特許 6528041 ＮＭＲプローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6528041

(24)【登録日】2019年5月24日

(45)【発行日】2019年6月12日

(54)【発明の名称】ＮＭＲプローブ

(51)【国際特許分類】

   G01N 24/00 20060101AFI20190531BHJP

【ＦＩ】

   G01N24/00 570H

   G01N24/00 560F

   G01N24/00 560G

   G01N24/00 580F

【請求項の数】9

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2015-22651(P2015-22651)

(22)【出願日】2015年2月6日

(65)【公開番号】特開2016-145747(P2016-145747A)

(43)【公開日】2016年8月12日

【審査請求日】2017年11月17日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度独立行政法人科学技術振興機構「検出系冷却型−固体高分解能ＮＭＲプローブの実用化開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水野 敬

(72)【発明者】

【氏名】竹腰 清乃理

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 耕治

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５０１２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３７１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２８６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８６６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１７１４２６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２４／００−２４／１４

Ｇ０１Ｒ ３３／２０−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外容器と、
前記外容器内に設けられ、前記外容器の内部を主空間と通路としての副空間とに仕切る内容器と、
前記主空間内に配置され、ＮＭＲ検出素子を含む基本電子回路と、
前記基本電子回路の特性を変更する特性変更時に、前記副空間内に挿抜可能に配置される部材であって、前記副空間内に配置された状態で前記基本電子回路に電気的に接続される少なくとも１つの追加素子を有する追加部材と、
前記副空間の出入口に設けられ、前記出入口を開閉するための栓と、
前記副空間内における前記追加部材の保持位置と前記出入口との間に設けられ、前記副空間の途中を開閉するゲートと、
を含み、
前記ゲートは、その閉状態において、前記副空間を、前記保持位置を有する第１空間と前記出入口側の第２空間と、に区分けする、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項2】

請求項１に記載のＮＭＲプローブにおいて、
前記主空間は気密空間として構成され、
前記基本電子回路と前記追加部材とを冷却する冷却機構を更に含む、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のＮＭＲプローブにおいて、
前記第１空間内を吸引する第１吸引手段と、
前記第２空間内を吸引する第２吸引手段と、を更に含む、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブにおいて、
前記追加部材は、本体部、一方側電極及び他方側電極を含み、
当該ＮＭＲプローブは、
前記追加部材が前記副空間内の保持位置に設置された状態で、前記一方側電極を前記基本電子回路の第１接続点に接続する一方側接続部材と、
前記追加部材が前記保持位置に設置された状態で、前記他方側電極を前記基本電子回路の第２接続点に接続する他方側接続部材と、を更に含む、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項5】

ＮＭＲプローブにおいて、
外容器と、
前記外容器内に設けられ、前記外容器の内部を主空間と通路としての副空間とに仕切る内容器と、
前記主空間内に配置され、ＮＭＲ検出素子を含む基本電子回路と、
前記基本電子回路の特性を変更する特性変更時に、前記副空間内に挿抜可能に配置される部材であって、前記副空間内に配置された状態で前記基本電子回路に電気的に接続される少なくとも１つの追加素子を有する追加部材と、
を含み、
前記追加部材は、本体部、一方側電極及び他方側電極を含み、
当該ＮＭＲプローブは、
前記追加部材が前記副空間内の保持位置に設置された状態で、前記一方側電極を前記基本電子回路の第１接続点に接続する一方側接続部材と、
前記追加部材が前記保持位置に設置された状態で、前記他方側電極を前記基本電子回路の第２接続点に接続する他方側接続部材と、を更に含む、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブにおいて、
前記追加部材が前記副空間内に挿入された状態で、前記副空間内での前記追加部材の移動を許容しつつ、前記副空間の出入口を塞ぐ栓を更に含む、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項7】

外容器と、
前記外容器内に設けられ、前記外容器の内部を主空間と通路としての副空間とに仕切る内容器と、
前記主空間内に配置され、ＮＭＲ検出素子を含む基本電子回路と、
前記基本電子回路の特性を変更する特性変更時に、前記副空間内に挿抜可能に配置される部材であって、前記副空間内に配置された状態で前記基本電子回路に電気的に接続される少なくとも１つの追加素子を有する追加部材と、
前記追加部材が前記副空間内に挿入された状態で、前記副空間内での前記追加部材の移動を許容しつつ、前記副空間の出入口を塞ぐ栓と、
を含むことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブにおいて、
当該ＮＭＲプローブは、複数の前記内容器を含み、
複数の前記内容器によって複数の前記副空間が形成され、
複数の前記副空間内のそれぞれに、前記追加部材が挿抜可能に配置される、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【請求項9】

ＮＭＲプローブにおいて、
外容器と、
前記外容器内に設けられ、前記外容器の内部を主空間と通路としての副空間とに仕切る内容器と、
前記主空間内に配置され、ＮＭＲ検出素子を含む基本電子回路と、
前記基本電子回路の特性を変更する特性変更時に、前記副空間内に挿抜可能に配置される部材であって、前記副空間内に配置された状態で前記基本電子回路に電気的に接続される少なくとも１つの追加素子を有する追加部材と、
を含み、
当該ＮＭＲプローブは、複数の前記内容器を含み、
複数の前記内容器によって複数の前記副空間が形成され、
複数の前記副空間内のそれぞれに、前記追加部材が挿抜可能に配置される、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＮＭＲプローブに関し、特に、ＮＭＲプローブ内における電子回路の特性を変更する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

核磁気共鳴装置（ＮＭＲ装置）においては、静磁場を生じさせる超伝導磁石内に試料とともにＮＭＲプローブ（ＮＭＲ信号検出用プローブ）が配置される。ＮＭＲプローブは、送受信コイルを備えている。送受信コイルは、送信時には試料に対して変動磁場を与え、受信時には試料のＮＭＲ信号を検出する機能を有する。観測対象となる核種によって共鳴周波数が異なるので、試料測定の際には、観測対象となった核種に適合する周波数をもった高周波信号が送受信コイルに与えられる。一般に、ＮＭＲプローブ内の検出回路は、送受信コイルの他に、同調用の可変コンデンサ及び整合用の可変コンデンサ等を含む。つまり、検出回路は、同調回路及び整合回路を備えている。

【0003】

試料測定に先立って、検出回路に対するチューニング（動作条件の調整）が実施される。すなわち、同調と整合とが実施される。同調及び整合を行うために、送信側から検出回路までの信号経路上に方向性結合器が設けられ、検出回路から送信側へ戻る反射波が観測される。同調の崩れ度合い及び不整合の度合いに応じて、反射波のレベルが変化する。従って、反射波のレベルを参照しながら、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値（容量）を変化させることにより、検出回路の共振周波数が観測対象の核種に対応する共鳴周波数に適合され、検出回路のインピーダンスが送信側におけるインピーダンスに整合される。

【0004】

検出回路の同調及び整合を最適化できる周波数範囲（チューニングレンジ）は、可変コンデンサの容量の範囲によって制限され、測定可能な核種も、そのチューニングレンジに含まれる共振周波数をもつ核種に制限される。例えば、１００ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚのチューニングレンジをもつ検出回路においては、その周波数範囲に含まれる共振周波数をもつ核種のみが測定可能ということになる。

【0005】

検出回路のチューニングレンジを変更するための技術として、特許文献１には、容量の異なる複数のコンデンサが固定されたコンデンサスイッチが開示されている（ＦＩＧ．３Ａ〜３Ｃ，４Ａ〜４Ｈ及びＴＡＢＬＥ１参照）。このコンデンサスイッチはＮＭＲプローブ内に設置されており、コンデンサスイッチをスライドさせることにより、検出回路に接続されるコンデンサを切り替えることができるようになっている。これにより、検出回路に含まれるコンデンサの容量が変更され、その結果、チューニングレンジが変更される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７，７０１，２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載された手法では、限られた個数のコンデンサを用いてチューニングレンジを変更しているため、対応可能なチューニングレンジに限界がある。例えば、チューニングレンジを連続的に変更することができず、チューニングレンジが離散的に設定されてしまうという問題が生じ得る。観測対象が有機物であれば、観測対象の核種の種類は多くない。従って、その核種の数に応じた個数のコンデンサを予め用意しておくことで、観測対象の核種に応じたチューニングレンジを設定することができる。しかし、観測対象の核種の種類が増大すると、特許文献１に記載された手法では、その種類の多さに対応しきれない。例えば、無機物では核種の種類が多いため、限られた個数のコンデンサを切り替える手法では、観測対象の核種に応じたチューニングレンジを設定することができない場合が生じる。また、試料の誘電率によっては、同じ核種であってもチューニングレンジが異なる場合がある。これに対処するために、特許文献１に記載されたコンデンサスイッチにおいて、切り替え可能なコンデンサの個数を増やすことが考えられる。しかし、コンデンサの個数を増やすほど、コンデンサを収容するＮＭＲプローブのサイズが増大する問題が生じる。また、より多くの核種に対応しようとすると、設置すべきコンデンサの個数が膨大となり、現実的ではない。このように、限られた個数のコンデンサを用いる手法では、任意の核種に応じたチューニングレンジを設定することは困難である。

【0008】

上記のように、観測対象の核種に応じて、より柔軟にチューニングレンジを変更できることが望ましい。また、チューニングレンジに限らず、ＮＭＲプローブ内に設置されている電子回路の特性を柔軟に変更できることが望ましい。その際、ＮＭＲプローブ内に設置されている電子回路の周辺環境が維持された状態で、チューニングレンジ等の電子回路特性の変更がなされることが望ましい。例えば、冷却型ＮＭＲプローブであれば、電子回路の周辺環境の冷却状態が維持された状態で、電子回路特性が変更されることが望ましい。また、ＮＭＲプローブ内が真空に維持されているのであれば、電子回路の周辺環境の真空が維持された状態で、電子回路特性が変更されることが望ましい。

【0009】

本発明の目的は、ＮＭＲプローブ内に設置された電子回路の周辺環境ができるだけ維持された状態で、その電子回路の特性を事後的に自在に変更できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係るＮＭＲプローブは、外容器と、前記外容器内に設けられ、前記外容器の内部を主空間と通路としての副空間とに仕切る内容器と、前記主空間内に配置され、ＮＭＲ検出素子を含む基本電子回路と、前記基本電子回路の特性を変更する特性変更時に、前記副空間内に挿抜可能に配置される部材であって、前記副空間内に配置された状態で前記基本電子回路に電気的に接続される少なくとも１つの追加素子を有する追加部材と、を含むことを特徴とする。

【0011】

上記構成においては、内容器によって外容器内に主空間と副空間とが形成され、これにより、ＮＭＲプローブ内に二重構造が形成される。基本電子回路は主空間に配置され、追加部材は副空間内に配置される。二重構造によって、主空間が副空間から空間的に隔離されるので、副空間内に追加部材が差し込まれ、又は、副空間内から追加部材が取り出されても、主空間の環境、つまり、基本電子回路の周辺環境は、基本的に影響を受けずに済む。このように、上記構成によると、基本電子回路の周辺環境を維持した状態で、追加部材を追加又は取り出してＮＭＲ検出用の電子回路の特性を変更することが可能となる。追加部材の挿抜の影響を受けて電子回路の特性が不用意に大きく変動してしまい、元に戻るまでに長時間を要する、という問題を回避又は軽減できる。

【0012】

ＮＭＲ検出素子は例えば送受信コイルであり、基本電子回路は、例えば同調回路と整合回路とを備えた検出回路である。この場合において、追加部材に含まれる追加素子として、例えばコンデンサが用いられる。これにより、検出回路が有する容量（キャパシタ）の大きさを変更することが可能となる。例えば、検出回路のチューニングレンジを変更することができる。もちろん、追加部材に含まれる追加素子はコンデンサに限られるものではない。追加部材に含まれる追加素子として、コンデンサ等の受動素子に限らず、能動素子が用いられてもよい。

【0013】

望ましくは、前記主空間は気密空間として構成され、前記基本電子回路と前記追加部材とを冷却する冷却機構が更に含まれる。この構成では、基本電子回路が冷却される。主空間は副空間から隔離されているため、追加部材が差し込まれ又は取り出されても、基本電子回路の冷却状態は基本的に維持される。また、基本電子回路の周辺環境の気密性も維持される。

【0014】

望ましくは、前記副空間の出入口に設けられ、前記出入口を開閉するための栓と、前記副空間内における前記追加部材の保持位置と前記出入口との間に設けられ、前記副空間の途中を開閉するゲートと、が更に含まれ、前記ゲートは、その閉状態において、前記副空間を、前記保持位置を有する第１空間と前記出入口側の第２空間と、に区分けする。この構成では、副空間はゲートによって第１空間と第２空間とに分離される。それ故、ゲートが閉じられた状態で栓が外されると、第２空間は大気に開放される。このとき、ゲートが閉じられているため、第１空間は大気に開放されない。このように、副空間が部分的に大気に開放されることになる。これにより、追加部材が配置される第１空間に、大気が直接流入するのを回避することができる。例えば、第１空間が真空に維持されている場合、その真空状態を維持することが可能となる。

