Effect on temperature dependence for long-term stable control of the magnetic field at sub-ppm using superconducting magnet for MRI

MRI用超電導磁石を用いた磁場の長期安定制御のための温度依存性に関する検討

杉田 萌 ; 阿部 充志*; 飯沼 裕美*; 大金 千織; 荻津 透*; 佐々木 憲一*; 三部 勉*; 下村 浩一郎*

Sugita, Moe; Abe, Mitsushi*; Iinuma, Hiromi*; Ogane, Chiori; Ogitsu, Toru*; Sasaki, Kenichi*; Mibe, Tsutomu*; Shimomura, Koichiro*

J-PARCのMuSEUM実験では、直径20cm、長さ30cmの回転楕円体の領域に対して、磁場の時間変動は0.2ppm以下に、均一度は時間に関わらず0.2ppm(p-p)以下に保つことが求められている。MuSEUM実験で使用するMRI用超伝導磁石は、超電導コイルの内側に鉄シムを配置することで均一度の調整を行うシミングという手法をとる。磁場が温度によって変化する要因は、シミング機構の熱膨張による鉄シムの移動と磁化変化であると考えられる。そこで、シミング機構を加熱しながら磁場分布を測定し、磁場と均一度の温度依存性を確認した。また、磁場の温度変化要因である鉄シムの移動と磁化変化をシミュレーションにより計算した。実験とシミュレーションの結果を複合して考えると、実験環境の温度を0.2Kで制御する必要があるという結論を得た。

The MuSEUM experiment at J-PARC requires a long-term stability of less than 0.2 ppm time variation of magnetic field and less than 0.2 ppm (p-p) homogeneity for the ellipsoidal region of 20 cm in diameter and 30 cm in length. The superconducting magnet used in the MuSEUM experiment takes a method of shimming to adjust homogeneity by placing iron shims. The factors changing magnetic field with temperature is considered the location shift of shims due to the thermal expansion of the shimming structures and the temperature dependence of iron magnetization. Therefore, the magnetic field was measured during heating the shimming structure, and the temperature dependence of magnetic field was confirmed. In addition, location-shift and magnetization change were calculated by simulation. Based on the measurement and simulation results, it is necessary to control the room temperature within 0.2 K to keep long-term stability in the current experimental system.