低雑音冷却装置
本発明は、低雑音冷却装置を提供する。この冷却装置は、外部容器及び内部容器を含み、外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成し、内部容器は、液体冷媒を含むデュア、内部容器の内部に配置され、液体冷媒に浸る事前磁化コイル、液体冷媒に浸るピックアップコイル、及びピックアップコイルに電気的に連結され、液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含む。事前磁化コイルは、超伝導体で形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴装置に関するものとして、より詳細には、低磁場／極低磁場核磁気共鳴装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）は、すべての物質を構成する基本粒子である核子（ｎｕｃｌｅａｒ）に強い磁場を印加するとき、核子の磁気スピン（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｐｉｎ）が前記磁場に共鳴して歳差運動（ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）する現象である。磁気共鳴映像化（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）は、前記 ＮＭＲを用いて歳差運動の際発生する電磁気波を検出して対象物体内部を非浸湿的（ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅｌｙ）に映像化する技法である。前記 ＭＲＩは、医学的検診道具として、人体の内部を映像化するに主に使用される。
【０００３】
前記 ＭＲＩ映像の感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）は、原子核の磁化度（ｍａｇｎｅｔｉｚｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）及び共鳴周波数と比例関係にある。一般的にＭＲＩ 映像の感度を向上させるために、超伝導磁石を用いた大変強い主磁場（ｍａｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）が対象物体に印加される。したがって、原子核の磁化度及び共鳴周波数は増加する。
【０００４】
一方、ＮＭＲ信号の弛緩時間（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）は、前記主磁場の均一度に反比例する。したがって、前記主磁場の強さ及び均一度が重要である。
【０００５】
数テスラ（ｔｅｓｌａ）の強さであり、均一な磁場を生成する超伝導磁石の製作コストが高い。また、前記超伝導磁石の動作は、高価の冷媒である液体ヘリウムを使用する。したがって、超伝導磁石を用いたＭＲＩシステムの維持費用は増加する。
【０００６】
低磁場及び極低磁場ＮＭＲ及びＭＲＩ（以下、低磁場ＭＲＩという）は、数〜数百マイクロテスラ強さの磁場で動作する新しい概念の ＭＲＩ装置である。通常的なＭＲＩ装置では、映像の感度を増加させるために、原子核の磁化度及び共鳴周波数を増加させた。しかし、前記低磁場ＭＲＩ装置は、従来のＭＲＩ装置の主磁石で生成される主磁場を事前磁化磁場と検出磁場に分離する。前記検出磁場の強さは、数ｕＴないし数十ｕＴ程度であることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の解決しようとする一技術的課題は、事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型磁場測定装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の解決しようとする一技術的課題は、非導電性補助熱遮蔽膜で熱雑音を減少させた冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、外部容器及び内部容器を含み、前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成し、前記内部容器は、液体冷媒を含むデュア、前記内部容器の内部に配置され、前記液体冷媒に浸る事前磁化コイル、前記液体冷媒に浸るピックアップコイル、及び、前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含む。前記事前磁化コイルは、超伝導体で形成される。
【００１０】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、外部容器、前記外部容器の内部に配置され、内部首部（ｉｎｎｅｒ ｎｅｃｋ ｐａｒｔ）、内部ボディ部を含む内部容器、前記内部首部に連結され、前記内部ボディ部の少なくとも側面を包むように配置される少なくとも一つの伝導性熱遮蔽膜、前記外部容器の下部に配置された試料と隣接した領域に前記遮蔽部と接触して配置される非導電性補助熱遮蔽膜、前記内部容器の内部に配置され、液体冷媒に浸る事前磁化コイル、前記事前磁化コイルの中心軸上に配置され、前記液体冷媒に浸るピックアップコイル、及び前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含む。前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、低磁場ＭＲＩに適用することができる。前記低雑音冷却装置は、事前磁化コイル及びＳＱＵＩＤを一つのデュアに装着する一体型システムを提供する。前記事前磁化コイルは、超伝導線材を用いることによって、抵抗発熱の問題を解決することができる。また、凹型デュア構造は、試料の磁化率及び信号の感知度を増加させることができる。
【００１２】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、ＳＱＵＩＤに熱雑音を誘導する現象を解決するために非導電性補助熱遮蔽膜を使用して金属性熱遮蔽膜によるＳＱＵＩＤへの熱雑音寄与を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例による低雑音冷却装置を説明する図面である。
【図２】本発明の一実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【図３】本発明の他の実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【図４】本発明の一実施例による連結部を説明する図面である。
【図５】本発明の一実施例による伝導性熱遮蔽膜を説明する図面である。
【図６】本発明の一実施例による超断熱膜を説明する図面である。
【図７】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図８】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図９】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図１０】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図１１】本発明の他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
【図１２】本発明の更なる他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
低磁場ＭＲＩは、試料に事前磁化磁場（ｐｒｅｐｏｌａｒｚａｔｉｏｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ、Ｂｐ）と検出磁場（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ、Ｂｍ）を順次に印加することがある。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記試料を事前磁化させた後には消えることがある。また、前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記試料を十分に磁化させるために検出磁場（Ｂｍ）に比べて遥かに大きい強さを有する。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）が消えれば、磁化された陽性子のスピン（ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ ｐｒｏｔｏｎ ｓｐｉｎ）は、前記検出磁場（Ｂｍ）と共鳴して歳差運動をする。これによって、前記歳差運動するスピンは、電磁気波を発生させ、前記電磁気波信号は測定されることがある。
【００１５】
前記事前磁化磁場（Ｂｐ）と前記検出磁場（Ｂｍ）は、それぞれ互いに独立されたコイルを用いて印加される。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、事前磁化コイルによって生成される。また、前記検出磁場（Ｂｍ）は、検出磁場コイルによって生成される。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、磁場の均一度と無関に前記試料の磁化のための強い磁場であれば良い。また、前記検出磁場（Ｂｍ）は、その強さが小さくても、均一な磁場であれば良い。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、超伝導磁石を用いた従来の高磁場ＭＲＩに比べて遥かに構造的に単純ながらも安価にシステムを構成することがある。
【００１６】
一方、前記検出磁場（Ｂｍ）による陽性子の弛緩信号（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）は、数十〜数百Ｈｚの低周波信号である。従来の高磁場ＭＲＩにおいて、前記弛緩信号を測定する受信コイル（ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｃｏｉｌ）としてファラデー誘導コイル（Ｆａｒａｄａｙ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｉｌ）が使用される。前記ファラデー誘導コイルの信号対雑音比（ＳＮＲ）は、測定される弛緩信号の周波数に比例する。したがって、低周波の前記低磁場ＭＲＩの前記弛緩信号の測定に、前記ファラデー誘導コイルは不適である。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、前記ファラデー誘導コイルの低い信号対雑音比を向上させるために超伝導量子干渉装置（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑ Ｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤ）を使用することがある。
【００１７】
低磁場ＭＲＩは、前記ＳＱＵＩＤを使用してマイクロテスラ大きさの磁場で動作することがある。前記低磁場ＭＲＩは、検出磁場（Ｂｍ）の大きさに比例する数〜数百Ｈｚ帯域の共鳴信号を用いて物体内部を映像化することができる。前記低磁場ＭＲＩは、映像化対象内部又は周りの金属による歪みを減らすことがある。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、既存の高磁場ＭＲＩで生じなかった現象を見ることがある。前記低磁場ＭＲＩは、金属補綴物や心ペースメーカー（ｃａｒｄｉａｃ ｐａｃｅｍａｋｅｒ）などを着用している人にも難なく使用することがある。また、前記低磁場ＭＲＩは、金属カン内部の映像も非侵襲的に得ることがある。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、セキュリティー映像として広く使われるＸ線を補う機器などに適用されることがある。
【００１８】
前記低磁場ＭＲＩは、試料を磁化させるための事前磁化コイル、磁化された試料の陽性子スピンの弛緩特性を決める検出磁場コイル、核磁気共鳴信号を読み出すＳＱＵＩＤ、及びＳＱＵＩＤを臨界温度以下に冷却するための冷却システムを含むことがある。
【００１９】
前記事前磁化コイルは、試料の十分な磁化のために、通常的に数十から数百ミリテスラ（ｔｅｓｌａ）大きさの磁場を生成することがある。前記事前磁化コイルには、約数十〜数百アンペアの電流が流れることがある。しかし、抵抗素材である銅導線を用いて製作された前記事前磁化コイルに数百アンペアの電流が流れるとき、前記事前磁化コイルは、約数ＫＷａｔｔ以上の抵抗発熱を発生させることがある。前記事前磁化コイルの抵抗発熱は、抵抗の低い厚い導線を使用すれば、容易に減らすことがある。しかし、導線が厚くなるほど、コイルの容積が増加することがある。したがって、前記事前磁化コイルを冷却して比抵抗を減らす方法が最も效果的であることがある。すなわち、温度に比例して減少する金属の比抵抗特性に起因して、前記事前磁化コイルは、できる限り、低い温度で冷却するのが有利である。
【００２０】
抵抗性事前磁化コイルの冷却は、一般的に液体窒素や液体ヘリウムなどの冷媒を用いることがある。４．２Ｋである液体ヘリウムは、７７Ｋである液体窒素に比べて遥かに低い温度を提供することがある。したがって、液体ヘリウムを使用して前記抵抗性事前磁化コイルを冷却する場合、前記抵抗性事前磁化コイルの比抵抗は、さらに低めることがある。また、ＳＱＵＩＤと事前磁化コイルは、一つのデュアを用いて冷却することがある。
【００２１】
しかし、液体ヘリウムの気化潜熱は、液体窒素に比べて１００倍以上大きい。したがって、液体ヘリウムは、液体窒素に比べてたくさんの量を必要とする。前記抵抗性事前磁化コイルを前記液体ヘリウムで冷却することは、液体窒素の価格に比べて約 １００倍ほど高い液体ヘリウムの価格を鑑みると、現実的でない。
【００２２】
また、ＳＱＵＩＤが入っている液体ヘリウムデュアに前記抵抗性事前磁化コイルが設けることがある。この場合、液体ヘリウムは、前記抵抗性事前磁化コイルの熱を吸収する過程において、震動を発生させることがある。ヘリウムガスによって発生した震動は、前記ＳＱＵＩＤに伝達されて、前記ＳＱＵＩＤの動作特性を悪化させることがある。
【００２３】
前記抵抗性事前磁化コイルの冷却のためには、液体窒素を含む別途のデュアが使用されることがある。この場合、ＳＱＵＩＤが入る液体ヘリウムデュア以外に、前記事前磁化コイルが入る別途の液体窒素デュアが必要となる。しかし、液体窒素及びヘリウムデュアは、冷媒の消耗を最小化しなければならないため、その製作の難易度が高く、高価である。すなわち、二種類のデュアを使用することは、システムの複雑性や費用的な側面を考えると、好ましくない。
【００２４】
