WO1999064796A1 - Cryogenic container and magnetism measuring apparatus using it - Google Patents

Cryogenic container and magnetism measuring apparatus using it Download PDF

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Norihide Saho
Hisashi Isogami
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    • F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006—Thermal coupling structure or interface

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a medical diagnostic apparatus for measuring a magnetic field generated from an object such as a human body or a living body, and a physical property measuring apparatus for measuring the magnetic permeability of a material.
  • a cryogenic container for storing a cooled object suitable for storing a cooled object such as a squeeze element (Superconducting Quantum Interference Devices) used as a transmission transducer, and
  • the present invention relates to a magnetometer using the same.
  • the squid element is an element that measures a small change in external magnetic flux by utilizing a quantum interference effect in a Josephson junction in a superconducting state.
  • the magnetic measurement means a magnetic field measurement, a magnetic permeability measurement, and the like.
  • the squeeze element is kept in a very low temperature state in a heat insulating container (cryos, solar, etc.) by liquid helium, liquid nitrogen or the like.
  • a heat insulating container such as a heat insulating container
  • dc-SQUID DC squid
  • a magnetic flux is applied to a squid element loop, which is a superconducting loop including a Josephson junction
  • a voltage appearing between terminals of the loop is obtained. Oscillates with a period that depends on the magnetic flux intensity of the magnetic flux quantum in the junction. By detecting this fluctuating voltage, the magnetic flux crossing the loop is detected with high sensitivity.
  • a cooling structure for this purpose, a structure in which the squid element is immersed in a cooling medium of liquid helium or liquid nitrogen in a cryogenic container for storing the squid element and cooled, or the squid element is directly cooled by a refrigerator The structure is known.
  • the above-mentioned cryogenic container for storing a squid element includes an external magnetic field together with the object. It is placed in a magnetically shielded room surrounded by a ferromagnetic material such as permalloy to shield it from the field.
  • a conventional cryogenic container for storing a squid element which is crushed by being immersed in a liquid helium-liquid nitrogen cooling medium and cooled, is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-3212138 and It is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-321382.
  • a conventional cryogenic container for storing liquid crystal elements which is immersed and cooled in a liquefied refrigerant such as liquid rim
  • the liquid crystal elements are cooled by being buried in the refrigerant. It can be cooled uniformly to the same temperature.
  • the cryogenic container for storage since the cryogenic container for storage has heat infiltration from room temperature to the cryogenic part, the cryogenic container for storage is made of a vacuum insulated container to minimize the heat penetration, but the liquid helium evaporates gradually. Therefore, it is necessary to replenish the refrigerant with liquid helium every week. This filling operation is complicated, and there is a problem that the operating cost increases because the refrigerant is an expensive liquid helm.
  • the superconducting magnet is cooled as in the configuration of a nuclear magnetic resonance imaging apparatus using a medical superconducting magnet described in Japanese Patent Publication No. 7-3211382.
  • a refrigerator is installed in a vacuum-insulated cryogenic container, and heat from the room temperature to the cryogenic part is cooled by the cooling of the refrigerator to reduce the evaporation of liquid helium. It has been known. However, it is necessary to replenish the liquid helium every six months, and this filling work is complicated.
  • the cooling support near the squid element must be made of a non-conductor to prevent the generation of eddy current due to the measured magnetic flux.
  • Non-conductor thermal conductivity is small.
  • the squid element has a structure that allows easy detachment of the squid element from the cooling support in consideration of maintenance, inspection and replacement. Therefore, the squid element is usually lightly supported on the cooling support by screws or the like, and the degree of heat transfer contact between the cooling support and the squid element cannot be constantly controlled for each squid element. Therefore, there is a problem that the cooling temperature of each squid element varies.
  • An object of the present invention is to provide a cryogenic container and a magnetic measurement device using the cryogenic container which can ensure safety for the human body even if the container is damaged during measurement of the human body or the like. is there.
  • Still another object of the present invention is to provide a cryogenic device capable of arranging a cooled object to be measured such as a squid element in an omnidirectional direction, that is, a direction perpendicular to the object to be measured, or in a horizontal direction or an oblique direction.
  • An object of the present invention is to provide a container and a magnetic measurement device using the container.
  • Still another object of the present invention is to provide a cryogenic vessel capable of substantially uniformly cooling a cooled object to be measured such as a squid element and maintaining a predetermined measurement accuracy, and a magnetic measurement apparatus using the same. Is to do.
  • Still another object of the present invention is to provide a cryogenic vessel in which the pressure in the cryogenic vessel does not substantially increase above atmospheric pressure during steady-state low-temperature operation, and a magnetic measurement apparatus using the cryogenic vessel.
  • Still another object of the present invention is to provide a cryogenic container in which the amount of liquefied gas used for cooling a cooling medium is reduced, and a magnetometer using the same.
  • a cryogenic container for storing a squid element in which a cooling medium for cooling a squid element has a very small amount of evaporation. At least a part, preferably the whole, is buried in a cooling medium, and the cooling medium is cooled and solidified by cooling of the refrigerator.
  • the cooling medium in contact with the squid element is substantially solidified, so that extremely high safety can be ensured when measuring a human body and the like, and the cooling medium does not evaporate.
  • the solidification of the cooling medium substantially integrates the squid element and the cooling medium, so that the object to be cooled can be freely inclined according to the shape of the object.
  • the cryogenic container for storing a squid element capable of substantially uniformly cooling the squid element is a cryogenic container for storing a squid element, which is cooled to a temperature equivalent to the cooling temperature of a cooling medium. It has a structure to heat shield the extremely low temperature part of the container. In other words, the heat shield reduces the amount of radiant heat entering the squid element group and reduces the temperature of the squid element group uniformly.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a cryogenic container for storing a squid element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a cross-sectional structure of a squeeze and a cryogenic container for storing a sod element in an embodiment using a pulse tube refrigerator as the refrigerator of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a cryogenic container for storing a squid element according to one embodiment of the present invention.
  • the cryogenic vessel 1 for storing the squid element is NbT which is in a superconducting state at a critical temperature of about 7 K or less in absolute temperature (for example, 4.2 K of liquid helium temperature at atmospheric pressure).
  • Squid element 2 composed of materials such as i or YB a 2 Cu 307, etc., which becomes superconductive at a high critical temperature of about 90 K or less (for example, 77 K of liquid nitrogen temperature at atmospheric pressure)
  • Element 2 made of the same material as above, and silicon oil, a fluid cooling medium before being cooled (boiling point under atmospheric pressure of 410 K or less) Above)
  • Cooling medium with boiling point above room temperature under atmospheric pressure such as perfluorocarbon (boiling point under atmospheric pressure 3 13 K or more) 3
  • Cooling medium 3 with boiling point above the cooling temperature of the liquid crystal element A possible inner container 37, an outer container 6 surrounding the inner container 37 and forming an insulating space 5 between the inner container 37, and a solvent inserted in the upper part of the inner container 37, for example.
  • Refrigerator 7, flange 8 for shutting off the inside of the inner container 37 from the outside air, and supporting the liquid crystal element 2 in the cooling medium and storing the measured current from the liquid crystal element 2 in the liquid crystal element It is configured to include a measuring wire 9 leading to the outside of the cryogenic vessel 1 and support mechanisms 10a, 10b, and 10c for holding the squid element 2 with holes.
  • the inside of the inner container 37 and the outside air have a structure that can be airtightly isolated.
  • 1 1 is an air outlet of the measuring conductor 9, and the inner container 3 7 and the outer container 6 are made of non-conductive material such as glass epoxy resin, etc. to prevent the generation of eddy current due to measurement magnetic flux. Be produced.
  • this measuring lead is connected to an external processing device 100 that performs measurement signal processing.
  • a temperature element such as a thermocouple is built in the element 2 (not shown), and its signal is connected to an external processing device through a measuring wire 11 1 outlet, and the temperature of each element is measured.
  • the signal is processed by an external processing unit to monitor the temperature of each squid element during the cooling process, and to judge when the squid element has cooled to cryogenic temperature and has become superconductive and can be measured.
  • the temperature characteristics of the individual skid elements are usually slightly different from each other. Also, when the temperature of the squid element changes, the magnitude of the output changes for the same measured magnetic flux value.
  • a heating means such as a heater is built in the squid element 2 (not shown), and an electric wire (not shown) to the heating means is heated by the external processing means 100 similarly to the measuring wire 9. Is connected to the power supply. Due to operations such as opening the magnetic shield wall 34, a large external magnetic flux enters and is captured by some of the superconducting squid elements 2, and the captured magnetic flux remains even when the external magnetic flux is interrupted. There is a possibility that it may be impossible to measure the minute magnetic flux by this device.
  • the element in question is heated as described above. After heating by means and temporarily returning to the normal state to eliminate the trapped magnetic flux, it can be returned to the superconducting state by cooling again to return to a measurable state.
  • the temperature rise may be on the order of several tens of degrees
  • the refrigerator continues to operate, and the element around the element in question is cooled, and the element is heated until the required temperature increase is reached. .
  • a local temperature distribution occurs due to the thermal resistance of the heat conductor around the device, and only the temperature of the device and its immediate vicinity increases. Therefore, heating and re-cooling can be performed efficiently.
  • the heat insulating layer 5 is formed by a laminated heat insulating material 12a, 12b, 12c such as an aluminum evaporated film for preventing radiant heat from entering from the external container 6, and a magnetic field fluctuation from the outside.
  • Heat shield plates 13a and 13b made of strip-shaped copper plates or small-diameter enamel-coated copper wires, which are less likely to generate eddy currents that cause noise, are provided so as to surround the inner container 37. .
  • Each of the heat shield plates 13a and 13b is thermally integrated with the outer surface of the wall of the inner container 37 at a predetermined temperature, for example, an absolute temperature of 50 K or less than 7 K.
  • Insulated spaces 14 a and 14 b in the upper part of the inner container 3 7 are provided with a laminated heat insulating material such as an aluminum vapor-deposited film to prevent radiant heat from the room temperature flange 8 to the cryogenic portion 1.
  • a laminated heat insulating material such as an aluminum vapor-deposited film to prevent radiant heat from the room temperature flange 8 to the cryogenic portion 1.
  • the cooling medium 3 has a predetermined capacity when the squid element is assembled or before cooling the squid element, and the squid element 2 is immersed in the cooling medium 3.
  • the liquid level of the cooling medium 3 is set near where a part of the second cooling stage 16 of the refrigerator 7 is immersed.
  • the valves 17 and 18 are opened, and the inside of the inner container 37 and the heat insulating space 5 are evacuated by the vacuum pump 19.
  • the inside of the inner container 37 has a uniform pressure over the ventilation ports 14c and 14d.
  • the refrigerator is operated. High-pressure helium gas pressurized by the helium compressor 20 is supplied from the pipe 21 to the refrigerator 7 through the flow path switch 23 a controlled by the valve switching cycle adjuster 22.
  • the high-pressure helium gas is adiabatically expanded in the refrigerator to cool the first cooling stage 24 and the second cooling stage 16.
  • the low-pressure helium gas after expansion passes through the pipe 23 b and the flow path switch 23 a. After that, it is returned to the compressor 20 via the pipe 25.
  • the first cooling stage 24 and the second cooling stage 16 start cooling gradually at the same time as the operation of the refrigerator 7 starts, and the cooling plate 26 thermally integrated with the first cooling stage 24 heats up.
  • the cooling plate 27 cooled to about 50 K and thermally integrated with the second cooling stage 16 is cooled to a temperature of about 7 K or less.
  • the cooling plate 26 and the cooling plate 27 are made of a material such as aluminum-copper-sapphire, which is a non-magnetic material and has good thermal conductivity.
  • Silicone grease or the like is applied to the outer peripheral portion of the cooling plate 26 so as to make good thermal contact with the inner container 4. Further, a flange portion 28 is provided to increase the contact area between the inner wall of the inner container 4 and the flange portion 28, thereby improving the heat conduction function. Cool the mounting part of the heat shield plate 13a, which is thermally integrated with the outer wall of the inner container 4 at the position of the flange part 28, to a temperature of about 50 K, and cool the entire heat shield plate 13a. .
  • the injected cooling medium 3 was present, and good thermal contact was achieved, and was thermally integrated with the outer wall of the inner container 4 at the same position. Cool the mounting part of the heat shield plate 13 b to an absolute temperature of about 7 K or less, and cool the entire heat shield plate 13 b.
  • the lower part of the cooling plate 27 is made of a non-magnetic material with good thermal conductivity, such as aluminum-copper or sapphire, and has a shape that does not easily generate eddy currents. The eddy current is less likely to occur.
  • a heat conductor 29 composed of a plurality of enameled copper wires bundled together is thermally integrated with the cooling plate 27 by, for example, soldering the end face. The heat is uniformly cooled to about 7 K or less by the heat conductor 29. Therefore, the squid element group immersed in the cooling medium 3 is uniformly cooled to an absolute temperature of about 7 K or less with almost no thermal resistance between the squid elements 2 because the entire squid element 2 is in contact with the cooling medium 3. You.
  • the cooling plate 27 is thermally integrated with a heat conductor 32 composed of a strip-shaped copper plate or a small-diameter insulated copper wire.
  • a heat conductor 32 composed of a strip-shaped copper plate or a small-diameter insulated copper wire.
  • the valve 17 is closed and the vacuum pump 19 is stopped. At this time, the valve 18 may be left as it is.
  • an object such as an air pillow-shaped air bag, styrene foam, urethane foam, etc. that absorbs volume expansion displacement, or a volume smaller than the volume expansion coefficient of the solidified cooling medium 3
  • a displacement absorber 33 made of a material containing a substance having an expansion coefficient is arranged.
  • a cell in the displacement absorber 33 made of polystyrene foam, urethane foam, etc.
  • butane gas, carbon dioxide gas, air, etc. when the inside of the inner container 37 is evacuated to a vacuum at room temperature, most of the gas inside does not escape because the inner cell wall is rigid, and the cooling medium 3 acts as an airtight sealant, making it more difficult for gas to escape, and does not hinder evacuation.
