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(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】
(24)【登録日】2022-08-10
(45)【発行日】2022-08-19
(54)【発明の名称】超伝導装置及び磁石装置
(51)【国際特許分類】
H01F 6/04 20060101AFI20220812BHJP
【ＦＩ】
H01F6/04
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2019540899
(86)(22)【出願日】2018-08-28
(86)【国際出願番号】 JP2018031681
(87)【国際公開番号】W WO2019049720
(87)【国際公開日】2019-03-14
【審査請求日】2021-06-02
(31)【優先権主張番号】P 2017171907
(32)【優先日】2017-09-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【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２９年度、文部科学省、科学技術試験研究委託事業、東工大元素戦略拠点（ＴＩＥＳ）、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】100187388
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 天光
(72)【発明者】
【氏名】山本 明保
(72)【発明者】
【氏名】島崎 七海
【審査官】古河 雅輝
(56)【参考文献】
【文献】特開平８－１９５３１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平７－２１１５３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１１７６５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平８－２７９４１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭３８－１７２１４（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開昭６３－２９６２０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－３１８７２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１－１９８００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１－２１６５０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平１－１３５７０７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許第５２７６４１９（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２３１５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ５／０５５
Ｇ０１Ｎ ２２／００ －２２／０４
Ｇ０１Ｎ ２４／００ －２４／１４
Ｇ０１Ｒ ３３／２８ －３３／６４
Ｈ０１Ｆ ６／００ － ７／０２
Ｈ０１Ｌ ２７／１８
Ｈ０１Ｌ ３９／００
Ｈ０１Ｌ ３９／０６－３９／１２
Ｈ０１Ｌ ３９／１８
Ｈ０１Ｌ ３９／２２－３９／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置に備えられる超伝導装置において、前記磁石部の外部にそれぞれ設けられた複数の第１超伝導バルク体を含む第１超伝導バルク体群を有し、
前記磁石部は、
第１極性を有する第１磁極と、
前記第１極性と反対の第２極性を有する第２磁極と、
を有し、
前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群及び前記第２磁極は、第１軸の周りの環状経路に沿って、前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群、前記第２磁極の順に配置され、
前記複数の第１超伝導バルク体の各々は、超伝導状態で磁場を捕捉し、
それぞれ磁場を捕捉している前記複数の第１超伝導バルク体と前記磁石部とにより、磁束が通る閉回路であり、且つ、前記環状経路に沿って、前記第１磁極から前記第１超伝導バルク体群を経て前記第２磁極に戻る、磁気回路が形成され、
前記第１超伝導バルク体群に含まれる前記複数の第１超伝導バルク体は、前記複数の第１超伝導バルク体の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、前記第１磁極から出た磁束が、前記複数の第１超伝導バルク体を順次通って前記第２磁極に戻るように、前記環状経路に沿って配列され、
前記第１超伝導バルク体群は、前記環状経路に沿って、前記第１磁極と隣り合い、且つ、前記第２磁極と隣り合わず、
前記複数の第１超伝導バルク体のうち、前記環状経路に沿って前記第１磁極に最も近い側に配置された第１超伝導バルク体の、前記環状経路に垂直な断面の外周長さは、前記複数の第１超伝導バルク体のうち、前記環状経路に沿って前記第１磁極に最も近い側と反対側に配置された第１超伝導バルク体の、前記環状経路に垂直な断面の外周長さよりも長い、超伝導装置。
【請求項3】
請求項１に記載の超伝導装置において、前記磁石部は、前記環状経路に沿って互いに間隔を空けて配置された第１磁石及び第２磁石を有し、
前記第１磁石は、
前記第１磁極と、
前記第２極性を有する第３磁極と、
を有し、
前記第２磁石は、
前記第１極性を有する第４磁極と、
前記第２磁極と、
を有し、
前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群、前記第２磁極、前記第４磁極及び前記第３磁極は、前記環状経路に沿って、前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群、前記第２磁極、前記第４磁極、前記第３磁極の順に配置され、
前記第１磁石と前記第２磁石との間の空間が開放されている、超伝導装置。
【請求項7】
請求項１又は３に記載の超伝導装置において、前記複数の第１超伝導バルク体の各々の前記環状経路に垂直な断面の外周長さは、前記環状経路に沿って、前記第１磁極に最も近い側から前記第１磁極に最も近い側と反対側に向かって、前記複数の第１超伝導バルク体の配列順に減少する、超伝導装置。
【請求項8】
請求項１、３又は７に記載の超伝導装置において、前記環状経路に沿って配列された複数の第２超伝導バルク体を含む第２超伝導バルク体群を有し、
前記複数の第２超伝導バルク体の各々は、超伝導状態で磁場を捕捉し、
前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群、前記第２超伝導バルク体群及び前記第２磁極は、前記環状経路に沿って、前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群、前記第２超伝導バルク体群、前記第２磁極の順に配置され、
前記環状経路に沿って、前記第１磁極から前記第１超伝導バルク体群及び前記第２超伝導バルク体群を順次経て前記第２磁極に戻る前記磁気回路が形成され、
前記第１超伝導バルク体群に含まれる前記複数の第１超伝導バルク体、及び、前記第２超伝導バルク体群に含まれる前記複数の第２超伝導バルク体は、前記複数の第１超伝導バルク体及び前記複数の第２超伝導バルク体の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、前記第１磁極から出た磁束が、前記複数の第１超伝導バルク体及び前記複数の第２超伝導バルク体を順次通って前記第２磁極に戻るように、前記環状経路に沿って配列され、
前記第２超伝導バルク体群は、前記環状経路に沿って、前記第２磁極と隣り合い、
前記複数の第２超伝導バルク体のうち、前記環状経路に沿って前記第２磁極に最も近い側に配置された第２超伝導バルク体の、前記環状経路に垂直な断面の外周長さは、前記複数の第２超伝導バルク体のうち、前記環状経路に沿って前記第２磁極に最も近い側と反対側に配置された第２超伝導バルク体の、前記環状経路に垂直な断面の外周長さよりも長い、超伝導装置。
【請求項9】
請求項８に記載の超伝導装置において、前記複数の第２超伝導バルク体の各々の前記環状経路に垂直な断面の外周長さは、前記環状経路に沿って、前記第２磁極に最も近い側から前記第２磁極に最も近い側と反対側に向かって、前記複数の第２超伝導バルク体の配列順に減少する、超伝導装置。
【請求項10】
請求項１、３又は７乃至９のいずれか一項に記載の超伝導装置において、前記複数の第１超伝導バルク体の各々は、前記環状経路に沿った軸線を中心とした筒状の第１筒部を含み、
前記複数の第１超伝導バルク体は、前記複数の第１超伝導バルク体の各々が超伝導状態で前記軸線に沿った磁場を捕捉することにより、前記第１磁極から出た磁束が前記複数の第１超伝導バルク体の各々にそれぞれ含まれる複数の第１筒部を順次通って前記第２磁極に戻るように、前記環状経路に沿って配列されている、超伝導装置。
【請求項11】
請求項１、３又は７乃至９のいずれか一項に記載の超伝導装置において、前記複数の第１超伝導バルク体の各々は、前記環状経路に沿って延在する延在部を含み、
前記複数の第１超伝導バルク体は、前記複数の第１超伝導バルク体の各々が超伝導状態で前記環状経路に沿った磁場を捕捉することにより、前記第１磁極から出た磁束が前記複数の第１超伝導バルク体の各々にそれぞれ含まれる複数の延在部を順次通って前記第２磁極に戻るように、前記環状経路に沿って配列されている、超伝導装置。
【請求項12】
請求項１、３又は７乃至１１のいずれか一項に記載の超伝導装置において、前記磁石部を囲む筒状の第２筒部を含む第３超伝導バルク体を有し、
前記第３超伝導バルク体は、超伝導状態で磁場を捕捉し、
それぞれ磁場を捕捉している前記複数の第１超伝導バルク体と、磁場を捕捉している前記第３超伝導バルク体と、前記磁石部と、により前記磁気回路が形成される、超伝導装置。
【請求項13】
請求項１、３又は７乃至１２のいずれか一項に記載の超伝導装置において、前記第１超伝導バルク体は、鉄ニクタイド又は二ホウ化マグネシウムよりなる、超伝導装置。
【請求項14】
請求項１、３又は７乃至１３のいずれか一項に記載の超伝導装置において、前記第１超伝導バルク体を冷却する冷却部を有し、
前記第１超伝導バルク体が前記冷却部に冷却されることにより、前記第１超伝導バルク体が超伝導状態になり、
前記第１超伝導バルク体は、第二種超伝導体よりなり、
前記第１超伝導バルク体は、超伝導状態で、下部臨界磁場を超え且つ上部臨界磁場以下の磁場を、磁束をピン止めすることにより捕捉する、超伝導装置。
【請求項21】
請求項１、３又は７乃至１４のいずれか一項に記載の超伝導装置と、前記磁石部と、
を備えた、磁石装置。
【請求項23】
磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置に備えられる超伝導装置において、前記磁石部の外部にそれぞれ設けられた複数の第１超伝導バルク体を含む第１超伝導バルク体群を有し、
前記磁石部は、
第１極性を有する第１磁極と、
前記第１極性と反対の第２極性を有する第２磁極と、
を有し、
前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群及び前記第２磁極は、第１軸の周りの環状経路に沿って、前記第１磁極、前記第１超伝導バルク体群、前記第２磁極の順に配置され、
前記複数の第１超伝導バルク体の各々は、超伝導状態で磁場を捕捉し、
それぞれ磁場を捕捉している前記複数の第１超伝導バルク体と前記磁石部とにより、磁束が通る閉回路であり、且つ、前記環状経路に沿って、前記第１磁極から前記第１超伝導バルク体群を経て前記第２磁極に戻る、磁気回路が形成され、
前記複数の第１超伝導バルク体の各々は、前記環状経路に沿って延在する延在部を含み、
前記複数の第１超伝導バルク体は、前記複数の第１超伝導バルク体の各々が超伝導状態で前記環状経路に沿った磁場を捕捉することにより、前記第１磁極から出た磁束が前記複数の第１超伝導バルク体の各々にそれぞれ含まれる複数の延在部を順次通って前記第２磁極に戻るように、前記環状経路に沿って配列されている、超伝導装置。
【請求項28】
請求項２３乃至２７のいずれか一項に記載の超伝導装置と、前記磁石部と、
を備えた、磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁石装置に備えられる超伝導装置、及び、磁石装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置等が有する磁石装置として、強磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置が用いられている。米国特許第７９４４２０８号明細書（特許文献１）には、磁気共鳴イメージングシステムにおいて、主磁石が有する互いに反対の磁極が、水平軸に沿って配置され、且つ、主磁石が発生させた磁場を検出するために構成された開放型磁気共鳴イメージング領域を画定する技術が開示されている。
【0003】
このような強磁場を発生させる磁石装置においては、磁石部の外部に強磁場が漏洩することを防止又は抑制し、磁石部の周囲での磁場の強度を低減するために、環状経路に沿って、磁石部の一方の磁極から磁性体を経て磁石部の他方の磁極に戻る磁気回路が形成されるように、磁気回路用部材として、鉄等の透磁率の高い磁性体が設けられることがある。
【0004】
特開平７－１７８０７１号公報（特許文献２）には、ＭＲＩ装置のマグネットアセンブリにおいて、下永久磁石を上面に取り付けた下ベースヨークと、その下ベースヨークの端縁部から立設された柱ヨークと、その柱ヨークで支持されると共に上永久磁石を下永久磁石に対向して下面に取り付けた上ベースヨークと、を有する技術が開示されている。
【0005】
