JP2016029362A - ガスセルおよび磁気測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主室の壁面に液体または固体のアルカリ金属が付着することを抑制する。
【解決手段】ガスセル（１２）は、セル本体（１２５、１２７）と、セル本体において主室（１２１）となる内部空間を規定する第１壁部（１２５）と、アルカリ金属を溜める副室と、セル本体において主室（１２１）と繋がった副室（１２２）を規定する第２壁部（１２６）と、第１壁部（１２５）を覆い、アルカリ金属を気化させるためのヒーター（１７）と、セル本体（１２５、１２７）において主室（１２１）と繋がった副室（１２２）を規定する第２壁部（１２６）と、第１壁部（１２５）を覆うヒーター（１７）とを有する。ここで、第２壁部（１２６）は、第１壁部（１２５）よりも厚い。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスセルおよび磁気測定装置に関する。

高齢化時代に突入し、循環器系疾患の検査は、年々重要度が増してきている。例えば心臓の状態を測定する手法として、現在は、主に心電計やカテーテルが普及している。しかし心電計は、心筋から発生する電気信号以外に体表層の筋肉から発生する電気信号も検出してしまい、精度が良くないという問題がある。カテーテルは、被験者への負荷が非常に大きいという問題がある。

このような問題に対処するため、心臓から生じる磁場を測定することにより、心臓の状態を示す情報を得る技術が知られている。例えば、特許文献１および２は、光ポンピング方式の磁場測定装置を開示している。

特開２００９−２３６５９９号公報 特開２００５−１７０２９８号公報

光ポンピング方式の磁場測定装置の感度を上げる方法の一つに、セルに封入されるアルカリ金属ガスの原子密度を高くすることが挙げられる。この場合において、アルカリ金属の供給源としてアルカリ金属固体を封入した副室が設けられることがある。このとき、副室が加熱されると、副室内のアルカリ金属が液化して主室に流れ出てしまうことがある。液状のアルカリ金属が主室に流れ込むと、磁場の測定に悪影響を及ぼす。また、主室に封入されたアルカリ金属ガスが主室の壁面において固化してしまった場合も同様の悪影響がある。

これに対し本発明は、主室の壁面に液体または固体のアルカリ金属が付着することを抑制する技術を提供する。

本発明は、第１壁部の第１面により内部空間を規定される第１室と、第２壁部の第１面により規定され、前記第１室と繋がる第２室と、前記第１壁部の前記第１面とは異なる第２面に沿って設けられたヒーターと、を有し、前記第２壁部の前記第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、の間の距離は、前記第１壁部の前記第１面と、前記第２面と、の間の距離よりも大きい、ガスセルを提供する。

このガスセルによれば、第１室の壁面に液体または固体のアルカリ金属が付着することを抑制することができる。

前記第２壁部の熱容量は、前記第１壁部の熱容量よりも大きくてもよい。

前記第２壁部は、前記第１壁部と同じ構造材で形成された第１部分と、前記第１部分の他の面の少なくとも一部に設けられ、金属で形成された第２部分と、を有してもよい。

前記第２壁部の前記第１面の表面積の前記第２室の体積に対する比率は、前記第１壁部の前記第１面の表面積の前記第１室の体積に対する比率よりも大きくてもよい。

本発明は、セル本体と、前記セル本体において主室となる内部空間を規定する第１壁部と、アルカリ金属を溜める副室と、前記セル本体において前記主室と繋がった前記副室を規定する第２壁部と、前記第１壁部を覆い、前記アルカリ金属を気化させるためのヒーターとを有し、前記第２壁部は、前記第１壁部よりも厚いガスセルを提供する。

このガスセルによれば、主室の壁面に液体または固体のアルカリ金属が付着することを抑制することができる。

前記第２壁部の熱容量が前記第１壁部の熱容量よりも高くてもよい。

このガスセルによれば、第２壁部の熱伝導率が第１壁部の熱伝導率以下である場合と比較して、主室の壁面に液体または固体のアルカリ金属が付着することを抑制することができる。