  • the gas in the cell solidifies in the displacement absorber 33 during the cooling, and the inside of the cell is in a vacuum state, which also serves as a vacuum heat insulating material, thereby preventing heat from entering the squid element group.
  • the displacement absorber 33 can absorb the volume expansion of the solidified cooling medium 3 by the deformation of the cell whose inside is evacuated. Even if some cell walls are broken due to the deformation of this cell, the internal gas has already solidified, and the temperature of the cooling medium 3 is lower than this solidification point, so the degree of vacuum in the internal vessel 37 is reduced. I will not do it.
  • the displacement absorber 33 is disposed on the inner peripheral portion of the inner container 4. However, the displacement absorber 33 may be disposed at an appropriate place in the cooling medium 3 that can absorb the deformation of the solidified cooling medium 3.
  • the preparation for measurement is completed, and a weak magnetic flux generated from the subject 36 on the bed 35 in the magnetic shield wall 34 is measured.
  • the operation of the refrigerator 7 is temporarily stopped for these minutes, and the measurement accuracy can be improved by eliminating the vibration of the refrigerator.
  • the refrigerator is started again and cooled. For this operation stop, it is sufficient to stop the operation of the flow path switch 23.
  • the cooling medium is solidified, so that the cooling performance of the squid element group does not change.
  • wax such as paraffin
  • it is heated and fluidized by a heater or a hot-air dryer, and vacuum degassed in a separate container (not shown) where the cooling medium is heated. Remove air and volatile components from the inside, inject into the heated inner container 37, deaerate the air that has entered at the time of injection, then release at room temperature to solidify, tilt at room temperature, Even if it is upside down, the cooling medium does not move and can be transported in any posture, making it easier to transport and move the equipment.
  • the internal container 4 since the pressure inside and outside the internal container 4 can be maintained evenly, the internal container 4 does not need to be a pressure container, and the thickness of the wall of the internal container 4 and the thickness of the bottom plate 37 are reduced. The thickness can be reduced. Therefore, by reducing the thickness of the wall of the inner container 4, the amount of heat infiltration is reduced and the refrigerating capacity of the refrigerator 7 can be reduced, so that the size and power consumption can be reduced. Further, since the thickness of the bottom plate 37 can be reduced, the group of squid elements 2 can be closer to the magnetic flux generation source of the subject 36, and the measurement accuracy is further improved.
  • the squid element group is arranged in the vertical direction in the direction of gravity.
  • the squid element group may be arranged in the horizontal direction or at an angle in the inner container.
  • the liquid surface of the cooling medium 3 is in contact with the heat conductor 29 and the liquid surface position where the liquid crystal element group is buried.
  • the outer peripheral portion of the cooling plate 27 is thermally integrated via silicon grease or the like so that good thermal contact with the inner container 4 can be achieved.
  • the displacement absorber 33 may be disposed outside the heat conductor 32.
  • the cooling medium 3 has a higher thermal conductivity than the cooling medium 3 such as solder particles, aluminum aluminum particles, ceramic particles of an electric insulating material, long fibers, and the like.
  • solder particles aluminum aluminum particles, ceramic particles of an electric insulating material, long fibers, and the like.
  • copper fibers, or contaminants such as copper spheres hermetically sealed with helium gas or nitrogen gas or a thin tube group hermetically sealed with helium gas, nitrogen gas, etc.
  • the above contaminant is conductive, it is desirable to prevent the generation of eddy current and reduce the noise at the time of measurement by coating an electric insulating agent such as a surface enamel coating material.
  • an electric insulating agent such as a surface enamel coating material.
  • a wax such as paraffin is used as a cooling medium, and an electric insulator having a higher thermal conductivity than the cooling medium is evenly applied to the cooling medium that has been heated and has flowability.
  • the mixture is poured into a predetermined position in the squeeze element storage container, degassed in a vacuum, and cooled by heat radiation air cooling to solidify. After solidification, the thermal conductivity of the mixture of the cooling medium containing the electric insulating material is uniform and does not change with time, so that the inside of the cooling medium is uniformly cooled and the squid element group 2 can be uniformly cooled.
  • refrigerator 36 a refrigerator using helium, nitrogen, air, hydrogen, or chlorofluorocarbon as a working cooling medium or an electronic refrigerator using a Peltier element can be used.
  • Other types of refrigerators using gas as a working fluid include pulse tube type, Gifode's McMahon type, Solvay type, Stirling type, Collins type expander type, expansion turbine type, and expansion valve type.
  • Equipment with a combined Joule-Thomson expansion valve can be used.
  • the operation of the refrigerator is stopped or the operation cycle of the refrigerator 7 is reversed to perform a heating operation to bring the inside of the inner container 4 to room temperature.
  • Air or dry nitrogen is injected from the valve 38, the inside of the inner container 4 is set to the atmospheric pressure, the components below the flange 8 are removed from the inner container 4, and the squid element 2 can be replaced.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the present invention.
  • the cooling medium 3 is filled with a predetermined capacity when the squirt element is incorporated or before cooling, and the squid element 2 is cooled by the cooling medium 3 in a thin transparent small internal container 37 made of, for example, fluorocarbon. Soak with.
  • a heat conductor (not shown) composed of a small-diameter insulated copper wire or the like is thermally integrated on the outer surface of the inner container 37 to facilitate heat transfer between the upper and lower portions of the inner container 37. The efficiency of internal cooling has been improved.
  • the first cooling stage 24 and the second cooling stage 16 are cooled by the refrigerator.
  • the cooling plate 40 thermally integrated with the first cooling stage 24 is cooled to an absolute temperature of about 50 K
  • the cooling plate 41 thermally integrated with the second cooling stage 16 is It is cooled to an absolute temperature of about 7 K or less.
  • the cooling plate 40 and the cooling plate 41 are made of a non-magnetic material having good thermal conductivity, such as aluminum-copper, non-conductive sapphire or ceramic.
  • a heat shield plate 13a is thermally integrated with the outer periphery of the cooling plate 40, and the mounting portion is cooled to an absolute temperature of about 50 K by the first cooling stage 24, and the heat shield plate 13a is cooled.
  • 1 3a Cool the whole.
  • a heat shield plate 13b is thermally integrated with the outer periphery of the cooling plate 41, and the mounting portion of the heat shield plate 13b is cooled to an absolute temperature of about 7 K or less, and the heat shield plate 13b is cooled. b Cool the whole.
  • a heat conductor 29 is thermally integrated with the cooling plate 41, and the cooling medium 3 is uniformly cooled by the heat conductor 29 to an absolute temperature of about 7 K or less. You. Accordingly, the squid element group immersed in the cooling medium 3 is uniformly cooled to an absolute temperature of about 7 K or less with almost no thermal resistance between the two elements, since the entire squid element 2 is in contact with the cooling medium 3. .
  • a displacement absorber 33 is disposed on the inner wall side below the inner container 37.
  • a non-magnetic and non-conductive cylinder having sufficient rigidity to maintain a cylindrical shape for example, a cylinder made of perfluorocarbon and having aluminum deposited on its inner and outer surfaces.
  • 4 2 is arranged and serves as a guide tube when the internal container 3 7 etc. directly or indirectly connected to the flange 4 3 is taken in and out of the external container 6, and on the outside and bottom of the cylindrical body 42 for heat insulation
  • a laminated heat insulating material such as an aluminum evaporated film is disposed.
  • a non-magnetic and non-conductive heat conductive structure 45 having good thermal conductivity is thermally integrated with the cooling plate 41 on the upper portion of the cooling plate 41, and the outer surface thereof has gas adsorption.
  • the activated carbon 46 is thermally integrated and cooled to the cooling plate 41 temperature. After closing the valve 17, the residual gas in the insulation space 5 and the surface of the components facing the insulation space 5 The generated gas is adsorbed by the low-temperature activated carbon 46 to increase the degree of vacuum in the heat insulating space 5 and improve the heat insulating performance.
  • the inner vessel 37 below the cooling plate 41 is surrounded by the heat shield 13 b cooled to an absolute temperature of about 7 K or less, so that the heat radiated from the outside is extremely small. Further, since the inner container 37 is supported from the lower portion of the refrigerator 7, there is no heat intrusion due to heat conduction from room temperature. Accordingly, the amount of heat penetration is further reduced, the cooling medium 3 below the cooling plate 41 is uniformly cooled to a lower temperature as a whole, and the two groups of squeezed elements also have a lower temperature uniform temperature as a whole. This has the effect of increasing the measurement sensitivity of each element of the quadruple element group and further improving the measurement performance.
  • FIG. 3 shows another embodiment according to the present invention.
  • This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that holes 47 a and 47 b communicating the inside of the inner container 37 and the heat insulating space 5 are provided at the upper part of the inner container 37, and the heat shield plate 13 a , 13b are cooled by cooling plates 26, 27 to an absolute temperature of about 50 K, 7 ⁇ or less through cooling conductors 26, 27 via flexible heat conductors 48, such as enameled copper mesh.
  • the conductor 49 is made of a thermally conductive material such as an enamel-coated copper mesh which is free to bend; that the displacement absorbing portion 51 is provided at the connection between the support 50 and the cooling plate 27; That is, the liquid level of 3 was maintained at a position lower than the cooling plate 27.
  • the heat shield plate 13a can be satisfactorily cooled by the cooling plate 26 without applying silicon grease etc. so that the outer peripheral portion of the cooling plate 26 can be in good thermal contact with the inner container 4. It is possible to cool the heat shield plate 13 a with the cooling plate 26 satisfactorily without setting the liquid level of the cooling medium 3 above the cooling plate 27. Therefore, the cooling plates 26 and 27 and the inner wall of the inner container 4 do not adhere to each other due to the solidification of the silicon grease and the cooling medium 3, and the heat generated due to the difference in heat shrinkage between the two. No stress is generated, and an excessive load generated on the refrigerator components between the cooling plates 26 and 27 can be eliminated, and the reliability of the refrigerator can be improved.
  • the heat conductors 49 and 32 are made of a heat conductive material such as an enamel-coated copper net which is free to bend, and the displacement absorbing portion 51 is provided at the connection between the support 50 and the cooling plate 27.
  • the relative displacement difference between the cooling plate 27 and the solidified cooling medium 3 due to the cooling after the solidification of the cooling medium 3 can be absorbed by each component, eliminating the constraint displacement to the refrigerator and
  • FIG. 4 shows another embodiment according to the present invention.
  • the cooling medium 3 has a predetermined capacity when the squid element is incorporated or before cooling, and the squid element 2 is cooled by the cooling medium 3 into a thin L-shaped rectangular shape made of, for example, an epoxy resin containing glass fiber.
  • a heat conductor (not shown) composed of a small-diameter insulated copper wire or the like is thermally integrated on the outer surface of the inner container 52 to facilitate heat transfer between the upper and lower portions of the inner container 52.
  • a thin-walled flange 53 is provided on the left side of the inner container 52 in the drawing, so that the inner container 52 can be removed therefrom at normal temperature.
  • the valve 17 is opened and the vacuum pump 19 evacuates the heat insulating space 38 inside the L-shaped outer container 54 and the inside of the small inner container 52.
  • the inside of the inner vessel 52 is evacuated through a ventilation pipe 55 and a cooling medium vapor mist separator 56.
  • the separator 56 prevents the mist of the cooling medium from being discharged to the outside of the inner container 52, and prevents surface contamination of the heat insulating film 15a.
  • the refrigerator is operated.
  • the first cooling stage 24 and the second cooling stage 16 are cooled by the refrigerator.
  • the cooling plate 40 thermally integrated with the first cooling stage 24 is cooled to an absolute temperature of about 50 K
  • the cooling plate 41 thermally integrated with the second cooling stage 16 is absolutely Cools to a temperature of about 7 K or less.
  • the cooling plate 40 and the cooling plate 41 are made of a material such as aluminum-copper, non-conductive sapphire, or ceramic which is a non-magnetic material and has good thermal conductivity.
  • a heat shield plate 57 a is thermally integrated with the outer periphery of the cooling plate 40, and this mounting portion is cooled to an absolute temperature of about 50 K by the first cooling stage 24, and the heat shield plate is cooled.
  • the entire 5 7a and the thin flange 5 7b are cooled, and on the left side of the figure, a thin flange 5 7b is provided so that the inside of the heat shield plate 5 7a can be opened at room temperature. ing.
  • a heat shield plate 58 a is thermally integrated with the outer periphery of the cooling plate 41, and the mounting portion is cooled to an absolute temperature of about 7 K or less by the first cooling stage 16, and the heat shield is formed.
  • the entire cooling plate 58a and the thin flange 58b are cooled, and a thin flange 58b is provided on the left side of the figure, from which the heat shield plate 58a can be opened at room temperature. ing.
  • a heat conductor 59 made of a material such as aluminum-copper, non-conductive, non-conductive sapphire, ceramic, etc., which is a non-magnetic material and has a good thermal conductivity, is attached to the cooling plate 41. It is thermally integrated, and an inner container 52 is supported below the heat conductor 59. Below the heat conductor 59, an L-shaped heat conductor 60 a made of a nonmagnetic material such as aluminum, copper, non-conductive sapphire, ceramic or the like having good heat conductivity is used.
  • a displacement absorber 33 is disposed on the inner wall side below the inner container 52.
  • a flange 61 is provided on the left side of the outer container 54 in the drawing, and the inside of the outer container 54 can be opened from the room at normal temperature.
  • the cryogenic container 1 for storing the skid element can be arbitrarily provided by a moving device 101 having an arm 102, an arm 103, and a joint 104 capable of rotating in any direction. Moved in position and direction.
  • the tip of the arm 103 is rotatably connected to the cryogenic container 1 for storing a squid element.
  • the joint 104 can rotate the arm 102 and the arm 103 vertically and horizontally.
  • the position of the subject 36 can be adjusted while standing.
  • the squid element can be quickly applied to the front, back, and side surfaces of the measurement target such as the heart of the subject 36, and the top, front, back, and side surfaces of the head.
  • the position of the measuring part according to 2 can be determined.
