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JP4360037B2 - Cryostat - Google Patents

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JP4360037B2
JP4360037B2 JP2001038256A JP2001038256A JP4360037B2 JP 4360037 B2 JP4360037 B2 JP 4360037B2 JP 2001038256 A JP2001038256 A JP 2001038256A JP 2001038256 A JP2001038256 A JP 2001038256A JP 4360037 B2 JP4360037 B2 JP 4360037B2
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JP
Japan
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heat
thermal
cryostat
vacuum layer
anchor
Prior art date
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JP2001038256A
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Inventor
邦夫 風見
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非破壊生体検査システムとして、例えば極低温におけるジョセフソン効果を利用して脳などの生体磁気を計測するSQUID(Superconducting Quantum Interference Device)磁束計測システムに使用される測定センサ等を冷却保持するためのクライオスタットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
は従来のクライオスタットの構成を示す縦断面図である。図において、クライオスタット1は、内槽2と外槽3によりその本体が形成されており、それらは例えばガラス繊維強化プラスチック(Glass Fiber Reinforced Plastics、以下GFRPと記す)を素材として形成されている。
【0003】
そして、内槽2は有底円筒状の本体部2aと、本体部2aの上部に本体部2aよりも径を絞られて形成された円筒状のネック部2bとからなり、本体部2aの底部は人の頭部に適合するように円弧状に形成されている。
【0004】
そして、生体検査用のセンサ(SQUIDセンサアレー)4がネック部2bより内槽2の本体部2a内に挿入されて円弧状の底部に設置され、このセンサ4を冷却する冷媒として例えば液体ヘリウムがネック部2bより本体部2aの内部に充填され、ネック部2bの内部には断熱材5が設けられている。
【0005】
外槽3は、内槽2を囲むように配置され、外槽3の内壁と内槽2の外壁との間には真空層6が形成されている。
また、外槽3の側面には真空層6に連通する真空引口3aが形成され、外槽3の底部は内槽2の円弧状の底部を囲むように形成されて、その外部に脳磁計測部3bが形成されている。
【0006】
そして、ネック部2bの側面には、例えば銅からなるドーナツ状の高温用の第一のサーマルアンカ7a、低温用の第一のサーマルアンカ7bが順次内槽2の下方に接続されて真空層6内に配置されている。
これらのサーマルアンカ7a,7bは、例えば銅などで形成された熱伝導率が高く、かつ熱容量の高い熱溜めである。
【0007】
そして、このサーマルアンカ7a,7bには、それぞれ例えば銅からなるメッシュ状で外部からの輻射熱をシールドするサーマルシールド8a,8bが互いに熱伝導可能に接続され、サーマルシールド8bを内側、サーマルシールド8aを外側として内槽2を順次取り囲むように真空層6内に配置されている。
【0008】
この場合、低温用のサーマルアンカ7bに接続されたサーマルシールド8bは、内槽2の円弧状の底部近傍の真空層6内においては人の頭部に適合する円弧状に形成されている。
【0009】
次に図に示したクライオスタットにおいて外部からの熱の侵入を防止するサーマルシールド効果について説明する。内槽2内の液体ヘリウムは外部からの放射・伝導による侵入熱で少しづつ蒸発し、蒸発したヘリウムはネック部2bと断熱材5の隙間を上昇し、その際にネック部2bが冷却され、ガスが熱を吸収し熱交換が行われる。
【0010】
そして、2段に構成されたサーマルアンカー7a,7bが冷却されることにより、同様に2段に構成されたサーマルシールド8a,8bが冷却され、外槽3の外部から侵入する輻射熱を吸収することで、内槽2に熱が伝わらないようにしており、これをサーマルシールドと呼んでいる。
