2022 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, 自然科学学域, 教授 (00287963)
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2018-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 小型核磁気共鳴装置 / 小型NMR Relaxometry / 小型MRI装置 / 高温超伝導バルク体 / 次世代高温超伝導線材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
① 小型NMR Relaxometry用マグネットの開発：静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，永久磁石を用いた小型NMR装置との明確な差別を図るために発生磁場強度を3 Tまで引き上げて検討した結果，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分かったので伝導冷却運転方式を採用して，運転温度を40 Kに想定した電磁場数値解析による高温超伝導バルク体マグネットの形状設計を行った。高温超伝導バルク体によるマグネットの設計においては，バルク体の臨界電流密度が可変できる構造を提案して検討している。そして，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形状最適化を行った。
②人指用小型MRIマグネットの開発：磁場強度が３Tの人指用MRI装置の開発を行っている。MRI用静磁場源としてはNMRと同様に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の形状設計を行った。高温超伝導バルク体による小型MRI用マグネットにおいては，ディスク形状よりリング形状のバルク体を用いた方が発生磁場の高い空間均一度を得ることを明らかにした。更に，臨界電流密度が異なる複数のリング形状の高温超伝導バルク体を組み合わせることで，直径20 mmと高さ10 mmの撮影空間で磁場強度３Tと空間均一度が200 ppmのマグネット形状を設計することができた。また，次世代高温超伝導線材を用いる小型MRI用マグネット設計においては，分散型遺伝的アルゴリズムと２次元FEMを併用した数値解析プログラムを開発して，高価である次世代高温超伝導線材の使用量と遮蔽電流による不正磁場の影響を重みにした解析を行った。
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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：提案する小型NMR Relaxometry用マグネットは，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静磁場源としている。そこで，静磁場源の性能向上のために発生磁場強度を1.5Tから3 Tに引き上げ，形状最適化を実施した。実用化を想定して高温超伝導バルク体内の臨界電流密度の相違を考慮したバルク体の形状設計も成功している。次世代高温超伝導線材を用いたマグネットの場合，非常に高価である線材の使用量を抑える形状のみならずテープ形状の線材構造から起因する遮蔽電流による影響を正確に考慮・評価する必要がある。そこで，遮蔽電流を影響について，簡易型モデルによる数値計算と３次元電磁場数値解析法による最適形状設計を行い，その精度について検討した。
②3 T級の小型MRIマグネットの開発：3 T級の人指用小型MRI用マグネットの形状設計について臨界電流密度が異なる複数のバルク体を組み合わせることで目標としている磁場強度と均一度が達成できる形状最適化に成功した。また，磁場均一度のさらなる向上を目的とした再印加法を提案して，その効果について検討している。そして，分散型遺伝的アルゴリズムとMGG世代交代モデルおよび２次元FEMを併用して次世代高温超伝導線材によるマグネットの形状最適化も成功している。しかし，遮蔽電流による不正磁場の影響が正確に考慮されていないので，この問題について解決する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
高温超伝導バルク体と線材による1.5 T級の小型NMR/MRI用マグネットにおいては，ほぼ予定通りに研究が進んでおり，概念設計が終わり具体的な最終形状設計段階に入っている。また，3 T級のNMR/MRI用マグネットの設計については，磁場強度は既に達成しているものの磁場均一度については引き続き検討する必要がある。さらに，人指用小型MRI装置については病院の外来診察室での使用を目的としているので漏れ磁場（５Gライン）の範囲を最小限化する磁気シールドを含めて形状設計を行う必要がある。
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| Causes of Carryover |
昨年もコロナ禍で殆どの学会がオンラインとなり，予定された学会参加費用が一部しか使用出来なかった。そこで，次年度の物品購入と学会参加費用に充てる。
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| Remarks |
https://soran.cc.okayama-u.ac.jp/html/215a11277e8f1e6574506e4da22f6611_ja.html#item_ronbn_2
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[Presentation] 「スケルトン・サイクロトロン」用REBCOコイルシステムの開発（その４）：実規模コイルシステムにおける遮蔽電流と電磁応力評価2022
Author(s)
植田 浩史,仲井 悠貴,井上 良太,金 錫範,石山 敦士,野口 聡,渡部 智則,長屋 重夫,福田 光宏,鷲尾 方一,東 達也
Organizer
2022年度春季低温工学・超電導学会
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