JPH0365680B2 - - Google Patents

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JPH0365680B2
JPH0365680B2 JP58045317A JP4531783A JPH0365680B2 JP H0365680 B2 JPH0365680 B2 JP H0365680B2 JP 58045317 A JP58045317 A JP 58045317A JP 4531783 A JP4531783 A JP 4531783A JP H0365680 B2 JPH0365680 B2 JP H0365680B2
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cylinder
magnetic field
shielding device
room temperature
magnetic
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は磁気シールド装置に関し、とくに室温
以下の低温および極低温で用いられる磁気シール
ド装置に関する。 近年の低温および極低温工学の急速な発展に伴
い、室温以下での精密測定の必要性が高まつてき
ており、そのため環境磁気雑音の除去が不可欠と
なつている。ここで、高度な磁気シールドが要求
される2、3の例をあげる。星間空間および金
星、火星等の惑星、さらには月の微弱な磁界分布
を観測するための宇宙船の構造材の磁性試験、地
球物理とくに岩石磁気、最近の超電導効果を応用
したSQUID(超電導量子干渉計)による人体から
発生する磁界の検出等には微小磁界空間が不可欠
になつてきた。しかも、これらは生活空間である
室温のみで要求されているのではなく室温以下で
の要求がとくに大きい。 以上の様な非常に高度な磁気シールドへの要求
をみたすためには、室温以下の低温および極低温
で磁気シールド効果の高い材料でシールド装置を
構成することがまず重要である。また、この材料
が、低温および極低温で強度、溶接性が良好で熱
収縮が小さいこと、さらに組織安定性、熱伝導性
が良好である必要がある。 磁気シールド材料としては一般に軟質磁性材料
が用いられているが、上記要求を満たすためには
面心立方格子構造を有することが必要である。面
心立方格子構造以外のたとえば体心立方格子構造
の材料は、低温脆性が生じるため室温以下では使
用できない。そこで面心立方格子構造を有する軟
質磁性材料として、パーマロイ(Ni−Fe合金)
が低温および極低温領域で注目されている。しか
し、従来から磁気シールド用として用いられてい
るパーマロイ(JIS−PC材等)で構成された磁気
シールド装置では、温度変化に対するシールド効
果の変化が大きい。すなわち、室温付近で高いシ
ールド効果を有していても温度が低下するに従い
シールド効果が著しく低下したり、またこの反対
として極低温領域で高いシールド効果を有してい
るにもかかわらず、温度上昇に伴つてシールド効
果が極端に低下するという欠点がある。 このような磁気シールド装置では、使用可能な
温度領域が狭いため広い温度範囲では使用できな
い。しかし室温以下の全温度領域で使用可能な磁
気シールド装置が低温および極低温工学の分野で
は待ち望まれている。 本発明は上記要望に対してなされたものであ
り、室温以下の低温および極低温の全温度領域に
わたつて高いシールド効果を有する磁気シールド
装置の提供を目的にしている。 本発明の低温および極低温用磁気シールド装置
は、室温以下で高透磁率を有する材料からなる両
端開放の円筒であつて、該円筒内部を磁気シール
ドされた空間とし、その中に冷却媒体が充満され
てなる磁気シールド装置において、前記室温以下
で高透磁率を有する材料として、重量でNi74〜
80%、Mo0.5〜4.5%、Cu0.5〜6.5%、残部Feと
少量の不純物とからなる合金を用い、前記円筒内
部の残留磁界を軽減させたことを特徴とする。こ
の組成範囲外の合金で構成されたシールド装置で
は、室温付近で高いシールド効果を有するが室温
よりも低温側では温度の低下と共にシールド効果
が著しく低下するので好ましくない。また上記組
成範囲のうちより好ましいのは23%2Mo+Fe
+Cu27%である。 冷却媒体で充満された上記組成からなる合金で
構成されたシールド筒内部の残留磁界は1ミリガ
ウス(以下mG)以下であることが好ましく、よ
り好ましくは100マイクロガウス(以下μG)以
下、さらに好ましくは10μG以下である。これは
低温および極低温工学の分野において数mG以下
の微小磁界空間が要求されているためであり、よ
り好ましくは100μG以下、さらに好ましくは
10μG以下が要求されているためである。 本発明の低温および極低温用磁気シールド装置
を構成する前記合金は面心立方格子構造を有して
おり、低温および極低温で強度・溶接性が良好で
組織安定性も良好である。また熱収縮も大きくな
く熱伝導性も使用上全く問題とならない。 シールド筒内部の残留磁界を1mG以下とする
ためには、シールド装置の形状にもよるが、筒体
を構造する高透磁率材の層は、一層構造で十分で
あり、また100μG以下さらには1μG以下とするた
めには二層あるいはそれ以上が好ましい。以下の
実施例からも明らかなように残留磁界が1μG以下
にするためには、最も好ましい組成からなる合金
で構成されたシールド装置の場合二層構造で十分
であり、装置の高性能化、小型化を図ることも可
能である。 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 1 第1図に示したように外直径42mm、内直径40
mm、長さ200mmの両端開放の円筒を表1に示した
組成の材料で作製し、これを水素雰囲気中で最適
の熱処理を施し、磁気シールド効果の測定に供し
た。この時のシールド効果の評価は、ケースの外
部から第1図の矢印の方向に460mGの地磁気を
印加したときの筒体中央部中心点即ち図中P点に
おける残留磁界を測定し、この値で評価した。残
留磁界の測定には100μG以上はガウスメーター
を、100μG以下はSQUIDを用
The present invention relates to a magnetic shielding device, and particularly to a magnetic shielding device used at low temperatures below room temperature and at extremely low temperatures. With the rapid development of low temperature and cryogenic engineering in recent years, the need for precise measurements below room temperature has increased, and therefore the removal of environmental magnetic noise has become essential. Here, I will give a few examples that require a high degree of magnetic shielding. Magnetic testing of spacecraft structural materials to observe interstellar space, planets such as Venus and Mars, and even the moon's weak magnetic field distribution, geophysics, especially rock magnetism, and SQUID (superconducting quantum Micromagnetic field space has become indispensable