JPH0122578B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔説明の要約〕 NMRスペクトロメータの超電導マグネツト用
の改良された低温槽は、液体ヘリウムを容れた事
実上球形の熱伝導性の中央容器を取巻く等温シエ
ルの多重構造を具備し、その中央容器内で超電導
ソレノイドは部分的にのみ液中に浸されている時
に動作状態を維持する。中央容器を取巻く放射遮
蔽体は流出するヘリウム蒸気の沸騰蒸発によつて
冷却される。この放射遮蔽体は、中央容器の領域
より上に配置され等温シエルの壁によつて中央容
器から遮蔽されている液体窒素容器と熱的に接触
することによつて液体窒素の温度に維持された等
温シエルの内部に、密閉されている。外側の放射
遮蔽体は液体窒素容器とそれに附随する等温シエ
ルとを取巻き、またその外側放射遮蔽体は外部冷
凍設備によつて180〓・の程度の温度に維持され
る。ハーメチツク・シールされた外囲容器がその
低温槽の外壁を形成し、重ね合わされた構造体の
隣接するものの間の総ての内部空間を非常に低い
共通圧力まで排気するための口を設けている。重
ね合わされた構造体の隣接する面と面の間の間隔
は、隣接するシエルの間に緊張させて配置された
ポリエステルの紐から成る低熱伝導度の新規な機
械的控え系によつて維持される。

本発明は液体ヘリウムなどのような極低温液体
を内蔵する低温槽に関するものであり、特に
NMRスペクトロメータ用磁石などのような超電
導装置を収容する低温槽に関するものである。

例えば超電導磁石などのような超電導装置を内
蔵する従来の低温槽は、ソレノイドの直上に配置
された比較的大きい容積と大きく流通して超電導
磁石を取巻く比較的小さい円筒状容積を示すよう
成形されたヘリウム容器を使用した。このような
幾何学的形状では、ソレノイドは完全に液体ヘリ
ウム浴中に浸されて保持される。その大きい容積
中の液体ヘリウムの源によつて、液体ヘリウムに
対する充分な保留時間が設定される。この形のヘ
リウム容器は、実現し得る最小値よりも可成り大
きい表面積対体積比を示し、その結果、より高い
ヘリウム沸騰蒸発速度をもたらすような追加の放
射損失を導入する。

従来の低温槽は、機械的衝撃に耐え且つ隣接す
る多重壁の間に最小の間隙を維持するために、例
えばステンレス鋼のスポークを用いるなどして内
部的に補強された多重構造の室の形を取つて来
た。ステンレス鋼はその比較的低い熱伝導度と高
い強度とのために普通に良く選ばれる材料であ
る。然しながら、このような控えの熱伝導度は、
多重構造の隣接表面の間に実現することのできる
熱的絶縁に限界を与える。

従来の低温槽は、最低温の冷却材を周囲温度か
ら遮蔽するために２次温度浴を使用した。通常は
２次冷却材容器自体が、例えば絶縁材料の複数の
層を用いるなどして周囲温度から絶縁された。室
温からの出し入れの出来る超電導磁石では、この
絶縁のために充分な空間を設けるために、従来の
低温槽構造は比較的大きい磁石の孔を必要とし
た。その結果、このような従来のソレノイドの内
径は追加の絶縁体を収容するために比較的大きい
直径まで拡大されることを余儀なくされ、それに
より、ソレノイドの製造のためより大きい長さの
超電導線が必要とされた。

液化ガスの内蔵する低温槽においてこのような
液化ガスの沸騰に起因する低温槽からの液化ガス
の損失が最小にされるような改良を行うことが本
発明の一目的である。

本発明の他の一目的は、超電導磁石の動作のた
めに必要とされる液体ヘリウムの量を最小にし且
つ液体ヘリウムの補給の時間間隔を最大にするこ
とである。

更に別の一目的は、多重構成の複数の室の間の
熱的絶縁を改良しながらこのような多重室の低温
槽構造に対する強く安定な内部控えを実現するこ
とである。

本発明の一特色によれば、１次冷却材を形成す
る液化ガスを内蔵するために事実上球形の中央容
器が設けられ、それによりこの容器の表面積対体
積比は最小にされる。

本発明の他の一特色によれば、その中央容器
は、中央容器から出て行く必要な充填及び通気管
によつて導入される温度傾斜がなお、液化ガス中
に部分的にのみ浸された超電導装置の動作を許す
に充分な程小さくなるような、厚みを持つアルミ
ニウムで構成される。