【0011】
そして、高温用のサーマルシールド8aは例えば100〜180Kと比較的温度が高く、低温用のサーマルシールド8bは20〜50Kと低く設定され、サーマルシールド8a,8bとの間、内槽2、外槽3の壁との間隙は、アルミを蒸着したスーパーインシュレーションと呼ばれるフィルム状の薄膜(図示せず)を互いに接触しないように挟んで多数枚組込み、多重の熱シールドを実現することで輻射による熱侵入を極めて低くするようにしている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなクライオスタットには次のような問題点があった。
脳磁計に代表される生体磁気計測装置では極めて微弱な信号を計測するために脳磁計測部3b近傍の真空層6の幅(内槽2の底部と外槽3の底部との間に形成される真空層6の幅)を数mmと極めて薄くする。
このため、脳磁計測部3b近傍(内槽2の底部と外槽3の底部の近傍)の真空層6内にはサーマルシールド及びスーパーインシュレータを構造的に十分に設けることができない。
例えば、脳磁計測部3b近傍の真空層6内においてはサーマルシールド8aまたはサーマルシールド8bを省略したり(図2においてはサーマルシールド8aを省略している)、スーパーインシュレータの枚数を数分の1程度しか挿入できない。
【0013】
従って、通常この脳磁計測部3bからの熱侵入が極めて大きく、サーマルシールド8bに大きな温度分布が生じ(温度が不均一となる)、ネック部2b周辺は低い温度でも脳磁計測部3b近傍のサーマルシールド8bの温度は上昇してしまうばかりか、クライオスタット1全体の熱侵入も持ち上げてしまい、冷媒の蒸発量が多くなってしまうという欠点がある。
【0014】
また、サーマルシールド8bは銅メッシュでできているが、熱伝達を十分にするために断面積を大きく取ると熱雑音が大きくなりセンサ4での計測に悪影響を及ぼす。
従って、サーマルシールド8bには十分な熱伝達能力を持たせられず、これも冷媒の蒸発量を増加させる原因となっている。
【0015】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、大きな熱侵入源となっている脳磁計測部3b近傍(内槽2の底部及び外槽3の底部の近傍)のサーマルシールドを銅メッシュの断面積を増やすことなく効率的に冷却し、冷媒の蒸発量を低減することができるクライオスタットを実現することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1においては、内部に生体検査用の脳磁計測センサが設置されると共に前記脳磁計測センサを冷却する冷媒が充填される本体部とこの本体部に接続された筒状のネック部とを有する内槽と、前記内槽を囲むように配置され前記内槽の外壁との間に真空層を形成する外槽と、前記ネック部に接続されて前記真空層に配置される第一のサーマルアンカーと、前記第一のサーマルアンカーに接続されて前記真空層に配置されるサーマルシールド、とを有するクライオスタットにおいて、
前記内槽及び前記外槽は有底筒状で前記脳磁計測センサは前記内槽の底部に設置され、前記底部の近傍の前記真空層内に前記サーマルシールドに接続される第二のサーマルアンカーを設け、前記第一のサーマルアンカーと前記第二のサーマルアンカーに接続される熱輸送手段を設けたことを特徴とするクライオスタットである。
【0017】
本発明の請求項2においては、請求項1記載のクライオスタットにおいて、前記熱輸送手段はヒートパイプであることを特徴とするクライオスタットである。
【0018】
本発明の請求項3においては、請求項1記載のクライオスタットにおいて、前記ネック部の内部に設けられ、前記冷媒の蒸発したガスの顕熱を熱交換すると共にネック部を介して前記第一のサーマルアンカとの間で熱交換を行う均熱手段を設けたことを特徴とするクライオスタットである。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
尚、以下の図面において、図2と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
図1は本発明によるクライオスタットの構成を示す縦断面図である。
【0021】
図1において、9はサーマルアンカ7bとサーマルシールド8bに接続された熱輸送手段としてのヒートパイプであり、このヒートパイプ9は金属管の内部に封入された液体(窒素、水素、アルゴン、クリプトン、メタン等)の蒸発によって一端から熱を吸収し、蒸気の凝縮により他端より熱を放出することにより熱輸送を行うものである。
【0022】