一方、例えばＭＲＩ装置以外の磁石装置においては、強磁場を発生させる磁石部として、超伝導バルク体が用いられているものがある。非特許文献１及び非特許文献２には、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）よりなる超伝導バルク体が永久磁石として用いられる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】米国特許第７９４４２０８号明細書
【文献】特開平７－１７８０７１号公報
【非特許文献】
【0007】
【文献】A. Yamamoto et al., “Permanent magnet with MgB2 bulk superconductor”, Applied Physics Letters 105 (2014) 032601
【文献】S. Sugino et al., “Enhanced trapped field in MgB2 bulk magnets by tuning grain boundary pinning through milling”, Superconductor Science and Technology 28 (2015) 055016
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
磁気回路用部材として、鉄等の透磁率の高い磁性体が設けられる場合、透磁率の高い磁性体に磁場を閉じ込めることにより、磁性体の外部での磁場の強度を低減することができる。
【0009】
ところが、鉄等の磁性体の透磁率は、印加される磁場の強度の増加に伴って減少するので、印加される磁場の強度の増加に伴って、磁性体の内部の磁場の強度が飽和すると、それ以上磁場の強度が増加した場合には、磁性体は磁場を磁性体の内部だけに閉じ込めることができないので、磁性体の外部に漏れ出す磁場の強度が強くなる。
【0010】
磁場の強度が強い場合でも印加された磁場を磁性体の内部に閉じ込めるためには、磁気回路の断面積、即ち磁性体の環状経路に垂直な断面積を大きくする必要がある。従って、磁気回路用部材として鉄等の磁性体を用いる場合には、磁気回路用部材の体積を大きくする必要があり、磁気回路を小型化又は軽量化することが困難である。
【0011】
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、強磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置において、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる磁石装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0013】
本発明の一態様としての超伝導装置は、磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置に備えられる。当該超伝導装置は、磁石部の外部に設けられた第１超伝導バルク体を有し、第１超伝導バルク体は、超伝導状態で磁場を捕捉し、磁場を捕捉している第１超伝導バルク体と磁石部とにより磁気回路が形成される。
【0014】
また、他の一態様として、磁石部は、第１極性を有する第１磁極と、第１極性と反対の第２極性を有する第２磁極と、を有し、第１磁極、第１超伝導バルク体及び第２磁極は、第１軸の周りの環状経路に沿って、第１磁極、第１超伝導バルク体、第２磁極の順に配置され、環状経路に沿って、第１磁極から第１超伝導バルク体を経て第２磁極に戻る磁気回路が形成されてもよい。
【0015】
また、他の一態様として、磁石部は、環状経路に沿って互いに間隔を空けて配置された第１磁石及び第２磁石を有し、第１磁石は、第１磁極と、第２極性を有する第３磁極と、を有し、第２磁石は、第１極性を有する第４磁極と、第２磁極と、を有してもよい。第１磁極、第１超伝導バルク体、第２磁極、第４磁極及び第３磁極は、環状経路に沿って、第１磁極、第１超伝導バルク体、第２磁極、第４磁極、第３磁極の順に配置されていてもよい。
【0016】
また、他の一態様として、当該超伝導装置は、環状経路に沿って配列された複数の第１超伝導バルク体を含む第１超伝導バルク体群を有し、第１磁極、第１超伝導バルク体群及び第２磁極は、環状経路に沿って、第１磁極、第１超伝導バルク体群、第２磁極の順に配置され、環状経路に沿って、第１磁極から第１超伝導バルク体群を経て第２磁極に戻る磁気回路が形成されてもよい。第１超伝導バルク体群に含まれる複数の第１超伝導バルク体は、複数の第１超伝導バルク体の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、第１磁極から出た磁束が、複数の第１超伝導バルク体を順次通って第２磁極に戻るように、環状経路に沿って配列されていてもよい。
【0017】
また、他の一態様として、複数の第１超伝導バルク体は、互いに間隔を空けて配列されていてもよい。
【0018】
また、他の一態様として、第１超伝導バルク体群は、環状経路に沿って、第１磁極と隣り合い、且つ、第２磁極と隣り合わなくてもよい。複数の第１超伝導バルク体のうち、環状経路に沿って第１磁極に最も近い側に配置された第１超伝導バルク体の、環状経路に垂直な断面の外周長さは、複数の第１超伝導バルク体のうち、環状経路に沿って第１磁極に最も近い側と反対側に配置された第１超伝導バルク体の、環状経路に垂直な断面の外周長さよりも長くてもよい。
【0019】
また、他の一態様として、複数の第１超伝導バルク体の各々の環状経路に垂直な断面の外周長さは、環状経路に沿って、第１磁極に最も近い側から第１磁極に最も近い側と反対側に向かって、複数の第１超伝導バルク体の配列順に減少してもよい。
【0020】
また、他の一態様として、当該超伝導装置は、環状経路に沿って配列された複数の第２超伝導バルク体を含む第２超伝導バルク体群を有し、複数の第２超伝導バルク体の各々は、超伝導状態で磁場を捕捉し、第１磁極、第１超伝導バルク体群、第２超伝導バルク体群及び第２磁極は、環状経路に沿って、第１磁極、第１超伝導バルク体群、第２超伝導バルク体群、第２磁極の順に配置され、環状経路に沿って、第１磁極から第１超伝導バルク体群及び第２超伝導バルク体群を順次経て第２磁極に戻る磁気回路が形成されてもよい。第１超伝導バルク体群に含まれる複数の第１超伝導バルク体、及び、第２超伝導バルク体群に含まれる複数の第２超伝導バルク体は、複数の第１超伝導バルク体及び複数の第２超伝導バルク体の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、第１磁極から出た磁束が、複数の第１超伝導バルク体及び複数の第２超伝導バルク体を順次通って第２磁極に戻るように、環状経路に沿って配列されていてもよい。第２超伝導バルク体群は、環状経路に沿って、第２磁極と隣り合い、複数の第２超伝導バルク体のうち、環状経路に沿って第２磁極に最も近い側に配置された第２超伝導バルク体の、環状経路に垂直な断面の外周長さは、複数の第２超伝導バルク体のうち、環状経路に沿って第２磁極に最も近い側と反対側に配置された第２超伝導バルク体の、環状経路に垂直な断面の外周長さよりも長くてもよい。
【0021】
また、他の一態様として、複数の第２超伝導バルク体の各々の環状経路に垂直な断面の外周長さは、環状経路に沿って、第２磁極に最も近い側から第２磁極に最も近い側と反対側に向かって、複数の第２超伝導バルク体の配列順に減少してもよい。
【0022】
また、他の一態様として、複数の第１超伝導バルク体の各々は、環状経路に沿った軸線を中心とした筒状の第１筒部を含み、複数の第１超伝導バルク体は、複数の第１超伝導バルク体の各々が超伝導状態で軸線に沿った磁場を捕捉することにより、第１磁極から出た磁束が複数の第１超伝導バルク体の各々にそれぞれ含まれる複数の第１筒部を順次通って第２磁極に戻るように、環状経路に沿って配列されていてもよい。
【0023】
また、他の一態様として、複数の第１超伝導バルク体の各々は、環状経路に沿って延在する延在部を含み、複数の第１超伝導バルク体は、複数の第１超伝導バルク体の各々が超伝導状態で環状経路に沿った磁場を捕捉することにより、第１磁極から出た磁束が複数の第１超伝導バルク体の各々にそれぞれ含まれる複数の延在部を順次通って第２磁極に戻るように、環状経路に沿って配列されていてもよい。
【0024】
また、他の一態様として、当該超伝導装置は、磁石部を囲む筒状の第２筒部を含む第３超伝導バルク体を有し、第３超伝導バルク体は、超伝導状態で磁場を捕捉し、それぞれ磁場を捕捉している複数の第１超伝導バルク体と、磁場を捕捉している第３超伝導バルク体と、磁石部と、により磁気回路が形成されてもよい。
【0025】
また、他の一態様として、第１超伝導バルク体は、鉄ニクタイド又は二ホウ化マグネシウムよりなるものでもよい。
【0026】
また、他の一態様として、当該超伝導装置は、第１超伝導バルク体を冷却する冷却部を有し、第１超伝導バルク体が冷却部に冷却されることにより、第１超伝導バルク体が超伝導状態になってもよい。第１超伝導バルク体は、第二種超伝導体よりなり、第１超伝導バルク体は、超伝導状態で、下部臨界磁場を超え且つ上部臨界磁場以下の磁場を、磁束をピン止めすることにより捕捉し、磁場を捕捉している第１超伝導バルク体と磁石部とにより、磁束が通る閉回路である磁気回路が形成され、磁石部の一方の磁極から出た磁束が第１超伝導バルク体を通って磁石部の他方の磁極に戻ってもよい。
【0027】
本発明の一態様としての超伝導装置は、磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置に備えられる。当該超伝導装置は、磁石部を囲む筒状の第１筒部を含む第１超伝導バルク体を有し、第１超伝導バルク体は、超伝導状態で磁場を捕捉し、磁場を捕捉している第１超伝導バルク体と磁石部とにより磁気回路が形成される。
【0028】
また、他の一態様として、当該超伝導装置は、磁石部の外部に設けられた第２超伝導バルク体を有し、第２超伝導バルク体は、超伝導状態で磁場を捕捉し、磁場を捕捉している第２超伝導バルク体と、磁場を捕捉している第１超伝導バルク体と、磁石部と、により磁気回路が形成されてもよい。
【0029】
また、他の一態様として、磁石部は、第１極性を有する第１磁極と、第１極性と反対の第２極性を有する第２磁極と、を有してもよい。第１磁極、第２超伝導バルク体及び第２磁極は、第１軸の周りの環状経路に沿って、第１磁極、第２超伝導バルク体、第２磁極の順に配置され、環状経路に沿って、第１磁極から第２超伝導バルク体を経て第２磁極に戻る磁気回路が形成されてもよい。
【0030】
また、他の一態様として、当該超伝導装置は、環状経路に沿って配列された複数の第２超伝導バルク体を含む第１超伝導バルク体群を有し、第１磁極、第１超伝導バルク体群及び第２磁極は、環状経路に沿って、第１磁極、第１超伝導バルク体群、第２磁極の順に配置され、環状経路に沿って、第１磁極から第１超伝導バルク体群を経て第２磁極に戻る磁気回路が形成されてもよい。第１超伝導バルク体群に含まれる複数の第２超伝導バルク体は、複数の第２超伝導バルク体の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、第１磁極から出た磁束が、複数の第２超伝導バルク体を順次通って第２磁極に戻るように、環状経路に沿って配列されていてもよい。
【0031】
また、他の一態様として、第１超伝導バルク体は、鉄ニクタイド又は二ホウ化マグネシウムよりなるものでもよい。
【0032】
また、他の一態様として、当該超伝導装置は、第１超伝導バルク体を冷却する冷却部を有し、第１超伝導バルク体が冷却部に冷却されることにより、第１超伝導バルク体が超伝導状態になってもよい。第１超伝導バルク体は、第二種超伝導体よりなり、第１超伝導バルク体は、超伝導状態で、下部臨界磁場を超え且つ上部臨界磁場以下の磁場を、磁束をピン止めすることにより捕捉し、磁場を捕捉している第１超伝導バルク体と磁石部とにより、磁束が通る閉回路である磁気回路が形成され、磁石部の一方の磁極から出る磁束が第１筒部の内部を通って磁石部の他方の磁極に戻ってもよい。
【0033】
本発明の一態様としての磁石装置は、磁場を発生させる磁石部と、磁石部の外部に設けられた超伝導装置と、を備えている。超伝導装置は、磁石部の外部に設けられた超伝導バルク体を有し、超伝導バルク体は、超伝導状態で磁場を捕捉し、磁場を捕捉している超伝導バルク体と磁石部とにより磁気回路が形成される。
【0034】
本発明の一態様としての磁石装置は、磁場を発生させる磁石部と、磁石部を囲む超伝導装置と、を備えている。超伝導装置は、磁石部を囲む筒状の筒部を含む超伝導バルク体を有し、超伝導バルク体は、超伝導状態で磁場を捕捉し、磁場を捕捉している超伝導バルク体と磁石部とにより磁気回路が形成される、
【発明の効果】
【0035】
本発明の一態様を適用することで、強磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置において、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を模式的に示す平面図である。
【図2】実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を模式的に示す斜視図である。
【図3】実施の形態の超伝導装置の一部分を模式的に示す斜視図である。
【図4】実施の形態の超伝導装置の一部分を模式的に示す断面図である。
【図5】実施の形態の超伝導装置の他の部分を模式的に示す斜視図である。
【図6】実施の形態の超伝導装置の他の部分を模式的に示す断面図である。
【図7】実施の形態の超伝導装置の第１変形例を模式的に示す断面図である。
【図8】実施の形態の超伝導装置の第２変形例を模式的に示す断面図である。
【図9】実施の形態の磁石装置の第１変形例を模式的に示す平面図である。
【図10】実施の形態の磁石装置の第２変形例を模式的に示す平面図である。
【図11】実施の形態の磁石装置の第３変形例を模式的に示す平面図である。
【図12】実施の形態の磁石装置の第４変形例を模式的に示す平面図である。
【図13】実施の形態の磁石装置の第５変形例を模式的に示す平面図である。
【図14】実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を有するＭＲＩ装置を示すブロック図である。
【図15】実施例１の超伝導装置が有する超伝導バルク体の製造方法の一部のステップを示すフロー図である。
【図16】実施例１の超伝導装置内に配置された５個のホール素子により測定された局所磁束密度の外部磁場依存性を示すグラフである。
