JPH0367359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁気シールドケースに係り、特に極低
温下で動作するジヨセフソン集積回路などの低温
デバイスの磁気遮蔽に好適な磁気シールドケース
に関する。

〔背景技術〕

従来の磁気シールドケースを第１図に示す。ジ
ヨセフソン素子は液体ヘリウム中において動作す
る。そのため試料６は第１、第２の筒１，２の中
に液体ヘリウム３、液体窒素４をそれぞれ満たし
た極低温容器内に置かれる。筒１、筒２（それぞ
れ液体ヘリウムデユワ液体窒素デユと呼ばれる）
ともに、それぞれ内筒、外筒の２重構造となつて
おり、その間は真空になつている。通常、シール
ド効果はシールドケース材料の透磁率に比例する
ため、透磁率の大きなパーマロイが用いられる。
パーマロイ材は低温に冷却すると透磁率が小さく
なるので、シールドケース５は筒１，２からなる
極低温容器の外側に設置され、室温に保たれてい
る。そのため、磁気シールドが必要な試料６の容
積に比べて磁気シールドケース５の容積は、はる
かに大きくなり、重量も大きなものとなる。この
ため、装置の移動や保守に困難が生ずるという欠
点があつた。一方、第２図に示す他の従来例で
は、低温において大きな透磁率を示す低温用パー
マロイ材を用いた磁気シールドケース７の使用状
態を示している。この場合、磁気シールドケース
７が液体ヘリウム中に置かれるが、液体ヘリウム
の蒸発熱が小さいため（液体ヘリウムの蒸発熱：
2.58〔kj／〕、液体窒素の蒸発熱：161〔kj／
〕）、磁気シールドケース７を冷却するために大
量の液体ヘリウムを蒸発させてしまうまた、従来
の磁気シールドは、外側に３重に設ける場合がほ
とんどあり、この３重磁気シールドでは、地上で
の地磁気（0.5G）を100μG程度に減少することが
できる。この場合、磁気シールドは極低温容器
（外径19cm、長さ１ｍ）の外側に設置する必要が
あるため、最内径は、20cmであり、最外径は40
cm、長さ1.5ｍとなつた。さらに、厚み1.6mmのパ
ーマロイ（TMC材）を用いたため、重さが96Kg
にもなつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、小形、軽量で、液体ヘリウム
を効率良く使用できる磁気シールドケースを提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は液体ヘリウムデユワの外側の液
体窒素断熱層に、低温パーマロイから成る磁気シ
ールド層を設けたことにある。低温パーマロイの
透磁率は、液体ヘリウム温度（4.2K）と液体窒
素温度（69K）であまり変らないため、液体ヘリ
ウムに磁気シールドを浸して液体ヘリウムの蒸発
量を増加させなくとも、上記構造により液体窒素
で冷却して充分な磁気シールド効果が得られる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。

第３図は、極低温容器に組み込まれた磁気シー
ルドケースである。液体ヘリウムデユワは、低温
パーマロイ材でできた外筒１２と極薄のステンレ
ス（SUS304）でできた内筒１１で構成されてい
る。内筒の肉厚が薄いので、液体ヘリウム３の蒸
発量は小さい。また、外筒１２の低温パーマロイ
材が、液体窒素で冷却され、室温よりも透磁率が
大きくなり充分な磁気シールド効果が得られる。
この実施例では、液体窒素デユワの内筒１３にも
低温パーマロイ材を用いて多重磁気シールドを構
成しており、より大きな磁気シールド効果を得て
いる。

第４図は、液体ヘリウムデユワに多重磁気シー
ルドを組み込んだ例である。ステンレス
（SUS304）製の内筒１１と低温パーマロイ材で
できた３重の外筒１２−１，１２−２，１２−３
によつて液体ヘリウムデユワが構成されており、
大きな磁気シールド効果が得られる。また、第４
図において、液体ヘリウム容器（ガラス製）１１
の最外径と液体ヘリウムデユワ外筒のパーマロイ
材でできた磁気シールド１２の最内径（10cm）が
一致しており、極低温容器そのものが磁気シール
ドを構成していることによつて全体重量は21Kgと
減少する。最外径は約18cm、長さは約1.2ｍとす
る。この磁気シールドでは、磁気シールド材とし
て約1.6mm厚の低温パーマロイ材（TMC−Ｒ材）
を用いるので磁気シールド自体が冷却されてもシ
ールド効果は劣化しない。本磁気シールドの内部
磁界は室温で約40μG、液体ヘリウム、液体窒素
を注入した状態での磁界は約50μGである。

