JPH0697697A

JPH0697697A - 複合磁気シールド体

Info

Publication number: JPH0697697A
Application number: JP4271173A
Authority: JP
Inventors: Mineo Ito; 峰雄伊藤; Taku Oyama; 卓大山; 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: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-04-08

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、その軸方向に突合せ、これら酸化物超電導
体の外側に強磁性シールド体を配置してなり、好ましく
は強磁性シールド体の長さが超電導磁気シールド体の総
長より長い複合磁気シールド体。【効果】こ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
いても減衰率が低下しない。（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。（３）超電導体のみでは比較的困難な１００ガウス以上
の外部磁場を遮蔽できる。（４）強磁性体のみでは困難
な１〜１００万分の１の減衰率を得ることができる。
（５）厚膜等の薄い超電導体の場合には、通常、最大外
部遮蔽磁場が１〜１０ガウスと低いが、本発明の複合磁
気シールド体を用いれば、飛躍的に最大外部遮蔽磁場を
向上できる。

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、厚膜及び薄膜の分割体
からなり、その外側に強磁性体を配置した複合磁気シー
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、
その解像力や用いる放射線等の制約があり、脳磁波の強
さは１０のマイナス９乗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、このシグナルを検出する
ことは、強磁性遮蔽における限界を超えた領域にある。
この場合、ＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）と呼ばれ
る磁束センサと、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ず、その結果、超電導磁気シール
ド体も大きなものになる。例えば、直径１ｍ、長さ３ｍ
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
磁気計測に応用する場合、通常は地磁気程度の弱い磁場
（１ガウス以下）を遮蔽できれば良いとされているが、
例えば商用電源等からの突発的に強い磁場が発生して超
電導体の磁気遮蔽が破れることが考えられる。

【０００６】超電導磁気シールドは外部磁界が１〜１０
ガウスの比較的弱磁場に対しては１０〜１００万分の１
の十分な遮蔽効果をもっている。しかしながら、例えば
１００ガウスを越えるような磁界に対しては磁束が超電
導体内に侵入してしまい、遮蔽効果が無くなる。一方、
強磁性シールド体は１００ガウス以上の外部磁界を１０
ガウス程度に下げることは容易であるが、これを例え
ば、１０〜１００万分の１に下げることは極めて困難で
ある。本発明は、この両者の特性に着目し、この両者を
複合することにより、より強い磁場を有効に遮蔽し得る
ことを見出した。

【０００７】本発明は、分割された超電導体を組合せ、
その外側に強磁性体を配置することにより、磁気シール
ド特性を下げない複合磁気シールド体を提供するもので
あって、超電導磁気シールド体と強磁性磁気シールド体
とを組み合わせて、より強い外部磁場を遮蔽することの
でき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。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】本発明は、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
向に突合せ、これら酸化物超電導体の外側に強磁性シー
ルド体を配置してなり、好ましくは強磁性シールド体の
長さが超電導磁気シールド体の総長より長いものとした
複合磁気シールド体であり、これにより、前記問題点を
解決したものである。

【０００９】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、軟鉄等が使用でき、特に軟質磁性材料（Ｆｅ−Ｃ
ｒ−Ｓｉ−Ａｌ合金）は消磁の必要がなく、液体窒素温
度でも特性が劣化せず、好ましい。

【００１０】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、その軸方向に突き合わせて用いている。図１にはこ
のような容器を２個端面を突き合わせて組み合わせた場
合を示している。この場合、容器１と容器２の間隙はで
きるだけ狭い方がよく、通常の場合には間隙は直径の１
〜２％以下が良い。

【００１１】強磁性シールド体の長さＬｆと、超電導体
の総長Ｌｓとの比は、超電導体が両端開口型の場合、Ｌ
ｆ／Ｌｓ≧１．４が好ましく、一端開口／一端閉口型の
場合、Ｌｆ／Ｌｓ≧１．２が好ましい。ＬｆとＬｓの比
がこれ以下になると、遮蔽できる最大磁場が急激に減少
してしまう。また、上記の比が３以上になるとやはり遮
蔽できる磁界が減少し、またシールド体が大きくなりす
ぎるので実用できでない。一方、円筒型容器の場合、強
磁性体の直径（Ｄｆ）と超電導体の直径（Ｄｓ）はＤｆ
がＤｓに比べて数％から数１０％大きくすることが可能
である。

【００１２】今、両端開口の強磁性シールド体の長さＬ
ｆ、直径Ｄｆとした場合、軸比ｐ＝Ｌｆ／Ｄｆの回転楕
円体とみなし、磁気回路による計算から、円筒軸に平行
な縦磁場の遮蔽度Ｓ（縦）は、Ｓ（縦）＝４ＮＳ（１）と書ける。ここで、強磁性体が１層の場合、Ｓ＝μｔ／Ｄｆ（２）但し、μは透磁率、ｔは厚さである。また、ＮはＮ＝１／ｐ（Ｉｎ２ｐ−１）（ｐ＞４、もしくは４
に近似）（３）である。これらの近似式を用いて考察すると、強磁性体
の長さＬｆと超電導体の長さＬｓは上述した比率の時、
効率良く遮蔽できることがわかる。