【図17】実施例１の超伝導装置内に配置された５個のホール素子により測定された局所磁束密度の時間依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0038】
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【0039】
また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【0040】
更に、実施の形態で用いる図面においては、構造物を区別するために付したハッチング（網掛け）を図面に応じて省略する場合もある。
【0041】
なお、以下の実施の形態においてＡ～Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
【0042】
（実施の形態）
＜磁石装置及び超伝導装置＞
始めに、本発明の一実施形態である実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置及び超伝導装置について説明する。
＜磁石装置及び超伝導装置＞
始めに、本発明の一実施形態である実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置及び超伝導装置について説明する。
【0043】
図１は、実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を模式的に示す平面図である。図２は、実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を模式的に示す斜視図である。なお、図２では、理解を簡単にするために、超伝導装置を備えた磁石装置のうち、超伝導バルク部以外の部分の図示を省略している。また、図１に示す配置は、必ずしも上面から視た場合の配置に限られず、正面から視た場合の配置であってもよい（後述する図９乃至図１３においても同様）。
【0044】
図１及び図２に示すように、本実施の形態の超伝導装置１を備えた磁石装置２は、磁場を発生させる磁石部３を備えている。即ち、本実施の形態の超伝導装置１は、磁石部３を備えた磁石装置２に備えられるものであり、磁石部３の外部に設けられるものである。
【0045】
本実施の形態の超伝導装置１は、磁石部３の外部に設けられ、且つ、第二種超伝導体よりなる超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４を有する。超伝導バルク部４は、超伝導状態で、下部臨界磁場を超え且つ上部臨界磁場以下の磁場を、磁束をピン止めすることにより捕捉し、磁場を捕捉している超伝導バルク部４と磁石部３とにより、磁束が通る閉回路である磁気回路５が形成され、磁石部３の一方の磁極から出た磁束が超伝導バルク部４を通って磁石部３の他方の磁極に戻る。
【0046】
なお、本願明細書において、磁気回路とは、磁束即ち磁力線が通る通路を意味する。或いは、本願明細書において、磁気回路とは、高密度の磁束を運ぶ媒体を意味するか、又は、磁束を漏洩させたくない方向には漏洩させないように、高密度の磁束を捕捉して伝達又は伝搬する通路を意味する。或いは、本願明細書において、磁気回路とは、磁束が通る閉回路であって、所望の位置に磁場又は磁束を閉じ込める閉回路を意味する。このとき、磁気回路の内部の透磁率にも依存するが、磁気回路の内部及び周辺において、全ての磁束のうち磁気回路の内部に閉じ込められて磁気回路の長手方向に沿って周回するものが大部分を占めるか又は全部であり、全ての磁束のうち磁気回路の長手方向と交差するものは一部にすぎないか又は皆無である。
【0047】
具体的には、磁石部３は、第１極性を有する第１磁極としてのＮ極ＰＬ１と、第１極性と反対の第２極性を有する第２磁極としてのＳ極ＰＬ２と、を有する。そして、Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４及びＳ極ＰＬ２は、ある軸６の周りの環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４、Ｓ極ＰＬ２の順に配置されている。
【0048】
また、図１及び図２に示す例では、磁石部３は、環状経路７に沿って互いに間隔を空けて配置された２個の磁石ＭＧ１及びＭＧ２を有し、磁石ＭＧ１は、Ｎ極ＰＬ１と、第２極性を有する第３磁極としてのＳ極ＰＬ３と、を有し、磁石ＭＧ２は、第１極性を有する第４磁極としてのＮ極ＰＬ４と、Ｓ極ＰＬ２と、を有する。Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４、Ｓ極ＰＬ２、Ｎ極ＰＬ４及びＳ極ＰＬ３は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４、Ｓ極ＰＬ２、Ｎ極ＰＬ４、Ｓ極ＰＬ３の順に配置されている。
【0049】
磁石ＭＧ１及びＭＧ２を有する磁石部３として、所謂ヘルムホルツコイルを用いることができる。そして、磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２との間では、磁石ＭＧ１のＳ極ＰＬ３と、磁石ＭＧ２のＮ極ＰＬ４とが対向している。これにより、磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２との間の空間８に、磁場を印加して処理する被処理物（ＭＲＩ装置の場合は、人体等の被検体）を容易に出し入れすることができる。なお、磁石部３として、ネオジム鉄ボロン（ホウ素）合金よりなるネオジム磁石などの強磁性永久磁石を用いることもできる。
【0050】
なお、Ｎ極ＰＬ１、Ｓ極ＰＬ２、Ｓ極ＰＬ３及びＮ極ＰＬ４の全ての極性を、一括して反対の極性に代えてもよい。
【0051】
後述する図１４を用いて説明するように、例えば磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置等が有する磁石装置として、強磁場を発生させる磁石部を備えた磁石装置が用いられている。このような磁石装置においては、磁石部の外部に強磁場が漏洩することを防止又は抑制し、磁石部の周囲での磁場の強度を低減するために、環状経路に沿って、磁石部の一方の磁極から磁性体を経て磁石部の他方の磁極に戻る磁気回路が形成されるように、磁気回路用部材として、鉄等の透磁率の高い磁性体が設けられることがある。この場合、透磁率の高い磁性体に磁場を閉じ込めることにより、磁性体の外部での磁場の強度を低減することができる。このとき、磁石部の外側には、環状経路に沿って、磁石部の一方の磁極（例えばＮ極）から出て、磁性体を通り、他方の磁極（例えばＳ極）に戻る磁気回路が形成される。
【0052】
ところが、鉄等の磁性体の透磁率は、印加される磁場の強度の増加に伴って減少するので、印加される磁場の強度の増加に伴って、磁性体の内部の磁場の強度が徐々に飽和する。磁性体の内部の磁場の強度が飽和すると、それ以上磁場の強度が増加した場合には、磁性体は磁場を磁性体の内部だけに閉じ込めることができないので、磁性体の外部に漏洩する磁場の強度が強くなる。
【0053】
磁場の強度が強い場合でも印加された磁場を磁性体の内部に閉じ込めるためには、磁気回路の断面積、即ち磁性体の環状経路に垂直な断面積を大きくする必要がある。従って、磁気回路用部材として鉄等の磁性体を用いる場合には、磁気回路用部材の体積を大きくする必要があり、磁気回路を小型化又は軽量化することが困難である。
【0054】
一方、本実施の形態では、超伝導状態で磁場を捕捉している超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４と磁石部３とにより、磁気回路５が形成される。超伝導バルク体の場合、超伝導状態での臨界電流密度が十分に大きい場合には、磁性体が飽和するときの磁場である飽和磁場よりも強い磁場を捕捉することができる。言い換えれば、磁性体の飽和磁場よりも強い磁場を、超伝導バルク体の内部に閉じ込めることができる。そのため、強い磁場を超伝導バルク体の内部に閉じ込める場合、磁性体の内部に閉じ込める場合に比べて、磁気回路の断面積、即ち超伝導バルク体の環状経路に垂直な断面積を、小さくすることができる。従って、磁気回路用部材として超伝導バルク体を用いる場合、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる。
【0055】
また、ＭＲＩ装置が有する磁石装置として、強磁場を発生させる磁石部３を備えた磁石装置２が用いられる場合であって、磁石部３が磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２とを有する場合を考える。このような場合には、磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２との間の空間８が開放されているため、磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２との間に、断層画像を撮像することにより検査を受ける被検体として例えば人間が検査のために立ち入った場合でも、閉塞感をあまり感じずに検査を受けることができる。
【0056】
超伝導バルク部４に強磁場を捕捉させて磁気回路を形成する方法として、超伝導バルク部４に強磁場を印加しながら超伝導バルク部４を常伝導状態から超伝導状態に冷却、即ち磁場中冷却することにより、超伝導バルク部４に磁場を捕捉させる方法が考えられる。具体的には、超伝導バルク部４の近傍に磁石部３と異なる磁石部を磁場印加用に設け、磁場印加用に設けられた磁石部を用いて超伝導バルク部４を磁場中冷却することにより、超伝導バルク部４に強磁場を捕捉させて磁気回路を形成することができる。或いは、磁石装置２の外部で磁場中冷却して強磁場を捕捉させた超伝導バルク部４を、強磁場を捕捉させたまま磁石装置２の内部に移動させて磁気回路を形成することができる。或いは、磁石部３に、磁石部３を通常使用する時の磁場よりも強磁場を発生させた状態で超伝導バルク部４を冷却することにより、超伝導バルク部４に強磁場を捕捉させて磁気回路を形成することができる。
【0057】
超伝導バルク部４は、下部臨界磁場Ｈｃ１及び上部臨界磁場Ｈｃ２を有する、所謂第二種超伝導体よりなる。外部磁場が下部臨界磁場Ｈｃ１以下の場合、第二種超伝導体はマイスナー効果を示し、第二種超伝導体中から磁束が排除された状態になり、所謂完全反磁性を示す。また、外部磁場が下部臨界磁場Ｈｃ１を超え且つ上部臨界磁場Ｈｃ２以下の場合、第二種超伝導体中には磁束が侵入するが、第二種超伝導体中に微細に分布する常伝導相等により磁束がピン止めされることで超伝導電流を電気抵抗が零の状態で流すことができ、このように磁束をピン止めすることにより、第二種超伝導体よりなる超伝導バルク部４は、強磁場を捕捉することができる。例えば１０Ｋ程度の温度で、鉄ニクタイドの下部臨界磁場Ｈｃ１は、０．０１～０．０３Ｔ（テスラ）程度であり、鉄ニクタイドの上部臨界磁場Ｈｃ２は５０Ｔよりも大きい。また、例えば１０Ｋ程度の温度で、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）の下部臨界磁場Ｈｃ１は、０．０１～０．０３Ｔ程度であり、ＭｇＢ２の上部臨界磁場Ｈｃ２は、３０Ｔ程度である。
【0058】
なお、後述する実施例１では、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体が２Ｔの磁場を捕捉し、後述する実施例２では、鉄ニクタイドよりなる超伝導バルク体も同様に磁場を捕捉している。そのため、例えばＭｇＢ２及び鉄ニクタイドよりなる本実施の形態の超伝導バルク部４が、第二種超伝導体であり、且つ、マイスナー効果ではなく磁束をピン止めすることにより下部臨界磁場Ｈｃ１を超え且つ上部臨界磁場Ｈｃ２以下の強磁場を捕捉するものであることが分かる。
【0059】
好適には、超伝導バルク部４は、その少なくとも一部が、環状経路７に沿って配列された複数の部材（複数の超伝導バルク体）に分割されていてもよい。このような場合でも、超伝導バルク部４が一体的に形成されている場合と、略同様の効果を得ることができるので、磁石部３と超伝導バルク部４とにより磁気回路５を形成する場合に、超伝導バルク部４を容易に形成即ち製造することができる。以下では、超伝導バルク部４が、全体に亘って、環状経路７に沿って配列された複数の部材に分割された場合を例示して説明するものとする。
【0060】
図１及び図２に示すように、好適には、超伝導バルク部４は、超伝導バルク体群としての部材群を複数有する。即ち、超伝導バルク部４は、部材群ＳＧ１、ＳＧ２及びＳＧ３を有する。部材群ＳＧ１は、環状経路７に沿って配列された超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を複数含む。部材群ＳＧ２は、環状経路７に沿って配列された超伝導バルク体としての部材ＳＢ２を複数含む。部材群ＳＧ３は、環状経路７に沿って配列された超伝導バルク体としての部材ＳＢ３を複数含む。複数の部材ＳＢ１、複数の部材ＳＢ２及び複数の部材ＳＢ３の各々は、超伝導状態で磁場を捕捉する。
【0061】
Ｎ極ＰＬ１、部材群ＳＧ２、部材群ＳＧ１、部材群ＳＧ３、Ｓ極ＰＬ２、Ｎ極ＰＬ４及びＳ極ＰＬ３は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１、部材群ＳＧ２、部材群ＳＧ１、部材群ＳＧ３、Ｓ極ＰＬ２、Ｎ極ＰＬ４、Ｓ極ＰＬ３の順に配置されている。そして、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１から部材群ＳＧ２、部材群ＳＧ１及び部材群ＳＧ３を順次経てＳ極ＰＬ２に戻る磁気回路５が形成される。
【0062】
このような場合、部材群ＳＧ２に含まれる複数の部材ＳＢ２、部材群ＳＧ１に含まれる複数の部材ＳＢ１、及び、部材群ＳＧ３に含まれる複数の部材ＳＢ３は、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１から出た磁束９が、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３を順次通ってＳ極ＰＬ２に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。
【0063】
なお、超伝導バルク部４は、部材群を複数有しなくてもよく、部材群ＳＧ１、ＳＧ２及びＳＧ３のうちいずれかの部材群を有するだけでもよい。
【0064】
