JP3867158B2

JP3867158B2 - 極低温容器およびそれを用いた磁性測定装置

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Publication number: JP3867158B2
Application number: JP53359999A
Authority: JP
Inventors: 典英佐保; 尚志磯上; 穣森田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2019-06-07
Also published as: WO1999064796A1; US6332324B1; EP1087187A1; EP1087187A4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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ーサとして使用されるスクィッド素子（Superconducting Quantum Interference Devices：超電導量子干渉デバイス）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、スクィッド素子とは、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。
【０００２】
【従来の技術】
スクィッド素子は、液体ヘリウムや液体窒素等により断熱容器（クライオスタット等）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ィッド（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ）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ープ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。
【０００３】
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、スクィッド素子をスクィ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、スクィッド素子を冷凍機で直接冷却する構造が知られている。
【０００４】
また、上述のスクィ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。スクィッド素子を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型の従来のスクィッド素子格納用極低温容器の例が、特許文献１に記載されている。
【０００５】
液体ヘリウム等の液化冷媒中に侵漬して冷却する型の従来のスクィッド素子格納用極低温容器では、スクィッド素子群を冷媒中に埋没させて冷却するので、スクィ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ウムであるので運転費用が増加する問題がある。
【０００６】
これを解決するためには、特許文献１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。
【０００７】
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ウムが瞬時に膨張し、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。
【０００８】
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、特許文献２に記載された、スクィッド素子を冷凍機の寒冷で直接冷却するスクィッ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。
【０００９】
しかし、スクィッド素子は微小磁束を測定するために使用するので、スクィ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、スクィッド素子は保守点検、交換する場合を考え、冷却支持体から容易にスクィッド素子を脱看できる構造になっている。したがって、スクィッド素子は、通常、冷却支持体にネジ等で軽く支持されており、冷却支持体とスクィッド素子との伝熱接触程度が、それぞれのスクィッド素子について一定に制御できない。このため、それぞれのスクィッド素子の冷却温度にばらつきか生じる問題がある。
【００１０】
また、冷却支持体およびスクィッド素子本体は、真空中に配置されているため、冷却支持体およびスクィッド素子本体には、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ィッド素子本体に浸入熱量にばらつきが生じる。このため、それぞれのスクィッド素子の冷却温度にばらつきが生じる問題がある。
スクィッ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ィッド素子温度にばらつきがあると、スクィッド素子群のスクィッ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。
【特許文献１】
特開平７−３２１３８２号公報
【特許文献２】
低温工学、２８巻、８号（１９９３年）４３０頁
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、スクィッ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。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、スクィッ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、スクィッ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。
【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による、スクィッ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ィ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。
【００１５】
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、スクィッ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、スクィッド素子を実質的に均一に冷却できるスクィ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ィ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。
【００１６】
すなわち、この熱遮蔽によって、スクィッド素子素子群への輻射熱の熱侵入量を小さくし、スクィッド素子群の温度を均一に冷却できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１８】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例であるスクィッ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、スクィッド素子格納用極低温容器１は、絶対温度約７Ｋ以下の臨界温度（例えば、大気圧の液体ヘリウム温度の４．２Ｋ）で超電導状態となるＮｂＴｉ等の材料で構成されたスクィッド素子２或いは絶対温度約９０Ｋ以下の高臨界温度（例えば、大気圧の液体窒素温度の７７Ｋ）で超電導状態となるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7等の材料で構成されたスクィッド素子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４１０Ｋ以上）やパーフロロカーボン（大気圧下沸点３１３Ｋ以上）等の大気圧下で室温以上に沸点がある冷却媒体３やスクィ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４と、内部容器４を包囲するとともに内部容器４との間に断熱空間５を形成する外部容器６と、内部容器４の上部に挿入された例えばソルベイ式の冷凍機７と、内部容器４内と外部空気と遮断するフランジ８と、スクィッド素子２を冷却媒体中に支持するとともにスクィッド素子２からの計測電流をスクィ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、スクィッド素子２を穴で保持する支持機構１０ａ、１０ｂ、１０ｃとを備えて構成される。内部容器４内と外部空気とは、気密隔離できる構造である。
