JPH0656901B2 - 極低温容器 - Google Patents
極低温容器Info
- Publication number
- JPH0656901B2 JPH0656901B2 JP58076719A JP7671983A JPH0656901B2 JP H0656901 B2 JPH0656901 B2 JP H0656901B2 JP 58076719 A JP58076719 A JP 58076719A JP 7671983 A JP7671983 A JP 7671983A JP H0656901 B2 JPH0656901 B2 JP H0656901B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- container
- helium
- vacuum
- cryogen
- cryogenic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は極低温容器、特にその構造に関し、耐真空性
および磁性の改善に関するものである。
および磁性の改善に関するものである。
従来、この種の極低温容器の一例として第１図に示すも
のがあつた。図において、(1)は超電導コイル、(2)は超
導電コイル(1)とヘリウム容器(4)との間の絶縁物、(3)
は超電導コイル(1)を冷却する液体ヘリウムである。ヘ
リウム容器(4)は耐真空２重円筒構造をなし、これら２
つの円筒ではさまれた空間に被冷却体である超電導コイ
ル(1)や液体ヘリウム(3)などを収納し、上部には液体ヘ
リウム(3)を注入するためのポート(41)がついている。
(5)は超電導コイル(1)とヘリウム容器(4)との間に介在
するスペーサ、(6)は液体ヘリウム(3)よりも温度の高い
寒剤（例えば液体水素や液体窒素など）、(7)は寒剤を
収納する寒剤容器、(70)は寒剤容器(7)に接合された熱
良導体であり、この例では寒剤容器(7)と熱良導体(70)
とでヘリウム容器(4)を収納する熱シールド容器を構成
している。(8)はヘリウム容器(4)と熱シールド容器
(7)、(70)とを真空中に保持するための真空容器であ
り、(9)、(10)は真空空間である。なお、上記極低温容
器はＡ−Ａ軸を中心とする軸対称構造となつているので
一部断面で示した。
のがあつた。図において、(1)は超電導コイル、(2)は超
導電コイル(1)とヘリウム容器(4)との間の絶縁物、(3)
は超電導コイル(1)を冷却する液体ヘリウムである。ヘ
リウム容器(4)は耐真空２重円筒構造をなし、これら２
つの円筒ではさまれた空間に被冷却体である超電導コイ
ル(1)や液体ヘリウム(3)などを収納し、上部には液体ヘ
リウム(3)を注入するためのポート(41)がついている。
(5)は超電導コイル(1)とヘリウム容器(4)との間に介在
するスペーサ、(6)は液体ヘリウム(3)よりも温度の高い
寒剤（例えば液体水素や液体窒素など）、(7)は寒剤を
収納する寒剤容器、(70)は寒剤容器(7)に接合された熱
良導体であり、この例では寒剤容器(7)と熱良導体(70)
とでヘリウム容器(4)を収納する熱シールド容器を構成
している。(8)はヘリウム容器(4)と熱シールド容器
(7)、(70)とを真空中に保持するための真空容器であ
り、(9)、(10)は真空空間である。なお、上記極低温容
器はＡ−Ａ軸を中心とする軸対称構造となつているので
一部断面で示した。
従来の極低温容器は以上のように構成されており、空温
から低温部（ヘリウム容器(4)、熱シールド容器(7)、(7
0)など）を断熱するためには真空空間が不可欠である。
なお、真空空間(9)、(10)には断熱効果を高めるため
に、スーパーインシユレーシヨンと呼ばれる多層断熱材
が通常設置されているが、この図では略した。
から低温部（ヘリウム容器(4)、熱シールド容器(7)、(7
0)など）を断熱するためには真空空間が不可欠である。
なお、真空空間(9)、(10)には断熱効果を高めるため
に、スーパーインシユレーシヨンと呼ばれる多層断熱材
が通常設置されているが、この図では略した。
以上の説明から明らかなように、極低温容器を構成する
