JP2015025659A

JP2015025659A - Ｎｍｒシステム

Info

Publication number: JP2015025659A
Application number: JP2013141160A
Authority: JP
Inventors: 常広武田; Tsunehiro Takeda
Original assignee: FRONTIER TECHNOLOGY INSTITUTE CO Ltd
Current assignee: FRONTIER TECHNOLOGY INSTITUTE CO Ltd
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: WO2014203826A1; JP6164409B2

Abstract

【課題】ＮＭＲ装置を効率的に冷却する。【解決手段】ＮＭＲ装置１０は、液体ヘリウムを収容するデュワ１２と、デュワ１２内に設置した超電導マグネットと、デュワ１２を取り囲むように配置された熱シールドタンク１６とを有する。コールドチャンバ４０は、高温のヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する冷凍機第１ステージ４２と、極低温のヘリウムガスから液体ヘリウムを生成する冷凍機第２ステージ４４を含む。トランスファーチューブが液体ヘリウムおよびヘリウムガスの輸送を行う。冷凍機第１ステージ４２で得られた低温ヘリウムガスを前記熱シールドタンク１６に輸送する低温ヘリウムガス輸送管と、前記熱シールドタンクにおいて得られる高温ヘリウムガスを冷凍機第１ステージ４２に輸送する高温ヘリウムガス輸送管と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＭＲ装置と、冷凍機を含む、ＮＭＲシステムに関する。

従来、溶液状態の試料を測定対象として、核磁気共鳴を利用したＮＭＲ装置が広く利用されており、測定対象は固体にも広がっている。

このＮＭＲ装置には超電導マグネットが利用され、そのために液体ヘリウムが用いられる。この液体ヘリウムを循環利用可能とすることが重要である。また、現在使用されているＮＭＲ装置は全て液体窒素で熱シールドされており、標準的には週に１回液体窒素を補充する必要があるが、この補充の必要性をなくしたいという要求がある。

本発明者は、下記特許文献に開示されるような、ヘリウムガスの循環使用を可能にするシステムを提案し、脳磁計（ＭＥＧ）や超電導物性試験装置につけて実用化している。

米国特許第６４８８７５３号公報特開２０００−１０４９００号公報特開２０００−１９３３６４号公報特開２００７−３２１８７５号公報

上記特許文献に示されるように、液体ヘリウム容器（デュワ）と冷凍機を別置きにし、液体ヘリウム、ヘリウムガスを適切なトランスファーチューブにより輸送することで、ヘリウムを循環利用して、効率的なヘリウムの利用が可能になる。しかし、このような冷却システムをＮＭＲ装置に適用した場合、ＮＭＲシステムにおいて好適なシステムとしたいという要求がある。同時に、液体窒素の補充の必要性をなくしたいという要求がある。

本発明は、液体ヘリウムを収容するデュワと、デュワ内に設置した超電導マグネットと、デュワを取り囲むように配置された熱シールドタンクとを有し、前記超電導マグネットにより生成される磁界を利用して核磁気共鳴分析を行うＮＭＲ装置と、高温のヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する冷凍機第１ステージと、極低温のヘリウムガスから液体ヘリウムを生成する冷凍機第２ステージを含むコールドチャンバと、前記ＮＭＲ装置と、前記コールドチャンバの間の液体ヘリウムおよびヘリウムガスの輸送を行うトランスファーチューブと、を含むＮＭＲシステムであって、前記デュワ内に挿入され、前記デュワ内の液体ヘリウムの蒸発直後の極低温ヘリウムガスを回収し、トランスファーチューブ（TT）を通過して、前記冷凍機第２ステージに戻す極低温ヘリウムガス輸送管と、前記冷凍機第２ステージで得られた前記液体ヘリウムを前記デュワに輸送する液体ヘリウム輸送管と、前記冷凍機第１ステージで得られた低温ヘリウムガスを前記熱シールドタンクに輸送する低温ヘリウムガス輸送管と、前記熱シールドタンクにおいて得られる昇温したヘリウムガスを冷凍機第１ステージに輸送する昇温ヘリウムガス輸送管と、を有する。