本発明の更に別の一特色によれば、中央冷却材
容器は放射遮蔽体で取巻かれ、その遮蔽体は、中
央容器から間隔をあけられ、且つ中央容器の中に
内蔵される液化ガスからの沸騰蒸発によつて与え
られる蒸気冷却作用によつて第１の中間温度に維
持される。

本発明の更に別の一特色によれば、中央容器と
それを取巻く放射遮蔽体とは第２の包囲室によつ
て設定される等温表面によつて囲まれ、第２の容
器が第２の包囲室の上方外部に第２包囲室の外表
面と熱的に接触して設けられ、それにより第２の
包囲室及び第２の容器は第２の容器を満す２次冷
却材をなす第２の液化ガスの温度に維持される等
温体を形成する。

本発明の更に別の一特色によれば、第２の容器
及び第２の包囲室から成る等温体を密閉してそれ
と接触して外側放射遮蔽体が設けられ、このよう
な外側放射遮蔽体は第２の冷却材と周囲温度との
中間の温度に維持される。

本発明のなお別の一特色によれば、外側放射遮
蔽体は補助冷凍設備によつて所望の温度に維持さ
れる。

本発明の別の一特色によれば、ハーメチツク・
シールされた外囲容器が、外側放射遮蔽体と、２
次冷却材冷却された等温面と、内側放射遮蔽体
と、中央容器とによつて形成される多重構造を密
閉し、これら多重構造構成体の間の空間は流通
し、それによりこれらの空間を共通に排気するこ
とが出来る。

本発明の更に別の一特色によれば、多重構造の
隣接するものは緊張されたポリエステルの紐によ
つて控えを設けられて、幾つかの多重構造の隣接
する表面の間の熱伝導を減少しながらそれら表面
の間に空隙を維持する。

本発明によれば、１次冷却材（以下、液体ヘリ
ウムと言う）は事実上球形の中央容器の中に内蔵
される。中央容器はアルミニウムで形成され、準
球形の容器に溶接されたアルミニウムの円筒壁に
よつて設定される孔をその中心に設けられてい
る。超電導ソレノイドはその孔と同軸状に中央容
器の内部に配置されている。本発明によれば、表
面対体積比が最小にされて、放射による熱の吸収
を行う中央容器の面積を減少し、また液体ヘリウ
ムのレベルがソレノイドの上端より可成り下に低
下する時にソレノイドの動作を継続し得るように
する。

中央容器とそれを取巻く第２の等温面との中間
の第１の等温面を設定するためにヘリウム容器を
取巻く放射遮蔽体が設けられ、この第２の等温面
は２次冷却材（以下、液体窒素という）の温度に
維持される。この放射遮蔽体は、それと熱的接触
を行つている充填及び通気管を通して流出するヘ
リウムの沸騰蒸発によつて行われる蒸気冷却によ
つて、約50〓に維持される。この特色は本特許出
願人により本出願と同日付にて特許出願された昭
和54年特許願第18559号（特公昭63−57733号）に
係る発明の要旨をなすものである。

この放射遮蔽体を取巻き且つ充填及び通気管を
部分的に取巻いて、中央容器の領域の上方でシエ
ルの外部に配置された液体窒素容器と熱的に接触
して冷却される２次等温シエルが設けられる。こ
の幾何学的形状では、中央容器からの充填及び通
気管（２次等温シエルの円筒状部分により部分的
に取巻かれている）は、従来の低温槽と比較して
２次冷却材容器のより大きい長さを貫通し、その
結果、液体ヘリウム容器に対する熱的絶縁性を改
良される。

２次冷却材容器及び附随する２次等温シエルの
周囲温度からの熱的絶縁は、本発明によれば、２
次冷却材容器及び附随する等温シエルを取巻く外
側放射遮蔽体を設けることによつて更に改良され
る。この外側放射遮蔽体は、補助冷凍設備を用い
て、２次冷却材温度と周囲温度との中間の温度に
維持される。

外側のハーメチツクシールされた容器が外側放
射遮蔽体と低温槽の内部とを密閉し、隣接する多
重構造の間の空間が16^-6torrの程度の圧力まで排
気され得るようにする。このようにして、中央容
器へ熱を伝達するような気体熱伝導や対流の作用
が最小にされる。