一方、ＳＱＵＩＤを使用する低磁場ＭＲＩは、デュアの製作の際使用される材質によるＳＱＵＩＤの特性低下という別途の問題が存在する。液体ヘリウムデュアは、断熱特性を向上させるために、デュア内壁と外壁との間に真空状態の断熱層を含む。熱遮蔽膜（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｉｅｌｄ）は、前記断熱層内部に配置されることがある。前記熱遮蔽膜は、デュアの外部から入る放射熱がデュア内壁の内部に伝導されることを防ぐ。前記熱遮蔽膜は、主に金属材質を使用する。
【００２５】
ＳＱＵＩＤを使用する低磁場ＭＲＩシステムは、試料とＳＱＵＩＤのピックアップコイルとの間の距離が近いほど、信号の減少率が少なくて、より效果的に検出することがある。したがって、冷却のためのデュアの断熱層の厚さは、最大限薄くなければならない。この場合、ＳＱＵＩＤのピックアップコイルは、試料及び熱遮蔽膜と近くなる。金属性の前記熱遮蔽膜が有する固有な熱雑音は、前記ＳＱＵＩＤの雑音を増加させる。
【００２６】
ＳＱＵＩＤの冷却を目的とするデュアは、不可避に熱遮蔽膜を使用することがある。しかし、最大限ＳＱＵＩＤに影響をより少なくするために、前記熱遮蔽膜の使用は、最小限に抑制される。液体ヘリウムに比べて相対的に温度の高い液体窒素デュアは、ヘリウムデュアに比べて相対的に少ない量が使用されるが、熱遮蔽膜のない構造ではない。したがって、事前磁化コイルの冷却のために使用される窒素デュアは、ＳＱＵＩＤを基準とすると、付加的な雑音の原因を提供することがある。
【００２７】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、超伝導事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型システムに最適化されたデュアの形態を提示する。また、試料を最大限に磁化させることができるように超伝導事前磁化コイルの配置を提案する。
【００２８】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、金属性の熱遮蔽膜によるＳＱＵＩＤの熱雑音を解決するために非導電性補助熱遮蔽膜を使用する。
【００２９】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形態として具体化されることもある。むしろ、ここで紹介する実施例は、開示された内容が徹底で完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるように提供されるものである。図面において、構成要素は、明確性を期するために誇張されたものである。明細書全体にかけて、同一の参照番号で表示された部分は、同一の構成要素を示す。
【００３０】
図１は、本発明の一実施例による低雑音冷却装置を説明する図面である。
【００３１】
図１を示すように、前記低雑音冷却装置１００は、デュア１０２（ｄｅｗａｒ）を含む。前記デュア１０２は、外部容器１２０及び内部容器１１０を含む。前記外部容器１２０と内部容器１１０との間は、真空状態の断熱層を形成する。 前記内部容器１１０は、液体冷媒１０４を含む。
【００３２】
前記低雑音冷却装置１００は、前記内部容器１１０の内部に配置され、前記液体冷媒１０４に浸る事前磁化コイル１４０、前記液体冷媒１０４に浸るピックアップコイル１７２、及び前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤ１５０を含む。前記事前磁化コイル１４０は、超伝導体で形成される。
【００３３】
前記外部容器１２０は、外部ボディ部１２２及び前記外部ボディ部１２２の下部面に配置され、試料１６０を包む外部凹部１２４を含むことがある。前記外部ボディ部１２４は、シリンダー型であることがある。前記外部容器１２０は、外部上板１２１を含むことがある。前記外部上板１２１は、前記外部ボディ部１２２と固定結合することがある。前記外部上板１２１は、金属性材質で形成されることがある。前記外部上板１２１は、真空ポート１２３及び前記外部上板１２１の中心に貫通穴（図示せず）を含むことがある。前記真空ポート１２３は、真空ポンプ（図示せず）に連結されることがある。前記外部凹部１２４は、シリンダー型を有し、前記外部ボディ部１２２の下部面で陷沒された構造を有することがある。前記外部ボディ部１２２及び前記外部凹部１２４は、ガラス繊維強化プラスチック（ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ：ＦＲＰ）であることがある。具体的に、前記外部ボディ部１２２及び前記外部凹部１２４は、非金属性のＧ１０−ＦＲＰで製作されることがある。
【００３４】
前記内部容器１１０は、前記外部上板１２１と結合する内部首部１１６、前記内部首部１１６と連結される内部ボディ部１１４、及び前記内部ボディ部１１４と連結されて前記外部凹部１２４を包む内部凹部１１２を含むことがある。前記内部凹部１１２は、前記外部凹部１２４の周りに配置されることがある。前記内部容器１１０及び前記外部容器１２０は、シリンダー型であることがある。
【００３５】
前記内部ボディ部１１４の直径は、前記内部首部１１６の直径より小さいことがある。前記内部ボディ部１１４の直径は、前記内部凹部１１２の直径より大きいことがある。前記内部容器１１０は、前記貫通穴を通じて前記外部容器１２０と固定結合することがある。具体的に、前記内部首部１１６の一端は、前記貫通穴と結合することがある。前記内部容器１１０と前記外部容器１２０のと間の空間は、断熱層を形成することがある。前記断熱層は、前記真空ポート１２３を通じて排気されて真空を形成することがある。前記内部容器１１０は、ＦＲＰで製作されることがある。前記内部ボディ部１１４は、シリンダー型であることがある。前記内部凹部１１２は、前記内部ボディ部１１４の下部面で陷沒された構造を有することがある。前記内部凹部１１４は、シリンダー型であることがある。前記内部ボディ部１１４の一部は、前記液体冷媒１０４で満たすことがある。前記液体冷媒１０４は、液体ヘリウム又は液体窒素であることがある。前記液体冷媒１０４は、前記ＳＱＵＩＤ１５０及び前記事前磁化コイル１４０の材質によって変更されることがある。
【００３６】
前記ＳＱＵＩＤ１４０（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）は、低温超伝導ＳＱＵＩＤであることがある。前記低温超伝導ＳＱＵＩＤは、Ｎｂ／ＡｌＯＸ／Ｎｂジョセフソン接合（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を利用することがある。前記低温超伝導ＳＱＵＩＤの磁場感度は、１ｋＨｚ帯域から１〜２ｆＴ／√Ｈｚ程度である。低磁場ＭＲＩのターゲット周波数帯域は、数〜数百Ｈｚ帯域であることがある。前記ターゲット周波数帯域において、前記低温超伝導ＳＱＵＩＤの磁場感度は、１０ｆＴ／√Ｈｚ未満であることがある。また、前記低温超伝導ＳＱＵＩＤは、低温状態での長時間動作、又は低温及び常温の間の繰り返し的な熱サイクリング（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｙｃｌｉｎｇ）において、物理的及び化学的に大変安定した特性を示す。
【００３７】
本発明の変形された実施例によれば、前記ＳＱＵＩＤ１４０は、高温超伝導ＳＱＵＩＤであることがある。前記高温超伝導ＳＱＵＩＤは、セラミックス系列のＹＢＣＯ酸化物からなることがある。前記高温超伝導ＳＱＵＩＤの磁場感度は、数〜数百Ｈｚ帯域から２０ 〜１００ｆＴ／√Ｈｚ内外であることがある。前記高温超伝導ＳＱＵＩＤは、物理的化学的安全性において、低温超伝導ＳＱＵＩＤに比べて落ちることがある。
【００３８】
磁束変換装置（Ｆｌｕｘ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は、前記ＳＱＵＩＤ１４０の感度を増加させることがある。前記磁束変換装置は、磁束を感知するピックアップコイル１７２（ｐｉｃｋ−ｕｐ ｃｏｉｌ）及び磁束を増幅させる入力コイル（ｉｎｐｕｔ ｃｏｉｌ、図示せず）を含むことがある。前記磁束変換装置は、すべて超伝導体で構成されている。前記ピックアップコイル１７２は、多くの磁束を感知するために、広い面積を有することが好ましい。また、入力コイルは、前記ＳＱＵＩＤ１４０に磁束を集束させるために、前記ＳＱＵＩＤ１４０に類似している面積を有し、増幅させるために数回巻かれることがある。前記ピックアップコイル１７２は、マグネトメータ（Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）又はグラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）を含むことがある。前記マグネトメータは、一周り（ｏｎｅ−ｔｕｒｎ）のコイルで構成されて、感知された磁束（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ）を前記入力コイルの巻く数ほど増幅して、前記ＳＱＵＩＤ１４０に伝達する。グラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）は、二つのコイルが互いに反対方向に巻かれている。したがって、グラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）は、均一な磁場に対しては反応しない。しかし、グラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）は、傾きが他の磁束に対して二つのコイルにかかった磁束の差異を感知し、前記入力コイルに前記差異を伝達する。前記ピックアップコイル１７２は、一対のグラディオメータを含むことがある。これによって、前記ピックアップコイル１７２は、第１ないし第４ピックアップコイル１７２ａ〜１７２ｄを含むことがある。前記ピックアップコイルの形態は、多様に変形されることがある。
【００３９】
前記事前磁化コイル１４０は、前記内部凹部１１２を包むように配置されることがある。また、前記ピックアップコイル１７２の一部又は全部は、前記事前磁化コイル１４０と前記内部凹部１１２との間に配置されることがある。前記外部凹部１２４を有する前記デュア１０２は、前記ピックアップコイル１７２が前記試料１６０を完全に包む構造を提供することがある。また、前記事前磁化コイル１４０は、前記試料１６０を事前磁化させることができるように十分に近い距離を提供することがある。前記試料１６０の中心は、前記事前磁化コイル１４０の中心と一致することがある。一方、前記ピックアップコイル１７２の中心は、前記試料１６０の中心と一致しないことがある。
【００４０】
前記事前磁化コイル１４０は、超伝導体を含むことがある。前記事前磁化コイル１４０は、板材（ｓｈｅｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）又は線材（ｌｉｎｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）で形成されることがある。前記板材で前記事前磁化コイル１４０を構成する場合、前記板材は、複層構造を有することがある。
【００４１】
超伝導体は、一定の臨界温度以下で抵抗が零（ｚｅｒｏ）である特性を有する物質である。したがって、超伝導体からなった導線を用いて前記事前磁化コイル１４０を製作し、前記事前磁化コイル１４０が臨界温度（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）以下で動作されることがある。この場合、前記事前磁化コイル１４０に抵抗発熱による冷媒消耗の問題は、除去することがある。また、超伝導体は、一般的な銅導線に比べてその電流密度が１００倍以上大きいため、少ないターン数によって大きい磁場を作ることがある。また、銅導線を用いる場合より、事前磁化コイルの容積は、減少することがある。超伝導体事前磁化コイル１４０は、その材質が高温超伝導体や低温超伝導体にかかわらず、液体ヘリウム温度で動作させることがある。したがって、超伝導体を用いて事前磁化コイルを構成する場合、事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型システムが可能である。すなわち、一つのデュアは、前記事前磁化コイル１４０ 及びＳＱＵＩＤ１５０を動作させることがある。
【００４２】
銅導線を使用して事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型システムを製作する場合、液体冷媒は、前記事前磁化コイルの熱を吸収する過程において、震動を誘発することがある。前記震動は、ＳＱＵＩＤに伝わって前記ＳＱＵＩＤの動作特性を阻害することがある。
【００４３】
銅導線を使用して前記事前磁化コイルを製作する場合、前記事前磁化コイルを冷却する別途のデュアを有することがある。しかし、別途のデュアを使用することは、システムの複雑性及びコストを増加させる。
【００４４】
しかし、前記事前磁化コイルは、超伝導体を使用する場合、前記事前磁化コイルの熱を吸収する過程において、震動は、十分に減少することがある。また、前記事前磁化コイル及び前記ＳＱＵＩＤは、一体型に製作されて、システムの複雑性及びコストが減少する。
【００４５】
図２は、本発明の一実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【００４６】
図２に示すように、事前磁化コイルを構成する超伝導体は、電流が変わる間、その超伝導特性を失わないながら、同時にこの時発生する交流熱損失を最小化ができなければならない。このために、前記事前磁化コイル１０は、微細な超伝導体フィラメント１２が基地材料１４（ｍａｔｒｉｘ）の中にぎっしりと嵌め込んでいる形態であることがある。
【００４７】
前記超伝導体フィラメント１２の直径が小さいほど、磁化履歴による交流熱損失は小くなることがある。また、前記基地材料１４は、ＣｕＮｉ、ＣｕＭｎなどの銅合金材を使用することがある。この場合、液体ヘリウムの気化点である４Ｋで銅合金材の比抵抗は、純粋銅より千倍ぐらい高い。したがって、前記基地材料１４は、電流変化によって生成された渦流を速く減少させることがある。また、電流変化によって生ずる前記超伝導体フィラメント１２の間の結合損失は最小化することがある。
【００４８】
前記超伝導体フィラメント１２は、低温超伝導体であることがある。前記超伝導体フィラメント１２は、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２のうち、少なくとも一つを含むことがある。金属外皮１６は、前記基地材料１４を包むように配置することがある。前記金属外皮１６の熱伝導度及び電気伝導度は、前記基地材料の熱伝導度及び電気伝導度より良いことがある。これによって、前記金属外皮１４は、超伝導クエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）現象発生の際、これの拡散防止及び早い超伝導性を回復することを提供することがある。
【００４９】
