且つ、結線されてお
   り； 前記補助巻線部および補足巻線部が、主巻線部
   の第２次および第４次の軸勾配を補償するために
   位置決められ、且つ、巻かれており； 主巻線部と同軸であり、主巻線部の中心部に実
   質的に整合されている、追加的巻線部を持ち、該
   追加的巻線部の軸限度は、同部のいかなる部分も
   補助巻線部または補足巻線部のいかなる部分とも
   重なつていないところまでであり、該追加的巻線
   部は横軸の両側に実質的に同数の巻数を持つてお
   り、更に追加的巻線部は主巻線部の中心部の近接
   部で、主巻線部の磁界を減少させるために位置決
   めされ、巻かれ且つ結線されてある、ところの核
   磁気共鳴分光計。 １２ 特許請求の範囲第１１項の分光計におい
   て、前記ソレノイドコイルの巻線部は、 N₁I₁＞N₂I₂＞N₃I₃＞N₄I₄ N₁＝主巻線部の巻数 N₂＝補助巻線部の巻数の和 N₃＝補足巻線部の巻数の和 N₄＝追加的巻線部の巻数 I₁＝主巻線部に流される電流 I₂＝補助巻線部両方に流される電流 I₃＝補足巻線部両方に流される電流 I₄＝追加的巻線部に流される電流 となるように巻かれ、且つ外部電源よりの電流に
   より励磁されている； ところの分光計。 １３ 特許請求の範囲第１１項の分光計におい
   て、前記ソレノイドコイルの巻線部の全ては、直
   列に巻かれ、これにより、同じ電流が巻線部の全
   てに流れるようになつている； ところの分光計。 １４ 特許請求の範囲第１３項の分光計におい
   て、前記ソレノイドコイルの巻線部は、 N₁＞N₂＞N₃＞N₄ N₁＝主巻線部の巻数 N₂＝補助巻線部の巻数の和 N₃＝補足巻線部の巻数の和 N₄＝追加的巻線部の巻数 となるように巻かれている； ところの分光計。