JPH0417652B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ シールドされた磁気共鳴磁石を製造する方法
に於いて、 (a) 低温保持装置の外側容器の真空と極低温の要
求条件に基いて磁石のシールド構成を決定し、 (b) 上記外側真空容器の円筒形シエルと円形端面
を強磁性材料で作り、 (c) 磁石設計の初期近似として主コイルの数、主
コイルの軸方向および半径方向の位置、ならび
にアンペアターン数を選択し、 (d) シールドの存在下での磁石の中孔の中の作動
容積内の所定の点に於ける磁石の軸方向磁束密
度を決定し、 (e) シールドの磁化を決定し、 (f) 上記作動容積内の磁束密度をチエツクして、
高一様度の上記容積内の種々の点の間の誤差を
決定し、これにより不均質性が最小レベルに達
したか否か調べ、 (g) 上記作動容積内の所定の点に於ける軸方向磁
束密度のシールドのみによる成分を決定し、 (h) 上記作動容積内の所定の点に於ける所望の軸
方向磁束密度から上記シールドのみによる軸方
向磁束密度成分を差し引き、 (i) 上記工程(h)で得られた差の軸方向磁束密度に
基いてコイルの設計を行い、 (j) 上記工程(f)における最小レベルが達成される
まで上記工程(d)乃至(i)を反復し、 (k) 不均質性が最小になるコイル設計に基いて磁
石のコイルを作り、 (l) 作つた磁石コイルを真空容器の中に配置する
各工程を含む、シールドされた磁気共鳴磁石を
製造する方法。

明細書 本出願は係属中の米国特許出願第（RD−
17143）号「超伝導磁気共鳴磁石とその製造方
法」、（RD−17936）号「磁気共鳴磁石用軸方向
ストラツプ懸垂システム」、（RD−17937）号
「半径方向低温保持装置懸垂システム」、（RD−
17938）号「低温冷却器と磁気共鳴イメージング
用低温保持装置を相互接続するための熱インター
フエイス」に関連している。

発明の背景 本発明は磁気共鳴（MR）イメージングで使用
される低温保持装置（クライオスタツト）、更に
詳しくは磁気共鳴用低温保持装置の中に配置され
た磁石に対する強磁性シールドに関するものであ
る。

医用診断で使用される磁気共鳴磁石は高強度の
直流磁界を発生する。実行可能な場、MR装置は
開放領域の中の別の建物の中に配置される。スペ
ースが異常に高価な大都市の人口密集地域の病院
では、他の病院設備にできる限り妨害を及ぼさな
いことが望ましい。特別にシールドを及さなけれ
ば、他の診断装置や心臓ペースメーカーまたは神
経刺激器を付けた患者に対する妨害を最小限にす
るために磁石を囲む大きな面積が必要となる。

MR磁石の据付けのための所要スペースを小さ
くするため、装置を囲むシールド室が作られてき
た。シールドは所定の室形状に対して設計しなけ
ればならず、シールドによつて典型的には構造的
な荷重の問題が生じる。

MR磁石のための所要スペースを減らすための
もう１つの方法はMR磁石の低温保持装置のまわ
りに組立てられた多数の鋼部品を含むシールドを
使うものである。たとえば本出願と同じ出願人に
よる米国特許第4646045号「磁気共鳴磁石用強磁
性シールドの開口サイズのデイスク形端キヤツ
プ」には、磁石のまわりにシールドが付加され、
シールドは磁石の動作領域での場の摂動を最小限
にするように設計される。この型のシールドのコ
ストは通常10万ドル以上になる。その結果、シー
ルドされたMR磁石はシールドされない磁石より
高価になるのが普通である。

本発明の１つの目的はより低いコストで、シー
ルドされたMR磁石を提供することである。

発明の要約 本発明の１つの面によれば、円筒形の強磁性シ
エルを含む一体シールドされた磁気共鳴磁石が提
供される。２枚の円形の強磁性端板がそれぞれ、
それを通つて軸方向に伸びる中央開口を画成す
る。端板はその周縁がシエルの両端に対して真空
漏れがないように真空密に溶接される。両端板の
中央開口相互の間に円筒形の非磁性チユーブが真
空密に溶接されることにより、円筒形の強磁性シ
エルを通つて軸方向に伸びる中孔が形成される。
強磁性シエルおよび端板はさび止めコーテイング
とともに加熱される。端板、シエルおよび非磁性
チユーブが真空容器とシールドとを構成する。強
磁性容器の存在下で動作するように構成された真
空容器の中に磁気巻線が配置される。