例えば、前記事前磁化コイル１０は、０．１４ミクロンの太さのＮｂＴｉ超伝導体フィラメントを銅−ニッケル合金基地材料１４の中にぎっしりと配置された形態であることがある。前記事前磁化コイル１０の導線の太さが０．２ｍｍであり、前記事前磁化コイル１０の合計容積が２００ｃｍ３であることがある。電流の上昇及び下降時間が各５ｍｓｅｃであり、最大１０００Ａ電流パルスが前記事前磁化コイル１０に印加されて、０．５Ｔｅｓｌａの磁場を生成することがある。この場合、予想される熱損失は、パルス当たり最大４０ｍＪであることがある。前記パルスが４秒に一度加えられる場合、交流熱損失平均値は、最大１０ｍＷである。
【００５０】
一方、０．５８オームの合計抵抗を有する低抗導線で作った事前磁化コイルの熱損失は、液体窒素の温度で４０Ａの電流を流して０．２Ｔを生成する場合、１ｋＷであることがある。超伝導体事前磁化コイルの熱損失は、抵抗性事前磁化コイルの熱損失に比べて十万分の一に過ぎない。したがって、超伝導事前磁化コイルは、液体ヘリウムデュアでＳＱＵＩＤに影響を与えず、液体ヘリウムの蒸発量をわずかに維持することができる。
【００５１】
図３は、本発明の他の実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【００５２】
図３に示すように、前記事前磁化コイルは、基板材２２上に順序に積層された緩衝材層２３、超伝導体２４、伝導性保護層２５、及びこれを包む銅安定材層２１を含むことがある。前記基板材２２は、主に高い耐引張度（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）と機械的な安定性を有したＨａｓｔｅｌｌｏｙ 系列のニッケル合金材を約５０ｕｍ厚さで使用することがある。前記緩衝材層２３は、前記基板材２２上にそれぞれ１０〜４０ｎｍ厚さで酸化物が積層されて機械的緩衝役割をすることがある。前記酸化物は、ＬａＭｎＯ３、ＭｇＯ、及びＡｌ２Ｏ３のうち、少なくとも一つを含むことがある。前記超伝導体２４は、前記緩衝材層２３上に約１ｕｍ厚さで積層されることがある。前記超伝導体２４は、ＹＢＣＯ系列の古典的超伝導体を含むことがある。前記伝導性保護層２５は、前記超伝導体２４上に約２ｕｍ厚さで積層されることがある。前記伝導性保護層２５は、前記超伝導体２４と外部導線とを電気的に連結する役割を行うことがある。前記伝導性保護層２５は、耐腐食性が高くなければならない。前記伝導性保護層２５は、銀（Ａｇ）材質で構成されることがある。前記銅安定材層２１は、前記基板、前記緩衝材層、前記超伝導体、及び前記伝導性保護層を約２０ｕｍの厚さで包む形態になることがある。前記銅安定材層２５は、前記超伝導体２４に流れた電流が変化する時生じる渦流を抵抗発熱を通じて吸収して前記超伝導体２４の交流損失を減らすことがある。
【００５３】
図４は、本発明の一実施例による連結部を説明する図面である。
【００５４】
図４及び図１に示すように、連結部１８０は、前記事前磁化コイル１４０と電源部（図示せず）を電気的に連結することがある。
【００５５】
前記連結部１８０は、液体冷媒１０４に一部が浸り、前記事前磁化コイル１４０と電気的に連結される超伝導体で形成された第１配線１８６、前記第１配線１８６と電気的に連結され、前記内部容器１１０ 内部に配置される第２配線１８２、前記第１配線１８６と第２配線１８２を電気的に連結する第１接続部１８４、前記第２配線１８２と電気的に連結され、前記デュア１０２の外部に配置される第３配線１８９、及び前記第２配線１８２と第３配線１８９を電気的に連結する第２接続部１８８を含むことがある。前記第２配線１８２及び第３配線１８９は、リッツ線であることがある。前記第２配線１８２と前記第３配線１８９は、それぞれ複数の導線を含み、前記導線は、前記第２接続部１８８を通じて個別的に連結することがある。
【００５６】
前記第１配線１８６は、前記事前磁化コイル１４０と連結されることがある。前記第１配線１８６の一端は、前記液体冷媒１０４に浸り、前記第１配線１８６の他端は、前記液体冷媒１０４の外部に露出されることがある。前記第１配線１８６は、高温超伝導体であることがある。前記第２配線１８２の一端は、第１接続部１８４を通じて前記第１配線１８６の他端と連結されることがある。前記第２配線１８２の他端は、前記第２接続部１８８を通じて前記第３配線１８９に連結されることがある。前記第２配線１８２及び前記第３配線１８９は、リッツ線の形態の抵抗導線であることがある。前記抵抗導線は、銅を含むことがある。
【００５７】
前記第１配線１８６は、セラミック基盤の高温超伝導体で形成されることがある。前記第１配線１８６は、前記第２配線１８２を通じて入るデュア１０２外部の熱がデュア１０２内部の液体冷媒１０４に伝達することを最小化するように構成されることがある。前記第２配線１８２を単線又は撚線で構成する場合、前記電源部から前記事前磁化コイル１４０に供給される電流の量が早く変化するとき、導線の表面效果によって実効交流抵抗が増加することがある。前記第２配線１８２を単線又は撚線で構成される場合、電流が流れる方向への導線実効断面積が広くなることがある。これによって、熱雑音（ジョンソンノイズ）電流が生じやすくなる。前記熱雑音の電流から発生する磁場は、ＳＱＵＩＤ１５０に影響を与えて測定雑音として作用することがある。前記熱雑音電流は、導線が細いほど、そして導線が長いほど減少することがある。前記実効交流抵抗を減らし、前記熱雑音電流を最小化するために、前記第２配線１８２は、複数の導線が捩れたリッツ線形態で構成されることがある。すなわち、前記第２配線１８２は、電気抵抗を最小化する同時に、熱伝導度は下がるようにして、デュア外部からの熱流入を最小化することがある。この場合、前記第２配線１８２の導線数は、最大の電流が流れる時、抵抗発熱による導線の温度を上げ過ぎないように十分な数にする。
【００５８】
前記第２配線１８２及び第３配線１８９は、前記第２接続部１８８を通じて熱ノイズ発生を最小化するように構成されることがある。前記第２接続部１８８は、雌コネクター１８８ｂと雄コネクター１８８ａを含むことがある。前記第２接続部１８８は、前記第２配線１８２を構成する銅導線１８８ｄが互いに絶縁された状態でそれぞれ独立的な端子を有するように複数の接触ピン１８８ｃを含むことがある。前記第２接続部１８８は、前記デュア内部の銅導線の間の短い経路の導線ループの形成を防止して熱ノイズの大きさを減少させることがある。導線ループの経路が長いほど発生する熱ノイズの大きさが減少する。リッツ線の導線がすべて一端子を通じて連結される場合、デュア内部のリッツ線個別導線の間に短い経路の導線ループが形成されることがある。
【００５９】
例えば、前記第２配線１８２及び第３配線１８９は、０．５ｍｍ銅導線２００個で構成されることができる。この場合、前記第２配線１８２及び前記第３配線１８９の総厚は８ｍｍ程度となる。前記第３配線１８９に１００Ａの電流を流す場合、前記第３配線１８９で発生する抵抗発熱は、導線１ｍ当たり４．３Ｗａｔｔ程度である。前記抵抗発熱は、冷却を無視する場合、導線の温度を秒当たり０．３度上げることができる発熱量である。空気を通じる前記第３配線１８９の冷却を考慮すれば、前記第３配線１８９の実際の温度上昇はわずかである。
【００６０】
図５は、本発明の一実施例による伝導性熱遮蔽膜を説明する図面である。
【００６１】
再び、図１及び図５に示すように、熱遮蔽膜１３０は、前記内部首部１１６に結合して前記内部ボディ部１１４を包む構造を有することがある。前記熱遮蔽膜１３０は、導電性物質であることがある。前記熱遮蔽膜１３０は、前記内部凹部１１２の側面の一部まで延長されることがある。前記熱遮蔽膜１３０は、銅又はアルミニウムで形成されることがある。前記熱遮蔽膜１３０の一端は、前記内部首部１１６に結合し、前記熱遮蔽膜１３０の他端は、互いに分離されるスリット形態を有することがある。前記熱遮蔽膜１３０は、円筒型であることがある。
【００６２】
前記熱遮蔽膜１３０は、第１熱遮蔽膜１３２及び前記第１熱遮蔽膜１３２を包む第２熱遮蔽膜１３４を含むことがある。前記熱遮蔽膜１３０は、導電性物質であるため、前記熱遮蔽膜１３０の固有の熱雑音は、前記ＳＱＵＩＤ１５０又は前記ピックアップコイル１７２に悪影響を与えることがある。前記熱遮蔽膜１３０を通じて収集された放射熱（ｒａｄａｉａｔｏｎ ｈｅａｔ）は、前記内部首部１１６に伝達熱（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔ）の形態として伝達されることがある。前記内部首部１１６に伝達された伝達熱は、蒸発された液体冷媒によって冷却されることがある。前記熱遮蔽膜１３０は、前記ＳＱＵＩＤ１５０に固有の熱雑音を与えることがあって、制限的に使用される必要がある。したがって、前記試料１６０と前記ピックアップコイル１７２との間の前記伝導性熱遮蔽膜１３０の一部又は全部は除去されることがある。前記熱遮蔽膜１３０と前記内部首部１１６の熱接触は、クランプ１３３、１３５によって向上されることがある。前記クランプ１３３、１３５は、前記熱遮蔽膜１３０と結合して前記内部首部１１６の接触面積を増加させることがある。
【００６３】
第１熱遮蔽膜１３２は、板型部１３２ａとストリップ部１３２ｂとを含むことがある。前記板型部１３２ａは、前記内部首部１１６と結合して前記内部ボディ部１１４を包むように配置されることがある。前記ストリップ部１３２ｂは、前記板型部１３２ａと連続的に連結されて、前記内部ボディ部１１４の下部に配置されることがある。前記板型部１３２ａは、円筒型であることがある。
【００６４】
本発明の変形された実施例によれば、前記板型部１３２ａは、前記内部ボディ部１１４の下部面まで延長されることがある。前記ストリップ部１３２ｂは、前記内部凹部１１２と前記外部凹部１２４との間に配置されることがある。
【００６５】
図６は、本発明の一実施例による超断熱膜のノード（ｎｏｄｅ）を説明する図面である。
【００６６】
図１及び図６に示すように、前記超断熱膜１９２は、細糸繊維１９２ａ、１９２ｂ及び前記細糸繊維１９２ａ、１９２ｂ上に非等方性を有し、蒸着された導電物質１９２ｃを含むことがある。前記導電物質１９２ｃは、前記細糸繊維の屈曲によって導電領域が断続的に形成されることがある。
【００６７】
超断熱膜１９２（Ｓｕｐｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）は、前記内部凹部１１２と前記外部凹部１２４との間に配置されることがある。前記超断熱膜１９２は、前記内部ボディ部１１４を包むように延長されることがある。前記超断熱膜１９２は、前記断熱層内部に配置される。したがって、前記超断熱膜１９２は、前記デュア１０２の外部から流入された放射熱が前記デュア１０２内部へ伝達されることを抑制することがある。前記超断熱膜１９２は、非導電性断熱材であることがある。
【００６８】
本発明の変形された実施例によれば、前記超断熱膜１９２は、表面が互いに電気的に絶縁されるよう複数の格子形態に分離されることがある。前記超断熱膜１９２は、アルミニウムマイラー（ａｌｕｍｉｎｍ ｍｙｌａｒ）を含むことがある。前記超断熱膜１９２は、複数の積層された前記アルミニウムマイラーフィルムを含むことがある。
【００６９】
前記試料１６０と前記ピックアップコイル１７２との間に前記熱遮蔽膜１３０は、配置されず、前記超断熱膜１９２のみ配置されることがある。これによって、前記ピックアップコイル１７２は、前記伝導性熱遮蔽膜１３０に起因した熱雑音から影響を少なく受けることがある。
【００７０】
前記試料１６０と前記事前磁化コイル１４０との間の距離及びその配置方式によって前記試料１６０の磁化度が変わることがある。また、前記試料１６０と前記ピックアップコイル１７２との間の距離によって信号の大きさが変わることがある。 したがって、試料−事前磁化コイル及び試料−ピックアップコイルの空間的配置は、低磁場ＭＲＩシステムの性能に大きい影響を与えることがある。
【００７１】
本発明の一実施例による冷却装置は、超伝導事前磁化コイルを適用したＳＱＵＩＤ−超伝導事前磁化コイル一体型低磁場ＭＲＩシステムに適用されることがある。この場合、前記事前磁化コイルによるマイスノー效果（Ｍｅｉｓｓｎｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）は、前記ＳＱＵＩＤに磁気的な影響を与えることがある。したがって、事前磁化コイルの配置及びデュアの形態は、システムの性能に重要な影響を与えることがある。
【００７２】
ＳＱＵＩＤ−超伝導事前磁化コイル一体型低磁場ＭＲＩシステムを従来の形態のデュアに適用する場合、試料は、事前磁化コイルの内部中心からはずれた位置に配置される。したがって、このような構造は、低磁場ＭＲＩシステムに不適であることもある。
【００７３】
ＳＱＵＩＤ−超伝導事前磁化コイル一体型低磁場ＭＲＩシステムが最適の性能で動作するために、前記デュアは、最適化される必要がある。具体的に、前記最適化されたデュアは、内部凹部及び外部凹部を含んだ凹型デュアである。前記凹型デュアは、次のような長所を有することがある。
【００７４】
第一、平面形や突出形デュアの場合、試料は、磁場の大きさが最大である事前磁化コイルの内部中心からはずれた位置に配置される。したがって、前記試料の磁化度が下がる。一方、凹型デュアの場合、前記試料が前記凹型デュアの窪んだシリンダー内部に配置される。また、前記事前磁化コイルは、前記シリンダー内部を包む形態で配置されることがある。したがって、前記試料は、前記事前磁化コイルの内部中心に配置されることがある。したがって、前記試料の磁化度は、増加することがある。
【００７５】
第二、試料の核磁気共鳴信号の大きさは、試料とピックアップコイルとの間の距離に比例する。突出形及び平面形デュアの場合、前記核磁気共鳴信号の大きさを増加させるために、試料と隣接したデュアの断熱層が最大限に薄くなければならない。突出形及び平面形デュアは、３００Ｋに至る温度差を安定的に維持するためには、最小限の断熱層の厚さが要求される。一般的に、突出形及び平面形デュアは、内部容器と外部容器に使用されるＦＲＰ材質の厚さ（８〜１０ｍｍ）は、熱遮蔽膜及び超断熱層が配置される内外部容器の間の真空断熱層の厚さ（８〜１０ｍｍ）を要求する。したがって、突出形及び平面形デュアの場合、前記試料と前記ピックアップコイルは、前記断熱層の厚さほど離れる。しかし、凹型デュアの場合、試料とピックアップコイルは、同一の平面上に位置することができる。したがって、試料とピックアップコイルは、垂直方向の距離差異がないため、試料とピックアップコイルとの間の距離による信号減少を抑制することがある。また、前記試料と前記ピックアップコイルが隣接した部位の断熱層の厚さ（ｄ）は、相対的に突出形デュア又は平面型デュアに比べて厚いことがある。したがって、前記凹型デュアの製作の難易度が減少することがある。具体的に、前記内部凹部の厚さ、前記外部凹部の厚さ、及び前記内部凹部と前記内部凹部との間の断熱層の厚さは、減少することがある。
【００７６】
第三、凹型デュアの場合、前記凹部に入射する放射熱の立体角（ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ）が少ないため、放射熱が少なく流入される。試料が配置される窪んだシリンダー部分は、液体ヘリウムが満たされている部分で囲まれている構造である。したがって、突出形又は平面形デュアに比べて、前記凹型デュアの内部凹部は、相対的に常温との露出部位が少なく、流入される放射熱が少ない。