  • the cryogenic containers for storing the squid elements can be easily and individually moved by respective moving devices. Quick positioning It is also possible to control.
  • the refrigerator is installed in the vertical direction at which the highest performance of the refrigerator is obtained, that is, in a direction in which the cold and hot parts are at the bottom and the treble part is at the top, and the squid element 2 can maintain its measurement direction in the horizontal direction.
  • the magnetic flux generated from the heart can be measured. Therefore, the time from the setting of the subject 36 and the measurement device to the end of the measurement is shorter than when the subject 36 is laid down, and the time required for the measurement can be greatly reduced.
  • the cryogenic container 1 for storing the liquid crystal element 1 is tilted horizontally so that the liquid crystal element 2 is located above, and the valve 17 is opened and the inside is opened.
  • the second group of squid elements are fixedly supported on the flange 57b with screws or the like.
  • the group of squeezed elements 2 together with the support mechanisms 10a and 10b for holding the squid elements 2 with the holes are pulled out of the inner container 52 together with the measuring wire 9, the detachable connector 63, and the connector 63.
  • the squid element 2 can be provided with an air release flange on the plane in which the squid element 2 is installed. There is an effect that the inside of the inner container 52 can be replaced.
  • the flanges 58b and 57b may be mounted at a pressing pressure that does not allow the cooling medium 3 to leak from the mounting portion.
  • the valve 17 when the valve 17 is opened and the vacuum pump 19 is used to evacuate the heat insulation space 38 inside the L-shaped outer container 54 and the inside of the L-shaped inner container 52, the L-shaped Even if there is a reservoir of air in the container 52, the air is exhausted due to vacuum evacuation, and the cooling medium 3 enters into that part. Therefore, the residual air in the cooling medium 3 is almost exhausted, and the squid element 2 can be cooled uniformly.
  • the thickness of the heat conductor 60a disposed at the center in the inner container 52 is larger than that of the heat conductor 60b, and the heat conduction amount of the heat conductor 60a is smaller than that of the heat conductor. 6 0 is larger.
  • the cooling medium 3 in the inner container 52 is condensed from the inside.
  • the solidified layer grows toward the outer circumference, and the relative thermal deformation difference between the inner circumference and the outer circumference due to the temperature drop after solidification can be reduced. This has the effect of solidifying the cooling medium 3 around the squid element 2 from the inside and preventing the squid element 2 from being broken by thermal deformation.
  • the distance between the inner container 52 and the horizontal portion is short, the amount of shrinkage from the room temperature setting position to the cryogenic cooling position is small, and the distance between the outer surface of the flange 61 and the squid element 2 is low even when the temperature is low. Doesn't get too big Therefore, the distance between the squid element 2 and the heart of the subject is not so long, and there is an effect that the measurement accuracy is improved as compared with the related art.
  • the L-shaped inner container 52 can be formed in a rectangular cross section, and each partition can be constituted by a thin flat plate, thereby reducing manufacturing costs. Can be.
  • FIG. 5 shows another embodiment according to the present invention.
  • magnetic shields 66, 67, 68 made of a material such as YBa2Cu307 are arranged on the outer periphery of the cylinders 64, 65 of the refrigerator 7.
  • the inner or outer surface of the copper wire or copper mesh coated with enamel is thermally integrated, and the ends of the magnetic shields 66, 67 are thermally integrated with the cooling plate 40, and the absolute temperature
  • the temperature is cooled to about 50 K, and the end of the magnetic shield 68 is thermally integrated with the second cooling stage 16 and the cooling plate 41 to cool to an absolute temperature of about 7 K or less.
  • the cylinders 64 and 65 have two types of regenerators (not shown) that reciprocate up and down.
  • Each regenerator has a built-in regenerator material that absorbs magnetic flux at extremely low temperatures and is magnetized, such as copper mesh, lead spheres, and rare-earth metal alloys such as Er3Ni.
  • the regenerative material of the copper net and the lead sphere reciprocates during operation, and an eddy current is generated in the copper net and the lead sphere by moving the non-uniform magnetic flux around, thereby generating a magnetic field therefrom. And generate noise.
  • the regenerator material of Er 3Ni moves back and forth during operation, it absorbs the surrounding magnetic flux and moves up and down, causing it to move up and down. Field fluctuations occur and generate noise.
  • the magnetic shields 66, 67, 68 made of a material such as YBa2Cu307 to make them superconductors, the surrounding magnetic flux is applied to the cylinders 64, 65. Cannot enter the magnetic shields 66, 67, 68, and the above noise does not occur. Then, the magnetic shields 66, 67, 68 are stationary during the movement of the regenerator, and no noise is generated even when the magnetic shield exists.
  • FIG. 4 shows another embodiment according to the present invention.
  • the cooling medium 3 has a predetermined capacity when the liquid crystal element is assembled or before cooling, and the liquid crystal element 2 is thinned by the cooling medium 3 into, for example, a thin L-shaped rectangular cross section made of epoxy resin containing glass fiber.
  • a heat conductor (not shown) composed of a small-diameter insulated copper wire or the like is thermally integrated on the outer surface of the inner container 52 to facilitate heat transfer between the upper and lower portions of the inner container 52.
  • a thin flange 53 is provided on the left side of the inner container 52 in the figure so that the inside of the inner container 52 can be opened at normal temperature.
  • the refrigerator is operated.
  • the first cooling stage 24 and the second cooling stage 16 are cooled by the refrigerator.
  • the cooling plate 40 thermally integrated with the first cooling stage 24 is cooled to an absolute temperature of about 50 K
  • the cooling plate 41 thermally integrated with the second cooling stage 16 is absolutely Cools to a temperature of about 7 K or less.
  • the cooling plate 40 and the cooling plate 41 are made of a material such as aluminum-copper, non-conductive sapphire, or ceramic which is a non-magnetic material and has good thermal conductivity.
  • a heat shield plate 57 a is thermally integrated with the outer periphery of the cooling plate 40, and this mounting portion is cooled to an absolute temperature of about 50 K by the first cooling stage 24, and the heat shield plate is cooled.
  • 5 7a Cools the whole and thin flange 5 7b.
  • 57 b is provided so that the inside of the heat shield plate 57 a can be opened at normal temperature.
  • a heat shield plate 58 a is thermally integrated with the outer periphery of the cooling plate 41, and this mounting portion is cooled to an absolute temperature of about 7 K or less by the first cooling stage 16, and the heat shield The entire cooling plate 58a and the thin flange 58b are cooled, and the thin flange 58b is provided on the left side of the figure, and the inside of the heat shield plate 58a can be opened from this at room temperature. .
  • a heat conductor 59 made of a material such as aluminum-copper, non-conductive, non-conductive sapphire, ceramic, etc., which is a non-magnetic material and has a good thermal conductivity, is attached to the cooling plate 41. It is thermally integrated, and an inner container 52 is supported below the heat conductor 59. Below the heat conductor 59, an L-shaped heat conductor 60 a made of a nonmagnetic material such as aluminum, copper, non-conductive sapphire, ceramic or the like having good heat conductivity is used.
  • Displacement absorber 33 is arranged on the inner wall side below inner container 52.
  • a flange 61 is provided on the left side of the outer container 54 in the drawing, and the inside of the outer container 54 can be opened from the room at normal temperature.
  • the refrigerator is installed in the vertical direction at which the highest performance of the refrigerator is obtained, that is, in a direction in which the cold and hot parts are at the bottom and the treble part is at the top, and the squid element 2 can maintain its measurement direction in the horizontal direction.
  • the magnetic flux generated from the heart can be measured. For this reason, the time from the start to the end of the measurement of the subject 36 is shorter than when the measurement is performed while lying down, and the time required for the measurement can be greatly reduced.
  • the whole is returned to a normal temperature state, the cryogenic container 1 for storing the squid element is tilted horizontally so that the squid element 2 is upward, the valve 17 is opened, and the inside is enlarged. Atmospheric pressure, flange 6 1, 5 8 Leave b, 5 7 b. At this time, the second group of squid elements are fixedly supported on the flange 57b with screws or the like. Then, the group of squeezed elements 2 together with the support mechanisms 10a and 10b for holding the squid elements 2 by the holes are pulled out of the inner container 52 together with the measuring wire 9, the detachable connector 63, and the connector 63 are removed.
  • the air opening flange can be provided on the surface of the squid element 2 in the installation direction, there is no need to replace the squid element 2 from the flange 43. This has the effect that the inside of the inner container 52 can be replaced.
  • the flanges 58b and 57b may be mounted at a pressing pressure that does not allow the cooling medium 3 to leak from the mounting portion.
  • the valve 17 when the valve 17 is opened and the vacuum pump 19 is used to evacuate the heat insulation space 38 inside the L-shaped outer container 54 and the inside of the L-shaped inner container 52, the L-shaped Even if there is an air pool in the internal container 52, the air is exhausted because the air is evacuated, and the cooling medium 3 enters the portion. Therefore, the residual air in the cooling medium 3 is almost exhausted, and the squid element 2 can be cooled uniformly.
  • the thickness of the heat conductor 60a disposed at the center in the inner container 52 is larger than that of the heat conductor 60b, and the heat conduction amount of the heat conductor 60a is smaller than that of the heat conductor. 6 0 is larger.
  • the cooling medium 3 in the inner container 52 starts to solidify from the inside, and a solidified layer grows toward the outer periphery. Thermal deformation difference can be reduced. This has the effect of solidifying the cooling medium 3 around the squid element 2 from the inside and preventing the squid element 2 from being broken by thermal deformation.
  • the horizontal distance of the inner container 52 is short, the amount of shrinkage from the normal temperature setting position to the cryogenic cooling position is small, and the squeeze element The spacing of 2 does not increase much at low temperatures. Therefore, the distance between the squid element 2 and the heart of the subject is not so long, and the measurement accuracy is improved as compared with the conventional case.
  • the L-shaped inner container 52 can be formed in a rectangular cross section, and the partition can be constituted by a thin flat plate, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 6 shows another embodiment according to the present invention. This embodiment is different from FIG. 5 in that a vent 69 is provided with a valve 69 that can be operated from the room temperature part, and furthermore, the flange at the tip end side of the liquid crystal element 2 is eliminated, and the device is turned upside down. Sometimes, the cooling refrigerant 3 is prevented from leaking from the inner container 52, and flanges 70, 71, 72, 73 are provided on the bottom portion of the inner container 52.
  • the bottom portion of the outer container 54 can be opened from the bottom of the device at room temperature by opening the flange 73 at room temperature.
  • the valve 69 is closed, the cryogenic container 1 for storing the squid element is turned upside down, and the valve 1 is Open 7 to atmospheric pressure and open flanges 73, 72, 71, 70. Then, pull out each of the squid elements from the support mechanism 10a, 10b that holds the squid element 2 with the hole, and also pull out the measuring wire 9, the detachable connector 63 from the inner container 52. After that, the connector 63 is removed, the group 2 of the squid elements is detached, replaced with a new squid element 2, returned to the original state, and restarted.
  • the structure facing the front end of the squid element 2 is simplified and is not disassembled, so that the inner container 52 and the outer surface of the outer container are Since the interval between the tips can be narrowed, the squid element 2 can be closer to the subject, and the measurement accuracy is further improved.
  • FIG. 7 shows another embodiment according to the present invention.
  • the cooling means uses liquid helium cold instead of the refrigerator.
  • Liquid helium 75 is filled in the liquid helium inner tank 74 having a pressure resistance of about 1 atm.
  • the liquid tank inner tank 74 is suspended from a flange 76 and held at a helium supply port 77.
  • the heat shield plates 78 and 79 are cooled by the refrigerator 7 to about 50 K and 1 OK in absolute temperature.
  • the inner container 37 is hung by a flange 80 and held at the bottom 81 of the liquid helium inner tank 74.
  • the cooling medium 3 is cooled to an absolute temperature of about 4.2 K by a liquid hemisphere in a heat transfer tube 82 made of epoxy resin containing glass fiber or stainless steel. Since the heat transfer cylinder 82 has a small diameter, the wall thickness can be thin, and the thermal resistance can be reduced.
  • a heat shield plate 83 which is thermally integrated, is provided near the bottom of the inner tank 74 of the liquid helm.
  • a vent pipe 84 having a tip open to the vacuum layer 38 is provided, through which vacuum evacuation is performed.
  • FIG. 8 shows another embodiment according to the present invention.
  • the present embodiment differs from FIG. 4 in that the cryogenic container 1 for storing a squid element 1 is installed horizontally along the body length direction of the subject 36 who is lying down.
  • the height of the room surrounded by the magnetic shield wall 34 can be made lower than the vertical arrangement of the cryogenic container 1 for storing the squid element, and the room surrounded by the magnetic shield wall 34 can be reduced. There is an effect that the size can be reduced.
  • the magnetic shield wall 34 uses an expensive material, for example, permalloy steel, the cost can be reduced.
  • FIG. 9 shows another embodiment according to the present invention.
  • This embodiment is different from FIG. 6 in that the inner container 88 is a non-magnetic heat conductive body 85, a heat conductive support 86, and a heat conductive porous body in which a plurality of vertical holes are provided in a solid body. 8, and each squid element 2 is inserted into the hole of the heat conductive porous body 87, the heat conductive porous body 87 is set in the internal vessel 88, and the cooling refrigerant 3 is injected into the internal vessel 88. It is in the point which did.
  • the gap between the hole of the heat conductive porous body 87 and the squid element 2 can be set to a sufficiently small value of 1 mm or less, so that cracks and the like due to thermal deformation of the cooling refrigerant 3 during this period are almost eliminated. There is an effect that the liquid crystal element 2 can be cooled well.
  • FIG. 1 is an example in which the pulse tube refrigerator 89 is applied to the refrigerator in the embodiment of FIG.
  • the normal temperature sections of 7a, 97b, and their respective pulse tubes were connected to the holding tanks 97a, 97b, and the pressure loss of the gas flow resistance was adjusted by its size and length. It consists of piping 98a and 98b.
  • the first regenerator 90 and the second regenerator 91 are connected in series, and the first pulse tube 92 and the second pulse tube 93 are connected in parallel.
