JP2014157940A - Superconductive magnetic shield equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温超電導体を用いて磁気シールドを行う超電導磁気シールド装置に関する。 The present invention relates to a superconducting magnetic shield apparatus that performs magnetic shielding using a high-temperature superconductor.
例えば、脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置は、地磁気等の外部磁場が印加された場合、これを外乱として計測してしまう。このため、外乱が微弱磁場計測装置に悪影響を及ぼさないように微弱磁場計測装置を外乱となる外部磁場から遮蔽する磁気シールド装置でシールドし、これにより微弱磁場を計測することが行われている。 For example, a weak magnetic field measurement device that measures a weak magnetic field, such as a magnetoencephalograph or a magnetocardiograph, measures an external magnetic field such as geomagnetism as a disturbance. For this reason, the weak magnetic field measurement device is shielded by a magnetic shield device that shields the external magnetic field that becomes a disturbance so that the disturbance does not adversely affect the weak magnetic field measurement device, thereby measuring the weak magnetic field.
従来、この磁気シールド装置としては、微弱磁場計測装置を設置する部屋の内壁全体を磁気シールド材で構成し、この磁気シールドルームにより外部磁場の影響を防止するものがあった(特許文献1参照)。 Conventionally, as this magnetic shield device, there is one in which the entire inner wall of a room in which a weak magnetic field measuring device is installed is made of a magnetic shield material, and this magnetic shield room prevents the influence of an external magnetic field (see Patent Document 1). .
しかしながら、磁気シールドルームは部屋全体を磁気シールドする構成であるため、大掛かりな設備となってしまうという問題点がある。 However, since the magnetic shield room is configured to magnetically shield the entire room, there is a problem that it becomes a large-scale facility.
一方、近年ではテープ状の超電導線材が提供され始めている。このテープ状超電導線材を用いて磁気シールド装置を構成することにより、磁気シールド装置の小型化及び構造の簡素化を図ることが望まれている。 On the other hand, in recent years, tape-like superconducting wires have begun to be provided. It is desired to reduce the size and simplify the structure of the magnetic shield device by configuring the magnetic shield device using this tape-shaped superconducting wire.
しかしながら、テープ状超電導線材に種々の構造のものがあり、内部に磁性材料を含む基板が設けられたものもある(例えば、RE123系超電導線材)。そのようなテープ状超電導線材を用いて超電導磁気シールドを構成する場合、設置する条件によっては磁気シールドとしての効果の向上を望めない。 However, there are tape-shaped superconducting wires having various structures, and some are provided with a substrate containing a magnetic material (for example, RE123-based superconducting wires). When a superconducting magnetic shield is configured using such a tape-shaped superconducting wire, an improvement in the effect as a magnetic shield cannot be expected depending on the installation conditions.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高い磁気シールド性を実現できる超電導磁気シールド装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a superconducting magnetic shield device capable of realizing high magnetic shielding properties.
上記の課題は、ある観点からは、
超電導体が存在する第一面と前記超電導体が存在しない第二面とを有するテープ状超電導材をリング状に成形した第1の軸方向用超電導材を有する第1の軸方向磁気シールドと、
超電導体が存在する第一面と前記超電導体が存在しない第二面とを有するテープ状超電導材をリング状に成形した第2の軸方向用超電導材を有すると共に、前記第1の軸方向用超電導材の外周位置に配設される第2の軸方向用超電導材を有する第2の軸方向磁気シールドと、
前記第2の軸方向磁気シールドの軸方向に対して直交或いは傾いて配設され、前記第2の軸方向磁気シールドと電気的に接続される横方向用超電導材を有する横方向磁気シールドと、
前記第1の軸方向磁気シールド、第2の軸方向磁気シールド、及び前記横方向磁気シールドを支持する支持体とを有し、
前記第1の軸方向磁気シールドは、前記支持体側に前記第一面が位置するよう構成し、
前記第2の軸方向磁気シールドは、前記横方向磁気シールド側に前記第一面が位置するよう構成したことを特徴とする超電導磁気シールド装置により解決することができる。
From a certain point of view,
A first axial magnetic shield having a first axial superconducting material formed in a ring shape from a tape-shaped superconducting material having a first surface on which a superconductor exists and a second surface on which the superconductor does not exist;
A tape-shaped superconducting material having a first surface on which a superconductor exists and a second surface on which the superconductor does not exist, and a second superconducting material formed in a ring shape; A second axial magnetic shield having a second axial superconducting material disposed at an outer peripheral position of the superconducting material;
A transverse magnetic shield having a superconducting material for transverse direction, which is disposed orthogonally or inclined with respect to the axial direction of the second axial magnetic shield and electrically connected to the second axial magnetic shield;
A support for supporting the first axial magnetic shield, the second axial magnetic shield, and the lateral magnetic shield;
The first axial magnetic shield is configured such that the first surface is located on the support side,
The second axial magnetic shield can be solved by a superconducting magnetic shield device characterized in that the first surface is positioned on the lateral magnetic shield side.