本発明の請求範囲「請求の範囲」の項に記載し
ているが、本発明の目的および利点は添付図面を
使用した以下の実施例の説明から更に容易に確か
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気共鳴イメージング用
低温保持装置の斜視図である。第２図は第１図の
装置の断面図である。第３図は磁気共鳴イメージ
ング用低温保持装置の80K放射熱シールドの斜視
図である。第４図は磁気共鳴イメージング用低温
保持装置の20K熱シールドの斜視図である。第５
図は磁気共鳴イメージング用低温保持装置のヘリ
ウム容器の斜視図である。第６図は第１図の磁気
共鳴イメージング用低温保持装置の一方の端部の
部分破断斜視図である。第７図は第１図の磁気共
鳴イメージング用低温保持装置の他方の端部分の
部分破断斜視図である。第８図は本発明による熱
停留（heat stationing ）用組ケーブルおよび
半径方向支持ストラツプの斜視図である。第９図
は磁気共鳴用低温保持装置に於ける熱停留用ケー
ブルの取付けと半径方向懸垂ストラツプの一端の
取付けを示す部分的な斜視図である。第１０図は
軸方向支持システムの部分を示す低温保持装置の
一部の断面図である。第１１図は本発明による２
つの熱停留用編組ケーブルおよび軸方向支持スト
ラツプの斜視図である。第１２図は本発明による
超伝導磁石巻線を示す第５図の一部分の破断斜視
図である。第１３図は超伝導ワイヤと外側のステ
ンレス鋼ワイヤを所定位置に配置した磁石巻線支
持枠の一部の軸方向断面図である。第１４図は超
伝導ワイヤを所定位置に配置してあるが外側のス
テンレス鋼ワイヤは配置していない状態での磁石
巻線支持枠の一部の半径方向断面図である。第１
５図は部分的にテープを巻付けた超伝導ワイヤの
一部の斜視図である。第１６図は一体シールドと
し作用する真空容器、磁石巻線、および所望の高
い場の一様性を持つ容積の相対的位置関係を示す
低温保持装置の断面図である。第１７図は一体シ
ールドをそなえたMR磁石を作る工程を示すブロ
ツク線図である。第１８図は低温冷却器のインタ
ーフエイスを示す低温保持装置の断面図である。

発明の詳しい説明 すべての図面を通じて類似の参照番号は類似の
要素を表わす。第１図および第２図は磁気共鳴用
低温保持装置１１を示している。軸方向の中孔１
５をそなえた外側の閉じた円筒形の真空容器１３
が80Kの閉じた円筒形の熱シールド１７を取り囲
んでいる。この80Kの熱シールドの中には20Kの
閉じた円筒形の熱シールド２１と磁石を収容した
円筒形のヘリウム容器２３とが入れ子式に配置さ
れている。80Kのシールド、20Kのシールド、お
よびヘリウム容器の各々は、それを貫通する軸方
向の中央を有する。80Kのシールドおよび20Kの
シールドの各々はアルミニウムのような熱伝導性
で非磁性の材料から作られ、それぞれ第３図およ
び第４図に全体が示されている。第３図および第
４図に示すように、シールドの円形端面はボルト
２７によつてアルミニウムのリング２５に固定さ
れ、リング２５は円筒形シールドの端に溶接され
る。ヘリウム容器２３はアルミニウムのような非
磁性で熱伝導性の材料で作られ、第５図にその全
体が示されている。ヘリウム容器の円形端面はシ
リンダ上の所定位置に溶接される。強磁性シール
ドとしての役目も果たす真空容器１３は軟質圧延
鋼板で作られ、軸方向の中孔１５の部分は非磁性
ステンレス鋼で構成される。軟質圧延鋼板のかわ
りに鋳塊鉄を使うこともできる。真空容器の圧延
鋼板の端面はステンレス鋼の中孔１５および圧延
鋼板の円筒形シエルの所定位置に溶接される。強
磁性シールド内の鋼のすべての溶接部は真空漏れ
がないように真空密でなければならない。シール
ドの内側表面をさび抑制剤で処理することによ
り、真空内でのガス放出を少なくする。ガス放出
を少なくする効果的なさび抑制コーテイングはシ
ールドエア社（Sealed Air Corporation）から
販売されているボンドRI 1235（Bond Rl 1235）
およびコンテツク（Contec）ある。