本発明は、従来の控えスポークをポリエステル
紐で形成された控えと置換することによつて、力
学的支持体及び内部控えに起因する多重構造間の
直接の熱伝導による損失を事実上なくする。

液体窒素及び液体ヘリウムの容器の両方の充填
及び通気管を除いては、この低温槽の多重構造を
形成する壁は総てアルミニウムで構成される。そ
の結果、放射による熱の移動は隣接する表面の間
で更に減少される。この特色は本特許出願人に譲
渡された特願昭54−18562号（特開昭54−128821
号）に係る発明の要旨をなす。

本発明のその他の特色と利点とは添附図面に関
連して記された以下の詳細な説明を熟読すること
により一層明らかとなるであろう。

超電導NMRスペクトロメータ装置は、以下に
一層詳細に説明するような方法で低温槽１の内部
に作られた磁界に対して室温から出し入れするこ
との出来る低温槽１を使用する。試料７を含むプ
ローブ５が、分析のために孔３の中に導入され
る。送信器９、受信器１１、制御ユニツト１３、
データ処理ユニツト１５及び表示機構１７が完全
なスペクトロメータ（磁石に対する持続性電流を
起動するための電力供給系を除く）を構成する。

第２図は本発明の低温槽の一実施例の上面図で
ある。孔３は、以下に説明されるような低温槽１
の内部の装置によつて作られる磁界への室温から
の出入り口を形成する。

次に第３図を参照すると、低温槽１は、中央容
器１１０の内部に超電導ソレノイド組立体５０を
内蔵している。容器１１０は、ソレノイド組立体
５０を構成する巻線の超電導状態を維持するため
に、望ましくは液体ヘリウムから成る１次冷却材
を含んでいる。全体として番号５０で表わされて
いるソレノイド巻線からの導線は、以下に説明さ
れるようにして導入される外部電流源への接続路
に対するコネクタ５４に終つている。選ばれた巻
線について正常状態と超電導状態との間の遷移を
制御するための接続性スイツチを構成する追加の
回路は図示されていない。これらの回路や好都合
な持続性スイツチは本特許出願人の特公昭61−
61277号（特許第1389997号）及び特公昭62−
44684号（特許第1433872号）に記載されている。
またソレノイド組立体５０も本発明の範囲内に入
るものではなく、本特許出願人に譲渡された係属
中の米国特許第4213092号及び同第4180769号に別
に説明されている。

中央冷却材容器１１０は3.175mm（0.125″）厚の
アルミニウム板で、従来周知のろくろ細工技術に
よつて図示のような事実上球形に形成されてい
る。好都合な一実施例では、容器１１０は約25リ
ツトルの冷却材容量を持つている。容器１１０は
更に、容器１１０に溶接された円筒状壁１１１に
よつて形成される孔によつて特徴づけられてい
る。ソレノイド組立体５０の磁界に対して、その
孔によつて室温からの出し入れが行われる。容器
１１０は、それぞれ円筒状の管１１３，１１５，
１１７及び１１９によつて設定される同軸の孔を
有し次々と重ね合わさつて周囲を取巻く複数の室
１１２，１１４，１１６及び１１８を用いて、周
囲温度から遮断されている。これら各別の円筒状
の同軸管の各々の壁厚は、各に対する熱負荷によ
つて定められ、0.508mm（0.02″）から1.245mm
（0.049″）まで変化する。室１１２，１１４，１
１６及び１１８の間の空間は以下に説明するよう
にして互に流通し、気体熱伝導や対流による隣接
多重構造表面間の熱の伝達を最小にするため、例
えば10^-6torrというような極めて低い圧力を実現
するために、外側の室１１８の排気口１２０を通
して排気される。

２次冷却材容器１１４′は中央容器１１０の上
方で室１１４と熱的に接触して配置され、それに
より、公称寸法4.826mm（0.190″）の厚みのアルミ
ニウムで形成されることが望ましい室１１４は、
液体窒素であることが望ましい２次冷却材の温度
に保たれるシエルを形成する。

