JPH03218695A - 超電導体を用いた磁気シールド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超電導体で磁気的にシールドされた極めて低
磁場の空間を実現するためのシールド装置に関するもの
である． ［従来の技術］ 従来から知られている超電導体を用いた磁気シールド装
置は、マイスナー効果を示す材料（例えば酸化物超電導
体）からなる円筒上のシールド体と、シールド体をマイ
スナー効果における臨界温［ｒｃ以下まで冷却するため
の冷却手段を備えてなり、以下のような手順で空間の磁
気シールトが行なわれる。

（１）先ず、遮蔽対象の空間の周囲を覆うように円筒上
のシールド体を配置する。但し、このとぎのシールド体
の温度は、臨界温度Ｔｃよりも高い温度にある。つまり
、シールド体は末だ常電導状態にある． （２）次に、シールト体を臨界温度Ｔｃ以下まで冷却し
、超電導状態に転移させる。超電導状態ではシールド体
は完全な反磁性体となるので、磁束はシールド体で覆っ
た空間に侵入することができずに外部に押し出され（マ
イスナー効果）、シールド体内部の空間が磁気シールド
されることになる． ［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記のような従来のシールト装置において、
シニルト体内部に形成される低磁場の程度（内部磁場の
小ささ）は、シールド体の長さと直径の比によって定ま
る。

第８図に示されるように、円筒形のシールド体８１の半
径をａ、開口端面から軸上の内部への距離をＺとすると
、 シールド体８１の軸方向の外部磁場強度Ｈ１に対する距
離Ｚの位置における内部磁場強度Ｈ　＋ａは、 Ｈ，ａ＝Ｈ，ｅｘｐ　（−３．８３　ｚ／ａ）　　・・
・（１）シールド体８１の軸と直交する方向の外部磁場
強度Ｈｔに対する距離Ｚの位置における内部磁場強度Ｈ
ｉｔは、 Ｈ１ｔ＝Ｈｔｅｘｐ（−１．８４ｚ／ａ）　　−−・（
２）て与えられる。

従って、シールド体８１内部では、軸と直交する方向の
外部磁場強度Ｈｔの影響が支配的となり、内部磁場強度
｝ｌｉｔが求められる低磁場の程度を満足するようにシ
ールド体の長さが決定されることになる。このため、従
来の磁気シールト装置においては、低磁場を実現しよう
とするとシールド体の軸方向の長さを大きくシナければ
ならないという問題点があった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、シ
ールト体の軸方向の長さを格別に長くしてなくとも容易
にかつ安価に低磁場を実現できる磁気シールド装置を提
供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る超電導体を用いた磁気シールド装置では、
臨界温度以下の冷却時に、常電導状態から超電導状態へ
転８してマイスナー効果を発現する超電導材料からなる
筒状のシールド体と、このシールド体を常電導状態から
前記マイスナー効果における臨界温度以下まで冷却して
超電導状態へ転穆させる冷却手段とを有する超電導体を
用いた磁気シールド装置において、 前記筒状シールド体の開口端を覆う筒状の強磁性体部材
が具備されたことを特徴とするものである。

また、前記筒状のシールト体としては片端開口及び両端
開口のものなどが用いられる。前記筒状シールト体の開
口端を覆う筒状の強磁性体部材の形状としては、スリー
ブ状、片端が閉じたもの、両端の開口部面積が異なるも
のなどで、ある。

［作　用コ 本発明の第１実施例にかかるシールト体の端部を拡大し
て示した第７図を用いて、木発明の作用を説明する。図
において、円筒上のシールド体１の端部には、シールト
体１の外径より僅かに大きい内径を有する円筒上の強磁
性体部材２が、シールド体１端部と重なり部分を有し、
かつシールド体１端面より突出するように嵌合されてい
る。また、強磁性体部材２近傍の磁場（軸方向の成分Ｈ
１．軸と直交する方向の成分Ｈ２）は、第７図に示され
た磁力線のようになる。

強磁性体部材２は、周囲の磁場によって磁化され、その
内部に生じた磁場は、シールド体１軸方向の地球磁場等
の外部磁場を減衰させる量は少ないが、軸と直交する方
向については外部磁場を大幅に減衰させる。