そして、10は内槽2及び外槽3の底部近傍(脳磁計測部3bの近傍)の真空層6内において内槽2を取り囲むように設けられ、底部近傍の外部からの輻射熱を一時的に蓄熱し、ヒートパイプ9による熱輸送を効率化するための第二のサーマルアンカであり、ヒートパイプ9と内槽2及び外槽3の底部近傍(脳磁計測部3bの近傍)のサーマルシールド8bとに接続されている。
【0023】
そして、11aはネック部2bの内壁に設けられた均熱手段であり、11bはネック部2bの内部で断熱材5の周囲に設けられた均熱手段である。
また、均熱手段11bには断熱材5の内部に設けられた例えばアルミや銅等の反射率の高い金属製の円盤状の輻射シールド12に接続されている。
【0024】
これらの均熱手段11a,11bは、ネック部2bの内部における熱交換の実効的な面積を増やすと共に外部から流入する熱の吸収能力を高めるために設けられ、例えば高熱伝導率の銅・アルミなどの筒状の金属帯または網状の帯、あるいは針状の金属フィラー等を含浸した高熱伝導性樹脂材などで構成されている。
【0025】
そして、2cはネック部2bの熱伝導路を長くするために内槽2の本体部2aとネック部2bとの間に設けられた迂回部であり、ネック部2bの径よりも大きな径で形成されている。
【0026】
次に、図1に示したクライオスタットの動作について説明する。
内槽2及び外槽3の底部近傍(脳磁計測部3bの近傍)の外部より侵入した熱は、サーマルシールド8bより第二のサーマルアンカ10に伝熱及び畜熱されて温度勾配が形成され、ヒートパイプ9によって第一のサーマルアンカ7bに高速に熱輸送され、サーマルシールド8bは高速に冷却され、内槽2の内部への熱侵入が少なくなることにより冷媒の蒸発量は低減される。
【0027】
また、サーマルシールド8bを、内槽2の側面を取り囲む部分と内槽2の底部(脳磁計測部3bの近傍)を取り囲む部分とに分離させ、ヒートパイプ9を内槽2の底部(脳磁計測部3bの近傍)を取り囲む部分のみに接続し、内槽2の側面を取り囲む部分には接続しないようにしても良く、この場合、より効率的(優先的に)に熱の大きな侵入経路である脳磁計測部3bの近傍のサーマルシールド8bを冷却することができる。
【0028】
そして、均熱帯11a,11bは蒸発したヘリウムガス中の顕熱をネック部2bの内部で熱交換(冷却)すると共に、輻射シールド12を冷却してネック部2bの上部からの輻射熱を吸収し、また、ネック部2bを介してサーマルアンカー7bとの間で熱交換を行う。
また、流出ガスの温度は重力方向に水平を保つ性質があるため、均熱帯11a,11bは実効的なガスの熱交換部の接触面積を増やす効果がある。
【0029】
そして、迂回部2cは、熱伝導路長を長く取ることにより、ネック部2bから熱伝導により内槽2の内部に侵入する熱を迂回させ、侵入熱を減少させる。
この迂回部2cは、クライオスタット1全体の小型化のために特にネック部2bの上部からの距離が稼げない場合に有効である。
また、ネック部2bの内壁に斜め螺旋状に溝を設けて表面積を大きくするようにしても良い。
【0030】
また、図1においては、サーマルアンカ7bとサーマルシールド8bにのみヒートパイプ9を接続しているが、サーマルアンカ7aとサーマルシールド8aにも別のヒートパイプを接続しても良い。
【0031】
尚、ヒートパイプの内部に封入される液体は、接続されるサーマルアンカに設定される温度において液相と気相とが混在した状態となるような液体が適宜に選択される。
【0032】
また、サーマルシールドの円周方向の均熱が効率化するように、複数本のヒートパイプを一つのサーマルシールドに円周状に設けてもよい。
また、ここでは2層のサーマルシールドとしたが、サーマルアンカーをさらに細分化して、3層以上とし、ヒートパイプとサーマルシールドもこれに応じて増やした構造としてもよい。
また、ヒートパイプよりも冷却効果は低下するが、ヒートパイプの代わりに銅などのロッドでフレームを組んでサーマルシールドに接続するようにしても良い。
【0033】
また、サーマルアンカー10に銅メッシュのサーマルシールド8bを接続するようにしたが、サーマルシールド8bの内槽2の底部(脳磁計測部3bの近傍)を取り囲む部分を省略し、その部分に図示しないスーパーインシュレーションを複数枚設けてサーマルアンカ10に接続してもよい。
【0034】
また、熱伝達速度が大きくなることにより真空層6に挿入される図示しないスーパーインシュレーションの枚数を減らすことが可能となり、脳磁計測部3b近傍の真空層6の幅を狭くでき、信号源(頭部)に、よりセンサ4を近づけることでSN比を向上させるようにすることができる。
【0035】
また、熱伝達(冷却)をヒートパイプ9でおこなうため、サーマルシールド8a,8bを構成する銅メッシュの(サーマルアンカー7a,7bから脳磁計測部3bに向かう方向の)縦糸に頼らずに済み、銅メッシュを粗くしたり薄くしたりでき、銅メッシュによる熱雑音を小さくすることができる。
【0036】
