JPH06334384A

JPH06334384A - 複合磁気シールド体

Info

Publication number: JPH06334384A
Application number: JP5146806A
Authority: JP
Inventors: Akihito Satou; 哲仁佐藤; Kazutomo Hoshino; 和友星野
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【構成】複数個の両端開口あるいは一端閉口／一端開
口の円筒型若しくは角筒体型の超電導体からなる磁気シ
ールド体を、その軸方向に一部分重ね合わせた間隙に、
強磁性体材料を間挿してなる。超電導体同士の重ね合わ
せ部分はそこからの漏洩磁界強度が開口端部からの漏洩
磁界強度よりも小さくなるようにされる。【効果】本発明により、次に示す効果が得られる。（１）分割した超電導体を用いても一体物の場合と同程
度の減衰率を得ることができる。（２）超電導体を分割できるので、比較的小さな超電導
体で大きな空間を磁気遮蔽できる。特に超電導体を用い
て磁気シールド室の様な大きな空間を確保しようとする
場合には、製造コストを大幅に減らすことができる。（３）挿入する強磁性体の使用量はわずかであり、高価
な強滋性体を大量に用いる必要がなくコストがかからな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導現象（磁束を排除
する）を利用した磁気シールド体に関し、特に超電導体
が高温酸化物超電導体の焼結体、厚膜及び薄膜からな
り、これら超電導体同士をその軸方向に一部分重ね合わ
せても重ね合わせ部分からの漏洩磁界強度が磁気シール
ド開口端部からの漏洩磁界強度よりも小さい複合磁気シ
ールド体に係る。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】最近、酸化物超電導体
をその磁束を排除する超電導現象を利用し、磁気シール
ド容器に応用する研究が行われている。この場合、超電
導遮蔽は外部磁場を超電導体内に取り込まず、外部に向
かって排除することにより、内部空間に磁場を侵入させ
ないもので、磁気シールド効果は強磁性体よりも桁違い
に大きい。すなわち、強磁性遮蔽には残留磁化の存在か
らくる限界があり、この限界を超えた領域での磁気シー
ルドには、超電導磁気シールドに待たなければならな
い。しかるに、例えばＮｂ系の金属系超電導体では、冷
媒として液体ヘリウムを使用する必要があるので、磁気
シールド施工にはコスト的に障壁があり、超電導遮蔽は
極く一部を除いて実用化されていないのが実情である。

【０００３】昨今、脳から発する磁場を測定し、脳のメ
カニズムの解明や、頭痛の解明、脳の検診等を試みる研
究が活発化してきている。従来、ＭＲＩやポジトロンＣ
Ｔ等、脳の内部を探ることは臨床で実施されているが、
その解像力、時間分解能、空間分解能や用いる放射線等
の制約がある。特に脳の機能を解明するためには脳波や
脳磁場の測定が必要である。脳磁場の強さは１０のマイ
ナス９乗（１／１０⁹）ガウスという極微弱磁場、因に
地磁気は０．３ガウスであり、この信号を検出するため
には、ＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）と呼ばれる磁
束計と、超電導磁気シールドが必須となる。

【０００４】本発明者らは、先に酸化物高温超電導体と
強磁性磁気シールド体とを組み合わせた生体磁気計測用
磁気シールド体の有効性を明らかにしている（特願平３
−２４２１３４号）。人間の脳磁界を計測する場合に
は、対象患者が恐怖感を抱かず、かつ臨床的に採用でき
るものでなければならない。特に、臨床医が患者の顔を
見ながら、ＳＱＵＩＤ磁束計を測定することが望まし
く、その結果、大きな超電導磁気シールド体が必要とな
る。例えば、直径２．５ｍ、長さ５ｍ等である。このよ
うな超電導体を一体もので作製することは、技術的には
可能であるとしても、コストがかかりすぎ、実用的でな
い。

【０００５】また、分割された超電導体を組み合わせて
磁気シールドしようとすると、分割部分から磁束が漏れ
込み十分な磁気シールド効果が得られない。また、生体
磁気計測等のように極微弱磁場空間を得ようとすると、
例えば直径Ｄと深さＬの比は、好ましくはＬ／Ｄ＝２以
上を必要とする。また、超電導体は液体窒素温度まで冷
却して使用するために超電導体をクライオスタットに入
れる必要がある。例えば、直径２．５ｍの超電導円筒容
器を作製したとしても、容器の冷却とそれを断熱して室
温の内部空間を維持するために、有効内径は１．５ｍ程
度に減少してしまう。さらに、この容器のＬ／Ｄを２以
上とすると、長さ５ｍ以上の超電導容器を作製しなけれ
ばならない。このような大きな超電導体を焼成する場合
には、酸化物超電導体の望ましい焼結温度は極めて限定
されているため、温度制御が正確にできる大きな電気炉
が必要となる。このように超電導体を一体もので作製し
ようとすると、膨大なコストがかかり、実用上作製は不
可能である。