  • the end of the first pulse tube 92 communicates with the first regenerator 90 in the first cooling stage 94, and the end of the second pulse tube 93 is the second in the second cooling stage 95. It communicates with the cool storage device 9 1.
  • the central part of the second pulse tube 93 is thermally integrated with the first cooling stage 94.
  • the high-pressure helium gas supplied from the compressor 20 through the flow path switch 23 a is supplied from the pipe 96 to the upper part of the pulse tube refrigerator 89.
  • the first regenerator 90 After flowing into the head of the first regenerator 90 and cooled to a temperature of about 50 K, it flows into the head of the second regenerator 91 and the bottom of the first pulse tube 92. The remaining gas is cooled to a temperature of about 50 K by the second regenerator 91 and then flows into the bottom of the second pulse tube 93.
  • the high-pressure helium gas entering the bottom of the first pulse tube 92 is switched into the low-pressure circuit of the compressor 20 by the flow path switch 23a, the adiabatic expansion causes the temperature to drop sharply, After cooling the one cooling stage 94, the first regenerator 90 is cooled and returned to the compressor 20.
  • the second regenerator 91 is cooled and returned to the compressor 20.
  • the central part of the second pulse tube 93 is cooled by the first cooling stage 94.
  • the pressure change in the head of each pulse tube is adjusted by the holding tanks 97a and 97b so as to have a phase difference with the pressure change in the flow path switch 23a, and the efficiency is improved. It is configured to generate a cooling action in a targeted manner. In the pulse tube refrigerator, the vibration noise of the element is small because the vibration of the refrigerator is small.
  • the positioning of the measuring device with respect to the measuring part of the person to be measured before the start of the magnetic flux measurement can be performed while the refrigerator is operating, so that the positioning can be performed easily and in a short time. Furthermore, the vibration noise of this refrigerator In order to eliminate noise or electric noise completely, the operation of the refrigerator is stopped during measurement.
  • the squid element 2 and the refrigerator 7 are mechanically integrated, but they may be separated from each other (not shown). In such a structure, after the squid element and the cooling medium are cooled and solidified, they can be separated from the refrigerator main body and freely moved, so that the transfer control of the squid element is further facilitated.
  • the cooling refrigerant directly permeates the Josephson junction of the squeeze element.
  • the Josephson junction is made of resin or the like so that the cooling refrigerant does not directly permeate. Even if only the sealing is performed, a similar effect is obtained for cooling and the like.
  • cryogenic container of the present invention is useful for squid devices, superconducting magnets, semiconductor electronic devices such as CMOS which have improved performance at low temperatures, and biological cells.
  • the present invention is also applicable to a cooling system for a cooled object including a superconductor that becomes superconducting at or below the solidification temperature of a cooling medium.

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Description

明 細 極低温容器およびそれを用いた磁性測定装置 技術分野
本発明は、 例えば、 人体あるいは生物体等の被検体物から発生する磁場の計 測を行うための医療用診断装置、材料の透磁率を測定するための物性測定装置 等において、磁気的な信号伝送のトランスジュ一サとして使用されるスクイヅ ド素子 ( Superconducting Quantum Interference Devi ces ： 超電 量子干渉デ バイス）等の被冷却体を格納することに適した被冷却体格納用の極低温容器お よびそれを用いた磁性測定装置に関する。
ここに、 スクイヅド素子とは、 超電導状態にあるジョセフソン接合における 量子的な干渉効果を利用して、外部磁束の微弱な変化を測定する素子である。 また、 磁性測定とは、 磁場測定、 透磁率測定等を意味する。 背景技術
スクイヅ ド素子は、 液体ヘリウムや液体窒素等により断熱容器（クライオス 夕、ソト等） 内で極低温状態に維持される。最近の代表的な回路構成である直流 スクイッド （d c — S Q U I D ) においては、 ループ内にジョセフソン接合を 含む超電導ル一ブであるスクイッド素子ループに磁束が加わると、そのループ の端子間に現われる電圧が、該接合内磁束量子の磁束強度に依存する周期でと して振動する。 この変動電圧を検出することによって、 ループに交差する磁束 を高感度に検出する。
ジョセフソン接合を超電導状態にするために、超電導発生温度以下に冷却す る必要がある。 このための冷却構造として、 スクイツド素子をスクイッド素子 格納用極低温容器内の液体ヘリウムや液体窒素の冷却媒体の中に侵漬して冷 却する構造、 または、 スクイッド素子を冷凍機で直接冷却する構造が知られて いる。
また、 上述のスクイッド素子格納用極低温容器は、 被検体物とともに外部磁 場から遮断するため、パーマロイ等の強磁性体で囲まれた磁気シールド室内に 配置されている。スクイツド素子を液体へリウムゃ液体窒素の冷却媒体の中に 侵潰して冷却する型の従来のスクイッド素子格納用極低温容器の例が、特閧平 7 - 3 2 1 3 8 2号公報およびに特開平 7— 3 2 1 3 8 2号公報に記載され ている。
液体へリゥム等の液化冷媒中に侵漬して冷却する型の従来のスクイッ ド素 子格納用極低温容器では、スクイツ ド素子群を冷媒中に埋没させて冷却するの で、 スクイッド素子群を同一温度に均一に冷却できる。 しかし、 格納用極低温 容器は室温から極低温部への熱侵入があるため、格納用極低温容器を真空断熱 容器で構成し極力熱侵入を小さくしているが、液体ヘリウムが徐々に蒸発する このため、 冷媒を毎週毎に液体ヘリウムを補充する必要がある。 この充填作業 は煩雑であり、冷媒が高価な液体ヘリゥムであるので運転費用が増加する問題 がある。
これを解決するためには、特閧平 7— 3 2 1 3 8 2号公報に記載された医療 用の超電導磁石を使用した核磁気共鳴画像処理装置の構成の様に、超電導磁石 を冷却する液体ヘリウムの蒸発量を抑制するために、真空断熱された低温容器 に冷凍機を組み込み、室温から極低温部への熱侵入を冷凍機の寒冷で冷却し、 液体ヘリウムの蒸発量を小さくする構造が知られている。 しかし、 これを半年 毎に液体ヘリウムを補充する必要があり、 この充填作業が煩雑である。 さらに、 地震等で真空断熱容器の真空が破壊した場合、格納用極低温容器内の液体ヘリ ゥムが瞬時に膨張し、 格納用極低温容器の圧力が急激に上昇し、 容器が破壊す る恐れがある。 このため、 安全性に問題が残っている。
また、 格納用極低温容器を傾けて使用したり、 逆さまに向けて下方から測定 する場合、液体ヘリム等の冷却冷却媒体の液面が傾きが素子群の頭が露出して 素子の冷却不足になったり、容器からこぼれたりして測定できない問題がある < また、 上記問題を解決する方法として、 低温工学、 2 8卷、 8号 （ 1 9 9 3 年） 4 3 0頁に記載された、 スクイツド素子を冷凍機の寒冷で直接冷却するス クイツド素子格納用極低温容器では、 冷凍機の寒冷で素子を冷却する場合、 金 属等の固体で構成した素子冷却支持体を冷凍機の寒冷で冷却し、この冷却支持 体を介して真空中で素子を冷却している。
しかし、 スクイッド素子は微小磁束を測定するために使用するので、 スクイ ッ ド素子近傍の冷却支持体は測定磁束による渦電流の発生を防止するため非 電導体で構成しなければならず、 当然この非電導体熱伝導率は小さい。 しかも、 スクイツド素子は保守点検、 交換する場合を考え、 冷却支持体から容易にスク ィヅド素子を脱着できる構造になっている。 したがって、 スクイツド素子は、 通常、 冷却支持体にネジ等で軽く支持されており、 冷却支持体とスクイッド素 子との伝熱接触程度が、それそれのスクイッド素子について一定に制御できな レ、。 このため、 それそれのスクイッド素子の冷却温度にばらつきが生じる問題 がある。
また、 冷却支持体およびスクイッド素子本体は、 真空中に配置されているた め、 冷却支持体およびスクイッ ド素子本体には、 この温度よりも高い温度の周 囲の構成体から輻射熱が侵入し、 この輻射熱の大きさは、 配置位置、 受熱面面 積が異なるので、冷却支持体およびスクイッド素子本体に浸入熱量にばらつき が生じる。 このため、 それそれのスクイッド素子の冷却温度にばらつきが生じ る問題がある。 スクイツド素子の感度は冷却温度に敏感であるので、 これらの ようにスクイヅド素子温度にばらつきがあると、スクイツド素子群のスクイヅ ド素子間に感度のばらつきが生じ、測定精度が大幅に低下する重要な問題があ る。
本発明の目的は、 例えば、 人体等の測定中に万一容器の破損等が発生しても、 人体に対する安全性を確保できる極低温容器およびそれを用いた磁性測定装 置を提供することにある。
本発明の他の目的は、スクイツド素子等の被冷却体を冷却するための冷却媒 体の蒸発が極めて少なく、冷却媒体の補給を実質的に必要としない極低温容器 およびそれを用いた磁性測定装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、 スクイツド素子等の測定用被冷却体を、 測定対 象物に対して全方位方向、 すなわち垂直な方向のほか、 水平方向にまたは斜め 方向に配置可能な極低温容器およびそれを用いた磁性測定装置を提供するこ とにある。 本発明のさらに他の目的は、スクイツド素子等の測定用被冷却体を実質的に 均一に冷却し、所定の測定精度を維持することのできる極低温容器およびそれ を用いた磁性測定装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、 低温定常運転時に極低温容器内の圧力が、 実質 的に大気圧より増加することのない極低温容器およびそれを用いた磁性測定 装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、冷却媒体を冷却するために使用される液化ガス の蒸発量を低減させた極低温容器およびそれを用いた磁性測定装置を提供す ることにある。 発明の閧示