また、真空層6の内部熱伝導がヒートパイプ9で高速におこなわれるため、従来、クライオスタット1本体内部の熱の安定化に6〜12時間必要であったものが極端に短くなり、ヘリウム注入時後、しばらく安定化しなかった蒸発量変化が短時間で安定し、液体ヘリウムのバブリング等で発生していたノイズが短時間で減少する。
【0037】
また、ガス排出路となるネック部2bの内部に熱交換の為の均熱帯11a,11bを設けたことにより、サーマルアンカー7bからの熱の伝播抵抗が減り、サーマルシールド8b全体の温度を下げることができる。
また、ネック部2bの実効的な長さを増やす為に迂回部2cを設けたので、均熱帯11a,11bを設けたことによる熱侵入が増えることを阻止することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、脳磁計測部の近傍(内槽の底部及び外槽の底部の近傍)から侵入する熱をヒートパイプにより熱侵入部から離れたサーマルアンカに高速に熱輸送するようにしたので、サーマルシールドは高速に冷却されて温度が均一化され、冷媒の蒸発量を低減させることができる。
【0039】
また、本発明によれば、ヒートパイプによりサーマルシールドを銅メッシュの断面積を増やすことなく効率的に冷却するようにしたので、銅メッシュによる熱雑音を抑制し、安定した計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるクライオスタットの構成を示す縦断面図である。
【図2】従来のクライオスタットの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 クライオスタット
2 内槽
2a 本体部
2b ネック部
3 外槽
4 センサ
6 真空層
7a,7b サーマルアンカ
8a,8b サーマルシールド
9 ヒートパイプ
10 サーマルアンカ
11a,11b, 均熱手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, as a nondestructive biopsy system, cools and holds, for example, a measurement sensor used in a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) magnetic flux measurement system that measures biomagnetism such as the brain using the Josephson effect at cryogenic temperatures. It is related to the cryostat.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional cryostat. In FIG. 2 , the main body of the cryostat 1 is formed of an inner tank 2 and an outer tank 3, which are made of, for example, glass fiber reinforced plastics (hereinafter referred to as GFRP).
[0003]
The inner tub 2 includes a bottomed cylindrical main body 2a and a cylindrical neck portion 2b formed on the upper portion of the main body 2a with a diameter smaller than that of the main body 2a. The bottom of the main body 2a Is formed in an arc shape so as to fit the human head.
[0004]
A biopsy sensor (SQUID sensor array) 4 is inserted into the main body 2a of the inner tub 2 from the neck 2b and installed at the bottom of the arc shape. For example, liquid helium is used as a coolant for cooling the sensor 4. The main body 2a is filled from the neck 2b, and a heat insulating material 5 is provided inside the neck 2b.