図３は、実施の形態の超伝導装置の一部分を模式的に示す斜視図である。図４は、実施の形態の超伝導装置の一部分を模式的に示す断面図である。図３及び図４は、実施の形態の超伝導装置として部材群ＳＧ１を例示して説明する。また、図３及び図４では、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の間にスペーサＳＰ１が配置される例を例示している。
【0065】
図３及び図４に示すように、複数の部材ＳＢ１の各々は、環状経路７に沿った軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ１を含む。複数の部材ＳＢ１は、複数の部材ＳＢ１の各々が軸線１１に沿った磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１（図１参照）から出た磁束９が複数の部材ＳＢ１の各々にそれぞれ含まれる複数の筒部ＣＰ１を順次通ってＳ極ＰＬ２（図１参照）に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。磁場を捕捉した筒部ＣＰ１は、磁気を帯びたチューブ、即ち磁気チューブとして機能する。
【0066】
筒部ＣＰ１が円筒状である場合、図４に示すように、筒部ＣＰ１の軸線１１を中心とした外径を外径ＤＭ１とし、筒部ＣＰ１の内径を内径ＤＭ２とし、筒部ＣＰ１の軸線１１に沿った長さを長さＨＴ１とする。なお、図３では、筒部ＣＰ１が円筒状である例を示すが、筒部ＣＰ１は筒状であればよく、楕円筒状でもよく、四角筒状等の角筒状でもよい。
【0067】
図３に示すように、複数の部材ＳＢ１の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ１は、互いに等しくてもよい。このような場合、複数の部材ＳＢ１の各々の外径を細くすることができ、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる。
【0068】
また、複数の部材ＳＢ１は、互いに間隔を空けて配列されていてもよい。後述する実施例１の超伝導装置において、図１６を用いて説明するように、複数の部材ＳＢ１が互いに間隔を空けて配列される場合でも、軸線１１に沿った強磁場を捕捉することができる。これによっても、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を更に小型化又は軽量化することができる。なお、図４に示すように、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する２個の筒部ＣＰ１の間の間隔をギャップＧＰ１とする。
【0069】
図４に示すように、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の間には、スペーサＳＰ１が配置されていてもよい。これにより、複数の部材ＳＢ１の各々が磁場を捕捉している時に、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１が磁気吸引力により吸着することを防止することができる。なお、図４に示すように、スペーサＳＰ１の軸線１１に沿った長さは、ギャップＧＰ１に等しい。
【0070】
図５は、実施の形態の超伝導装置の他の部分を模式的に示す斜視図である。図６は、実施の形態の超伝導装置の他の部分を模式的に示す断面図である。図５及び図６は、実施の形態の超伝導装置の他の部分として部材群ＳＧ２及びＳＧ３を例示するものであるが、まず、部材群ＳＧ２を例示する場合について説明する。また、図５及び図６では、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ２が互いに間隔を空けて配置されるものの、互いに隣り合う２個の部材ＳＢ２の間にスペーサが配置されない例を図示している。
【0071】
図５及び図６に示すように、複数の部材ＳＢ２の各々も、複数の部材ＳＢ１の各々と同様に、環状経路７に沿った軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ２を含む。複数の部材ＳＢ２は、複数の部材ＳＢ２の各々が軸線１１に沿った磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１（図１参照）から出た磁束９が、複数の部材ＳＢ２の各々にそれぞれ含まれる複数の筒部ＣＰ２を順次通ってＳ極ＰＬ２（図１参照）に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。
【0072】
図１、図２、図５及び図６に示すように、部材群ＳＧ２は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１と隣り合い、且つ、Ｓ極ＰＬ２と隣り合わない。また、複数の部材ＳＢ２のうち、環状経路７に沿ってＮ極ＰＬ１に最も近い側に配置された部材ＳＢ２の、環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２（図５参照）は、複数の部材ＳＢ２のうち、環状経路７に沿ってＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側に配置された部材ＳＢ２の、環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２よりも長い。
【0073】
これにより、部材群ＳＧ２のうちＮ極ＰＬ１に最も近い側では、磁石部３のＮ極ＰＬ１の環状経路７に垂直な断面の外周長さに合わせて、部材ＳＢ２の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２を長くする、即ち部材ＳＢ２を太くすることができる。そのため、磁石部３のＮ極ＰＬ１から出た磁束９よりなる磁場を超伝導バルク部４に効率良く閉じ込めることができる。一方、部材群ＳＧ２のうちＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側では、部材ＳＢ２の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２を短くする、即ち部材ＳＢ２を細くすることができる。そのため、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。
【0074】
なお、部材ＳＢ２の、環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２（図５参照）が環状経路７に沿って一様に変化する場合には、部材ＳＢ２のうち環状経路７に沿って中央に位置する部分の、環状経路７に垂直な断面の外周長さを、外周長さＬＮ２と定義する。
【0075】
好適には、複数の部材ＳＢ２の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１に最も近い側からＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ２の配列順に減少する。
【0076】
これにより、Ｎ極ＰＬ１に最も近い側からＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ２の各々の外周長さＬＮ２を一様に減少させることができる。そのため、Ｎ極ＰＬ１に最も近い側からＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ２の各々に捕捉される磁束９を一様に収束させることができる。よって、複数の部材ＳＢ２の例えば角部等に局所的に磁場が集中することを防止又は抑制することができ、強磁場を複数の部材ＳＢ２により効率良く捕捉することができ、強磁場を効率良く部材群ＳＧ２内に閉じ込めることができる。なお、部材群ＳＧ２のうちＮ極ＰＬ１側の部分は、ラッパ形状即ちトランペット形状若しくはホルン形状、又は、朝顔形状を有していてもよい。
【0077】
次に、図５が部材群ＳＧ３を例示する場合について説明する。この場合、図５及び図６では、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ３が互いに間隔を空けて配置されるものの、互いに隣り合う２個の部材ＳＢ３の間にスペーサが配置されない例を図示している。
【0078】
図５及び図６に示すように、複数の部材ＳＢ３の各々も、複数の部材ＳＢ１の各々と同様に、環状経路７に沿った軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ３を含む。複数の部材ＳＢ３は、複数の部材ＳＢ３の各々が軸線１１に沿った磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１（図１参照）から出た磁束９が、複数の部材ＳＢ３の各々にそれぞれ含まれる複数の筒部ＣＰ３を順次通ってＳ極ＰＬ２（図１参照）に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。なお、図６に示す磁束９の向きは、図５が部材群ＳＧ２を例示する場合の磁束９の向きを示しており、図５が部材群ＳＧ３を例示する場合の磁束９の向きとは逆向きになっている。
【0079】
図１、図２、図５及び図６に示すように、部材群ＳＧ３は、環状経路７に沿って、Ｓ極ＰＬ２と隣り合い、且つ、Ｎ極ＰＬ１と隣り合わない。また、複数の部材ＳＢ３のうち、環状経路７に沿ってＳ極ＰＬ２に最も近い側に配置された部材ＳＢ３の、環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ３（図５参照）は、複数の部材ＳＢ３のうち、環状経路７に沿ってＳ極ＰＬ２に最も近い側と反対側に配置された部材ＳＢ３の、環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ３よりも長い。
【0080】
これにより、部材群ＳＧ３のうちＳ極ＰＬ２に最も近い側では、磁石部３のＳ極ＰＬ２の環状経路７に垂直な断面の外周長さに合わせて、部材ＳＢ３の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ３を長くする、即ち部材ＳＢ３を太くすることができる。そのため、磁石部３のＳ極ＰＬ２に戻る磁束９よりなる磁場を超伝導バルク部４に効率良く閉じ込めることができる。一方、部材群ＳＧ３のうちＳ極ＰＬ２に最も近い側と反対側では、部材ＳＢ３の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ３を短くする、即ち部材ＳＢ３を細くすることができる。そのため、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。
【0081】
好適には、複数の部材ＳＢ３の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ３は、環状経路７に沿って、Ｓ極ＰＬ２に最も近い側からＳ極ＰＬ２に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ３の配列順に減少する。
【0082】
これにより、Ｓ極ＰＬ２に最も近い側と反対側からＳ極ＰＬ２に最も近い側に向かって、複数の部材ＳＢ３の各々の外周長さＬＮ３を一様に増加させることができる。そのため、Ｓ極ＰＬ２に最も近い側と反対側からＳ極ＰＬ２に最も近い側に向かって、複数の部材ＳＢ３の各々に捕捉される磁束９を一様に広げることができる。よって、複数の部材ＳＢ３の例えば角部等に局所的に磁場が集中することを防止又は抑制することができ、強磁場を複数の部材ＳＢ３により効率良く捕捉することができ、強磁場を効率良く部材群ＳＧ３内に閉じ込めることができる。なお、部材群ＳＧ３のうちＳ極ＰＬ２側の部分は、ラッパ形状即ちトランペット形状若しくはホルン形状、又は、朝顔形状を有していてもよい。
【0083】
また、図１に示すように、超伝導装置１は、超伝導バルク部４を冷却する冷却部として、例えばＧＭ冷凍機等の冷凍機２１を有してもよい。冷凍機２１は、磁石部３の外部に設けられ、本体部２２と、コールドヘッド２３と、を含む。また、超伝導装置１は、超伝導バルク部４が外部と断熱された状態で、超伝導バルク部４を格納する低温容器（図示は省略）を有してもよい。超伝導バルク部４と、コールドヘッド２３とは、低温容器内に配置され、超伝導バルク部４は、コールドヘッド２３と熱的に接触される。超伝導バルク部４を冷凍機２１により超伝導バルク部４の臨界温度以下に冷却することにより、超伝導バルク部４を超伝導状態にすることができる。
【0084】
＜超伝導装置の第１変形例＞
図７は、実施の形態の超伝導装置の第１変形例を模式的に示す断面図である。なお、図７は、実施の形態の超伝導装置における部材群ＳＧ１に対応した部材群を、部材群ＳＧ１として示し、部材群ＳＧ１に含まれる複数の部材ＳＢ１のうち、環状経路７に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１を例示して説明する。また、図７では、環状経路７に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の間にスペーサが配置されていない例を例示している。
図７は、実施の形態の超伝導装置の第１変形例を模式的に示す断面図である。なお、図７は、実施の形態の超伝導装置における部材群ＳＧ１に対応した部材群を、部材群ＳＧ１として示し、部材群ＳＧ１に含まれる複数の部材ＳＢ１のうち、環状経路７に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１を例示して説明する。また、図７では、環状経路７に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の間にスペーサが配置されていない例を例示している。
【0085】
図７に示すように、部材群ＳＧ１は、複数の部材ＳＢ１を含み、複数の部材ＳＢ１の各々は、環状経路７に沿って延在する延在部ＥＸ１を含んでもよい。複数の部材ＳＢ１は、複数の部材ＳＢ１の各々が超伝導状態で環状経路７に沿った磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１から出た磁束９が複数の部材ＳＢ１の各々にそれぞれ含まれる複数の延在部ＥＸ１を順次通ってＳ極ＰＬ２に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。
【0086】