【0015】

望ましくは、前記第１空間内を吸引する第１吸引手段と、前記第２空間内を吸引する第２吸引手段と、が更に含まれる。この構成によると、第１空間の真空を維持した状態で、基本電子回路の特性を変更することが可能となる。

【0016】

望ましくは、前記追加部材は、本体部、一方側電極及び他方側電極を含み、当該ＮＭＲプローブは、前記追加部材が前記副空間内の保持位置に設置された状態で、前記一方側電極を前記基本電子回路の第１接続点に接続する一方側接続部材と、前記追加部材が前記保持位置に設置された状態で、前記他方側電極を前記基本電子回路の第２接続点に接続する他方側接続部材と、を更に含む。この構成によると、追加部材が保持位置にセットされると、それと同時に、追加部材と基本電子回路とが結線される。また、追加部材が抜き取られると、それと同時に、追加部材が基本電子回路から切り離され、非接続状態が実現される。

【0017】

望ましくは、前記追加部材が前記副空間内に挿入された状態で、前記副空間内での前記追加部材の移動を許容しつつ、前記副空間の出入口を塞ぐ栓が更に含まれる。この構成によると、追加部材を副空間内に挿入する際に、副空間が大気から遮断される。これにより、追加部材の挿入時においても、例えば、副空間を減圧して真空状態を実現することが可能となる。

【0018】

望ましくは、当該ＮＭＲプローブは、複数の前記内容器を含み、複数の前記内容器によって複数の前記副空間が形成され、複数の前記副空間内のそれぞれに、前記追加部材が挿抜可能に配置される。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ＮＭＲプローブ内に設置された電子回路の周辺環境ができるだけ維持された状態で、その電子回路の特性を事後的に自在に変更することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１実施形態に係るＮＭＲプローブを示す断面図である。

【図2】追加部材を含む追加部材輸送ユニットの一例を示す断面図である。

【図3】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図4】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図5】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図6】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図7】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図8】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図9】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図10】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図11】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図12】第１実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図13】第１実施形態に係るタンク回路の電気回路図である。

【図14】第２実施形態に係るＮＭＲプローブの断面図である。

【図15】第２実施形態に係るタンク回路の電気回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［第１実施形態］
図１には、第１実施形態に係るＮＭＲプローブ（検出系冷却型ＮＭＲプローブ）が示されている。このＮＭＲプローブは、例えば試料について分子構造を解析する際に用いられる。本実施形態では、試料は、固体、気体及び液体のいずれであってもよい。

【0022】

第１実施形態に係るＮＭＲプローブは、挿入部１０と下部ユニット１１とによって構成される。挿入部１０は、それ全体として垂直方向に伸長した円筒形状を有し、静磁場発生装置１５０のボア１５２内に挿入される。ＮＭＲプローブは、外容器１２と、外容器１２内に設けられた内容器（筒身５０を含む容器）と、送受信コイル３２を備えたタンク回路（検出回路）とを含む。外容器１２内の空間は、内容器によって主気密室１００と副気密室（上気密室１０２及び下気密室１０４）とに仕切られる。これにより、外容器１２内に二重構造が形成される。主気密室１００にはタンク回路が設置され、上気密室１０２には、タンク回路の特性を変更するための追加部材が設置される。以下、ＮＭＲプローブの各部について説明する。

【0023】

外容器１２は、プローブヘッド隔壁１４と、プローブ円筒部隔壁１６と、プローブ下部隔壁１８と、を含む容器である。主気密室１００は、外容器１２と主バルブ２４とによって囲まれた空間である。主気密室１００内は真空状態であり、その外部は大気圧状態にある。主気密室１００内は、例えば１０^−３Ｐａ以下に減圧される。

【0024】

プローブヘッド隔壁１４の上部には、プローブキャップ２０が設けられている。プローブキャップ２０は、挿入部１０の最上部に設けられた円筒状の部材である。プローブキャップ２０は、一例として金属導体（例えばアルミニウム）によって構成されている。プローブキャップ２０は、その下部において、プローブ円筒部隔壁１６と電気的及び機械的に接続されている。これにより、送受信コイル３２に対する外来雑音等の電磁波の影響が防止又は低減される。一例として、プローブキャップ２０とプローブ円筒部隔壁１６との接続は気密性を有していない。よって、プローブキャップ２０とプローブヘッド隔壁１４とによって囲まれた空間１０６は、大気空間となる。

【0025】

プローブヘッド隔壁１４は、送受信コイル３２を大気空間から隔離し、挿入部１０の上部の気密性を確保する部材である。プローブヘッド隔壁１４は、例えば複合部材によって構成されている。プローブヘッド隔壁１４は、一例として、絶縁物であるＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）又はセラミックによって構成されている。プローブヘッド隔壁１４は、その下端面で、プローブ円筒部隔壁１６と気密的に接続されている。

【0026】

プローブ円筒部隔壁１６は、例えば円筒形状の隔壁である。挿入部１０が静磁場発生装置１５０のボア１５２内に装着されたときに、プローブ円筒部隔壁１６は、外部からアクセス可能な位置には設置されない。プローブ円筒部隔壁１６は、その上端面でプローブヘッド隔壁１４と気密的に接続されており、その下端面でプローブ下部隔壁１８と気密的に接続されている。

【0027】

プローブ下部隔壁１８は、例えば箱状の隔壁である。挿入部１０が静磁場発生装置１５０のボア１５２内に装着されたときに、プローブ下部隔壁１８は、外部からアクセス可能な位置に設置される。プローブ下部隔壁１８は、その上端面でプローブ円筒部隔壁１６と気密的に接続されている。

【0028】

主真空ポート２２は、プローブ下部隔壁１８に設けられている。主真空ポート２２には、真空ポンプ等の減圧ラインが取り付けられる。

【0029】

主バルブ２４は、主真空ポート２２に接続された真空ポンプ等の減圧ラインと、主気密室１００と、の間に設置されたバルブである。主バルブ２４は、一例として２ポート式の手動バルブである。もちろん、主バルブ２４は、それ以外のバルブであってもよい。主バルブ２４を操作することによって、主気密室１００と減圧ラインとを通気的に結合又は遮断することができる。なお、真空ポンプには、例えばターボ分子ポンプが用いられる。

【0030】

主気密室１００の上部にはタンク回路が設けられている。このタンク回路は検出回路であり、送受信コイル３２の他、同調用の可変コンデンサ及び整合用の可変コンデンサ等を含む。つまり、タンク回路は同調回路及び整合回路を備えている。第１実施形態では、タンク回路は、送受信コイル３２、チューニング用可変コンデンサ３４、バランス用可変コンデンサ３６、及び、マッチング用可変コンデンサ３８を含む。例えば、同調回路及び整合回路は独立しておらず、一方の動作条件を変化させると他方の動作条件が変化する関係にある。以下、タンク回路の構成について説明する。

【0031】

送受信コイル３２は、送信時において変動磁場を発生させ、受信時において試料のＮＭＲ信号を検出する。送受信コイル３２に代えて、別体化された送信用コイル及び受信用コイルが設けられてもよい。後述するように、タンク回路は、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサを有しており、それらの容量を変化させることにより、検出回路の動作特定が最適化される。つまり、周波数同調及びインピーダンス整合が図られる。

【0032】

試料及び試料管３０の中心が磁場中心に一致するように、挿入部１０が静磁場発生装置１５０のボア１５２内に設置される。試料及び試料管３０は、プローブキャップ２０とプローブヘッド隔壁１４とによって囲まれた空間１０６内（大気空間内）に設置される。測定対象となる試料が固体の場合、試料管３０は、所定の傾斜角度（いわゆるマジック角、すなわち約５４．７°）をもった傾斜姿勢で回転可能に配置される。ＮＭＲプローブ内には、図示しない空気軸受式回転機構が設けられる。この空気軸受式回転機構に圧縮空気（例えば圧力が０．２〜０．４ＭＰａ）を供給することにより、試料管３０が回転させられる。一例として、数〜数十ｋＨｚの回転数で回転させられる。もちろん、気体又は液体が試料であってもよい。

【0033】

送受信コイル３２は、試料及び試料管３０を取り囲むように、減圧真空下の主気密室１００内に配置されている。送受信コイル３２は、例えばソレノイド状の形状を有する。送受信コイル３２の一方端は、チューニング用可変コンデンサ３４の上端子に電気的に接続されている。送受信コイル３２の他方端は、バランス用可変コンデンサ３６の上端子に電気的に接続されている。

【0034】

チューニング用可変コンデンサ３４の上端子は、マッチング用可変コンデンサ３８の上端子に電気的に接続されている。マッチング用可変コンデンサ３８の下端子は、伝送線路４０の上端に電気的に接続されている。伝送線路４０は、例えば同軸ケーブルによって構成されている。

【0035】

チューニング用可変コンデンサ３４、バランス用可変コンデンサ３６、及び、マッチング用可変コンデンサ３８は、例えば、円筒形状の誘電体によって構成されており、上端及び下端に電極を有する。その円筒の内側空間には、部材温度が室温から極低温まで変化しても、回転により上下摺動する金属円筒が設けられている。この金属円筒は、電気的に下端の電極と繋がっている。可変コンデンサとして、例えば、Voltronics社のコンデンサ「NMCB10-5CKE」を使用することができる。もちろん、これら３つの可変コンデンサは、上記以外の構成を備えていてもよい。

【0036】

チューニング用可変コンデンサ３４、及び、バランス用可変コンデンサ３６は、ともに下端子において、ステージ４２に対して電気的に接続されながら機械的に支持されて固定されている。マッチング用可変コンデンサ３８は、絶縁台４４を挟んでステージ４２に対して電気的に絶縁されながら機械的に支持されて固定されている。図示しない調整棒を用いることによって、ＮＭＲプローブの外部から、３つの可変コンデンサの設定値（容量）を連続的に変更することができる。これにより、周波数同調及びインピーダンス整合が図られる。

【0037】

次に、内容器の構成について説明する。第１実施形態では、内容器は単筒身系の構成を有する。内容器は外容器１２内に設けられ、主気密室１００の底部から、主気密室１００の上部に位置するタンク回路の付近にまで及ぶ。

【0038】

内容器の内部には、主気密室１００から独立に存在する副気密室が形成されている。このように、内容器は、外容器１２の内部を主気密室１００と副気密室とに仕切る容器である。

【0039】

副気密室は、後述する追加部材（被交換要素）を、ＮＭＲプローブの外部（大気空間）からＮＭＲプローブ内に移送して設置するための空間（通路）である。副気密室は、バルブ等によって、上気密室１０２と下気密室１０４とに分離される。

【0040】

内容器は、３つの部材グループ（上部隔壁、中部隔壁及び下部隔壁）を含む。下部隔壁は、プローブ下部隔壁１８の内側の上方に設置されて固定されている。中部隔壁は、下部隔壁の上方に設置されて固定されている。上部隔壁は、中部隔壁の上方に設置されて固定されている。各部材グループは、相互にＯリングシール（図１中、黒色で塗り潰された部分）を介して接続又は固定されている。中部隔壁及び下部隔壁は、下気密室１０４の隔壁を構成している。上部隔壁及び中部隔壁は、上気密室１０２の隔壁を構成している。以下、上部隔壁、中部隔壁及び下部隔壁の各構成について説明する。

【0041】

まず、上部隔壁について説明する。上部隔壁は、筒身５０、上リンク６２、 下リンク６４、上通気管６６及び上バルブ６８を含む。上部隔壁は、上気密室１０２を主気密室１００から通気的に遮断する。

【0042】

筒身５０は、ほぼ同一の内径を有する円筒形状の複数の部材（上から下に順に、トップ端子受具５２、上絶縁管５４、ボトム端子受具５６、下絶縁管５８、上シリンダ６０）が重ねられて一体化された複合部材である。筒身５０は、その内側に、上端が閉じられ下端が開放された円柱状の空間を有する。この空間が上気密室１０２に対応する。この円柱状の空間（上気密室１０２）は、ほぼ一定の直径を有する。この空間の直径は、後述する追加部材の外径よりもわずかに大きい。これにより、追加部材が上気密室１０２内を移動することが可能となる。筒身５０は、ＮＭＲプローブの外部から挿入された追加部材を機械的に保持し、追加部材をタンク回路に対して電気的に接続する機能を備えている。