本発明による、スクイツド素子冷却用の冷却媒体の蒸発が極めて少ないスク ィッド素子格納用極低温容器は、流動性の冷却媒体をスクイッド素子格納用極 低温容器内に注入し、 少なくとも 1つの被冷却体の少なくとも一部分、 好まし くはその全体を冷却媒体に埋没させ、この冷却媒体を冷凍機の寒冷で冷却凝固 させる構造を有する。本発明では、 スクイッド素子に接触している冷却媒体が、 実質的に固体化されるため、人体等の測定に際し極めて高い安全性を確保でき るほか、 冷却媒体が蒸発することがなく、 さらには、 冷却媒体の凝固により、 スクイツド素子と冷却媒体が実質的に一体化されるため、被冷却体を被検体の 形状に合わせ自由に傾斜させることができる。
また、 本発明による、 スクイツド素子を実質的に均一に冷却できるスクイッ ド素子格納用極低温容器は、冷却媒体の冷却温度と同等の温度に冷却した熱シ ールド板でスクイッ ド素子格納用極低温容器の極低温部を熱遮蔽する構造を 有する。 すなわち、 この熱遮蔽によって、 スクイツド素子素子群への輻射熱の 熱侵入量を小さくし、 スクイツド素子群の温度を均一に冷却できる。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明の一実施例のスクィッド素子格納用極低温容器の断面構造を 説明する断面図。 図 2は、本発明の他の実施例のスクイッド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 3は、本発明の他の実施例のスクィッド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 4は、本発明の他の実施例のスクィッド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 5は、本発明の他の実施例のスクィッ ド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 6は、本発明の他の実施例のスクイッド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 7は、本発明の他の実施例のスクィッド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 8は、本発明の他の実施例のスクイッド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 9は、本発明の他の実施例のスクイッド素子格納用極低温容器の断面構造 を説明する断面図。
図 1 0は、本発明の冷凍機としてパルス管式冷凍機を使った実施例のスクイ 、ソド素子格納用極低温容器の断面構造を説明する断面図。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図 1は、本発明の一実施例であるスクイヅド素子格納用極低温容器の構成を 示した図である。
図 1に示すように、 スクイツド素子格納用極低温容器 1は、 絶対温度約 7 K 以下の臨界温度 （例えば、 大気圧の液体ヘリウム温度の 4 . 2 K ) で超電導状 態となる N b T i等の材料で構成されたスクイッ ド素子 2或いは絶対温度約 9 0 K以下の高臨界温度 （例えば、 大気圧の液体窒素温度の 7 7 K ) で超電導 状態となる Y B a 2 C u 307等の材料で構成されたスクイッド素子 2と、 冷却 される前に流動性のある冷却媒体であるシリコン油（大気圧下沸点 4 1 0 K以 上） ゃパ一フロロカーボン （大気圧下沸点 3 1 3 K以上） 等の大気圧下で室温 以上に沸点がある冷却媒体 3ゃスクイッ ド素子冷却温度を超える温度に沸点 がある冷却媒体 3を収納可能な内部容器 3 7と、内部容器 3 7を包囲するとと もに内部容器 3 7との間に断熱空間 5を形成する外部容器 6と、内部容器 3 7 の上部に挿入された例えばソルべィ式の冷凍機 7と、内部容器 3 7内と外部空 気と遮断するフランジ 8と、スクイッド素子 2を冷却媒体中に支持するととも にスクイツ ド素子 2からの計測電流をスクイッ ド素子格納用極低温容器 1の 外部に導く計測用導線 9と、スクイツド素子 2を穴で保持する支持機構 1 0 a、 1 0 b、 1 0 cとを備えて構成される。 内部容器 3 7内と外部空気とは、 気密 隔離できる構造である。 1 1は計測用導線 9の大気引き出し口で、 上記内部容 器 3 7と外部容器 6は測定磁束による渦電流の発生を防止するため、非電導体 の例えばガラスエポキシ樹脂等の非磁性材料で製作される。 また、 この計測用 導線は、 計測信号処理を行う外部処理装置 1 0 0に接続されている。 また、 ス クイツド素子 2内には熱電対等の温度素子が内蔵され（図示せず） その信号は 計測用導線 1 1引き出し口を通じて外部処理装置に接続されて、計測された各 スクイツ ド素子の温度信号は外部処理装置により処理されて冷却過程におけ る各スクィッ ド素子の温度監視を行いスクイッ ド素子が極低温に冷却されて 超伝導状態になり、 計測可能となった時期を判断する。 ここで、 それそれのス クイツド素子の温度特性は互いに若干異なるのがふつうである。 また、 スクイ ッド素子の温度が変わると、測定される同じ磁束値に対してその出力の大きさ が変わる。 従って、 前もって各スクイッド素子の温度特性を測定しておき、 被 検体からの磁束の計測時に各スクイッド素子の温度情報から磁束測定値を補 正することにより、 より精度よく微小磁束を計測できる。 また、 スクイッド素 子 2内にヒー夕等の加熱手段が内蔵され （図示せず） 、 加熱手段への電線 （図 示せず）は、 計測用導線 9と同様に外部処理手段 1 0 0の加熱用電源に接続さ れている。磁気シールド壁 3 4が開かれる等操作で、 超伝導状態のスクイヅド 素子 2のいくつかに外部の大きな磁束が入り込み、 補足され、 該外部磁束が遮 断されても補足された磁束が残留し、本装置による微小磁束が計測不可能とな る場合が生じる可能性がある。 このような場合、 問題の素子のみを、 上記加熱 手段を使い加熱し、一時的に常伝導状態に戻して捕捉された磁束を消滅させた 後、 再び冷却して超伝導状態に戻すことで計測可能な状態に復帰できる。 この 加熱処理においては、 温度上昇は数十度程度でよく、 冷凍機は運転し続け、 問 題の素子の周りの素子は冷却したままで、該素子を必要な温度上昇に達するま で加熱する。 この時、 該素子の周りにある熱伝導体の熱抵抗により局所的な温 度分布が生じ、 該素子とその極近傍のみの温度しか上昇しない。 従って、 加熱 及び再冷却が効率よく実施できる。
上記断熱層 5内には、外部容器 6からの輻射熱の侵入を防止するためのアル ミニユウム蒸着膜等の積層断熱材 1 2 a、 1 2 b、 1 2 c、 および外部からの 磁場変動で生じノィズとなる渦電流が発生し難い、短冊状の銅板や小径のェナ メル被覆銅線で構成した熱シールド板 1 3 a、 1 3 bが、 内部容器 3 7を包囲 ように設けられている。 熱シールド板 1 3 a、 1 3 bはそれそれ、 内部容器 3 7壁の所定温度、例えば絶対温度 5 0 Kと 7 K以下の温度域にある外面に熱的 に一体化している。
内部容器 3 7上部の断熱空間部 1 4 a、 1 4 bには、 常温のフランジ 8から 極低温部への輻射熱を防止するため、アルミ二ユウム蒸着膜等の積層断熱材 1
5 a、 1 5 bを配置する。
以下、 続けて図 1を参照しながら、 スクイツド素子 2の冷却方法について説 明する。冷却媒体 3はスクイッド素子の組み込み時もしくはその冷却前に所定 の容量を入れ、 冷却媒体 3でスクイッド素子 2を浸漬させる。本実施例では、 冷却媒体 3の液面は冷凍機 7の第 2冷却ステージ 1 6の一部が浸漬する付近 にめる。
最初に、 弁 1 7、 1 8を開き、 真空ポンプ 1 9で内部容器 3 7内と断熱空間 5を真空排気する。 内部容器 3 7内は、 通気口 1 4 c、 1 4 dで全体に均一な 圧力となる。次に冷凍機を運転する。ヘリウム圧縮機 2 0で加圧された高圧へ リウムガスが、 配管 2 1から、 バルブ切り替え周期調整器 2 2で制御される流 路切り替え器 2 3 aを通り、 冷凍機 7に供給される。高圧ヘリウムガスは冷凍 機内で断熱膨張して、第 1冷却ステージ 2 4および第 2冷却ステージ 1 6を冷 却する。膨張後の低圧ヘリウムガスは配管 2 3 b、 流路切り替え器 2 3 aを通 つた後、 配管 2 5を介して圧縮機 2 0に戻される。
冷凍機 7の運転開始と同時に第 1冷却ステージ 2 4および第 2冷却ステ一 ジ 1 6は徐々に冷却し始め、第 1冷却ステージ 2 4に熱的に一体化された冷却 板 2 6が温度約 5 0 Kまで冷却され、第 2冷却ステージ 1 6に熱的に一体化さ れた冷却板 2 7が温度約 7 K以下まで冷却される。冷却板 2 6および冷却板 2 7は非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウムゃ銅ゃサフアイャ等の物質 で製作される。
冷却板 2 6の外周部には、内部容器 4との熱接触が良好にできるようにシリ コングリース等が塗られている。 また、 つば部 2 8を設け、 内部容器 4内壁と つば部 2 8との接触面積が広くなるようにして熱伝導機能を向上させている。 つば部 2 8の位置で内部容器 4の外壁に熱的に一体化された熱シールド板 1 3 aの取り付け部を温度約 5 0 Kに冷却し、熱シールド板 1 3 a全体を冷却す る。
一方、 冷却板 2 7の外周部と内部容器 4との隙間には、 注入した冷却媒体 3 が存在し熱接触が良好であり、同位置で内部容器 4の外壁に熱的に一体化され た熱シールド板 1 3 bの取り付け部を絶対温度約 7 K以下に冷却し、熱シール ド板 1 3 b全体を冷却する。
冷却板 2 7の下部には、非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウムゃ銅や サフアイャ等の物質でかつ渦電流が発生しにくい形状製作され、渦電流が発生 しにくい位置に配置し、 渦電流が生じにくい、 例えばエナメル被覆した銅線を 複数本束ねて構成した熱伝導体 2 9が冷却板 2 7と例えば端面をハンダ付け で熱的に一体化され、冷却媒体 3はこの熱伝導体 2 9により温度約 7 K以下に 均一に冷却される。 したがって、 冷却媒体 3に浸漬されたスクイッド素子群は、 スクイツド素子 2全体が冷却媒体 3に接触しているので、両者間の熱抵抗は殆 ど生じなく絶対温度約 7 K以下に均一に冷却される。
この場合、冷却板 2 7より下側の内部容器 4は絶対温度約 7 K以下に冷却さ れた熱シールド 1 3 bで外部を取り囲まれているので外部からの輻射熱の熱 浸入は非常に少なく、かつ内部容器 4の壁を伝わってくる常温からの熱伝導に よる熱浸入も、 冷却板 2 7で冷却されるのでほとんどない。 また、 計測用導線 9を伝わってくる常温からの熱伝導による熱浸入も、冷却板 2 6と封止体 3 0 で熱的に一体化され、 冷却板 2 7と封止体 3 1で熱的に一体化され、 それそれ 絶対温度 5 0 Kと 7 K以下で冷却されるのでほとんどない。 したがって、 冷却 板 2 7の下部の冷却媒体 3は全体的に均一温度となり、スクイツド素子群も全 体的に均一温度となり、 スクイッド素子群の計測性能が向上する。
また、 冷却板 2 7には、 短冊状の銅板や小径の絶縁被覆銅線で構成した熱伝 導体 3 2を熱的に一体化させ、 この熱伝導体 3 2で内部容器 4下部の内周面を カバ一することにより、 万一、 熱シールド板 1 3 bの温度が上がり、 輻射熱に より内部容器 4外面の温度が上がった場合でも、熱伝導体 3 2でその熱は吸収 され、 スクイツド素子群の温度上昇を防止できるので、 スクイツド素子 2の回 りの冷却媒体 3は全体的に均一温度となる。従って、 スクイツド素子群も安定 的に全体的に均一温度となり、 スクイッド素子群の計測性能が向上する。 冷凍機の第 1冷却ステージ 2 4または第 2冷却ステ一ジ 1 6の温度が 7 0 K以下になると、 内部容器 4内の残留水分、 炭酸ガス等は各ステージ表面にト ラップされクライオポンプ効果で内部容器 4内の圧力は低下し始めるので、弁 1 7を閉じ、 真空ポンプ 1 9は停止させる。 この時、 弁 1 8は閧いたままにし ておいても良い。 内部容器 4内の残留空気等の定沸点ガスは、 第 2冷却ステ一 ジ 1 6の温度が絶対温度 2 0 K以下になると、クライオポンプ効果で第 2冷却 ステージ 1 6面上にトラップされ、内部容器 4内の圧力は高真空に排気される しかし、 低飽和蒸気圧の低温の冷却媒体 3である、 常温で流動性を有するシリ コン油や、 1 0 0 °C以下数十度の温度で流動性を有するパラフィン等のヮック スは、 高真空雰囲気でもほとんど蒸発しない。
また、内部容器 4下部の内壁面側には空気枕状のエア一バッグや発泡スチロ ール、 発泡ウレタン等の体積膨張変位を吸収する物体や、 凝固冷却媒体 3の体 積膨張率より小さな体積膨張率の物質を含む材料で製作した変位吸収体 3 3 が配置されている。 これにより、 冷却媒体 3が冷却されて凝固する際に体積膨 張した場合にその変位を吸収し、スクイツド素子 2群の破壊や内部容器の破壊 を防止する。
発泡スチロール、発泡ウレ夕ン等で製作した変位吸収体 3 3内のセル内の例 えばブタンガスや炭酸ガスや空気等は、内部容器 3 7内を常温で真空に排気す る時も内部のセル壁は剛性を有しているため内部のほとんどのガスは逃げず、 かつ、 冷却媒体 3が気密シール剤となって、 さらにガスは逃げ難くなり、 真空 排気を阻害することはない。 また、 セル内ガスが冷却途中で変位吸収体 3 3内 で凝固しセル内が真空状態となり、真空断熱材にもなりスクイッド素子群への 熱浸入を防止できる。変位吸収体 3 3内には冷却媒体 3が表面部分にしか染み 込まないので、変位吸収体 3 3は凝固冷却媒体 3の体積膨張分を内部が真空に なったセルの変形により吸収できる。このセルの変形により一部のセル壁が破 壊される場合が生じても、 内部ガスはすでに凝固し、 冷却媒体 3の温度はこの 凝固点よりも低いので、 内部容器 3 7内の真空度が低下することはない。 この 実施例では内部容器 4内周部に変位吸収体 3 3を配置したが、凝固冷却媒体 3 の変形を吸収できる冷却媒体 3中の適切な場所に配置すれば良い。
スクイツド素子群が所定の温度に冷却されると測定準備が整い、磁気シール ド壁 3 4内のべッド 3 5上の被検査者 3 6から発生する微弱な磁束を測定す る。 この数分間の測定時には、 この数分間だけ一時冷凍機 7の運転を停止し、 冷凍機振動をなくすことにより測定精度を向上させることができる。測定後、 再び冷凍機を運転閧始し冷却する。 この運転停止は、 流路切り替え器 2 3の運 転を停止することで十分である。