次に第２図、第６図、第７図および第９図を参
照して、低温保持装置内部のヘリウム容器の半径
方向支持システムについて説明する。ヘリウム容
器２３は８本の繊維強化プラスチツク複合材の支
持ストラツプ３１によつて真空容器１３の中に半
径方向に支持される。ストラツプはヘリウム容器
の両側の円形面に４本づつ配置される。繊維強化
ブラスチツク複合材の所要の熱的性能および疲労
寿命性能はエポキシ母材の中に体積比で60％の繊
維を埋込んだ無方向性の繊維が優勢な複合材を選
択することによつて得られる。繊維は高弾性率で
高強度でなければならず、また極低温に於ける熱
伝導率が低くなければならない。この用途に適し
た繊維材料はアルミナ、黒鉛、炭化シリコーンお
よびＳガラスである。実施例のストラツプはカリ
フオルニア州のストラクチユアル・コンポジツ
ト・インダストリーズ社（Stru ctural
Composites Industries，California）から販売
されているSCI−REZ−081ガラス・エポキシ材
料を含浸したＳ−２ガラス繊維の細長いループと
して形成される。ヘリウム容器の各端の４本のス
トラツプ３１は同一平面内にあり、円筒形の真空
容器１３の円形端面に平行になつている。ヘリウ
ム容器の各端のストラツプは外側の真空容器の中
間面を中心として対称に配置される。各ストラツ
プは、Ｕリンク３５によつて保持されたピン３３
から伸びる。Ｕリンク３５は、ヘリウム容器２１
の面に溶接されたブロツク３７にねじ山付きロツ
ド４１によつて固定される。ねじ山付きロツド４
１の一端はＵリンク３５にねじ込まれ、他端はブ
ロツク３７の開口を通過し、ナツト４３および薄
ナツトによつて固定されている。ストラツプ３１
の他端は真空容器１３の凹部に旋回可能に取付け
られた球状支持体４５の上を通過する。この球状
支持体は旋回してストラツプを適切に整列させる
ことにより組立てた部品の変動を補償する。この
ように適切な整列により、ストラツプはその幅に
わたつて一様に支持されるので疲労寿命が最大に
なる。Ｕリンク、ねじ山付きロツドおよび球状支
持体は非磁性材料で作られ、好ましくはステンレ
ス鋼で作られる。ブロツク３７は非磁性材料、好
ましくはアルミニウムで作られる。軟鋼のカバー
４７が真空容器の開口を覆うように溶接されるこ
とにより、真空状態が維持される。ヘリウム容器
の各端の４本のストラツプはそれぞれ水平面に対
して45゜の角度となつている。ヘリウム容器の各
円形端では、２本のストラツプがヘリウム容器の
頂部近くに固定され、他の２本のストラツプが底
部近くに係止される。上側のストラツプは水平面
に対して下に45゜の角度で伸び、下側のストラツ
プは水平面に対して上に45゜の角度で伸びる。ヘ
リウム容器の各端面上の下側の１本のストラツプ
と上側の１本のストラツプは水平中間面の近くで
真空容器の一方の側面を貫通して伸び、またヘリ
ウム容器の各端面上の下側の他の１本のストラツ
プと上側の他の１本のストラツプは水平面の近く
で真空容器の反対側の側面を貫通して伸びる。ど
のストラツプも互いに交差することはない。スト
ラツプ３１または20Kのシールドと80Kのシール
ド中の開口を通つて伸びている。

ストラツプ３１はそれぞれ編組銅ケーブル５１
および５３によつて20Kのシールドおよび80Kの
シールドに熱停留されて、室温の真空容器１３か
ら伝達される熱の伝導をしや断する。第８図には
１つの支持ストラツプ３１を熱停留用のストラツ
プ５１および５３とともに示してある。熱停留用
のストラツプ５１および５３はストラツプ３１の
長さ方向に沿つた位置で熱伝導性のエポキシによ
つて複合材のストラツプ３１のループの互いに反
対の側に固着されている。ストラツプ５１および
５３は編組の孔を通して伸びるリベツトによつて
シールドに固定されている。ブロツク３７に配置
されたナツト４３の調節によつてストラツプ張力
が変る。半径方向支持体の対称配置により、外側
の真空容器が小さな温度変化を受けたときにヘリ
ウム容器の軸方向中心線は外側の真空容器の軸方
向中心線に対して動かない、このことは重要であ
る。というのは外側の真空容器はヘリウム容器の
中の磁石に対して自己遮蔽を行なつており、イメ
ージングのために必要な磁石の中孔内の一様な磁
場の均質性を維持しなければならない場合には２
つの中心線の間の相対的な動きが許されないから
である。

次に第６図、第７図および第１０図を参照し
て、低温保持装置の内部のヘリウム容器２３の軸
方向支持システムについて説明する。ヘリウム容
器２３は４本の複合材のストラツプ５５によつて
真空容器１３から軸方向に支持される。この４本
のストラツプ５５は、ヘリウム容器を半径方向に
支持するのに使用されるストラツプと同じ材料の
細長いループとして形成されるが、幅は半分であ
る。ストラツプ５５は円筒形のヘリウム容器の中
心を通る水平面に沿つて伸びる。４本のストラツ
プ５５の各々の一端はピン５７によつて支持さ
れ、ストラツプ５５はピン５７のまわりを通る。
ピンはＵリンク６１によつて保持され、Ｕリンク
６１はねじ山付きロツド６３によつて取付けられ
ている。２本のストラツプに対するねじ山付きロ
ツドは真空容器の円筒面の１つを通過し、ナツト
６５および図示しない薄ナツトが張力調節のため
にねじ山付きロツド６３にねじ係合する。他の２
本のストラツプからのねじ山付きロツドは真空容
器の他方の円形面を通つて伸び、同様に取付けら
れる。ヘリウム容器から半径方向に伸びる、キヤ
ツピング・フラツジをそなえた４個のトラニオン
６７上に１つずつストラツプの他端をループ状に
して取付けることにより、ストラツプ５５はヘリ
ウム容器に接続される。トラニオン６７は円筒の
中心を通過する水平面上に配置され、円筒中間面
の各々の側の２個のトラニオンは軸方向に対称に
配置される。中心面の各々の側のトラニオンの軸
方向位置は、ストラツプを取付けた後にヘリウム
容器の熱収縮によつてストラツプに印加すること
が好ましい予荷重の量によつて定められる。トラ
ニオンの位置が中心線から離れれば離れる程、円
筒の中心に向う収縮が大きくなる。支持ストラツ
プ５５は20Kのシールドおよび80Kのシールド中
の開口を通り抜け、編組銅ケーブル７１および７
３によつてそれぞれ20Kのシールドおよび80Kの
シールドに熱停留される。ストラツプ７１および
７３はストラツプ５５の長さに沿つた位置でスト
ラツプ５５のループの互いに反対の側に取付けら
れる。熱停留用のストラツプ７１および７３をそ
なえた軸方向支持ストラツプ５５が第１１図に示
されている。熱停留用のストラツプはリベツトに
よつてシールドに固着される。Ｕリンク６１およ
びトラニオン６７との接続によつてストラツプ５
５は製造組立て時の変動を補償するように回転で
きる。