【0043】

トップ端子受具５２は円柱形状の部材である。トップ端子受具５２の下端面の内側には、板バネ構造の凹部５２ａが形成されている。この凹部５２ａには、後述する追加部材に含まれる端子が嵌合される。トップ端子受具５２の下端面は、上絶縁管５４の上端面に接着によって気密的に固定されている。表面抵抗及び接点抵抗を低く保つために、トップ端子受具５２は、例えば無酸素銅の金メッキ処理が施されてもよい。

【0044】

上絶縁管５４は、比較的短尺の円筒形状の部材である。上絶縁管５４の上端面は、トップ端子受具５２の下端面に接着によって気密的に固定される。上絶縁管５４の下端面は、ボトム端子受具５６の上端面に接着によって気密的に固定されている。トップ端子受具５２とボトム端子受具５６との間を電気的及び熱的に絶縁するために、上絶縁管５４は、例えばＧＦＲＰ又はセラミックによって構成されている。

【0045】

ボトム端子受具５６は円筒形状の部材である。その円筒の内周面には、板バネ５６ａが設けられている。後述する追加部材が、板バネ５６ａによって挟まれて保持される。ボトム端子受具５６の上端面は、上絶縁管５４の下端面に接着によって気密的に固定されている。ボトム端子受具５６の下端面は、下絶縁管５８の上端に接着されている。表面抵抗及び接点抵抗を低く保つために、ボトム端子受具５６は、例えば無酸素銅の金メッキ処理が施されてもよい。

【0046】

下絶縁管５８は、比較的長尺の円筒形状の部材である。下絶縁管５８は、ＮＭＲプローブの中間の円筒部に相当する。下絶縁管５８の上端面は、ボトム端子受具５６の下端面に接着によって気密的に固定されている。下絶縁管５８の下端面は、上シリンダ６０の上面に接着によって気密的に固定されている。ボトム端子受具５６と上シリンダ６０との間を電気的及び熱的に絶縁するために、下絶縁管５８は、例えばＧＦＲＰ又はセラミックによって構成されている。

【0047】

なお、下絶縁管５８は強磁場（例えば１０〜２０Ｔｅｓｌａ以上）内に挿入される。磁場に起因する応力負荷が下絶縁管５８にかかることを避け、磁場中心の磁場均一性を歪めないために、下絶縁管５８は非磁性の材料によって構成されることが好ましい。また、下絶縁管５８の下端は室温下にあり、上端は極低温下にある。従って、その温度差を維持するために、下絶縁管５８は熱絶縁性の材料によって構成されることが好ましい。また、下絶縁管５８は、真空気密性を有することが好ましい。また、下絶縁管５８は、例えば、金メッキ銅製の内部構造体（熱交換器及びヘリウム配管）に隣接しており、かつ、その周囲に輻射シールドが配置されている。下絶縁管５８に電気導電性があると、不要な高周波結合が生じる。これを防止するために、下絶縁管５８は、電気絶縁性の材料によって構成されることが好ましい。また、下絶縁管５８には、追加部材の着脱時等において負荷がかかる可能性があるので、下絶縁管５８は、可撓性よりも堅牢性を有することが好ましい。また、下絶縁管５８は、高真空度の空間内に配置されるので、下絶縁管５８は、低ガス放出性の材料によって構成されることが望ましい。このような条件を満たす材料としては、樹脂、セラミック又は複合材料等が挙げられる。例えば、上記のように、ＧＦＲＰを用いることが好ましい。

【0048】

上シリンダ６０は凸状の部材であり、凸部が上を向くように配置されている。また、上シリンダ６０は、円筒形状の上下貫通穴を有する。磁場の均一性に影響を与えないように、上シリンダ６０は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。上シリンダ６０の上端面は、下絶縁管５８の下端面に接着によって気密的に固定されている。上シリンダ６０の下端フランジ面は、ゲートバルブ筐体７６の上部外面に対してＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。

【0049】

トップ端子受具５２の上端面には、上リンク６２が設けられている。上リンク６２は板状の部材であり、トップ端子受具５２の上端面とチューニング用可変コンデンサ３４の端子との間を電気的に接続する。タンク回路冷却時において、筒身５０に働く収縮応力によってステージ４２を下向きに引っ張る力が加わるのを緩和するために、上リンク６２は、例えば、可塑性を有する金メッキ銅箔(例えば厚みが０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ)によって構成されていることが好ましい。

【0050】

ボトム端子受具５６の外周面には、下リンク６４が設けられている。下リンク６４は板状の部材であり、ボトム端子受具５６の外周面とステージ４２との間を電気的に接続する。これにより、ボトム端子受具５６とチューニング用可変コンデンサ３４とが電気的に接続される。タンク回路冷却時において、筒身５０に働く収縮応力によってステージ４２を下向きに引っ張る力が加わるのを緩和するために、下リンク６４は、例えば、可塑性を有する金メッキ銅箔(例えば厚みが０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ)によって構成されていることが好ましい。

【0051】

上通気管６６は、例えばフレキシブルな管（例えばベローズ管）である。上通気管６６の一方端は、上シリンダ６０の内側空間、すなわち上気密室１０２に対して気密的に接合されている。上通気管６６の他方端は、主気密室１００に対して開放されている。

【0052】

上バルブ６８は、上通気管６６に気密的に設置されたバルブである。上バルブ６８は、一例として２ポート式の手動バルブである。もちろん、上バルブ６８は、それ以外のバルブであってもよい。上バルブ６８を操作することによって、上通気管６６の通気ラインを結合又は遮断することができる。

【0053】

次に、中部隔壁について説明する。中部隔壁は、ゲートバルブ７０、下通気管７８及び下バルブ８２を含む。中部隔壁は、機械的操作によって上気密室１０２と下気密室１０４とを通気的に遮断又は結合する。

【0054】

ゲートバルブ７０は、ゲート７２、レバー７４及びゲートバルブ筐体７６からなる複合部材である。

【0055】

ゲートバルブ筐体７６は、上部において、上部隔壁に含まれる上シリンダ６０にＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。ゲートバルブ筐体７６は、下部において、下部隔壁に含まれる中シリンダ９０にＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。利用者は、レバー７４を介してゲート７２をスライドさせることにより、上気密室１０２と下気密室１０４との間を通気的に結合又は遮断することができる。

【0056】

ゲート７２は、ゲートバルブ筐体７６の内側に設置された板状の部材である。ゲート７２は、例えば長方形の形状を有する。ゲート７２は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。ゲート７２の上面はフランジ面ある。最奥部までゲート７２がスライドされると、ゲート７２は、ゲートバルブ筐体７６の上面の内側に設置されたＯリングシールに対して押し付けられる。これにより、上気密室１０２と下気密室１０４とが通気的に遮断される。

【0057】

レバー７４は例えば丸棒であり、ゲートバルブ筐体７６の大気側に設置された二重Ｏリングシールの貫通孔を貫通して設けられている。レバー７４の一方端は、大気側に突き出している。レバー７４の他方端は、ゲートバルブ筐体７６の内側において、ゲート７２の側面と機械的に接続されている。レバー７４は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。

【0058】

ゲートバルブ筐体７６は、フランジ面を有する直方体形状の箱である。ゲートバルブ筐体７６の内側の空間に、ゲート７２と、それに機械的に接続されたレバー７４の一部と、が収納されている。ゲートバルブ筐体７６は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。ゲートバルブ筐体７６は、ＮＭＲプローブの側面から横方向に差し込まれ、フランジ面において、その側面に対してＯリングシールを介して固定されている。ゲートバルブ筐体７６は、その奥に円筒形状の上下貫通孔を有している。この貫通孔は、上シリンダ６０の貫通孔および中シリンダ９０の貫通孔と同軸に配置されている。ゲートバルブ筐体７６の貫通孔の径のサイズは、後述する追加部材（被交換要素）の外径のサイズよりも大きく、追加部材を支障なく通すことができるサイズである。また、ゲートバルブ筐体７６の貫通孔の径のサイズは、後述する輸送用容器の外径のサイズよりも小さい。これにより、輸送用容器は、ゲートバルブ筐体７６を通過することができない。

【0059】

下通気管７８は、例えばフレキシブルな管（例えばベローズ管）である。下通気管７８の一方端は、ゲートバルブ筐体７６の内部に対して気密的に接合されている。下通気管７８の他方端は、ＮＭＲプローブの外側に設置された副真空ポート８０に繋がっている。下通気管７８は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。

【0060】

副真空ポート８０は、ＮＭＲプローブの外側に設置され、真空ポンプ等の減圧ラインが取り付けられる。真空ポンプには、例えばターボ分子ポンプが用いられる。

【0061】

下バルブ８２は、下通気管７８に気密的に設置されたバルブである。下バルブ８２は、一例として２ポート式の手動バルブである。もちろん、下バルブ８２は、それ以外のバルブであってもよい。下バルブ８２を操作することによって、下通気管７８の通気ラインを結合又は遮断することができる。

【0062】

次に、下部隔壁について説明する。下部隔壁は、中シリンダ９０、下シリンダ９２及び挿入口栓９４を含む。下部隔壁は、下気密室１０４を大気から通気的に遮断する。

【0063】

中シリンダ９０は凸状の部材であり、凸部が下を向くように配置されている。また、中シリンダ９０は、円筒形状の上下貫通孔を有する。中シリンダ９０は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。中シリンダ９０は、上部において、中部隔壁に含まれるゲートバルブ筐体７６に、Ｏリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。中シリンダ９０の下部の内周面に、Ｏリング用の溝が形成されており、その溝にＯリングシールが設けられている。中シリンダ９０の貫通孔に下シリンダ９２が挿入されると、中シリンダ９０の内周面は、Ｏリングシールを介して、下シリンダ９２の外周面に対して気密的に接続される。これにより、気密性が確保される。

【0064】

下シリンダ９２は凸状の部材であり、凸部が上を向くように配置されている。下シリンダ９２は、円筒形状の上下貫通孔を有する。下シリンダ９２は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。下シリンダ９２は、下部において、プローブ下部隔壁１８の底面内側にＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。下シリンダ９２の内周面の上部に、Ｏリング用の溝が形成されており、その溝にＯリングシールが設けられている。下シリンダ９２の貫通孔に挿入口栓９４が挿入されると、下シリンダ９２の内周面は、Ｏリングシールを介して挿入口栓９４の外周面に対して気密的に接続される。下シリンダ９２の内周面の下部には、挿入口栓９４を固定するためのネジ溝が形成されている。挿入口栓９４の外周面の下部には、下シリンダ９２のネジ溝に対応するネジ溝が形成されている。また、下シリンダ９２の貫通孔の径のサイズは、後述する輸送用容器の外径のサイズよりもわずかに大きい。これにより、下シリンダ９２の貫通孔内に輸送用容器が挿入される。このとき、下シリンダ９２の内周面は、輸送用容器の外周面に対してＯリングシールを介して気密的に接続される。

【0065】

挿入口栓９４は、例えば円柱状の部材である。挿入口栓９４の外周面の上部は平滑に形成されている。外周面の下部には、ネジ溝が形成されている。このネジ溝は、上述したように、下シリンダ９２に形成されているネジ溝に対応する。挿入口栓９４は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。挿入口栓９４の底面には、例えばツマミ部が設けられている。挿入口栓９４をＮＭＲプローブの外部から回転操作することにより、大気と下気密室１０４との間を通気的に結合又は遮断することができる。

【0066】

上記構成において、タンク回路（送受信コイル３２及び可変コンデンサ）、トップ端子受具５２、上絶縁管５４、ボトム端子受具５６、及び、下絶縁管５８のボトム端子受具５６との接合部近辺は、極低温に冷却される。これらは被冷却部材に相当し、図示しない冷却機構によって冷却される。信号のＳ／Ｎを向上させるために、可変コンデンサも送受信コイル３２とともに低温に冷却される必要があり、可変コンデンサは送受信コイル３２の近傍に配置される。本実施形態では、送受信コイル３２が挿入部１０の上部に設置されているため、可変コンデンサも、挿入部１０の上部に設置されている。冷却機構として、例えば、特開２０１４−４１１０３に記載されている冷却システム（クライオスタット冷却システム）を利用することができる。具体的には、図示しない熱交換器に例えば液体ヘリウムが導入され、熱交換器は極低温（例えば２０Ｋ以下）に冷却される。熱交換器は図示しない熱リンクを経由して被冷却部材に接続され、これにより、被冷却部材が冷却される。なお、ＮＭＲプローブには、図示しない温度センサが取り付けられており、その温度センサによって被冷却部材等の温度が検知される。

【0067】

低温運転時においては、被冷却部材の寸法は、材料の線膨張率に応じて、室温下よりも収縮する。本実施形態では、被冷却部材のうちステージ４２上に固定されている部材群（可変コンデンサ、送受信コイル３２）の収縮基準点は挿入部１０の上部にあり、低温運転時にはステージ４２が上方向に変位する。その変位量は、例えば、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