[0005]
The outer tub 3 is disposed so as to surround the inner tub 2, and a vacuum layer 6 is formed between the inner wall of the outer tub 3 and the outer wall of the inner tub 2.
Further, a vacuum suction port 3a communicating with the vacuum layer 6 is formed on the side surface of the outer tub 3, and the bottom of the outer tub 3 is formed so as to surround the arc-shaped bottom of the inner tub 2. A measuring unit 3b is formed.
[0006]
Then, on the side surface of the neck portion 2b, for example, a doughnut-shaped first thermal anchor 7a for high temperature and a first thermal anchor 7b for low temperature made of copper, for example, are sequentially connected to the lower side of the inner tank 2 to form the vacuum layer 6 Is placed inside.
These thermal anchors 7a and 7b are heat reservoirs made of, for example, copper and having high thermal conductivity and high heat capacity.
[0007]
The thermal anchors 7a and 7b are connected to thermal shields 8a and 8b, for example, each made of a mesh made of copper and shielding radiant heat from the outside so as to be able to conduct heat to each other. It arrange | positions in the vacuum layer 6 so that the inner tank 2 may be surrounded sequentially as an outer side.
[0008]
In this case, the thermal shield 8b connected to the low-temperature thermal anchor 7b is formed in an arc shape suitable for the human head in the vacuum layer 6 near the arc-shaped bottom of the inner tank 2.
[0009]
Next, the thermal shield effect for preventing heat from entering from the outside in the cryostat shown in FIG. 2 will be described. The liquid helium in the inner tank 2 evaporates little by little by intrusion heat due to radiation and conduction from the outside, and the evaporated helium rises through the gap between the neck portion 2b and the heat insulating material 5, and at that time, the neck portion 2b is cooled, Gas absorbs heat and heat exchange takes place.
[0010]
Then, by cooling the two-stage thermal anchors 7a and 7b, the two-stage thermal shields 8a and 8b are similarly cooled to absorb the radiant heat entering from the outside of the outer tank 3. Thus, heat is prevented from being transmitted to the inner tank 2 and this is called a thermal shield.
[0011]
The high temperature thermal shield 8a has a relatively high temperature of, for example, 100 to 180K, and the low temperature thermal shield 8b has a low setting of 20 to 50K. Between the thermal shields 8a and 8b, the inner tank 2 and the outer tank. The gap between the wall and the wall 3 is built by sandwiching a large number of film-like thin films (not shown) called aluminum, which are vapor-deposited aluminum so as not to contact each other, and by implementing multiple heat shields, heat generated by radiation The intrusion is extremely low.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a cryostat has the following problems.
In a biomagnetism measuring device represented by a magnetoencephalograph, in order to measure a very weak signal, it is formed between the width of the vacuum layer 6 in the vicinity of the magnetoencephalogram measuring unit 3b (between the bottom of the inner tank 2 and the bottom of the outer tank 3). The width of the vacuum layer 6) is extremely thin, such as several mm.
For this reason, the thermal shield and the super insulator cannot be structurally sufficiently provided in the vacuum layer 6 in the vicinity of the magnetoencephalogram measuring unit 3b (in the vicinity of the bottom of the inner tank 2 and the bottom of the outer tank 3).
For example, the thermal shield 8a or the thermal shield 8b is omitted in the vacuum layer 6 in the vicinity of the magnetoencephalogram measurement unit 3b (the thermal shield 8a is omitted in FIG. 2), or the number of superinsulators is reduced to a fraction. Can only be inserted to the extent.
[0013]
Therefore, normally, the heat intrusion from the magnetoencephalogram measurement unit 3b is extremely large, a large temperature distribution is generated in the thermal shield 8b (the temperature becomes nonuniform), and the vicinity of the magnetoencephalogram measurement unit 3b is near the neck portion 2b even at a low temperature. Not only does the temperature of the thermal shield 8b rise, it also raises the heat intrusion of the entire cryostat 1 and increases the amount of refrigerant evaporated.