80Kのシールド１７は管状支柱７５によつて半
径方向にヘリウム容器２３から支持される。管状
支柱７５は圧縮され、ヘリウム容器の各円形面上
の３つの位置でヘリウム容器に溶接されたアルミ
ニウムのブロツク７４に取付けられる。支柱の両
端には内側にねじ山が設けられており、そこから
じ山付きロツドが伸びている。各面の上側部分か
ら１つの支柱が垂直に伸びて20Kのシールドを通
り抜け、80Kのシールドに固定される。他の２つ
の支柱７５は互いに、そして垂直な支柱から等距
離隔たつてヘリウム容器の各面に取付けられ、
20Kのシールドを通つて伸びて80Kのシールドに
固定される。この２つの支柱は水平方向に対して
大体45゜の角度を形成し、シールドの中心を通過
する水平面のすぐ下で80Kのシールドに固定され
る。各支柱７５は編組ケーブル７６によつて20K
のシールドに熱停留される。80Kのシールドは第
７図に示すように容器の一端にだけ配置された２
つの支柱７７によつて軸方向に支持される。この
支柱７７はねじ山付きロツドによつてヘリウム容
器の円形面に固定され、20Kのシールドを通つて
伸びて、支柱７７の端から伸びるねじ山付きロツ
ドにはめ込まれた２つのナツトによつて軸方向支
持カバー７８に取付けられる。支柱７７は編組ケ
ーブル７９によつて20Kのシールドに熱停留され
る。すべての支柱７５および７７は熱伝導率の低
い非磁性材料、好ましくは両端の内側にねじ山を
設けたＧ−10CR薄壁フアイバーガラス管で構成
されている。

次に第７図に示すように、20Kのシールド２１
は熱伝導率の低い６個の非磁性支持体よつて80K
のシールド１７から支持される。これらの６個の
非磁性支持体は上面と下面に取付け用の孔を設け
た0/90ガラス・エポキシ積層のG10フアイバーガ
ラス板８０で構成することが好ましい。この各板
８０は、20Kのシールドの円形面から外に伸びる
アルミニウムのブロツク８１を介してナツトとボ
ルトにより固定される。板の他端は80Kのシール
ドの内側にスペーサ・ブロツク８３を介して固定
される。ブロツク８１および８３は板８０がシー
ルドの円形面に平行に伸びるようにする。各端の
３放の板は円周方向に互いに等間隔に配置されて
おり、１枚の板は第７図に示す80Kのシールドの
底部から20Kのシールドの底部へ垂直に伸びる。
ボルト孔相互の間の板の半径方向長さを調節する
ことにより、冷却したときのアルミニウムの20K
のシールドと80Kのシールドの相対収縮を補償し
て、板の応力を小さくする。板は軸方向支持を行
なうのに充分な厚さになつている。

ストラツプ３１および５５、ならびに支柱に対
する各々のねじ山付き取付け継手には二体調心座
金３８が使用される。これらの座金は非磁性材
料、好ましくはステンレス鋼から作られ、組立て
られる部品の寸法の変動によつて生じる心ずれを
補償する。これらの座金によつて、据付け時にス
トラツプおよび支柱が正しく心合わせるので、組
立て時に支持体を損傷する恐れのある荷重がなく
なる。座金は５度まで回転できるようにする。

複合支持ストラツプ３１および５５ならびに支
柱７５および７７の熱停留によつて、これらのス
トラツプおよび支柱に沿つた温度分布を変えるこ
とができる。ストラツプおよび支柱の熱伝導率は
低温では小さくなるので、ストラツプおよび支柱
の一部を通常の場合より低い温度に熱停留させる
ことによりストラツプおよび支柱をより長い長さ
にわたつてより低い温度にすると、ストラツプお
よび支柱による熱伝導率が小さくなる。さらに、
熱をしや断してこれをシールドに転向させること
により、ヘリウム容器への熱伝導が更に小さくな
る。