【００１９】
１１は計測用導線９の大気引き出し口で、上記内部容器４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１００に接続されている。また、スクィッド素子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９引き出し口１１を通じて外部処理装置に接続されて、計測された各スクィッ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ィ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。
【００２０】
ここで、それぞれのスクィッ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、前もって各スクィ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ィ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。
【００２１】
また、スクィッド素子２内にヒータ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１００の加熱用電源に接続されている。磁気シールド壁３４が開かれる等操作で、超伝導状態のスクィッド素子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捉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。
【００２２】
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。
【００２３】
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ュウム蒸着膜等の積層断熱材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および外部からの磁場変動で生じノイズとなる渦電流が発生し難い、短冊状の銅板や小径のエナメル被覆銅線で構成した熱シールド板１３ａ、１３ｂが、内部容器４を包囲ように設けられている。熱シールド板１３ａ、１３ｂはそれぞれ、内部容器４壁の所定温度、例えば絶対温度５０Ｋと７Ｋ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４上部の断熱空間部１４ａ、１４ｂ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、アルミニュウム蒸着膜等の積層断熱材１５ａ、１５ｂを配置する。
【００２４】
以下、続けて図１を参照しながら、スクィッド素子２の冷却方法について説明する。冷却媒体３はスクィ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でスクィッド素子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１６の一部が浸漬する付近にある。最初に、弁１７、１８を開き、真空ポンプ１９で内部容器４内と断熱空間５を真空排気する。
【００２５】
内部容器４内は、通気口１４ｃ、１４ｄ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２０で加圧された高圧ヘリウムガスが、配管２１から、バルブ切り替え周期調整器２２で制御される流路切り替え器２３ａ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２４および第２冷却ステージ１６を冷却する。
【００２６】
膨張後の低圧ヘリウムガスは配管２３ｂ、流路切り替え器２３ａを通った後、配管２５を介して圧縮機２０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２４および第２冷却ステージ１６は徐々に冷却し始め、第１冷却ステージ２４に熱的に一体化された冷却板２６が温度約５０Ｋまで冷却され、第２冷却ステージ１６に熱的に一体化された冷却板２７が温度約７Ｋ以下まで冷却される。
【００２７】
冷却板２６および冷却板２７は非磁性体で熱伝導率が良好なアルミニュウムや銅やサファイヤ等の物質で製作される。冷却板２６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２８を設け、内部容器４内壁とつば部２８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２８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１３ａの取り付け部を温度約５０Ｋに冷却し、熱シールド板１３ａ全体を冷却する。
【００２８】
一方、冷却板２７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１３ｂの取り付け部を絶対温度約７Ｋ以下に冷却し、熱シールド板１３ｂ全体を冷却する。冷却板２７の下部には、非磁性体で熱伝導率が良好なアルミニュウムや銅やサファイヤ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２９が冷却板２７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２９により温度約７Ｋ以下に均一に冷却される。
【００２９】
したがって、冷却媒体３に浸漬されたスクィッド素子群は、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、両者間の熱抵抗は殆ど生じなく絶対温度約７Ｋ以下に均一に冷却される。この場合、冷却板２７より下側の内部容器４は絶対温度約７Ｋ以下に冷却された熱シールド１３ｂ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２７で冷却されるのでほとんどない。
【００３０】
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２６と封止体３０で熱的に一体化され、冷却板２７と封止体３１で熱的に一体化され、それぞれ絶対温度５０Ｋと７Ｋ以下で冷却されるのでほとんどない。したがって、冷却板２７の下部の冷却媒体３は全体的に均一温度となり、スクィッド素子群も全体的に均一温度となり、スクィッド素子群の計測性能が向上する。また、冷却板２７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３２を熱的に一体化させ、この熱伝導体３２で内部容器４下部の内周面をカバーすることにより、万一、熱シールド板１３ｂ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３２でその熱は吸収され、スクィッド素子群の温度上昇を防止できるので、スクィッド素子２の回りの冷却媒体３は全体的に均一温度となる。
【００３１】
従って、スクィッド素子群も安定的に全体的に均一温度となり、スクィ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２４または第２冷却ステージ１６の温度が７０Ｋ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１７を閉じ、真空ポンプ１９は停止させる。この時、弁１８は開いたままにしておいても良い。
【００３２】
内部容器４内の残留空気等の定沸点ガスは、第２冷却ステージ１６の温度が絶対温度２０Ｋ以下になると、クライオポンプ効果で第２冷却ステージ１６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、１００℃以下数十度の温度で流動性を有するパラフィン等のワックスは、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ー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３３が配置されている。
【００３３】
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、スクィッド素子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、発泡ウレタン等で製作した変位吸収体３３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４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。
【００３４】