【0068】

筒身５０に含まれるボトム端子受具５６がステージ４２に対して固定された場合、以下に説明する不具合が発生し得る。筒身５０の下絶縁管５８の収縮基準点は、室温下にある上シリンダ６０との接合部である。下絶縁管５８に温度勾配が生じ、これにより、下絶縁管５８は収縮し、ステージ４２を下向きに引っ張る応力が発生する。従って、ステージ４２や送受信コイル３２の高さ方向の位置は、全体が室温に置かれた初期状態よりも下の位置に移動しようとする。例えば、挿入部１０には、低温運転時において、送受信コイル３２の位置を一定に保つような機械的技術が採用される。この場合、下絶縁管５８に働く収縮応力は、結果としてステージ４２とその周辺の機構部材とに対して機械的な歪みを与える。これを避けるために、筒身５０は、中部隔壁及び下部隔壁に対する機械的な固定を通じて、プローブ下部隔壁１８に対してのみ機械的に固定され、ステージ４２に対しては機械的に固定されていない。また、トップ端子受具５２とタンク回路とは、上リンク６２によって電気的に接続されている。ボトム端子受具５６とタンク回路とは、下リンク６４によって電気的に接続されている。これにより、上記の機械的な不具合を回避することができる。

【0069】

次に、図２を参照して、ＮＭＲプローブに挿入される追加部材について説明する。図２（ａ）には、被交換要素である追加部材１１０、輸送用容器１２０、及び、スティック１３０の一例が示されている。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、追加部材１１０、輸送用容器１２０、及び、スティック１３０の断面図である。

【0070】

追加部材１１０は、追加素子１１２、保持体１１４、トップ端子１１６及びボトム端子１１８を含む複合部材である。保持体１１４内には追加素子１１２が設けられている。保持体１１４は、トップ端子１１６及びボトム端子１１８によって上下から挟まれている。トップ端子１１６及びボトム端子１１８は、電極として機能する。追加部材１１０の各部材は、例えば円柱状の形状を有し、各部材の外径は同じサイズである。外径のサイズは、一例として７ｍｍ〜１０ｍｍである。追加部材１１０の外径のサイズは、上気密室１０２の径のサイズ、及び、ゲートバルブ筐体７６の貫通孔の径のサイズよりもわずかに小さい。これにより、ゲートバルブ筐体７６を介して上気密室１０２内に追加部材１１０を挿入し、上気密室１０２内で追加部材１１０を移動させることができる。

【0071】

トップ端子１１６は円柱状の形状を有する。その円柱の上部には凸部１１６１が設けられている。凸部１１６１は、上述したトップ端子受具５２の内側に形成された凹部５２ａに嵌合する部材である。トップ端子１１６は、例えば金メッキ処理が施された無酸素銅によって構成されていてもよい。

【0072】

追加素子１１２は、受動素子であってもよいし、能動素子であってもよい。複数の素子によって追加素子１１２が構成されていてもよい。一例として、追加素子１１２は、キャパシタ（例えば、高耐圧セラミックコンデンサ）単体、コイル等のインダクタ単体、又は、それらが並列又は直列に接続された回路である。別の例として、追加素子１１２は、バラクタダイオード（可変容量ダイオード）等の能動素子であってもよい。図２（ａ）に示す例では、追加素子１１２はコンデンサであり、二端子回路である。一例として、そのコンデンサの容量は固定値である。もちろん、コンデンサとして可変コンデンサが用いられてもよい。追加素子１１２の上部端子は、トップ端子１１６に電気的に接続されており、追加素子１１２の下部端子は、ボトム端子１１８に電気的に接続されている。

【0073】

保持体１１４は、トップ端子１１６及びボトム端子１１８を固定して機械的に接続する部材である。保持体１１４は、絶縁体によって構成されている。保持体１１４には、例えば、誘電率及び誘電損失が比較的小さく、真空放出ガス速度の小さい材料が用いられることが好ましい。保持体１１４には、一例として、テフロン（登録商標）が用いられる。

【0074】

ボトム端子１１８は円柱状の形状を有し、上述したボトム端子受具５６の板バネ５６ａに嵌合する部材である。ボトム端子１１８の下部には凹部１１８１が形成されている。凹部１１８１の内面にはネジ溝が形成されている。凹部１１８１には、後述するフック１３２の凸部１３２１が着脱される。ボトム端子１１８は、例えば金メッキ処理が施された無酸素銅によって構成されていてもよい。

【0075】

輸送用容器１２０は円筒状の形状を有する。輸送用容器１２０の上側筒部１２２には、追加部材１１０が収容される。上側筒部１２２の内径のサイズは、追加部材１１０の外径のサイズに対応する。輸送用容器１２０の下側筒部１２４の内面には、Ｏリングシール１２６が設けられている。下側筒部１２４内にはスティック１３０が挿入され、Ｏリングシール１２６によって気密性が確保される。スティック１３０は下側筒部１２４を貫通して設けられる。輸送用容器１２０の外径のサイズは、下シリンダ９２の貫通孔の径のサイズよりもわずかに小さい。これにより、輸送用容器１２０を、下シリンダ９２の貫通孔に挿入することができる。また、輸送用容器１２０の外径のサイズは、ゲートバルブ筐体７６の貫通孔のサイズよりも大きい。これにより、輸送用容器１２０は、ゲートバルブ筐体７６を通過することができない。

【0076】

スティック１３０は、フック１３２とロッド１３４からなる複合部材である。スティック１３０は、ボトム端子１１８の凹部１１８１に対してネジ式により着脱可能な部材である。スティック１３０が下側筒部１２４内に挿入されることにより、気密的に追加部材１１０を移動することができる。

【0077】

フック１３２は、上端に凸部１３２１を有し、中間位置に円盤部１３２２を有し、下端に円柱部材１３２３を有する。凸部１３２１の側面には、ネジ溝が形成されている。フック１３２は、その下端においてロッド１３４に接着によって固定されている。凸部１３２１のネジ溝の寸法は、ボトム端子１１８の凹部１１８１のネジ溝の寸法に適合する。中間の円盤部１３２２の外径のサイズは、輸送用容器１２０の上側筒部１２２の内径のサイズに対応する。フック１３２は、例えば真鍮によって構成されている。

【0078】

ロッド１３４は、比較的に長尺の丸棒である。ロッド１３４は、その上端においてフック１３２の下端と接着によって固定されている。ロッド１３４は、流入熱を抑制するために、例えば熱伝導率が低い材料であるＦＲＰによって構成されていることが好ましい。

【0079】

図２（ｂ）には、追加部材１１０、輸送用容器１２０及びスティック１３０が組み立てられた状態が示されている。以下、追加部材１１０、輸送用容器１２０及びスティック１３０が一体化された部材を、「追加部材輸送ユニット１４０」と称することとする。スティック１３０のロッド１３４が、輸送用容器１２０の上側筒部１２２内に挿入され、更に、下側筒部１２４を貫通して、輸送用容器１２０に取り付けられる。そして、輸送用容器１２０の上側筒部１２２内に追加部材１１０が収容され、フック１３２の凸部１３２１が、ボトム端子１１８の凹部１１８１にネジ式によって嵌め込まれる。これにより、スティック１３０が、追加部材１１０に取り付けられる。

【0080】

次に、図１及び図３〜図１２を参照して、ＮＭＲプローブに追加部材１１０を装着するための手順について説明する。なお、図３〜図１２には、静磁場発生装置１５０及びボア１５２が図示されていないが、作業中、挿入部１０はボア１５２内に挿入されている。

【0081】

図１には、初期段階の状態が示されている。この初期段階の状態は、追加部材１１０がＮＭＲプローブ内に挿入される前の状態である。この状態では、ゲート７２が最奥部まで挿入される。つまり、ゲート７２が閉じられる。これにより、副気密室は、上気密室１０２と下気密室１０４とに分離される。また、挿入口栓９４が、下シリンダ９２の貫通孔に挿入される。これにより、その部分の気密性が確保され、下気密室１０４が大気空間から分離される。また、主バルブ２４が開放される。これにより、主気密室１００が真空ポンプに対して開放され、主気密室１００が真空ポンプによって減圧される。また、上バルブ６８が開放される。これにより、上気密室１０２が真空ポンプに対して開放され、上気密室１０２が真空ポンプによって減圧される。また、下バルブ８２が開放される。これにより、下気密室１０４が真空ポンプに対して開放され、下気密室１０４が真空ポンプによって減圧される。例えば、主バルブ２４、上バルブ６８及び下バルブ８２の順番で、各バルブが開放される。各気密室は、大気に対してＯリングシールによって密閉され、真空ポンプによって連続的に減圧される。例えば、各気密室内の真空度は、１×１０^−３Ｐａ以下に維持される。この真空度は、例えば、室温で放電が生じない真空度に相当する。この状態で、挿入部１０は静磁場発生装置１５０のボア１５２内に装着される。また、低温運転下においては、被冷却部材が例えば２０Ｋ以下に冷却される。

【0082】

図３には、第２段階の状態が示されている。この段階では、主バルブ２４が開放されており、これにより、主気密室１００は真空ポンプによって減圧される。また、ゲート７２が閉じられており、その状態が維持される。これにより、上気密室１０２が下気密室１０４から遮断される。そして、上バルブ６８及び下バルブ８２が閉じられる。これにより、主気密室１００と上気密室１０２とが遮断される。後述するように、上気密室１０２内に追加部材１１０が挿入される。この挿入によって、仮に上気密室１０２の真空度が低下した場合であっても、主気密室１００と上気密室１０２とが遮断されていることにより、主気密室１００の真空度（タンク回路が設置されている空間の真空度）が維持される。また、下気密室１０４が真空ポンプから遮断される。この状態で、作業者によって、挿入口栓９４が下シリンダ９２の貫通孔から引き抜かれる。これにより、下気密室１０４が大気空間に開放され、下気密室１０４内の圧力は大気圧と等しくなる。

【0083】

図４には、第３段階の状態が示されている。この段階では、主バルブ２４が開放されており、これにより、主気密室１００は真空ポンプによって減圧される。また、ゲート７２が閉じられており、その状態が維持される。これにより、上気密室１０２が大気空間から遮断される。また、上バルブ６８及び下バルブ８２が閉じられており、その状態が維持される。この状態で、作業者によって、追加部材輸送ユニット１４０が下シリンダ９２の貫通孔に挿入される。その貫通孔の径のサイズは、輸送用容器１２０の外径のサイズよりもわずかに大きい。下シリンダ９２の貫通孔に輸送用容器１２０が挿入されると、下シリンダ９２の内周面は、Ｏリングシールを介して輸送用容器１２０の外周面に対して気密的に接続される。これにより、その部分の気密性が確保される。

【0084】

次に、図５に示すように、輸送用容器１２０の先端がゲートバルブ筐体７６に接触するまで、作業者によって、追加部材輸送ユニット１４０が押し込まれる。本実施形態では、ゲートバルブ筐体７６の下面に形成された貫通孔の径のサイズは、輸送用容器１２０の外径よりも小さく、追加部材１１０の外径よりも大きい。これにより、追加部材輸送ユニット１４０を押し込むと、輸送用容器１２０の先端がゲートバルブ筐体７６に突き当たり、輸送用容器１２０がゲートバルブ筐体７６を通過せずに、その位置に留まる。このとき、輸送用容器１２０の外周面と下シリンダ９２の内周面とがＯリングシールを介して気密的に接続され、これにより、その部分の気密性が維持される。また、輸送用容器１２０の先端がゲートバルブ筐体７６に接触しており、これにより、その部分の気密性が維持される。このように、輸送用容器１２０が真空維持用の栓として機能する。よって、下気密室１０４が大気空間から分離される。この段階では、主バルブ２４が開放されており、上バルブ６８及び下バルブ８２が閉じられており、ゲート７２が閉じられている。そして、輸送用容器１２０の先端がゲートバルブ筐体７６に接触するまで、追加部材輸送ユニット１４０が押し込まれた後、下バルブ８２が開放される。これにより、下気密室１０４が真空ポンプに開放される。輸送用容器１２０が真空維持用の栓として機能するため、下気密室１０４は大気空間から遮断される。そして、下気密室１０４は、真空ポンプによって減圧される。例えば、下気密室１０４の真空度が１×１０^−３Ｐａ以下まで減圧されるまで、待機する。下気密室１０４は真空ポンプによって減圧されるため、輸送用容器１２０が上方向に吸い上げられ、その位置が維持される。これにより、追加部材輸送ユニット１４０の脱落が防止される。もちろん、作業者がロッド１３４を上方向に押し上げてもよい。なお、上バルブ６８を開放することにより、上気密室１０２を真空ポンプによって減圧してもよい。図５に示されている状態を、第４段階の状態とする。