開示の発明によれば、超電導体が存在する第一面と前記超電導体が存在しない第二面とを有するテープ状超電導材を用いた場合であっても、シールド性能を高めることができる。 According to the disclosed invention, even when a tape-shaped superconducting material having a first surface where a superconductor exists and a second surface where the superconductor does not exist is used, the shielding performance can be improved.
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1乃至図3は、本発明の第1実施形態である超電導磁気シールド装置10を示している。図1は超電導磁気シールド装置10の斜視図、図2は平面図、図3は分解斜視図である。この超電導磁気シールド装置10は、例えば脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置に適用される。
1 to 3 show a superconducting
超電導磁気シールド装置10は、支持体11、第1の軸方向磁気シールド12A、第2の軸方向磁気シールド12B、及び横方向磁気シールド13等を有している。本実施形態では、最内周から順に支持体11、第1の軸方向磁気シールド12A、第2の軸方向磁気シールド12B、及び横方向磁気シールド13が配設された構成とされている。よって、超電導磁気シールド装置10は、支持体11、各軸方向磁気シールド12A,12B、及び横方向磁気シールド13が四重に重なった構成とされている。
The superconducting
また、超電導磁気シールド装置10は、全体として円筒形状を有している。よって、その中央部分には磁場遮蔽空間部14(以下、単に空間部14という)が形成されており、超電導磁気シールド装置10を脳磁計に適用した場合には、この空間部14の内部に脳磁計が配設され、また被測定体となる人の頭部が挿入される。
The superconducting
以下、超電導磁気シールド装置10を構成する各構成要素について説明する。
Hereinafter, each component which comprises the superconducting
先ず、支持体11について説明する。支持体11は円筒形状を有しており、各軸方向磁気シールド12A,12B及び横方向磁気シールド13を支持するものである。この支持体11は、特にその材質を限定されるものではないが、本実施形態では非磁性で成形性の良好な樹脂或いは金属を用いている。また、この支持体11の内周には、後述する各磁気シールド12A,12B,13を冷却する冷媒が流れる冷却管(図示を省略)が配設されている。
First, the
第1の軸方向磁気シールド12A及び第2の軸方向磁気シールド12Bは、軸方向磁場に対するシールドを行うものである。
The first axial
なお、本明細書において、円筒の軸方向(図中矢印Z1,Z2で示す方向)の磁場を軸方向磁場と呼び、円筒の軸方向に直交する方向の磁場を横方向磁場と呼ぶものとする。また、軸方向磁場に対する磁気シールドを軸方向磁気シールドといい、横方向磁場に対する磁気シールドを横方向磁気シールドというものとする。また、軸方向又は横方向以外の方向から印加される磁場は、軸方向磁場と横方向磁場に分解することができる。このため、以下の説明においては軸方向磁場と横方向磁場についてのみ説明するものとする。 In this specification, the magnetic field in the axial direction of the cylinder (directions indicated by arrows Z1 and Z2 in the figure) is called the axial magnetic field, and the magnetic field in the direction orthogonal to the axial direction of the cylinder is called the transverse magnetic field. . A magnetic shield against an axial magnetic field is called an axial magnetic shield, and a magnetic shield against a transverse magnetic field is called a transverse magnetic shield. Moreover, the magnetic field applied from directions other than an axial direction or a horizontal direction can be decomposed | disassembled into an axial direction magnetic field and a horizontal direction magnetic field. For this reason, in the following description, only an axial magnetic field and a transverse magnetic field will be described.