第５図は、磁気シールド効果を大きくすると同
時に、液体ヘリウムの蒸発量を小さくするため、
液体ヘリウム並びに液体窒素デユワの入口を小さ
くした例である。デユワの入口を小さくしたた
め、室温から熱ふく射量が小さくなり、液体ヘリ
ウムと液体窒素の蒸発量が小さくなる。定量的に
言うと、液体ヘリウムの蒸発量は、デユワの入口
面積に比例する。従来の実施例の最内径は約10cm
であり、面積は、約79cm²になる。本実施例第５図
において、最内径は約３cmであり、面積は、約７
cm²になる。よつて、蒸発量は従来の実施例の11分
の１まで小さくなることがわかる。さらに、磁気
シールド効果も、入口が小さいことにより外磁界
が流入が小さくなり、磁気シールド効果が向上す
るという利点がある。

第６図は本発明を最も簡単に実施した例であ
る。液体窒素デユワと液体ヘリウムデユワの間に
低温パーマロイ材による磁気シールドケース８を
入れ、液体窒素で冷却する構造である。この例で
は、従来の極低温容器にも応用できる。以下、第
６図の実施例の構成を例にとり、第１図、第２図
の従来例と比較してその効果を説明する。

まず第１図の従来例との比較では、シールドケ
ースの重量を大幅に軽減できるという効果があ
る。液体ヘリウムデユワ１の直径を１としたと
き、第１図のシールドケース５の直径は約３とな
るのに対し、第６図のシールドケース８の直径は
1.2ないし1.5程度とすることができる。シールド
ケースの重量はおおむねその直径に比例し、第１
図の従来例におけるシールドケース５の重量が約
20Kgであつたのに対し、第６図の本発明の実施例
のシールドケース８の重量は約８Kgであつた。

次に第２図の従来例との比較では、液体ヘリウ
ムの消費量を大幅に低減できるという効果があ
る。第２図、第６図において、試料回路６の重量
が共に約500ｇであつたのに対し、第２図のシー
ルドケース７の重量は約２Kgであつた。第２図の
従来例においては、試料回路６およびシールドケ
ース７の両方を液体ヘリウムで冷却する必要があ
る。これに対し第６図の本発明の実施例では、液
体ヘリウムで冷却されるのは試料回路６のみであ
る。液体ヘリウムの消費量は冷却される物体の重
量にほぼ比例するので、第６図の実施例における
液体ヘリウムの消費量は、第２図の従来例の場合
に比べて約1/5であつた。もつとも第６図の場合
には、液体窒素によつてシールドケース８を冷却
する必要があるが、液体窒素の蒸発熱は液体ヘリ
ウムの蒸発熱の約60倍と非常に大きいため、液体
窒素の消費量はごく小さい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小型軽量な磁気シールドケー
スが得られる。これをジヨセフソン計算機などへ
応用することにより極めて小形の高速計算機が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の極低温容器の磁気シールドケー
スの断面図である。第２図は低温パーマロイによ
る磁気シールドケースの断面図である。第３図、
第４図、第５図、第６図は本発明による磁気シー
ルドケースの断面図である。 １……液体ヘリウムデユワ、２……液体窒素デ
ユワ、３……液体ヘリウム、４……液体窒素、５
……パーマロイ磁気シールドケース、６……試料
回路、７……低温パーマロイシールドケース、１
１……液体ヘリウムデユワ内筒、１２，１２−
１，１２−２，１２−３……液体ヘリウムデユワ
外筒、１３……液体窒素デユワ内筒、１４……液
体窒素デユワ外筒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体ヘリウムを満たすための液体ヘリウムデ
   ユワと、該液体ヘリウムデユワの外周を取り囲む
   液体窒素デユワからなり、該液体ヘリウムデユワ
   と、該液体窒素デユワの間に、低温パーマロイか
   らなる磁気シールド層を設けたことを特徴とする
   磁気シールドケース。 ２ 前記磁気シールド層は前記液体ヘリウムデユ
   ワの外筒を成すことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の磁気シールドケース。 ３ 前記磁気シールド層は前記液体窒素デユワの
   内筒を成すことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の磁気シールドケース。