[0014]
Further, although the thermal shield 8b is made of a copper mesh, if the cross-sectional area is increased in order to ensure sufficient heat transfer, thermal noise increases and adversely affects measurement by the sensor 4.
Therefore, the thermal shield 8b cannot be provided with sufficient heat transfer capability, which also causes an increase in the evaporation amount of the refrigerant.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a thermal shield in the vicinity of the magnetoencephalogram measurement unit 3b (in the vicinity of the bottom of the inner tank 2 and the bottom of the outer tank 3) which is a large heat intrusion source. An object of the present invention is to realize a cryostat capable of efficiently cooling the copper mesh without increasing the cross-sectional area of the copper mesh and reducing the evaporation amount of the refrigerant.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In claim 1 of the present invention, a magnetoencephalogram measurement sensor for biopsy is installed inside, and a main body portion filled with a coolant for cooling the magnetoencephalogram measurement sensor, and a cylindrical shape connected to the main body portion. An inner tub having a neck portion, an outer tub disposed so as to surround the inner tub and forming a vacuum layer between the outer walls of the inner tub, and connected to the neck portion and disposed in the vacuum layer In a cryostat having a first thermal anchor and a thermal shield connected to the first thermal anchor and disposed in the vacuum layer,
The inner tank and the outer tank are cylindrical with a bottom, and the magnetoencephalographic sensor is installed at the bottom of the inner tank, and is connected to the thermal shield in the vacuum layer in the vicinity of the bottom. And a heat transport means connected to the first thermal anchor and the second thermal anchor .
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the cryostat according to the first aspect, the heat transporting means is a heat pipe.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the cryostat according to the first aspect, the sensible heat of the gas evaporated from the refrigerant is heat-exchanged, and the first thermal is provided through the neck portion. A cryostat characterized by providing a soaking unit for exchanging heat with an anchor .
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, in the following drawings, the same part as FIG. 2 is attached with the same number, and the description is omitted as appropriate.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a cryostat according to the present invention.
[0021]
In FIG. 1, 9 is a heat pipe as a heat transport means connected to the thermal anchor 7b and the thermal shield 8b. This heat pipe 9 is a liquid (nitrogen, hydrogen, argon, krypton, Heat is transported by absorbing heat from one end by evaporation of methane or the like and releasing heat from the other end by condensation of steam.
[0022]
Reference numeral 10 is provided so as to surround the inner tank 2 in the vacuum layer 6 in the vicinity of the bottom of the inner tank 2 and the outer tank 3 (near the magnetoencephalogram measuring unit 3b), and temporarily radiates heat from the outside near the bottom. It is a second thermal anchor for storing heat and improving the efficiency of heat transport by the heat pipe 9, and a thermal shield 8b in the vicinity of the bottom of the heat pipe 9, the inner tank 2 and the outer tank 3 (near the magnetoencephalogram measuring section 3b). And connected to.
[0023]
Reference numeral 11a denotes a heat equalizing means provided on the inner wall of the neck portion 2b, and 11b denotes a heat equalizing means provided around the heat insulating material 5 inside the neck portion 2b.
The soaking means 11b is connected to a disk-shaped radiation shield 12 made of a metal having high reflectivity such as aluminum or copper provided inside the heat insulating material 5.
[0024]
These soaking means 11a and 11b are provided to increase the effective area of heat exchange inside the neck portion 2b and to increase the ability to absorb heat flowing in from the outside, such as copper / aluminum having high thermal conductivity. These are made of a highly metal resin material or the like impregnated with a cylindrical metal band or net-like band, or a needle-shaped metal filler.
[0025]
Reference numeral 2c denotes a detour portion provided between the main body portion 2a and the neck portion 2b of the inner tank 2 in order to lengthen the heat conduction path of the neck portion 2b, and is formed with a diameter larger than the diameter of the neck portion 2b. Has been.
[0026]
Next, the operation of the cryostat shown in FIG. 1 will be described.