第1の軸方向磁気シールド12Aは複数の第1の軸方向用超電導材15Aにより構成され、第2の軸方向磁気シールド12Bは複数の第2の軸方向用超電導材15Bにより構成されている。
The first axial
図4は、対応する一対の第1及び第2の軸方向用超電導材15A,15Bを拡大して示している。また同図では、第1及び第2の軸方向用超電導材15A,15Bの対が、2段積み重ねられた状態を示している。
FIG. 4 shows an enlarged pair of corresponding first and second axial
第1及び第2の軸方向用超電導材15A,15Bは、いずれもテープ状超電導材21を曲げてリング状(環状)に成形した構成とされている。また、第1及び第2の軸方向用超電導材15A,15Bは、テープ状超電導材21をリング状に成形したものであるため、その両端部は付き合わされた状態となる。以下、第1の軸方向用超電導材15Aの両端部が付き合わされた部位を第1端部17Aといい、第2の軸方向用超電導材15Bの両端部が付き合わされた部位を第2端部17Bというものとする(図4参照)。
The first and second axial
この第1端部17A及び第2端部17Bは、例えばはんだ等の導電性接合材で接合される。よって、各軸方向磁気シールド12A,12Bを構成する各軸方向用超電導材15A,15Bは、1ターンコイルを構成する。
The
図8は、第1の軸方向用超電導材15A及び第2の軸方向用超電導材15Bを構成するテープ状超電導材21を拡大して示す図である。
FIG. 8 is an enlarged view showing the tape-shaped
テープ状超電導材21は、第一面(表面)側から第二面(裏面)に向け、超電導材層23と基板24等が積層された構成とされている。即ち、超電導材層23は第一面側に位置し、基板24は第二面側に位置した構成となっている。なお図8においては、テープ状超電導材21の主要な構成のみを示している。
The tape-shaped
超電導材層23は、例えば液体窒素温度(77K)以上で超電導現象を示すRE系超電導体(RE:希土類元素)、特にREBa2Cu3O7−δの組成式で表されるRE系超電導体((RE)BCO)を用いることができる。
The
基板24は、テープ状超電導材21が機械的強度を保持するために設けられている。またテープ状超電導材21の製造時においては、基板24は超電導材層23を膜形成するための基材としても機能する。この基板24としては、例えば機械的特性及び熱的特性が良好なNi合金(ハステロイ;登録商標)が一般に用いられている。このハステロイは、低磁性の金属基材であり、また導電性も低い材料である。なお、上記構成とされたテープ状超電導材21としては、例えば株式会社フジクラ製のFYSC−SC05(型番)を用いることができる。
The
このように構成されたテープ状超電導材21は、超電導材単体の場合に比べて機械的強度が高く、歪に対しても強い。このため、図4に示すようにテープ状超電導材21をループ状に成形しても、その歪により高温超電導材が損傷するようなことはなく歩留まりの向上を図ることができる。また、テープ状超電導材21を用いることにより各軸方向用超電導材15A,15Bの取扱が容易となり、第1の軸方向磁気シールド12A,12Bの組み立て作業を容易に行うことができる。
The tape-shaped
次に、横方向磁気シールド13について説明する。
Next, the transverse
横方向磁気シールド13は、軸方向磁気シールド12A,12Bと異なり直線状とされている。よって、軸方向磁気シールド12A,12Bと横方向磁気シールド13は、図1及び図7に示すように、互いに直交する方向に延在した構成となっている。
Unlike the axial
また本実施形態では、各々の横方向用超電導材16の長手方向が軸方向と平行なるよう構成されている。更に横方向用超電導材16は、筒状とされた第2の軸方向磁気シールド12Bの外周位置を囲うように配設される。
Moreover, in this embodiment, it is comprised so that the longitudinal direction of each
各横方向用超電導材16は、図5に拡大して示すように、外側に位置する第2の軸方向磁気シールド12Bを構成する第2の軸方向用超電導材15Bにはんだ19を用いて接合される。これにより、第2の軸方向用超電導材15Bと横方向用超電導材16は、換言すると第2の軸方向磁気シールド12Bと横方向磁気シールド13は、電気的に接続された構成となる。
As shown in an enlarged view in FIG. 5, each
次に図6及び図7を用いて、上記構成とされた超電導磁気シールド装置10において外部から磁場が印加された時の動作について説明する。
Next, the operation when a magnetic field is applied from the outside in the superconducting
図6に示すように超電導磁気シールド装置10に対して軸方向磁場(BA)が印加された場合は、後述するように本実施形態の構成では、第1の軸方向磁気シールド12Aが主に機能する。即ち、軸方向磁場(BA)が印加された場合は、空間部14に近い軸方向用超電導材15Aの超電導材層23に周方向に超電導電流Aが発生し、これにより軸方向磁場(BA)が空間部14内に影響することを防止することができる。
As shown in FIG. 6, when an axial magnetic field (B A ) is applied to the superconducting