第２図に戻ると、中央容器に出入りするために
２つの充填通気管１３０及び１３０′が必要であ
る。これらは0.127mm（0.005″）という壁厚を有す
る内径15.875mm（5/8″）のステンレス鋼によつて
構成される。２つのこのような充填通気管１３０
及び１３０′が第２図に画かれており、このよう
な構造の１つは第３図に更に詳細に示されてい
る。これらの充填通気管は、電気的コネクタ５４
が管１３０に対してのみ必要であるという点が異
るだけである。液体ヘリウム容器から低温槽の外
部への熱伝導を最小にするために、管１３０及び
１３０′はステンレス鋼で作られていることが望
ましい。管１３０は同軸状の管１３２，１３４，
１３６及び１３８によつて遮蔽され、それらの管
の各々は多重構造の各別の室１１２，１１４，１
１６及び１１８の一部を形成する。望ましくはア
ルミニウム製である。熱伝達カラー１３３（及び
図示されていない１３３′）は、管１３０及び１
３０′を通過する沸騰蒸発するヘリウム蒸気に熱
を伝達して、それにより等温シエル１１２を一定
温度に維持する役を果す。

放射遮蔽体１１２は通常のろくろ細工技術によ
つてアルミニウムから作られることが望ましく、
２次冷却材の温度（液体窒素の場合77.4〓）と１
次冷却材の温度（液体ヘリウムの場合4.2〓）と
の間の温度の等温シエルを設定する。「液体窒素
−液体ヘリウム」の組合わせに対しては、放射遮
蔽体１１２の温度は約50〓が最適である。熱は周
囲を取巻くシエル１１４の内面から放射遮蔽体へ
主として放射により（そして以下に説明するよう
な力学的控えを通して伝導により）伝達され、ま
た熱はその放射遮蔽体１１２から充填及び通気管
１３０及び１３０′の中のヘリウム蒸気へ、それ
ぞれ充填及び通気管１３０及び１３０′と放射遮
蔽体１１２とに溶接されたアルミニウムの接触カ
ラー１３３及び１３３′を通して伝達される。管
１３０及び１３０′とそれぞれのカラー１３３及
び１３３′との間の熱的接触は、約10ｍｗの熱的
パワーが流出するヘリウム蒸気から放射遮蔽体１
１２へ供給される点で生ずる。

放射遮蔽体１１２は周囲を取巻く等温シエル１
１４の内部に重ね合わされ、その等温シエル１１
４は液体窒素容器１１４′との溶接接触によつて
液体窒素の温度に維持される。等温体１１４−１
１４′の外表面は外側放射遮蔽体によつてそれ自
体が遮蔽され、その外側遮蔽体は以下に詳細に説
明するような方法で液体窒素の温度と室温の中間
の温度に維持される。

ハーメチツクシールされた外囲容器１１８が低
温槽構造を密閉して、外部に対する力学的真空的
一体構造を構成する。

図示のように、バツフルを付けられた開口１３
５及び１３７が、放射遮蔽体１１２及び１１６に
設けられている。第２図の断面図では見えない
が、シエル１１４の同様のバツフル付き開口がこ
の多重構造の総ての内部空間の間の流通を行い、
それによりこれらの内部空間は排気口１２０を通
しての排気により共通の圧力に維持される。

液体窒素容器１１４′及びそれに附随するシエ
ル１１４は、外側放射遮蔽体１１６を液体窒素の
温度と周囲温度との中間の温度まで冷却すること
によつて、効果的に絶縁される。管１４５の中に
以下に説明するように熱交換器を設けて外側放射
遮蔽体１１６と補助冷凍設備１４０との間の熱交
換を行うことによつて、放射遮蔽体１１６を望ま
しくは173〜183〓・に維持することが逐行され
る。ネスラブ・インストウルメンツ社（Neslab
Instruments、Inc.）製のクリオクール
（Cryocool）CC−100型などのような外部の機械
的冷凍機がこの目的のために都合良いことが解つ
た。尤も類似の装置も間違いなく同様に役に立つ
であろう。ここで第５図を参照すると、外部冷凍
設備が低温槽に結合される機構がより詳細に示さ
れている。

外囲容器１１８の上端の出入口１４２（第２
図）は管１４３によつてハーメチツク・シールさ
れ、その管１４３は外側放射遮蔽体１１６に対す
る熱的出入路のための縦孔組立体を支持する。そ
の縦孔のための外孔壁１４４と内側伝導管１４
４′とが、例えばステンレス鋼などのような低熱
伝導度の管体によつて形成され、内側接触管１４
５は、遮蔽体１１６の周縁に沿つて溶接された１
ターンのコイルの形をなして外側遮蔽体１１６に
接合された熱伝導性の管で構成されている。内側
及び外側の壁１４４′及び１４４は端部プラグ１
４４″にハーメチツク・シールされている。冷凍
機１４０の放射遮蔽体１１６への熱的結合は、第
６図により詳細に示されているように、コール
ド・ヘツド１４７を冷却管１４５の中に挿入する
ことによつて行われる。