ヘリウム容器(4)、寒剤容器(7)、真空容器(8)は耐真空
容器でなければならない。更に、ヘリウム容器(4)や寒
剤容器(7)は極低温で使用される。すなわち、常温で製
作後、極低温に冷却してもこれら容器(4)、(7)の真空特
性が劣化してはいけない。このような条件を満足するた
めに、通常これらの容器(4)、(7)は耐真空性の非磁性ス
テンレス鋼で作られる場合が多い。また、これらの容器
(4)、(7)は構造から明らかなように、板状の素材を曲げ
て溶接し、それを加工して作られているが普通である。
ヘリウム容器(4)、寒剤容器(7)、真空容器(8)は耐真空
容器でなければならない。更に、ヘリウム容器(4)や寒
剤容器(7)は極低温で使用される。すなわち、常温で製
作後、極低温に冷却してもこれら容器(4)、(7)の真空特
性が劣化してはいけない。このような条件を満足するた
めに、通常これらの容器(4)、(7)は耐真空性の非磁性ス
テンレス鋼で作られる場合が多い。また、これらの容器
(4)、(7)は構造から明らかなように、板状の素材を曲げ
て溶接し、それを加工して作られているが普通である。
一般に、非磁性ステンレス鋼でも微小磁性を有している
し、強度の加工を施こしたり、溶接をすると磁性を帯び
る。特に、溶接棒には溶接割れを防ぐために磁性相が多
少含まれている。
し、強度の加工を施こしたり、溶接をすると磁性を帯び
る。特に、溶接棒には溶接割れを防ぐために磁性相が多
少含まれている。
しかるに、ヘリウム容器(4)は超電導コイル(1)の巻枠を
兼用しているのが普通であり、超電導コイル(1)の巻線
時には、ある程度超電導線を引つ張つた状態で巻く。こ
れは、コイルを整巻にして巻線内の隙間を無くし巻線の
占積率を高くすると共にコイルに通電する度に超導電線
が動くのを防ぐためである。このような巻張力の存在の
ため、ヘリウム容器(4)の内筒には、巻張力に十分耐え
るだけの機械的強度が必要である。コイルの巻数が多い
程、ヘリウム容器(4)の内筒に印加される圧縮力は増加
する（１ターン当りの張力は一定だから）ので、巻数の
増加に従つてヘリウム容器(4)の内筒の肉厚は厚くな
る。また、円筒度や真空度などのコイルの寸法精度は巻
枠の寸法精度によつて決まるので、コイルの寸法精度を
上げるためには巻枠、すなわちヘリウム容器(4)の内筒
の寸法精度を良くする必要がある。このためには、ヘリ
ウム容器(4)の内筒の肉厚を厚くして、機械加工などに
より寸法精度を良くしなければならない。以上のような
理由から、ヘリウム容器(4)の厚板から作られており、
溶接部の体積が比較的大である。このため、ヘリウム容
器(4)には比較的多くの磁性体が含まれる。
兼用しているのが普通であり、超電導コイル(1)の巻線
時には、ある程度超電導線を引つ張つた状態で巻く。こ
れは、コイルを整巻にして巻線内の隙間を無くし巻線の
占積率を高くすると共にコイルに通電する度に超導電線
が動くのを防ぐためである。このような巻張力の存在の
ため、ヘリウム容器(4)の内筒には、巻張力に十分耐え
るだけの機械的強度が必要である。コイルの巻数が多い
程、ヘリウム容器(4)の内筒に印加される圧縮力は増加
する（１ターン当りの張力は一定だから）ので、巻数の
増加に従つてヘリウム容器(4)の内筒の肉厚は厚くな
る。また、円筒度や真空度などのコイルの寸法精度は巻
枠の寸法精度によつて決まるので、コイルの寸法精度を
上げるためには巻枠、すなわちヘリウム容器(4)の内筒
の寸法精度を良くする必要がある。このためには、ヘリ
ウム容器(4)の内筒の肉厚を厚くして、機械加工などに
より寸法精度を良くしなければならない。以上のような
理由から、ヘリウム容器(4)の厚板から作られており、
溶接部の体積が比較的大である。このため、ヘリウム容
器(4)には比較的多くの磁性体が含まれる。
しかるに、超電導コイル(1)が発生する磁界に高い空間
均一度が要求されるような場合、ヘリウム容器(4)は完
全非磁性に近いものでなければならない。なぜならば、
ヘリウム容器(4)は超電導コイル(1)に近接しており、ヘ
リウム容器(4)中に含まれる磁性体はそこに磁界を集中
させ、その結果、超電導コイル(1)の発生磁界の空間均
一度を悪くさせる。以上のような理由から、高均一磁界
