高温超伝導コイルを用いた超高磁場NMRの磁場安定化に関する研究

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30テスラ級の発生磁場の次々世代NMRへの適用が期待されるイットリウム系高温超伝導(High Temperature Superconductor : HTS)コイルについて,最大の課題である安定磁場と均一磁場の実現法を確立し,30テスラ級NMR開発の技術基盤を構築する.具体的には,イットリウム系HTSコイルの磁化電流の数値解析手法を確立し,小型コイルでの実験と比較することで磁化電流により起こる問題を定量化し,磁化電流による磁場安定度への影響が小さくなるコイル形状・線材構成・運転方法を明らかにする.次いで,主磁場コイルと磁場均一度補正コイルの組み合わせとなるNMR磁石を想定し,イットリウム系HTS線材または従来の低温超伝導(LTS)線材で制作した補正コイルを組み込んだ系で,磁化電流の影響を解消して均一磁場を得られるコイル構成・運転方法を明らかにする.以上の知見をもとに,必要な安定磁場と均一磁場を実現した30テスラ級NMR磁石の設計を行う.去年度までの研究において、イットリウム系HTSコイルの技術課題を研究し、(i)コイルの超伝導特性の劣化を防ぐ技術、(ii)コイルの熱暴走のメカニズム解明、(iii)コイルの磁場精度を乱す遮蔽電流のメカニズムと数値解析技術の確立について基盤技術を構築した。以上の技術を組み合わせ、イットリウム系高温超伝導コイルを用いたNMR磁石の極限を明らかにするための概念設計を行った。設計を行うために、複数のイットリウム系高温超伝導コイルを組み合わせた系における、コイル形状・寸法・コイル電流密度をパラメータとし、発生磁場や電磁力によってコイルが受ける応力を解析するシミュレーションコードを製作した。このコードを用いて、現在世界最高磁場である24テスラのNMR分光装置と同じ装置サイズのまま、イットリウム系HTSコイルを用いる事で最大48テスラ、すなわち2倍の発生磁場が実現可能になることを明らかにした。