コールド・ヘツド１４７は、取付用フランジ１
４９と同軸状の細管１５０とを有するニツケル・
メツキされた黄銅又は銅の管体の一端を閉じた可
撓性ベローズ１４８から成る。冷凍機１４０から
の冷い冷媒は細管１５０を通つて流れ、細管１５
０の外側に沿つてフランジ１４９の孔を通つて戻
る。ベローズのひだは大きい冷却面積を生じ、ま
たベローズのひだと冷却管１４６の内壁との間の
空間は、冷却管１４６とコールド・ヘツド１４７
との間の熱の伝達を容易にするために、90％メタ
ノール・10％水の混合液で満されている。

第４図は液体窒素充填及び通気管組立体１５２
の断面図である。望ましくはステンレス鋼の管材
で作られ壁厚が0.127mm（0.005″）の非熱伝導性の
中央充填管１５３が、約107.95mm（４ 1/4″）の
距離にわたつて液体窒素容器１１４′の77〓とい
う温度と周囲温度との間に温度傾斜を作る。この
管は同心状の管１５４及び１５５によつて遮蔽さ
れ、それらの管はそれぞれ外側放射遮蔽体１１６
及び外囲容器１１８の液体窒素充填管遮蔽部分を
なしている。中央充填管１５３にろう付けされた
アルミニウム端部接触管１５６は強度を与えると
共に、更に容器１１４′及び外側遮蔽管１５５に
溶接するための表面を設ける。熱伝導性のカラー
１５７は、外側放射遮蔽体１１６から中央充填管
１５３の中を上つて流出する液体窒素への熱の伝
達が外側放射遮蔽体１１６を液体窒素の温度と周
囲温度との中間の所望の温度に維持するために充
分な大きさとなるような温度傾斜に沿つた点にお
いて、中央窒素充填管１５３と接触する。同様に
して、ヘリウム充填及び通気管１３０（第３図参
照）は熱伝達カラー１５８を通して液体窒素容器
１１４′に熱的に接合され、又管１３０の温度傾
斜に沿つた点において別の熱伝達カラー１５９が
外側放射遮蔽体１１６から蒸気流出管１３０への
熱伝達路を構成する。カラー１５９の熱的接触点
の温度は、窒素充填及び通気管１５３の上のカラ
ー１５７の熱的接触点の温度と事実上等しくなる
ように選ばれる。図には示されていない第２のヘ
リウム充填及び通気管１３０′が別の熱的接触点
を設定し、その詳細は図面に図示し上に説明した
ものと変らない。このようにして、冷凍機によつ
て行われる冷却の外に、前に説明され且つ前掲の
同日付の特許出願昭和54年特許願第18559号（特
公昭63−57733号）に記載されたような放射遮蔽
体１１２の冷却と全く同様にして、外側放射遮蔽
体１１６は蒸気冷却される。

中央容器１１０、放射遮蔽体１１２、液体窒素
容器１１４′、シエル１１４、外側放射遮蔽体１
１６及び外囲容器１１８は、望ましくは1100−０
合金である、アルミニウム合金から作られる。こ
の合金は周知であり、幾つかの製造業者から市販
品として求めることが出来る。上に記した部材が
ろくろ細工によつて形成された後、それぞれの部
材の隣り合わせに対面する内面は磨かれ、それか
らその表面の放射率を35％低下するような表示処
理加工を受ける。このようにして、放射による液
体ヘリウム中央容器への熱の伝達は著しく減少さ
れる。この放射率特性を変える技術は、本特許出
願人に譲渡された特願昭54−18562号（特開昭54
−128821号）に係る発明の要旨をなす。

本発明により明らかにされたような低温槽の多
重構造は、種々のシエルの心合わせと、それらシ
エルの間の同軸状配置及び巾の狭い許容誤差を維
持するために、力学的内部支持体を必要とする。
室温からの出入路となる孔を形成する同軸状の管
１１１，１１３，１１５，１１７及び１１９が正
確に配置されることが重要である。或る構成部分
の熱的力学的仕様書の結果として力学的脆弱性の
基準が与えられるので、装置の船輸送の間多重構
造を拘束することが等しく重要である。隣接する
構造体を結合する力学的拘束を与えると、その結
果不可避的に熱伝達に対する伝導路を生ずるとい
う事は明らかであり、その結果極めて低い熱伝導
度を持つことが必要不可欠である。その上、必要
とする力学的拘束を与えるためには、高い強度が
必要不可欠である。低温槽の構成部分の配列につ
いて精度が要求されるにも拘らず、編組みされた
ポリエステル紐はこの目的のために理想的な材料
であることが解つた。