また、１つの実施形態では、前記昇温ヘリウムガス輸送管を、前記トランスファーチューブ内に配置した輸送管を利用して輸送し、前記熱シールドタンクからの昇温したヘリウムガスを前記冷凍機第１ステージにより冷却し、得られた低温ヘリウムガスを熱シールドタンクに供給し、ヘリウムガスの対流によるヒートパイプで冷却を行う。

また、他の実施形態では、前記熱シールドタンクに循環する冷媒として、ヘリウムに代えてネオンを用い、前記低温ヘリウム輸送管に代えて、前記冷凍機第１ステージで得られた液体ネオンを前記熱シールドタンクに輸送する液体ネオン輸送管を用い、前記昇温ヘリウムガス輸送管に代えて、前記熱シールドタンクにおいて蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送するネオンガス輸送管を用い、前記冷凍機第１ステージでネオンガスを液化して得られた液体ネオンを前記熱シールドタンクに供給し、前記熱シールドタンクにおいて液体ネオンを蒸発しその蒸発熱で熱シールドタンクを冷却し、蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送する。

また、さらに他の実施形態では、前記低温ヘリウムガスを前記ＮＭＲ装置の計測プローブに導入し、計測プローブを冷却する。

また、さらに他の実施形態では、前記低温ヘリウムガスを前記冷凍機第２ステージにより冷却し、得られた極低温ヘリウムガスを計測プローブに導入し、計測プローブを冷却する。

本発明によれば、ＮＭＲシステムにおいて、効果的な冷却が行える。

ＮＭＲシステムの概略構成例を示す図である。ＮＭＲシステムの他の概略構成例を示す図である。検出プローブの構成例を示す図である。コールドチャンバの構成を示すシステム構成図である。高真空ＴＴ振動減衰器の構成例を示す図である。高真空ＴＴ振動減衰器の他の構成例を示す図である。磁気流体シールドの構成例を示す図である。システムの構成を示す図である。ヘリウム供給の構成を示す図である。ネオンガスを利用する構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

「システム構成」
図１は、実施形態に係るＮＭＲシステムの概略構成を示す図である。

ＮＭＲ装置１０は、ドーナツ状であってその内部に液体ヘリウムを貯留するデュワ１２を有する。このデュワ１２内には、図示を省略した超電導マグネットが配置される。この例において、超電導マグネットは、円筒形の超電導コイルからなり、ドーナツ状のデュワ１２の内側空間１４に所定の磁場を生起する。

超電導マグネットによって生起される磁場が形成されるデュワ１２の内側空間１４には、検出プローブおよび分析対象となる試料が配置される。また、デュワ１２の外部には、デュワ１２を取り囲むようにして熱シールドタンク１６が配置され、デュワ１２と内側空間１４との間、熱シールドタンク１６とデュワ１２の間、およびＮＭＲ装置のケーシングとの間には真空チャンバ１８が形成されており、デュワ１２を熱シールドしている。

このＮＭＲ装置とは別体として、コールドチャンバ４０が設けられており、このコールドチャンバ４０は、冷凍機第１ステージ４２、冷凍機第２ステージ４４、凝縮器４６を有する。さらに、ガスコントロール部５０が設けられ、ここに２つの循環ポンプ５２，５４が配置されている。

まず、ＮＭＲ装置１０のデュワ１２内の液体ヘリウムの液面近くには、蒸発直後の４Ｋ程度の低温ヘリウムガスを採取する細管が配置され、ここで得られた低温ヘリウムガスが凝縮器４６に供給される。そして、凝縮器４６において得られた４Ｋ程度の液体ヘリウムがデュワ１２に返送される。これによって、デュワ１２内の液体ヘリウムが維持される。