また、 スクイツド素子格納用極低温容器 1を傾けたり、 逆さまにしても冷却 媒体は凝固しているのでスクイッド素子群の冷却性能には変化がなく、傾けた り、 逆さまにしても測定が可能である。 また、 冷却媒体としてパラフィン等の ワックスを使用する場合、 ヒータや温風ドライヤ等で加温して流動化させ、 冷 却媒体を加温した別容器（図示せず） 内で真空脱気して内部の空気や揮発成分 を取り除き、 加温した内部容器 3 7に注入し、 更に注入時に入り込んだ空気を 脱気した後常温で放令し固形化することにより、 常温に於いても傾けたり、 逆 さまにしても冷却媒体が動くことがなく、任意の姿勢で運搬が可能となり、 装 置の運搬、 移動がより容易となる。
また、 本実施例では、 内部容器 4の内外の圧力を均等に維持できるので内部 容器 4は圧力容器である必要がなく、内部容器 4の壁の肉厚及び底板 3 7に肉 厚を薄くできる。 したがって、 内部容器 4の壁の肉厚を薄くすることにより熱 浸入量が低下し冷凍機 7の冷凍能力が小さくできるので小型化、消費電力の低 減ができる。 また、 底板 3 7の肉厚を薄くできることによって、 スクイッド素 子 2群をより被検査者 3 6の磁束発生源に接近でき、計測精度がさらに向上す る。
また、 冷却媒体 3に飽和蒸気圧が小さいものを使用することにより、 真空排 気する際に、 冷却媒体 3からの発生蒸気がほとんどなく、 断熱空間 5内の配置 物を汚染することが小さいので、表面汚染による表面反射率低下の程度が小さ く、 輻射断熱性能を高性能に維持できる。
また、本実施例ではスクイッド素子群は重力方向の垂直方向に配置したが、 水平方向や傾けて内部容器内に配置しても良い。
また、 弁 1 8回りの断熱空間 5の真空排気設備を無く し、 内部容器 3 7上部 に断熱空間 5に連通する導通口を設けても同様な効果が生じる。
また、 冷却媒体 3の液面は熱伝導体 2 9と接触し、 スクイツド素子群が埋没 する液面位置であれば十分である。 このとき、 冷却板 2 7の外周部は内部容器 4との熱接触が良好にできるようにシリコングリース等を介して熱的に一体 化する。
また、 変位吸収体 3 3は、 熱伝導体 3 2の外側に配置しても良い。
また、 冷却媒体 3には、 熱伝導率を大きくするため、 冷却媒体 3の熱伝導率 より大きな熱伝導率を有する例えばハンダ粒子やアルミ二ユウム微粒子ゃ電 気絶縁材のセラミック粒子、 長繊維、 短繊維や銅繊維、 或いは比熱が冷却媒体 3より大きなヘリゥムガスや窒素ガス等を密封入した銅球やヘリゥムガスや 窒素ガス等を密封入した細管群等の混入物を混入させることにより、冷却媒体 3の冷却速度を早くしたり、極低温時の熱容量を大きくして、 短時間冷凍機の 運転停止時のスクイッド素子 2の温度変化を小さくすることができる。この時、 上記混入物が電導性であれば、その表面エナメル被覆材等の電気絶縁剤をコ一 ティングすることにより、 渦電流の発生を防止し、 測定時のノィズを小さくす ることが望ましい。 また、 冷却媒体にパラフィン等のワックスを使用し、 加熱 して流動性が生じた冷却媒体に熱伝導が冷却媒体より大きな電気絶縁体を均 一混合した後、 スクイツド素子格納容器内の所定の位置に注入し、 真空脱気し て放熱空冷で冷却媒体を冷まし固形化する。 固形化した後には、 電気絶縁材入 り冷却媒体の混合体熱伝導率が均一且つ時間的に変わらないので、冷却媒体内 が均一に冷却されスクイッド素子群 2を均一に冷却出来る。
また、 冷凍機 3 6としては、 作動冷却媒体にヘリウム、 窒素、 空気、 水素、 フロン系ガスを使用する冷凍機器や、ペルチェ素子を使用した電子冷凍機器を 使用するこができる。 ガスを作動流体に使用した冷凍機の方式として、 他にパ ルス管式、 ギフオード 'マクマホン式、 ソルべィ式、 スターリング式、 コリン ズ型膨張機式、 膨張タービン式、 膨張弁式、 これらを組み合わせたジュール - トムソン膨張弁を有する機器等を使用することができる。
修理等でスクイッド素子 2を大気中に取り出す場合には、冷凍機運転を停止 するか、もしくは冷凍機 7の運転サイクルを逆転させることにより加温運転を 行い内部容器 4内を常温にした後、弁 3 8から空気または乾燥窒素を注入し、 内部容器 4内を大気圧にして、フランジ 8以下の構成物を内部容器 4から抜き、 スクイッド素子 2を交換できる。
一方、冷却媒体 3にスクイッド素子冷却温度を超える温度に沸点がある液体 窒素や液体アルゴンを使用する場合、 まず弁 1 7、 1 8を開き真空ポンプ 1 9 で内部容器 3 7内と断熱空間 5を真空排気した後、 弁 1 8を閉じ、 真空ポンプ 1 9を停止し、大気圧下の内部容器 3 7内に冷却媒体 3を注入し液面を一定に 保ちながら冷凍機で冷却し、 冷却媒体 3の凝固温度以下に達した後、 弁 1 7を 閉じる。 その後の運転は同様である。 ただし、 安全上フランジ 8には内部容器 内と連通した安全弁 （図示せず） の設置が必要となる。
図 2に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、 冷却媒体 3はスクイツド 素子組み込み時もしくは冷却前に所定の容量を入れ、冷却媒体 3でスクイッド 素子 2を例えばパ一フロロガ一ボン製の薄肉の透明な小型の内部容器 3 7内 で浸漬させる。内部容器 3 7の外面には小径の絶縁被覆銅線等で構成した熱伝 導体 （図示せず） を熱的に一体化させ、 内部容器 3 7上下部間の熱移動を容易 にして内部容器内冷却の効率を向上させてをいる。
弁 1 7を開き真空ポンプ 1 9で小型の内部容器 3 7内と断熱空間 3 8を真 空排気する。 内部容器 3 7内は、 通気口 3 9 a、 3 9 bにより真空となる。 次 に冷凍機を運転する。冷凍機で第 1冷却ステージ 2 4および第 2冷却ステージ 1 6が冷却される。第 1冷却ステージ 2 4に熱的に一体化された冷却板 4 0は、 絶対温度約 5 0 Kまで冷却され、第 2冷却ステージ 1 6に熱的に一体化された 冷却板 4 1は、 絶対温度約 7 K以下まで冷却される。 冷却板 4 0および冷却板 4 1は非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウムゃ銅や非電導性のサファ ィャ、 セラミック等の物質で製作される。
冷却板 4 0の外周部には、 熱シールド板 1 3 aが熱的に一体化され、 この取 り付け部を第 1冷却ステージ 2 4で絶対温度約 5 0 Kに冷却し、熱シールド板 1 3 a全体を冷却する。
一方、 冷却板 4 1の外周部には熱シールド板 1 3 bが熱的に一体化され、 熱 シールド板 1 3 bの取り付け部を絶対温度約 7 K以下に冷却し、熱シールド板 1 3 b全体を冷却する。
冷却板 4 1の下部には、 熱伝導体 2 9が冷却板 4 1と熱的に一体化され、 冷 却媒体 3はこの熱伝導体 2 9により均一に絶対温度約 7 K以下に冷却される。 したがって、 冷却媒体 3に浸潰されたスクイッド素子群は、 スクイツド素子 2 全体が冷却媒体 3に接触しているので両者間の熱抵抗は殆ど生じなく均一に 絶対温度約 7 K以下に冷却される。内部容器 3 7下部の内壁面側には変位吸収 体 3 3が配置されている。
断熱空間 5内で外部容器 6内側には、円筒形の形を保持できる程度の剛性を 有した非磁性で非電導性の、例えばパ一フロロカーボン製で内外面にアルミ二 ユウムを蒸着した円筒体 4 2を配置し、 フランジ 4 3に直接、 間接的に接続さ れた内部容器 3 7等を外部容器 6から出し入れする際の案内筒となり、断熱の ため円筒体 4 2の外側および底部にはアルミニユウム蒸着膜等の積層断熱材 4 4を配置する。
また、 冷却板 4 1の上部には、 非磁性かつ非電導性で、 熱伝導性がよい熱伝 導構造体 4 5が冷却板 4 1と熱的に一体化され、その外面にはガス吸着材例え ば活性炭 4 6が熱的に一体化され、 冷却板 4 1温度に冷却される。弁 1 7を閉 じた後、断熱空間 5内にある残留ガスや断熱空間 5に面した構成品の表面から 発生するガスを低温の活性炭 4 6で吸着し、 断熱空間 5の真空度を高め、 断熱 性能を向上できる。
この場合、冷却板 4 1より下側の内部容器 3 7は絶対温度約 7 K以下に冷却 された熱シールド 1 3 bで外部を取り囲まれているので外部からの輻射熱の 熱浸入は非常に少なく、かつ内部容器 3 7は冷凍機 7下部から支持されている ので常温からの熱伝導による熱浸入はない。 したがって、 熱侵入量はさらに小 さくなり、冷却板 4 1の下部の冷却媒体 3は全体的にさらに低温度に均一冷却 され、 スクイツド素子 2群も全体的にさらに低温度の均一温度となり、 スクイ ッド素子群のそれそれの素子の測定感度が高まり、さらに計測性能が向上する 効果がある。
図 3に本発明になる他の実施例を示す。本実施例が図 1の実施例と異なる点 は、内部容器 3 7の上部に内部容器 3 7内部と断熱空間 5を連通する孔 4 7 a、 4 7 bを設け、 熱シールド板 1 3 a， 1 3 bをそれそれエナメル被覆銅網等の 撓みが自由な熱伝導体 4 8を介して冷却板 2 6、 2 7で絶対温度約 5 0 K、 7 Κ以下に冷却することと、熱伝導体 4 9をエナメル被覆銅網等の撓みが自由な 熱伝導物で構成したことと、支持体 5 0と冷却板 2 7の連結部に変位吸収部 5 1を設けたことと、冷却媒体 3の液面を冷却板 2 7より下がった位置に維持す るようにしたことである。
本構造により、 冷却板 2 6の外周部に、 内部容器 4との熱接触が良好にでき るようにシリコングリース等を塗らなくても熱シールド板 1 3 aを冷却板 2 6で良好に冷却でき、 かつ、 冷却媒体 3の液面を冷却板 2 7より上がった位置 にしなくても、 熱シールド板 1 3 aを冷却板 2 6で良好に冷却できる。 したが つて、 冷却板 2 6 , 2 7と内部容器 4の内壁とが、 シリコングリースや冷却媒 体 3が凝固することによって、 両者を固着することがなくなり、 両者の熱収縮 の差から生じる熱応力が生じることがなくなり、冷却板 2 6と冷却板 2 7の間 の冷凍機構成要素に生じる過大な荷重を無くし、冷凍機の信頼性を向上するこ とができる。
また、 熱伝導体 4 9、 3 2をエナメル被覆銅網等の撓みが自由な熱伝導物で構 成したことと、支持体 5 0と冷却板 2 7に連結部に変位吸収部 5 1を設けたこ とにより、 冷却媒体 3が凝固した以降の冷却による、 冷却板 2 7と凝固した冷 却媒体 3との相対変位差をそれそれの構成要素で吸収でき、冷凍機への拘束変 位をなくすとともに、冷凍機の運転振動が凝固した冷却媒体 3を介してスクイ ッド素子 2に伝達することを防止できる。 これによつて、 冷凍機の信頼性を向 上することと、冷凍機運転時のスクイッド素子 2による磁束測定精度を向上す ることができる効果がある。
図 4に本発明になる他の実施例を示す。本実施例では、 冷却媒体 3はスクイ ッド素子組み込み時もしくは冷却前に所定の容量を入れ、冷却媒体 3でスクイ ッ ド素子 2を例えばガラス繊維入りエポキシ樹脂製の薄肉の L字型の矩形断 面の小型の内部容器 5 2内で浸漬させる。内部容器 5 2の外面には小径の絶縁 被覆銅線等で構成した熱伝導体 （図示せず） を熱的に一体化させ、 内部容器 5 2上下部間の熱移動を容易にしている。 また、 内部容器 5 2の図左側部分には、 薄肉フランジ 5 3が設けられ、常温状態でここから内部容器 5 2を閧放できる ようになつている。
弁 1 7を開き真空ポンプ 1 9で L字型外部容器 5 4内の断熱空間 3 8と小 型の内部容器 5 2内とを真空排気する。 内部容器 5 2内は、 通気管 5 5、 冷却 媒体蒸気ミストセパレータ 5 6通して真空排気される。 該セパレ一タ 5 6は、 冷却媒体のミス卜の内部容器 5 2外部への放出を防ぎ、 断熱膜 1 5 aの表面汚 染を防止する。
次に冷凍機を運転する。冷凍機で第 1冷却ステージ 2 4および第 2冷却ステ —ジ 1 6は冷却される。第 1冷却ステージ 2 4に熱的に一体化された冷却板 4 0が絶対温度約 5 0 Kまで冷却され、第 2冷却ステージ 1 6に熱的に一体化さ れた冷却板 4 1が絶対温度約 7 K以下まで冷却される。冷却板 4 0および冷却 板 4 1は非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウムゃ銅や非電導性のサフ アイャ、 セラミック等の物質で製作される。
冷却板 4 0の外周部には、 熱シールド板 5 7 aが熱的に一体化され、 この取 り付け部を第 1冷却ステージ 2 4で絶対温度約 5 0 Kに冷却し、熱シールド板 5 7 a全体および薄肉フランジ 5 7 bを冷却し、 図左側部分は、 薄肉フランジ 5 7 bを設け、常温状態でここから熱シールド板 5 7 a内の開放が可能となつ ている。
一方、 冷却板 4 1の外周部には、 熱シールド板 5 8 aが熱的に一体化され、 この取り付け部を第 1冷却ステージ 1 6で絶対温度約 7 K以下に冷却し、熱シ —ルド板 5 8 a全体および薄肉フランジ 5 8 bを冷却し、図の左側部分には、 薄肉フランジ 5 8 bが設けられ、常温状態でここから熱シールド板 5 8 a内の 開放が可能となっている。
冷却板 4 1の下部には、非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウムゃ銅や 非電導性のサフアイャ、セラミック等の物質で製作された熱伝導体 5 9が冷却 板 4 1と熱的に一体化され、 熱伝導体 5 9の下部には、 内部容器 5 2が支持さ れる。熱伝導体 5 9の下部には、 非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウム や銅や非電導性のサフアイャ、セラミック等の物質で製作された L字型の熱伝 導体 6 0 a、 6 0 bが熱伝導体 5 9と熱的に一体化され、 内部容器 5 2内の冷 却媒体 3はこの熱伝導体 6 0 a、 6 0 bにより均一に絶対温度約 7 K以下に冷 却される。 したがって、 冷却媒体 3に浸潰されたスクイッド素子群は、 スクイ ッ ド素子 2全体が冷却媒体 3に接触しているので両者間の熱抵抗はなく均一 に絶対温度約 7 K以下に冷却される。内部容器 5 2下部の内壁面側には変位吸 収体 3 3が配置されている。