即ち、前述したシールト体１の軸と直交する方向の内部
磁場強度Ｈｉｔを与える（２）式におけるＨｔを減少さ
せることになるので、シールド体ｌの内部磁場が小さく
なる。

また、筒状のシールト体の開口部を覆う強磁性体部材が
、半径ｒ，長さＺの片端が閉じた筒状体である場合には
、半径ｒ、長さ２Ｚの両端が開放された筒状体と同じシ
ールド効果があり、装置全体を更に小型化することがで
きる。

更に、強磁性体部材が、両端の開口部面積が異なる筒状
体である場合には、両端の開口部面積が同等に開放され
た筒状体よりもシールド効果が向上し、装置全体を更に
小型化することができる。

ここで、本発明において用いる筒状のシールド体の開口
端部を覆う強磁性体部材を構成する材料は、強磁性体で
あれば特に限定されるものではないが、より低磁場を実
現するためには、透磁率が大きい程良く、透磁率が大き
ければそれだけ強磁性体部材に厚さを小さくできる。具
体的には、比透磁率が３００以上のものが好ましく用い
られ、例えば、パーマロイ．アモルファス鉄．フエライ
ト等が挙げられる。

なお、本発明において、筒状のシールド体は、測定対象
物を出入れするために、少なくとも一方を開口させてお
く必要がある。

［実施例］ 実施例＝１ 第１図は、本発明の第１実施例による磁気シールト装置
の要部の構成を示す斜視図である。

図において、円筒形のシールド体１は、円形断面での内
径１０ｃｍ，厚さ４ｍｍ　，長さ３０ｃｍの酸化物超電
導体からなり、外面及び内面には熱絶縁のための断熱層
（図示せず）が設けられている。そして、筒状のシール
ド体ｌは例えば液体窒素を用いた玲却手段（図示せず）
により冷却されるようになっている．この筒状のシール
ド体１の軸方向の長さは、シールド対象空間の大きさや
目標とする内部磁場の小ささに応じて設定されるもので
あるが、一般的には筒状のシールト体ｌ内径の２〜２０
程度が普通である． また、筒状のシールド体ｌの両開口端には、比透磁率ｔ
ｏｏｏｏのパーマロイ（鉄２０零，ニッケル８０９６）
からなる内径１　１ｃｍ，厚さ１０ａ＋ｍ，長さ２０ｃ
ｍの円筒形の強磁性体部材２ａ，２ｂが装着されている
。

次に、上記のようなシールト装置によるシールト対象空
間内の磁束密度の測定結果について説明する。なお、磁
束密度の測定は、シールド対象空間中央部付近に配置し
た磁気センサ（図示せず）によって行なった． まず、強磁性部材２ａ，２ｂを装着した筒状のシールド
体１を極低磁場空間（ｉｏ−’ガウス以下）に設置し、
極低磁場空間内で、筒状のシールド体１を液体窒素によ
り臨界温度Ｔｃまで冷却した。

その後、筒状のシールド体１を極低磁場空間から取り出
し、地球磁場（０．４ガウス程度）下で筒状のシールド
体１内の中央部付近（測定点ｍ＋）の磁束密度を測定し
た．その結果、磁束密度は４．０ｘ　１０−’ガウスと
いう非常に低い値であった。

比較例：１ 実施例ｌと同様な筒状のシールド体を用い、強磁性体部
材を装着せずに、極低磁場空間内で臨界温度ＴＣ以下ま
で冷却した。その後、筒状のシールド体を極低磁場空間
から取り出し、地球磁場下で筒状のシールド体内の中央
部付近の磁束密度を測定した。その結果、磁束密度は３
．Ｏ　Ｘ　１０−３ガウスと本発明実施例の場合より３
桁も大ぎい値であった。