再び第３図を参照すると、多重構造体１１０，
１１２，１１４，１１４′，１１６及び１１８の
中の隣り合わせの部材はポリエステル紐の心出し
用スポークによる拘束を受けていることが認めら
れるであろう。図を明瞭にするために、代表的な
スポーク１６０だけが詳細に図示されている。ス
ポーク自体は、編組みされたダクロン
（Dacron：商品名）であることが望ましいポリエ
ステルの紐で形成される。この材料の強度及び熱
伝導度のパラメータは周知であり、強度対熱伝導
度の従来知られた中で最高の比を示す。好都合な
一実施例で使用されたポリエステル材料は、米国
ノースカロライナ州ロツキー・マウントのロツキ
ー・マウント・コード・カンパニー（Rocky
Mount Cord Company）により＃２コーセア
（Coreair）DBとして供給されたものである。ア
ルミニウム・スリーブ１６２によつてコードの上
に固定されて両端にループが形成される。このよ
うにして形成されたループの一方は隣り合わせの
シエルの対の一方の上に固有されたアイボルト１
６４に固定され、他方のループは隣り合わせの他
方のシエルに溶接された柱体１６６と係合する。
これらのポリエステル・スポーク１６０は、孔３
の軸のまわりに例えば120゜というような等間隔で
配置される。

隣り合わせの同軸状の孔の管体１１１−１１
３，１１３−１１５，１１５−１１７及び１１７
−１１９の間の代表的な間隔は、上述の管対の中
で最も巾の広い間隔をあけたものと最も巾の狭い
間隔をあけたものに対して、4.52mm（0.178″）乃
至4.06mm（0.16″）の範囲内に入り、これらの孔の
管体を事実上0.76mm（0.03″）よりも良い精度で、
互に同軸状に且つソレノイド組立体５０に対して
同軸状に維持することが望ましい。これは上述の
ポリエステルの紐によつて遂行されたが、またそ
の結果として室温における装置の船輸送特性の追
加の改善が得られた。液体ヘリウム−液体窒素の
温度範囲で動作状態に置かれるように適正な寸法
を与えられたステンレス鋼のスポークは、室温で
は可成り大きい引張り応力の下にある。本発明の
スポークに相当する熱伝導性を示すこのような剛
性のスポークは、衝撃や振動に起因する損傷を極
めて受け易いことが知られている。これとは反対
に、本発明のポリエステルの引張り負荷を掛けら
れたスポークは、船輸送の間に室温において或る
程度の伸張を示す。孔の管体はそれにより、横向
きの衝撃や振動を受ける時に接触することを許さ
れる。船輸送のためには、中心孔に嵌めこまれた
心棒が、衝突時における幾つかの同軸状孔の管体
の永久的変形を防止する。

液体ヘリウム温度から周囲温度までの範囲内に
おける本発明のスポーク材料の膨張係数の特性に
よつて、構成部分の正確な配置が容易となる。本
発明の結果として、約−25℃・までは正常なふる
まいを見せるこの材料の膨張係数は、温度が更に
低下されるにつれて異常に符号を変化し、その材
料は膨張する。それによりこの材料については極
めて低い差引きの熱膨張が得られる。

上記実施例による低温槽は、冷却材の消費に関
して、従来のものに比して極めて著しい改良を行
う。例えば、従来の或る低温槽に対して測定され
た液体ヘリウムの沸騰蒸発速度は30c.c.／hrに達す
るが、これに対して本発明の上記実施例は約６
c.c.／hrという沸騰蒸発速度の測定値を示す。この
低い沸騰蒸発速度は本発明の中央容器１１０の幾
何学的形状と組合わさつて、約120日という、液
体ヘリウムの補給と補給との間に延長された平均
時間を与え、その時間内に約20.5リツトルの液体
ヘリウムが消費される。これに相当する特性の磁
石を有する超電導NMRスペクトロメータは８日
という間隔で液体ヘリウムの補給を必要とし、ま
た同じ120日間には約86.4リツトルの液体ヘリウ
ムを消費する。