外部容器 5 4の図左側部分は、 フランジ 6 1を設け、 常温状態でここから外 部容器 5 4内の開放が可能となっている。 また、 腕 1 0 2、 腕 1 0 3、 及び任 意の方向に回転操作が可能な関節 1 0 4を有す移動装置 1 0 1により、本スク ィッド素子格納用極低温容器 1は任意の位置、 方向に移動される。腕 1 0 3は その先端をスクイッド素子格納用極低温容器 1に回転可能に接続されている。 関節 1 0 4は腕 1 0 2、 腕 1 0 3を垂直方向及び水平方向に回転出来る。 また、 被検査者 3 6自身立ったままでその位置を調整することができる。従って、 移 動装置 1 0 1を使って被検査者 3 6の心臓等の被測定部の正面、 背面、 及び側 面、 又、 頭部の上面、 正面、 背面、 及び側面に迅速にスクイッド素子 2による 測定部を位置決めするこどが出来る。 また、 複数のスクイッド素子格納用極低 温容器を使用して被測定部を多方向から同時測定する場合、それそれのスクイ ッ ド素子格納用極低温容器をそれそれの移動装置で容易に且つ迅速に位置制 御することも可能となる。
本実施例によれば、冷凍機の最高性能を出す垂直方向すなわち冷温部が下で 高音部が上となる方向に設置し、スクイツド素子 2は水平方向にその測定方向 を維持できるので、 被検査者 3 6を台 6 2立たせた状態で、 心臓から発せられ る磁束を測定できる。 このため、 被検査者 3 6と測定装置の設定から測定終了 までの時間が、 被検査者 3 6を寝かせて測定するよりも短く、 測定にかかる時 間を大幅に短縮できる効果がある。
本実施例でスクイッド素子 2をメンテナンス時に交換する場合、全体を常温 状態に戻しスクイッ ド素子格納用極低温容器 1をスクイツ ド素子 2が上方に なるように水平に倒し、 弁 1 7を空け内部を大気圧にし、 フランジ 6 1、 5 8 b、 5 7 bを空ける。 この時スクイヅド素子 2群はフランジ 5 7 bにネジ等で 固定支持している。 そして、 スクイツド素子 2を穴で保持する支持機構 1 0 a、 1 0 bとともにスクイツド素子 2群を内部容器 5 2から計測用導線 9、着脱可 能なコネクタ 6 3ごと引き出し、コネクタ 6 3を外しスクイヅド素子 2群を離 脱させ、 新しいスクイッド素子 2と交換し、 再び元の状態に復帰させ運転を再 開する。 したがって、 本実施例によれば、 スクイッド素子 2をその設置方向面 に大気鬨放フランジを設けることができるので、フランジ 4 3部からスクイヅ ド素子 2を交換する必要がなく、より簡単に短時間内に内部容器 5 2内を交換 できる効果がある。 又、 本発明では、 内部円筒内外の圧力差はないので、 フラ ンジ 5 8 b、 5 7 bの取り付けは、 取り付け部から冷却媒体 3が漏れ出さない 程度の押し付け圧力にすればよい。
また、本実施例で弁 1 7を開き真空ポンプ 1 9で L字型外部容器 5 4内の断 熱空間 3 8と L字型の内部容器 5 2内とを真空排気する場合、 L字型の内部 容器 5 2の空気の溜まり場があっても、真空排気するのでその空気は排気され、 その部分に冷却媒体 3が入り込む。 したがって、 冷却媒体 3内の残留空気はほ とんど排気されスクイッド素子 2を均一に冷却できる。
また、内部容器 5 2内の中央部に配置した熱伝導体 6 0 aの太さは熱伝導体 6 0 bよりも大きくしており、熱伝導体 6 0 aの熱伝導量が熱伝導体 6 0 ょ り大きくしている。 これによつて、 内部容器 5 2内の冷却媒体 3は内部から凝 固し始め、 外周に向かって凝固層が成長するようにして、 凝固してからの温度 低下による内周、 外周間の相対的熱変形差を小さくすることができる。 これに より、 スクイツド素子 2回りの冷却媒体 3を内部側から凝固させ、 スクイッド 素子 2が熱変形により破壊されることを防止できる効果がある。
なお、 本装置を寝かせさらに別配置し、 仰向けに寝ている被検査者の心臓の 磁束を背中から測定することが可能であり、仰向けに寝ている被検査者の心臓 の磁束を同時に上下から測定することにより、 より高精度にかつ、 広い空間に 計測でき、 さらに詳しい、 磁束分布を計測することができる。
また、 内部容器 5 2の水平部距離が短いため、 常温設定位置からの極低温冷 却位置に達するまでの縮み量が少なく、フランジ 6 1外面からスクイッド素子 2の間隔は、 低温になってもあまり大きくならない。 したがって、 スクイッド 素子 2と被検査者の心臓までの距離があまり遠のかないことになり、測定精度 が従来に比べ向上する効果がある。
また、 内部容器 5 2の内外には圧力差が生じないので、 L字状の内部容器 5 2を矩形断面に出来、 又、 それそれの隔壁を薄肉平板で構成でき、 製作コスト を低減することができる。
図 5に本発明になる他の実施例を示す。本実施例では、 冷凍機 7のシリンダ 6 4、 6 5の外周部に Y B a 2 C u 307等の材料で構成された磁気シ一ルド体 6 6、 6 7、 6 8を配置し、 図示していないがその内面もしくは外面にェナメ ル被覆した銅線や銅網を熱的に一体化し、 磁気シールド体 6 6、 6 7端部を冷 却板 4 0と熱的に一体化させ絶対温度約 5 0 Kに冷却し、磁気シールド体 6 8 端部を第 2冷却ステージ 1 6、冷却板 4 1と熱的に一体化させ絶対温度約 7 K 以下に冷却する。 シリンダ 6 4、 6 5は上下方向に往復運動する 2種類の蓄冷 器 （図示せず） を内蔵する。 それそれの蓄冷器には、 銅網や、 鉛球および希土 類金属合金の Er3Ni 等の極低温で磁束を吸収し磁化される蓄冷材が内臓され ている。 本実施例では、 運転中に銅網や、 鉛球の蓄冷材が往復運動することに なり、 回りの不均一な磁束を動かすことで銅網や、 鉛球に渦電流が生じここか ら磁界が発生し、 ノイズを発生する。 また、 運転中に E r 3N iの蓄冷材が往 復運動すると周りの磁束を吸収してこれが上下方向に移動することにより磁 界変動が生じノイズを発生する。 しかし、 Y B a 2 C u 30 7等の材料で構成さ れた磁気シールド体 6 6、 6 7、 6 8を冷却し超電導体にすることにより、 シ リンダ 6 4、 6 5には回りの磁束が磁気シールド体 6 6、 6 7、 6 8内部に浸 入できなくなり、 上記のノイズは発生しない。 そして、 磁気シールド体 6 6、 6 7、 6 8は蓄冷器の運動中も静止しており、 磁気シールド体が存在しても、 回りにノィズを発生しない。
したがって、 本実施例によれば、 冷凍機運転中に蓄冷器が運動することによ る磁気的ノイズ発生を防止し、 測定精度を向上できる効果がある。 なお、 本効 果は、 従来の極低温容器において、 冷凍機を使用する場合に適用しても、 ノィ ズを低減できる効果が生じる。 図 4に本発明になる他の実施例を示す。本実施 例では、冷却媒体 3はスクイッ ド素子組み込み時もしくは冷却前に所定の容量 を入れ、冷却媒体 3でスクイッ ド素子 2を例えばパガラス繊維入りエポキシ樹 脂製の薄肉の L字型の矩形断面の小型の内部容器 5 2内で浸漬させる。内部容 器 5 2の外面には小径の絶縁被覆銅線等で構成した熱伝導体（図示せず） を熱 的に一体化させ、 内部容器 5 2上下部間の熱移動を容易にしている。 また、 内 部容器 5 2の図左側部分には、 薄肉フランジ 5 3を設け、 常温状態でここから の内部容器 5 2内の開放が可能となっている。
弁 1 Ίを開き真空ポンプ 1 9で L字型外部容器 5 4内の断熱空間 3 8と小 型の内部容器 5 2内とを真空排気する。 内部容器 5 2内は、 通気管 5 5、 冷却 媒体蒸気ミストセパレ一タ 5 6を通して真空排気される。
次に冷凍機を運転する。冷凍機で第 1冷却ステージ 2 4および第 2冷却ステ —ジ 1 6は冷却される。第 1冷却ステージ 2 4に熱的に一体化された冷却板 4 0が絶対温度約 5 0 Kまで冷却され、第 2冷却ステージ 1 6に熱的に一体化さ れた冷却板 4 1が絶対温度約 7 K以下まで冷却される。冷却板 4 0および冷却 板 4 1は非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウムゃ銅や非電導性のサフ アイャ、 セラミック等の物質で製作される。
冷却板 4 0の外周部には、 熱シールド板 5 7 aが熱的に一体化され、 この取 り付け部を第 1冷却ステージ 2 4で絶対温度約 5 0 Kに冷却し、熱シールド板 5 7 a全体および薄肉フランジ 5 7 bを冷却し、 図左側部分は、 薄肉フランジ 5 7 bを設け、常温状態でここから熱シ一ルド板 5 7 a内の開放が可能となつ ている。
一方、 冷却板 4 1の外周部には、 熱シールド板 5 8 aが熱的に一体化され、 この取り付け部を第 1冷却ステージ 1 6で絶対温度約 7 K以下に冷却し、熱シ 一ルド板 5 8 a全体および薄肉フランジ 5 8 bを冷却し、 図左側部分は、 薄肉 フランジ 5 8 bを設け、常温状態でここから熱シールド板 5 8 a内の開放が可 能となっている。
冷却板 4 1の下部には、非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウムゃ銅や 非電導性のサフアイャ、セラミック等の物質で製作された熱伝導体 5 9が冷却 板 4 1と熱的に一体化され、 熱伝導体 5 9の下部には、 内部容器 5 2が支持さ れる。熱伝導体 5 9の下部には、 非磁性体で熱伝導率が良好なアルミ二ユウム や銅や非電導性のサフアイャ、セラミック等の物質で製作された L字型の熱伝 導体 6 0 a、 6 0 bが熱伝導体 5 9と熱的に一体化され、 内部容器 5 2内の冷 却媒体 3はこの熱伝導体 6 0 a、 6 0 bにより均一に絶対温度約 7 K以下に冷 却される。 したがって、 冷却媒体 3に浸潰されたスクイッド素子 2群は、 スク ィッド素子 2全体が冷却媒体 3に接触しているので両者間の熱抵抗はなく均 一に絶対温度約 7 K以下に冷却される。内部容器 5 2下部の内壁面側には変位 吸収体 3 3が配置されている。
外部容器 5 4の図左側部分は、 フランジ 6 1を設け、 常温状態でここから外 部容器 5 4内の開放が可能となっている。
本実施例によれば、冷凍機の最高性能を出す垂直方向すなわち冷温部が下で 高音部が上となる方向に設置し、スクイツド素子 2は水平方向にその測定方向 を維持できるので、 被検査者 3 6を台 6 2立たせた状態で、 心臓から発せられ る磁束を測定できる。 このため、 被検査者 3 6の測定開始から終了までの時間 が、 寝かせて測定するよりも短く、 測定にかかる時間を大幅に短縮できる効果 がある。
本実施例でスクイッド素子 2をメンテナンス時に交換する場合、全体を常温 状態に戻しスクイッド素子格納用極低温容器 1をスクイツド素子 2が上方に なるように水平に倒し、 弁 1 7を空け内部を大気圧にし、 フランジ 6 1、 5 8 b、 5 7 bを空ける。 この時スクイヅド素子 2群はフランジ 5 7 bにネジ等で 固定支持している。 そして、 スクイツド素子 2を穴で保持する支持機構 1 0 a、 1 0 bとともにスクイツド素子 2群を内部容器 5 2から計測用導線 9、着脱可 能なコネクタ 6 3ごと引き出し、 コネクタ 6 3を外しスクイッド素子 2群を離 脱させ、 新しいスクイッド素子 2と交換し、 再び元の状態に復帰させ運転を再 閧する。 したがって、 本実施例によれば、 スクイッド素子 2をその設置方向面 に大気開放フランジを設けることができるので、 フランジ 4 3部からスクイツ ド素子 2を交換する必要がなく、 より簡単に短時間内に内部容器 5 2内を交換 できる効果がある。 又、 本発明では、 内部円筒内外の圧力差はないので、 フラ ンジ 5 8 b、 5 7 bの取り付けは、 取り付け部から冷却媒体 3が漏れ出さない 程度の押し付け圧力にすればよい。
また、本実施例で弁 1 7を開き真空ポンプ 1 9で L字型外部容器 5 4内の断 熱空間 3 8と L字型の内部容器 5 2内とを真空排気する場合、 L字型の内部容 器 5 2の空気の溜まり場があっても、真空排気するのでその空気は排気され、 その部分に冷却媒体 3が入り込む。 したがって、 冷却媒体 3内の残留空気は ほとんど排気されスクイッド素子 2を均一に冷却できる効果がある。
また、内部容器 5 2内の中央部に配置した熱伝導体 6 0 aの太さは熱伝導体 6 0 bよりも大きくしており、熱伝導体 6 0 aの熱伝導量が熱伝導体 6 0 ょ り大きく している。 これによつて、 内部容器 5 2内の冷却媒体 3は内部から凝 固し始め、 外周に向かって凝固層が成長するようにして、 凝固してからの温度 低下による内周、 外周間の相対的熱変形差を小さくすることができる。 これに より、 スクイツド素子 2回りの冷却媒体 3を内部側から凝固させ、 スクイッド 素子 2が熱変形により破壊されることを防止できる効果がある。
なお、 本装置を寝かせさらに別配置し、 仰向けに寝ている被検査者の心臓の 磁束を背中から測定することが可能であり、仰向けに寝ている被検査者の心臓 の磁束を同時に上下から測定することにより、 より高精度にかつ、 広い空間に 計測でき、 さらに詳しい、 磁束分布を計測することができる。
また、 内部容器 5 2の水平部距離が短いため、 常温設定位置からの極低温冷 却位置に達するまでの縮み量が少なく、フランジ 6 1外面からスクイヅド素子 2の間隔は、 低温になってもあまり大きくならない。 したがって、 スクイ ッ ド 素子 2と被検査者の心臓までの距離があまり遠のかないことになり、測定精度 が従来に比べ向上する効果がある。
また、 内部容器 5 2の内外には圧力差が生じないので、 L字状の内部容器 5 2を矩形断面に出来、 又隔壁を薄肉平板で構成でき、 製作コストを低減するこ とができる。
図 6に本発明になる他の実施例を示す。 本実施例が図 5と異なる点は、 通気 管 5 5に室温部から操作可能な弁 6 9を設け、 さらに、 スクイ ツ ド素子 2先端 部側のフランジを無く し、装置を逆さまに向けたときに冷却冷媒 3が内部容器 5 2から漏れでないようにし、 内部容器 5 2の底面部にフランジ 7 0、 7 1、 7 2 , 7 3を設けたことである。
本構造により、 外部容器 5 4の底面部分は、 フランジ 7 3を閧くことにより、 常温状態で装置底部から外部容器 5 4内の開放が可能となっている。
本実施例によれば、 スクイ ツ ド素子 2をメンテナンス時に交換する場合、 全 体を常温状態に戻し、弁 6 9を閉じた後スクイ ッ ド素子格納用極低温容器 1を 逆さまにし、 弁 1 7を空け内部を大気圧にし、 フランジ 7 3、 7 2、 7 1、 7 0を空ける。 そして、 スクイ ヅ ド素子 2を穴で保持する支持機構 1 0 a、 1 0 bから各スクイ ッ ド素子を引き抜き、 又内部容器 5 2から計測用導線 9、 着 脱可能なコネクタ 6 3ごと引き出し、その後コネクタ 6 3を外しスクイ ッ ド素 子 2群を離脱させ、 新しいスクイ ッ ド素子 2と交換し、 再び元の状態に復帰さ せ運転を再開する。 したがって、 本実施例によれば、 スクイ ッ ド素子 2先端部 に面している構造を単純にし、 分解しない構造としているので、 内部容器 5 2 左側側面部で外部容器外面とスクイ ッ ド素子 2先端の間隔を狭くできるので、 被検査者にスクイ ッ ド素子 2をより接近できるので、計測精度がさらに向上す る。