デュワ１２の周囲に配置される熱シールドタンク１６には、冷凍機第１ステージ４２において得られる４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガス（４０ＫＧ）が供給される。従って、デュワ１２の周囲は真空チャンバ１８により真空断熱されると共に、４０ＫＧ程度の熱シールドタンク１６に対向することになり、デュワ１２の対流および輻射による吸熱が抑制されている。この熱シールドタンク１６から排出される温度上昇したヘリウムガスは、ガスコントロール部５０の循環ポンプ５２を介し、３００Ｋ程度のヘリウムガスとして冷凍機第１ステージ４２に送られる。そして、冷凍機第１ステージ４２において、４０Ｋ程度に冷却され、冷却ヘリウムガスとして、熱シールドタンク１６に返送される。

この例において、熱シールドタンク１６は、４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガスが供給され、温度上昇した冷却ヘリウムガスが熱シールドタンク１６の上部から排出される。なお、熱シールドタンク１６内を複数の室に仕切って冷却ヘリウムガスの流れを下側から上側や、内側から外側に流れるように規制してもよい。

また、ＮＭＲ装置１０の内側空間１４には、検出プローブ２０が配置され、この検出プローブ２０にも、４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガスが供給される。ここで、温度上昇したヘリウムガスはガスコントロール部５０の循環ポンプ５４によって、冷凍機第１ステージ４２に供給され、ここで４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガスに冷却されて、検出プローブに循環される。

このようにして、検出プローブが配置される内側空間１４が冷却ヘリウムガスによって冷却されており、検出プローブにおいてノイズを減少してより正確な検出が可能となる。

なお、循環ポンプ５４からのヘリウムガスを、冷凍機第１ステージ４２にて４０Ｋ程度とした後、冷凍機第２ステージ４４により４Ｋ程度のヘリウムガスとし、これを検出プローブ２０に供給してもよい。

また、ヘリウムガスボンベ５６が設けられ、ここからのヘリウムガスがバルブを介し冷凍機第１ステージ４２および凝縮器４６に供給可能となっている。従って、系内のヘリウムが減少したときには、ヘリウムガスボンベ５６からヘリウムガスを供給することでヘリウムの補充ができる。なお、凝縮器４６では、液化する過程で内部の圧力が低下するため、ヒータ等により圧力を適切に維持することが好適である。

さらに、循環ポンプ５２および循環ポンプ５４のヘリウムガス吸引経路にはバッファタンク５８および５９が設けられ、流量調整ができるようになっている。

従来のＮＭＲ装置では、デュワ１２の熱シールドを行うために、液体窒素を用いる場合が多かった。本実施形態のシステムでは、熱シールドタンク１６に４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガスを供給するため、液体窒素の補充などの移送作業を必要とせず、ＮＭＲの使用が容易となり、人件費が低下し、ＮＭＲの使用可能時間を増加することができる。また、冷却ヘリウムガスを用いることによりＮＭＲ装置への輻射熱を小さくして、効果的な冷却が行える。特に、輻射熱は、温度差の４乗に比例するため、熱シールドタンクの温度を７７Ｋから４０Ｋに低下することの効果は非常に大きい。

また、本システムでは、ヘリウムを循環利用するため、液体ヘリウムの補充を不要とすることができる。すなわち、冷凍機の定期保守の際に損失するヘリウムの補充だけで、十分であり、液体ヘリウムの補充は、ヘリウムガスボンベ５６から供給されるヘリウムガスの液化によって行うことができる。

本実施形態において、熱シールドタンク１６へ供給する４０Ｋ程度のヘリウムガス（４０ＫＧ）の循環のため、循環ポンプ５２を用いた。低温で動作する循環ポンプを入手することは困難なため、熱シールドタンク１６で暖められて５０Ｋ程度になったヘリウムガスを一度室温の３００Ｋガスにしてからポンプ循環している。このため、コールドチャンバ４０内の冷凍機第１ステージは３００Ｋガスを４０Ｋガスにするために多くの冷却能力を消費する。