前記第２壁部は、前記第１壁部と同じ構造材で形成された第１部分と、前記第１部分の外表面の少なくとも一部に設けられ、金属で形成された第２部分とを有してもよい。

このガスセルによれば、より簡単に製造することができる。

前記第２壁部の表面積の前記副室の体積に対する比率は、前記第１壁部の表面積の前記主室の体積に対する比率よりも大きくてもよい。

このガスセルによれば、副室の体積に対する第２壁部の表面積の比率が、主室の体積に対する第１壁部の表面積の比率以下である場合と比較して、主室の壁面に液体または固体のアルカリ金属が付着することを抑制することができる。

また、本発明は、上記いずれかのガスセルと、前記ガスセルに光を出射する光源と、前記ガスセルを通過した光を検出する検出器とを有し、前記気化されたアルカリ金属は、磁場強度に応じて光の偏光面方位を変化させる磁気測定装置を提供する。

この磁気測定装置によれば、主室の壁面に液体または固体のアルカリ金属が付着することを抑制することができる。

一実施形態に係る磁場測定装置１の構成を示す図。 磁場測定装置１における磁場の測定原理を示す図。 ガスセル１２の断面構造を示す模式図。 比較例に係るガスセル９２の断面構造を示す模式図。 ガスセル１２の構造例１に係る構造を示す模式図。 ガスセル１２の構造例２に係る構造を示す模式図。 ガスセル１２の構造例３に係る構造を示す模式図。 ガスセル１２の構造例４に係る構造を示す模式図。 ガスセルアレイの構造例を示す模式図。

１．構成１−１．磁場測定装置
図１は、一実施形態に係る磁場測定装置１の構成を示す図である。磁場測定装置１は、光ポンピング方式により磁場を測定する装置、すなわち、ポンプ光により励起状態になりスピン偏極が生じたアルカリ金属原子に照射されるプローブ光の偏光面の回転角から磁場を測定する装置である。この例で、磁場測定装置１は、１本の光がポンプ光およびプローブ光を兼ねる、いわゆるワンビーム方式の測定装置である。磁場測定装置１は、光照射部１１と、ガスセル１２と、偏光分離器１３と、受光部１４と、信号処理部１５と、表示部１６と、ヒーター１７と、制御部１８とを有する。

光照射部１１は、ポンプ光およびプローブ光を兼ねる光を出力する。光照射部１１は、光源１１１と、変換部１１２とを有する。光源１１１は、レーザー光を発生させる装置であり、例えばレーザーダイオードおよびその駆動回路を有する。このレーザー光の周波数は、ガスセル１２に封入された原子の超微細構造準位の遷移に対応した周波数である（詳細は後述）。変換部１１２は、光源１１１から出力されたレーザー光の直線偏光の方向を、所定の方向に変換する。変換部１１２により偏光方向が変換されたレーザー光は、例えば光ファイバー（図示略）等の導光部材を介してガスセル１２に照射される。なお、導光部材を介さず直接、光照射部１１からガスセル１２に光を照射してもよいが、導光部材を用いると光照射部１１の大きさや配置などの制約が少なくなる。

ガスセル１２は、アルカリ金属（例えば、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）など）原子が内部に封入されたセルである。ガスセル１２は、光透過性を有し、封入されるアルカリ金属と反応せず、かつアルカリ金属原子を透過しない材料、例えば石英ガラスまたはホウケイ酸ガラス等により形成される。ガスセル１２の構造の詳細は後述する。ガスセル１２を透過した光は、導光部材により偏光分離器１３に導かれる。なお、ガスセル１２の材質はガラスに限られず、前述の要件を満たすものであればよく、例えば樹脂であってもよい。また、ガスセル１２を透過した光は、導光部材を介さずに直接、偏光分離器１３に導かれてもよい。

偏光分離器１３は、ガスセル１２を透過した光を、第１方向の偏光およびそれと直交する第２方向の偏光に分離する。第１方向は、変換部１１２による変換後の偏光方向と４５°の方向となり、第２方向は、第１方向と垂直な方向となるように偏光分離器１３を光の透過する方向を軸として４５°回転させて設置する。これによりガスセル１２を透過した光は、セル内に磁場が存在しない時は、第１方向の偏光成分とそれと直交する第２方向の偏光成分が等しいレベルで分離される。なお偏光分離器１３の設置は、ガスセル１２を透過した光の偏光との角度により４通りが考えられるが、どの設置でも構わない。