上記の実施例１及び比較例１の測定結果より、本発明の
磁気シールド装置によって従来より更に低いレベルの低
磁場が実現できることが実証された。

実施例＝２ 第２図は本発明の第２実施例による磁気シールド装置の
要部を示す斜視図である。

この実施例においては、内径１０ｃｍ，厚さ４ｍｍ，長
さ１５ｃ＋ａ　（実施例１の１７２の長さ）の一端が閉
鎖された円筒形のシールド体２１（底面を斜線で示す）
を用いた。この筒状のシールド体２１は、実施例１と同
様に、内・外面に断熱層を設けた酸化物超電導体からな
り、その開放端には、実施例１と同様なパーマロイ製の
円筒形強磁性部材２２（内径１１ｃｍ，厚さ１０１Ｉｌ
ｍ，長さ２ｏｃｍ）が装着されている． このようなシールド装置を用いて、実施例ｌと同様にし
て筒状のシールト体２１底面中心上（測定点ｍｚ）の磁
束密度を測定したところ、磁束密度は実施例１と同様に
４．Ｏ　Ｘ　１０−’ガウスという非常に低い値であっ
た。

実施例：３ 第３図は本発明の第３実施例による磁気シールド装置の
要部を示す斜視図である。

この実施例においては、内径１０ｃｍ，厚さ４ｎｕｎ　
，長さ３０ｃｍの酸化物超電導体からなり、外面及び内
面には熱絶縁のための断熱層（図示せず）が設けられて
いる。そして、筒状のシールド体３１は例えば液体窒素
を用いた冷却手段（図示せず）により冷却されるように
なっている． また、シールド体３ｌの両開口端には、比透磁率１００
００のパーマロイ（鉄２０９６，ニッケル８Ｈ　’）か
らなる内径１　１ｃｍ，厚さ１０ｍｍ．長さｌｏｃｎ＋
の片端が閉した円筒形の強磁性体部材３２ａ，３２ｂが
装着されている。

その後、このシールド体３１を極低磁場空間から取り出
し、地球磁場（０４ガウス程度）下でシルト体３１内の
中央部付近（測定点ｍ＋）の磁束密度を測定した。その
結果、磁束密度は　２、５ｘ１０−６カウスという非常
に低い値であった。

実施例：４ 第４図は本発明の第４実施例による磁気シールド装置の
要部を示す斜視図である。

この実施例においては、内径１０ｃｍ，厚さ４ｍｍ，長
さ１５ｃｍ　（実施例１の１７２の長さ）の一端が閉じ
た円筒形のシールド体４１　（底面を斜線で示す）を用
いた。このシールド体４１は、実施例３と同様に、内・
外面に断熱層を設けた酸化物超電導体からなり、その開
放端には、実施例３と同様なパーマロイ製の片端が閉じ
た円筒形強磁性部材４２（内径１１ｃｍ，厚さｌｏｍｎ
＋，長さｌ　Ｏｃｔａ　）が装着さレテいる。

このようなシールト装置を用いて、実施例３と同様にし
てシールト体４ｌ底面中心上（測定点ｍ２）の磁束密度
を測定したところ、磁束密度は実施例３と同桜に　２．
５Ｘ　１０−６ガウスという非常に低い値であった。

実施例＝５ 第５図は本発明の第５実施例による磁気シールド装置の
要部を示す斜視図である． この実施例においては、内径１０ｃｍ，厚さ４ｍｍ　，
長さ３０ｃ＋ｎの酸化物超電導体からなり、外面及び内
面には熱絶縁のための断熱層（図示せず）が設けられて
いる。そして、筒状のシールド体５１は例えば液体窒素
を用いた冷却手段（図示せず）により冷却されるように
なフている。

また、筒状のシールド体５１の両開口端には、比透磁率
ｉｏｏｏｏのパーマロイ（鉄２０＊，ニッケル８０零）
からなる内径１１ｃｍ，長さ１０ｃｍの大筒と、内径２
ｃｍ，長さ２ｃｍの小筒とを組合わせ、両端の開口部面
積か異なる筒形の強磁性体部材５２ａ，５２ｂが装着さ
れている。

その後、シールド体５ｌを極低磁場空間から取り出し、
地球磁場（０．４ガウス程度）下でシールド体５ｌ内の
中央部付近く測定点ｍｔ）の磁束密度を測定した。その
結果、磁束密度は４　ｘ　１０−’ガウスという非常に
低い値であった。