そこで、図２に示す本実施形態では、図９に示すように、熱シールドタンク１６で温められて５０Ｋ程度になったヘリウムガスを真空断熱２重管で回収して接合部３８に導き、さらにトランスファーチューブ９０の中を通してコールドチャンバ４０まで導いて、温度を上げることなく冷凍機第１ステージ４２に供給して冷却し、４０Ｋのガスにして、熱シールドタンク１６に供給する。このようにして、より効果的に熱シールドタンク１６を冷却可能となる。この場合、コールドチャンバ４０内の冷凍機第１ステージ４２には、４０Ｋガスを冷却するための熱交換器が設けられる。そして、冷凍機第１ステージ４２の熱交換器は、熱シールドタンク１６からの５０Ｋ程度のヘリウムが上部から供給され、熱交換により冷却されて比重が重くなり下部に流れて、４０Ｋ程度のヘリウムガスとして熱交換器の底から排出する。これによって、冷凍機第１ステージ４２は、熱シールドタンク１６からの５０Ｋ程度のヘリウムガスを冷却して熱シールドタンク１６に供給するというヘリウムガスの対流を効果的に行うヒートパイプを構成し、これによって効果的な熱交換が達成される。

ここで、ヘリウムガスは、窒素ガス、ネオンガス等とほぼ同等の比較的大きな熱容量を持っているが、蒸発熱は窒素ガス、ネオンガス等と比べて極めて小さい。また、低温ガスと金属等の熱交換は金属同士の伝導伝熱と比べて、効率が悪い。従って、ヘリウムガスを用いてＮＭＲ装置内の熱シールドタンク１６でＮＭＲを熱シールドするためには大量のヘリウムガスを循環させなければならない。

図２に示す、ヘリウムガスの冷却による比重の増加、熱シールドタンク１６内における加熱による比重の減少による自然対流による冷却では、流量がそれほど大きくならない。このため、ＮＭＲ装置１０における熱シールドタンク１６を十分に冷却することは比較的難しい。特に、必要とされる大量のヘリウムガスを低温で循環させるためには、低温で動作し新たな熱を発生しない循環ポンプが必要になるが、現在の技術では困難である。他方、必要なガスを循環するために、図１のようなシステムを組むと、１度室温に昇温してから、再度必要な温度まで冷却するために、大きな冷凍能力が必要となる。

そこで、熱シールドタンク１６の冷却をヘリウムガスで行わず、ネオン（Ｎｅ）ガスで行うことが好適になる。ネオンガスは窒素ガスに比べて液化温度が低いため、熱シールドタンク１６を低温にできるため、熱シールドタンク１６の冷却により効果的である。また、液化温度がヘリウムに比べ高いため、液体にするためにヘリウム程冷却する必要はない。とりわけ、ヘリウムに比べて約２０倍の蒸発熱を効果的な冷却に利用可能である。

ここで、ネオンガスは大気圧において約２７Ｋで液化するが、蒸気圧が上昇すると液化温度が上昇し、液化温度が上昇すると、現在のＧＭ冷凍機では液化能力が増大するという特性がある。そこで、ネオンを６気圧程度の蒸気圧で、約３４Ｋ程度で液化してＮＭＲ装置１０内の熱シールドタンク１６に貯留し、熱シールドタンク１６内で蒸発させることで、オープンループ型ヒートパイプを構成して、効率的に熱シールドタンク１６を冷却することができる。