部材ＳＢ１が延在部ＥＸ１を含む場合でも、部材ＳＢ１が筒部ＣＰ１（図４参照）を含む場合と同様に、複数の部材ＳＢ１の各々が超伝導状態で環状経路７に沿った磁場を捕捉することにより、磁気回路の断面積、即ち超伝導バルク体の環状経路に垂直な断面積を、小さくすることができる。従って、磁気回路用部材として超伝導バルク体を用いる場合、磁気回路用部材として磁性体を用いる場合に比べて、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる。ただし、部材ＳＢ１が延在部ＥＸ１を含む場合には、部材ＳＢ１が筒部ＣＰ１を含む場合に比べ、重量が増加するため、上記した軽量化の効果は、ある程度小さくなる。
【0087】
或いは、複数の部材ＳＢ１の各々は、環状経路７に垂直な表面及び裏面を有する板部ＰＰ１を含んでもよい。複数の部材ＳＢ１は、複数の部材ＳＢ１の各々が超伝導状態で環状経路７に沿った磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１から出た磁束９が複数の部材ＳＢ１の各々にそれぞれ含まれる複数の板部ＰＰ１を順次通ってＳ極ＰＬ２に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。
【0088】
部材ＳＢ１が板部ＰＰ１を含む場合でも、部材ＳＢ１が筒部ＣＰ１（図４参照）を含む場合と同様に、複数の部材ＳＢ１の各々が超伝導状態で環状経路７に沿った磁場を捕捉することにより、磁気回路の断面積、即ち超伝導バルク体の環状経路に垂直な断面積を、小さくすることができる。従って、磁気回路用部材として超伝導バルク体を用いる場合、磁気回路用部材として磁性体を用いる場合に比べて、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる。
【0089】
図７に示すように、複数の部材ＳＢ１の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ１（図３参照）は、互いに等しくてもよい。即ち、複数の部材ＳＢ１の各々の軸線１１を中心とした外径ＤＭ１は、互いに等しくてもよい。このような場合、複数の部材ＳＢ１の各々の外径ＤＭ１を細くすることができ、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。
【0090】
また、複数の部材ＳＢ１は、互いに間隔を空けて配列されていてもよい。これによっても、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。
【0091】
なお、部材ＳＢ１が延在部ＥＸ１を含むとは、例えば、部材ＳＢ１の外径ＤＭ１に対する、部材ＳＢ１の軸線１１に沿った長さＨＴ１の比が、１を超える場合を意味する。また、部材ＳＢ１が板部ＰＰ１を含むとは、例えば、部材ＳＢ１の外径ＤＭ１に対する、部材ＳＢ１の軸線１１に沿った長さＨＴ１の比が、１以下の場合を意味する。
【0092】
＜超伝導装置の第２変形例＞
図８は、実施の形態の超伝導装置の第２変形例を模式的に示す断面図である。なお、図８は、実施の形態の超伝導装置における部材群ＳＧ２に対応した部材群を、部材群ＳＧ２として例示して説明する。また、図８では、環状経路７に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ２の間にスペーサが配置されていない例を例示している。
図８は、実施の形態の超伝導装置の第２変形例を模式的に示す断面図である。なお、図８は、実施の形態の超伝導装置における部材群ＳＧ２に対応した部材群を、部材群ＳＧ２として例示して説明する。また、図８では、環状経路７に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ２の間にスペーサが配置されていない例を例示している。
【0093】
図８に示すように、部材群ＳＧ２は、複数の部材ＳＢ２を含み、複数の部材ＳＢ２の各々は、環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２（図５参照）が環状経路７に沿って一様に変化する台部ＴＬ２を含んでもよい。複数の部材ＳＢ２は、複数の部材ＳＢ２の各々が超伝導状態で環状経路７に沿った磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１から出た磁束が複数の部材ＳＢ２の各々にそれぞれ含まれる複数の台部ＴＬ２を順次通ってＳ極ＰＬ２に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。
【0094】
部材ＳＢ２が台部ＴＬ２を含む場合でも、部材ＳＢ２が筒部ＣＰ２（図６参照）を含む場合と同様に、複数の部材ＳＢ２の各々が超伝導状態で環状経路７に沿った磁場を捕捉することにより、磁気回路の断面積、即ち超伝導バルク体の環状経路に垂直な断面積を、小さくすることができる。従って、磁気回路用部材として超伝導バルク体を用いる場合、磁気回路用部材として磁性体を用いる場合に比べて、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる。ただし、部材ＳＢ２が台部ＴＬ２を含む場合には、部材ＳＢ２が筒部ＣＰ２を含む場合に比べ、重量が増加するため、上記した軽量化の効果は、ある程度小さくなる。
【0095】
好適には、複数の部材ＳＢ２の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ２（図５参照）は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１に最も近い側からＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ２の配列順に減少する。
【0096】
これにより、Ｎ極ＰＬ１に最も近い側からＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ２の各々の外周長さＬＮ２を一様に減少させることができる。そのため、Ｎ極ＰＬ１に最も近い側からＮ極ＰＬ１に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ２の各々に捕捉される磁束９を一様に収束させることができる。よって、複数の部材ＳＢ２の例えば角部等に局所的に磁場が集中することを防止又は抑制することができる。また、部材ＳＢ２が筒部ＣＰ２を含む場合に比べれば、効果は若干小さくなるものの、強磁場を複数の部材ＳＢ２により効率良く捕捉することができ、強磁場を効率良く部材群ＳＧ２内に閉じ込めることができる。
【0097】
なお、部材群ＳＧ２に含まれる部材ＳＢ２が台部ＴＬ２を含むのと同様に、部材群ＳＧ３に含まれる部材ＳＢ３が台部ＴＬ３を含んでもよい。このとき、複数の部材ＳＢ３の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ３（図５参照）が、環状経路７に沿って、Ｓ極ＰＬ２に最も近い側からＳ極ＰＬ２に最も近い側と反対側に向かって、複数の部材ＳＢ３の配列順に減少してもよい。これにより、部材ＳＢ３が筒部ＣＰ３（図６参照）を含む場合に比べれば、効果は若干小さくなるものの、磁気回路用部材の体積をある程度は小さくすることができ、磁気回路をある程度は小型化又は軽量化することができる。
【0098】
＜超伝導バルク体の材料＞
超伝導バルク体として、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）の焼結体バルク又は鉄ニクタイドの焼結体バルクを用いることができる。即ち、超伝導バルク部４は、二ホウ化マグネシウム又は鉄ニクタイドよりなることが好ましい。
超伝導バルク体として、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）の焼結体バルク又は鉄ニクタイドの焼結体バルクを用いることができる。即ち、超伝導バルク部４は、二ホウ化マグネシウム又は鉄ニクタイドよりなることが好ましい。
【0099】
ＭｇＢ２の臨界温度Ｔｃは、約３９Ｋであり、ＮｂＴｉ合金の臨界温度（９Ｋ）、及び、Ｎｂ３Ｓｎの臨界温度（１８Ｋ）のいずれよりも高い。そのため、ＭｇＢ２は、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）に比べて極めて高い温度である１０～３０Ｋ程度の温度で超伝導状態を維持することができ、超伝導バルク体を冷却する冷却方法として、液体ヘリウムに代えて冷凍機を用いた冷却方法を用いることができる。これにより、本実施の形態の超伝導装置を磁石装置の磁気回路用部材として用いる場合でも、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。
【0100】
また、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体は、ＭｇＢ２の焼結体よりなり、その合成方法としては、各種の方法があるものの、例えばマグネシウム（Ｍｇ）とホウ素（Ｂ）の粉末とを混合した混合物を成型した成型体を焼結することにより容易に形成することができる。これにより、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体として、大型の超伝導バルク体を容易に形成することができる。従って、大型の超伝導バルク体を用いて、本実施の形態の超伝導装置を容易に大型化することができるので、本実施の形態の超伝導装置を、鉄等の磁性体に代えて、強磁場を発生させる磁石装置の磁気回路用部材として、容易に用いることができる。このような観点でも、本実施の形態の超伝導装置を、鉄等の磁性体に代えて、磁石装置の磁気回路用部材として用いる場合に、磁気回路を容易に小型化又は軽量化することができる。
【0101】
また、ＭｇＢ２の結晶中の臨界電流密度の方向依存性が小さい。即ち、ＭｇＢ２の臨界電流密度特性は、異方性が小さく、略等方的である。そのため、ＭｇＢ２の焼結体よりなる超伝導バルク体については、隣り合う２個の結晶粒の各々の配向方向のなす角度が０°から離れた場合でも、当該２個の結晶粒の間の界面を横切って流れる臨界電流密度が大きく減少することはない。そのため、ＭｇＢ２の焼結体よりなる超伝導バルク体については、超伝導バルク体を形成する際に、結晶粒の配向方向を制御する必要がないので、大型の超伝導バルク体を容易に形成することができる。
【0102】
ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体におけるＭｇＢ２の平均粒径は、磁場を捕捉する観点からは、可能な限り小さい方が良いので、当該平均粒径の下限値は、１０～２０ｎｍであるものの、当該下限値以上の範囲においては、当該平均粒径は、２００～４００ｎｍであることがより好ましい。ＭｇＢ２の平均粒径が２００ｎｍ以上の場合、ＭｇＢ２の平均粒径が２００ｎｍ未満の場合に比べ、平均粒径を所望の値に容易に調整することができる。一方、ＭｇＢ２の平均粒径が４００ｎｍ以下の場合、ＭｇＢ２の平均粒径が４００ｎｍを超える場合に比べ、超伝導バルク体の内部構造の均一性を容易に高めることができ、臨界電流密度を容易に向上させることができる。
【0103】
鉄ニクタイドは、鉄（Ｆｅ）とヒ素（Ａｓ）等の第１５族元素との化合物を意味する。鉄ニクタイドの臨界温度Ｔｃは、組成により異なるものの、ＭｇＢ２の臨界温度Ｔｃと同程度か、ＭｇＢ２の臨界温度Ｔｃよりも高い。そのため、磁石装置の磁気回路用部材として、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体に代えて鉄ニクタイドよりなる超伝導バルク体を用いる場合でも、磁気回路用部材として鉄等の磁性体を用いる場合に比べて磁気回路を容易に小型化又は軽量化する効果については、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体を用いた場合と同程度の効果、又は、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体を用いた場合よりも大きな効果が得られる。
【0104】
鉄ニクタイドとして用いられる材料として、ＲＥＦｅＡｓＯ１－ｘＦｘ（０＜ｘ＜１、ＲＥは希土類元素）、（ＡＥ，Ａ）（Ｆｅ，ＴＭ）２（Ａｓ，Ｐｎ）２（ＡＥはアルカリ土類元素、Ａはアルカリ元素、ＴＭは遷移金属元素、Ｐｎはニクトゲン元素）、Ａ１－ｘ（Ｆｅ，ＴＭ）（Ａｓ，Ｐｎ）（０＜ｘ＜１、Ａはアルカリ元素、ＴＭは遷移金属元素、Ｐｎはニクトゲン元素）、ＳｍＦｅＡｓＯ１－ｘＨｘ（０＜ｘ＜１）、ＮｄＦｅＡｓＯ１－ｘＨｘ（０＜ｘ＜１）、ＣｅＦｅＡｓＯ１－ｘＨｘ（０＜ｘ＜１）、ＬａＦｅＡｓＯ１－ｘＨｘ（０＜ｘ＜１）、ＳｍＦｅＡｓ１－ｙＰｙＯ１－ｘＨｘ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、ＬａＦｅ１－ｙＺｎｙＡｓＯ１－ｘＨｘ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、ＬａＦｅＡｓＯ０．８５Ｈｘ（０≦ｘ≦０．８５）、ＬａＦｅＡｓＯ１－ｘ（０＜ｘ＜１）、ＣａＦｅ１－ｘＣｏｘＡｓＨ（０＜ｘ＜１）、Ｃａ１－ｘＬａｘＦｅＡｓＨ（０＜ｘ＜１）、Ｃａ１－ｘＳｍｘＦｅＡｓＨ（０＜ｘ＜１）、ＣａＦｅＡｓＦ１－ｘ（０＜ｘ＜１）、Ｓｒ１－ｘＬａｘＦｅ２Ａｓ２（０＜ｘ＜１）、（Ｂａ，Ｌａ）Ｆｅ２Ａｓ２、（Ｂａ，Ｃｅ）Ｆｅ２Ａｓ２、（Ｂａ，Ｐｒ）Ｆｅ２Ａｓ２、（Ｂａ，Ｎｄ）Ｆｅ２Ａｓ２、（Ｓｒ，Ｌａ）Ｆｅ２Ａｓ２、（Ｃａ，Ｌａ）Ｆｅ２（Ａｓ，Ｐ）２、Ｂａ（Ｆｅ，Ｐｔ）２Ａｓ２、（Ｃａ，Ｌａ）ＦｅＡｓ２、（Ｃａ，Ｌａ）Ｆｅ（Ａｓ，Ｓｂ）２、（Ｃａ，ＲＥ）Ｆｅ（Ａｓ，Ｓｂ）２（ＲＥ＝Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ）、Ｃａ１０（Ｉｒ４Ａｓ８）（Ｆｅ２Ａｓ２）５、Ｎａ０．６５Ｆｅ１．９３Ｓｅ２、（Ｎａ，ＮＨ３）Ｆｅ２Ｓｅ２、ＬａＦｅＡｓ（Ｏ，Ｃ２）が挙げられる。即ち、鉄ニクタイドは、上記した組成式で表される化合物からなる群から選択された一種以上よりなることが好ましい。
【0105】
＜磁石装置の第１変形例＞
図９は、実施の形態の磁石装置の第１変形例を模式的に示す平面図である。
図９は、実施の形態の磁石装置の第１変形例を模式的に示す平面図である。
【0106】