中央容器１１０の充填の間の時間の延長は、１
つには、中央容器１１０が事実上球形の形状を持
つことによつて達成される。本発明に依れば、中
央容器１１０は充分に厚い厚みのアルミニウムで
作られるので、中央容器の上端から下端までの温
度傾斜（充填及び通気管１３０及び１３０′から
伝導で流れる熱と遮蔽体１１２からの放射に起因
するもの）は、容器１１０がその中に含まれる液
体ヘリウムのレベルに拘りなく等温的になる程に
減少される。ソレノイドの動作時に有害作用を生
ずることなく、この容器中で液体ヘリウムのレベ
ルは超電導ソレノイドの上端より可成り下まで降
下することを許される事が解つた。約254mm
（10″）の長さを持つソレノイド組立体５０は、ソ
レノイド組立体５０の約178mm（7″）を露出して
容器１１０の中で液体ヘリウムのレベルが約76mm
まで低下した状態で、満足すべき動作を行つた。

液体窒素冷却材についても、消費速度が低下さ
れ、補給と補給の間の平均時間が延長される。液
体窒素の沸騰蒸発速度は、外側放射遮蔽体が173
−183〓．に冷却された状態で約20c.c.／hrと測定
される。放射遮蔽体を冷却するという方法を使用
しないで周囲温度から絶縁された液体窒素容器の
場合には、液体窒素の沸騰蒸発速度は80c.c.／hrま
で増大し、何ら遮蔽体が用いられない場合には
160c.c.／hrまで増加する。上述の望ましい温度ま
で冷却された外側放射遮蔽体は放射による液体窒
素容器１１４′への熱の伝達を、遮蔽されない容
器と比較して約88％減少する。これは、『放射物
体によつて単位時間内に放射（又は吸収）される
エネルギーは放射する（又は吸収する）物体の絶
対温度及びその周囲の絶対温度の４乗の差に比例
する。』というステフアン・ボルツマンの放射の
法則の結果である。

本発明の低温槽を特に、NMRスペクトロメー
タ用の液体窒素遮蔽されて液体ヘリウム冷却され
た超電導磁石を用いて説明した。ここに説明した
低温槽の設計への本発明の寄与は特定の応用や特
定の冷却材に限定されない。本発明の寄与は、
種々の低温現象に応用しその他の超電導装置に応
用するために使用される処の、低温槽に収容され
た装置に対して行われる。

上述の構成には多くの変更が行われ、一見甚だ
異るように見える本発明の多数の実施例がその発
明の範囲から外れることなく実施されるから、上
記の説明に含まれ添附図面に示された総ての事項
は例示的なものであつて限定的な意味を持たない
ものと解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するNMRスペクトロメ
ータ装置の略図、第２図は第１図の実施例におけ
る低温槽の上面図、第３図は第２図の低温槽の縦
断面図、第４図は第２図の低温槽の線４−４に沿
つて画かれた断面詳細図、第５図は第２図の低温
槽の線５−５に沿つて画かれた断面詳細図であ
り、第６図は冷凍機へ熱的に連結するためのコー
ルド・ヘツドを示す。 ５０……超電導ソレノイド組立体、１１０……
中央液体ヘリウム容器、１１２……内側放射遮蔽
体、１１４……等温シエル、１１４′……液体窒
素容器、１１６……外側放射遮蔽体、１１８……
外囲容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 室温出入口を構成する孔のまわりに密封さ
   れ、充填通気管を通じて第１の液化ガスを入れる
   ようにした中央容器と、 該中央容器を取り囲み、前記第１の液化ガスよ
   り沸点の高い別の液化ガスの温度に保たれた遮蔽
   機構と、 前記遮蔽機構の外表面から離された内表面を有
   する、周囲温度に保たれた外囲容器とから成る低
   温槽であつて、 更に、前記外囲容器の内表面と前記遮蔽機構の
   外表面との間に配置された放射遮蔽体と、 前記遮蔽機構の温度と前記周囲温度との中間の
   温度に前記放射遮蔽体を維持するため、外部冷凍
   機及びそれに連通する熱伝達機構を有する冷凍機
   構とを設け、 前記外囲容器が縦穴を有し、それを通して前記
   熱伝達機構が前記放射遮蔽体との熱接触を維持す
   ることを特徴とする低温槽。