マグネツトではヘリウム容器(4)は、アルミニウム、銅
などの磁性を全く帯びない材料で作られる。なお、熱シ
ールド容器(7)、(70)および真空容器(8)も通常、磁性を
全く帯びない材料で作られる。
均一度が要求されるような場合、ヘリウム容器(4)は完
全非磁性に近いものでなければならない。なぜならば、
ヘリウム容器(4)は超電導コイル(1)に近接しており、ヘ
リウム容器(4)中に含まれる磁性体はそこに磁界を集中
させ、その結果、超電導コイル(1)の発生磁界の空間均
一度を悪くさせる。以上のような理由から、高均一磁界
マグネツトではヘリウム容器(4)は、アルミニウム、銅
などの磁性を全く帯びない材料で作られる。なお、熱シ
ールド容器(7)、(70)および真空容器(8)も通常、磁性を
全く帯びない材料で作られる。
しかし、アルミニウムや銅などの磁性を全く帯びない材
料は熱良導体であり、ステンレス鋼などに比べ溶接が難
しい材料である。特に、極低温に冷却する耐真空容器
(4)、(7)では、溶接箇所から真空漏れを起こすというト
ラブルが多数発生している。
料は熱良導体であり、ステンレス鋼などに比べ溶接が難
しい材料である。特に、極低温に冷却する耐真空容器
(4)、(7)では、溶接箇所から真空漏れを起こすというト
ラブルが多数発生している。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、ヘリウム容器または寒剤容器の
少なくとも一方は、耐真空性の非磁性金属を用いた薄板
よりなる第１の容器と磁性を全く帯びない材料を用いた
第２の容器とを密接した２重構造とすることにより、機
械的強度および耐真空の信頼度が高く、磁性体の含有量
の少ない極低温容器を提供することを目的としている。
ためになされたもので、ヘリウム容器または寒剤容器の
少なくとも一方は、耐真空性の非磁性金属を用いた薄板
よりなる第１の容器と磁性を全く帯びない材料を用いた
第２の容器とを密接した２重構造とすることにより、機
械的強度および耐真空の信頼度が高く、磁性体の含有量
の少ない極低温容器を提供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図をもとに説明する。第２
図はこの発明の一実施例に係わるヘリウム容器の一部を
示す断面図である。ヘリウム容器は、従来例の非磁性ス
テンレスに相当するニツケル合金鋼やチタンを代表とす
る非磁性金属の薄板より成る第１の容器(4a)と、アルミ
ニウム、銅、および繊維強化複合材(Fiber Reinforceme
nt Plastics)を代表とする磁性を全く帯びない材料で作
られた厚板より成る第２の容器(4b)とを密接した２重構
造となつている。薄板より成る第１の容器(4a)は耐真空
用の容器である。この容器(4a)の材料は従来より用いら
れている耐真空性の非磁性金属であるから、耐真空の溶
接が比較的容易であり、極低温での使用実積も多く、極
低温に冷却しても真空漏れを生じる危険性は少ない。ま
た、薄板で構成されているため溶接部の体積は小さく磁
性体の含有量も少ないので、超電導コイル(1)の発生磁
界を乱すことも殆んどない。第２の容器(4b)は、アルミ
ニウム、銅、および繊維強化複合材を代表とする磁性を
全く帯びない材料で作られた厚板で構成されており、機
械的強度や寸法精度を保証するためのものである。もち
ろん、第２の容器(4b)は耐真空容器である必要はない。
したがつて、溶接にはあまり困難が伴なわない。
図はこの発明の一実施例に係わるヘリウム容器の一部を
示す断面図である。ヘリウム容器は、従来例の非磁性ス
テンレスに相当するニツケル合金鋼やチタンを代表とす
る非磁性金属の薄板より成る第１の容器(4a)と、アルミ
ニウム、銅、および繊維強化複合材(Fiber Reinforceme
nt Plastics)を代表とする磁性を全く帯びない材料で作
られた厚板より成る第２の容器(4b)とを密接した２重構
造となつている。薄板より成る第１の容器(4a)は耐真空
用の容器である。この容器(4a)の材料は従来より用いら
れている耐真空性の非磁性金属であるから、耐真空の溶
接が比較的容易であり、極低温での使用実積も多く、極