【００１３】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。本発明の複合磁気
シールド体では、まず、外側の強磁性シールド体で１０
０ガウス以上の外部磁場を１０分の１以下に下げること
ができる。次に、超電導磁気シールド体が１０ガウスの
レベルに低下した磁界を１０〜１００万分の１に減衰さ
せることができる。超電導体が分割されている場合、円
筒軸に平行方向の磁場に対しては、分割されいない場合
に比較して、シールド効果は１桁程度低下するため、好
ましくは直径／深さの比を１以下とすることができる。
また、円筒軸に垂直方向の磁場に対しては外側の強磁性
シールド体のシールド効果が優れているため、例えば１
００ガウスの外部磁界を１００分の１に減衰できる。さ
らに内側の超電導磁気シールド体で、これを１００分の
１以下に減衰できる。

【００１４】本発明の複合磁気シールド体によれば、１
００ガウス以上の強い磁場を１〜１００万分の１に減衰
できる。また内側の超電導体が軸方向に分割されていて
も、これらを軸方向に突合せているため、シールド効果
が低下しないとともに、径／深さの比を１程度とするこ
とができ、比較的小さな超電導体で大きな空間を磁気遮
蔽できる。

【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減衰率が低下しな
い。（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。（３）超電導体のみでは比較的困難な１００ガウス以上
の外部磁場を遮蔽できる。（４）強磁性体のみでは困難
な１〜１００万分の１の減衰率を得ることができる。
（５）厚膜等の薄い超電導体の場合には、通常、最大外
部遮蔽磁場が１〜１０ガウスと低いが、本発明の複合磁
気シールド体を用いれば、飛躍的に最大外部遮蔽磁場を
向上できる。

【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１０ｍｍ、長さ１０
ｍｍ、厚さ１ｍｍの両端開口円筒を冷間静水圧プレスに
より成型し、焼成して、バルク試料を作製した。図２に
示したように、この円筒を２個軸方向に突合せて、その
上に内径１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍでその長さＬｆを適
当に変化させた軟鉄シリンダー（山陽特殊鋼製ＱＭＳ３
Ｌ）をかぶせ、ＧａＡｓホール素子を２個突き合わせた
超電導体の中心に配置して、超電導体と軟鉄シリンダー
を一緒に液体窒素温度に保持し、外部から円筒軸に平行
な縦磁場を加えて、内部磁場を測定した。外部磁場を強
くしていった場合の内部磁場の強度を図３に示す。この
場合のＬｆの長さは４５ｍｍであった。この図３からわ
かるように、複合磁気シールド体は外部磁場を３２０ガ
ウスまで完全に遮蔽している。図３において、内部磁場
が発生する外部磁場の強度を最大遮蔽磁場Ｂｓとする。
強磁性体の長さＬｆを変化させた場合のＢｓの変化を図
４に示す。この図からわかるように、Ｌｆが３５ｍｍで
４００ガウスの最大遮蔽磁場を示す。この場合のＬｆ／
Ｌｓは３５／２０で１．７５であった。図３及び図４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、１００ガウス以上の外部磁場をホール素子が検出で
きない感度（０．０１ガウス）以下に減衰させることが
できる。この結果、本発明の複合磁気シールド体の磁場
の減衰率は１万分の１以下である。次に、長さ４０ｍｍ
の軟鉄シリンダーを用いて、上記と同様の方法で外部か
ら円筒軸に垂直な横磁場を加え、内部磁場を測定した。
その結果、最大遮蔽磁場は３５０ガウスであり、磁場の
減衰率は１万分の１以下であった。

【００１８】

【実施例２】実施例１と同様にして、一端閉口／一端開
口の直径１０ｍｍ、深さ１０ｍｍの超電導磁気シールド
容器と、実施例１と同じ両端開口の円筒容器を突合せ
た。その上に実施例１と同じ長さ４０ｍｍの軟鉄シリン
ダーをかぶせて複合磁気シールド体とした。この磁気シ
ールド体の磁場の減衰率は、縦磁場、横磁場ともに１万
分の１以下であった。

【００１９】

【比較例】実施例１と同一の両端開口円筒を突合せたも
のを液体窒素温度に冷却して磁気シールド効果を測定し
た。この円筒磁気シールド体に対する最大遮蔽磁場は、
縦磁場で５ガウス、横磁場で０．６ガウスであった。こ
の磁気シールド体の磁場の減衰率は縦磁場で１／５０
０、横磁場で１／６０であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合磁気シールド体の概略説明図であ
り、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は両端開口型の場
合、（ｃ）は一端閉口／一端開口型の場合をそれぞれ示
す。

【図２】実施例における磁場測定実験の概略説明図であ
る。

【図３】本発明の複合磁気シールド体の内部磁場と外部
磁場との関係図である。

【図４】軟鉄シリンダーの長さＬｆと最大遮蔽磁場Ｂｓ
との関係図である。

【符号の説明】

１強磁性シールド体２超電導磁気シールド体３ＧａＡｓホール素子

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、その軸方向に突合せ、これら酸化物超
電導体の外側に強磁性シールド体を配置してなる複合磁
気シールド体。
【請求項２】強磁性シールド体の長さが超電導磁気シ
ールド体の総長より長いものである請求項１記載の複合
磁気シールド体。