図１０に、液体ヘリウム、液体ネオンの循環系について、模式的に示してある。このように、冷凍機第２ステージ４４により冷却される凝縮器４６からデュワ１２へ４Ｋ程度の液体ヘリウムを供給し、デュワ１２内で得られた４Ｋ程度のヘリウムガスを凝縮器に循環することについては、上述した通りである。一方、デュワ１２を、真空チャンバ１８を介し取り囲むように配置されている熱シールドタンク１６には、冷凍機第１ステージ４２において、３４Ｋ程度に冷却液化された液体ネオンが供給される。また、熱シールドタンク１６内で蒸発した３４Ｋ程度のネオンガスが冷凍機第１ステージ４２に循環される。なお、この循環系には、ネオンボンベ９２からの高圧のネオンガスを供給できるようになっており、これによって熱シールドタンク１６内を含めたネオンガスの圧力を６気圧程度に維持している。

ここで、一実施形態としてはオープンループ型ヒートパイプを示したが、太い管で冷凍機第１ステージ４２の冷却部と熱シールドタンク１６を結合した通常のヒートパイプでも実施可能である。また、液化圧および温度も状況に応じて必要な変更を加えることも可能である。

本実施形態では、１台のＧＭ冷凍機を使用したが、ＮＭＲ装置１０の熱シールドの負荷が大きいときには２台以上の冷凍機を用いてもかまわない。その場合、蒸発熱の大きなネオンを液化するために、追加した冷凍機第１ステージを使うことも好適である。

また、液体ネオンの冷凍機第１ステージ４２から熱シールドタンク１６への輸送管、熱シールドタンク１６から冷凍機第１ステージ４２への輸送管は、ヘリウムガスの輸送管と同様にして、トランスファーチューブ９０内に収容される。

「システム構成例」
図８は、システムの外観模式図である。このように、ＮＭＲ装置１０とコールドチャンバ４０に両端が接続されるトランスファーチューブ９０が設けられ、この途中に高真空ＴＴ振動減衰器６０が配置される。

図９には、ＮＭＲ装置１０内へのヒートパイプ方式におけるヘリウムの供給について示す。コールドチャンバ４０とＮＭＲ装置１０との４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガス、４Ｋ程度の低温ヘリウムガス、および４Ｋ程度の液体ヘリウムの輸送管はトランスファーチューブ９０内に収容されている。トランスファーチューブ９０は内部が真空に保たれているが、液体ヘリウムの輸送管を最も内側に配置し、温度の高いヘリウムガスの輸送管ほど外側に配置した多重管をトランスファーチューブ９０内に配置したものが好適である。

トランスファーチューブ９０の一端側は、各輸送管に分離された後、コールドチャンバ４０内の冷凍機第１ステージ４２、凝縮器４６に接続される。なお、トランスファーチューブ９０内の真空チャンバ内の熱シールドは、冷凍機第１ステージ４２からの輸送管に接続される。トランスファーチューブ９０の中間部には、高真空ＴＴ振動減衰器６０が配置され、トランスファーチューブ９０の他端は、ＮＭＲ装置１０の上部に配置された接合部３８に接続され、ここにおいて、各輸送管が分離される。

さらに熱シールドタンク１６から排出される５０Ｋ程度のヘリウムガスは断熱２重管で接合部３８に導かれて、トランスファーチューブ９０内の輸送管で輸送される。

熱シールドタンク１６に４０Ｋ程度のヘリウムガスを供給する配管は、熱シールドタンク１６の底部で開口し、熱シールドタンク１６から５０Ｋ程度のヘリウムガスを排出する配管は、熱シールドタンク１６の上部で開口している。これら２つの配管は、真空チャンバを外側に配置した断熱２重管のフレキシブル管から構成されている。また、デュワ１２への４Ｋ程度の液体ヘリウムの供給管と、デュワ１２からの４Ｋ程度のヘリウムガスの排出管は、断熱２重管によって真空断熱されてデュワ１２に接続される。

「検出プローブ」
次に、検出プローブ２０について、図３に基づいて説明する。検出プローブ２０は、内側空間１４内に配置される。内側空間１４が図１，２における縦方向の細長空間であり、検出プローブ２０も内側空間１４に、配置される。検出プローブ２０は、試料管３０中の試料に対し、高周波磁場を印加して、試料からのＮＭＲ信号を高周波磁界として検出する。