【０００６】本発明は、このような技術的背景のもとで
なされたものであり、複数個に分割された超電導体を組
合せ、その一部分を重ね合わせ、さらに重ね合わせた間
隙からの漏洩磁界を飛躍的に減少させ得る複合磁気シー
ルド体を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明の複合磁気シー
ルド体は、複数個の両端開口あるいは一端閉口／一端開
口の円筒型若しくは角筒体型の超電導体からなる磁気シ
ールド体を、その軸方向に一部分重ね合わせ、その間隙
に強磁性体材料を間挿して構成される。なお、重ね合わ
せ部分からの漏洩磁界強度は、間口端部からの漏洩磁界
強度よりも小さくなるようにされることが好ましい。

【０００８】本発明における超電導体としては、焼結
体、基体上に形成された厚膜、薄膜等を用いることがで
き、また強磁性体としては、パーマロイ、Ｎｉ−Ｆｅ合
金、軟質磁性材料（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ａｌ合金）等が
使用できるが、強磁性体の初比透磁率μは１０００〜１
００００以上が望ましい。

【０００９】一般に、一体物の超電導磁気シールド体は
両端が開口していても、その開口部に磁場が侵入しよう
とすると、円筒の円周方向にシールド電流が流れ、磁場
の侵入を防ぐ。この場合、円周方向に超電導電流が流れ
る電流の経路が容易にできるが、円周方向に容器が分割
されていると、超電導電流の流れが阻止されるため、シ
ールド効果は著しく低下する。このような観点から、本
発明では、円周方向には分割されていない複数個の容器
を、その軸方向に一部分重ね合わせて、さらにその間隙
に強磁性体を配置してある。このような本発明は、超電
導体磁気シールドと強磁性体磁気シールドとの各種の組
合せについて、種々の検討を重ねた結果、知見されたも
のである。

【００１０】上記のように構成された本発明の複合磁気
シールド体によるシールドのメカニズムを、本発明のよ
りよい理解のために説明する。従って、以下の説明は本
発明の範囲を限定するものではない。今、外部磁場強度
の成分として円筒あるいは角筒の軸方向と径方向の２成
分を考えた場合、重ね合わせ部分からの漏洩磁界強度
は、軸方向成分は超電導体磁気シールドのみによって相
当量減衰でき、径方向成分については間隙に挿入された
強磁性体により、著しく減衰が可能であると推定され
る。このようにして、重ね合わせ部分からの漏洩磁界強
度を外部磁界強度の１００万分の１以下に減衰させるこ
とができる。

【００１１】図１には、超電導体同士の重ね合わせとそ
の間隙の関係を示し、図２〜図６には、複合磁気シール
ド体の一例として、２個あるいは３個の超電導体を用い
て磁気シールド体を形成する場合の重ね合わせの例を示
してある。また、図７は、図１に示した超電導体の重ね
合わせの長さをｈ、その間隙をｘとした時、有限要素法
を用いたコンピュータシミュレーションにより、重ね合
わせ部の漏洩磁界のシールド効果Ｓ’とｈ／ｘの関係を
計算した結果を示すものである。Ｓ’は重ね合わせ部の
外部磁界強度／内部磁界強度の比で定義されるシールド
効果で、円筒容器の軸方向と径方向から外部磁界を加え
た場合を、それぞれＳ’（軸方向）、Ｓ’（径方向）と
した。シールド効果は、磁気シールド効果の計算のため
の磁界強度の設定位置を示す図８及び図９に示したＰ
（１、２、３）及びＱ（１、２、３）の各点での磁界強
度から決定した。例えば、Ｓ’（軸方向）＝外部磁界強
度／内部磁界強度等である。ｘは通常、超電導円筒（角
筒）の内径（角筒の場合は、例えば対角線長さ）に比べ
て十分小さく、例えば１／１０〜１／２０以下である。
例えば、直径１０ｃｍの円筒容器であれば、ｘは５ｍｍ
程度である。

