動物用MRIへの応用を目的とした高温バルク超電導磁石の磁場均一化

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小動物を用いた疾患の基礎研究や医薬品開発に利用可能な、小型・高分解能のMRI装置に対する需要が高まっており、そのための磁場発生源として高温バルク超電導体が注目されている。本研究では、高温バルク超電導体をMRIに応用するうえでの技術課題である発生磁場の均一化に取り組んだ。平成20年度までに、2個のバルク超電導体を対向させて固定するホルダと、磁場測定用ホールセンサを走査させる3軸ステージの製作が完了した。これを利用して平成21年度は、バルク超電導体を液体窒素で冷却し、縦型超電導マグネットで着磁を行った。着磁過程では、磁石のボア中心に超電導体を置き、0.2～1.0Tの磁場を加えた。バルク超電導体としては、ガドリニウム系材料で作られた外径46mm、内径16mm、高さ15mmのリング形を使用した。表面から1.0mmの高さにおいて、上記の3軸ステージを使用して磁束密度分布の測定を行った。また、超電導特性を考慮した数値解析を行い、より均一度の高い磁場空間を得る条件を検討した。解析には独自に開発したプログラムを用いた。リング形のバルク超電導体を上下1個ずつ、様々なギャップで対向させる構造とし、その間に磁場均一空間を確保した。バルク超電導体の超電導磁気特性は、臨界状態モデルにより表現した。さらに、バルク超電導体の内径や着磁条件を変更して同様の解析を行い、それぞれのパラメータが磁場分布にどのように影響するかを明らかにした。バルクの断面全体に電流が生じる1.7Tの外部磁場のもとでは、ギャップ4.5mm付近で、最も均一な磁場分布が得られた。また、外部磁場を強くすると、均一磁場の得られるギャップは短くなることがわかった。