【００７７】
一方、突出形又は平面形デュアは、試料と前記ピックアップコイルが対向する領域は、伝導性熱遮蔽膜が除去されることがある。したがって、試料と前記ピックアップコイルが対向する領域は、他の領域に比べて流入される放射熱が多い。しかし、凹型デュアの場合、試料と前記ピックアップコイルが対向する領域は、十分な断熱層を確保することができるため、前記放射熱の流入を最小化することができる。
【００７８】
図７ないし図１０は、本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。図１に説明したものと重複する部分は省略する。
【００７９】
図７に示すように、前記事前磁化コイル２４０は、ヘルムホルツ（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）形態であり、前記事前磁化コイル２４０によって形成された事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記内部凹部１１２の中心軸方向であることがある。前記事前磁化コイル２４０は、第１事前磁化コイル２４０ａ及び第２事前磁化コイル２４０ｂを含むことがある。前記第１事前磁化コイル２４０ａと前記第２事前磁化コイル２４０ｂは、同一の形態であり、互いに離隔されて配置されることがある。前記第１事前磁化コイル２４０ａ及び第２事前磁化コイル２４０ｂは、直列又は並列連結されることがある。前記第１事前磁化コイル２４０ａ及び第２事前磁化コイル２４０ｂは、前記内部凹部１１２を包むように配置されることがある。
【００８０】
本発明の変形された実施例によれば、前記事前磁化コイル２４０は、ヘルムホルツ形態に限定されるものではない。したがって、前記事前磁化コイル２４０は、一つ又はその以上のコイルを直列及び／又は並列連結されることがある。
【００８１】
図８に示すように、事前磁化コイル３４０は、ヘルムホルツ形態であり、前記事前磁化コイル３４０によって形成された事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記内部凹部１１２の中心軸に垂直した方向であることがある。前記事前磁化コイル３４０は、第１事前磁化コイル３４０ａ及び第２事前磁化コイル３４０ｂを含むことがある。前記第１事前磁化コイル３４０ａと前記第２事前磁化コイル３４０ｂは、前記内部凹部１１２を中心に互いに離隔されて配置されることがある。前記第１事前磁化コイル３４０ａ及び第２事前磁化コイル３４０ｂは、直列又は並列連結されることがある。
【００８２】
本発明の変形された実施例によれば、前記事前磁化コイル３４０は、ヘルムホルツ形態に限定されるものではない。したがって、前記事前磁化コイル３４０は、一つ又はその以上のコイルを直列及び／又は並列連結されることがある。
【００８３】
図９に示すように、前記超断熱膜１９２、１９４は、前記熱遮蔽膜１３２、１３４の間に配置されることがある。
【００８４】
図１０に示すように、補助熱遮蔽膜１９７は、前記熱遮蔽膜１３０と結合し、前記内部凹部１１２と前記外部凹部１２４との間に配置される非導電性物質であることがある。前記補助熱遮蔽膜１９７は、非導電性であり、金属酸化膜を含むことがある。具体的に、前記補助熱遮蔽膜は、アルミニウム酸化膜（アルミナ）、窒化アルミニウム、及び窒化ホウ素のうち、少なくとも一つを含むことがある。
【００８５】
デュアは、構造的に熱雑音が最小になるように熱遮蔽膜を使用する。通常的に、試料とピックアップコイルが隣接した領域には、熱遮蔽膜を使用しない。代わりに、超断熱膜が放射熱を遮断するように使用されるが、十分な断熱效果を得にくい。したがって、デュア内部に流入される放射熱を遮断する非金属性の補助熱遮蔽膜が必要である。前記補助熱遮蔽膜は、高い熱伝導度を有しながらも、ＳＱＵＩＤに熱雑音及び磁気雑音を伝導しない非金属性物質であることがある。
【００８６】
しかし、非金属性の物質は、たいてい熱伝導度が低くて熱遮蔽膜としての機能が落ちることができる。酸化アルミニウム（アルミナ）の場合、セラミック系列の非金属物質でありながらも、その熱伝導度が３００Ｋで約３０Ｗ／ｍＫ、５Ｋで約１．７Ｗ／ｍＫで、高い方に属する物質である。したがって、前記ピックアップコイルと前記試料の距離が遠く離れた所には、既存の金属性熱遮蔽膜が使用される。一方、前記ピックアップコイルと前記試料が近い領域には、前記補助熱遮蔽膜が配置されることがある。前記補助熱遮蔽膜と前記熱遮蔽膜は、信頼性あるように接触されることがある。これによって、外部から流入される放射熱は、遮断しながらも金属性熱遮蔽膜による熱雑音の流入は抑制することがある。特に、前記補助熱遮蔽膜は、液体ヘリウムを使用するデュアに適用されることがある。
【００８７】
図１１は、本発明の他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
【００８８】
図１１に示すように、前記冷却装置４００は、外部容器４２０及び内部容器４１０を含むことがある。前記内部容器４１０は、前記外部容器４２０内部に配置され、内部首部４１６及び内部ボディ部４１４を含むことがある。伝導性熱遮蔽膜４３０は、前記内部首部４１６に連結され、前記内部ボディ部４１４の少なくとも側面を包むように配置されることがある。補助熱遮蔽膜４７９は、前記外部容器４１２の下部に配置された試料４６０と隣接した領域に前記熱遮蔽膜４３０と接触して配置され、アルミニウム酸化物で形成される。前記外部容器４２０と内部容器４１０との間は、真空状態の断熱層を形成し、前記内部容器４１０は、液体冷媒４０４を含むことがある。
前記外部容器４２０と内部容器４１０の下部面は、平面であることがある。超伝導体で形成された事前磁化コイル４４０、ＳＱＵＩＤ４５０、及びピックアップコイル４７０は、前記液体冷媒内部に配置されることがある。超断熱膜４９２は、前記内部ボディ部４１４を包むように配置されることがある。
【００８９】
図１２は、本発明の更なる他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
図１２に示すように、前記冷却装置５００は、外部容器５２０及び内部容器５１０を含むことがある。前記内部容器５１０は、前記外部容器５２０内部に配置され、内部首部５１６及び内部ボディ部５１４を含むことがある。伝導性熱遮蔽膜５３０は、前記内部首部５１６に連結され、前記内部ボディ部５１４の少なくとも側面を包むように配置されることがある。補助熱遮蔽膜５７９は、前記外部容器５１２の下部に配置された試料５６０と隣接した領域に前記熱遮蔽膜５３０と接触して配置され、アルミニウム酸化物に形成される。前記外部容器５２０と内部容器５１０との間は、真空状態の断熱層を形成し、前記内部容器５１０は、液体冷媒５０４を含むことがある。
【００９０】
前記外部容器５２０は、外部突出部５２４及び外部ボディ部５２２を含むことがある。前記内部容器５１０は、内部突出部５１２を含むことがある。前記内部突出部５１２は、前記外部突出部５２４の内部に配置されることがある。前記補助熱遮蔽膜５７９は、前記内部突出部５１２の下部面と前記外部突出部５２４の下部面との間に配置されることがある。超伝導体で形成された事前磁化コイル５４０、及びピックアップコイル５７０は、前記内部突出部５１２の内部に配置されることがある。ＳＱＵＩＤ４５０は、前記液体冷媒５０４に浸ることがある。超断熱膜（図示せず）は、前記内部ボディ部５１４を包むように配置されることがある。
【００９１】
これまで本発明に対してその好ましい実施例を中心に述べた。本発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で具現できることが分かる。したがって、開示された実施例は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、特許請求範囲に述べ、それと同等な範囲内にあるすべての差異は、本発明に含まれるものと解釈されなければならない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴装置に関するものとして、より詳細には、低磁場／極低磁場核磁気共鳴装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）は、すべての物質を構成する基本粒子である核子（ｎｕｃｌｅａｒ）に強い磁場を印加するとき、核子の磁気スピン（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｐｉｎ）が前記磁場に共鳴して歳差運動（ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）する現象である。磁気共鳴映像化（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）は、前記 ＮＭＲを用いて歳差運動の際発生する電磁気波を検出して対象物体内部を非浸湿的（ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅｌｙ）に映像化する技法である。前記 ＭＲＩは、医学的検診道具として、人体の内部を映像化するに主に使用される。
【０００３】
前記 ＭＲＩ映像の感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）は、原子核の磁化度（ｍａｇｎｅｔｉｚｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）及び共鳴周波数と比例関係にある。一般的にＭＲＩ 映像の感度を向上させるために、超伝導磁石を用いた大変強い主磁場（ｍａｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）が対象物体に印加される。したがって、原子核の磁化度及び共鳴周波数は増加する。
【０００４】
一方、ＮＭＲ信号の弛緩時間（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）は、前記主磁場の均一度に反比例する。したがって、前記主磁場の強さ及び均一度が重要である。
【０００５】
数テスラ（ｔｅｓｌａ）の強さであり、均一な磁場を生成する超伝導磁石の製作コストが高い。また、前記超伝導磁石の動作は、高価の冷媒である液体ヘリウムを使用する。したがって、超伝導磁石を用いたＭＲＩシステムの維持費用は増加する。
【０００６】
低磁場及び極低磁場ＮＭＲ及びＭＲＩ（以下、低磁場ＭＲＩという）は、数〜数百マイクロテスラ強さの磁場で動作する新しい概念の ＭＲＩ装置である。通常的なＭＲＩ装置では、映像の感度を増加させるために、原子核の磁化度及び共鳴周波数を増加させた。しかし、前記低磁場ＭＲＩ装置は、従来のＭＲＩ装置の主磁石で生成される主磁場を事前磁化磁場と検出磁場に分離する。前記検出磁場の強さは、数ｕＴないし数十ｕＴ程度であることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の解決しようとする一技術的課題は、事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型磁場測定装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の解決しようとする一技術的課題は、非導電性補助熱遮蔽膜で熱雑音を減少させた冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、外部容器及び内部容器を含み、前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成し、前記内部容器は、液体冷媒を含むデュア、前記内部容器の内部に配置され、前記液体冷媒に浸る事前磁化コイル、前記液体冷媒に浸るピックアップコイル、及び、前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含む。前記事前磁化コイルは、超伝導体で形成される。
【００１０】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、外部容器、前記外部容器の内部に配置され、内部首部（ｉｎｎｅｒ ｎｅｃｋ ｐａｒｔ）、内部ボディ部を含む内部容器、前記内部首部に連結され、前記内部ボディ部の少なくとも側面を包むように配置される少なくとも一つの伝導性熱遮蔽膜、前記外部容器の下部に配置された試料と隣接した領域に前記遮蔽部と接触して配置される非導電性補助熱遮蔽膜、前記内部容器の内部に配置され、液体冷媒に浸る事前磁化コイル、前記事前磁化コイルの中心軸上に配置され、前記液体冷媒に浸るピックアップコイル、及び前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含む。前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、低磁場ＭＲＩに適用することができる。前記低雑音冷却装置は、事前磁化コイル及びＳＱＵＩＤを一つのデュアに装着する一体型システムを提供する。前記事前磁化コイルは、超伝導線材を用いることによって、抵抗発熱の問題を解決することができる。また、凹型デュア構造は、試料の磁化率及び信号の感知度を増加させることができる。
【００１２】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、ＳＱＵＩＤに熱雑音を誘導する現象を解決するために非導電性補助熱遮蔽膜を使用して金属性熱遮蔽膜によるＳＱＵＩＤへの熱雑音寄与を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例による低雑音冷却装置を説明する図面である。
【図２】本発明の一実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【図３】本発明の他の実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【図４】本発明の一実施例による連結部を説明する図面である。
【図５】本発明の一実施例による伝導性熱遮蔽膜を説明する図面である。
【図６】本発明の一実施例による超断熱膜を説明する図面である。
【図７】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図８】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図９】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図１０】本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。
【図１１】本発明の他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
