背景
フランスのサクレーにあるCEAの研究所、Irfu（Institut de Reis lois fondamentales de l'univers）では、世界で最も強力なMRI磁石を開発しました。MRI（Magnetic Resonance Imaging）は、臨床研究や診断に用いられるツールです。全身用の Iseult 磁石は、脳のイメージングに新たな基準をもたらすと期待されている磁気共鳴画像（MRI）スキャナーの中核部品です。
Iseult磁石は、11.7テスラの超伝導アクティブシールド磁石で、約120t、ウォームアパーチャーは直径900mm、長さ5000mmです。建設されたイゼルトは、サクレーのNeuroSpinイメージングセンターに設置され、脳神経イメージングに特化した装置となります。これは、世界で最も強力なMRIマグネットとなります。
チャレンジ
Iseult MRI磁石のプロジェクトリーダーであるThierry Schild氏は、CEAの研究所であるIrfu（Institut de Recherche sur les lois fondamentales of l'univers）に所属しています。Iseult磁石は、超流動ヘリウム槽に突っ込んだ2枚のパンケーキを重ねた独自の設計になっていると説明します。すべてのMRIマグネットは、直径22cmの球体の視野内で0.05ppm以上の磁場の均一性を必要としますが、私たちの場合、この均一性は非常に重要です。この均一性は、最終的な画質に直結するため、非常に重要です。問題は、最も高価な部品である超伝導体の質量を最小にする形状を見つけることです。
ソリューション
Schild氏と彼のチームが最小化問題を解決するために使用したnAGルーチン*は、nAGライブラリの最適化の章にあります。問題の目的は、ダブルパンケーキの数を移動または変更することにより、超伝導体の質量を最小化することです。自由パラメータは200程あります。問題の制約である磁場の質がパンケーキの変位に対して非線形であるため、問題は非線形となっています。チームはnAGライブラリから関連するルーチンを選択しましたが、ライブラリルーチンが広範囲にわたってテストされ、文書化されているため、正確でロバストな答えを出すことができると確信していました。nAGルーチンのおかげで、最小化問題は数秒のうちに解決されました。この結果、チームは多くの磁石の構成を迅速かつ容易にテストすることができました。これらの計算に基づいて、マグネットは現在製造中です。
磁石の断面図 cIrfu, Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'univers Institutofresearchintothefundamentallawsoftheunivers, a CEA Institute.
*E04UCF（nagf_opt_nlp1_solve_old） : Minimum, function of several variables, sequential QP method, nonlinear constraints, using function values and optionally first derivatives comprehensive.