【0085】

図６には、第５段階の状態が示されている。この段階では、主バルブ２４が開放されており、これにより、主気密室１００が真空ポンプによって減圧される。また、上バルブ６８が閉じられており、その状態が維持される。また、輸送用容器１２０の位置が維持されており、輸送用容器１２０が真空維持用の栓として機能している。また、下バルブ８２が開放されており、下気密室１０４が真空ポンプによって減圧される。この状態で、作業者によってゲート７２が開放される。これにより、上気密室１０２と下気密室１０４とが繋がり、上気密室１０２及び下気密室１０４が、下通気管７８を介して真空ポンプによって減圧される。輸送用容器１２０が真空維持用の栓として機能しているため、ゲート７２が開放されても、副気密室（上気密室１０２及び下気密室１０４）は大気から遮断される。

【0086】

図７には、第６段階の状態が示されている。この段階では、作業者によって、スティック１３０が上方向に押し上げられる。ゲートバルブ筐体７６の下面及び上面に形成された貫通孔の径のサイズは、追加部材１１０の外径よりも大きい。従って、スティック１３０を押し上げることにより、追加部材１１０はゲートバルブ筐体７６を通過して上気密室１０２内に挿入される。輸送用容器１２０の外径のサイズは、ゲートバルブ筐体７６の下面に形成された貫通孔の径のサイズよりも大きいため、輸送用容器１２０は、下シリンダ９２の貫通孔内に留められる。

【0087】

そして、図８に示すように、追加部材１１０のトップ端子１１６の凸部１１６１が、トップ端子受具５２の凹部５２ａに嵌合され、ボトム端子１１８が、ボトム端子受具５６の板バネ５６ａに嵌合されるまで、作業者によってスティック１３０が押し込まれる。これにより、追加部材１１０がＮＭＲプローブ内に装着され、タンク回路に追加素子１１２が追加される。追加部材１１０が、トップ端子受具５２及びボトム端子受具５６にセットされると、それと同時に、トップ端子１１６とトップ端子受具５２とが電気的に接続され、ボトム端子１１８とボトム端子受具５６とが電気的に接続される。これにより、追加部材１１０に含まれる追加素子１１２が、タンク回路に電気的に接続される。この追加により、タンク回路のチューニングレンジが変わる。この段階では、主バルブ２４が開放されており、これにより、主気密室１００が真空ポンプによって減圧される。また、上バルブ６８が閉じられており、その状態が維持される。また、輸送用容器１２０の位置が維持されており、輸送用容器１２０が真空維持用の栓として機能している。また、下バルブ８２が開放されており、上気密室１０２及び下気密室１０４が、下通気管７８を介して真空ポンプによって減圧される。この状態を、第７段階の状態とする。なお、追加素子１１２がタンク回路に追加されると、タンク回路のインピーダンスが変化する。従って、タンク回路のインピーダンスを計測し、その計測結果に基づいて、追加部材１１０の装着を検知してもよい。

【0088】

図９には、第８段階の状態が示されている。上記のように、フック１３２は、ネジ式によって追加部材１１０のボトム端子１１８に嵌め込まれている。従って、作業者がスティック１３０を回転することにより、スティック１３０が追加部材１１０から取り外される。追加部材１１０は、トップ端子受具５２及びボトム端子受具５６によって嵌合されており、その嵌合が、追加部材１１０の回転止めとして機能する。そして、フック１３２が下気密室１０４内に位置するまで、スティック１３０を下方向に引く。この段階では、主バルブ２４及び下バルブ８２が開放されている。また、上バルブ６８が閉じられている。

【0089】

図１０には、第９段階の状態が示されている。この段階では、フック１３２が輸送用容器１２０の上側筒部１２２に収容されるまで、作業者によって、スティック１３０が下方向に引かれている。次に、ゲート７２が閉じられる。これにより、上気密室１０２と下気密室１０４とが分離される。この段階では、主バルブ２４及び下バルブ８２が開放されている。また、上バルブ６８が閉じられている。

【0090】

図１１には、第１０段階の状態が示されている。この段階では、まず、下バルブ８２が閉じられる。これにより、下気密室１０４は真空ポンプから遮断される。そして、スティック１３０ごと輸送用容器１２０を、下シリンダ９２の貫通孔から引き抜く。これにより、下気密室１０４は大気空間に開放され、下気密室１０４内の圧力は大気圧と等しくなる。ゲート７２は閉じられているため、上気密室１０２は大気空間から遮断されている。

【0091】

図１２には、第１１段階の状態が示されている。この段階では、作業者によって、挿入口栓９４が下シリンダ９２の貫通孔に挿入される。これにより、下気密室１０４が大気空間から遮断される。次に、下バルブ８２が開放される。これにより、下気密室１０４が真空ポンプに開放され、下気密室１０４が減圧される。また、上バルブ６８が開放され、これにより、上気密室１０２が真空ポンプに開放される。

【0092】

また、追加部材１１０を交換する場合には、上記の手順に従って、追加部材１１０が収容されていない輸送用容器１２０を下シリンダ９２の貫通孔内に配置し、その状態で、スティック１３０を上気密室１０２内に挿入する。そして、スティック１３０のフック１３２に追加部材１１０を取り付け、その状態を維持したまま、スティック１３０を下方向に引く。これにより、追加部材１１０が、トップ端子受具５２及びボトム端子受具５６から取り外される。それと同時に、追加素子１１２とタンク回路とが電気的に遮断される。そして、追加部材１１０を輸送用容器１２０内に収容し、追加部材１１０、輸送用容器１２０及びスティック１３０を引き抜く。これにより、ＮＭＲプローブから追加部材１１０が取り外される。そして、別の追加部材１１０が、上記の手順に従って、ＮＭＲプローブ内に装着される。この作業の間、主気密室１００及び上気密室１０２の真空度は維持される。

【0093】

以上のように、低温運転時において、挿入部１０が静磁場発生装置１５０のボア１５２内に挿入された状態で、かつ、主気密室１００及び上気密室１０２の真空度が維持された状態で、追加素子１１２をタンク回路に追加し、又は、追加素子１１２をタンク回路から取り外すことが可能となる。これにより、上記の環境を維持しつつ、タンク回路のチューニングレンジを変更することが可能となる。

【0094】

測定対象の核種に応じてチューニングレンジを変えるために、ＮＭＲプローブを静磁場発生装置１５０から取り外し、チューニングレンジを変えた後に、ＮＭＲプローブを静磁場発生装置１５０に再度取り付けるとすると、以下に説明する不具合が発生し得る。つまり、取り外し及び再取り付けの際に機械的誤差（ＮＭＲプローブの位置や傾き等の誤差）が発生し、その機械的誤差によって、精密に設定した測定条件（マジック角や静磁場の均一性）が損なわれてしまう。これは、利便性の観点からではなく、ＮＭＲ測定の再現性の観点からも望ましいものではない。

【0095】

これに対して、本実施形態では、挿入部１０が静磁場発生装置１５０のボア１５２内に装着されたときに作業者が外部からアクセスできるよう、バルブやレバー等がＮＭＲプローブの下部筐体に設置されている。これにより、挿入部１０を静磁場発生装置１５０のボア１５２内に装着したままの状態で、バルブやレバー等を操作して、追加部材１１０の追加や交換等を行うことが可能となる。

【0096】

また、低温運転状態において追加部材１１０の追加等を行うときに、大気が主気密室１００及び上気密室１０２に流入して真空度が悪化すると、大気の窒素、酸素及び水分等が、被冷却部材の表面に凝結する。例えば、真空度が１０^−３Ｐａよりも悪化すると、その現象が発生し得る。気体の熱伝導によって室温下の部材から熱流入が増加するため、被冷却部材に含まれる金属導体の温度が上昇する。また、電極表面における放電開始電圧が低下する。また、酸素分子は常磁性物質であるため、静磁場の均一性が低下し、これにより、ＮＭＲ信号の分解能が低下する。このように、様々な不具合が発生し、タンク回路において、固体ＮＭＲ測定に必要な回路性能を維持することができなくなる。これらの不具合について、以下において、更に詳細に説明する。

【0097】

まず、低温運転状態において主気密室１００に大気が流入すると、真空断熱性が失われる。そして、気体の熱伝導により、室温下の部材からタンク回路の被冷却部材に対して熱が流入し、被冷却部材の温度が上昇する。これにより、検出回路の高感度信号検出特性が劣化する。この不具合に対処するために、追加部材１１０の追加作業を短時間で終了させて、主気密室１００の真空度を元に戻せばよいとも考えられる。

【0098】

しかし、冷却動作中にタンク回路に大気が流入することにより、以下に説明する不具合が発生し得る。つまり、酸素分子の流入及び凝固によって、ＮＭＲスペクトル分解能が低下するという問題が生じる。検出系冷却型ＮＭＲプローブの送受信コイルの温度は、例えばクライオスタット冷却システムを用いることにより２０Ｋ以下に設定される。一方、酸素分子の融点は約５５Ｋである。従って、主気密室１００に流入した酸素分子は、送受信コイル３２を含む被冷却部材の表面に吸着して凝固する。酸素分子は常磁性の性質を有する。そのため、被冷却部材に付着した酸素分子は、送受信コイル３２の中心に配置された試料空間の磁場均一性を乱し、観測されるＮＭＲスペクトルの分解能を著しく低下させる。

【0099】

また、別の不具合として、放電開始電圧が低下し得る。ＮＭＲプローブでは、数十〜数百Ｗの電力の高周波パルスを照射する際に放電が生じないように、真空ポンプ（例えばターボ分子ポンプ）による減圧処理によって十分な真空度（例えば室温下で１０^−４Ｐａ台前半）を得て、回路素子の周辺に吸着された気体分子を取り除く必要がある。仮に、低温下で大気が流入した場合、高周波回路の部品群の表面に気体分子が吸着して凝固し、特に電極と誘電体との接点における電荷放出によって、吸着した気体分子のプラズマ化が容易に引き起こされる。これにより、放電開始電圧が低下し、所望の強度の高周波磁場を試料に照射することができないという不具合が生じ、スペクトルの定量性及び再現性が得られなくなる。

【0100】

本実施形態では、低温運転中において、主気密室１００及び上気密室１０２の真空度に影響を与えずに、追加部材１１０の追加等を行うことができる。これにより、上記の不具合を発生させることなく、タンク回路のチューニングレンジを変化させることが可能となる。

【0101】

ここで、図１３を参照して、第１実施形態に係るタンク回路（検出回路）について説明する。図１３は、電気回路図である。

【0102】

図１３（ａ）には、追加部材１１０が追加されていない状態のタンク回路が示されている。伝送線路４０は、回路要素（デュプレクサ４７ａ及びプリアンプ４７ｂ）を介して、送信ポート４６又は受信ポート４８に電気的に接続されている。これにより、ＮＭＲプローブの外部に設置されたＮＭＲ分光計との間で、ラジオ波の送信及びＮＭＲ信号の受信が行われる。デュプレクサ４７ａは、送信ポート４６、タンク回路及びプリアンプ４７ｂに接続された送受信切替回路である。デュプレクサ４７ａは、送信時において送信ポート４６から入力されるラジオ波パルスをタンク回路に効率良く伝送する機能を備えている。また、デュプレクサ４７ａは、ＮＭＲ信号の受信時において、送受信コイル３２で検出されたＮＭＲ信号をタンク回路からプリアンプ４７ｂに効率良く伝送する機能を備えている。ＮＭＲ信号はプリアンプ４７ｂで増幅され、受信ポート４８から分光計の受信器に伝送され、Ａ／Ｄコンバートにより数値データとして取り込まれる。

【0103】

なお、同調及び整合を行うために、図示しない方向性結合器が設けられている。方向性結合器によって、タンク回路から送信側へ戻る反射波が観測される。反射波のレベルは、タンク回路の同調状態及び整合状態を指標する値である。従って、反射波のレベルを参照しながら、タンク回路に含まれる可変コンデンサの各設定値（容量）を変化させることにより、同調及び整合がなされる。

【0104】

図１３（ａ）に示されているタンク回路において、送受信コイル３２のインダクタンスをＬ_Ｓとし、チューニング用可変コンデンサ３４、バランス用可変コンデンサ３６、及び、マッチング用可変コンデンサ３８のキャパシタンスをそれぞれ、Ｃ_Ｔ，Ｃ_Ｂ，Ｃ_Ｍとしたとき、インピーダンスを最小にする共振周波数ｆ_ａは、以下の式（１）で表される。

【数1】

【0105】

インダクタンスＬ_Ｓは固定値であるため、同調可能な周波数のレンジは、可変値であるＣ_Ｔ及びＣ_Ｂによって制限されることになる。

【0106】

図１３（ｂ）には、追加部材１１０の回路構成が示されている。

【0107】

図１３（ｃ）には、その追加部材１１０が追加された状態のタンク回路が示されている。追加部材１１０がタンク回路に追加されると、追加部材１１０のトップ端子１１６がトップ端子受具５２に電気的に接続され、ボトム端子１１８がボトム端子受具５６に電気的に接続される。これにより、チューニング用可変コンデンサ３４に対して、追加素子１１２（コンデンサ）が並列に接続される。追加素子１１２のキャパシタンスをＣ_Ｘとすると、このタンク回路において、インピーダンスを最小にする共振周波数ｆ_ｂは、以下の式（２）で表される。