【図１２】本発明の更なる他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
低磁場ＭＲＩは、試料に事前磁化磁場（ｐｒｅｐｏｌａｒｚａｔｉｏｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ、Ｂｐ）と検出磁場（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ、Ｂｍ）を順次に印加することがある。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記試料を事前磁化させた後には消えることがある。また、前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記試料を十分に磁化させるために検出磁場（Ｂｍ）に比べて遥かに大きい強さを有する。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）が消えれば、磁化された陽性子のスピン（ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ ｐｒｏｔｏｎ ｓｐｉｎ）は、前記検出磁場（Ｂｍ）と共鳴して歳差運動をする。これによって、前記歳差運動するスピンは、電磁気波を発生させ、前記電磁気波信号は測定されることがある。
【００１５】
前記事前磁化磁場（Ｂｐ）と前記検出磁場（Ｂｍ）は、それぞれ互いに独立されたコイルを用いて印加される。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、事前磁化コイルによって生成される。また、前記検出磁場（Ｂｍ）は、検出磁場コイルによって生成される。前記事前磁化磁場（Ｂｐ）は、磁場の均一度と無関に前記試料の磁化のための強い磁場であれば良い。また、前記検出磁場（Ｂｍ）は、その強さが小さくても、均一な磁場であれば良い。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、超伝導磁石を用いた従来の高磁場ＭＲＩに比べて遥かに構造的に単純ながらも安価にシステムを構成することがある。
【００１６】
一方、前記検出磁場（Ｂｍ）による陽性子の弛緩信号（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）は、数十〜数百Ｈｚの低周波信号である。従来の高磁場ＭＲＩにおいて、前記弛緩信号を測定する受信コイル（ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｃｏｉｌ）としてファラデー誘導コイル（Ｆａｒａｄａｙ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｉｌ）が使用される。前記ファラデー誘導コイルの信号対雑音比（ＳＮＲ）は、測定される弛緩信号の周波数に比例する。したがって、低周波の前記低磁場ＭＲＩの前記弛緩信号の測定に、前記ファラデー誘導コイルは不適である。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、前記ファラデー誘導コイルの低い信号対雑音比を向上させるために超伝導量子干渉装置（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑ Ｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤ）を使用することがある。
【００１７】
低磁場ＭＲＩは、前記ＳＱＵＩＤを使用してマイクロテスラ大きさの磁場で動作することがある。前記低磁場ＭＲＩは、検出磁場（Ｂｍ）の大きさに比例する数〜数百Ｈｚ帯域の共鳴信号を用いて物体内部を映像化することができる。前記低磁場ＭＲＩは、映像化対象内部又は周りの金属による歪みを減らすことがある。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、既存の高磁場ＭＲＩで生じなかった現象を見ることがある。前記低磁場ＭＲＩは、金属補綴物や心ペースメーカー（ｃａｒｄｉａｃ ｐａｃｅｍａｋｅｒ）などを着用している人にも難なく使用することがある。また、前記低磁場ＭＲＩは、金属カン内部の映像も非侵襲的に得ることがある。したがって、前記低磁場ＭＲＩは、セキュリティー映像として広く使われるＸ線を補う機器などに適用されることがある。
【００１８】
前記低磁場ＭＲＩは、試料を磁化させるための事前磁化コイル、磁化された試料の陽性子スピンの弛緩特性を決める検出磁場コイル、核磁気共鳴信号を読み出すＳＱＵＩＤ、及びＳＱＵＩＤを臨界温度以下に冷却するための冷却システムを含むことがある。
【００１９】
前記事前磁化コイルは、試料の十分な磁化のために、通常的に数十から数百ミリテスラ（ｔｅｓｌａ）大きさの磁場を生成することがある。前記事前磁化コイルには、約数十〜数百アンペアの電流が流れることがある。しかし、抵抗素材である銅導線を用いて製作された前記事前磁化コイルに数百アンペアの電流が流れるとき、前記事前磁化コイルは、約数ＫＷａｔｔ以上の抵抗発熱を発生させることがある。前記事前磁化コイルの抵抗発熱は、抵抗の低い厚い導線を使用すれば、容易に減らすことがある。しかし、導線が厚くなるほど、コイルの容積が増加することがある。したがって、前記事前磁化コイルを冷却して比抵抗を減らす方法が最も效果的であることがある。すなわち、温度に比例して減少する金属の比抵抗特性に起因して、前記事前磁化コイルは、できる限り、低い温度で冷却するのが有利である。
【００２０】
抵抗性事前磁化コイルの冷却は、一般的に液体窒素や液体ヘリウムなどの冷媒を用いることがある。４．２Ｋである液体ヘリウムは、７７Ｋである液体窒素に比べて遥かに低い温度を提供することがある。したがって、液体ヘリウムを使用して前記抵抗性事前磁化コイルを冷却する場合、前記抵抗性事前磁化コイルの比抵抗は、さらに低めることがある。また、ＳＱＵＩＤと事前磁化コイルは、一つのデュアを用いて冷却することがある。
【００２１】
しかし、液体ヘリウムの気化潜熱は、液体窒素に比べて１００倍以上大きい。したがって、液体ヘリウムは、液体窒素に比べてたくさんの量を必要とする。前記抵抗性事前磁化コイルを前記液体ヘリウムで冷却することは、液体窒素の価格に比べて約 １００倍ほど高い液体ヘリウムの価格を鑑みると、現実的でない。
【００２２】
また、ＳＱＵＩＤが入っている液体ヘリウムデュアに前記抵抗性事前磁化コイルが設けることがある。この場合、液体ヘリウムは、前記抵抗性事前磁化コイルの熱を吸収する過程において、震動を発生させることがある。ヘリウムガスによって発生した震動は、前記ＳＱＵＩＤに伝達されて、前記ＳＱＵＩＤの動作特性を悪化させることがある。
【００２３】
前記抵抗性事前磁化コイルの冷却のためには、液体窒素を含む別途のデュアが使用されることがある。この場合、ＳＱＵＩＤが入る液体ヘリウムデュア以外に、前記事前磁化コイルが入る別途の液体窒素デュアが必要となる。しかし、液体窒素及びヘリウムデュアは、冷媒の消耗を最小化しなければならないため、その製作の難易度が高く、高価である。すなわち、二種類のデュアを使用することは、システムの複雑性や費用的な側面を考えると、好ましくない。
【００２４】
一方、ＳＱＵＩＤを使用する低磁場ＭＲＩは、デュアの製作の際使用される材質によるＳＱＵＩＤの特性低下という別途の問題が存在する。液体ヘリウムデュアは、断熱特性を向上させるために、デュア内壁と外壁との間に真空状態の断熱層を含む。熱遮蔽膜（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｉｅｌｄ）は、前記断熱層内部に配置されることがある。前記熱遮蔽膜は、デュアの外部から入る放射熱がデュア内壁の内部に伝導されることを防ぐ。前記熱遮蔽膜は、主に金属材質を使用する。
【００２５】
ＳＱＵＩＤを使用する低磁場ＭＲＩシステムは、試料とＳＱＵＩＤのピックアップコイルとの間の距離が近いほど、信号の減少率が少なくて、より效果的に検出することがある。したがって、冷却のためのデュアの断熱層の厚さは、最大限薄くなければならない。この場合、ＳＱＵＩＤのピックアップコイルは、試料及び熱遮蔽膜と近くなる。金属性の前記熱遮蔽膜が有する固有な熱雑音は、前記ＳＱＵＩＤの雑音を増加させる。
【００２６】
ＳＱＵＩＤの冷却を目的とするデュアは、不可避に熱遮蔽膜を使用することがある。しかし、最大限ＳＱＵＩＤに影響をより少なくするために、前記熱遮蔽膜の使用は、最小限に抑制される。液体ヘリウムに比べて相対的に温度の高い液体窒素デュアは、ヘリウムデュアに比べて相対的に少ない量が使用されるが、熱遮蔽膜のない構造ではない。したがって、事前磁化コイルの冷却のために使用される窒素デュアは、ＳＱＵＩＤを基準とすると、付加的な雑音の原因を提供することがある。
【００２７】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、超伝導事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型システムに最適化されたデュアの形態を提示する。また、試料を最大限に磁化させることができるように超伝導事前磁化コイルの配置を提案する。
【００２８】
本発明の一実施例による低雑音冷却装置は、金属性の熱遮蔽膜によるＳＱＵＩＤの熱雑音を解決するために非導電性補助熱遮蔽膜を使用する。
【００２９】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形態として具体化されることもある。むしろ、ここで紹介する実施例は、開示された内容が徹底で完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるように提供されるものである。図面において、構成要素は、明確性を期するために誇張されたものである。明細書全体にかけて、同一の参照番号で表示された部分は、同一の構成要素を示す。
【００３０】
図１は、本発明の一実施例による低雑音冷却装置を説明する図面である。
【００３１】
図１を示すように、前記低雑音冷却装置１００は、デュア１０２（ｄｅｗａｒ）を含む。前記デュア１０２は、外部容器１２０及び内部容器１１０を含む。前記外部容器１２０と内部容器１１０との間は、真空状態の断熱層を形成する。 前記内部容器１１０は、液体冷媒１０４を含む。
【００３２】
前記低雑音冷却装置１００は、前記内部容器１１０の内部に配置され、前記液体冷媒１０４に浸る事前磁化コイル１４０、前記液体冷媒１０４に浸るピックアップコイル１７２、及び前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤ１５０を含む。前記事前磁化コイル１４０は、超伝導体で形成される。
【００３３】
前記外部容器１２０は、外部ボディ部１２２及び前記外部ボディ部１２２の下部面に配置され、試料１６０を包む外部凹部１２４を含むことがある。前記外部ボディ部１２４は、シリンダー型であることがある。前記外部容器１２０は、外部上板１２１を含むことがある。前記外部上板１２１は、前記外部ボディ部１２２と固定結合することがある。前記外部上板１２１は、金属性材質で形成されることがある。前記外部上板１２１は、真空ポート１２３及び前記外部上板１２１の中心に貫通穴（図示せず）を含むことがある。前記真空ポート１２３は、真空ポンプ（図示せず）に連結されることがある。前記外部凹部１２４は、シリンダー型を有し、前記外部ボディ部１２２の下部面で陷沒された構造を有することがある。前記外部ボディ部１２２及び前記外部凹部１２４は、ガラス繊維強化プラスチック（ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ：ＦＲＰ）であることがある。具体的に、前記外部ボディ部１２２及び前記外部凹部１２４は、非金属性のＧ１０−ＦＲＰで製作されることがある。
【００３４】
前記内部容器１１０は、前記外部上板１２１と結合する内部首部１１６、前記内部首部１１６と連結される内部ボディ部１１４、及び前記内部ボディ部１１４と連結されて前記外部凹部１２４を包む内部凹部１１２を含むことがある。前記内部凹部１１２は、前記外部凹部１２４の周りに配置されることがある。前記内部容器１１０及び前記外部容器１２０は、シリンダー型であることがある。
【００３５】
前記内部ボディ部１１４の直径は、前記内部首部１１６の直径より小さいことがある。前記内部ボディ部１１４の直径は、前記内部凹部１１２の直径より大きいことがある。前記内部容器１１０は、前記貫通穴を通じて前記外部容器１２０と固定結合することがある。具体的に、前記内部首部１１６の一端は、前記貫通穴と結合することがある。前記内部容器１１０と前記外部容器１２０のと間の空間は、断熱層を形成することがある。前記断熱層は、前記真空ポート１２３を通じて排気されて真空を形成することがある。前記内部容器１１０は、ＦＲＰで製作されることがある。前記内部ボディ部１１４は、シリンダー型であることがある。前記内部凹部１１２は、前記内部ボディ部１１４の下部面で陷沒された構造を有することがある。前記内部凹部１１４は、シリンダー型であることがある。前記内部ボディ部１１４の一部は、前記液体冷媒１０４で満たすことがある。前記液体冷媒１０４は、液体ヘリウム又は液体窒素であることがある。前記液体冷媒１０４は、前記ＳＱＵＩＤ１５０及び前記事前磁化コイル１４０の材質によって変更されることがある。
【００３６】
前記ＳＱＵＩＤ１４０（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）は、低温超伝導ＳＱＵＩＤであることがある。前記低温超伝導ＳＱＵＩＤは、Ｎｂ／ＡｌＯＸ／Ｎｂジョセフソン接合（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を利用することがある。前記低温超伝導ＳＱＵＩＤの磁場感度は、１ｋＨｚ帯域から１〜２ｆＴ／√Ｈｚ程度である。低磁場ＭＲＩのターゲット周波数帯域は、数〜数百Ｈｚ帯域であることがある。前記ターゲット周波数帯域において、前記低温超伝導ＳＱＵＩＤの磁場感度は、１０ｆＴ／√Ｈｚ未満であることがある。また、前記低温超伝導ＳＱＵＩＤは、低温状態での長時間動作、又は低温及び常温の間の繰り返し的な熱サイクリング（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｙｃｌｉｎｇ）において、物理的及び化学的に大変安定した特性を示す。
【００３７】
本発明の変形された実施例によれば、前記ＳＱＵＩＤ１４０は、高温超伝導ＳＱＵＩＤであることがある。前記高温超伝導ＳＱＵＩＤは、セラミックス系列のＹＢＣＯ酸化物からなることがある。前記高温超伝導ＳＱＵＩＤの磁場感度は、数〜数百Ｈｚ帯域から２０ 〜１００ｆＴ／√Ｈｚ内外であることがある。前記高温超伝導ＳＱＵＩＤは、物理的化学的安全性において、低温超伝導ＳＱＵＩＤに比べて落ちることがある。
【００３８】