The heat that has entered from the outside near the bottom of the inner tub 2 and the outer tub 3 (near the magnetoencephalogram measuring unit 3b) is transferred to the second thermal anchor 10 from the thermal shield 8b and is stored, and a temperature gradient is formed. The heat pipe 9 heat transports to the first thermal anchor 7b at a high speed, the thermal shield 8b is cooled at a high speed, and the amount of heat entering the inner tank 2 is reduced, so that the amount of refrigerant evaporated is reduced.
[0027]
Further, the thermal shield 8b is separated into a part surrounding the side surface of the inner tank 2 and a part surrounding the bottom part of the inner tank 2 (near the magnetoencephalogram measuring unit 3b), and the heat pipe 9 is connected to the bottom part of the inner tank 2 (the magnetoencephalogram). It is possible to connect only to the part surrounding the measuring part 3b) and not to connect to the part surrounding the side surface of the inner tub 2. In this case, more efficiently (preferentially) through a large heat intrusion route The thermal shield 8b in the vicinity of a certain magnetoencephalogram measurement unit 3b can be cooled.
[0028]
The soaking zones 11a and 11b exchange heat (cooling) the sensible heat in the evaporated helium gas inside the neck portion 2b, cool the radiation shield 12 and absorb the radiant heat from the top of the neck portion 2b, Further, heat exchange is performed with the thermal anchor 7b via the neck portion 2b.
Further, since the temperature of the outflow gas has the property of maintaining the horizontal direction in the direction of gravity, the soaking zone 11a, 11b has the effect of increasing the effective contact area of the gas heat exchange section.
[0029]
And the detour part 2c detours the heat | fever which penetrate | invades into the inside of the inner tank 2 by heat conduction from the neck part 2b by taking long heat conduction path length, and reduces intrusion heat.
This detour portion 2c is effective particularly when the distance from the upper portion of the neck portion 2b cannot be obtained in order to reduce the size of the entire cryostat 1.
Further, a groove may be provided on the inner wall of the neck portion 2b in an oblique spiral shape to increase the surface area.
[0030]
In FIG. 1, the heat pipe 9 is connected only to the thermal anchor 7b and the thermal shield 8b, but another heat pipe may be connected to the thermal anchor 7a and the thermal shield 8a.
[0031]
In addition, the liquid sealed in the heat pipe is appropriately selected such that the liquid phase and the gas phase are mixed at the temperature set in the connected thermal anchor.
[0032]
Further, a plurality of heat pipes may be circumferentially provided on one thermal shield so that the thermal equalization in the circumferential direction of the thermal shield becomes efficient.
In addition, although the two-layer thermal shield is used here, the thermal anchor may be further subdivided into three or more layers, and the heat pipe and the thermal shield may be increased accordingly.
Although the cooling effect is lower than that of the heat pipe, a frame may be assembled with a rod such as copper instead of the heat pipe and connected to the thermal shield.
[0033]
Although so as to connect the thermal shield 8b copper mesh thermal anchor 10, omitted parts component surrounding the bottom of the inner tank 2 of the thermal shield 8b (the vicinity of magnetoencephalography measurement unit 3b), shown in the portion A plurality of super insulations that are not to be connected may be provided and connected to the thermal anchor 10.
[0034]
In addition, since the heat transfer speed increases, the number of super-insulations (not shown) inserted into the vacuum layer 6 can be reduced, the width of the vacuum layer 6 near the magnetoencephalogram measurement unit 3b can be reduced, and the signal source ( The SN ratio can be improved by bringing the sensor 4 closer to the head).
[0035]
In addition, since heat transfer (cooling) is performed by the heat pipe 9, it is not necessary to rely on warp yarns (in the direction from the thermal anchors 7a, 7b to the magnetoencephalogram measurement unit 3b) of the copper mesh constituting the thermal shields 8a, 8b. The copper mesh can be roughened or thinned, and the thermal noise caused by the copper mesh can be reduced.
