Research on the development of simplified and compact nuclear magnetic resonance devices

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04104
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 金 錫範 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (00287963)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

本年度は主に高温超電導バルク体と高温超電導（REBCO）線材による小型MRI用静磁場源に関する検討を行った。主な研究成果は下記のようになる。
① 高温超電導バルク体による小型MRI用マグネットの開発：近年，single-direction melt growth (SDMG)法が提案され，既存の高温超電導バルク体のサイズより大型化が可能であることが示された。そこで，直径140 mmの高温超電導バルク体２個を使用した小型MRI用マグネットの最適形状について電磁場数値解析に基づく検討を行った。今まで採用した磁場中冷却法では，測定空間での発生磁場強度３Tについては実現可能であるが，100ppmの磁場均一度を得ることが非常に難しいことが明らかになった。そこで，一度磁場中冷却法で磁束が捕捉されたバルク体に対して再度励磁を行うことでバルク体内の超電導電流密度分布を制御し，測定空間内の磁場均一度を大幅に向上させることに成功した。
② REBCO線材による小型MRIマグネットの開発：分散型遺伝的アルゴリズム法を用いてテープ形状の次世代高温超電導体であるREBCO線材による小型MRI用マグネットの形状最適化について検討した。テープ形状に起因する遮蔽電流による小型MRI用マグネットの不整磁場問題はマグネットのサイズが小さいほど顕著であり，最適化課程においてマグネットに発生する遮蔽電流分布を正確に考慮すべきである。しかし，既存の遮蔽電流分布に関する簡易計算法による結果と有限要素法に基づく電磁場解析により正確に計算された結果とは乖離が大きく，形状最適化手法において簡易計算法は不十分であることが明らかになった。そこで，本研究では遮蔽電流分布についてマグネットを空間的に分割し，さらに自己インダクタンスと相互インダクタンスを考慮した手法を提案し，その妥当性について証明した。

