①超伝導体を利用したMRIはなぜ高磁場を作ることができるのでしょうか？ 「外部からの磁場を遮断して、

①超伝導体を利用したMRIはなぜ高磁場を作ることができるのでしょうか？

「外部からの磁場を遮断して、磁束量子化によって内部の磁場を大きくする。」

ということであっているのでしょうか？(イマイチ磁束量子化というのが分かりませんが)

この説明よりわかりやすく教えていただけたら幸いです。

②また、外部からの磁場の侵入を防ぐことのメリットを教えて欲しいです。(逆に超伝導体内部で発生した磁場外に逃げることが出来ないから？)

どなたか教えて頂きたいです<(_ _)>
私は研究者でもなくただの大学2年生です。難しい説明は理解できない可能性があります。すみません。
(電磁気学はある程度理解できます。)

No.2 ベストアンサー 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/06/26 13:06

簡単に言えば、

超伝導とは、導体を極低温にすることで電気抵抗がゼロになる現象で、
電流損(熱)が発生しないため、
より大きな電流でより大きな磁界を発生させることができます。
リニア新幹線も、この応用で、車体を浮かせます。

外部からの磁場の侵入を防ぐことのメリットは、
要は雑音の軽減と同じです。
信号処理においては、重要な要素になります。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
電磁気学を初学者の私でも十分に理解出来る説明でした。非常に勉強になりました。
一つ質問があります。

より大きな磁場を発生させることで高品質な画像化であったり撮影の高速化が実現できると思うのですが、ただ単に電流を流せば、より大きな磁界が得られるのであれば、超伝導体MRIの改善っていうのは意味があるのでしょうか？

また、MRI自体の研究は確立されていると思うのですが、超伝導体を用いたMRIの改善等はまだ研究が進むことはありますか？

お礼日時：2023/06/26 13:29

No.4 回答者： stomachman 回答日時： 2023/06/27 00:53

まずは教科書を読むのが良いですね。

MRIの教科書はいろいろあります。原理についても応用技術についても、読者の目的や基礎知識に合わせていろんな説明の仕方が工夫されている。複数の本を取っ替え引っ替えすると、ある程度
わかるようになるでしょう。なお、最低限求められる素養は、電磁気学の基礎、核スピンとその観測に関する初歩的知識、フーリエ変換、など。

　超伝導MRI装置では、静磁場（磁束密度が高くて一様かつ安定）を作るのに超伝導磁石を使うわけですが、これは電磁石に過ぎません。そのソレノイドコイルとして、超伝導コイルが、極めて安定した大電流を比較的少ないランニングコスト（低温を保つための冷凍機の運転コスト）で維持できる、という理由で使われている、というだけです。外部からの磁場の侵入を防ぐとか、磁束が量子化するとか、そういう特徴は関係ありません。（実際、超伝導MRI装置だって外部の磁場の影響を受けます。）液体ヘリウムで極低温(4K)にしておく必要があること、液体ヘリウムが蒸発で失われる分を時々補充する必要があるけれども、ヘリウムはすんごく高価だし、世界情勢によって供給が不安定になることがある、quenchが起こってヘリウムが沸騰した場合の安全対策が色々必要なこと、などのデメリットもあります。（なお高温超伝導材料としては、極地の気温で使えるものすらありますけれども、線材に加工でき、大電流が流せて、長寿命で、低コスト、という材料はない。液体窒素で使える高温超伝導コイルを使ったものが作られましたが、大電流が流せないのでメリットがなく、すぐ消滅しました。）
　永久磁石を使うMRI装置は、あまり強い磁場が作れないこと、装置の重量が大きいこと、磁束密度が温度の影響を受けること、廃棄には仲々のコストがかかることがデメリットですけれども、磁場を維持するためのランニングコストが全くのゼロだというのが圧倒的な利点です。
　常電導電磁石を使ったMRI装置の製品も今なお存在しますが、機動性が高いというメリットを活かした小型で特殊な装置に限られます。ただし、電源を投入してから磁場が安定するまでにはかなりの時間がかかります。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
返信が遅れてしまい申し訳ないです。
色々知ることが出来ました。自分なりに文献を探してみます！
ありがとうございました

お礼日時：2023/06/30 14:16

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/06/26 13:55

No.2です。

> 電流を流せば、より大きな磁界が得られるのであれば、
磁界の単位は、「A](アンペア)です。以前は[AT]でした。
つまり、磁界の強さは電流の大きさなのです。

> 超伝導体を用いたMRIの改善等はまだ研究が進むことは
超電導の起こる環境は、絶対零度なので、
その環境を作りそれを維持することを如何により経済的に実現するか、
これが研究課題です。
この設備費自体が非検査者の負担になるので。

この回答へのお礼

返信ありがとうございます。
確かに単位から考えれば当たり前ですね。理解出来ました！
また超伝導体MRIの研究において高品質な画像化であったり撮影の高速化の研究は研究課題としてありますか？

お礼日時：2023/06/26 14:11

No.1 回答者： kantansi 回答日時： 2023/06/26 12:17

MRIにおける超伝導体は、高磁場を作るために使用されます。

超伝導体は低温下で電気抵抗がゼロになり、電流を流すと磁場を生成する特性を持っています。超伝導体内に電流を流すことで磁場を生成し、その磁場を利用してMRIの撮影に使用される信号を生成します。
磁束量子化という用語は、超伝導体内の磁場が量子化される現象を指します。超伝導体内にはフラックス量子と呼ばれる最小単位の磁束が存在し、外部からの磁場が超伝導体内に侵入することを防ぎます。この性質によって、超伝導体内で生成された磁場は外部からの磁場の影響を受けずに安定して存在することができます。

外部からの磁場の侵入を防ぐことによるメリットはいくつかあります。
第一に、外部からの磁場の侵入を防ぐことで、撮影時の磁場の安定性が向上します。MRIは非常に高い磁場が必要であり、外部からの磁場の影響を受けると磁場の安定性が損なわれる可能性があります。超伝導体を使用することで、撮影時の磁場の安定性を高めることができます。

第二に、外部からの磁場の侵入を防ぐことで、周囲の環境や他の機器への影響を最小限に抑えることができます。MRIは非常に強力な磁場を生成するため、周囲の金属や電子機器に影響を与える可能性があります。超伝導体を使用することで、磁場が超伝導体内に閉じ込められ、周囲への影響を制御できます。

以上が一般的な説明ですが、詳細な原理や技術に関しては電磁気学や超伝導の専門的な知識が必要となる場合があります。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
初学者の私でも理解出来ました。
量子化されるということがイマイチ理解出来ませんでした。量子化されることのメリットは画像化ができるということでしょうか？

お礼日時：2023/06/26 13:35