検出プローブ２０は全体として円筒型で、中央部分に試料用空間２２を有しており、この試料用空間２２に上部から試料管３０が挿入される。試料用空間２２の周囲には、コイル２４が巻かれており、このコイル２４により、高周波磁場の印加と、ＮＭＲ信号の検出を行う。

また、この例では、検出プローブ２０の内部にコイル２４を固定するフレームが熱交換器２６となっており、ここに例えば４０Ｋの低温ヘリウムガス（４０ＫＧ）が供給され、コイル２４が冷却されている。

さらに、検出プローブ２０の内部が真空チャンバ２８となっており、コイル２４などが真空断熱されている。なお、この例では、真空チャンバ２８内のコイル２４の外側に、自己遮蔽型の磁場勾配コイル３２が配置されている。

このように、本実施形態の検出プローブ２０では、検出プローブ２０が熱交換器２６に導入される低温ヘリウムガスによって冷却されることで熱雑音が減少し試料の検出精度が上昇する。

なお、この例では、検出プローブ２０に４０Ｋ程度の冷却ヘリウムガスを供給して冷却したが、図４において破線で示したように、コールドチャンバ４０の冷凍機第２ステージ４４において、得られる４Ｋ程度の低温ヘリウムガスを検出プローブ２０に供給してもよい。この場合、図１において破線で示したように、冷凍機第２ステージ４４からの４Ｋ程度の低温ガスを検出プローブ２０に供給すればよい。このように、低温ヘリウムガスを供給することで、検出プローブ２０の温度をより低くすることができ、計測ノイズをより低減できる。

「コールドチャンバ」
コールドチャンバ４０について、図４に基づいて説明する。コールドチャンバ４０は、真空容器となっており、ＧＭ冷凍機の冷凍機第１ステージ４２と、冷凍機第２ステージ４４と、凝縮器４６を含む。冷凍機第１ステージ４２は、３００Ｋ程度のヘリウムガスを４０Ｋ程度のヘリウムガスに冷却し、冷凍機第２ステージ４４は、４０Ｋ程度のヘリウムガスを４Ｋ程度まで冷却する。そして、冷凍機第２ステージ４４により冷却される凝縮器４６において、４Ｋのヘリウムガスが４Ｋの液体ヘリウム（４ＫＬ）に液化される。

上述したように、デュワ１２内の液体ヘリウム液面近傍の４Ｋ程度の低温ヘリウムガスは直接凝縮器４６に吸引され、ここで液化される。

循環ポンプ５２からのヘリウムガスと循環ポンプ５４からのヘリウムガスは冷凍機第１ステージ４２で４０Ｋ程度に冷却される。循環ポンプ５４からのヘリウムガスは、冷凍機第１ステージ４２で冷却された後、冷凍機第２ステージ４４で４Ｋ程度まで冷却されてもよい。

「トランスファーチューブ」
上述のように、本実施形態では、ＮＭＲ装置１０とコールドチャンバ４０、ガスコントロール部５０を別体として設置する。

トランスファーチューブは、一番内側に液体ヘリウムの輸送管、次に４Ｋ程度の低温ヘリウムガスの輸送管、その次に４０Ｋ程度の冷却ガスの輸送管を配置する多重管構造とすることが好ましいが、必ずしもこれに限定されない。最外管の内側は真空として、熱シールド管を配置し、その内側に各種輸送管を配置することが好ましい。

そして、図５には、振動伝達抑止用の高真空ＴＴ振動減衰器６０の構成を示してある。コールドチャンバ４０内の冷凍機は、ポンプを利用して断熱膨張を繰り返すなどの動作を行うため、ここに振動が発生することが避けられない。本実施形態では、コールドチャンバ４０をＮＭＲ装置１０とは、別置きとしており、冷凍機の振動がＮＭＲ装置１０に伝わりにくくしている。しかしながら、ＮＭＲ装置１０と、コールドチャンバ４０は、トランスファーチューブで接続されており、このトランスファーチューブを介し、冷凍機の振動がＮＭＲ装置に伝わる。この振動は、ＮＭＲ装置における分析、検出に悪影響を及ぼす。