また、セル内ガスが冷却途中で変位吸収体３３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ィッド素子群への熱浸入を防止できる。変位吸収体３３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３３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４内の真空度が低下することはない。
【００３５】
この実施例では内部容器４内周部に変位吸収体３３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。スクィッ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３４内のベッド３５上の被検査者３６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、再び冷凍機を運転開始し冷却する。
【００３６】
この運転停止は、流路切り替え器２３の運転を停止することで十分である。また、スクィッ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ィ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４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。
【００３７】
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３７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３７の肉厚を薄くできることによって、スクィッド素子２群をより被検査者３６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。
【００３８】
また、本実施例ではスクィ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１８回りの断熱空間５の真空排気設備を無くし、内部容器４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２９と接触し、スクィッ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２７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。
【００３９】
また、変位吸収体３３は、熱伝導体３２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ニュウム微粒子や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より大きなヘリウムガスや窒素ガス等を密封入した銅球やヘリウ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ィッド素子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ーティングすることにより、渦電流の発生を防止し、測定時のノイズを小さくすることが望ましい。
【００４０】
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、スクィッ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ィッド素子２群を均一に冷却出来る。また、冷凍機７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。
【００４１】
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、ギフォード・マクマホン式、ソルベイ式、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。修理等でスクィッド素子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３８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、スクィッド素子２を交換できる。
【００４２】
一方、冷却媒体３にスクィ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１７、１８を開き真空ポンプ１９で内部容器４内と断熱空間５を真空排気した後、弁１８を閉じ、真空ポンプ１９を停止し、大気圧下の内部容器４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１７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。
【００４３】
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はスクィ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でスクィッド素子２を例えばパーフロロガーボン製の薄肉の透明な小型の内部容器４内で浸漬させる。内部容器４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４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１７を開き真空ポンプ１９で小型の内部容器４内と断熱空間３８を真空排気する。
【００４４】
内部容器４内は、通気口３９ａ、３９ｂ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２４および第２冷却ステージ１６が冷却される。第１冷却ステージ２４に熱的に一体化された冷却板４０は、絶対温度約５０Ｋまで冷却され、第２冷却ステージ１６に熱的に一体化された冷却板４１は、絶対温度約７Ｋ以下まで冷却される。冷却板４０および冷却板４１は非磁性体で熱伝導率が良好なアルミニュウムや銅や非電導性のサファイヤ、セラミック等の物質で製作される。冷却板４０の外周部には、熱シールド板１３ａ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２４で絶対温度約５０Ｋに冷却し、熱シールド板１３ａ全体を冷却する。
【００４５】
一方、冷却板４１の外周部には熱シールド板１３ｂが熱的に一体化され、熱シールド板１３ｂの取り付け部を絶対温度約７Ｋ以下に冷却し、熱シールド板１３ｂ全体を冷却する。冷却板４１の下部には、熱伝導体２９が冷却板４１と熱的に一体化され、冷却媒体３はこの熱伝導体２９により均一に絶対温度約７Ｋ以下に冷却される。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殆ど生じなく均一に絶対温度約７Ｋ以下に冷却される。内部容器４下部の内壁面側には変位吸収体３３が配置されている。
【００４６】
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、例えばパーフロロカーボン製で内外面にアルミニュウムを蒸着した円筒体４２を配置し、フランジ４３に直接、間接的に接続された内部容器４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４２の外側および底部にはアルミニュウム蒸着膜等の積層断熱材４４を配置する。また、冷却板４１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４５が冷却板４１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４６が熱的に一体化され、冷却板４１温度に冷却される。
【００４７】
弁１７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４６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４１より下側の内部容器４は絶対温度約７Ｋ以下に冷却４された熱シールド１３ｂ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４１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、スクィッド素子２群も全体的にさらに低温度の均一温度となり、スクィッド素子群のそれぞ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。
【００４８】