磁束変換装置（Ｆｌｕｘ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は、前記ＳＱＵＩＤ１４０の感度を増加させることがある。前記磁束変換装置は、磁束を感知するピックアップコイル１７２（ｐｉｃｋ−ｕｐ ｃｏｉｌ）及び磁束を増幅させる入力コイル（ｉｎｐｕｔ ｃｏｉｌ、図示せず）を含むことがある。前記磁束変換装置は、すべて超伝導体で構成されている。前記ピックアップコイル１７２は、多くの磁束を感知するために、広い面積を有することが好ましい。また、入力コイルは、前記ＳＱＵＩＤ１４０に磁束を集束させるために、前記ＳＱＵＩＤ１４０に類似している面積を有し、増幅させるために数回巻かれることがある。前記ピックアップコイル１７２は、マグネトメータ（Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）又はグラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）を含むことがある。前記マグネトメータは、一周り（ｏｎｅ−ｔｕｒｎ）のコイルで構成されて、感知された磁束（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ）を前記入力コイルの巻く数ほど増幅して、前記ＳＱＵＩＤ１４０に伝達する。グラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）は、二つのコイルが互いに反対方向に巻かれている。したがって、グラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）は、均一な磁場に対しては反応しない。しかし、グラディオメータ（Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）は、傾きが他の磁束に対して二つのコイルにかかった磁束の差異を感知し、前記入力コイルに前記差異を伝達する。前記ピックアップコイル１７２は、一対のグラディオメータを含むことがある。これによって、前記ピックアップコイル１７２は、第１ないし第４ピックアップコイル１７２ａ〜１７２ｄを含むことがある。前記ピックアップコイルの形態は、多様に変形されることがある。
【００３９】
前記事前磁化コイル１４０は、前記内部凹部１１２を包むように配置されることがある。また、前記ピックアップコイル１７２の一部又は全部は、前記事前磁化コイル１４０と前記内部凹部１１２との間に配置されることがある。前記外部凹部１２４を有する前記デュア１０２は、前記ピックアップコイル１７２が前記試料１６０を完全に包む構造を提供することがある。また、前記事前磁化コイル１４０は、前記試料１６０を事前磁化させることができるように十分に近い距離を提供することがある。前記試料１６０の中心は、前記事前磁化コイル１４０の中心と一致することがある。一方、前記ピックアップコイル１７２の中心は、前記試料１６０の中心と一致しないことがある。
【００４０】
前記事前磁化コイル１４０は、超伝導体を含むことがある。前記事前磁化コイル１４０は、板材（ｓｈｅｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）又は線材（ｌｉｎｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）で形成されることがある。前記板材で前記事前磁化コイル１４０を構成する場合、前記板材は、複層構造を有することがある。
【００４１】
超伝導体は、一定の臨界温度以下で抵抗が零（ｚｅｒｏ）である特性を有する物質である。したがって、超伝導体からなった導線を用いて前記事前磁化コイル１４０を製作し、前記事前磁化コイル１４０が臨界温度（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）以下で動作されることがある。この場合、前記事前磁化コイル１４０に抵抗発熱による冷媒消耗の問題は、除去することがある。また、超伝導体は、一般的な銅導線に比べてその電流密度が１００倍以上大きいため、少ないターン数によって大きい磁場を作ることがある。また、銅導線を用いる場合より、事前磁化コイルの容積は、減少することがある。超伝導体事前磁化コイル１４０は、その材質が高温超伝導体や低温超伝導体にかかわらず、液体ヘリウム温度で動作させることがある。したがって、超伝導体を用いて事前磁化コイルを構成する場合、事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型システムが可能である。すなわち、一つのデュアは、前記事前磁化コイル１４０ 及びＳＱＵＩＤ１５０を動作させることがある。
【００４２】
銅導線を使用して事前磁化コイル−ＳＱＵＩＤ一体型システムを製作する場合、液体冷媒は、前記事前磁化コイルの熱を吸収する過程において、震動を誘発することがある。前記震動は、ＳＱＵＩＤに伝わって前記ＳＱＵＩＤの動作特性を阻害することがある。
【００４３】
銅導線を使用して前記事前磁化コイルを製作する場合、前記事前磁化コイルを冷却する別途のデュアを有することがある。しかし、別途のデュアを使用することは、システムの複雑性及びコストを増加させる。
【００４４】
しかし、前記事前磁化コイルは、超伝導体を使用する場合、前記事前磁化コイルの熱を吸収する過程において、震動は、十分に減少することがある。また、前記事前磁化コイル及び前記ＳＱＵＩＤは、一体型に製作されて、システムの複雑性及びコストが減少する。
【００４５】
図２は、本発明の一実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【００４６】
図２に示すように、事前磁化コイルを構成する超伝導体は、電流が変わる間、その超伝導特性を失わないながら、同時にこの時発生する交流熱損失を最小化ができなければならない。このために、前記事前磁化コイル１０は、微細な超伝導体フィラメント１２が基地材料１４（ｍａｔｒｉｘ）の中にぎっしりと嵌め込んでいる形態であることがある。
【００４７】
前記超伝導体フィラメント１２の直径が小さいほど、磁化履歴による交流熱損失は小くなることがある。また、前記基地材料１４は、ＣｕＮｉ、ＣｕＭｎなどの銅合金材を使用することがある。この場合、液体ヘリウムの気化点である４Ｋで銅合金材の比抵抗は、純粋銅より千倍ぐらい高い。したがって、前記基地材料１４は、電流変化によって生成された渦流を速く減少させることがある。また、電流変化によって生ずる前記超伝導体フィラメント１２の間の結合損失は最小化することがある。
【００４８】
前記超伝導体フィラメント１２は、低温超伝導体であることがある。前記超伝導体フィラメント１２は、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２のうち、少なくとも一つを含むことがある。金属外皮１６は、前記基地材料１４を包むように配置することがある。前記金属外皮１６の熱伝導度及び電気伝導度は、前記基地材料の熱伝導度及び電気伝導度より良いことがある。これによって、前記金属外皮１４は、超伝導クエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）現象発生の際、これの拡散防止及び早い超伝導性を回復することを提供することがある。
【００４９】
例えば、前記事前磁化コイル１０は、０．１４ミクロンの太さのＮｂＴｉ超伝導体フィラメントを銅−ニッケル合金基地材料１４の中にぎっしりと配置された形態であることがある。前記事前磁化コイル１０の導線の太さが０．２ｍｍであり、前記事前磁化コイル１０の合計容積が２００ｃｍ３であることがある。電流の上昇及び下降時間が各５ｍｓｅｃであり、最大１０００Ａ電流パルスが前記事前磁化コイル１０に印加されて、０．５Ｔｅｓｌａの磁場を生成することがある。この場合、予想される熱損失は、パルス当たり最大４０ｍＪであることがある。前記パルスが４秒に一度加えられる場合、交流熱損失平均値は、最大１０ｍＷである。
【００５０】
一方、０．５８オームの合計抵抗を有する低抗導線で作った事前磁化コイルの熱損失は、液体窒素の温度で４０Ａの電流を流して０．２Ｔを生成する場合、１ｋＷであることがある。超伝導体事前磁化コイルの熱損失は、抵抗性事前磁化コイルの熱損失に比べて十万分の一に過ぎない。したがって、超伝導事前磁化コイルは、液体ヘリウムデュアでＳＱＵＩＤに影響を与えず、液体ヘリウムの蒸発量をわずかに維持することができる。
【００５１】
図３は、本発明の他の実施例による事前磁化コイルの構造を説明する図面である。
【００５２】
図３に示すように、前記事前磁化コイルは、基板材２２上に順序に積層された緩衝材層２３、超伝導体２４、伝導性保護層２５、及びこれを包む銅安定材層２１を含むことがある。前記基板材２２は、主に高い耐引張度（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）と機械的な安定性を有したＨａｓｔｅｌｌｏｙ 系列のニッケル合金材を約５０ｕｍ厚さで使用することがある。前記緩衝材層２３は、前記基板材２２上にそれぞれ１０〜４０ｎｍ厚さで酸化物が積層されて機械的緩衝役割をすることがある。前記酸化物は、ＬａＭｎＯ３、ＭｇＯ、及びＡｌ２Ｏ３のうち、少なくとも一つを含むことがある。前記超伝導体２４は、前記緩衝材層２３上に約１ｕｍ厚さで積層されることがある。前記超伝導体２４は、ＹＢＣＯ系列の古典的超伝導体を含むことがある。前記伝導性保護層２５は、前記超伝導体２４上に約２ｕｍ厚さで積層されることがある。前記伝導性保護層２５は、前記超伝導体２４と外部導線とを電気的に連結する役割を行うことがある。前記伝導性保護層２５は、耐腐食性が高くなければならない。前記伝導性保護層２５は、銀（Ａｇ）材質で構成されることがある。前記銅安定材層２１は、前記基板、前記緩衝材層、前記超伝導体、及び前記伝導性保護層を約２０ｕｍの厚さで包む形態になることがある。前記銅安定材層２５は、前記超伝導体２４に流れた電流が変化する時生じる渦流を抵抗発熱を通じて吸収して前記超伝導体２４の交流損失を減らすことがある。
【００５３】
図４は、本発明の一実施例による連結部を説明する図面である。
【００５４】
図４及び図１に示すように、連結部１８０は、前記事前磁化コイル１４０と電源部（図示せず）を電気的に連結することがある。
【００５５】
前記連結部１８０は、液体冷媒１０４に一部が浸り、前記事前磁化コイル１４０と電気的に連結される超伝導体で形成された第１配線１８６、前記第１配線１８６と電気的に連結され、前記内部容器１１０ 内部に配置される第２配線１８２、前記第１配線１８６と第２配線１８２を電気的に連結する第１接続部１８４、前記第２配線１８２と電気的に連結され、前記デュア１０２の外部に配置される第３配線１８９、及び前記第２配線１８２と第３配線１８９を電気的に連結する第２接続部１８８を含むことがある。前記第２配線１８２及び第３配線１８９は、リッツ線であることがある。前記第２配線１８２と前記第３配線１８９は、それぞれ複数の導線を含み、前記導線は、前記第２接続部１８８を通じて個別的に連結することがある。
【００５６】
前記第１配線１８６は、前記事前磁化コイル１４０と連結されることがある。前記第１配線１８６の一端は、前記液体冷媒１０４に浸り、前記第１配線１８６の他端は、前記液体冷媒１０４の外部に露出されることがある。前記第１配線１８６は、高温超伝導体であることがある。前記第２配線１８２の一端は、第１接続部１８４を通じて前記第１配線１８６の他端と連結されることがある。前記第２配線１８２の他端は、前記第２接続部１８８を通じて前記第３配線１８９に連結されることがある。前記第２配線１８２及び前記第３配線１８９は、リッツ線の形態の抵抗導線であることがある。前記抵抗導線は、銅を含むことがある。
【００５７】
前記第１配線１８６は、セラミック基盤の高温超伝導体で形成されることがある。前記第１配線１８６は、前記第２配線１８２を通じて入るデュア１０２外部の熱がデュア１０２内部の液体冷媒１０４に伝達することを最小化するように構成されることがある。前記第２配線１８２を単線又は撚線で構成する場合、前記電源部から前記事前磁化コイル１４０に供給される電流の量が早く変化するとき、導線の表面效果によって実効交流抵抗が増加することがある。前記第２配線１８２を単線又は撚線で構成される場合、電流が流れる方向への導線実効断面積が広くなることがある。これによって、熱雑音（ジョンソンノイズ）電流が生じやすくなる。前記熱雑音の電流から発生する磁場は、ＳＱＵＩＤ１５０に影響を与えて測定雑音として作用することがある。前記熱雑音電流は、導線が細いほど、そして導線が長いほど減少することがある。前記実効交流抵抗を減らし、前記熱雑音電流を最小化するために、前記第２配線１８２は、複数の導線が捩れたリッツ線形態で構成されることがある。すなわち、前記第２配線１８２は、電気抵抗を最小化する同時に、熱伝導度は下がるようにして、デュア外部からの熱流入を最小化することがある。この場合、前記第２配線１８２の導線数は、最大の電流が流れる時、抵抗発熱による導線の温度を上げ過ぎないように十分な数にする。
【００５８】
前記第２配線１８２及び第３配線１８９は、前記第２接続部１８８を通じて熱ノイズ発生を最小化するように構成されることがある。前記第２接続部１８８は、雌コネクター１８８ｂと雄コネクター１８８ａを含むことがある。前記第２接続部１８８は、前記第２配線１８２を構成する銅導線１８８ｄが互いに絶縁された状態でそれぞれ独立的な端子を有するように複数の接触ピン１８８ｃを含むことがある。前記第２接続部１８８は、前記デュア内部の銅導線の間の短い経路の導線ループの形成を防止して熱ノイズの大きさを減少させることがある。導線ループの経路が長いほど発生する熱ノイズの大きさが減少する。リッツ線の導線がすべて一端子を通じて連結される場合、デュア内部のリッツ線個別導線の間に短い経路の導線ループが形成されることがある。
【００５９】
例えば、前記第２配線１８２及び第３配線１８９は、０．５ｍｍ銅導線２００個で構成されることができる。この場合、前記第２配線１８２及び前記第３配線１８９の総厚は８ｍｍ程度となる。前記第３配線１８９に１００Ａの電流を流す場合、前記第３配線１８９で発生する抵抗発熱は、導線１ｍ当たり４．３Ｗａｔｔ程度である。前記抵抗発熱は、冷却を無視する場合、導線の温度を秒当たり０．３度上げることができる発熱量である。空気を通じる前記第３配線１８９の冷却を考慮すれば、前記第３配線１８９の実際の温度上昇はわずかである。
【００６０】
図５は、本発明の一実施例による伝導性熱遮蔽膜を説明する図面である。
【００６１】
再び、図１及び図５に示すように、熱遮蔽膜１３０は、前記内部首部１１６に結合して前記内部ボディ部１１４を包む構造を有することがある。前記熱遮蔽膜１３０は、導電性物質であることがある。前記熱遮蔽膜１３０は、前記内部凹部１１２の側面の一部まで延長されることがある。前記熱遮蔽膜１３０は、銅又はアルミニウムで形成されることがある。前記熱遮蔽膜１３０の一端は、前記内部首部１１６に結合し、前記熱遮蔽膜１３０の他端は、互いに分離されるスリット形態を有することがある。前記熱遮蔽膜１３０は、円筒型であることがある。
【００６２】