【００１２】図８では、両端開口容器の内径をＤｉ、一
端開口／一端閉口容器の内径をＤｏとした。図７より、
強磁性体を重ね合わせ部分に間挿した場合（図８）に
は、円筒容器の径方向から均一磁界をかけた場合のＳ’
（径方向）が、強磁性体がない場合（図９）に比較して
著しく改善されているのがわかる。また、図７よりｈ／
ｘについて、例えば、Ｌ／Ｄが１程度の一端開口／一端
閉口容器と両端開口容器を組み合わせてＬ／Ｄ＝２の複
合磁気シールド体を形成する場合を考える。分割部分
（Ｌ／Ｄ＝１の位置）での開口端部からの漏洩磁界強度
の減衰は軸方向で約１／１０００であり、分割部分から
の漏洩磁界強度がこれ以下に減衰すれば良いので、図７
よりｈ／ｘ≧３（Ｓ’≧１０³となる）を選択する。ま
た同様にして３個の容器を複合させた場合、開口端部か
らＬ／Ｄ＝２の位置の漏洩磁界強度の減衰は軸方向で約
１／１０⁶であり、ｈ／ｘ≧４を選択する。このように
分割部分からの漏洩磁界強度が開口端部からの漏洩磁界
強度よりも小さくなるように、ｈ／ｘを適宜選択でき
る。強磁性体の厚さｔはｔ≦ｘであり、ｘが小さいほど
漏洩磁界を防げるので、実際上の施工ではｘは１〜１０
ｍｍ程度であり、ｈは数十ｍｍから１００ｍｍ程度とな
る。強磁性体の初比透磁率μは大きな値をもつ材料が好
ましく、例えばパーマロイ（μ〜８００００）、Ｆｅ−
Ｎｉ合金（μ〜１００００）等を選択できる。超電導体
は液体窒素温度に冷却するため、強磁性体も液体窒素温
度で使用することになる。それ故、μは室温の値より
も、若干低下するが、全く問題はない。なお、強磁性体
の間挿位置は、好ましくは超電導体同士の間隙の真中に
入れた場合が最も効果が大きい。

【００１３】図２〜図６に示したように、超電導体の重
ね合わせには、いくつかの方法があるが、どのような組
合せでもｈとｘの比が満足されれば同じシールド効果を
得ることができ、本発明は図２〜図６に限定されない。
モデル計算によれば、例えば直径２０ｃｍの一端開口超
電導磁気シールド容器１及び両端開口容器１を図２のよ
うに組合せ、強磁性体２として厚さ１ｍｍのパーマロイ
を使用し、ｈ／ｘ＝１０とすると分割部分からの漏洩磁
界強度は外部磁界強度の１００万分の１以下に減衰し、
２個の超電導体を組合せた容器底での減衰率は約１００
万分の１となり、一体物の超電導磁気シールド容器と全
く同じ減衰率を得ることができる。

【００１４】本発明の複合磁気シールド体によれば、超
電導磁気シールドを用いた磁気シールド室のような極微
弱磁場の大きな空間を創出できる。例えば、一辺の長さ
が２ｍ、高さ２ｍの角筒シールド体を３個作製し、これ
を本発明を用いて組合せることにより、磁気シールド室
を作製することが可能である。これを生体磁気計測に応
用すれば、患者と医者が同時に超電導磁気シールド室に
入り、１００万分の１の減衰率をもつノイズの極めて少
ない磁場環境で計測することができる。

【００１５】本発明は生体磁気計測用に特に好適である
が、これに限定されるものではなく、磁気遮蔽を必要と
する物理実験、デバイス実験等あらゆる分野へ応用でき
る。

【００１６】

【発明の効果】以上のような本発明によれば、次に示す
ような効果を得ることができる。（１）分割した超電導体を用いても一体物の場合と同程
度の減衰率を得ることができる。（２）超電導体を分割できるので、比較的小さな超電導
体で大きな空間を磁気遮蔽できる。特に超電導体を用い
て磁気シールド室の様な大きな空間を確保しようとする
場合には、製造コストを大幅に減らすことができる。（３）挿入する強磁性体の使用量はわずかであり、高価
な強滋性体を大量に用いる必要がなくコストがかからな
い。

【００１７】

【実施例１】Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８
４：０．３４：１．９１：２．０６：３．０６の組成の
酸化物超電導体粉末を用いて、内径１０ｃｍ、長さ２５
ｃｍ、厚さ５ｍｍの一端開口／一端閉口型の容器、及び
内径１２ｃｍ、深さ２５ｃｍ、厚さ５ｍｍの両端開口型
の容器及び内径１０ｃｍ、深さ４０ｃｍ、厚さ８ｍｍの
一端開口／一端閉口型の容器を冷間静水圧プレスにより
成型し、焼成して超電導磁気シールド容器を作製した。
この超電導体の臨界温度Ｔｃは１０５Ｋであった。前記
２つの容器を図２に示したように、組合わせ、重ね合わ
せ部分ｈを３ｃｍ及び、５ｃｍ取り、各重ね合わせの条
件でシールド効果を測定した。超電導体同士の間隙ｘは
５ｍｍであり、ｈ／ｘ＝６および１０である。また強磁
性体として、長さｈ’＝５ｃｍ、厚さｔ＝１ｍｍおよび
２ｍｍのパーマロイ（室温での初比透磁率μ＝５０００
０）のリングを用いて、超電導体の間隙の真中に間挿し
た。このようにして組み立てた複合磁気シールド体の超
電導磁気シールド容器及び後者の一体物の容器を液体窒
素温度に冷却し、軸方向と径方向の２チャンネルＳＱＵ
ＩＤを用いて、磁気シールド効果を測定した。ここで、
外部磁界は直径１ｍのヘルムホルツコイルを用いて、円
筒容器の軸方向と径方向に約０．３ガウスの磁場を加え
た。磁気シールド効果Ｓは外部磁界強度／内部磁界強度
の比で定義した。測定位置は開口端より深さＬ／直径Ｄ
の比が約２の容器中心部とした。一体物の磁気シールド
容器ではＳa（軸方向）は約１０⁶であり、Ｓr（径方
向）は１．３×１０³であった。