受光部１４は、第１方向および第２方向の偏光を受光し、受光した光量に応じた信号を信号処理部１５に出力する。受光部１４は受光素子１４１および受光素子１４２を有する。受光素子１４１は第１方向の偏光を、受光素子１４２は第２方向の偏光を、それぞれ受光する。受光素子１４１および受光素子１４２は、共にレーザー光の波長に感度を有し、それぞれ受光した光量に応じた信号を生成し、信号処理部１５に供給する。

信号処理部１５は、測定軸における磁場に関する磁場の大きさを測定する。ガスセル１２の透過前後における偏光面の回転角は、ガスセル１２における磁場に依存している。信号処理部１５は、まず、受光素子１４１および受光素子１４２からの信号を用いて偏光面の回転角を計算し、次に、この回転角から磁場の大きさを計算する。具体的には、第１方向の偏光と第２方向の偏光の光電流の差をとり、その差により磁場の向きと強さが計算される。この方法によれば、磁場の向きも測定することが出来る。例えば、差を第１方向の偏光の光電流から第２方向の偏光の光電流を引いた値と符号を考える。ここで光の透過する向きの磁場が存在した時、前述の偏光分離器１３の角度を、ガスセル１２を透過した光の偏光が回転し、第１方向の偏光の光電流が増して第２方向の偏光の光電流が減じる設置としたとき、差の符号は、プラスとなる。この設置で、光の透過する向きと逆の磁場が存在した時、ガスセル１２を透過した光の偏光が回転し、第１方向の偏光の光電流が減じて第２方向の偏光の光電流が増すことになり、差の符号は、マイナスになる。このように差の符号により磁場の向きが分かる。なお符号が、プラスまたはマイナスのどちらにおいても、差の絶対値が、磁場の大きさとなる。

表示部１６は、信号処理部１５により計算された磁場の大きさを示す情報を表示する。表示部１６は、液晶ディスプレイなどの表示装置を有する。

ヒーター１７は、ガスセル１２を加熱する。ヒーター１７は、非磁性で、かつ熱伝導率が高い材料（例えば、セラミック、炭化シリコン、またはグラファイト）で形成されることが好ましい。ガスセル１２を加熱する詳細な理由は後述するが、ガスセル１２内のアルカリ金属の原子密度を高めるため、およびガスセル１２の内壁面にアルカリ金属の液体または固体が付着することを防止するためである。

制御部１８は、磁場測定装置１の各部を制御する。制御部１８は、ＣＰＵ等の処理装置およびメモリーを有する。図示は省略したが、磁場測定装置１はさらに、キーボードやタッチスクリーン等の入力装置を有してもよい。

１−２．測定原理
図２は、磁場測定装置１における磁場の測定原理を示す図である。ここではアルカリ金属としてセシウムが用いられる例を説明する。ガスセル１２に封入されたセシウム原子にポンプ光が照射されると、セシウム原子が励起（光ポンピング）される。詳細には以下のとおりである。この例で、光照射部１１から出力される光は、セシウムの超微細構造量子数をＦ＝３の基底状態からＦ’＝４の励起状態に励起させる波長を有し、ｙ軸方向（Ｄ０方向）に振動する電場を有する直線偏光である。ポンプ光によりセシウムの最外殻電子が励起（光ポンピング）され、セシウム原子の角運動量（より正確にはスピン角運動量）は、ポンプ光の電場に沿って偏った分布Ｒ１を有する。いまポンプ光の電場の振動方向Ｄ０がｙ軸方向なので、角運動量は、図２（ａ）に示されるように主にｙ軸正方向および負方向に偏って分布している。すなわち、光ポンピングされたセシウム原子は、ｙ軸正方向および負方向という反平行の２つの角運動量を有する。ここでは、角運動量の分布に生じた異方性を「アライメント」といい、角運動量に異方性分布を生じさせることを「アライメントを形成する」という。別の言い方をすると、アライメントを形成することは、磁化させることと同じである。