前記熱遮蔽膜１３０は、第１熱遮蔽膜１３２及び前記第１熱遮蔽膜１３２を包む第２熱遮蔽膜１３４を含むことがある。前記熱遮蔽膜１３０は、導電性物質であるため、前記熱遮蔽膜１３０の固有の熱雑音は、前記ＳＱＵＩＤ１５０又は前記ピックアップコイル１７２に悪影響を与えることがある。前記熱遮蔽膜１３０を通じて収集された放射熱（ｒａｄａｉａｔｏｎ ｈｅａｔ）は、前記内部首部１１６に伝達熱（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔ）の形態として伝達されることがある。前記内部首部１１６に伝達された伝達熱は、蒸発された液体冷媒によって冷却されることがある。前記熱遮蔽膜１３０は、前記ＳＱＵＩＤ１５０に固有の熱雑音を与えることがあって、制限的に使用される必要がある。したがって、前記試料１６０と前記ピックアップコイル１７２との間の前記伝導性熱遮蔽膜１３０の一部又は全部は除去されることがある。前記熱遮蔽膜１３０と前記内部首部１１６の熱接触は、クランプ１３３、１３５によって向上されることがある。前記クランプ１３３、１３５は、前記熱遮蔽膜１３０と結合して前記内部首部１１６の接触面積を増加させることがある。
【００６３】
第１熱遮蔽膜１３２は、板型部１３２ａとストリップ部１３２ｂとを含むことがある。前記板型部１３２ａは、前記内部首部１１６と結合して前記内部ボディ部１１４を包むように配置されることがある。前記ストリップ部１３２ｂは、前記板型部１３２ａと連続的に連結されて、前記内部ボディ部１１４の下部に配置されることがある。前記板型部１３２ａは、円筒型であることがある。
【００６４】
本発明の変形された実施例によれば、前記板型部１３２ａは、前記内部ボディ部１１４の下部面まで延長されることがある。前記ストリップ部１３２ｂは、前記内部凹部１１２と前記外部凹部１２４との間に配置されることがある。
【００６５】
図６は、本発明の一実施例による超断熱膜のノード（ｎｏｄｅ）を説明する図面である。
【００６６】
図１及び図６に示すように、前記超断熱膜１９２は、細糸繊維１９２ａ、１９２ｂ及び前記細糸繊維１９２ａ、１９２ｂ上に非等方性を有し、蒸着された導電物質１９２ｃを含むことがある。前記導電物質１９２ｃは、前記細糸繊維の屈曲によって導電領域が断続的に形成されることがある。
【００６７】
超断熱膜１９２（Ｓｕｐｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）は、前記内部凹部１１２と前記外部凹部１２４との間に配置されることがある。前記超断熱膜１９２は、前記内部ボディ部１１４を包むように延長されることがある。前記超断熱膜１９２は、前記断熱層内部に配置される。したがって、前記超断熱膜１９２は、前記デュア１０２の外部から流入された放射熱が前記デュア１０２内部へ伝達されることを抑制することがある。前記超断熱膜１９２は、非導電性断熱材であることがある。
【００６８】
本発明の変形された実施例によれば、前記超断熱膜１９２は、表面が互いに電気的に絶縁されるよう複数の格子形態に分離されることがある。前記超断熱膜１９２は、アルミニウムマイラー（ａｌｕｍｉｎｍ ｍｙｌａｒ）を含むことがある。前記超断熱膜１９２は、複数の積層された前記アルミニウムマイラーフィルムを含むことがある。
【００６９】
前記試料１６０と前記ピックアップコイル１７２との間に前記熱遮蔽膜１３０は、配置されず、前記超断熱膜１９２のみ配置されることがある。これによって、前記ピックアップコイル１７２は、前記伝導性熱遮蔽膜１３０に起因した熱雑音から影響を少なく受けることがある。
【００７０】
前記試料１６０と前記事前磁化コイル１４０との間の距離及びその配置方式によって前記試料１６０の磁化度が変わることがある。また、前記試料１６０と前記ピックアップコイル１７２との間の距離によって信号の大きさが変わることがある。 したがって、試料−事前磁化コイル及び試料−ピックアップコイルの空間的配置は、低磁場ＭＲＩシステムの性能に大きい影響を与えることがある。
【００７１】
本発明の一実施例による冷却装置は、超伝導事前磁化コイルを適用したＳＱＵＩＤ−超伝導事前磁化コイル一体型低磁場ＭＲＩシステムに適用されることがある。この場合、前記事前磁化コイルによるマイスノー效果（Ｍｅｉｓｓｎｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）は、前記ＳＱＵＩＤに磁気的な影響を与えることがある。したがって、事前磁化コイルの配置及びデュアの形態は、システムの性能に重要な影響を与えることがある。
【００７２】
ＳＱＵＩＤ−超伝導事前磁化コイル一体型低磁場ＭＲＩシステムを従来の形態のデュアに適用する場合、試料は、事前磁化コイルの内部中心からはずれた位置に配置される。したがって、このような構造は、低磁場ＭＲＩシステムに不適であることもある。
【００７３】
ＳＱＵＩＤ−超伝導事前磁化コイル一体型低磁場ＭＲＩシステムが最適の性能で動作するために、前記デュアは、最適化される必要がある。具体的に、前記最適化されたデュアは、内部凹部及び外部凹部を含んだ凹型デュアである。前記凹型デュアは、次のような長所を有することがある。
【００７４】
第一、平面形や突出形デュアの場合、試料は、磁場の大きさが最大である事前磁化コイルの内部中心からはずれた位置に配置される。したがって、前記試料の磁化度が下がる。一方、凹型デュアの場合、前記試料が前記凹型デュアの窪んだシリンダー内部に配置される。また、前記事前磁化コイルは、前記シリンダー内部を包む形態で配置されることがある。したがって、前記試料は、前記事前磁化コイルの内部中心に配置されることがある。したがって、前記試料の磁化度は、増加することがある。
【００７５】
第二、試料の核磁気共鳴信号の大きさは、試料とピックアップコイルとの間の距離に比例する。突出形及び平面形デュアの場合、前記核磁気共鳴信号の大きさを増加させるために、試料と隣接したデュアの断熱層が最大限に薄くなければならない。突出形及び平面形デュアは、３００Ｋに至る温度差を安定的に維持するためには、最小限の断熱層の厚さが要求される。一般的に、突出形及び平面形デュアは、内部容器と外部容器に使用されるＦＲＰ材質の厚さ（８〜１０ｍｍ）は、熱遮蔽膜及び超断熱層が配置される内外部容器の間の真空断熱層の厚さ（８〜１０ｍｍ）を要求する。したがって、突出形及び平面形デュアの場合、前記試料と前記ピックアップコイルは、前記断熱層の厚さほど離れる。しかし、凹型デュアの場合、試料とピックアップコイルは、同一の平面上に位置することができる。したがって、試料とピックアップコイルは、垂直方向の距離差異がないため、試料とピックアップコイルとの間の距離による信号減少を抑制することがある。また、前記試料と前記ピックアップコイルが隣接した部位の断熱層の厚さ（ｄ）は、相対的に突出形デュア又は平面型デュアに比べて厚いことがある。したがって、前記凹型デュアの製作の難易度が減少することがある。具体的に、前記内部凹部の厚さ、前記外部凹部の厚さ、及び前記内部凹部と前記内部凹部との間の断熱層の厚さは、減少することがある。
【００７６】
第三、凹型デュアの場合、前記凹部に入射する放射熱の立体角（ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ）が少ないため、放射熱が少なく流入される。試料が配置される窪んだシリンダー部分は、液体ヘリウムが満たされている部分で囲まれている構造である。したがって、突出形又は平面形デュアに比べて、前記凹型デュアの内部凹部は、相対的に常温との露出部位が少なく、流入される放射熱が少ない。
【００７７】
一方、突出形又は平面形デュアは、試料と前記ピックアップコイルが対向する領域は、伝導性熱遮蔽膜が除去されることがある。したがって、試料と前記ピックアップコイルが対向する領域は、他の領域に比べて流入される放射熱が多い。しかし、凹型デュアの場合、試料と前記ピックアップコイルが対向する領域は、十分な断熱層を確保することができるため、前記放射熱の流入を最小化することができる。
【００７８】
図７ないし図１０は、本発明の他の実施例による磁場測定装置を説明する図面である。図１に説明したものと重複する部分は省略する。
【００７９】
図７に示すように、前記事前磁化コイル２４０は、ヘルムホルツ（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）形態であり、前記事前磁化コイル２４０によって形成された事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記内部凹部１１２の中心軸方向であることがある。前記事前磁化コイル２４０は、第１事前磁化コイル２４０ａ及び第２事前磁化コイル２４０ｂを含むことがある。前記第１事前磁化コイル２４０ａと前記第２事前磁化コイル２４０ｂは、同一の形態であり、互いに離隔されて配置されることがある。前記第１事前磁化コイル２４０ａ及び第２事前磁化コイル２４０ｂは、直列又は並列連結されることがある。前記第１事前磁化コイル２４０ａ及び第２事前磁化コイル２４０ｂは、前記内部凹部１１２を包むように配置されることがある。
【００８０】
本発明の変形された実施例によれば、前記事前磁化コイル２４０は、ヘルムホルツ形態に限定されるものではない。したがって、前記事前磁化コイル２４０は、一つ又はその以上のコイルを直列及び／又は並列連結されることがある。
【００８１】
図８に示すように、事前磁化コイル３４０は、ヘルムホルツ形態であり、前記事前磁化コイル３４０によって形成された事前磁化磁場（Ｂｐ）は、前記内部凹部１１２の中心軸に垂直した方向であることがある。前記事前磁化コイル３４０は、第１事前磁化コイル３４０ａ及び第２事前磁化コイル３４０ｂを含むことがある。前記第１事前磁化コイル３４０ａと前記第２事前磁化コイル３４０ｂは、前記内部凹部１１２を中心に互いに離隔されて配置されることがある。前記第１事前磁化コイル３４０ａ及び第２事前磁化コイル３４０ｂは、直列又は並列連結されることがある。
【００８２】
本発明の変形された実施例によれば、前記事前磁化コイル３４０は、ヘルムホルツ形態に限定されるものではない。したがって、前記事前磁化コイル３４０は、一つ又はその以上のコイルを直列及び／又は並列連結されることがある。
【００８３】
図９に示すように、前記超断熱膜１９２、１９４は、前記熱遮蔽膜１３２、１３４の間に配置されることがある。
【００８４】
図１０に示すように、補助熱遮蔽膜１９７は、前記熱遮蔽膜１３０と結合し、前記内部凹部１１２と前記外部凹部１２４との間に配置される非導電性物質であることがある。前記補助熱遮蔽膜１９７は、非導電性であり、金属酸化膜を含むことがある。具体的に、前記補助熱遮蔽膜は、アルミニウム酸化膜（アルミナ）、窒化アルミニウム、及び窒化ホウ素のうち、少なくとも一つを含むことがある。
【００８５】
デュアは、構造的に熱雑音が最小になるように熱遮蔽膜を使用する。通常的に、試料とピックアップコイルが隣接した領域には、熱遮蔽膜を使用しない。代わりに、超断熱膜が放射熱を遮断するように使用されるが、十分な断熱效果を得にくい。したがって、デュア内部に流入される放射熱を遮断する非金属性の補助熱遮蔽膜が必要である。前記補助熱遮蔽膜は、高い熱伝導度を有しながらも、ＳＱＵＩＤに熱雑音及び磁気雑音を伝導しない非金属性物質であることがある。
【００８６】
しかし、非金属性の物質は、たいてい熱伝導度が低くて熱遮蔽膜としての機能が落ちることができる。酸化アルミニウム（アルミナ）の場合、セラミック系列の非金属物質でありながらも、その熱伝導度が３００Ｋで約３０Ｗ／ｍＫ、５Ｋで約１．７Ｗ／ｍＫで、高い方に属する物質である。したがって、前記ピックアップコイルと前記試料の距離が遠く離れた所には、既存の金属性熱遮蔽膜が使用される。一方、前記ピックアップコイルと前記試料が近い領域には、前記補助熱遮蔽膜が配置されることがある。前記補助熱遮蔽膜と前記熱遮蔽膜は、信頼性あるように接触されることがある。これによって、外部から流入される放射熱は、遮断しながらも金属性熱遮蔽膜による熱雑音の流入は抑制することがある。特に、前記補助熱遮蔽膜は、液体ヘリウムを使用するデュアに適用されることがある。
【００８７】
図１１は、本発明の他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
【００８８】
図１１に示すように、前記冷却装置４００は、外部容器４２０及び内部容器４１０を含むことがある。前記内部容器４１０は、前記外部容器４２０内部に配置され、内部首部４１６及び内部ボディ部４１４を含むことがある。伝導性熱遮蔽膜４３０は、前記内部首部４１６に連結され、前記内部ボディ部４１４の少なくとも側面を包むように配置されることがある。補助熱遮蔽膜４７９は、前記外部容器４１２の下部に配置された試料４６０と隣接した領域に前記熱遮蔽膜４３０と接触して配置され、アルミニウム酸化物で形成される。前記外部容器４２０と内部容器４１０との間は、真空状態の断熱層を形成し、前記内部容器４１０は、液体冷媒４０４を含むことがある。
前記外部容器４２０と内部容器４１０の下部面は、平面であることがある。超伝導体で形成された事前磁化コイル４４０、ＳＱＵＩＤ４５０、及びピックアップコイル４７０は、前記液体冷媒内部に配置されることがある。超断熱膜４９２は、前記内部ボディ部４１４を包むように配置されることがある。
【００８９】
図１２は、本発明の更なる他の実施例による冷却装置を説明する図面である。
図１２に示すように、前記冷却装置５００は、外部容器５２０及び内部容器５１０を含むことがある。前記内部容器５１０は、前記外部容器５２０内部に配置され、内部首部５１６及び内部ボディ部５１４を含むことがある。伝導性熱遮蔽膜５３０は、前記内部首部５１６に連結され、前記内部ボディ部５１４の少なくとも側面を包むように配置されることがある。補助熱遮蔽膜５７９は、前記外部容器５１２の下部に配置された試料５６０と隣接した領域に前記熱遮蔽膜５３０と接触して配置され、アルミニウム酸化物に形成される。前記外部容器５２０と内部容器５１０との間は、真空状態の断熱層を形成し、前記内部容器５１０は、液体冷媒５０４を含むことがある。
【００９０】
前記外部容器５２０は、外部突出部５２４及び外部ボディ部５２２を含むことがある。前記内部容器５１０は、内部突出部５１２を含むことがある。前記内部突出部５１２は、前記外部突出部５２４の内部に配置されることがある。前記補助熱遮蔽膜５７９は、前記内部突出部５１２の下部面と前記外部突出部５２４の下部面との間に配置されることがある。超伝導体で形成された事前磁化コイル５４０、及びピックアップコイル５７０は、前記内部突出部５１２の内部に配置されることがある。ＳＱＵＩＤ４５０は、前記液体冷媒５０４に浸ることがある。超断熱膜（図示せず）は、前記内部ボディ部５１４を包むように配置されることがある。
【００９１】
これまで本発明に対してその好ましい実施例を中心に述べた。本発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で具現できることが分かる。したがって、開示された実施例は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、特許請求範囲に述べ、それと同等な範囲内にあるすべての差異は、本発明に含まれるものと解釈されなければならない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部容器及び液体冷媒を含む内部容器を含むデュア；