第１２図にはヘリウム容器の中の超伝導磁石８
５が示されている。ヘリウム容器の中には、第１
図に示すように真空容器の外側に配置された供給
配管８７を介して液体ヘリウムが部分的に充填さ
れる。供給ポート８６が供給配管８７に結合され
る。供給配管８７はそれぞれ第３図、第４図およ
び第５図に示すように80Kのシールドおよび20K
のシールドを通り抜けてヘリウム容器の下側部分
まで伸びる。再び第１２図に示すように、超伝導
ワイヤ９１の巻線が非磁性円筒形コイル枠９３の
まわりに直接、張力を加えられて巻き付けられ
る。コイル枠９３には別々の主コイルを受け入れ
るため溝が形成されている。第１２図には６個の
別々の主コイルが示されている。コイル枠はガラ
ス繊維から作るのが好ましい。設けられるコイル
の数は磁石の中孔における所定のイメージング容
積にわたる場の一様性によつて左右され、、場の
一様性を高めるためにはより多くのコイルが必要
となる。鋳物または鍛造品の変形と比べてガラス
繊維のコイル枠に溝を機械加工するのは簡単であ
るので、製造費を殆ど上げないでコイルの数を多
くすることにより磁石の中孔内の磁場の一様性を
容易に改善することができる。

主コイルは好ましくはコイル枠の一端から他端
へと順々に巻かれて、直列に接続されるが、より
複雑な巻線順序も容易に行なうことができる。次
に第１２図乃至第１５図に示すように、円周方向
の溝には厚さが0.005−0.010インチのポリテトラ
フルオロエチレン（PTFE）テープ９５のような
摩擦減少材料の薄いフイルムがはり付けられて、
超伝導ワイヤ９１の巻線とコイル枠との間に低摩
擦界面を構成する。そのかわりに、超伝導ワイヤ
と接触するコイル枠表面にPTFEまたはモリジサ
ルフアイド（molydisulfide）のコーテイングを
施すこともできる。

超伝導ワイヤは典型的には横断面が長方形の裸
線であり、銅のマトリツクスの中に超伝導フイラ
メントを埋込んだもので構成することができる。
超伝導ワイヤはノメツクス（Nomex）レーシン
グ・テープまたはマイラ・テープのような絶縁テ
ープ９６をらせん状に巻き付けて約50％覆うよう
にすることよつて電気的に絶縁される。ワイヤの
残り半分の表面は磁石動作の際に液体ヘリウムと
接触して、核プール沸騰によつて冷却される。超
伝導体の安定性は、ワイヤの動きによつて生じる
摩擦発熱の際に電流が超伝導体フイラメントから
銅マトリツクスに転移するときに液体ヘリウムに
熱が消散されるかどうかによつてきまる。

磁石を励磁したとき、各コイルに対する電磁負
荷はコイルを磁石中間面に吸引する軸方向の力と
半径方向外向きの力との組合せからなる。コイル
の軸方向の力は円周方向の溝の肩によつて支持さ
れる。半径方向の力は一部は超伝導ワイヤのフー
プ応力によつて支持され、殆んどはステンレス鋼
ワイヤ９７よりなる包囲体によつて支持される。
このワイヤの包囲体は高絶縁耐力の材料の薄いシ
ート１０１によつてコイルの外側表面から隔てら
れる。この材料は液体ヘリウムの温度でその性質
を保持するものにする。絶縁材料としてガラス繊
維のシートまたは積層プラスチツクを使うことが
できる。シート１０１のコイルに面する表面に
は、軸方向の溝１０３が機械加工により形成され
ている。シートは２つまたは３つの円周方向の片
として適用することができる。前と同様、超伝導
ワイヤ９１と接触するシート１０１の表面上に
PTFEライナ１０５が使用される。シート１０１
は半径方向に伸びるスペーサ１０７によつてコイ
ル枠溝の壁から軸方向に隔てられている。スペー
サ１０７はその隣り合うスペーサとのの間にシー
ト１０１の軸方向の溝に対する通気通路を形成す
る。スペーサ１０７はガラス繊維材料で構成され
る。シート１０７の軸方向の溝は磁石のケンチン
グ（quech）の際にコイルの内側からヘリウム蒸
気を逃して、隣り合うスペーサの間の通気通路へ
導き出す。

包囲体のワイヤ９７は引張つた状態で巻かれ
る。これにより正常動作の際に超伝導ワイヤ９１
が支持されるだけでなく、磁石のケンチングの際
の過渡的な加熱の結果として超伝導ワイヤの巻回
が座屈したり互いに跳躍したりすることが防止さ
れる。たとえば内径が46.5インチで外径が50＋
（1/8）インチのコイル枠を用いた0.5Tの磁石で
は、超伝導巻線が30ポンドの張力で巻かれ、包囲
体のワイヤは40ポンドの張力で巻かれた。