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４の上部に内部容器４内部と断熱空間５を連通する孔４７ａ、４７ｂを設け、熱シールド板１３ａ，１３ｂをそれぞれエナメル被覆銅網等の撓みが自由な熱伝導体４８を介して冷却板２６、２７で絶対温度約５０Ｋ、７Ｋ以下に冷却することと、熱伝導体４９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５０と冷却板２７の連結部に変位吸収部５１を設けたことと、冷却媒体３の液面を冷却板２７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２６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１３ａを冷却板２６で良好に冷却でき、かつ、冷却媒体３の液面を冷却板２７より上がった位置にしなくても、熱シールド板１３ａを冷却板２６で良好に冷却できる。したがって、冷却板２６、２７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２６と冷却板２７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。
【００４９】
また、熱伝導体４９、３２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５０と冷却板２７に連結部に変位吸収部５１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２７と凝固した冷却媒体３との相対変位差をそれぞ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。これによって、冷凍機の信頼性を向上することと、冷凍機運転時のスクィッド素子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。
【００５０】
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はスクィ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でスクィッド素子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５２内で浸漬させる。内部容器５２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５２上下部間の熱移動を容易にしている。また、内部容器５２の図左側部分には、薄肉フランジ５３が設けられ、常温状態でここから内部容器５２を開放できるようになっている。弁１７を開き真空ポンプ１９でＬ字型外部容器５４内の断熱空間３８と小型の内部容器５２内とを真空排気する。内部容器５２内は、通気管５５、冷却媒体蒸気ミストセパレータ５６通して真空排気される。
【００５１】
該セパレータ５６は、冷却媒体のミストの内部容器５２外部への放出を防ぎ、断熱膜１５ａ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２４および第２冷却ステージ１６は冷却される。第１冷却ステージ２４に熱的に一体化された冷却板４０が絶対温度約５０Ｋまで冷却され、第２冷却ステージ１６に熱的に一体化された冷却板４１が絶対温度約７Ｋ以下まで冷却される。冷却板４０および冷却板４１は非磁性体で熱伝導率が良好なアルミニュウムや銅や非電導性のサファイヤ、セラミック等の物質で製作される。冷却板４０の外周部には、熱シールド板５７ａ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２４で絶対温度約５０Ｋに冷却し、熱シールド板５７ａ全体および薄肉フランジ５７ｂを冷却し、図左側部分は、薄肉フランジ５７ｂを設け、常温状態でここから熱シールド板５７ａ内の開放が可能となっている。
【００５２】
一方、冷却板４１の外周部には、熱シールド板５８ａ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１６で絶対温度約７Ｋ以下に冷却し、熱シールド板５８ａ全体および薄肉フランジ５８ｂを冷却し、図の左側部分には、薄肉フランジ５８ｂが設けられ、常温状態でここから熱シールド板５８ａ内の開放が可能となっている。冷却板４１の下部には、非磁性体で熱伝導率が良好なアルミニュウムや銅や非電導性のサファイヤ、セラミック等の物質で製作された熱伝導体５９が冷却板４１と熱的に一体化され、熱伝導体５９の下部には、内部容器５２が支持される。熱伝導体５９の下部には、非磁性体で熱伝導率が良好なアルミニュウムや銅や非電導性のサファイヤ、セラミック等の物質で製作されたＬ字型の熱伝導体６０ａ、６０ｂが熱伝導体５９と熱的に一体化され、内部容器５２内の冷却媒体３はこの熱伝導体６０ａ、６０ｂにより均一に絶対温度約７Ｋ以下に冷却される。
【００５３】
したがって、冷却媒体３に浸漬されたスクィッド素子群は、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７Ｋ以下に冷却される。内部容器５２下部の内壁面側には変位吸収体３３が配置されている。外部容器５４の図左側部分は、フランジ６１を設け、常温状態でここから外部容器５４内の開放が可能となっている。また、腕１０２、腕１０３、及び任意の方向に回転操作が可能な関節１０４を有す移動装置１０１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。
【００５４】
腕１０３はその先端をスクィ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１０４は腕１０２、腕１０３を垂直方向及び水平方向に回転出来る。また、被検査者３６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１０１を使って被検査者３６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ィッド素子２による測定部を位置決めすることが出来る。また、複数のスクィ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、それぞれのスクィッド素子格納用極低温容器をそれぞ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。
【００５５】
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、スクィッド素子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３６を台６２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３６と測定装置の設定から測定終了までの時間が、被検査者３６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。本実施例でスクィッド素子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ィッド素子格納用極低温容器１をスクィッド素子２が上方になるように水平に倒し、弁１７を空け内部を大気圧にし、フランジ６１、５８ｂ、５７ｂを空ける。
【００５６】
この時スクィッド素子２群はフランジ５７ｂにネジ等で固定支持している。そして、スクィッド素子２を穴で保持する支持機構１０ａ、１０ｂとともにスクィッド素子２群を内部容器５２から計測用導線９、着脱可能なコネクタ６３ごと引き出し、コネクタ６３を外しスクィッド素子２群を離脱させ、新しいスクィッド素子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、スクィッド素子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４３部からスクィッド素子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５２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５８ｂ、５７ｂ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。
【００５７】
また、本実施例で弁１７を開き真空ポンプ１９でＬ字型外部容器５４内の断熱空間３８とＬ字型の内部容器５２内とを真空排気する場合、Ｌ字型の内部容器５２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ィッド素子２を均一に冷却できる。また、内部容器５２内の中央部に配置した熱伝導体６０ａの太さは熱伝導体６０ｂよりも大きくしており、熱伝導体６０ａの熱伝導量が熱伝導体６０ｂより大きくしている。これによって、内部容器５２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、スクィッド素子２回りの冷却媒体３を内部側から凝固させ、スクィッド素子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。
【００５８】