前記内部容器の内部に配置され、前記液体冷媒に浸る事前磁化コイル（ｐｒｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｉｌ）；
前記液体冷媒に浸るピックアップコイル；及び、
前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含み、
前記事前磁化コイルは、超伝導体で形成され、
前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成し、
試料は、前記事前磁化コイルによって磁化され、前記ピックアップコイルの測定対象になり、
前記デュアは、凹形を含み、前記試料は、前記凹形の内部に配置されることを特徴とする低雑音冷却装置。
【請求項２】
前記外部容器は、
外部ボディ部；及び、
前記事前磁化コイルが配置される領域の中心部に前記試料が配置されるように前記試料を包む外部凹部を含み、
前記内部容器は、
前記外部容器と結合する内部首部；
前記内部首部と連結される内部ボディ部；及び、
前記内部ボディ部と連結されて前記外部凹部を包む内部凹部を含み、
前記内部凹部は、前記外部凹部の周りに配置されることを特徴とする請求項１に記載の低雑音冷却装置。
【請求項３】
前記内部首部に結合して前記内部ボディ部を包む少なくとも一つの伝導性熱遮蔽膜をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項４】
前記伝導性熱遮蔽膜は、板型部とストリップ部とを含み、
前記板型部は、前記内部首部と結合して前記内部ボディ部を包むように配置され、
前記ストリップ部は、前記板型部と連続的に連結されて前記内部ボディ部の下部に配置されることを特徴とする請求項３に記載の低雑音冷却装置。
【請求項５】
前記内部凹部と前記外部凹部との間に配置され、前記外部凹部を包む少なくとも一つの超断熱膜（Ｓｕｐｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の低雑音冷却装置。
【請求項６】
前記超断熱膜は、
細糸纎維；及び、
前記細糸繊維上に非等方性を有し、蒸着された導電物質を含み、
前記導電物質は、前記細糸繊維の屈曲によって導電領域が断続的に形成されることを特徴とする請求項５に記載の低雑音冷却装置。
【請求項７】
前記熱遮蔽膜と結合し、前記内部凹部と前記外部凹部との間に配置される少なくとも一つの非導電性補助熱遮蔽膜をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の低雑音冷却装置。
【請求項８】
前記非導電性補助熱遮蔽膜は、アルミナ、窒化アルミニウム、及び窒化ホウ素のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の低雑音冷却装置。
【請求項９】
前記事前磁化コイルは、前記内部凹部を包むように配置され、
前記受信コイルの一部又は全部は、前記事前磁化コイルと前記内部凹部との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１０】
前記事前磁化コイルは、少なくとも一つのコイルが直列又は並列で連結された形態であり、前記事前磁化コイルによって形成された事前磁化磁場は、前記内部凹部の中心軸に垂直した方向であることを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１１】
前記事前磁化コイルは、少なくとも一つのコイルが直列又は並列で連結された形態であり、前記事前磁化コイルによって形成された事前磁化磁場は、前記内部凹部の中心軸方向であることを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１２】
前記事前磁化コイルは、
抵抗が大きい合金材基地材料；及び、
前記基地材料の中に配置された複数の微細な超伝導体フィラメントを含むことを特徴とする請求項１に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１３】
前記超伝導フィラメントは、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１４】
前記事前磁化コイルと電源部とを電気的に連結する連結部をさらに含み、
前記連結部は、
前記液体冷媒に一部が浸り、前記事前磁化コイルと電気的に連結される超伝導体で形成された第１配線；及び、
前記液体冷媒から露出した前記第１配線の一端と電気的に連結配置され、前記液体冷媒から露出した第２配線を含み、
前記第２配線は、単線（ｓｏｌｉｄ−ｗｉｒｅ）、撚線（ｓｔｒａｎｄｅｄ−ｗｉｒｅ）、又はリッツ線（Ｌｉｔｚ−ｗｉｒｅ）形態の抵抗導線であることを特徴とする請求項１に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１５】
外部容器；
前記外部容器内部に配置され、内部首部、内部ボディ部を含む内部容器；
前記内部首部に連結され、前記内部ボディ部の少なくとも側面を包むように配置される少なくとも一つの伝導性熱遮蔽膜；
前記外部容器の下部に配置された試料と隣接した領域に前記遮蔽部と接触して配置される非導電性補助熱遮蔽膜；
前記内部容器の内部に配置され、液体冷媒に浸る事前磁化コイル；
前記事前磁化コイルの中心軸上に配置され、前記液体冷媒に浸るピックアップコイル；及び、
前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含み、
前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成することを特徴とする低雑音冷却装置。
【請求項１６】
前記外部容器は、外部突出部をさらに含み、
前記内部容器は、内部突出部をさらに含み、
前記内部突出部は、前記外部突出部の内部に配置され、
前記補助熱遮蔽膜は、前記内部突出部の下部面と前記外部突出部の下部面との間に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１７】
前記外部容器は、外部凹部をさらに含み、
前記内部容器は、内部凹部をさらに含み、
前記外部凹部は、前記内部凹部の内部に配置され、
前記補助熱遮蔽膜は、前記外部凹部と前記内部凹部との間に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１】
外部容器及び液体冷媒を含む内部容器を含むデュア；
前記内部容器の内部に配置され、前記液体冷媒に浸る事前磁化コイル（ｐｒｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｉｌ）；
前記液体冷媒に浸るピックアップコイル；及び、
前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含み、
前記事前磁化コイルは、超伝導体で形成され、
前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成し、
試料は、前記事前磁化コイルによって磁化され、前記ピックアップコイルの測定対象になり、
前記デュアは、凹形を含み、前記試料は、前記凹形の内部に配置されることを特徴とする低雑音冷却装置。
【請求項２】
前記外部容器は、
外部ボディ部；及び、
前記事前磁化コイルが配置される領域の中心部に前記試料が配置されるように前記試料を包む外部凹部を含み、
前記内部容器は、
前記外部容器と結合する内部首部；
前記内部首部と連結される内部ボディ部；及び、
前記内部ボディ部と連結されて前記外部凹部を包む内部凹部を含み、
前記内部凹部は、前記外部凹部の周りに配置されることを特徴とする請求項１に記載の低雑音冷却装置。
【請求項３】
前記内部首部に結合して前記内部ボディ部を包む少なくとも一つの伝導性熱遮蔽膜をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項４】
前記伝導性熱遮蔽膜は、板型部とストリップ部とを含み、
前記板型部は、前記内部首部と結合して前記内部ボディ部を包むように配置され、
前記ストリップ部は、前記板型部と連続的に連結されて前記内部ボディ部の下部に配置されることを特徴とする請求項３に記載の低雑音冷却装置。
【請求項５】
前記内部凹部と前記外部凹部との間に配置され、前記外部凹部を包む少なくとも一つの超断熱膜（Ｓｕｐｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の低雑音冷却装置。
【請求項６】
前記超断熱膜は、
細糸纎維；及び、
前記細糸繊維上に非等方性を有し、蒸着された導電物質を含み、
前記導電物質は、前記細糸繊維の屈曲によって導電領域が断続的に形成されることを特徴とする請求項５に記載の低雑音冷却装置。
【請求項７】
前記熱遮蔽膜と結合し、前記内部凹部と前記外部凹部との間に配置される少なくとも一つの非導電性補助熱遮蔽膜をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の低雑音冷却装置。
【請求項８】
前記非導電性補助熱遮蔽膜は、アルミナ、窒化アルミニウム、及び窒化ホウ素のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の低雑音冷却装置。
【請求項９】
前記事前磁化コイルは、前記内部凹部を包むように配置され、
前記受信コイルの一部又は全部は、前記事前磁化コイルと前記内部凹部との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１０】
前記事前磁化コイルは、少なくとも一つのコイルが直列又は並列で連結された形態であり、前記事前磁化コイルによって形成された事前磁化磁場は、前記内部凹部の中心軸に垂直した方向であることを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１１】
前記事前磁化コイルは、少なくとも一つのコイルが直列又は並列で連結された形態であり、前記事前磁化コイルによって形成された事前磁化磁場は、前記内部凹部の中心軸方向であることを特徴とする請求項２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１２】
前記事前磁化コイルは、
抵抗が大きい合金材基地材料；及び、
前記基地材料の中に配置された複数の微細な超伝導体フィラメントを含むことを特徴とする請求項１に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１３】
前記超伝導フィラメントは、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＭｇＢ２のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１４】
前記事前磁化コイルと電源部とを電気的に連結する連結部をさらに含み、
前記連結部は、
前記液体冷媒に一部が浸り、前記事前磁化コイルと電気的に連結される超伝導体で形成された第１配線；及び、
前記液体冷媒から露出した前記第１配線の一端と電気的に連結配置され、前記液体冷媒から露出した第２配線を含み、
前記第２配線は、単線（ｓｏｌｉｄ−ｗｉｒｅ）、撚線（ｓｔｒａｎｄｅｄ−ｗｉｒｅ）、又はリッツ線（Ｌｉｔｚ−ｗｉｒｅ）形態の抵抗導線であることを特徴とする請求項１に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１５】
外部容器；
前記外部容器内部に配置され、内部首部、内部ボディ部を含む内部容器；
前記内部首部に連結され、前記内部ボディ部の少なくとも側面を包むように配置される少なくとも一つの伝導性熱遮蔽膜；
前記外部容器の下部に配置された試料と隣接した領域に前記遮蔽部と接触して配置される非導電性補助熱遮蔽膜；
前記内部容器の内部に配置され、液体冷媒に浸る事前磁化コイル；
前記事前磁化コイルの中心軸上に配置され、前記液体冷媒に浸るピックアップコイル；及び、
前記ピックアップコイルに電気的に連結され、前記液体冷媒に浸るＳＱＵＩＤを含み、
前記外部容器と内部容器との間は、真空状態の断熱層を形成することを特徴とする低雑音冷却装置。
【請求項１６】
前記外部容器は、外部突出部をさらに含み、
前記内部容器は、内部突出部をさらに含み、
前記内部突出部は、前記外部突出部の内部に配置され、
前記補助熱遮蔽膜は、前記内部突出部の下部面と前記外部突出部の下部面との間に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の低雑音冷却装置。
【請求項１７】
前記外部容器は、外部凹部をさらに含み、
前記内部容器は、内部凹部をさらに含み、
前記外部凹部は、前記内部凹部の内部に配置され、
前記補助熱遮蔽膜は、前記外部凹部と前記内部凹部との間に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の低雑音冷却装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１３−５１５９６４（Ｐ２０１３−５１５９６４Ａ）
【公表日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４６９８６（Ｐ２０１２−５４６９８６）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００８１４５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８１２９９
【国際公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（３０７０２２０３３）コリア・リサーチ・インスティチュート・オブ・スタンダーズ・アンド・サイエンス (2)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦ ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＡＮＤ ＳＣＩＥＮＣＥ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００８１４５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８１２９９
【国際公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（３０７０２２０３３）コリア・リサーチ・インスティチュート・オブ・スタンダーズ・アンド・サイエンス (2)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦ ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＡＮＤ ＳＣＩＥＮＣＥ
【Ｆターム（参考）】
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