ガラス繊維のコイル枠９３の弾性係数は超伝導
ワイヤ９１および包囲体ワイヤ９７に比べて低い
ので、超伝導ワイヤと包囲体ワイヤに充分に張力
を加えて、電磁負荷が加えられたときにコイルが
枠から離脱しないようにすることができる。ま
た、ガラス繊維のコイル枠は、その繊維を巻き付
ける方向を制御することによつて超伝導ワイヤと
包囲体ワイヤに比べて円周方向の熱収縮が小さく
なるように形成される。ガラス繊維のコイル枠は
エポキシで濡らしたＥガラス繊維のフイラメント
をマンドレル上に巻くことにより形成した。90゜
のループを形成する円周方向の巻線の層、次に各
層が＋45゜の層と−45゜の層で構成された４つの
層、その次に円周方向の巻線の層、次に＋45゜と
−45゜の４つの層、等々という巻線パターンを所
望の厚さが得られるまで使用した。その結果、超
伝導巻線と包囲体のワイヤの張力がより低い温度
で増大して、超伝導磁石を励磁したときにコイル
が分離することを更に防止する。

包囲体が電磁的にコイルに密結合されるので、
包囲体内の循環電流によりケンチングの際のコイ
ルのエネルギーのかなりの部分が消散される。こ
のように、コイルの包囲体はケンチングの際に磁
石保護回路としての役目を果す。ケンチングの際
に包囲体中に誘導電流を一様に分布させるため、
第１２図に示すようにコイル枠に取付けられた２
枚の板１１１と１１３の間で開始リードと終了リ
ードを電気的に短絡しなければならない。これら
の板は真ちゆうのような非磁性材料から作られて
いて、ワイヤの包囲体の２つの交差点を、ワイヤ
直径より小さい予め形成された溝の中にしつかり
と圧入する。板１１１および１１３はねじ山付き
フアスナーによつて互いに締付けられる。各主コ
コイルに対するステンレス鋼ワイヤの包囲体は１
つの短絡されたターンと等価な電気回路を形成す
る。

一体のシールドをそなえた、低温保持装置の外
側の真空容器１３はMR磁石の強磁性シールドと
しての役目を果す。低温保持装置の形状は極低温
と真空の必要条件によつて定められるので、強磁
性シールドが存在する場合に場の一様性が最大と
なるように超伝導主巻線を合成しなければならな
い。次に第１６図には主コイル９１の位置ならび
に高い場の一様性が望ましい中孔の中心の容積に
対してシールド１３の一区画が示されている。非
磁性放射シールド１７および２１、ヘリウム容器
２３、なならびに支持体は示していない。という
のは、それらの存在が磁場の決定に影響を及ぼさ
ないからである。低温保持装置の外側容器が強磁
性シールドとしての役目を果すような一体シール
ド付き磁気共鳴磁石を作るための方法が第１７図
に示されている。まずブロツク１２３に示すよう
に、シールドの構成は低温保持装置の外側の真空
容器の真空と極低温の要求条件に基いて決定され
る。更に、シールドの設計は重量とフリンジ
（fringe）磁界の大きさ（５ガウス線の位置）を
きめるシールドの厚さの間の妥協点を見つけるこ
とである。所望の場の強度をそなえた磁石に対す
る主コイルの数、主コイルの軸方向と半径方向の
位置、およびアンペアターン数の初期近似がブロ
ツク１２５で選択される。初期近似は同じ場強度
の磁石に対する空心コイル設計とすることができ
る。主コイルと鉄シールドの有限要素解析がブロ
ツク１３１で、デイジタル・イクイツプメント社
（Dizital Equipment Corporation）製造のヴ
イ・エー・エツクス（VAX）のようなコンピユ
ータでの有限要素アルゴリズムによつて行なわれ
る。これにより第１６図に容積１２７として示さ
れる磁石の中孔の中の高一様度の容積において関
心のある種々の点の軸方向磁束密度が決定され
る。有限要素アルゴリズムによつて鉄シールドの
磁化も決定される。判定ブロツク１３３では軸方
向磁束密度の高一様度の容積の中の種々の点の間
のピークppm（百万当りの部数）誤差をチエツク
して何らかの改善があつたかどうか調べる。ppm
誤差が最小値に達しない場合は、ブロツク１３５
でシールド磁化の球面調和級数展開を行なつて、
場の一様性が高い容積１２７の中の関心のある各
点に於ける軸方向磁束密度のシールドによる成分
を求める。そのかわりに、関心のある点に於ける
場を有限要素解析によつて直接決定することがで
きる。シールドによる軸方向磁束密度成分を指定
された軸方向磁束密度から差し引くことにより、
コイルによる所望の成分を求める。ブロツク１３
７では、計算された鉄による成分を指定された場
の軸方向磁束密度から差し引くことにより、求め
た鉄の成分の近似を考慮に入れるように主コイル
設計が修正される。コイルの合成は反復ニユート
ン・ラプソン手順（iterative Newton−
Raphson procedure）を使つて行なわれる。合
成に於ける自由度は、コイル対の数の２倍であ
る。これは各コイル対において２の自由度が許さ
れるからである。すなわち、軸方向位置とアンペ
アターンを可変として、半径方向位置を固定とす
るか、またはアンペアターンを固定して、軸方向
位置と半径方向位置を可変とする。たとえば、６
コイルの磁石の自由度は６である。空間内の任意
の点に於ける軸方向磁束密度Bzはビオ・サバー
ルの法則（Biot−Savart law）を使うことによ
り計算される。関心のある容積の中で一様な場を
得るため、関心のある容積の中で自由度の数に等
しい数の点が選択され、これらの点で軸方向磁束
密度が指定される。次に、希望により半径方向位
置を固定した場合の軸方向位置およびアンペアタ
ーンかまたはアンペアターンを固定した場合の可
変の軸方向位置および半径方向位置というコイル
対パラメータを、ニユートン・ラプソン手順を使
つて求める。コンピユータで適当なアルゴリズム
を使つてコイルの再合成が行なわれた後、コイル
および固定の鉄シールドの形状の有限要素解析が
ブロツク１３１で再び行なわれる。再合成された
コイルと固定の鉄シールド形状に有限要素解析を
行つて、判定ブロツク１３３で関心のある容積に
おける計算された場のピークppmがそれ以上改善
されないという判定がなされるまで、鉄による成
分が再び計算され、コイルが再合成される。次の
工程のブロツク１４１では最新の再合成に従つて
コイルが組立てられ、次にブロツク１４３に示す
ように一体シールドの中にコイルが配置される。