低温に冷却しても真空漏れを生じる危険性は少ない。ま
た、薄板で構成されているため溶接部の体積は小さく磁
性体の含有量も少ないので、超電導コイル(1)の発生磁
界を乱すことも殆んどない。第２の容器(4b)は、アルミ
ニウム、銅、および繊維強化複合材を代表とする磁性を
全く帯びない材料で作られた厚板で構成されており、機
械的強度や寸法精度を保証するためのものである。もち
ろん、第２の容器(4b)は耐真空容器である必要はない。
したがつて、溶接にはあまり困難が伴なわない。
ヘリウム容器(4)は真空中に設置され、その中には通常
１気圧程度の液体ヘリウムが充填されているので、内圧
１気圧程度の圧力容器である。したがつて、第２図に示
すように、薄板より成る第１の容器(4b)を内側に、厚板
より成る第２の容器(4b)をその外側に配置するのが合理
的である。すなわち、耐真空用の第１の容器(4a)が１気
圧程度の内圧で膨張しようとするのを、第２の容器(4b)
が機械的に補強するからである。
１気圧程度の液体ヘリウムが充填されているので、内圧
１気圧程度の圧力容器である。したがつて、第２図に示
すように、薄板より成る第１の容器(4b)を内側に、厚板
より成る第２の容器(4b)をその外側に配置するのが合理
的である。すなわち、耐真空用の第１の容器(4a)が１気
圧程度の内圧で膨張しようとするのを、第２の容器(4b)
が機械的に補強するからである。
第３図ａ、ｂ、ｃは第２図のヘリウム容器の製作工程の
一例を示すものである。まず、ａに示すように、薄板よ
り成る第１の容器本体(4a)と厚板より成る第２の容器本
体(4b)を重ね、第１の容器本体(4a)の内側に絶縁物(2)
を施こし、超電導コイル(1)を巻回し、その外周に絶縁
物(2)およびスペーサ(5)を設ける。次に、ｂに示すよう
に、薄板より成る円筒(40a)を挿入し、第１の容器本体
(4a)と耐真空溶接する。最後に、ｃに示すように、厚板
より成る円筒(40b)と円板(400b)を挿入し、第２の容器
本体(4b)と溶接により接合する。このようにして、この
発明の一実施例に係わるヘリウム容器(4)が組み立てら
れる。なお、薄板より成る円筒(40a)と厚板より成る円
筒(40b)には、それぞれ液体ヘリウム注入用ポート(41)
を溶接するための穴があけられている。
一例を示すものである。まず、ａに示すように、薄板よ
り成る第１の容器本体(4a)と厚板より成る第２の容器本
体(4b)を重ね、第１の容器本体(4a)の内側に絶縁物(2)
を施こし、超電導コイル(1)を巻回し、その外周に絶縁
物(2)およびスペーサ(5)を設ける。次に、ｂに示すよう
に、薄板より成る円筒(40a)を挿入し、第１の容器本体
(4a)と耐真空溶接する。最後に、ｃに示すように、厚板
より成る円筒(40b)と円板(400b)を挿入し、第２の容器
本体(4b)と溶接により接合する。このようにして、この
発明の一実施例に係わるヘリウム容器(4)が組み立てら
れる。なお、薄板より成る円筒(40a)と厚板より成る円
筒(40b)には、それぞれ液体ヘリウム注入用ポート(41)
を溶接するための穴があけられている。
なお、上記実施例ではヘリウム容器(4)にこの発明を適
用した場合について示したが、寒剤容器(7)にこの発明
を適用しても同様の効果がある。
用した場合について示したが、寒剤容器(7)にこの発明
を適用しても同様の効果がある。
以上のように、この発明によれば、ヘリウム容器または
寒剤容器の少なくとも一方は、耐真空性の非磁性金属を
用いた薄板よりなる第１の容器と磁性を全く帯びない材
料を用いた第２の容器とを密接した２重構造とすること
により、機械的強度および耐真空の信頼度が高く、磁性
体の含有量の少ない極低温容器が得られる効果がある。
寒剤容器の少なくとも一方は、耐真空性の非磁性金属を
用いた薄板よりなる第１の容器と磁性を全く帯びない材
料を用いた第２の容器とを密接した２重構造とすること
により、機械的強度および耐真空の信頼度が高く、磁性
体の含有量の少ない極低温容器が得られる効果がある。
第１図は従来の極低温容器を示す部分断面図、第２図は
この発明の一実施例に係わるヘリウム容器の一部を示す
断面図、第３図(a)(b)(c)は第２図のヘリウム容器の製