for detecting magnetic fields generated from the human body using interferometers. Moreover, these requirements are not only required at room temperature, which is the living space, but are particularly required at temperatures below room temperature. In order to meet the above-mentioned requirements for highly sophisticated magnetic shielding, it is first important to construct the shielding device using a material that has a high magnetic shielding effect at low temperatures below room temperature and at extremely low temperatures. In addition, this material must have good strength and weldability at low temperatures and cryogenic temperatures, and low thermal shrinkage, as well as good structural stability and thermal conductivity. A soft magnetic material is generally used as a magnetic shield material, but in order to meet the above requirements, it is necessary to have a face-centered cubic lattice structure. Materials with a body-centered cubic lattice structure other than the face-centered cubic lattice structure cannot be used below room temperature because of their low-temperature brittleness. Therefore, permalloy (Ni-Fe alloy) is used as a soft magnetic material with a face-centered cubic lattice structure.
is attracting attention in the low-temperature and cryogenic regions. However, in magnetic shielding devices made of permalloy (JIS-PC material, etc.) that has been conventionally used for magnetic shielding, the shielding effect changes significantly with temperature changes. In other words, even if the shielding effect is high near room temperature, the shielding effect decreases significantly as the temperature decreases, or conversely, even though the shielding effect is high in the extremely low temperature region, the shielding effect decreases significantly as the temperature decreases. The disadvantage is that the shielding effect is extremely reduced as the shielding effect increases. Such a magnetic shielding device cannot be used in a wide temperature range because the usable temperature range is narrow. However, a magnetic shielding device that can be used in the entire temperature range below room temperature is eagerly awaited in the field of low temperature and cryogenic engineering. The present invention has been made in response to the above-mentioned need, and an object of the present invention is to provide a magnetic shielding device that has a high shielding effect over the entire temperature range from low temperatures below room temperature to extremely low temperatures. The magnetic shielding device for low temperatures and cryogenic temperatures of the present invention is a cylinder with both ends open made of a material having high magnetic permeability below room temperature, and the inside of the cylinder is a magnetically shielded space filled with a cooling medium. In the magnetic shielding device made of Ni74 to Ni74 by weight, the material has high magnetic permeability below room temperature.
It is characterized in that the residual magnetic field inside the cylinder is reduced by using an alloy consisting of 80% Mo, 0.5 to 4.5% Cu, 0.5 to 6.5% Cu, and the balance Fe and a small amount of impurities. A shielding device made of an alloy outside this composition range has a high shielding effect near room temperature, but is not preferable because the shielding effect decreases significantly as the temperature decreases below room temperature. Also, the more preferable composition range is 23%2Mo+Fe.