【数2】

【0108】

インダクタンスＬ_Ｓは固定値であるため、同調可能な周波数のレンジは、可変値である（Ｃ_Ｘ＋Ｃ_Ｔ）及びＣ_Ｂによって制限されることになる。追加素子１１２を交換することにより、Ｃ_Ｘは任意の固定値を取り得るため、多様な周波数レンジに対して同調を取ることが可能となる。

【0109】

一方、タンク回路のインピーダンスの特性インピーダンスＺ_０に対する整合は、マッチング用可変コンデンサ３８によって調整される。

【0110】

本実施形態によると、測定対象核種に合わせて追加部材１１０を交換することにより、柔軟にチューニングレンジを変更することが可能となる。例えば、複数のコンデンサをＮＭＲプローブ内に予め設置しておき、それらを用途に合わせて交換することが想定される。しかし、これでは、予め設置されているコンデンサの個数に応じた用途にしか対応することができない。本実施形態では、用途に合わせて追加部材１１０を交換することができるため、そのような制限を受けることなく、チューニングレンジを変更することが可能となる。

【0111】

なお、追加部材１１０をＮＭＲプローブ内に挿入することにより、ＮＭＲプローブ内の真空度が悪化する可能性がある。これに対処するために、以下の手法が採用されてもよい。大気中では、追加部材１１０の表面に水分が付着している。これを取り除くために、挿入直前に、ドライヤー等によって追加部材１１０を熱してもよい。また、追加部材１１０及び輸送用容器１２０を下気密室１０４に挿入し、高真空（例えば１０^−４Ｐａ以下）になるまで減圧してもよい。その減圧後、追加部材１１０に付着している水分を取り除くために、ある程度の時間、追加部材１１０及び輸送用容器１２０を下気密室１０４内に設置しておいてもよい。ある程度の時間が経過した後、ゲート７２を開ける。また、追加部材１１０の挿入時に、ロッド１３４の中心軸がずれて、大気が上気密室１０２に流入する可能性がある。これを防止するために、ＮＭＲプローブの底部に、ロッド１３４をガイドする部材を設置してもよい。また、追加部材１１０をＮＭＲプローブ内に挿入した場合、トップ端子受具５２やボトム端子受具５６の温度が上昇する可能性がある。これに対処するために、追加部材１１０の上端がボトム端子受具５６に到達した時点で、ある程度の時間、追加部材１１０をその場所に留め、熱交換させてもよい。例えば、ＮＭＲプローブに取り付けられた温度センサによって温度を検知しながら、この作業を行えばよい。

【0112】

［第２実施形態］
次に、図１４を参照して、第２実施形態に係るＮＭＲプローブについて説明する。図１４には、第２実施形態に係るＮＭＲプローブの一例が示されている。第２実施形態に係るＮＭＲプローブでは、２つの筒身が空間的に並列して配置されている。これにより、ＮＭＲプローブの外部から２つの追加部材をタンク回路中の２箇所に対して追加することが可能となる。

【0113】

第２実施形態に係るＮＭＲプローブは、挿入部２００と下部ユニット２０２とによって構成される。挿入部２００は、それ全体として垂直方向に伸長した円筒形状を有し、静磁場発生装置１５０のボア１５２内に挿入される。ＮＭＲプローブは、外容器２１２と、外容器２１２内に設けられた内容器（筒身２５０を含む容器）と、送受信コイル２３２を備えたタンク回路（検出回路）とを含む。以下、ＮＭＲプローブの各部について説明する。

【0114】

なお、第２実施形態において用いられる追加部材１１０、輸送用容器１２０及びスティック１３０は、第１実施形態に係る追加部材１１０、輸送用容器１２０及びスティック１３０と同じ構成を有する。

【0115】

外容器２１２は、プローブヘッド隔壁２１４と、プローブ円筒部隔壁２１６と、プローブ下部隔壁２１８と、を含む容器である。主気密室３００は、外容器２１２と主バルブ２２４とによって囲まれた空間である。図示しない真空ポンプ等の減圧ラインがＮＭＲプローブに取り付けられることにより、主気密室３００は、例えば、室温下において１０^−３Ｐａ以下に減圧される。

【0116】

プローブヘッド隔壁２１４の上部には、プローブキャップ２２０が設けられている。プローブキャップ２２０は、挿入部２００の最上部に設けられた円筒状の部材である。プローブキャップ２２０は、一例として金属導体（例えばアルミニウム）によって構成されている。プローブキャップ２２０は、その下部において、プローブ円筒部隔壁２１６と電気的及び機械的に接続されている。これにより、送受信コイル２３２に対する外来雑音等の電磁波の影響が防止又は低減される。一例として、プローブキャップ２２０とプローブ円筒部隔壁２１６との接続は気密性を有していない。よって、プローブキャップ２２０とプローブヘッド隔壁２１４とによって囲まれた空間３０６は、大気空間となる。

【0117】

プローブヘッド隔壁２１４は、送受信コイル２３２を大気空間から隔離し、挿入部２００の上部の気密性を確保する部材である。プローブヘッド隔壁２１４は、例えば復号部材によって構成されている。プローブヘッド隔壁２１４は、一例として、絶縁物であるＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）又はセラミックスによって構成されている。プローブヘッド隔壁２１４は、その下端面で、プローブ円筒部隔壁２１６と気密的に接続されている。

【0118】

プローブ円筒部隔壁２１６は、例えば円筒形状の隔壁である。挿入部２００が静磁場発生装置のボア内に装着されたときに、プローブ円筒部隔壁２１６は、外部からアクセス可能な位置には設置されない。プローブ円筒部隔壁２１６は、その上端面でプローブヘッド隔壁２１４と気密的に接続されており、その下端面でプローブ下部隔壁２１８と気密的に接続されている。

【0119】

プローブ下部隔壁２１８は、例えば箱状の隔壁である。挿入部２００が静磁場発生装置のボア内に装着されたときに、プローブ下部隔壁２１８は、外部からアクセス可能な位置に設置される。プローブ下部隔壁２１８は、その上端面でプローブ円筒部隔壁２１６と気密的に接続されている。

【0120】

主真空ポート２２２は、プローブ下部隔壁２１８に設けられている。主真空ポート２２２には、真空ポンプ等の減圧ラインが取り付けられる。

【0121】

主バルブ２２４は、主真空ポート２２２に接続された真空ポンプ等の減圧ラインと、主気密室３００と、の間に設置されたバルブである。主バルブ２２４は、一例として２ポート式の手動バルブである。もちろん、主バルブ２２４は、それ以外のバルブであってもよい。主バルブ２２４を操作することによって、主気密室３００と減圧ラインとを通気的に結合又は遮断することができる。なお、真空ポンプには、例えばターボ分子ポンプが用いられる。

【0122】

主気密室３００の上部にはタンク回路が設けられている。このタンク回路は検出回路であり、送受信コイル２３２の他、同調用の可変コンデンサ及び整合用の可変コンデンサ等を含む。つまり、タンク回路は同調回路及び整合回路を備えている。第２実施形態では、タンク回路は、送受信コイル２３２、チューニング用可変コンデンサ２３４、バランス用可変コンデンサ２３６、及び、マッチング用可変コンデンサ２３８を含む。例えば、同調回路及び整合回路は独立しておらず、一方の動作条件を変化させると他方の動作条件が変化する関係にある。以下、タンク回路の構成について説明する。

【0123】

送受信コイル２３２は、送信時において変動磁場を発生させ、受信時において試料のＮＭＲ信号を検出する。送受信コイル２３２に代えて、別体化された送信用コイル及び受信用コイルが設けられてもよい。タンク回路は、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサを有しており、それらの容量を変化させることにより、検出回路の動作特定が最適化される。つまり、周波数同調及びインピーダンス整合が図られる。

【0124】

試料及び試料管２３０の中心が磁場中心に一致するように、挿入部２００が静磁場発生装置のボア内に設置される。試料及び試料管２３０は、プローブキャップ２２０とプローブヘッド隔壁２１４とによって囲まれた空間３０６内（大気空間内）に設置される。測定対象となる試料が固体の場合、試料管２３０が、所定の傾斜角度（いわゆるマジック角、すなわち約５４．７°）をもった傾斜姿勢で回転可能に設置される。ＮＭＲプローブ内には、図示しない空気軸受式回転機構が設けられる。この空気軸受式回転機構に圧縮空気（例えば圧力が０．２〜０．４ＭＰａ）を供給することにより、試料管２３０が回転させられる。一例として、数〜数十ｋＨｚの回転数で回転させられる。

【0125】

送受信コイル２３２は、試料及び試料管２３０を取り囲むように、減圧真空下の主気密室３００内に配置されている。送受信コイル２３２は、例えばソレノイド状の形状を有する。送受信コイル２３２の一方端は、チューニング用可変コンデンサ２３４の上端子に電気的に接続されている。送受信コイル２３２の他方端は、バランス用可変コンデンサ２３６の上端子に電気的に接続されている。

【0126】

チューニング用可変コンデンサ２３４の上端子は、マッチング用可変コンデンサ２３８の上端子に電気的に接続されている。マッチング用可変コンデンサ２３８の下端子は、伝送線路２４０の上端に電気的に接続されている。

【0127】

チューニング用可変コンデンサ２３４、バランス用可変コンデンサ２３６、及び、マッチング用可変コンデンサ２３８は、例えば、円筒形状の誘電体によって構成されており、上端及び下端に電極を有する。その円筒の内側空間には、部材温度が室温から極低温まで変化しても、回転により上下摺動する金属円筒が設けられている。この金属円筒は、電気的に下端の電極と繋がっている。可変コンデンサとして、例えば、Voltronics社のコンデンサ「NMCB10-5CKE」を使用することができる。もちろん、これら３つの可変コンデンサは、上記以外の構成を備えていてもよい。

【0128】

チューニング用可変コンデンサ２３４、及び、バランス用可変コンデンサ２３６は、ともに下端子において、ステージ２４２に対して電気的に接続されながら機械的に支持されて固定されている。マッチング用可変コンデンサ２３８は、絶縁台２４４を挟んでステージ２４２に対して電気的に絶縁されながら機械的に支持されて固定されている。図示しない調整棒を用いることによって、ＮＭＲプローブの外部から、３つの可変コンデンサのキャパシタンス値を連続的に変更することができる。これにより、周波数同調及びインピーダンス整合が図られる。

【0129】

次に、内容器の構成について説明する。第２実施形態では、内容器は二連筒身系の構成を有する。内容器は外容器２１２内に設けられ、主気密室３００の底部から、主気密室３００の上部に位置するタンク回路の付近にまで及ぶ。

【0130】

内容器の内部には、主気密室３００から独立に存在する副気密室が形成されている。このように、内容器は、外容器２１２の内部を主気密室３００と副気密室とに仕切る容器である。

【0131】

副気密室は、追加部材１１０を、ＮＭＲプローブの外部（大気空間）からＮＭＲプローブ内に移送して設置するための空間である。副気密室は、バルブ等によって、２つの上気密室（上気密室３０２ａ，３０２ｂ）と下気密室３０４とに分離される。上気密室３０２ａと上気密室３０２ｂは、通気的に接続されており、通気動作上、これらは１つの気密室として扱うことができる。

【0132】

内容器は、３つの部材グループ（上部隔壁、中部隔壁及び下部隔壁）を含む。下部隔壁は、プローブ下部隔壁２１８の内側の上方に設置されて固定されている。中部隔壁は、下部隔壁の上方に設置されて固定されている。上部隔壁は、中部隔壁の上方に設置されて固定されている。各部材グループは、相互にＯリングシール（図１４中、黒色で塗り潰された部分）を介して接続又は固定されている。中部隔壁及び下部隔壁は、下気密室３０４の隔壁を構成している。上部隔壁及び中部隔壁は、上気密室３０２ａ，３０２ｂの隔壁を構成している。以下、上部隔壁、中部隔壁及び下部隔壁の各構成について説明する。

【0133】

まず、上部隔壁について説明する。上部隔壁は、二連筒身２５０、上リンク２６２ａ，２６２ｂ、下リンク２６４ａ，２６４ｂ、上通気管２６６及び上バルブ２６８を含む。上部隔壁は、上気密室３０２ａ，３０２ｂを主気密室３００から通気的に遮断する。