次に第１、３、４および５図に示すように、
20Kのシールドおよび80Kのシールドはヘリウム
容器２３からのヘリウムの蒸発によつて冷却され
る。ヘリウムは曲りくねつた径路の中を通りなが
ら熱を吸収した後、ベント１５５から真空容器の
外側に出される。この曲りくねつた径路は逃し配
管１５７の中を軸方向に前後に動きながら各シー
ルドのまわりを円周方向に通過して、低温保持装
置の外側に達することによつて生じる。供給配管
と逃し配管は第６図および第７図に示されていな
い。次に第１図および第１８図に示すように付加
的な冷却が２段の低温冷却器によつて行われる。
内部の機構を除いた低温冷却器のハウジング１６
１が示されている。動作中、低温保持装置１１の
熱的性能を改善するため２段の低温冷却器が２つ
のシールド１７および２１に結合される。図では
低温冷却器は基台近くで真空容器の一端の近くに
配置されているが、装置の一体化が容易になるよ
うどの向きにしてもよい。低温冷却器は直結イン
ターフエイスを使用して低温保持装置に結合され
る。低温冷却器の低温ヘツド・ハウジングは２つ
の熱ステーシヨン１６３および１６５を有する。
この２つの熱ステーシヨンは低温冷却器を据え付
けた状態でそれぞれ80Kおよび20Kの温度を維持
する。低温ヘツド・ハウジングは低温保持装置１
１の真空空間内に直接装着される。低温冷却器ハ
ウジング１６１上のフランジ１６７は、低温端が
低温保持装置の真空の中に入るように真空容器に
溶接される。低温冷却器ハウジング上の熱ステー
シヨン１６３および１６５はそれぞれ柔軟な編組
銅ケーブル１６９および１７１を介して熱放射シ
ールド１７および２１に直接接続される。ケーブ
ル１６９および１７１はシールドと低温冷却器の
低温ヘツド・ハウジングとの間の相対運動を可能
としつつ熱抵抗を最小にするような寸法になつて
いる。

編組ケーブル１７１の一端は低温冷却器ハウジ
ングの熱ステーシヨン１６５に溶接され、この編
組ケーブルの他端はシールド２１にボルトで固定
される。したがつて、全熱インターフエイス抵抗
は溶接部、編組ケーブルおよびボルト継手による
抵抗で構成される。電子ビーム溶接を使用して銅
の編組線を熱ステーシヨンに融着させると、熱接
触抵抗がなくなる。低温端のハウジングに合わせ
るため、80Kのシールド１７の一部を切り取つ
て、低温端を挿入できる空間を作るようにシール
ド１７にアダプタ部材１７３を溶接した。熱ステ
ーシヨン１６３はケーブル１６９に溶接される。
ケーブル１６９はリング状のアダプタ１７５に溶
接される。アダプタ１７５はアダプタ１７３にボ
ルト締めされる。実施例で使用される編組ケーブ
ル１７１は必要な柔軟度が得られるよう小さなワ
イヤ・サイズ（AWG36）で作られ、銅の長ささ
と実効横断面積の比は熱伝導率が最大になるよう
な値になつている。ボルト継手におけるシールド
と編組ケーブルとの間の圧力は単にボルトの数を
多くすることによつて増大することができる。し
たがつて、インターフエイスの熱的性能は最小限
のコストで、そして複雑さを増すことなく制御す
ることができる。

低温保持装置と低温冷却器との間で共通の真空
を使うことにより、そして低温冷却器ハウジング
のフランジを真空容器に溶接することにより、真
空漏れの危険性が最小となる。ヘリウム容器は真
空空間内の空気または水（存在する場合）を凍ら
せる大きなクライオポンプ表面を構成し、これに
より低温保持装置内、したがつて低温冷却器内を
高真空に維持する。低温冷却器の修理または保守
が必要になつたとき、真空を破壊しないでハウジ
ング１６１から低温冷却器内部の機構を取り除く
ことができる。

