구조 영상과의 정합을 통해 분자 영상의 정확도를 향상시키기 위한 양전자방출단층촬영(positron emission tomography, PET)–자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI) 하이브리드 시스템이 개발되었다. 그러나 두 시스템 간의 공간 해상도 불일치는 하이브리드 시스템의 활용을 저해한다. 상용 시스템에서 MRI의 자기장을 최대 7.0 테슬라까지 증가시키자, MRI 시스템의 성능은 전반적으로 크게 향상되었다. PET에 사용되는 검출기 및 소프트웨어와 관련하여 성능을 개선하기 위한 몇 가지 기술적 시도가 이루어졌다. 그 결과, 고해상도 PET-MRI 융합 시스템은 뇌간, 해마, 시상에서와 같은 뇌의 작은 소구조 내에서 대사 및 분자 정보를 정량화할 수 있게 한다. 의학 영상으로는 진단이 어려운 정신질환에 대하여는 다양한 방사성 리간드를 사용한 많은 연구가 수행되어 왔으나, PET-MRI 융합 시스템을 활용한 연구는 소수에 불과하다. 정신질환에서 의학 영상의 임상적 유용성을 높이기 위해, 고해상도 PET-MRI 융합 시스템은 뇌의 미세 구조에서 분자적 측면과 구조적 측면 모두에 대한 중요한 정보를 제공함으로써 핵심적인 역할을 할 수 있다. 고해상도 PET-MR 시스템의 개발과 정신질환의 임상 연구에서의 잠재적 역할을, 향후 진단을 위한 전망으로서 검토하였다.

핵융합의 약속에 힘입어, 점점 더 많은 융합 자석 프로젝트에서 (RE)Ba₂ Cu₃O_7−δ (REBCO) 테이프를 사용하고 있다. 이러한 자석에는 흔히 여러 개의 분리 가능한 접합부가 포함되며, 이들 접합부는 대개 접합부 자체 또는 케이블에 저온 납땜을 포함한다. 이러한 납땜에는 보통 구리 내에서 쉽게 확산하는 원소들이 포함되어 있어, 노화(aging) 효과에 대한 우려가 제기된다. 본 연구는 상온에서의 노화 및 어닐링을 통해 접합부의 특성에 대한 금속간화합물(InterMetallic-Compound, IMC) 성장의 영향을 조사한다. 건조기(desiccator)에 9개월 동안 보관한 공정(공정; eutectic) 인듐-주석 납땜 접합부는 특성의 유의미한 변화가 관찰되지 않았다. IMC 성장의 높은 온도 의존성을 고려하여, 장기 효과를 시뮬레이션하기 위해 100°C에서 어닐링을 수행하였다. 납땜이 포함된 모든 시료에서 어닐링 6~8일 후 임계전류(critical current) 열화가 측정되었는데, 이는 IMC가 성장하여 REBCO 층을 열화시킨 것으로 나타났다. 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 및 에너지 분산 X선 분광( Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) 분석 결과, 20일이 지난 후에도 납땜 원소는 납땜의 양이 풍부한 영역에서만 REBCO 층에 도달하는 것으로 확인되었다.

우리는 이전에 제안된 NMR 화학적 이동 또는 스펙트로스코피 기법에 기반한 큐비트 생성과 구별되는, 수분자 양성자 NMR(1H-NMR)에 근거한 양자비트(qubit) 생성 기반의 새로운 MRI(자기공명영상, Magnetic Resonance Imaging) 기술을 제안한다. 우리는 양자컴퓨팅의 관점에서, MRI 관련 방법에 초점을 맞추어 NMR 기반 선행 기술을 간략히 검토한다. 제안된 기술은 MRI 기반 그라디언트 방법과 일련의 국소 역(逆) 그라디언트를 결합하여 다수의 큐비트를 생성한다. 이러한 구성은 서로 다른 여러 국소의 일정한 자기장을 형성할 수 있게 하며, 각 자기장은 매우 높은 균일성을 갖는 장(場)을 제공함으로써 고유한 단일 주파수를 생성한다. RF 전자회로 및 신호처리 기법은 기존 MRI 스캐너에 사용되는 것과 유사하여, 주요 자석을 제외하고는 실온에서의 작동이 가능하며, 주요 자석은 표준 MRI 시스템과 동일하게 유지된다. 또한 이 방법의 추가적인 장점으로, 지난 50년 동안 MRI 스캐너를 위해 개발된 방대한 펄스 기술 및 하드웨어를 활용할 수 있다는 점이 있다. 더 나아가 다양한 MRI 펄스 시퀀스는 스핀 정제(spin purification)와 같은 양자컴퓨팅 응용을 위한 고도로 정교한 신호처리를 가능하게 한다.

본 연구는 팬케이크 권선 REBCO 자석과 관련된 두 가지 과제에 초점을 맞춘다. 1) 모듈 코일에서의 기계적 손상 2) 전기 접합 구현과 관련된 문제이다. 팬케이크 코일 외측에 원형 링 구조를 수축 끼워맞춤(shrink-fitting)하면, 자기 응력에 대응하도록 압축성 방사 및 후프(hoop) 응력을 유도함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 또한 이 링은 팬케이크 코일 간의 전기 접합부 역할을 하여, 이 접합 구조 내에서 고장 난 모듈 코일을 용이하게 교체할 수 있도록 한다. 본 연구에서는 구리 수축 끼워맞춤 접합을 갖는 소형 팬케이크 권선 무절연(no-insulation) 자석을 제작하였다. 각 팬케이크는 수축 끼워맞춤을 통해 구현된 직사각형 단면의 링 형태 구리 구조로 둘러싸여 있다. 우리는 상세한 제작 절차를 제시하고 접촉 저항을 측정하였다. 그 결과, 수축 끼워맞춤이 팬케이크 권선 자석에 적용될 수 있으며 새로운 모듈형 설계 및 기계적 보강을 수행할 수 있음을 보여준다. 본 실험은 REBCO 팬케이크 권선 자석에서 전기적 연결과 보강을 구현하기 위한 새로운 접근법을 시사한다.

고온 초전도 코일이 초고자기장에 노출되면, 자기장에 의해 생성되는 로렌츠 힘 때문에 기계적 변형이 발생한다. 이러한 변형을 억제하기 위한 최근의 시도에서는 최적의 대안으로 오버밴딩(overbanding) 기술의 사용을 제안해 왔는데, 이는 코일의 최외곽 권선을 스테인리스강과 같은 고강도 재료로 둘러싸는 것을 포함한다. 그러나 코일에 대한 열적/전기적 보호 측면에서 오버밴딩의 단점이 강조되어 왔는데, 코일을 둘러싼 스테인리스강은 쿼치 시 주울 열과 전류의 소산을 방해함으로써 코일의 운전 효율을 저하시킨다. 본 연구에서는 이러한 오버밴딩을 적용하지 않고 코일의 변형을 방지하기 위해, 서로 다른 마찰 계수를 갖는 연마지(사포)로 고온 초전도 테이프의 표면을 의도적으로 마모(abraiding)시키는 접근을 수행하였다. 이를 통해 마모에 의해 발생하는 권선 간(turn-to-turn) 마찰력으로 코일 변형을 억제할 수 있도록 서로 다른 권선 간 마찰력을 갖는 코일을 제작할 수 있었다. 액체질소 수조(77 K)에서 코일에 대해 수행한 전기기계적(electromechanical) 시험 결과, 표면 처리 없이 제조한 코일에 비해 고온 초전도 테이프의 표면을 마모시켜 제작한 코일은 동일한 로렌츠 힘을 가했을 때에도 변형이 감소함이 확인되었다.