+Cu27%. The residual magnetic field inside the shield cylinder filled with a cooling medium and made of an alloy having the above composition is preferably 1 milliGauss (hereinafter mG) or less, more preferably 100 microgauss (hereinafter μG) or less, and even more preferably It is less than 10μG. This is because in the field of low temperature and cryogenic engineering, a micromagnetic field space of several mG or less is required, more preferably 100μG or less, and even more preferably
This is because 10μG or less is required. The alloy constituting the magnetic shielding device for low temperatures and cryogenic temperatures of the present invention has a face-centered cubic lattice structure, and has good strength and weldability at low temperatures and cryogenic temperatures, as well as good structural stability. Further, the thermal contraction is not large and the thermal conductivity does not pose any problem in use. In order to keep the residual magnetic field inside the shield cylinder below 1 mG, it is sufficient to have a single layer of high magnetic permeability material for the cylinder, and it is sufficient to keep the residual magnetic field below 100 μG, even 1 μG, although it depends on the shape of the shield device. In order to achieve the following, two or more layers are preferred. As is clear from the examples below, in order to reduce the residual magnetic field to 1 μG or less, a two-layer structure is sufficient for a shield device made of an alloy with the most preferable composition. It is also possible to aim for Hereinafter, the present invention will be explained based on examples. Example 1 As shown in Figure 1, the outer diameter is 42 mm and the inner diameter is 40 mm.
A cylinder with a length of 200 mm and both ends open was fabricated from a material having the composition shown in Table 1, subjected to an optimal heat treatment in a hydrogen atmosphere, and used to measure the magnetic shielding effect. The shielding effect at this time was evaluated by measuring the residual magnetic field at the center point of the center of the cylinder, that is, at point P in the figure, when 460 mG of geomagnetism was applied from the outside of the case in the direction of the arrow in Figure 1. evaluated. To measure the residual magnetic field, use a Gaussmeter for 100μG or more, and a SQUID for 100μG or less.

【表】 いて測定した。この時の結果を表1に示す。 表1より室温(293〓)以下の温度領域で残留
磁界が300μG以下が常に安定して得られており、
良好なシールド効果が得られている。一方比較材
は、室温では良好なシールド効果が得られている
が、温度低下と共に残留磁界が極端に大きくな
り、シールド装置としての使用温度範囲が室温付
近に限られ低温および極低温用シールド装置とし
ては不適である。 実施例 2 第2図に示したように外直径34mm、内直径32
mm、長さ200mmの両端開放の円筒を表1に示した
組成の材料で作成し、それぞれ同じ材料で作成し
た実施例1の円筒内部にスペーサー(りん青銅)
を介して設置し同心円状の二重シールド円筒を作
製した。これを実施例1と同様な方法で作製し
た。結果を表2に示す。表−2中の番号は表−1
に示した材料の番号と同じである。
[Table] Measured. The results at this time are shown in Table 1. From Table 1, a residual magnetic field of 300μG or less is always stably obtained in the temperature range below room temperature (293〓).
A good shielding effect has been obtained. On the other hand, the comparative material has a good shielding effect at room temperature, but the residual magnetic field becomes extremely large as the temperature decreases, and the temperature range in which it can be used as a shielding device is limited to around room temperature. is inappropriate. Example 2 As shown in Figure 2, the outer diameter is 34 mm and the inner diameter is 32 mm.
A cylinder with a length of 200 mm and both ends open was made from a material with the composition shown in Table 1, and a spacer (phosphor bronze) was placed inside the cylinder of Example 1 made from the same material.
A concentric double-shield cylinder was created by installing the cylinder through the cylinder. This was produced in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2. Numbers in Table-2 are in Table-1
This is the same as the material number shown in .