図２（ｂ）は、歳差運動における角運動量の存在確率分布を示す図である。ここでは、光ポンピングにより図２（ａ）の状態のアライメントが形成された状態で、ｘ軸方向に静磁場Ｂが印加された例を説明する。磁場Ｂは、例えば、被測定物から発生する磁場である。静磁場Ｂおよびアライメントの作用により、セシウム原子は、ｘ軸（静磁場Ｂの方向）を回転軸として時計回りの回転力を受ける。この回転力により、セシウム原子はｙｚ平面内で回転する。これが歳差運動である。セシウム原子が回転するということは、アライメントが回転するということである。ここでは、磁場が印加されていない状態でのアライメントを基準としたアライメントの回転角をαと表す。単一の原子についてみると、ポンピングにより生じた角運動量の偏り（励起状態）は時間の経過とともに減少、すなわちアライメントは緩和する。レーザービームはＣＷ光であるので、アライメントの形成と緩和は、同時平行的かつ連続的に繰り返される。その結果、原子の集団全体としてみれば、定常的な（時間平均的な）アライメントが形成される。図２（ａ）の分布Ｒ１は、定常的なアライメントを表している。アライメントの回転角αと角運動量の大きさは、歳差運動の周波数（ラーモア周波数）と、複数の要因で決まる緩和速度とに依存する。

定常的アライメントにより、レーザービームは線形二色性の作用を受ける。アライメントの方向は透過軸であり、この方向の偏光成分は主に透過される。アライメントの方向と垂直な方向は吸収軸であり、この方向の偏光成分は主に吸収される。すなわち、透過軸および吸収軸における光の振幅透過係数をｔ‖およびｔ⊥と表すと、ｔ‖＞ｔ⊥である。入射光の電場Ｅｉの透過軸成分および吸収軸成分は、ＥｉｃｏｓαおよびＥｉｓｉｎαである。ガスセル１２を透過した後（セシウム原子と相互作用した後）の電場Ｅｏの透過軸成分および吸収軸成分は、ｔ‖Ｅｉｃｏｓαおよびｔ⊥Ｅｉｓｉｎαである。ｔ‖＞ｔ⊥であるから、電場ベクトルＥｏは、電場ベクトルＥｉを基準として回転している。すなわち、レーザー光の偏光面は回転する。この回転角をφと表す。回転後の電場の振動方向はＤ１方向である。なお、図３において回転角φは図示していない。

なお、より正確には、角運動量がレーザー光の伝播方向に偏る現象（アライメント−オリエンテーション変換、Alignment Orientation Conversion、ＡＯＣ）が生じ、その結果として、円複屈折による偏光面の回転（ファラデー効果）が起こるが、ここではこの現象は無視して説明する。

ガスセル１２を透過して偏光面が回転したレーザー光は、偏光分離器１３により２つの偏光成分に分離される。この例で、これら２つの偏光成分は、第１検出軸および第２検出軸の２つの軸に沿った成分に分離される。受光素子１４１および受光素子１４２は、それぞれ第１検出軸および第２検出軸に沿った成分の光量を検出する。偏光面の回転がない場合（φ＝０）は、２つの受光素子は、等しい出力値を示す。受光素子１４１および受光素子１４２に入射するレーザー光の光量の差は、偏光面の回転角φの関数である。受光素子１４１および受光素子１４２の出力信号の差を取ることにより、回転角φの情報が得られる。回転角φは、磁場Ｂの関数である（例えば、D. Budker et al., “Resonant nonlinear magneto-optical effects in atoms”, Rev. Mod. Phys., 74, 1153-1201 (2002)の数式（２）を参照。数式（２）は線形光学回転に関するものであるが、非線形光学回転の場合も同様の式を用いることができる）。すなわち、回転角φから、磁場Ｂの情報が得られる。

光ポンピング方式の磁場測定装置１は高感度であり、例えば、１ｐＴ／√Ｈｚ以下の信号も検出可能である。この磁場測定装置１によれば、心臓や脳など生体由来の、非常に微弱な磁場を測定することができる。

なおここでは磁場測定装置１がワンビーム方式の装置である例を説明したが、磁場測定装置は、ツービーム方式すなわちポンプ光とプローブ光とがそれぞれ別個のレーザー光である方式の装置であってもよい。