[0036]
In addition, since the internal heat conduction of the vacuum layer 6 is performed at high speed by the heat pipe 9, what is conventionally required for stabilization of the heat inside the cryostat 1 main body for 6 to 12 hours becomes extremely short, and when helium is injected. Thereafter, the change in the amount of evaporation that has not been stabilized for a while is stabilized in a short time, and the noise generated by bubbling of liquid helium is reduced in a short time.
[0037]
Further, by providing the soaking zones 11a and 11b for heat exchange inside the neck portion 2b serving as a gas discharge path, the heat propagation resistance from the thermal anchor 7b is reduced, and the temperature of the entire thermal shield 8b is lowered. Can do.
Moreover, since the detour part 2c is provided in order to increase the effective length of the neck part 2b, it is possible to prevent an increase in heat penetration due to the provision of the soaking zones 11a and 11b.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, heat entering from the vicinity of the magnetoencephalogram measurement unit (in the vicinity of the bottom of the inner tank and the bottom of the outer tank) is rapidly heated by the heat pipe to the thermal anchor away from the heat intrusion unit. Since it is transported, the thermal shield is cooled at a high speed, the temperature is made uniform, and the evaporation amount of the refrigerant can be reduced.
[0039]
In addition, according to the present invention, the thermal shield is efficiently cooled by the heat pipe without increasing the cross-sectional area of the copper mesh, so that thermal noise due to the copper mesh can be suppressed and stable measurement can be performed. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a cryostat according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional cryostat.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cryostat 2 Inner tank 2a Body part 2b Neck part 3 Outer tank 4 Sensor 6 Vacuum layer 7a, 7b Thermal anchor 8a, 8b Thermal shield 9 Heat pipe 10 Thermal anchor 11a, 11b, Soaking means

Claims (3)

内部に生体検査用の脳磁計測センサが設置されると共に前記脳磁計測センサを冷却する冷媒が充填される本体部とこの本体部に接続された筒状のネック部とを有する内槽と、前記内槽を囲むように配置され前記内槽の外壁との間に真空層を形成する外槽と、前記ネック部に接続されて前記真空層に配置される第一のサーマルアンカーと、前記第一のサーマルアンカーに接続されて前記真空層に配置されるサーマルシールド、とを有するクライオスタットにおいて、
前記内槽及び前記外槽は有底筒状で前記脳磁計測センサは前記内槽の底部に設置され、前記底部の近傍の前記真空層内に前記サーマルシールドに接続される第二のサーマルアンカーを設け、前記第一のサーマルアンカーと前記第二のサーマルアンカーに接続される熱輸送手段を設けたことを特徴とするクライオスタット。
And the inner tub having a main body portion and connected to a cylindrical neck portion to the body portion neuromagnetism coolant for cooling the measuring sensor is filled with magnetoencephalography measurement sensor for biopsy therein is placed, An outer tub disposed so as to surround the inner tub and forming a vacuum layer with an outer wall of the inner tub; a first thermal anchor connected to the neck portion and disposed in the vacuum layer; A cryostat having a thermal shield connected to one thermal anchor and disposed in the vacuum layer,
The inner tank and the outer tank are cylindrical with a bottom, and the magnetoencephalographic sensor is installed at the bottom of the inner tank, and is connected to the thermal shield in the vacuum layer in the vicinity of the bottom. And a heat transport means connected to the first thermal anchor and the second thermal anchor .
請求項1記載のクライオスタットにおいて、
前記熱輸送手段はヒートパイプであることを特徴とするクライオスタット。
The cryostat according to claim 1,
The cryostat, wherein the heat transport means is a heat pipe.
請求項1記載のクライオスタットにおいて、
前記ネック部の内部に設けられ、前記冷媒の蒸発したガスの顕熱を熱交換すると共にネック部を介して前記第一のサーマルアンカとの間で熱交換を行う均熱手段を設けたことを特徴とするクライオスタット。
The cryostat according to claim 1,
Provided inside the neck part is a heat equalizing means for exchanging heat between the sensible heat of the gas evaporated from the refrigerant and exchanging heat with the first thermal anchor via the neck part. A characteristic cryostat.
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