図９に示すように、磁石部３は、環状経路７に沿って設けられた１個の磁石ＭＧ３のみを有し、磁石部３は、第１極性を有する第１磁極としてのＮ極ＰＬ１と、第１極性と反対の第２極性を有する第２磁極としてのＳ極ＰＬ２と、のみを有してもよい。そして、Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４及びＳ極ＰＬ２は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４、Ｓ極ＰＬ２の順に配置されていてもよい。
【0107】
このような場合、磁石部３が所謂ヘルムホルツコイルよりなる場合に比べれば、磁石部３の内部の空間８に、例えば人体等の被検体を出し入れしにくくなるものの、磁気回路用部材として磁性体を用いる場合に比べて、磁気回路用部材の体積を小さくする効果が得られ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化する効果が得られる。
【0108】
＜磁石装置の第２変形例＞
図１０は、実施の形態の磁石装置の第２変形例を模式的に示す平面図である。
図１０は、実施の形態の磁石装置の第２変形例を模式的に示す平面図である。
【0109】
図１０に示すように、超伝導バルク部４は、部材群ＳＧ２及びＳＧ３（図１参照）を有さず、部材群ＳＧ１のみを有してもよい。そして、環状経路７のうちＮ極ＰＬ１から出てＳ極ＰＬ２に戻る部分において、複数の部材ＳＢ１の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ１（図３参照）は、互いに等しくてもよい。このような場合、前述した図１及び図２を用いて説明した実施の形態の磁石装置に比べれば効果の程度は小さくなるものの、磁気回路用部材として磁性体を用いる場合に比べて、磁気回路用部材の体積をある程度小さくすることができ、磁気回路をある程度小型化又は軽量化することができる。
【0110】
＜磁石装置の第３変形例＞
図１１は、実施の形態の磁石装置の第３変形例を模式的に示す平面図である。
図１１は、実施の形態の磁石装置の第３変形例を模式的に示す平面図である。
【0111】
図１１に示すように、超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４は、環状経路７に沿って分割されておらず、一体的に形成されていてもよい。このような場合、超伝導バルク部４を一体的に形成する点で、前述した図１及び図２を用いて説明した実施の形態の磁石装置に比べれば、超伝導バルク部４を容易に形成しにくくなるものの、磁気回路用部材の体積をある程度小さくすることができ、磁気回路をある程度小型化又は軽量化することができる。
【0112】
＜磁石装置の第４変形例＞
実施の形態の磁石装置では、超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４は、磁石部３の外部に設けられていた。しかし、超伝導バルク部４の端部が磁石部３を囲み、磁石部３の一部が、超伝導バルク部４の端部の内部に入り込んでいてもよい。このような磁石装置を、磁石装置の第４変形例として説明する。
実施の形態の磁石装置では、超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４は、磁石部３の外部に設けられていた。しかし、超伝導バルク部４の端部が磁石部３を囲み、磁石部３の一部が、超伝導バルク部４の端部の内部に入り込んでいてもよい。このような磁石装置を、磁石装置の第４変形例として説明する。
【0113】
【0114】
図１２に示すように、本第４変形例の磁石装置に備えられた超伝導装置は、超伝導バルク体としての超伝導バルク部４を有する。また、超伝導バルク部４は、磁石ＭＧ１即ち磁石部３の一部分を囲む筒状の筒部ＣＰ５を含む、超伝導バルク体としての部材ＳＢ４と、磁石ＭＧ２即ち磁石部３の他の部分を囲む筒状の筒部ＣＰ６を含む、超伝導バルク体としての部材ＳＢ５と、を有する。部材ＳＢ４及び部材ＳＢ５の各々は、第二種超伝導体よりなり、超伝導状態で、下部臨界磁場を超え且つ上部臨界磁場以下の磁場を、磁束をピン止めすることにより捕捉する。
【0115】
図１２に示す例では、複数の部材ＳＢ２を含む部材群ＳＧ２、複数の部材ＳＢ１を含む部材群ＳＧ１、及び、複数の部材ＳＢ３を含む部材群ＳＧ３については、前述した図１を用いて説明した実施の形態の磁石装置と同様にすることができる。
【0116】
また、図１２に示す例では、部材ＳＢ４、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１、複数の部材ＳＢ３及び部材ＳＢ５は、ある軸６の周りの環状経路７に沿って、部材ＳＢ４、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１、複数の部材ＳＢ３、部材ＳＢ５の順に配置されている。即ち、Ｎ極ＰＬ１、部材群ＳＧ２、部材群ＳＧ１、部材群ＳＧ３及びＳ極ＰＬ２は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１、部材群ＳＧ２、部材群ＳＧ１、部材群ＳＧ３、Ｓ極ＰＬ２の順に配置されている。そして、磁場を捕捉している部材ＳＢ４と、それぞれ磁場を捕捉している複数の部材ＳＢ２と、それぞれ磁場を捕捉している複数の部材ＳＢ１と、それぞれ磁場を捕捉している複数の部材ＳＢ３と、磁場を捕捉している部材ＳＢ５と、磁石部３と、により磁気回路５が形成される。即ち、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１から、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３を順次経てＳ極ＰＬ２に戻る磁気回路５が形成される。なお、筒部ＣＰ５及びＣＰ６は、いずれも環状経路７に沿った軸線１１（図３参照）を中心とした筒状の筒部である。また、Ｎ極ＰＬ１から出る磁束は、筒部ＣＰ５の内部、及び、筒部ＣＰ６の内部を順次通ってＳ極ＰＬ２に戻る。
【0117】
図１２に示す例では、部材群ＳＧ２に含まれる複数の部材ＳＢ２、部材群ＳＧ１に含まれる複数の部材ＳＢ１、及び、部材群ＳＧ３に含まれる複数の部材ＳＢ３は、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１から出た磁束が、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３を順次通ってＳ極ＰＬ２に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。
【0118】
なお、図１２では、超伝導装置が２個の部材ＳＢ４と、２個の部材ＳＢ５と、を有する場合を例示して説明するが、部材ＳＢ４の数は１個以上であればよく、部材ＳＢ５の数は１個以上であればよい。また、本第４変形例でも、実施の形態と同様に、部材ＳＢ４及びＳＢ５を含む超伝導バルク部４は、二ホウ化マグネシウム又は鉄ニクタイドよりなることが好ましい。また、本第４変形例でも、実施の形態と同様に、超伝導装置は、部材ＳＢ４及びＳＢ５を含む超伝導バルク部４を冷却する冷却部として、例えばＧＭ冷凍機等の冷凍機２１を有してもよい。
【0119】
本第４変形例でも、実施の形態と同様に、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。一方、本第４変形例では、超伝導バルク部４の端部が磁石部３を囲み、磁石部３の一部が、超伝導バルク部４の端部の内部に入り込んでいる。そのため、本第４変形例では、実施の形態に比べ、磁石部３の周辺において、強い磁場を超伝導バルク部４に効率良く閉じ込めることができる。
【0120】
なお、超伝導バルク部４が、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３のいずれも有さず、部材ＳＢ４又は部材ＳＢ５のみを有してもよい。このとき、磁場を捕捉している部材ＳＢ４又は磁場を捕捉している部材ＳＢ５と、磁石部３と、により磁気回路５が形成される。このような場合でも、磁石装置に超伝導バルク部４が備えられていない場合に比べれば、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。
【0121】
また、超伝導バルク部４のうち、部材ＳＢ４及びＳＢ５以外の部分が、図１０に示したように、部材群ＳＧ２及びＳＧ３を有さず、部材群ＳＧ１のみを有してもよく、環状経路７のうちＮ極ＰＬ１から出てＳ極ＰＬ２に戻る部分において、複数の部材ＳＢ１の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さＬＮ１（図３参照）が、互いに等しくてもよい。或いは、超伝導バルク部４のうち、部材ＳＢ４及びＳＢ５以外の部分が、図１１に示したように、環状経路７に沿って分割されておらず、一体的に形成されていてもよい。その他、部材群ＳＧ１、ＳＧ２及びＳＧ３については、図７に示した部材群ＳＧ１、又は、図８に示した部材群ＳＧ２若しくは部材群ＳＧ３と同様にすることができる。
【0122】
＜磁石装置の第５変形例＞
実施の形態の磁石装置では、超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４は、磁石部３の外部に設けられていた。しかし、超伝導バルク部４の途中の部分が磁石部を囲み、磁石部が超伝導バルク部４の途中の部分の内部に設けられていてもよい。このような磁石装置を、磁石装置の第５変形例として説明する。
実施の形態の磁石装置では、超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４は、磁石部３の外部に設けられていた。しかし、超伝導バルク部４の途中の部分が磁石部を囲み、磁石部が超伝導バルク部４の途中の部分の内部に設けられていてもよい。このような磁石装置を、磁石装置の第５変形例として説明する。
【0123】
【0124】
図１３に示すように、本第５変形例の磁石装置は、磁石部３（図１参照）に代え、超伝導バルク体、即ち超伝導バルク部４の途中の内部に設けられた磁石部３ａを備えている。磁石部３ａは、磁石ＭＧ４を有し、磁石ＭＧ４は、第１極性を有する第１磁極としてのＮ極ＰＬ１と、第１極性と反対の第２極性を有する第２磁極としてのＳ極ＰＬ２と、を有する。
【0125】
また、本第５変形例の磁石装置に備えられた超伝導装置は、超伝導バルク体としての超伝導バルク部４を有する。また、超伝導バルク部４は、磁石ＭＧ４即ち磁石部３ａを囲む筒状の筒部ＣＰ７を含む、超伝導バルク体としての部材ＳＢ６を有する。筒部ＣＰ７は、環状経路７に沿った軸線１１（図３参照）を中心とした筒状の筒部である。部材ＳＢ６は、第二種超伝導体よりなり、超伝導状態で、下部臨界磁場を超え且つ上部臨界磁場以下の磁場を、磁束をピン止めすることにより磁場を捕捉する。そして、Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４及びＳ極ＰＬ２は、ある軸６の周りの環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１、超伝導バルク部４、Ｓ極ＰＬ２の順に配置されている。
【0126】
図１３に示す例では、複数の部材ＳＢ２を含む部材群ＳＧ２、複数の部材ＳＢ１を含む部材群ＳＧ１、及び、複数の部材ＳＢ３を含む部材群ＳＧ３については、前述した図１を用いて説明した実施の形態の磁石装置と同様にすることができる。一方、図１３に示す例では、複数の部材ＳＢ２と、複数の部材ＳＢ１との間に、部材ＳＢ６が配置され、複数の部材ＳＢ２と、部材ＳＢ６との間に、複数の部材ＳＢ７を含む、超伝導バルク体群としての部材群ＳＧ４が配置されている。複数の部材ＳＢ７の各々は、環状経路７に沿った軸線１１（図３参照）を中心とした筒状の筒部ＣＰ８を含む。複数の部材ＳＢ７を含む部材群ＳＧ４については、複数の部材ＳＢ１を含む部材群ＳＧ１と同様にすることができる。なお、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ７、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３は、磁石部３ａの外部に設けられている。また、複数の部材ＳＢ７の各々は、超伝導状態で磁場を捕捉する。
【0127】
また、図１３に示す例では、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ７、部材ＳＢ６、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３は、ある軸６の周りの環状経路７に沿って、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ７、部材ＳＢ６、複数の部材ＳＢ１、複数の部材ＳＢ３の順に配置されている。即ち、Ｎ極ＰＬ１、部材群ＳＧ１、部材群ＳＧ３、部材群ＳＧ２、部材群ＳＧ４及びＳ極ＰＬ２は、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１、部材群ＳＧ１、部材群ＳＧ３、部材群ＳＧ２、部材群ＳＧ４、Ｓ極ＰＬ２の順に配置されている。そして、それぞれ磁場を捕捉している複数の部材ＳＢ２と、それぞれ磁場を捕捉している複数の部材ＳＢ７と、磁場を捕捉している部材ＳＢ６と、それぞれ磁場を捕捉している複数の部材ＳＢ１と、それぞれ磁場を捕捉している複数の部材ＳＢ３と、磁石部３ａと、により磁気回路５が形成される。即ち、環状経路７に沿って、Ｎ極ＰＬ１から、複数の部材ＳＢ１、複数の部材ＳＢ３、複数の部材ＳＢ２及び複数の部材ＳＢ７を順次経てＳ極ＰＬ２に戻る磁気回路５が形成される。また、Ｎ極ＰＬ１から出る磁束は、筒部ＣＰ７の内部を通ってＳ極ＰＬ２に戻る。
【0128】
図１３に示す例では、部材群ＳＧ１に含まれる複数の部材ＳＢ１、部材群ＳＧ３に含まれる複数の部材ＳＢ３、部材群ＳＧ２に含まれる複数の部材ＳＢ２、及び、部材群ＳＧ４に含まれる複数の部材ＳＢ７は、複数の部材ＳＢ１、複数の部材ＳＢ３、複数の部材ＳＢ２及び複数の部材ＳＢ７の各々が超伝導状態で磁場を捕捉することにより、Ｎ極ＰＬ１から出た磁束が、複数の部材ＳＢ１、複数の部材ＳＢ３、複数の部材ＳＢ２及び複数の部材ＳＢ７を順次通ってＳ極ＰＬ２に戻るように、環状経路７に沿って配列されている。
【0129】
本第５変形例でも、実施の形態と同様に、部材ＳＢ６を含む超伝導バルク部４は、二ホウ化マグネシウム又は鉄ニクタイドよりなることが好ましい。また、本第５変形例でも、実施の形態と同様に、超伝導装置は、部材ＳＢ６を含む超伝導バルク部４を冷却する冷却部として、例えばＧＭ冷凍機等の冷凍機２１を有してもよい。
【0130】
