2020 Fiscal Year Research-status Report
7テスラ級・大口径MgB2超伝導バルク磁石の開発とマウス用MRIの超高感度化
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18K04920
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
内藤 智之 岩手大学, 理工学部, 准教授 (40311683)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤代 博之 岩手大学, 理工学部, 教授 (90199315)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | MgB2超伝導体 / 超伝導バルク磁石 / NMR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，７テスラ級磁場を発生させるMgB2超伝導バルク磁石を開発し小型MRI用の磁場発生源として利用することを目的としている。前年度までにMgB2バルク磁石としては世界記録となる5.6テスラの捕捉磁場を実現し，磁気的不安定性を解決できれば4.2Kで7テスラ級の磁場を捕捉できる可能性を示した。また，MRI実験の前段階として大型の円筒状MgB2バルク磁石が発生する磁場中においてNMR(核磁気共鳴)信号の検出実験を行い，自製NMRプローブによりシリコンゴム試料からプロトン(1H)のNMRスペクトルを検出することに成功した。磁気共鳴装置では磁場空間の均一性が重要である。MgB2バルク磁石の捕捉磁場は着磁用超伝導電磁石の磁場のコピーであるため，その空間分布も着磁用電磁石のコピーとなる。そこで，有限要素法による電磁界シミュレーションにより一般的なソレノイドコイルを仮定して磁場分布を解析したところ，捕捉磁場の実測値と計算値はppmオーダーでは一致せず，実測値の均一度がわずかに高いことが分かった。そこで，着磁用電磁石の磁場分布を実際に測定したところ中心領域では磁場均一度が高くなっていることが分かった。また，捕捉磁場値の時間安定性も重要である。円筒状MgB2バルクを20Kで着磁した後，磁束クリープを抑制するために15Kに過冷却した状態でプロトンのNMRスペクトルを25日間に渡ってモニターした。その結果，NMRスペクトルの形状(ピーク位置，ピーク幅)は全く変化しなかった。MgB2バルクの捕捉磁場は共鳴周波数からラーモアの関係式で見積もられ，ピーク位置が変化しないことは磁場値が変化しないことを意味する。磁場減衰率は少なくとも0.1ppb/h以下と見積もられ，MgB2バルク磁石が磁気共鳴装置の磁極として長期使用に耐えることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
捕捉磁場7テスラの実現が未達であること，およびMRI撮像に関する実験が出来なかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナ禍のため出張実験ができなかったR2年度(当初計画の最終年度)の以下の研究計画を期間延長したR3年度に実施する。
NMR信号の検出に成功したことからMgB2リングバルク磁石の磁場下でMRI画像の撮像を目指す。NMR信号およびMRI画像の分解能を向上させるためにはMgB2バルク磁石の強磁場化が必要であることから，引き続き大型バルクの作製条件の最適化，それに加えて不純物ドープによる磁束ピン止め能力の強化を行う。また，7テスラ級強磁場捕捉には低温での着磁が必要である。そこでは磁束ジャンプによる捕捉磁場の喪失をなくすべく磁性材料の添加等によるMgB2バルクの熱的安定性の向上を図る。
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| Causes of Carryover |
理由：新型コロナウィルスの流行により学会がオンライン化になったことや理研でのNMR/MRI実験を中止したことにより出張旅費が発生しなかったことが主な理由である。
使用計画：主に理研で実施するNMR・MRI実験や学会における成果発表の旅費および学会参加登録料として使用する予定である。
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