【0134】

二連筒身２５０は、２つの筒身によって構成されている。具体的には、二連筒身２５０は、第１筒身２５０ａと第２筒身２５０ｂとを含む。第１筒身２５０ａは、チューニング用可変コンデンサ２３４に対して電気的に接続されている。第２筒身２５０ｂは、バランス用可変コンデンサ２３６に対して電気的に接続されている。それら２つの筒身が、並列に配置されている。

【0135】

第１筒身２５０ａは、ほぼ同一の内径を有する円筒形状の複数の部材（上から下に順に、トップ端子受具２５２ａ、上絶縁管２５４ａ、ボトム端子受具２５６ａ、下絶縁管２５８ａ、上二連シリンダ２６０）が重ねられて一体化された複合部材である。第１筒身２５０ａは、その内側に上端が閉じられ下端が開放された円柱状の空間を有する。この空間が上気密室３０２ａに対応する。この円柱状の空間（上気密室３０２ａ）は、ほぼ一定の直径を有する。この空間の直径は、追加部材１１０の外径よりもわずかに大きい。これにより、追加部材１１０が上気密室３０２ａ内を移動することが可能となる。第１筒身２５０ａは、ＮＭＲプローブの外部から挿入された追加部材１１０を機械的に保持し、追加部材１１０をタンク回路に対して電気的に接続する機能を備えている。

【0136】

第２筒身２５０ｂは、ほぼ同一の内径を有する円筒形状の複数の部材（上から下に順に、トップ端子受具２５２ｂ、上絶縁管２５４ｂ、ボトム端子受具２５６ｂ、下絶縁管２５８ｂ、上二連シリンダ２６０）が重ねられて一体化された複合部材である。第２筒身２５０ｂは、その内側に上端が閉じられ下端が開放された円柱状の空間を有する。この空間が上気密室３０２ｂに対応する。この円柱状の空間（上気密室３０２ｂ）は、ほぼ一定の直径を有する。この空間の直径は、追加部材１１０の外径よりもわずかに大きい。これにより、追加部材１１０が上気密室３０２ｂ内を移動することが可能となる。第２筒身２５０ｂは、ＮＭＲプローブの外部から挿入された追加部材１１０を機械的に保持し、追加部材１１０をタンク回路に対して電気的に接続する機能を備えている。

【0137】

トップ端子受具２５２ａ，２５２ｂは、円柱形状の部材である。トップ端子受具２５２ａ，２５２ｂの下端面の内側には、板バネ構造の凹部が形成されている。この凹部には、追加部材１１０のトップ端子１１６の凸部１１６１が嵌合される。トップ端子受具２５２ａ，２５２ｂの下端面は、それぞれ上絶縁管２５４ａ，２５４ｂの上端面に接着によって気密的に固定されている。表面抵抗及び接点抵抗を低く保つために、トップ端子受具２５２ａ，２５２ｂは、例えば金メッキ処理が施された無酸素銅によって構成されていてもよい。

【0138】

上絶縁管２５４ａ，２５４ｂは、比較的短尺の円筒形状の部材である。上絶縁管２５４ａ，２５４ｂの上端面は、それぞれトップ端子受具２５２ａ，２５２ｂの下端面に接着によって気密的に固定されている。上絶縁管２５４ａ，２５４ｂの下端面は、それぞれボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂの上端面に接着によって気密的に固定されている。トップ端子受具２５２ａ，２５２ｂとボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂとの間を電気的及び熱的に絶縁するために、上絶縁管２５４ａ，２５４ｂは、例えばＧＦＲＰ及びセラミックによって構成されている。

【0139】

ボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂは、円筒形状の部材である。その円筒の内周面には、板バネが設けられている。追加部材１１０が、その板バネによって挟まれて保持される。ボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂの下端面は、下絶縁管２５８ａ，２５８ｂの上端に接着されている。表面抵抗及び接点抵抗を低く保つために、ボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂは、例えば金メッキ処理が施された無酸素銅によって構成されていてもよい。

【0140】

下絶縁管２５８ａ，２５８ｂは、比較的長尺の円筒形状の部材である。下絶縁管２５８ａ，２５８ｂは、ＮＭＲプローブの中間の円筒部に相当する。下絶縁管２５８ａ，２５８ｂの下端面は、上二連シリンダ２６０の上面に接着によって気密的に固定されている。ボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂと上二連シリンダ２６０との間を電気的及び熱的に絶縁するために、下絶縁管２５８ａ，２５８ｂは、例えばＧＦＲＰ又はセラミックによって構成されている。

【0141】

上二連シリンダ２６０は凸状の部材であり、凸部が上を向くように配置されている。また、上二連シリンダ２６０は、並列された２つの上下貫通孔を有する。各貫通孔は円筒形状を有する。磁場の均一性に影響を与えないように、上二連シリンダ２６０は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。上二連シリンダ２６０の上端面は、下絶縁管２５８ａ，２５８ｂの下端面に接着によって気密的に固定されている。上二連シリンダ２６０の下端フランジ面は、二連ゲートバルブ筐体２７６の上部外面に対してＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。

【0142】

トップ端子受具２５２ａの上端面には、上リンク２６２ａが設けられている。上リンク２６２ａは板状の部材であり、トップ端子受具２５２ａの上端面とチューニング用可変コンデンサ２３４の端子との間を電気的に接続する。タンク回路冷却時において、第１筒身２５０ａに働く収集応力によってステージ２４２を下向きに引っ張る力が加わるのを緩和するために、上リンク２６２ａは、例えば、可塑性を有する金メッキ銅箔（例えば厚みが０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ）によって構成されていることが好ましい。

【0143】

ボトム端子受具２５６ａの外周面には、下リンク２６４ａが設けられている。下リンク２６４ａは板状の部材であり、ボトム端子受具２５６ａの外周面とステージ２４２との間を電気的に接続する。これにより、ボトム端子受具２５６ａとチューニング用可変コンデンサ２３４とが電気的に接続される。タンク回路冷却時において、第１筒身２５０ａに働く収縮応力によってステージ２４２を下向きに引っ張る力が加わるのを緩和するために、下リンク２６４ａは、例えば、可塑性を有する金メッキ銅箔（例えば厚みが０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ）によって構成されていることが好ましい。

【0144】

トップ端子受具２５２ｂの上端面には、上リンク２６２ｂが設けられている。上リンク２６２ｂは板状の部材であり、トップ端子受具２５２ｂの上端面とバランス用可変コンデンサ２３６の端子との間を電気的に接続する。タンク回路冷却時において、第２筒身２５０ｂに働く収縮応力によってステージ２４２を下向きに引っ張る力が加わるのを緩和するために、上リンク２６２ｂは、例えば、可塑性を有する金メッキ銅箔（例えば厚みが０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ）によって構成されていることが好ましい。

【0145】

ボトム端子受具２５６ｂの外周面には、下リンク２６４ｂが設けられている。下リンク２６４ｂは板状の部材であり、ボトム端子受具２５６ｂの外周面とステージ２４２との間を電気的に接続する。これにより、ボトム端子受具２５６ｂとバランス用可変コンデンサ２３６とが電気的に接続される。タンク回路冷却時において、第２筒身２５０ｂに働く収縮応力によってステージ２４２を下向きに引っ張る力が加わるのを緩和するために、下リンク２６４ｂは、例えば、可塑性を有する金メッキ銅箔（例えば厚みが０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ）によって構成されていることが好ましい。

【0146】

上通気管２６６は、例えばフレキシブルな管（例えばベローズ管）である。上通気管２６６の一方端は、上二連シリンダ２６０の内側空間、すなわち上気密室３０２ａ，３０２ｂに対して気密的に接合されている。上通気管２６６の他方端は、主気密室３００に対して開放されている。

【0147】

上バルブ２６８は、上通気管２６６に気密的に設置されたバルブである。上バルブ２６８は、一例として２ポート式の手動バルブである。もちろん、上バルブ２６８は、それ以外のバルブであってもよい。上バルブ２６８を操作することによって、上通気管２６６の通気ラインを結合又は遮断することができる。

【0148】

次に、中部隔壁について説明する。中部隔壁は、二連ゲートバルブ２７０、下通気管２７８及び下バルブ２８２を含む。中部隔壁は、機械的操作によって上気密室３０２ａ，３０２ｂと下気密室３０４とを通気的に遮断又は結合する。

【0149】

二連ゲートバルブ２７０は、ゲート２７２、レバー２７４及び二連ゲートバルブ筐体２７６からなる複合部材である。

【0150】

二連ゲートバルブ筐体２７６は、上部において、上部隔壁に含まれる上二連シリンダ２６０にＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。二連ゲートバルブ筐体２７６は、下部において、下部隔壁に含まれる中二連シリンダ２９０にＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。利用者は、レバー２７４を介してゲート２７２をスライドさせることにより、上気密室３０２ａ，３０２ｂと下気密室３０４との間を通気的に結合又は遮断することができる。

【0151】

ゲート２７２は、二連ゲートバルブ筐体２７６の内側に設置された板状の部材である。ゲート２７２は、例えば長方形の形状を有する。ゲート２７２は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。ゲート２７２の上面はフランジ面である。最奥部までゲート２７２がスライドされると、ゲート２７２は、二連ゲートバルブ筐体２７６の上面の内側に設置されたＯリングシールに対して押し付けられる。これにより、上気密室３０２ａ，３０２ｂと下気密室３０４とが通気的に遮断される。

【0152】

レバー２７４は例えば丸棒であり、二連ゲートバルブ筐体２７６の大気側に設置された二重Ｏリングシールの貫通孔を貫通して設けられている。レバー２７４の一方端は、大気側に突き出している。レバー２７４の他方端は、二連ゲートバルブ筐体２７６の内側において、ゲート２７２の側面と機械的に接続されている。レバー２７４は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。

【0153】

二連ゲートバルブ筐体２７６は、フランジ面を有する直方体形状の箱である。二連ゲートバルブ筐体２７６の内側の空間に、ゲート２７２と、それに機械的に接続されたレバー２７４の一部と、が収容されている。二連ゲートバルブ筐体２７６は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。二連ゲートバルブ筐体２７６は、ＮＭＲプローブの側面から横方向に差し込まれ、フランジ面において、その側面に対してＯリングシールを介して固定されている。二連ゲートバルブ筐体２７６は、その奥に並列された円筒形状の２つの上下貫通孔を有している。各貫通孔は、上二連シリンダ２６０の各貫通孔および中二連シリンダ２９０の各貫通孔に対して同軸に配置されている。二連ゲートバルブ筐体２７６の各貫通孔の径のサイズは、追加部材１１０の外径のサイズよりも大きく、追加部材１１０を支障なく通すことができるサイズである。また、二連ゲートバルブ筐体２７６の各貫通孔の径のサイズは、輸送用容器１２０の外径のサイズよりも小さい。これにより、輸送用容器１２０は、二連ゲートバルブ筐体２７６を通過することができない。

【0154】

下通気管２７８は、例えばフレキシブルな管（例えばベローズ管）である。下通気管２７８の一方端は、二連ゲートバルブ筐体２７６の内部に対して気密的に接続されている。下通気管２７８の他方端は、ＮＭＲプローブの外部に設置された副真空ポート２８０に繋がっている。下通気管２７８は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。

【0155】

副真空ポート２８０は、ＮＭＲプローブの外側に設置され、真空ポンプ等の減圧ラインが取り付けられる。

【0156】

下バルブ２８２は、下通気管２７８に通気的に設置されたバルブである。下バルブ２８２は、一例として２ポート式の手動バルブである。もちろん、下バルブ２８２は、それ以外のバルブであってもよい。下バルブ２８２を操作することによって、下通気管２７８の通気ラインを結合又は遮断することができる。

【0157】

次に、下部隔壁について説明する。下部隔壁は、中二連シリンダ２９０、下二連シリンダ２９２及び挿入口栓２９４ａ，２９４ｂを含む。下部隔壁は、下気密室３０４を大気から通気的に遮断する。

【0158】

中二連シリンダ２９０は凸状の部材であり、凸部が下を向くように配置されている。また、中二連シリンダ２９０は、並列された２つの上下貫通孔を有する。各貫通孔は円筒形状を有する。中二連シリンダ２９０は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。中二連シリンダ２９０は、上部において、中部隔壁に含まれる二連ゲートバルブ筐体２７６に、Ｏリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。中二連シリンダ２９０の下部の内周面に、Ｏリング用の溝が形成されており、その溝にＯリングシールが設けられている。中二連シリンダ２９０の貫通孔に下二連シリンダ２９２が挿入されると、中二連シリンダ２９０の内周面は、Ｏリングシールを介して、下二連シリンダ２９２の外周面に対して気密的に接続される。これにより、気密性が確保される。