【表】 表2より、いずれも残留磁界が1μG以下であ
り、微小磁界空間が容易に得られており、精密測
定に好適の空間である。また、この空間はジヨセ
フソン素子の動作にも適している。 実施例 3 実施例1および実施例2で夫々示す両端開放の
円筒と、外直径50mm、内直径48mm、長さ200mmの
両端開放の円筒とを実施例1実施例2で示す合金
材料No.5で作製し、これらを同心円状に各円筒の
層間にスペサー(りん青銅))を介して配置し三
重シールド円筒を作製した。これを実施例1と同
様な方法で評価した。 その結果、4.2K、77K、196K、293Kのいずれ
の場合も1nG以下であつた。 尚、三層以下の構造が広く用いられているが、
許容できる空間があれば、四層以上にするとシー
ルド効果はより向上する。また、実施例1実施例
2及び実施例3でも明らかなように一層増える毎
に、残留磁界は1/1000づつ低下している。 尚、上記実施例において、円筒の具体的寸法を
示したが、寸法が異なつても残留磁界を低減する
という同様の効果が得られる。 以上述べた如く本発明は室温以下で高透磁率を
有する材料で一層あるいはそれ以上の層を有する
多層のシールド円筒を構成したので冷却媒体で充
満されたシールド円筒内部の残留磁界を軽減する
ことが可能である。
[Table] From Table 2, the residual magnetic field is 1 μG or less in all cases, and a micromagnetic field space is easily obtained, making it a space suitable for precision measurements. This space is also suitable for the operation of Josephson devices. Example 3 The cylinders with open ends shown in Examples 1 and 2, respectively, and the cylinders with open ends with an outer diameter of 50 mm, an inner diameter of 48 mm, and a length of 200 mm were prepared using alloy material No. 5 shown in Example 1 and Example 2. These were arranged concentrically with spacers (phosphor bronze) interposed between the layers of each cylinder to create a triple shield cylinder. This was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, it was 1 nG or less in all cases of 4.2K, 77K, 196K, and 293K. Although structures with three or fewer layers are widely used,
If there is an allowable space, the shielding effect will be further improved by using four or more layers. Moreover, as is clear from Examples 1, 2, and 3, each time the residual magnetic field increases, the residual magnetic field decreases by 1/1000. Although the specific dimensions of the cylinder are shown in the above embodiments, the same effect of reducing the residual magnetic field can be obtained even if the dimensions are different. As described above, the present invention comprises a multilayer shield cylinder having one or more layers made of a material that has high magnetic permeability below room temperature, so that it is possible to reduce the residual magnetic field inside the shield cylinder filled with a cooling medium. It is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図は磁気シールド効果の測定
に用いた両端開放型円筒である。
Figures 1 and 2 show a cylinder with both ends open, which was used to measure the magnetic shielding effect.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 室温以下で高透磁率を有する材料からなる両
端開放の円筒であつて、該円筒内部を磁気シール
ドされた空間とし、その中に冷却媒体が充満され
てなる磁気シールド装置において、前記室温以下
で高透磁率を有する材料として重量でNi74〜80
%、Mo0.5〜4.5%、Cu0.5〜6.5%、残部Feと少
量の不純物とからなる合金を用い、前記円筒内部
の残留磁界を軽減させたことを特徴とする低温お
よび極低温用磁気シールド装置。 2 前記合金において23%≦2Mo+Fe+Cu≦27
%であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の低温および極低温用磁気シールド装置。 3 前記冷却媒体で充満されたシールド筒内部の
残留磁界が1ミリガウス以下であることを特徴と
する特許請求の範囲第1項又は第2項記載の低温
および極低温用磁気シールド装置。 4 前記冷却媒体で充満されたシールド筒内部の
残留磁界が100マイクロガウス以下であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載
の低温および極低温用磁気シールド装置。 5 前記冷却媒体で充満されたシールド筒内部の
残留磁界が10マイクロガウス以下であることを特
徴とする特許請求の範囲第4項記載の低温および
極低温用磁気シールド装置。
[Claims] 1. A magnetic shielding device comprising a cylinder made of a material with high magnetic permeability below room temperature and open at both ends, with the inside of the cylinder being a magnetically shielded space filled with a cooling medium. , Ni74~80 by weight is a material with high magnetic permeability below room temperature.
%, Mo 0.5 to 4.5%, Cu 0.5 to 6.5%, the balance being Fe and a small amount of impurities to reduce the residual magnetic field inside the cylinder. shield device. 2 In the above alloy, 23%≦2Mo+Fe+Cu≦27
%. The magnetic shielding device for low temperatures and cryogenic temperatures according to claim 1. 3. The magnetic shielding device for low and extremely low temperatures according to claim 1 or 2, wherein the residual magnetic field inside the shield tube filled with the cooling medium is 1 milliGauss or less. 4. The magnetic shielding device for low and extremely low temperatures according to claim 1 or 2, wherein the residual magnetic field inside the shield cylinder filled with the cooling medium is 100 microgauss or less. 5. The magnetic shielding device for low and extremely low temperatures according to claim 4, wherein the residual magnetic field inside the shield cylinder filled with the cooling medium is 10 microgauss or less.
JP4531783A 1983-03-19 1983-03-19 Low temperature and cryogenic magnetic shielding device Granted JPS59172297A (en)

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JPS59172297A JPS59172297A (en) 1984-09-28
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58106880A (en) * 1981-12-18 1983-06-25 Hitachi Ltd How to cool Josephson circuit equipment
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JPS58148499A (en) * 1982-02-27 1983-09-03 富士通株式会社 Cryogenic magnetic shield container

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