作工程を説明する断面図である。 図において、(1)は被冷却体である超電導コイル、(3)は
液体ヘリウム、(4)はヘリウム容器、(4a)は第１の容
器、(4b)は第２の容器、(6)は寒剤、(7)は寒剤容器、
(8)は真空容器、(9)(10は真空空間である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。
この発明の一実施例に係わるヘリウム容器の一部を示す
断面図、第３図(a)(b)(c)は第２図のヘリウム容器の製
作工程を説明する断面図である。 図において、(1)は被冷却体である超電導コイル、(3)は
液体ヘリウム、(4)はヘリウム容器、(4a)は第１の容
器、(4b)は第２の容器、(6)は寒剤、(7)は寒剤容器、
(8)は真空容器、(9)(10は真空空間である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−118697（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−134786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−68089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−136415（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】耐真空２重構造をなし、その内部空間に液
体ヘリウムおよび被冷却体を収納するヘリウム容器、並
びに上記液体ヘリウムより温度の高い寒剤を収納する寒
剤容器を備える極低温容器において、上記ヘリウム容器
または寒剤容器の少なくとも一方は、耐真空性の非磁性
金属を用いた薄板よりなる第一の容器と磁性を全く帯び
ない材料を用いた厚板よりなる第二の容器とを密接した
２重構造としたことを特徴とする極低温容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58076719A JPH0656901B2 (ja) | 1983-04-29 | 1983-04-29 | 極低温容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58076719A JPH0656901B2 (ja) | 1983-04-29 | 1983-04-29 | 極低温容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59201477A JPS59201477A (ja) | 1984-11-15 |
| JPH0656901B2 true JPH0656901B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=13613364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58076719A Expired - Lifetime JPH0656901B2 (ja) | 1983-04-29 | 1983-04-29 | 極低温容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656901B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50118697A (ja) * | 1974-03-01 | 1975-09-17 | ||
| JPS56134786A (en) * | 1980-03-26 | 1981-10-21 | Hitachi Ltd | Super low temperature device |
-
1983
- 1983-04-29 JP JP58076719A patent/JPH0656901B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59201477A (ja) | 1984-11-15 |
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