【0159】

下二連シリンダ２９２は凸状の部材であり、凸部が上を向くように配置されている。下二連シリンダ２９２は、並列された２つの上下貫通孔を有する。各貫通孔は円筒形状を有する。下二連シリンダ２９２は、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。下二連シリンダ２９２は、下部において、プローブ下部隔壁２１８の底面の内側にＯリングシールを介して機械的に固定されている。これにより、気密性が確保される。下二連シリンダ２９２の内周面の上部に、Ｏリング用の溝が形成されており、その溝にＯリングシールが設けられている。下二連シリンダ２９２の各貫通孔に挿入口栓２９４ａ，２９４ｂが挿入されると、下二連シリンダ２９２の内周面は、Ｏリングシールを介して挿入口栓２９４ａ，２９４ｂの外周面に対して気密的に接続される。下二連シリンダ２９２の内周面の下部には、挿入口栓２９４ａ，２９４ｂを固定するためのネジ溝が形成されている。挿入口栓２９４ａ，２９４ｂの外周面の下部には、下二連シリンダ２９２のネジ溝に対応するネジ溝が形成されている。また、下二連シリンダ２９２の各貫通孔の径のサイズは、輸送用容器１２０の外径のサイズよりもわずかに大きい。これにより、下二連シリンダ２９２の各貫通孔内に輸送用容器１２０が挿入される。このとき、下二連シリンダ２９２の内周面は、輸送用容器１２０の外周面に対してＯリングシールを介して気密的に接続される。

【0160】

挿入口栓２９４ａ，２９４ｂは、例えば円柱状の部材である。挿入口栓２９４ａ，２９４ｂの外周面の上部は平滑に形成されている。外周面の下部には、ネジ溝が形成されている。このネジ溝は、上述したように、下二連シリンダ２９２に形成されているネジ溝に対応する。挿入口栓２９４ａ，２９４ｂは、例えば非磁性ステンレス鋼材によって構成されている。挿入口栓２９４ａ，２９４ｂの底面には、例えばツマミ部が設けられている。挿入口栓２９４ａ，２９４ｂをＮＭＲプローブの外部から回転操作することにより、大気と下気密室３０４との間を通気的に結合又は遮断することができる。

【0161】

上記構成において、タンク回路（送受信コイル２３２及び可変コンデンサ）、トップ端子受具２５２ａ，２５２ｂ、上絶縁管２５４ａ，２５４ｂ、ボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂ、及び、下絶縁管２５８ａ，２５８ｂのボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂとの接合部付近は、極低温に冷却される。これらは被冷却部材に相当し、図示しない冷却機構によって冷却される。この冷却機構は第１実施形態と同じ機構が採用される。また、第１実施形態と同様に、低温運転時の不具合を避ける機構が採用されている。すなわち、第１筒身２５０ａ，２５０ｂは、中部隔壁及び下部隔壁に対する機械的な固定を通じて、プローブ下部隔壁２１８に対してのみ機械的に固定され、ステージ２４２に対しては機械的に固定されていない。また、トップ端子受具２５２ａ，２５２ｂとタンク回路とは、上リンク２６２ａ，２６２ｂによって電気的に接続されている。ボトム端子受具２５６ａ，２５６ｂとタンク回路とは、下リンク２６４ａ，２６４ｂによって電気的に接続されている。これにより、低温運転時における機械的な不具合を回避することができる。

【0162】

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の手順に従って、追加部材１１０をタンク回路に追加し、又は、タンク回路から追加部材１１０を取り外すことができる。

【0163】

仮に、単筒身式のＮＭＲプローブ（例えば第１実施形態に係るＮＭＲプローブ）を２台設置した場合には、バルブの数が増大し、追加部材の追加及び取り外しに要する操作が煩雑となる。また、部品点数が増大し、ＮＭＲプローブが占めるスペースが増大する。第２実施形態によると、単筒身式のＮＭＲプローブと同じバルブ数で、一度の操作によって２個の追加部材をタンク回路に追加することが可能となる。また、一体化可能な部材を一体化することにより、ＮＭＲプローブ内の省スペース化を図ることが可能となる。

【0164】

なお、第２実施形態では、２つの追加部材１１０が同時にタンク回路に追加されてもよいし、１つの追加部材１１０がタンク回路に追加されてもよい。例えば、測定の用途に応じて追加部材１１０の数を変えればよい。また、２つの追加部材１１０は一体化されていてもよいし、それぞれ別体化されていてもよい。

【0165】

なお、３つ以上の筒身をＮＭＲプローブに設けることにより、３個以上の追加部材１１０がタンク回路に追加されるようにしてもよい。

【0166】

ここで、図１５を参照して、第２実施形態に係るタンク回路について説明する。図１５は、電気回路図である。

【0167】

図１５（ａ）には、追加部材１１０が追加されていない状態のタンク回路が示されている。伝送線路２４０は、回路要素（デュプレクサ２４７ａ及びプリアンプ２４７ｂ）を介して、送信ポート２４６又は受信ポート２４８に電気的に接続されている。これにより、ＮＭＲプローブの外部に設置されたＮＭＲ分光計との間でラジオ波の送信及びＮＭＲ信号の受信が行われる。デュプレクサ２４７ａ及びプリアンプ２４７ｂの機能は、第１実施形態に係るデュプレクサ４７ａ及びプリアンプ４７ｂの機能と同じである。

【0168】

図１５（ａ）に示されているタンク回路において、送受信コイル２３２のインダクタンスをＬ_Ｓとし、チューニング用可変コンデンサ２３４、バランス用可変コンデンサ２３６、及び、マッチング用可変コンデンサ２３８のキャパシタンスをそれぞれ、Ｃ_Ｔ，Ｃ_Ｂ，Ｃ_Ｍとしたとき、インピーダンスを最小にする共振周波数ｆ_ａは、上記の式（１）で表される。インダクタンスＬ_Ｓは固定値であるため、同調可能な周波数のレンジは、可変値であるＣ_Ｔ及びＣ_Ｍによって制限されることになる。

【0169】

図１５（ｂ）には、追加部材１１０ａ，１１０ｂの回路構成が示されている。符号１１２ａ，１１２ｂは追加素子（コンデンサ）を表している。符号１１６ａ，１１６ｂはトップ端子を表している。符号１１８ａ，１１８ｂはボトム端子を表している。

【0170】

図１５（ｃ）には、追加部材１１０ａ，１１０ｂが追加された状態のタンク回路が示されている。例えば、追加部材１１０ａのトップ端子１１６ａがトップ端子受具２５２ａに電気的に接続され、ボトム端子１１８ａがボトム端子受具２５６ａに電気的に接続されている。これにより、チューニング用可変コンデンサ２３４に対して、追加素子１１２ａ（コンデンサ）が並列に接続される。また、追加部材１１０ｂのトップ端子１１６ｂがトップ端子受具２５２ｂに電気的に接続され、ボトム端子１１８ｂがボトム端子受具２５６ｂに電気的に接続されている。これにより、バランス用可変コンデンサ２３６に対して、追加素子１１２ｂ（コンデンサ）が並列に接続される。追加素子１１２ａのキャパシタンスをＣ_Ｘとし、追加素子１１２ｂのキャパシタンスをＣ_Ｙとすると、このタンク回路において、インピーダンスを最小にする共振周波数ｆ_Ｃは、以下の式（３）で表される。

【数3】

【0171】

インダクタンスＬ_Ｓは固定値であるため、同調可能な周波数のレンジは、可変値である（Ｃ_Ｔ＋Ｃ_Ｘ）及び（Ｃ_Ｂ＋Ｃ_Ｙ）によって制限されることになる。追加素子１１２ａ，１１２ｂを交換することにより、Ｃ_Ｘ及びＣ_Ｙは任意の固定値を取り得るため、多様な周波数レンジに対して同調を取ることが可能となる。

【0172】

一方、タンク回路のインピーダンスの特性インピーダンスＺ_０に対する整合は、マッチング用可変コンデンサ２３８によって調整される。

【0173】

タンク回路においては、送受信コイルの両端子がグランドに対してコンデンサを介して接続される。ここで、一方端子に接続されているコンデンサの容量と、他方端子に接続されているコンデンサの容量と、が一致した条件で共振すると、送受信コイルの両端における高周波電圧の振幅の強度差が最大化する。これにより、送受信コイルに流れる電流が最大化し、結果として、送受信コイルの中心に誘起される磁場が最大化し、試料のＮＭＲ信号の送受信効率が最大化する。

【0174】

第２実施形態では、送受信コイル２３２の両端のそれぞれに接続された追加素子（２つの追加素子）を交換して同調及び整合を図ることができる。これにより、単にチューニングレンジを広域帯に拡大できるだけではなく、ＮＭＲ信号の送受信効率を最適化することも可能となる。

【0175】

次に、タンク回路のチューニングレンジを拡大させることで得られる効果について説明する。第１及び第２実施形態に係るＮＭＲプローブの測定対象として期待される試料として、非常に低い周波数帯域に属する核種が挙げられる。無機物核種の多くは低磁気回転比をもっており、そのラーモア周波数は、特許文献１に記載の技術が設定できる最低周波数（３０ＭＨｚ）よりも低い周波数帯域に属することが多い。こうした核種はＮＭＲ感度が非常に悪い。第１及び第２実施形態に係るＮＭＲプローブを活用することにより、その感度の向上が期待される。

【0176】

可変コンデンサで可変可能な容量範囲が一定であるため、タンク回路の共振周波数が低くなるほど、チューニングレンジは狭くならざるを得ない。そうした帯域は、例えば、１ＭＨｚや２ＭＨｚおきにチューニングレンジを設定するようなこともあり得る。第１及び第２実施形態では、追加素子１１２を任意に変えられるため、個別の核種に対して最適なチューニングレンジを設定することが可能となり、低周波数帯域に属する核種に対する適用が期待できる。

【0177】

第１及び第２実施形態によると、ＮＭＲ信号の検出感度（Ｓ／Ｎ）を従来技術よりも３〜４倍に向上させることができる。検出感度が３〜４倍になるということは、同じ感度のＮＭＲ測定を行った場合に、測定時間を１／９〜１／１６倍に短縮できるということになる。従来であれば１カ月かかった測定を、２日以内に終了することも可能である。

【0178】

例えば、第１及び第２実施形態に係る検出系冷却型ＮＭＲプローブを使用して^６Ｌｉを測定した場合、従来技術に係るＮＭＲプローブの測定感度に対して４倍以上の感度が得られた。また、本実施形態係るＮＭＲプローブを用いて、極めて短期間のうちに複数の測定条件に従って^６Ｌｉ−^６Ｌｉ２次元距離相関ＮＭＲ測定を行い、代表的なリチウム電池材料であるＬｉＣｏＯ_２の電子構造情報に関して、実用的な測定時間で新たな知見が得られた。

【0179】

^６Ｌｉに限らず、多くの核種、例えば、^４７Ｔｉ（触媒等に含まれる核種）、^３３Ｓ（機能性材料やゴム等に含まれる核種）、^１４Ｎ（有機分子に多く含まれる核種）等は、低感度で膨大な測定時間を要する核種である。そのため、これらの核種は、これまで実用的見地から測定されることが困難であった。本実施形態に係るＮＭＲプローブを用いることにより、これらの核種についても、実用的な測定時間で測定することが期待される。このように、本実施形態に係るＮＭＲプローブは、有機物だけでなく、無機物や複合材料への適用が期待される。

【0180】

なお、第１及び第２実施形態の変形例として、非冷却型のＮＭＲプローブが用いられてもよい。また、主気密室及び副気密室が大気に開放されたＮＭＲプローブ、つまり、真空状態ではないＮＭＲプローブが用いられてもよい。これらのＮＭＲプローブにおいても、挿入部を静磁場発生装置１５０のボア１５２内に挿入した状態で、追加部材をＮＭＲプローブに追加することが可能となる。

【0181】

また、追加部材を輸送する手段として、スティック１３０の代わりに、ワイヤー、車輪又はベルト等の部材が用いられてもよい。

【0182】

なお、第１及び第２実施形態に係るＮＭＲプローブに、特許文献１に記載されたコンデンサスイッチを適用してもよい。つまり、ＮＭＲプローブ内に、容量の異なる複数のコンデンサを備えたコンデンサスイッチが設けられていてもよい。例えば、当該コンデンサスイッチを利用することによりタンク回路のチューニングレンジを変更し、それでは対応できない場合に、ＮＭＲプローブの外部から追加部材１１０を追加することにより、タンク回路のチューニングレンジを更に拡張することが可能となる。

【符号の説明】

【0183】

１０ 挿入部、１２ 外容器、３２ 送受信コイル、３４ チューニング用可変コンデンサ、３６ バランス用可変コンデンサ、３８ マッチング用可変コンデンサ、５０ 筒身、５２ トップ端子受具、５６ ボトム端子受具、６２ 上リンク、６４ 下リンク、７２ ゲート、９４ 挿入口栓、１００ 主気密室、１０２ 上気密室、１０４ 下気密室、１１０ 追加部材、１２０ 輸送用容器、１３０ スティック。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】