図 7に本発明になる他の実施例を示す。 本実施例が図 2と異なる点は、 冷却 手段として冷凍機の替わりに液体ヘリウムの寒冷を利用したことにある。耐圧 約 1 atmの液体ヘリウム内槽 7 4内に液体ヘリウム 7 5を充填する。 液体ヘリ ゥム内槽 7 4は、 フランジ 7 6から吊られヘリウム補給口 7 7で保持される。 熱シ一ルド板 7 8、 7 9は、 冷凍機 7により絶対温度約 5 0 K、 1 O Kにそれ それ冷却される。 内部容器 3 7はフランジ 8 0により吊られ、 液体ヘリウム内 槽 7 4の底部 8 1に保持される。 冷却媒体 3は、 ガラス繊維入りエポキシ樹脂 やステンレス材の伝熱筒 8 2内の液体ヘリゥムによって絶対温度約 4 . 2 Kに 冷却される。伝熱筒 8 2は小径なので肉厚は薄くて良く、 熱抵抗を小さくでき る。 内部容器 3 7の外側には、 液体ヘリゥム内槽 7 4の底部付近に熱的に一体 化した熱シールド板 8 3を設ける。 内部容器 3 7内には、 先端が真空層 3 8に 開放された通気管 8 4が設けられ、 それを介して真空排気される。
本実施例によれば、ヘリウム補給口 Ί 7からスクイッド素子 2交換を行う必 要がなく、 小径にできるので耐圧上肉厚も薄くでき、 常温部から極低温部への 熱侵量を小さくできるので、液体ヘリゥムの蒸発量を大幅に低減できる効果が ある。
図 8に本発明になる他の実施例を示す。本実施例が図 4と異なる点は、 スク ィッド素子格納用極低温容器 1を横たわつている被検査者 3 6の体長方向に 沿って水平に設置したことにある。本実施例によれば、 磁気シールド壁 3 4で 囲った部屋の高さを、スクイッド素子格納用極低温容器 1を垂直に配置するよ りも低くでき、磁気シールド壁 3 4で囲った部屋を小型化できる効果がある。 さらに、磁気シールド壁 3 4は高価な材料例えばパーマロイ鋼を使用するため、 コスト低減を図ることができる。
図 9に本発明になる他の実施例を示す。本実施例が図 6と異なる点は、 内部 容器 8 8が非磁性の熱伝導本体 8 5、 熱伝導支持体 8 6、 中実本体に複数個の 垂直孔が設けられている熱伝導多孔体 8 7を含み、 且つ、 各スクイヅド素子 2 を熱伝導多孔体 8 7の孔に挿入し、熱伝導多孔体 8 7を内部容器 8 8に設置し、 内部容器 8 8内に冷却冷媒 3を注入した点にある。本実施例によれば、 熱伝導 多孔体 8 7の孔と、スクイッド素子 2の隙間は 1 ミリメートル以下と十分小さ く設定できるので、この間の冷却冷媒 3の熱変形によるクラック等の発生はほ とんどなく、 良好にスクイツド素子 2を冷却できる効果がある。
本発明による他の実施例を図 1 0により説明する。本実施例は、 図 2の実施 例において、 冷凍機にパルス管式冷凍機 8 9を適用した例である。本パルス管 式冷凍機 8 9は、 第一蓄冷機 9 0、 第二蓄冷機 9 1、 第一パルス管 9 2、 第二 パルス管 9 3、 第一冷却ステージ 9 4、 第二冷却ステージ 9 5、 圧縮機 2 0か らのガスの供給と圧縮機へのガスの排気を行う配管 9 6、第一および第二パル ス管 9 2、 9 3内のそれそれのガス圧を調整する保圧タンク 9 7 a、 9 7 b、 お よび、 それそれのパルス管の常温部を保圧タンク 9 7 a、 9 7 b に連通し、 所 定のガス流動抵抗圧力損失をそのサイズと長さで調整した配管 9 8 a、 9 8 b で構成される。 第一蓄冷機 9 0と第二蓄冷機 9 1は直列に結合され、 また、 第 一パルス管 9 2と第二パルス管 9 3は並列に連通される。第一パルス管 9 2の 端部は第一冷却ステ一ジ 9 4内で第一蓄冷機 9 0と連通し、第二パルス管 9 3 の端部は第二冷却ステージ 9 5内で第二蓄冷機 9 1と連通している。 また、 第 二パルス管 9 3の中央部は第一冷却ステージ 9 4と熱的に一体化されている。 流路切り替え器 2 3 aを通り圧縮機 2 0から供給された高圧ヘリウムガスは配 管 9 6からパルス管式冷凍機 8 9の上部に供給される。次に、 第一蓄冷機 9 0 の頭部に流入し温度約 5 0 Kに冷却された後、 第二蓄冷機 9 1の頭部と第一パ ルス管 9 2の底部に流入する。 残りのガスは第二蓄冷機 9 1で温度約 5 0 Kに 冷却された後第二パルス管 9 3の底部に流入する。第一パルス管 9 2の底部に 入った高圧ヘリウムガスは流路切り替え器 2 3 aで圧縮機 2 0の低圧回路に切 り替え流入した時点で、 断熱膨張して温度が急激に下がり、 第一冷却ステージ 9 4を冷却した後第一蓄冷機 9 0を冷却し圧縮機 2 0に戻る。 同時に、 第二パ ルス管 9 3の底部に入った高圧ヘリウムガスは流路切り替え器 2 3 aで圧縮機 2 0の低圧回路に切り替え流入した時点で、断熱膨張して温度が急激に下がり、 第二冷却ステージ 9 5を冷却した後第二蓄冷機 9 1を冷却し圧縮機 2 0に戻 る。第二パルス管 9 3の中央部は第一冷却ステージ 9 4で冷却される。 それそ れのパルス管の頭部内の圧力変化は保圧タンク 9 7 a、 9 7 b により、 流路切 り替え器 2 3 a内の圧力変化と位相差を持つように調整され、 効率的に冷却作 用を生じるように構成されている。パルス管式冷凍機では、 冷凍機の振動が小 さいため素子への振動ノイズが小さい。従って、 磁束測定開始前の、 被測定者 の測定部への測定装置の位置決めを冷凍機を運転しながら出来るので、 この位 置決めを容易に且つ短時間で行うことが出来る。 更に、 この冷凍機の振動ノィ ズ或いは電気ノィズを完全に無くするために計測時には冷凍機の運転を停止 する。
以上の実施例では、いずれもスクイッド素子 2と冷凍機 7が機械的に一体化 されているが、 これらを互いに分離可能した構造としても良い （図示せず） 。 このような構造では、 スクイッド素子と冷却媒体を冷却固化した後に、 これら を冷凍機本体から分離して自由に移動させつことができるので、スクイツド素 子の移送制御が一層容易となる。
また、 以上の実施例では、 スクイヅド素子のジョセフソン接合部分に直接冷 却冷媒が浸透するが、 凝固による熱変形を防ぐため、 直接冷却冷媒が浸透しな いように樹脂等でジョセフソン接合部分のみを封じても、冷却等に同様な効果 が生じる。 産業上の利用可能性
以上のように、本発明の極低温容器はスクイッド素子をはじめ超電導磁石や、 低温にて性能が向上する C M O S等の半導体電子素子、生物の細胞類に有用で ある。
また、 本発明は、 冷却媒体の凝固温度以下で超電導となる超電導体を含む被 冷却体の冷却システムにも適用可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 被冷却体及び該被冷却体用の冷却媒体が格納された内部容器、 及び該冷 却媒体を所定の温度に冷却するための冷却手段を備え、上記冷却媒体の凝固点 は常温以下の温度であり、液体状態で上記冷却媒体が上記被冷却体の周りに注 がれ、 上記被冷却体が上記冷却媒体中に浸漬させられ、 さらに上記冷却媒体が 上記冷却手段によって冷却、凝固させられることを特徴とする被冷却体格納用 極低温容器。
2 . 請求項 1に記載の極低温容器において、 上記冷却手段は、 上記冷却媒体 を、その媒体内部から凝固させることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
3 . 請求項 1に記載の極低温容器において、 上記冷却媒体は常温で固体状の 物質であることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
4 . 請求項 3に記載の極低温容器において、 上記冷却媒体は蠟材であること を特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
5 . 請求項 4に記載の極低温容器において、 上記蠟材はパラフィンであるこ とを特微とする被冷却体格納用極低温容器。
6 . 請求項 1に記載の極低温容器において、 上記冷却媒体に、 上記冷却媒体 の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する高熱伝導体が混入されいることを特 徴とする被冷却体格納用極低温容器。
7 . 請求項 1に記載の極低温容器において、 上記冷却媒体に、 上記冷却媒体 の比熱より大きな比熱を有する蓄熱体が混入されていることを特徴とする被 冷却体格納用極低温容器。
8 . 請求項 1に記載の極低温容器において、 上記内部容器の外周部に、 上記 冷却手段によって上記被冷却体の冷却温度に冷却され得る熱シールド手段が 設けられていることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
9 . 請求項 1に記載の極低温容器において、 上記内部容器内に、 上記冷却媒 体の膨張変位を吸収する変位吸収手段が設けられていることを特徴とする被 冷却体格納用極低温容器。
1 0 . 請求項 1に記載の極低温容器において、 上記極低温容器は、 上記内部 容器の底面部に入れられた被冷却体が、常温状態において上記内部容器から大 気中に取り出される構造であることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 1 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記内部容器が、 上記冷却媒体 の膨張変位を吸収する機能を有することを特徴とする。
1 2 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記冷凍機がパルス管式冷凍機 であることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 3 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記被冷却体内に温度検出器が 取り付けられ、上記被冷却体の温度分布を検出することにより冷却状態が監視 されることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 4 . 請求項 1 3記載の極低温容器において、 被冷却体のそれそれに加熱手 段が設けられていることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 5 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記内部容器の内外の圧力差が 殆ど無いことを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 6 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記内部容器は上記ごく低温容 器の長手方向に直角な筒部を有す L字型容器で、被冷却体は上記筒部の底面部 に配置されていることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 7 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記内部容器の外部空間にガス 吸収材部材が配置されていることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 8 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記被冷却体はスクイッド素子 群であること特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
1 9 . 請求項 1記載の極低温容器において、 上記内部容器の底面部に、 中実 体に上記内部容器の底面部に垂直な方向に複数の穴部を設けた熱伝導多孔体 を配置し、上記穴部に上記スクイッド素子群の各々が挿入されていること特徴 とする被冷却体格納用極低温容器。
2 0 . 少なくとも 1つのスクイッド素子及び該スクイッド素子冷却用の冷却 媒体が格納された内部容器、及び該冷却媒体を所定の温度に冷却するための冷 却手段を備え、 該冷却媒体を冷却したり、 熱シールド体を冷却する上記冷却手 段の冷凍機の磁束吸収部分および外部磁束により渦電流を発生する部分の少 なくとも一部が、超電導体で囲われていることを特徴とするスクイッド素子格 納用極低温容器。
2 1 . 少なくとも 1つのスクイッド素子及び該スクイッド素子冷却用の冷却 媒体が格納された内部容器、及び該冷却媒体を所定の温度に冷却するための冷 却手段を備えた極低温容器と、
該極低温容器を、測定位置や測定方向に応じて移動させる移送装置とを備え、 上記冷却媒体の凝固点は常温以下の温度であり、液体状態で上記冷却媒体が上 記被冷却体の周りに注がれ、上記被冷却体が上記冷却媒体中に浸漬させられ、 さらに上記冷却手段によって冷却、凝固させられることを特徴とする磁性測定 2 2 . 少なくとも 1つのスクイッド素子及び該スクイッド素子冷却用の冷却 媒体が格納された容器と、
該容器と分離可能に接続され、上記冷却媒体を所定の温度に冷却するための 冷却ュニットと、
上記スクイッド素子から得られる被検体に関する情報を表す信号を処理す るための処理ユニットと、
上記容器を、測定位置や測定方向に応じて移動させる移送ュニットとを備え、 上記冷却媒体の凝固点は常温以下の温度であり、液体状態で上記冷却媒体が上 記被冷却体の周りに注がれ、上記被冷却体が上記冷却媒体中に浸漬させられ、 さらに上記冷却ュニッ卜によって冷却、凝固させられることを特徴とする磁性 測定装置。
2 3 . 請求項 2 1記載の磁性測定装置において、 上記各スクイッド素子に温 度検出器が取り付けられ、 上記温度検出器からの情報を処理して、 上記スクイ ッド素子の冷却状態を監視することを特徴とする磁性測定装置。
2 4 . 少なくとも 1つのスクイッド素子及び該スクイッド素子冷却用の冷却 媒体が格納された内部容器、及び冷凍機を含み該冷却媒体を所定の温度に冷却 するための冷却手段を備えた極低温容器と、 該極低温容器を、 測定位置や測定 方向に応じて移動させる移送装置とを備えた磁性測定装置の運転法において、 所定量の上記冷却媒体を上記内部容器に注入し、
上記極低温容器内を真空排気し、 上記冷却媒体を冷却、 固化し、
固化した上記冷却媒体を所定の温度迄下げ、
被測定体の測定するための位置に該スクイッ ド素子が設定されるように測 定装置を移動し、
測定を閧始する、
ことを特徴とする磁性測定装置の運転法。
2 5 . 請求項 2 3記載の運転法において、 測定中は上記冷凍機の運転を停止 することを特徴とする磁性測定装置の運転法。
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