実施例＝６ 第６図は本発明の第６実施例による磁気シールド装置の
要部を示す斜視図である。

この実施例においては、内径１０ｃｎ＋，厚さ　４■．
長さ１５ｃｍ　（実ｂ色例ｌの１／２の長さ）の一端が
閉鎖された円筒形のシールド体６１（底面を斜線で示す
）を用いた。この筒状のシールド体６１は、実施例５と
同様に、内・外面に断熱層を設けた酸化物超電導体から
なり、その開放端には、実施例５と同様なパーマロイ製
の両端の開口面線が異なる筒形の円筒形強磁性部材６２
（大筒：内径１１ｃｍ，厚さ１　０ＩＩｌｍ．長さ１　
０ｃｍ，小径：内径２　ｃｍ，長さ２ｃ＋＋）が装着さ
れている． このようなシールド装置を用いて、実施例５と同様にし
てシールト体６１底面中心上（測定点ｍ２）の磁束密度
を測定したところ、磁束密度は実施例５と同様に４　Ｘ
　１０−６ガウスという非常に低い値であった。

尚、本実施例及び実施例５では、筒状のシールド体の開
口端部を覆うために強磁性体部材として内径１　１ｃｍ
．長さｌｏｃｍの大筒と、半径２　ｃｔｎ，長さ２ｃｍ
の小筒とを組合わせたものを示したが、円錐台のように
徐々に内径が縮径するものでも同様の効果がある。また
、内径ｒｌ＋長さＺｌ＋の犬円筒と内径ｒ２＋長さＺ２
の小円筒とを組合わせた場合では、ｒ　＋／ｚ　ｌ−ｒ
　２／Ｚ　２のように決めれば同等の効果がある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による超電導体を用いた磁
気シールド装置においては、筒状のシールド体の開口端
部に強磁性体部材を装着するという簡単な構成によフて
、シールド体開口端付近のシールド体の軸と直交する方
向の外部磁場を減衰させて、シールト体内部の磁場強度
を減少させることができる。また、強磁性体部材が、筒
の片端が閉したものである場合には、両端が開放された
筒よりもシールド効果が高くあり、装置全体を更に小型
化することができ、更に、強磁性体部材が、両端の開口
部面積が異なる筒である場合には、両端の開口部面積が
同等に開放された筒よりもシールト効果が向上し、装置
全体を更に小型化することがてきる。

即ち、本発明の各々によれば、筒状のシールト体の軸方
向の長さを格別に長くとらないでも、容易にかつ安価に
低磁場空間を実現でき、磁気シールト装置の小型化を図
ることも可能である。

かかる本発明の磁気シールド装置は、例えば、周囲の磁
場の影響を受けやすいＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉装置
）を用いた測定空間の磁気シールド等に有効であり、化
学技術上、及び医療上、微小な磁気現象を観測する有用
な用途が多く、工業的価値も大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例にかかるシールト装置の要部
斜視図、第２図は本発明第２実施例にかかるシールト装
置の要部斜視図、第３図は本発明の第３実施例による磁
気シールド装置の要部を示す斜視図、第４図は本発明の
第４実施例による磁気シールト装置の要部を示す斜視図
、第５図は本発明の第５実施例による磁気シールト装置
の要部を示す斜視図、第６図は本発明の第６実施例によ
る磁気シールド装置の要部を示す斜視図、第７図は本発
明の作用を説明するための筒状のシールト体端部の斜視
図、第８図は従来例を説明するためのシールド体の部分
斜視図である。 ［主要部分の符号の説明］ １，２１，３１，４１，５１，６１．８１は筒状のシー
ルド体、２，２ａ，２ｂ，２２，３２ａ３２ｂ，４２，
５２ａ，５２ｂ，６２は強磁性体部材、ｍｌ，ｍ２は測
定点である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　臨界温度以下の冷却時に、常電導状態から超電
   導状態へ転移してマイスナー効果を発現する超電導材料
   からなる筒状のシールド体と、このシールド体を常電導
   状態から前記マイスナー効果における臨界温度以下まで
   冷却して超電導状態へ転移させる冷却手段とを有する超
   電導体を用いた磁気シールド装置において、 前記筒状シールド体の開口端を覆う筒状の強磁性体部材
   が具備されたことを特徴とする超電導体を用いた磁気シ
   ールド装置。