【００１８】表１に分割体を組み立てた複合磁気シール
ド体のシールド効果の測定値を示す。これからわかるよ
うに、本発明の複合磁気シールド体を用いれば、極めて
良好な磁気シールド効果が得られる。

【００１９】

【実施例２】超電導の組成比がＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃ
ａ：Ｃｕ＝１．５：０．５：１．９：１．９：２．８の
粉末を用いて、内径１０ｃｍ、長さ４０ｃｍ、厚さ１．
５ｍｍの一端開口／一端閉口Ｎｉ円筒パイプ１個、内径
１０ｃｍ、長さ１３ｃｍ、厚さ１．５ｍｍのＮｉ円筒パ
イプ２個（１個は底付きの一端開口／一端閉口容器）
と、内径９ｃｍ、長さ１６ｃｍ、厚さ１．５ｍｍの両端
開口のＮｉ円筒パイプ１個の計４個の各々の外面上にＡ
ｇを５０μｍ、その上に超電導層を５００μｍ、プラズ
マ溶射し、厚膜による超電導磁気シールド容器を作製し
た。厚膜のＴｃは１０６Ｋであった。これら後者の３個
の容器を図５に示したように組合せ、各重ね合わせの長
さｈは各３ｃｍとした。超電導容器同士の間隙ｘはＮｉ
基板と厚膜の厚さを除くと、約３ｍｍである。この結
果。ｈ／ｘ＝１０で試験した。強磁性体として、実施例
１と同様にして、厚さｔ＝１ｍｍ及び２ｍｍ、長さ３ｃ
ｍのパーマロイのリングを用いて、間隙の真中に挿入し
た。磁気シールド効果の測定方法は実施例１と同様にし
て行ない、測定位置は開口端よりＬ／Ｄ＝３の容器中心
部とした。一端開口／一端閉口型容器の一体物の、この
位置でのＳ（軸方向）は約８×１０⁹であり、Ｓ（径方
向）は５×１０⁴である。表２にシールド効果の測定値
を示す。この表１より、実施例１と同様に一体物と同程
度の磁気シールド効果があることがわかる。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【比較例１】実施例１と同一の超電導磁気シールド容器
２個を用い、図１０に示したように超電導体同士を重ね
合わせない場合、図１１に示したように実施例１と同様
にして超電導体同士を５ｃｍ重ね合わせ、間隙に強磁性
体を間挿しない場合について実施例１と同様の実験を行
なった。これらの結果を表３に示す。表３より、いずれ
の場合も、実施例１に比較して磁気シールド効果は著し
く低下しているのがわかる。

【００２２】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合磁気シールド体における重ね合わ
せ部分と間隙との関係を示す概略説明図である。

【図２】本発明に係る円筒又は角筒複合磁気シールド体
の一例を示す概略説明図である。

【図３】本発明に係る円筒又は角筒複合磁気シールド体
の他の例を示す概略説明図である。

【図４】本発明に係る円筒又は角筒複合磁気シールド体
のさらに他の例を示す概略説明図である。

【図５】本発明に係る円筒又は角筒複合磁気シールド体
のさらに別の例を示す概略説明図である。

【図６】本発明に係る円筒又は角筒複合磁気シールド体
のより別の例を示す概略説明図である。

【図７】漏洩磁界のシールド効果Ｓ’とｈ／ｘとの関係
図である。

【図８】磁気シールド効果の計算のための磁界強度の設
定位置を示す説明図である。

【図９】磁気シールド効果の計算のための磁界強度の設
定位置を示す説明図である。

【図１０】比較例１の磁気シールド体の重ね合わせ部の
説明図である。

【図１１】比較例２の磁気シールド体の重ね合わせ部の
説明図である。

【符号の説明】

１超電導体２強磁性体

【表１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の両端開口あるいは一端閉口／一
端開口の円筒型若しくは角筒体型の超電導体からなる磁
気シールド体を、その軸方向に一部分重ね合わせた間隙
に、強磁性体材料を間挿してなる複合磁気シールド体。
【請求項２】重ね合わせ部分からの漏洩磁界強度が、
間口端部からの漏洩磁界強度よりも小さくされた請求項
１記載の複合磁気シールド体。