これに対し、図7に示すように超電導磁気シールド装置10に対して横方向磁場(BS)が印加された場合は、横方向磁気シールド13が機能する。即ち、横方向磁場(BS)が印加された場合は、外側に配設された軸方向用超電導材15B(15A)及び横方向用超電導材16内に、横方向磁場(BS)の印加位置を中心として円方向に流れる超電導電流Aが発生する。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when a transverse magnetic field (B S ) is applied to the superconducting
外側に位置する第2の軸方向磁気シールド12Bの軸方向用超電導材15Bは、横方向用超電導材16とははんだ19により接合されることにより電気的に接続されている(図5参照)。よって横方向磁場(BS)で発生する超電導電流Aは、軸方向及び横方向テープ状超電導材15B,16の超電導材層23を跨いで流れ、これにより横方向磁場(BS)が空間部14内に影響することを防止できる。
The axial
ところで、本実施形態で使用するテープ状超電導材21は、上記のように第一面(表面)と第二面(裏面)で特性が異なっている。このため、テープ状超電導材21を第1及び第2の軸方向磁気シールド12A,12Bとして用いた場合、テープ状超電導材21の第一面と第二面の向きにより超電導磁気シールド装置10のシールド特性に影響を及ぼすことが考えられる。
By the way, the tape-shaped
つまり、低磁性の金属基材である基板24が磁場遮蔽空間と対峙した構成となり、基板24に磁場が吸い込まれる現象が発生し、基板24が配設された第二面側が磁場遮蔽空間側(支持体11側)を向き、また超電導材層23が配設された第一面側が外側に向くよう第1の軸方向磁気シールド12Aを配置すると、超電導磁気シールド装置10の磁気シールド効果が低減してしまうためである。
That is, the
このため本実施形態では、磁場遮蔽空間側(支持体11側)に第一面側(超電導材層23が配設された側)が位置するよう、第1の軸方向磁気シールド12Aを配置した。具体的には、超電導材層23が配設された第一面側が外側になるようテープ状超電導材21を成形し、これをリング状に成形することにより第1の軸方向用超電導材15Aを形成した。
For this reason, in the present embodiment, the first axial
そして、この構成とされた第1の軸方向用超電導材15Aを有する第1の軸方向磁気シールド12Aでは、空間部14に外部磁場が進入すると超電導材層23には外部磁場を低減する方向に超電導電流が発生する。また、低磁性の基板24は外側に位置しているため、外部磁場がこの基板24に吸い込まれる現象は発生しない。よって、本実施形態の構成によれば、超電導磁気シールド装置10の磁気シールド効果を向上させることができる。
In the first axial
一方、上記のように第1の軸方向磁気シールド12Aを構成した場合、外側には非導電性を有した基板24が位置することになる。よって、第1の軸方向磁気シールド12Aの第二面に横方向用超電導材16を直接配設しても、この複数の横方向用超電導材16間を電気的に接続することはできず、横方向磁場(BS)に対するシールド効果は望めない。
On the other hand, when the first axial
そこで本実施形態では、第1の軸方向磁気シールド12Aの外側に、テープ状超電導材21からなる第2の軸方向磁気シールド12Bを設けた構成としている。この第2の軸方向磁気シールド12Bは、超電導材層23が設けられた第一面が外側(横方向用超電導材16と対向する側)になるよう構成されている。
Thus, in the present embodiment, the second axial
よって、第2の軸方向磁気シールド12Bの第一面に対し、はんだ19を用いて横方向用超電導材16を接合することにより、各横方向用超電導材16は第2の軸方向磁気シールド12Bの超電導材層23を介して電気的に接続された構成となる。これにより、横方向磁場(BS)により超電導電流が発生しても、この超電導電流は軸方向及び横方向テープ状超電導材15B,16の超電導材層23を跨いで流れるため、横方向磁場(BS)の影響を確実に低減することができる。
Therefore, the lateral
ここで、内側に配設された第1の軸方向磁気シールド12Aと、外側に配設された第2の軸方向磁気シールド12Bとが対向する位置に注目する。
Here, attention is paid to a position where the first axial
前記のように、第1の軸方向磁気シールド12Aの外側は、基板24が配設された第二面とされている。また、第2の軸方向磁気シールド12Bの内側も、基板24が配設された第二面とされている。従って、第1の軸方向磁気シールド12Aと第2の軸方向磁気シールド12Bを電気的に接続することは困難な構成となっている。
As described above, the outside of the first axial
しかしながら、空間部14内のシールド効果を高めるためには、複数の第1の軸方向用超電導材15Aをそれぞれ電気的に接続することが望ましい。そこで本実施形態に係る超電導磁気シールド装置10では、図2及び図4に示すように、接続用超電導線材30を用いて複数の第1の軸方向用超電導材15Aの内側を電気的に接続した構成としている。この接続用超電導線材30としては超電導性を有した材料で、かつ空間部14内に配設されるものであるため非磁性である材料が望ましい。この材質としては、住友電気工業株式会社製のDI−BSCCOなどがある。
However, in order to enhance the shielding effect in the
このように、複数の第1の軸方向用超電導材15Aを接続用超電導線材30で接続する構成とすることにより、空間部14内に作用する軸方向磁場(BA)の影響を確実に低減させることができる。
In this way, by configuring the plurality of first axial