１−３．ガスセルの構造
図３は、ガスセル１２の断面構造を示す模式図である。この断面は、ｙｚ平面に平行である。すなわちレーザー光は、図の左から右に向かって進行する。ガスセル１２の本体は、光透過性を有し、封入されるアルカリ金属と反応せず、かつアルカリ金属原子を透過しない材料、例えば石英ガラスまたはホウケイ酸ガラス等により形成される。ガスセル１２は、本体の内壁により規定される内部空間である主室１２１（「第１室」と称することもある。）および副室１２２（「第２室」と称することもある。）を有する。

ガスセル１２の構造の概要は以下のとおりである。主室（第１室）１２１は気体状態のアルカリ金属（以下「アルカリ金属ガス」という）が充填される空間である。副室（第２室）１２２は、固体または液体状態のアルカリ金属を溜めるための空間である。主室１２１と副室１２２とは連通している。ガスセル１２の製造時、副室１２２には固体状態のアルカリ金属が挿入される。ガスセル１２の内部空間（主室１２１および副室１２２）は減圧下で封止される。磁場測定装置１の使用時すなわちガスセル１２の使用時、ガスセル１２は加熱される。ガスセル１２が加熱されると、副室１２２内の液体または固体状態のアルカリ金属は気化し、アルカリ金属ガスとなる。アルカリ金属ガスは副室１２２から主室１２１に拡散し、主室１２１内にアルカリ金属ガスが充填される。磁場測定装置１の使用が停止されると、ガスセル１２の加熱は停止される。加熱が停止されるとガスセル１２は冷却される。このとき、内部空間（主室１２１および副室１２２）にあるアルカリ金属ガスは液化または固化し、内壁面に付着する。測定への悪影響を低減する観点から、ガスセル１２の加熱時および冷却時、すなわち磁場測定装置１の使用時および非使用時には、液体または固体状態のアルカリ金属が主室１２１の内壁に付着しないことが望ましい。すなわち、液体または固体状態のアルカリ金属は、主室１２１ではなく副室１２２の内壁に付着することが望ましい。液体または固体状態のアルカリ金属を主室１２１ではなく副室１２２の内壁に付着させるため、副室１２２を主室１２１よりも低温にすることが望ましい。以下、そのためのガスセル１２の構造の詳細について説明する。

主室（第１室）１２１は、ガスセル１２がセンシング素子としての機能を発揮するための空間、すなわちアルカリ金属ガスが封入された空間である。副室（第２室）１２２は、アルカリ金属溜まりとして機能する空間である。主室１２１に封入されたアルカリ金属ガスは、低温になると凝固する。このとき、凝固したアルカリ金属が主室１２１の壁面に付着すると、ポンプ光またはプローブ光の妨げとなり、測定に支障が出てしまう。アルカリ金属溜まりすなわち副室１２２は、測定に支障が出ないようにアルカリ金属を溜める空間、すなわち、アルカリ金属の供給源となる空間である。なお、図では副室１２２を誇張して大きく描いているが、主室の圧力に与える影響を低減するため、副室１２２は主室１２１よりも十分小さい（例えば体積が１／１００以下）ことが好ましい。

主室１２１の内壁の少なくとも一部には、コーティング層１２１１が形成されている。コーティング層１２１１は、スピン偏極の緩和を防止する目的で設けられる。コーティング層１２１１は、直鎖状の分子構造を有する炭化水素、例えばパラフィンにより形成される。

主室１２１と副室１２２とは、通気孔１２３で連結されている。主室１２１内の圧力分布を一定に近づけるために、通気孔１２３の径および長さは、例えばアルカリ金属ガスの平均自由行程よりも小さいことが好ましい。

通気孔１２３と接続されている部分を除けば、主室１２１および副室１２２は、いずれも直方体の形状を有している。一例として、主室１２１は、２ｃｍ×２ｃｍ×２ｃｍの立方体である。通気孔１２３の内周は直径０．５ｍｍの円である。副室１２２は、１ｍｍ×１ｍｍ×５ｍｍの直方体である。