そこで、本実施形態では、トランスファーチューブの途中に高真空ＴＴ振動減衰器６０を配置することで振動の伝達を抑止する。特に、トランスファーチューブの外側管は両端がコールドチャンバ４０およびＮＭＲ装置１０に密着して固定されており、ここを伝わる振動を防止することが重要である。

熱シールド管６２内には、複数のヘリウム輸送管が配置される。そして、熱シールド管６２を取り囲んで、外側パイプ６４を配置し、この外側パイプ６４の内部は真空に維持される。ここで、図における右側の外側パイプ６４ａ、左側の外側パイプ６４ｂは、それぞれ高真空ＴＴ振動減衰器６０に接続されて終端している。

高真空ＴＴ振動減衰器６０は、内管６６と外管６８が入れ子構造で接続される構造を有している。すなわち、外側パイプ６４ａの端部は、内管６６に例えば溶接で固定されており、外側パイプ６４ｂの端部は、外管６８に例えば溶接で固定されており、内管６６が外管６８の内側に同心状に配置されている。

また、この例では、内管６６の２箇所には、円環状の凹み７０が設けられ、ここにＯリング７２が挿入されている。従って、内管６６の外周面と、外管６８の内周面の隙間はＯリングで２段階でシールされており、これによって外側パイプ６４内の真空状態が維持される。

また、内管６６の右側端と、外管６８の右側端には、外側に伸びるフランジ７４，７６が形成されており、フランジ７４の左側面と、フランジ７６の右側面が対向配置されている。そして、この例では、両フランジ７４，７６の間には、衝撃吸収材７８が配置されている。衝撃吸収材７８は、振動を吸収するものであり、例えばシリコーンを主原料とした柔らかなゲル状の素材、αＧＥＬ（商品名）などを含んで構成されることが好適である。この衝撃吸収材７８を配置することで、振動の伝達を抑制するとともに、気密性も上昇する。

なお、両フランジ７４，７６をそれぞれ別々にフレームなどに固定してもよい。このような構成によって衝撃吸収材７８を除けば、接触が減少するため、振動伝達性はさらに低くなる。

衝撃吸収材７８は、リング状に設けることが好適であるが、気密性を向上させるためには、リング状の衝撃吸収材７８を同心円状に複数個設けるとよい。

このように、本実施形態では、内管６６と、外管６８を入れ子構造とし内管６６の外周面と外管６８の内周面をＯリング７２で接続する構造とした。なお、内管６６の外周面と外管６８の内周面の間には間隙があり、Ｏリング７２の外周面が外管６８の内周面に接触することで、内管６６が外管６８を支持している。また、フランジ７４，７６の接続部にも衝撃吸収材７８を配置している。従って、外側パイプ６４ａ，６４ｂ（内管６６、外管６８）は、Ｏリング７２、衝撃吸収材７８を介し接続されることになり、一方に接続される冷凍機の振動が、他方に接続されるＮＭＲ装置１０に伝達されるのを効果的に防止することができる。

図６には、Ｏリング７２に代えて、磁性流体シール８０を用いた例を示してある。この例では、円環状に磁性流体を配置することで、内管６６の外周面と外管６８の内周面の間には間隙をシールしている。磁性流体シール８０は、図７に示すように、適当数の軸方向に配置した磁石８２とその両側に接続される円環状の磁性体片８４ａ，８４ｂ有し、磁性体片８４ａ，８４ｂの先端に磁性流体８６を保持するものである。このような磁性流体シール８０によっても内管６６と外管６８の間をシールすることができる。なお、円環状の磁石を用いてもよい。