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５２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６１外面からスクィッド素子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、スクィッド素子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５２の内外には圧力差が生じないので、Ｌ字状の内部容器５２を矩形断面に出来、又、それぞ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。
【００５９】
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６４、６５の外周部にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7等の材料で構成された磁気シールド体６６、６７、６８を配置し、図示していないがその内面もしくは外面にエ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６６、６７端部を冷却板４０と熱的に一体化させ絶対温度約５０Ｋに冷却し、磁気シールド体６８端部を第２冷却ステージ１６、冷却板４１と熱的に一体化させ絶対温度約７Ｋ以下に冷却する。シリンダ６４、６５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。それぞれの蓄冷器には、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。
【００６０】
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Ｅｒ3Ｎｉ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、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7等の材料で構成された磁気シールド体６６、６７、６８を冷却し超電導体にすることにより、シリンダ６４、６５には回りの磁束が磁気シールド体６６、６７、６８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６６、６７、６８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、回りにノイズを発生しない。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、ノイズを低減できる効果が生じる。
【００６１】
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５５に室温部から操作可能な弁６９を設け、さらに、スクィッド素子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５２から漏れでないようにし、内部容器５２の底面部にフランジ７０、７１、７２、７３を設けたことである。本構造により、外部容器５４の底面部分は、フランジ７３を開くことにより、常温状態で装置底部から外部容器５４内の開放が可能となっている。本実施例によれば、スクィッド素子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、弁６９を閉じた後スクィッド素子格納用極低温容器１を逆さまにし、弁１７を空け内部を大気圧にし、フランジ７３、７２、７１、７０を空ける。
【００６２】
そして、スクィッド素子２を穴で保持する支持機構１０ａ、１０ｂから各スクィッド素子を引き抜き、又内部容器５２から計測用導線９、着脱可能なコネクタ６３ごと引き出し、その後コネクタ６３を外しスクィッド素子２群を離脱させ、新しいスクィッド素子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、スクィッド素子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５２左側側面部で外部容器外面とスクィッド素子２先端の間隔を狭くできるので、被検査者にスクィッド素子２をより接近できるので、計測精度がさらに向上する。
【００６３】
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１atmの液体ヘリウム内槽７４内に液体ヘリウム７５を充填する。液体ヘリウム内槽７４は、フランジ７６から吊られヘリウム補給口７７で保持される。熱シールド板７８、７９は、冷凍機７により絶対温度約５０Ｋ、１０Ｋにそれぞれ冷却される。内部容器４はフランジ８０により吊られ、液体ヘリウム内槽７４の底部８１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８２内の液体ヘリウムによって絶対温度約４．２Ｋに冷却される。伝熱筒８２は小径なので肉厚は薄くて良く、熱抵抗を小さくできる。
【００６４】
内部容器４の外側には、液体ヘリウム内槽７４の底部付近に熱的に一体化した熱シールド板８３を設ける。内部容器４内には、先端が真空層３８に開放された通気管８４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７７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、液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低減できる効果がある。
【００６５】
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、スクイッド素子格納用極低温容器１を横たわっている被検査者３６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３４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３４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３４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。
【００６６】
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８８が非磁性の熱伝導本体８５、熱伝導支持体８６、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８７を含み、且つ、各スクイッド素子２を熱伝導多孔体８７の孔に挿入し、熱伝導多孔体８７を内部容器８８に設置し、内部容器８８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８７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、良好にスクイッド素子２を冷却できる効果がある。
【００６７】
本発明による他の実施例を図１０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８９を適用した例である。本パルス管式冷凍機８９は、第一蓄冷機９０、第二蓄冷機９１、第一パルス管９２、第二パルス管９３、第一冷却ステージ９４、第二冷却ステージ９５、圧縮機２０からのガスの供給と圧縮機へのガスの排気を行う配管９６、第一および第二パルス管９２、９３内のそれぞれのガス圧を調整する保圧タンク９７ａ、９７ｂ、および、それぞれのパルス管の常温部を保圧タンク９７ａ、９７ｂ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９８ａ、９８ｂで構成される。
【００６８】
第一蓄冷機９０と第二蓄冷機９１は直列に結合され、また、第一パルス管９２と第二パルス管９３は並列に連通される。第一パルス管９２の端部は第一冷却ステージ９４内で第一蓄冷機９０と連通し、第二パルス管９３の端部は第二冷却ステージ９５内で第二蓄冷機９１と連通している。また、第二パルス管９３の中央部は第一冷却ステージ９４と熱的に一体化されている。流路切り替え器２３ａを通り圧縮機２０から供給された高圧ヘリウムガスは配管９６からパルス管式冷凍機８９の上部に供給される。次に、第一蓄冷機９０の頭部に流入し温度約５０Ｋに冷却された後、第二蓄冷機９１の頭部と第一パルス管９２の底部に流入する。残りのガスは第二蓄冷機９１で温度約５０Ｋに冷却された後第二パルス管９３の底部に流入する。
【００６９】