本第５変形例では、超伝導バルク部４の途中の部分が磁石部３ａを囲み、磁石部３ａが超伝導バルク部４の途中の部分の内部に設けられている。このような場合でも、実施の形態と同様に、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。そのため、実施の形態に比べて、磁石部が配置される位置を変更することができるので、磁石装置の設計の自由度を向上させることができる。
【0131】
なお、超伝導バルク部４が、複数の部材ＳＢ２、複数の部材ＳＢ７、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ３のいずれも有さず、部材ＳＢ６のみを有してもよい。このとき、磁場を捕捉している部材ＳＢ６と、磁石部３ａと、により磁気回路５が形成される。このような場合でも、磁石装置に超伝導バルク部４が備えられていない場合に比べれば、磁気回路用部材の体積を小さくすることができ、磁気回路を小型化又は軽量化することができる。
【0132】
また、超伝導バルク部４のうち、部材ＳＢ６以外の部分が、図１０に示したように、部材群ＳＧ２及びＳＧ３を有さず、部材群ＳＧ１及びＳＧ４のみを有してもよく、環状経路７のうちＮ極ＰＬ１から出てＳ極ＰＬ２に戻る部分において、複数の部材ＳＢ１及び複数の部材ＳＢ７の各々の環状経路７に垂直な断面の外周長さが、互いに等しくてもよい。
【0133】
＜ＭＲＩ装置＞
次に、本実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を有するＭＲＩ装置について説明する。
次に、本実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を有するＭＲＩ装置について説明する。
【0134】
図１４は、実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置を有するＭＲＩ装置を示すブロック図である。
【0135】
ＭＲＩ装置３１は、核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance：ＮＭＲ）現象を利用して被検体３２の生体組織の断層画像を得る。ＭＲＩ装置３１は、図１４に示すように、静磁場発生磁石３３と、傾斜磁場コイル３４及び傾斜磁場電源３５と、ＲＦ（Radio Frequency）送信コイル３６及びＲＦ送信部３７と、ＲＦ受信コイル３８及び信号処理部３９と、計測制御部４１と、を備えている。なお、図１４では図示を省略するが、ＭＲＩ装置３１は、ＭＲＩ装置３１全体を制御する全体制御部と、計測操作を行い、且つ、計測結果等を表示する表示・操作部と、被検体３２を静磁場発生磁石３３の内部に出し入れする搬送装置と、を備えていてもよい。
【0136】
静磁場発生磁石３３として、本実施の形態の超伝導装置である超伝導装置１及び磁石部３（図１参照）を備えた磁石装置２を用いることができる。前述した図１及び図２を用いて説明したように、磁石装置２に備えられる磁石部３（図１参照）は、環状経路７（図１参照）に沿った直流磁場を発生させるものであればよい。このような磁石部３（図１参照）として、永久磁石、又は、銅線等を巻回した常伝導コイル又は超伝導線を巻回した超伝導コイル等の電磁石、を用いることができる。なお、図１４に示す例では、前述した図１を用いて説明したように、静磁場発生磁石３３、即ち磁石装置２に備えられる磁石部３（図１参照）として、ヘルムホルツコイルよりなる電磁石が設けられている。
【0137】
傾斜磁場コイル３４は、ＭＲＩ装置３１の実空間座標系（静止座標系）における互いに交差、好適には直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向の各々を中心としてそれぞれ巻回された３個のコイルを含む。傾斜磁場コイル３４は、傾斜磁場電源３５に接続されている。傾斜磁場電源３５は、傾斜磁場コイル３４に電流を供給する。具体的には、傾斜磁場電源３５は、計測制御部４１による制御に従って、傾斜磁場コイル３４に電流を供給する。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向に傾斜磁場が発生する。従って、傾斜磁場コイル３４と傾斜磁場電源３５とにより、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生部が形成される。
【0138】
ＲＦ送信コイル３６は、被検体３２にＲＦパルス信号を照射するコイルである。ＲＦ送信コイル３６は、ＲＦ送信部３７に接続されている。ＲＦ送信部３７は、ＲＦ送信コイル３６に、高周波パルス電流を供給する。これにより、被検体３２の生体組織を構成する原子のスピンにＮＭＲ現象が誘起される。具体的には、ＲＦ送信部３７は、計測制御部４１による制御に従って、高周波パルス電流を振幅変調し、増幅してＲＦ送信コイル３６に供給することにより、ＲＦパルス信号が被検体３２に照射される。従って、ＲＦ送信コイル３６とＲＦ送信部３７とにより、ＲＦパルス信号を発生させるＲＦパルス発生部が形成される。
【0139】
ＲＦ受信コイル３８は、被検体３２の生体組織のＮＭＲ現象により放出されるエコー信号を受信するコイルである。ＲＦ受信コイル３８は、信号処理部３９に接続されている。ＲＦ受信コイル３８が受信したエコー信号は、信号処理部３９に送られる。
【0140】
信号処理部３９は、ＲＦ受信コイル３８により受信されたエコー信号の検出処理を行う。具体的には、信号処理部３９は、計測制御部４１による制御に従って、受信されたエコー信号を増幅し、直交位相検波により直交する二系統の信号に分割し、それぞれを一定数だけサンプリングし、サンプリングされた信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータとしてのエコーデータを取得する。そして、信号処理部３９は、エコーデータに対して各種処理を行い、処理が行われたエコーデータを計測制御部４１に送る。
【0141】
計測制御部４１は、被検体３２の断層画像の形成に必要なエコーデータを収集するため、傾斜磁場電源３５、ＲＦ送信部３７及び信号処理部３９に制御信号を送信してこれらを制御する制御部である。
【0142】
具体的には、計測制御部４１は、ある一定の撮像シーケンスの制御データに基づいて、傾斜磁場電源３５、ＲＦ送信部３７及び信号処理部３９を制御して、被検体３２へのＲＦパルス信号の照射及び傾斜磁場パルスの印加と、被検体３２からのエコー信号の検出と、を繰り返して実行し、被検体３２の撮像領域についての断層画像の形成に必要なエコーデータを収集する。
【0143】
ＭＲＩ装置３１が有する磁石装置としての静磁場発生磁石３３が発生させる磁場の強度は、ＭＲＩ装置以外の装置が有する磁石装置が発生させる磁場の強度に比べて強い。そのため、ＭＲＩ装置３１が有する静磁場発生磁石３３において、磁場を磁気回路の内部に閉じ込めるために、磁気回路の断面積を大きくする必要があり、磁気回路用部材として鉄等の磁性体を用いる場合には、磁性体の体積を大きくする必要性が増加する。従って、ＭＲＩ装置が有する磁石装置において、磁気回路を小型化又は軽量化することができない、という課題は、ＭＲＩ装置以外の装置が有する磁石装置において、磁気回路を小型化又は軽量化することができない、という課題に比べて、顕著なものである。
【0144】
よって、本実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置をＭＲＩ装置が有する磁石装置として用いる場合、磁気回路を小型化又は軽量化できるという効果は、本実施の形態の超伝導装置を備えた磁石装置をＭＲＩ装置以外の装置が有する磁石装置として用いる場合に比べて、顕著なものになる。
【0145】
前述した図１及び図２を用いて説明したように、磁石装置２に備えられる磁石部３が磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２とを有し、ヘルムホルツコイルよりなる場合を考える。このような場合、磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２との間の空間８が開放されているため、磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２との間に、被検体として例えば人間が検査のために立ち入った場合でも、閉塞感をあまり感じずに検査を受けることができる。
【0146】
一方、前述した図９を用いて説明したように、磁石装置２に備えられる磁石部３が磁石ＭＧ３のみを有する場合を考える。このような場合には、磁石部３が磁石ＭＧ１と磁石ＭＧ２とを有する場合に比べ、磁石部３の内部に、例えば人体等の被検体を出し入れしにくくなるものの、磁気回路用部材として磁性体を用いる場合に比べて、磁気回路用部材の体積を小さくする効果が得られ、磁気回路を容易に小型化又は軽量化する効果が得られる。
【実施例】
【0147】
以下、実施例に基づいて本実施の形態をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
【0148】
（実施例１）
以下では、実施の形態で図３及び図４を用いて説明した筒部ＣＰ１を含む部材ＳＢ１、即ち磁気チューブを、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）よりなる超伝導バルク体を用いて、実施例１の超伝導装置として形成し、実施例１の超伝導装置が磁場を閉じ込め可能かを評価するための評価試験を行った。実施例１の超伝導装置として、それぞれ軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ１をそれぞれ含む４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を有する超伝導装置１を形成した。４個の部材ＳＢ１は、軸線１１に沿って互いに間隔を空けて配列されていた。
以下では、実施の形態で図３及び図４を用いて説明した筒部ＣＰ１を含む部材ＳＢ１、即ち磁気チューブを、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）よりなる超伝導バルク体を用いて、実施例１の超伝導装置として形成し、実施例１の超伝導装置が磁場を閉じ込め可能かを評価するための評価試験を行った。実施例１の超伝導装置として、それぞれ軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ１をそれぞれ含む４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を有する超伝導装置１を形成した。４個の部材ＳＢ１は、軸線１１に沿って互いに間隔を空けて配列されていた。
【0149】
［超伝導バルク体の形成］
まず、超伝導バルク体として、筒状の筒部ＣＰ１を含み、且つ、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を、形成した。
まず、超伝導バルク体として、筒状の筒部ＣＰ１を含み、且つ、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を、形成した。
【0150】
図１５は、実施例１の超伝導装置が有する超伝導バルク体の製造方法の一部のステップを示すフロー図である。
【0151】
まず、粒径が３２５メッシュで純度が９９．９％であるマグネシウム（Ｍｇ）粉末と、粒径が３００メッシュで純度が９９％であるホウ素（Ｂ）粉末とを、Ｍｇ粉末とＢ粉末との混合比がモル比即ち原子数比で１：２になるように混合し、混合された粉末を粉砕した（図１５のステップＳ１１）。
【0152】
次に、混合及び粉砕された粉末を一軸方向に加圧して、円盤状のペレットに成型した（図１５のステップＳ１２）。この成型されたペレットにおいて、ペレットの軸線の周りの外径は、３０ｍｍであり、ペレットの軸線に沿った長さは、１０ｍｍであった。また、加圧する際の圧力は、１００ＭＰａであった。
【0153】
次に、成型された円盤状のペレットを、内部の雰囲気がアルゴン（Ａｒ）雰囲気下に制御された管状炉を用いて、８５０℃で３時間熱処理した（図１５のステップＳ１３）。このように、Ａｒ雰囲気下で熱処理する理由は、Ｍｇを酸化させずにＢと反応させてＭｇＢ２を形成するためである。これにより、ＭｇＢ２の焼結体よりなり、且つ、円盤状の超伝導バルク体を形成した。形成されたＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体の臨界温度Ｔｃは、約３９Ｋであった。また、形成されたＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体におけるＭｇＢ２の平均粒径は、３００ｎｍであった。
【0154】
次に、円盤状の超伝導バルク体を軸線に沿って貫通する貫通孔を形成した（図１５のステップＳ１４）。これにより、図３及び図４に示したように、筒状の筒部ＣＰ１を含み、且つ、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体、即ち部材ＳＢ１を、形成した。上記したように、この超伝導バルク体、即ち部材ＳＢ１において、筒部ＣＰ１の軸線１１の外径ＤＭ１（図４参照）は、３０ｍｍであり、筒部ＣＰ１の内径ＤＭ２（図４参照）は、１０ｍｍであり、筒部ＣＰ１の軸線１１に沿った長さＨＴ１（図４参照）は、１０ｍｍであった。
【0155】
なお、実施例１では、混合及び粉砕された粉末を円盤状のペレットに成型し、熱処理して円盤状の焼結体を形成した後、貫通孔を形成することにより、筒状の筒部を含む超伝導バルク体を形成した。しかし、混合及び粉砕された粉末を筒状に成型し、熱処理することにより、筒状の筒部を含む超伝導バルク体を形成してもよい。
【0156】
［超伝導装置の形成］
次に、実施例１の超伝導装置として、軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ１をそれぞれ含む４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を有する超伝導装置１を形成した。４個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する４個の筒部ＣＰ１は、軸線１１に沿って互いに間隔を空けて配列されていた。前述したように、筒部ＣＰ１の外径ＤＭ１（図４参照）は、３０ｍｍであり、筒部ＣＰ１の内径ＤＭ２（図４参照）は、１０ｍｍであり、筒部ＣＰ１の軸線１１に沿った長さＨＴ１（図４参照）は、１０ｍｍであった。また、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する２個の筒部ＣＰ１の間の間隔即ちギャップＧＰ１（図４参照）は、３ｍｍであった。