なお、接続用超電導線材30の配設位置は、第1の軸方向用超電導材15Aにおいて電気抵抗が高い第1端部17Aの形成位置に設定することが望ましい。この構成とすることにより、第1の軸方向用超電導材15A内で発生する超電導電流は接続用超電導線材30をバイパスして流れるため、第1端部17Aにおける電気抵抗は実質的に低減され、よってシールド効果を高めることができる。
It is desirable that the connection position of the connecting
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be modified and changed.
10 超電導磁気シールド装置
11 支持体
12A 第1の軸方向磁気シールド
12B 第2の軸方向磁気シールド
13 横方向磁気シールド
14 空間部
15A 第1の軸方向用超電導材
15B 第2の軸方向用超電導材
16 横方向用超電導材
17A 第1端部
17B 第2端部
18,19 はんだ
21 テープ状超電導材
10 Superconducting
Claims (3)
超電導体が存在する第一面と前記超電導体が存在しない第二面とを有するテープ状超電導材をリング状に成形した第2の軸方向用超電導材を有すると共に、前記第1の軸方向用超電導材の外周位置に配設される第2の軸方向用超電導材を有する第2の軸方向磁気シールドと、
前記第2の軸方向磁気シールドの軸方向に対して直交或いは傾いて配設され、前記第2の軸方向磁気シールドと電気的に接続される横方向用超電導材を有する横方向磁気シールドと、
前記第1の軸方向磁気シールド、第2の軸方向磁気シールド、及び前記横方向磁気シールドを支持する支持体とを有し、
前記第1の軸方向磁気シールドは、前記支持体側に前記第一面が位置するよう構成し、
前記第2の軸方向磁気シールドは、前記横方向磁気シールド側に前記第一面が位置するよう構成したことを特徴とする超電導磁気シールド装置。 A first axial magnetic shield having a first axial superconducting material formed in a ring shape from a tape-shaped superconducting material having a first surface on which a superconductor exists and a second surface on which the superconductor does not exist;
A tape-shaped superconducting material having a first surface on which a superconductor exists and a second surface on which the superconductor does not exist, and a second superconducting material formed in a ring shape; A second axial magnetic shield having a second axial superconducting material disposed at an outer peripheral position of the superconducting material;
A transverse magnetic shield having a superconducting material for transverse direction, which is disposed orthogonally or inclined with respect to the axial direction of the second axial magnetic shield and electrically connected to the second axial magnetic shield;
A support for supporting the first axial magnetic shield, the second axial magnetic shield, and the lateral magnetic shield;
The first axial magnetic shield is configured such that the first surface is located on the support side,
The superconducting magnetic shield device, wherein the second axial magnetic shield is configured such that the first surface is located on the lateral magnetic shield side.
複数の前記第1の軸方向用超電導材を非磁性材料よりなる接続用超電導線材で電気的に接続したことを特徴とする請求項1又は2記載の超電導磁気シールド装置。 A first axial magnetic shield is composed of a plurality of the first axial superconductors,
The superconducting magnetic shield device according to claim 1 or 2, wherein the plurality of first axial superconducting materials are electrically connected by a connecting superconducting wire made of a nonmagnetic material.
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