１０ＮＭＲ装置、１２デュワ、１４内側空間、１６熱シールドタンク、２０検出プローブ、２４コイル、２６熱交換器、３０試料管、４０コールドチャンバ、４２冷凍機第１ステージ、４４冷凍機第２ステージ、４６凝縮器、５０ガスコントロール部、５２，５４循環ポンプ、６０高真空ＴＴ振動減衰器、６２熱シールド管、６４ａ，６４ｂ（６４）外側パイプ、６６内管、６８外管、７２Ｏリング、７４，７６フランジ、７８衝撃吸収材、８０磁性流体シール、８２磁石、８４ａ，８４ｂ磁性体片、８６磁性流体、９０トランスファーチューブ。

Claims

液体ヘリウムを収容するデュワと、デュワ内に設置した超電導マグネットと、デュワを取り囲むように配置された熱シールドタンクとを有し、前記超電導マグネットにより生成される磁界を利用して核磁気共鳴分析を行うＮＭＲ装置と、
高温のヘリウムガスから低温ヘリウムガスを生成する冷凍機第１ステージと、極低温のヘリウムガスから液体ヘリウムを生成する冷凍機第２ステージを含むコールドチャンバと、
前記ＮＭＲ装置と、前記コールドチャンバの間の液体ヘリウムおよびヘリウムガスの輸送を行うトランスファーチューブと、
を含むＮＭＲシステムであって、
前記デュワ内に挿入され、前記デュワ内の液体ヘリウムの蒸発直後の極低温ヘリウムガスを回収し、トランスファーチューブ（TT）を通過して、前記冷凍機第２ステージに戻す極低温ヘリウムガス輸送管と、
前記冷凍機第２ステージで得られた前記液体ヘリウムを前記デュワに輸送する液体ヘリウム輸送管と、
前記冷凍機第１ステージで得られた低温ヘリウムガスを前記熱シールドタンクに輸送する低温ヘリウムガス輸送管と、
前記熱シールドタンクにおいて得られる昇温したヘリウムガスを冷凍機第１ステージに輸送する昇温ヘリウムガス輸送管と、
を有することを特徴とした、ＮＭＲシステム。
請求項１に記載のＮＭＲシステムにおいて、
前記昇温ヘリウムガス輸送管を、前記トランスファーチューブ内に配置した輸送管を利用して輸送し、前記熱シールドタンクからの昇温したヘリウムガスを前記冷凍機第１ステージにより冷却し、得られた低温ヘリウムガスを熱シールドタンクに供給し、ヘリウムガスの対流によるヒートパイプで冷却を行う、ＮＭＲシステム。
請求項２に記載のＮＭＲシステムにおいて、
前記熱シールドタンクに循環する冷媒として、ヘリウムに代えてネオンを用い、
前記低温ヘリウム輸送管に代えて、前記冷凍機第１ステージで得られた液体ネオンを前記熱シールドタンクに輸送する液体ネオン輸送管を用い、
前記昇温ヘリウムガス輸送管に代えて、前記熱シールドタンクにおいて蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送するネオンガス輸送管を用い、
前記冷凍機第１ステージでネオンガスを液化して得られた液体ネオンを前記熱シールドタンクに供給し、前記熱シールドタンクにおいて液体ネオンを蒸発しその蒸発熱で熱シールドタンクを冷却し、蒸発したネオンガスを冷凍機第１ステージに輸送する、ＮＭＲシステム。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のＮＭＲシステムにおいて、
前記低温ヘリウムガスを前記ＮＭＲ装置の計測プローブに導入し、計測プローブを冷却するＮＭＲシステム。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のＮＭＲシステムにおいて、
前記低温ヘリウムガスを前記冷凍機第２ステージにより冷却し、得られた極低温ヘリウムガスを計測プローブに導入し、計測プローブを冷却するＮＭＲシステム。