次に、実施例１の超伝導装置として、軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ１をそれぞれ含む４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を有する超伝導装置１を形成した。４個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する４個の筒部ＣＰ１は、軸線１１に沿って互いに間隔を空けて配列されていた。前述したように、筒部ＣＰ１の外径ＤＭ１（図４参照）は、３０ｍｍであり、筒部ＣＰ１の内径ＤＭ２（図４参照）は、１０ｍｍであり、筒部ＣＰ１の軸線１１に沿った長さＨＴ１（図４参照）は、１０ｍｍであった。また、軸線１１に沿って互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する２個の筒部ＣＰ１の間の間隔即ちギャップＧＰ１（図４参照）は、３ｍｍであった。
【0157】
図３及び図４に示すように、実施例１では、互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する２個の筒部ＣＰ１の間には、スペーサＳＰ１が配置されていた。スペーサＳＰ１は、超伝導装置１が磁場を捕捉している時に、互いに隣り合う２個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する２個の筒部ＣＰ１が磁気吸引力により吸着することを防止する。実施例１では、スペーサＳＰ１として、ステンレス鋼よりなるステンレスリングを用いた。スペーサＳＰ１は、軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ４を有する。筒部ＣＰ４の軸線１１を中心とした外径（外径ＤＭ１）は、３０ｍｍであり、筒部ＣＰ４の軸線１１を中心とした内径（内径ＤＭ２）は、１０ｍｍであり、筒部ＣＰ４の軸線１１に沿った長さ（ギャップＧＰ１）は、３ｍｍであった。
【0158】
［超伝導装置が磁場を閉じ込め可能かを評価する評価試験］
次に、実施例１の超伝導装置が磁場を閉じ込め可能かを評価する評価試験を行った。
次に、実施例１の超伝導装置が磁場を閉じ込め可能かを評価する評価試験を行った。
【0159】
まず、超伝導装置１に対して、超伝導装置１が有する４個の部材ＳＢ１の各々の筒部ＣＰ１の軸線１１に平行な磁場（外部磁場）を印加し、外部磁場が印加された状態で、ＧＭ（Gifford-McMahon）冷凍機により、ＭｇＢ２の転移温度（約３９Ｋ）よりも低い温度である１０Ｋの温度に冷却し、ＭｇＢ２を超伝導状態とした。この状態で、外部磁場の強度を０まで減少させて外部磁場を除去した。これにより、超伝導状態にある４個の部材ＳＢ１に、磁場を捕捉させた。
【0160】
図４に示すように、軸線１１上に配置された５個のホール素子（商品名：Model HGT-2101 Magnetic Field Sensor、LakeShore社製）５１～５５を用いて、実施例１の超伝導装置が捕捉した磁場の強さを測定した。
【0161】
図４に示すように、ホール素子５１は、軸線１１上で、且つ、図４における上から１番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１と２番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１との間、言い換えれば図４における上から１番目のスペーサＳＰ１の筒部ＣＰ４内に配置されていた。ホール素子５２は、図４における上から２番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１内で、且つ、軸線１１に沿った長さ方向における中央位置に配置されていた。ホール素子５３は、軸線１１上で、且つ、図４における上から２番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１と３番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１との間、言い換えれば図４における上から２番目のスペーサＳＰ１の筒部ＣＰ４内に配置されていた。ホール素子５４は、図４における上から３番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１内で、且つ、軸線１１に沿った長さ方向における中央位置に配置されていた。ホール素子５５は、軸線１１上で、且つ、図４における上から３番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１と４番目の部材ＳＢ１の筒部ＣＰ１との間、言い換えれば図４における上から３番目のスペーサＳＰ１の筒部ＣＰ４内に配置されていた。
【0162】
図１６は、実施例１の超伝導装置内に配置された５個のホール素子により測定された局所磁束密度の外部磁場依存性を示すグラフである。図１６は、前述したように、１０Ｋの温度において、２００００Ｏｅ（２Ｔ）の外部磁場を印加した状態から、外部磁場の強度を０まで減少させて外部磁場を除去させて、超伝導装置１に磁場を捕捉させる際に、ホール素子５１～５５を用いて測定した局所磁束密度を示す。なお、図１６において、Ｃｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３、Ｃｈ４、Ｃｈ５は、それぞれホール素子５１、５２、５３、５４、５５が測定した局所磁束密度を示す。
【0163】
その結果、ホール素子５１の測定値（図１６のＣｈ１）、ホール素子５２の測定値（図１６のＣｈ２）、ホール素子５３の測定値（図１６のＣｈ３）、ホール素子５４の測定値（図１６のＣｈ４）及びホール素子５５の測定値（図１６のＣｈ５）のいずれにおいても、局所磁束密度は、略２Ｔ（２００００Ｇ）であった。即ち、ホール素子５１～５５のいずれの測定値においても、外部磁場を除去させる過程における局所磁束密度の測定値の減少量は、２００００Ｏｅの外部磁場が印加された状態を基準としたときに、１％以内であり、略減衰していなかった。
【0164】
また、図１６に示すように、外部磁場が０の状態、即ち超伝導装置１内に磁場が捕捉された状態において、ホール素子５２の測定値とホール素子５４の測定値との差、即ちギャップを介して隣り合う２個の超伝導バルク体の各々がそれぞれ有する２個の筒部ＣＰ１の内部に捕捉された局所磁束密度の差は、２００００Ｏｅの外部磁場が印加された状態を基準としたときに、１％以内であった。また、ホール素子５２の測定値とホール素子５１又は５３の測定値との差も、２００００Ｏｅの外部磁場が印加された状態を基準としたときに、１％以内であり、ホール素子５４の測定値とホール素子５３又は５５の測定値との差も、２００００Ｏｅの外部磁場が印加された状態を基準としたときに、１％以内であった。
【0165】
従って、実施例１の超伝導装置では、互いに間隔を空けて配列された４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１が磁場を捕捉できること、即ち、当該４個の部材ＳＢ１の間で磁場を無損失で伝送できることが明らかになった。よって、実施例１の超伝導装置により、磁気回路を小型化又は軽量化できることが明らかになった。
【0166】
次に、超伝導装置に捕捉された磁場の時間依存性を測定した。
【0167】
図１７は、実施例１の超伝導装置内に配置された５個のホール素子により測定された局所磁束密度の時間依存性を示すグラフである。図１７は、前述したように、１０Ｋの温度において、２Ｔ（２００００Ｇ）の磁場を捕捉させた後、２０Ｋの温度において約１７時間保持する際に、ホール素子５１～５５を用いて測定した局所磁束密度を示す。なお、図１７において、Ｃｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３、Ｃｈ４、Ｃｈ５は、それぞれホール素子５１、５２、５３、５４、５５が測定した局所磁束密度を、測定開始の時点での局所磁束密度で規格化して示している。
【0168】
その結果、ホール素子５１の測定値（図１７のＣｈ１）、ホール素子５２の測定値（図１７のＣｈ２）、ホール素子５３の測定値（図１７のＣｈ３）、ホール素子５４の測定値（図１７のＣｈ４）及びホール素子５５の測定値（図１７のＣｈ５）のいずれにおいても、保持時間の経過に伴う局所磁束密度の測定値の減少量は、１％以内であり、略減衰していなかった。
【0169】
従って、実施例１の超伝導装置では、当該４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１が時間が経過しても安定して磁場を捕捉できること、即ち、当該４個の部材ＳＢ１の間で時間が経過しても安定して磁場を無損失で伝送できることが明らかになった。
【0170】
（実施例２）
次に、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）よりなる超伝導バルク体に代えて、鉄ニクタイドよりなる超伝導バルク体を用いたこと以外、実施例１の超伝導装置と同様にして、実施の形態で図３及び図４を用いて説明した筒部ＣＰ１を含む部材ＳＢ１、即ち磁気チューブを、実施例２の超伝導装置として形成し、実施例２の超伝導装置が磁場を閉じ込め可能かを評価するための評価試験を行った。実施例２の超伝導装置として、軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ１をそれぞれ含む４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を有する超伝導装置１を形成した。４個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する４個の筒部ＣＰ１は、軸線１１に沿って互いに間隔を空けて配列されていた。
次に、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）よりなる超伝導バルク体に代えて、鉄ニクタイドよりなる超伝導バルク体を用いたこと以外、実施例１の超伝導装置と同様にして、実施の形態で図３及び図４を用いて説明した筒部ＣＰ１を含む部材ＳＢ１、即ち磁気チューブを、実施例２の超伝導装置として形成し、実施例２の超伝導装置が磁場を閉じ込め可能かを評価するための評価試験を行った。実施例２の超伝導装置として、軸線１１を中心とした筒状の筒部ＣＰ１をそれぞれ含む４個の超伝導バルク体としての部材ＳＢ１を有する超伝導装置１を形成した。４個の部材ＳＢ１の各々がそれぞれ有する４個の筒部ＣＰ１は、軸線１１に沿って互いに間隔を空けて配列されていた。
【0171】
実施例２では、鉄ニクタイドよりなる超伝導バルク体として、（Ｂａ，Ｋ）Ｆｅ２Ａｓ２等よりなる超伝導バルク体を合成した。まず、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、鉄（Ｆｅ）及びヒ素（Ａｓ）のモル比が上記の組成式で表されるモル比となるように秤量した原料粉末を、粉砕し、混合した。次に、混合した原料粉末を、所定の形状に成型した後、例えば５００～１１００℃で２４～２４０時間熱処理した。形成された鉄ニクタイドよりなる超伝導バルク体の臨界温度Ｔｃは、約３０Ｋであり、ＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体の臨界温度Ｔｃと同程度であった。
【0172】
次に、実施例１で説明した方法と同様の方法により、実施例２の超伝導装置を形成し、超伝導状態である超伝導装置に磁場を捕捉させ、捕捉された磁場を測定した。その結果、鉄ニクタイドよりなる超伝導バルク体の臨界温度がＭｇＢ２よりなる超伝導バルク体の臨界温度と同程度に高いことから予想できるものの、図１６及び図１７を用いて説明した結果と略同様の結果が得られた。また、鉄ニクタイドとして、前述した各種の鉄ニクタイドを用いた場合も略同様の結果が得られた。これにより、ＭｇＢ２に代え鉄ニクタイドを用いた場合でも、実施例１の超伝導装置と同様に、磁気回路を小型化又は軽量化できることが明らかになった。
【0173】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0174】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【0175】
例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0176】
本発明は、磁石装置に備えられる超伝導装置、及び、磁石装置に適用して有効である。
【符号の説明】
【0177】
１ 超伝導装置
２ 磁石装置
３、３ａ 磁石部
４ 超伝導バルク部
５ 磁気回路
６ 軸
７ 環状経路
８ 空間
９ 磁束
１１ 軸線
２１ 冷凍機
２２ 本体部
２３ コールドヘッド
３１ ＭＲＩ装置
３２ 被検体
３３ 静磁場発生磁石
３４ 傾斜磁場コイル
３５ 傾斜磁場電源
３６ ＲＦ送信コイル
３７ ＲＦ送信部
３８ ＲＦ受信コイル
３９ 信号処理部
４１ 計測制御部
５１～５５ ホール素子
ＣＰ１～ＣＰ８ 筒部
ＤＭ１ 外径
ＤＭ２ 内径
ＥＸ１ 延在部
ＧＰ１ ギャップ
ＨＴ１ 長さ
ＬＮ１～ＬＮ３ 外周長さ
ＭＧ１～ＭＧ４ 磁石
ＰＬ１、ＰＬ４ Ｎ極
ＰＬ２、ＰＬ３ Ｓ極
ＰＰ１ 板部
ＲＧ１ 領域
ＳＢ１～ＳＢ７ 部材
ＳＧ１～ＳＧ４ 部材群
ＳＰ１ スペーサ
ＴＬ２、ＴＬ３ 台部
２ 磁石装置
３、３ａ 磁石部
４ 超伝導バルク部
５ 磁気回路
６ 軸
７ 環状経路
８ 空間
９ 磁束
１１ 軸線
２１ 冷凍機
２２ 本体部
２３ コールドヘッド
３１ ＭＲＩ装置
３２ 被検体
３３ 静磁場発生磁石
３４ 傾斜磁場コイル
３５ 傾斜磁場電源
３６ ＲＦ送信コイル
３７ ＲＦ送信部
３８ ＲＦ受信コイル
３９ 信号処理部
４１ 計測制御部
５１～５５ ホール素子
ＣＰ１～ＣＰ８ 筒部
ＤＭ１ 外径
ＤＭ２ 内径
ＥＸ１ 延在部
ＧＰ１ ギャップ
ＨＴ１ 長さ
ＬＮ１～ＬＮ３ 外周長さ
ＭＧ１～ＭＧ４ 磁石
ＰＬ１、ＰＬ４ Ｎ極
ＰＬ２、ＰＬ３ Ｓ極
ＰＰ１ 板部
ＲＧ１ 領域
ＳＢ１～ＳＢ７ 部材
ＳＧ１～ＳＧ４ 部材群
ＳＰ１ スペーサ
ＴＬ２、ＴＬ３ 台部
【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】
【図16】
【図17】