Research Products

• [Journal Article] Contact Resistance and Current Characteristics of NI HTS Coils in Low Frequency AC Method (2023)
  • Author(s): Kim SeokBeom、Kobayashi Hirotaka、Sato Daiki、Inoue Ryota、Ueda Hiroshi、Mato Takanobu、Noguchi So
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 33 Pages: 1～5
  • DOI: 10.1109/tasc.2023.3248519
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Basic Study of a Wireless Power Transmission System Using Superconducting Coil as a Ground-Side Coil for Electric Vehicles (2023)
  • Author(s): Inoue Yuta、Inoue Ryota、Ueda Hiroshi、Kim SeokBeom
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 33 Pages: 1～5
  • DOI: 10.1109/TASC.2023.3247685
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Investigation of HTS Coil Structure Robustness Against Misalignment Between Coils in a Wireless Power Transmission System for Railway Vehicles (2023)
  • Author(s): Inoue Ryota、Inoue Yuta、Ueda Hiroshi、Kim SeokBeom
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 33 Pages: 1～5
  • DOI: 10.1109/TASC.2023.3252490
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Investigation into accuracy of turn-to-turn contact resistance measurement in low-frequency AC method by 3D numerical simulation (2023)
  • Author(s): Mato Takanobu、Inoue Ryota、Ueda Hiroshi、Kim SeokBeom、Noguchi So
  • Journal Title: Superconductor Science and Technology Volume: 36 Pages: 014005～014005
  • DOI: 10.1088/1361-6668/aca5b9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Analyses of Deformation Due to Screening-Current-Induced Force in Layer-Wound REBCO Insert Coil for 1.3-GHz LTS/HTS NMR (2023)
  • Author(s): Naito Keisuke、Harada Ryo、Inoue Ryota、Kim SeokBeom、Ueda Hiroshi、Suetomi Yu、Yanagisawa Yoshinori、Maeda Hideaki
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 33 Pages: 1～5
  • DOI: 10.1109/TASC.2023.3259923
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Experimental Study on the Critical Current Properties of Flexible Nb₃Al Superconducting Wires in Cryocooler System (2023)
  • Author(s): Fukuda Hibiki、Onoue Riku、Sakamoto Tomoya、Inoue Ryota、Ueda Hiroshi、Kim SeokBeom、Kikuchi Akihiro、Iijima Yasuo
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 33 Pages: 1～4
  • DOI: 10.1109/TASC.2023.3258911
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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（2023年秋）－ 1/2スケール実証用REBCOコイルシステムの機械特性評価 － (2023)
  • Author(s): 植田 浩史,山下 葵,小前 諒太,井上 良太,金 錫範,野口 聡,渡部 智則,吉田 潤,西島 元,福田 光宏,熊谷 塁,石山 敦士
  • Organizer: 2023年度秋季低温工学・超電導学会
• [Presentation] 伝導冷却下におけるパルス通電法を用いた 低温超電導線材の臨界電流評価 (2023)
  • Author(s): 錦織敏志,尾上凜空,坂本知也,井上良太,植田浩史,金錫範,菊池章弘,飯嶋安男
  • Organizer: 2023年度(第74回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
• [Presentation] ジシクロペンタジエン樹脂で含侵した伝導冷却用REBCOコイルの伝熱特性および超電導特性評価 (2023)
  • Author(s): 塩﨑琉登,薦田遥暉,高田隆一,井上良太,植田浩史,金錫範
  • Organizer: 2023年度(第74回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
• [Presentation] 高温超電導コイルを用いたMRI装置の励磁波形の違いによる遮蔽電流磁場への影響 (2023)
  • Author(s): 今井拓弥,島尚徳,青木一馬,井上良太,植田浩史,金錫範
  • Organizer: 2023年度(第74回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
• [Presentation] Experimental and analytical study on contact resistance and current distribution of NI HTS coils in low-frequency AC method (2023)
  • Author(s): S.B. Kim, D. Sato,R. Inoue,H. Ueda,T. Mato, S. Noguchi
  • Organizer: 28th International Conference on Magnet Technology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optimal Design of Resonance Circuit Topology for a Wireless Power Transmission using HTS coils (2023)
  • Author(s): R. Inoue,T. Iwamoto, H. Komoda,H. Ueda, S.B. Kim
  • Organizer: 28th International Conference on Magnet Technology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Numerical investigation of current distribution in composite multifilamentary/bundle HTS conductor (2023)
  • Author(s): H. Ueda,R. Harada,C. Ohashi,R. Inoue, S.B. Kim
  • Organizer: 28th International Conference on Magnet Technology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experiment and simulation on mechanical behavior in 1/2-scale demonstration REBCO coil system of Skeleton Cyclotron for cancer therapy (2023)
  • Author(s): H. Ueda,R. Komae,A. Yamashita,R. Inoue, S.B. Kim,S. Noguchi,T. Watanabe,M. Fukuda,G. Nishijima,R. Kumagai, A. Ishiyama
  • Organizer: 28th International Conference on Magnet Technology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental study on WPT system using HTS and copper coils for EVs (2023)
  • Author(s): Ryota Inoue, Takahiro Iwamoto, Haruki Komoda, Hiroshi Ueda, SeokBeom Kim
  • Organizer: 16th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetization method to improve the field performance of compact HTS bulks-MRI (2023)
  • Author(s): SeokBeom KIM, Joto SASAKI, Shotoku SHIMA, Ryota INOUE, Hiroshi UEDA
  • Organizer: 16th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Turn-to-Turn Contact Resistance Measurement of NI REBCO Double Pancake Coils (2023)
  • Author(s): Takanobu Mato, Ryota Inoue, Hiroshi Ueda, SeokBeom Kim, So Noguchi
  • Organizer: 16th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanical stability analysis of NI-RBECO coil system for Skeleton Cyclotron (2023)
  • Author(s): Hiroshi Ueda, Ryota Komae, Aoi Yamashita, Ryota Inoue, SeokBeom Kim, So Noguchi, Tomonori Watanabe, Mitsuhiro Fukuda, Atsushi Ishiyama
  • Organizer: 16th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research
• [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（2023年春）：（その４）1/2スケール実証用REBCOコイルシステムのひずみ評価 (2023)
  • Author(s): 植田 浩史,山下 葵,小前 諒太,井上 良太,金 錫範,野口 聡,渡部 智則,吉田 潤,西島 元,福田 光宏,熊谷 塁,石山 敦士
  • Organizer: 2023年度春季低温工学・超電導学会
• [Presentation] 急速充電を実現する超電導非接触給電システムに適した共振回路方式の検討 (2023)
  • Author(s): 井上 良太,岩本 貴大,薦田 遥暉,植田 浩史,金 錫範
  • Organizer: 2023年度春季低温工学・超電導学会
• [Remarks]
  • URL: https://www.cc.okayama-u.ac.jp/~eng_ase/