2019 Fiscal Year Research-status Report
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18K04104
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
金 錫範 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00287963)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 小型核磁気共鳴装置 / NMR信号測定回路 / NMR Relaxometry / 高温超電導バルク体 / 次世代高温超電導線材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，簡便な方法でNMR信号が計測できる小型の磁気共鳴装置を開発するためのハードウェアとソフトウェアの両方について実証実験に基づいた検討を行い，研究期間の最終年度には開発したプロットタイプの小型磁気共鳴装置によるNMR信号の取得を目標として行っている。開発する核磁気共鳴装置の発生磁場強度は1.5 Tの小型NMR Relaxometryであり，本年度の研究実績は次のようになる。
① 小型NMR Relaxometry用マグネットの開発：本研究では，磁場源として高温超伝導バルク体と次世代高温超伝導線材によるマグネットを提案しており，昨年に続いて発生磁場強度1.5 Tと磁場補正無しの状態で磁場均一度100 ppm/cm3以上を得るためのマグネットの概念設計を行った。それと同時に，永久磁石を用いた装置との明確な差別を図るために発生磁場強度を3 Tまで引き上げるための検討を行った。本年度に行った電磁場数値解析の結果より，既存の高温超伝導バルク体の臨界特性を考慮した場合，液体窒素運転では発生磁場強度を3 Tまで引き上げることが難しいことが判明したため，GM冷凍機などを用いた伝導冷却運転方式が必要であることが明らかになった。そこで，運転温度を20~40 Kに想定した電磁場数値解析を行っている。次世代高温超伝導線材についても発生磁場強度を3 Tまで引き上げるための概念設計を行った。また，NMR Relaxometry用のマグネットだけではなく，人指用のMRI用マグネットを概念設計について検討した。
②NMR信号検出用のコイルと制御・駆動回路の開発：NMR信号を検出するためには， 検出コイルと励磁（送信），駆動回路などが必要であり，昨年に続いてデジタル式とアナログ式の２種類の信号測定回路について同時に検討しており，設計した基本回路を実際に試作して，その性能について検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①小型NMR Relaxometry用マグネットの開発：高温超伝導バルク体を磁場源として使うために，磁場中冷却法を用いて現有の10 T級超伝導マグネットと同じ寸法のマグネットを対象にした３次元電磁場数値解析による検討を行っている。昨年に続いて励磁用超電導マグネットによる磁場強度1.5 Tと磁場均一度を向上させるための磁性体の形状と配置について検討し，高温超伝導バルク体の形状最適化について検討した。次世代高温超伝導線材を用いたマグネットの場合，次世代高温超伝導線材は非常に高価であるため，線材の使用量を考慮した３次元電磁場数値解析による検討を行っている。
②NMR信号検出用コイルと制御・駆動回路：NMR信号を検出するためには，検出のコイルと励磁（送信），駆動回路などが必要であり，デジタル式とアナログ式の２種類の信号測定回路について同時に検討しており，試作した回路の性能評価を行っている。
③ 3 T級のNMR/MRIマグネットの開発：本研究の提案時には磁場強度を1.5 Tにしていたが，さらに磁場強度を3 Tに引き上げるための研究を行っている。研究対象はNMR Relaxometryと人指用のMRI用マグネットを想定している。そこで，高温超伝導バルク体については，高温超伝導バルク体を超伝導状態にした後でパルス磁場を印加するパルス着磁法について３次元電磁場解析方法による検討を行っている。そして，次世代高温超伝導線材によるマグネットの基本設計について分散型遺伝的アルゴリズムとMGG世代交代モデルを併用し，さらに高価である線材の使用量も念頭に入れることができる多目的最適化を行った。最適化の結果，磁場強度3 Tと磁場均一度79.1 ppmと設計仕様を十分に満足できる結果となり，磁場均一度を128.2 ppmと譲歩した場合，線材使用量は416 m削減できるという結果を得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ予定通りに研究が進んでおり，概念設計が終わり，信号計測回路については試作した回路の性能評価を行っている。また，3 T級のNMR/MRI用マグネットの設計についても引き続き検討する。特に、次世代高温超伝導の消費量と薄膜テープ形状の線材から起因する遮蔽電流による影響を減らすための検討を進めていく。
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| Causes of Carryover |
超伝導体の製造元からの試料として提供と他の予算で物品購入ができたことや予定された学会参加費用が使用出来なかったので，次年度使用額が生じており，合わせて次年度の物品購入と学会参加に充てる。
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