第一パルス管９２の底部に入った高圧ヘリウムガスは流路切り替え器２３ａで圧縮機２０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９４を冷却した後第一蓄冷機９０を冷却し圧縮機２０に戻る。同時に、第二パルス管９３の底部に入った高圧ヘリウムガスは流路切り替え器２３ａで圧縮機２０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９５を冷却した後第二蓄冷機９１を冷却し圧縮機２０に戻る。
【００７０】
第二パルス管９３の中央部は第一冷却ステージ９４で冷却される。それぞれのパルス管の頭部内の圧力変化は保圧タンク９７ａ、９７ｂにより、流路切り替え器２３ａ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。
【００７１】
更に、この冷凍機の振動ノイズ或いは電気ノイ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、いずれもスクィッド素子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、スクィッ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、スクィッ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。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の極低温容器はスクィ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ＣＭＯＳ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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３】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】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】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】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７】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】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９】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１０】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。
【符号の説明】
１…スクイッド素子格納用極低温容器、２…スクイッド素子、３…冷却媒体、４…内部容器、５…断熱材、６…外部容器、７…冷凍機、９…計測用導線、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…支持機構、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…積層断熱材、１３ａ，１３ｂ…熱シールド板、１４ａ，１４ｂ…断熱空間部、１５ａ，１５ｂ…積層断熱材、１６…第２冷却ステージ、２４…第一冷却ステージ、２６…冷却板、２９…熱伝導体、３３…変位吸収体、３４…磁気シールド壁、３６…被検査者、３７…底板、４０，４１…冷却板、４２…円筒体、５０…支持体、５１…変位吸収部、５２…内部容器、５４…Ｌ字型外部容器、６６，６７，６８…磁気シールド体。

Claims

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、凝固させられる被冷却体格納用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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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。
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、凝固させられる被冷却体格納用極低温容器において、
上記冷却媒体は蝋材であることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
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、凝固させられる被冷却体格納用極低温容器において、
上記蝋材はパラフィンであることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
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、凝固させられる被冷却体格納用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ていることを特徴とする被冷却体格納用極低温容器。
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。
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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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被冷却体格納用極低温容器。
請求項１記載の被冷却体格納用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。
請求項１記載の被冷却体格納用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。
請求項１２記載の被冷却体格納用極低温容器において、
被冷却体のそれぞ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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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。
請求項１記載の被冷却体格納用極低温容器において、
上記被冷却体はスクィ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。
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、凝固させられる被冷却体格納用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ィ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。
少なくとも１つのスクィッド素子及び該スクィ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、凝固させられる磁性測定装置において、
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磁性測定装置。
少なくとも１つのスクィッド素子及び該スクィ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ユニットと、上記スクィ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ユニットとを備え、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、さらに上記冷却ユニットによって冷却、凝固させられることを特徴とする磁性測定装置。
請求項２０記載の磁性測定装置において、
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磁性測定装置。
請求項１９から２１に記載のいずれかの磁性測定装置において、
上記各スクィ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、上記スクィ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。
少なくとも１つのスクィッド素子及び該スクィ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し、
上記冷却媒体を所定の温度迄下げて、その煤体内部から凝縮させ、
被測定体の測定するための位置に該スクィッド素子が設定されるように測定装置を移動し、
測定を開始する、
ことを特徴とする磁性測定装置の運転法。
請求項２３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。