低温保持装置の組立ての際、軸方向の支持スト
ラツプはそれぞれ、キヤツピング・フランジ６７
をそなえたトラニオンに１つずつループを形成す
るようにかけられる。熱停留用のストラツプ７１
が20Kのシールドに固着される。磁石８５を収容
するヘリウム容器２３は真空容器１３の中に２つ
のシールド１７および２１の内側に配置される。
80Kのシールドは第９および１０図に示すように
多層絶縁体１７７で包まれる。真空容器およびシ
ールドの円形端はまだ定められた位置にない。熱
停留用のストラツプを固着した半径方向の支持ス
トラツプ３１が真空容器の開口を通して挿入さ
れ、球面支持体４５によつて保持される。半径方
向のストラツプは80Kのシールドおよび20Kのシ
ールドの開口を通つて伸びて、ヘリウム容器の円
形面に溶接されたブロツク３７に固着される。半
径方向の支持ストラツプの張力が調節され、ヘリ
ウム容器が真空容器と心合わせされて配置され
る。本設計によりヘリウム容器を直接観測するこ
とができるので、ヘリウム容器がまわりの円筒に
よつて囲まれ、かつヘリウム容器の位置を突きと
めるのにプローブを用いなければならない支持シ
ステムに比べて位置ぎめがより容易で確実とな
る。管形支柱７５が一端でヘリウム容器上のブロ
ツク７４に固定されて20Kのシールを通過し、他
端で80Kシールドに取付けられる。半径方向の支
持ストラツプ３１の熱停留用のストラツプ５１お
よび５３は20Kのシールドおよび80Kのシールド
に固定さされる。管形支柱の熱停留用のストラツ
プ７６は20Kのシールドに固定される。半径方向
のストラツプが通過するシールドの開口はアルミ
めつきしたマイラのような熱反射性の材料で作つ
た薄いシート１８１によつて閉じられる。

管形支柱７７はヘリウム容器の１つの円形端に
固定される。20Kのシールドの円形の端板はねじ
２７によつてリング２５に固定され、半径方向の
ストラツプは円形端の開口を通つて伸び、軸方向
の支柱７７は円形端の１つを通つて伸びる。熱停
留用のケーブル７９は20Kのシールドに固定され
る。20Kのシールドを通過する各ストラツプのま
わりに、熱反射性の材料で作つたシート１８１が
配置される。スペーサ・ブロツク８３が80Kのシ
ールドの内側に固定され、板８０がそれに取付け
られる。低温冷却器の熱ステーシヨン１６５に溶
接された編組ケーブル１７１が20Kのシールド２
１にボルト締めされる。

多層絶縁体１７７でおおわれた円形端が80Kの
シールドの両端に固定される。軸方向の支柱７７
が軸方向支持カバー７８に固定される。軸方向支
持ストラツプ５５の熱停留用のケーブル７３が
80Kのシールドの円形端に固定される。低温冷却
器インターフエイスのアダプタ部材１７５が所定
位置に固定される。真空容器の円形端が所定位置
に溶接され、軸方向支持ストラツプの張力が調節
される。カバー６５および４７が所定位置に溶接
され、これにより真空容器を真空にすることがで
きる。

本発明で使用される半径方向および軸方向複合
ストラツプ支持システムは、ヘリウム容器を液体
ヘリウムで充たして、20Kのシールドおよび80K
のシールドがそれらの正規動作温度になつている
ときにそれらの所定の張力となるように設計され
ている。低温保持装置は低温で、真空容器を真空
にした状態で輸送される。しかし、現場での動作
中に低温保持装置を工場に送り返さなければなな
らないような低温保持装置の故障が起り得る。低
温保持装置が動作温度になつていないときでも複
合ストラツプ支持システムは容器を支持するよう
に動作することができ、疲労負荷は支持システム
の設計寿命に悪影響を及ぼすべきでない。

シールド用の支持システムは、ボルト締めによ
つて簡単に所定位置にロツクされた板を用いて容
易に組立てることができ、張力調節の必要はな
い。

半径方向支持ストラツプの相互の向きは重要で
あるが、それぞれ低温保持装置の軸方向中心線に
対して垂直な、90゜の角度をなす２つの軸（必ず
しも垂直軸と水平軸ではない）の間の対称性が維
持される限り、ストラツプ構成全体を縦軸を中心
として回転することができる。

以上、低コストで組立てることができ、しかも
他のシールドされたMR磁石と同等の利点を持つ
シールドされたMR磁石について説明した。。

本発明を一実施例について説明したが、本発明
の趣旨と範囲を逸脱することなくいくつかの変形
や変更を加え得ることは明らかである。したがつ
て、本発明の真の趣旨に合致するこのような変形
や変更をすべて包含するように請求範囲を記載し
てある。