ガスセル１２は、全体として直方体の形状を有している。すなわち、ガスセル１２を構成する壁面のうち、主室１２１を規定する部分（以下、壁部１２５という）と副室１２２を規定する部分（以下、壁部１２６という）は、その厚さ（肉厚）が異なっている。図３の例では、壁部１２５の厚さはｔ１であり、壁部１２６の厚さはｔ２である。壁部１２６は壁部１２５よりも厚く、すなわちｔ２＞ｔ１である。なお、ガスセル１２を構成する壁面のうち通気孔１２３を規定する部分を、壁部１２７という。

なお、ガスセル１２のうち、壁部１２５および壁部１２７により構成される部分を「セル本体」という。図３の例ではガスセル１２の外観は直方体であり、セル本体と壁部１２６とは一体化されている。なお「一体化されている」とは、単一の部材で形成されているものだけでなく、それぞれ別の部材を接合することにより一体としたものも含む。

なお、壁部１２５は、主室１２１を規定する壁面のうち、副室１２２との間に挟まれた部分を除いた部分、すなわちこの例では、主室１２１の上面部分を除いた壁面である。同様に、壁部１２６は、副室１２２を規定する壁面のうち、主室１２１との間に挟まれた部分を除いた部分、すなわちこの例では、副室１２２の下面部分を除いた壁面である。

図３の例では壁部１２５の厚さは均一であるが、壁部１２５の厚さは均一でなくてもよい。例えば、壁部１２５は、主室１２１の下面に相当する部分が側面より厚くてもよい。このように壁部１２５の厚さが不均一な場合、壁部１２５の厚さとは、壁部１２５の厚さの平均値をいう。壁部１２６についても同様である。

ガスセル１２の製造時には、ペースト状または個体のアルカリ金属が副室１２２に導入される。磁場測定装置１の感度は、主室１２１内のアルカリ金属ガスの原子密度、すなわち蒸気圧に依存している。主室１２１内のアルカリ金属ガスの原子密度が高いほど測定感度が高くなる。主室１２１内のアルカリ金属ガスの原子密度を上げるため、ガスセル１２がヒーター１７により加熱される。加熱されると副室１２２内の固体または液体のアルカリ金属が気化し、主室１２１内のアルカリ金属ガスの原子密度が高くなる。

主室１２１内のアルカリ金属ガスの原子密度は実際に測定を行うときに所望の密度に高まっていればよいので、ヒーター１７による加熱は測定時のみ行えばよい。装置の停止時にはヒーター１７による加熱も停止する。ヒーター１７による加熱を停止するとガスセル１２の温度が下がるので、アルカリ金属ガスの一部は液化または固化する。このとき、液化または固化したアルカリ金属は副室１２２に溜まることが理想であるが、液化または固化したアルカリ金属が主室１２１の壁面に付着してしまう場合がある。主室１２１の壁面にアルカリ金属が付着してしまうと、次に測定を行うときにアルカリ金属が主室１２１の壁面に付着したままになってしまうことがある。アルカリ金属が付着した場所がレーザー光の光路上にあると、レーザー光が遮蔽されてしまい測定に悪影響がある。したがって、液化または固化したアルカリ金属が主室１２１の壁面に付着しないようにすること、すなわち、液化または固化したアルカリ金属が副室１２２に溜まるようにすることが望ましい。

液化または固化したアルカリ金属が副室１２２に溜まるようするためには、副室１２２の温度が主室１２１よりも低ければよい。この観点から、ヒーター１７は、主室１２１を囲うように配置され、副室１２２の周りには配置されていない。すなわち、ヒーター１７は、壁部１２５の周辺に配置され、壁部１２６の周辺には配置されていない。

なお、ヒーター１７は、レーザー光を透過するための開口部１７１および開口部１７２を有している。また、ヒーター１７と主室１２１および副室１２２の位置関係は、図３の例に限定されない。例えば、壁部１２６の周辺の一部にまでヒーター１７が延びていてもよい。

図４は、比較例に係るガスセル９２の断面構造を示す模式図である。ガスセル９２は、主室９２１、副室９２２、および通気孔９２３を有する。なおこの図も図３と同様に、副室９２２を誇張して大きく描いてある。主室９２１は壁部９２５により規定され、副室９２２は壁部９２６により規定され、通気孔９２３は壁部９２７により規定されている。ヒーター１７は、壁部１２５および壁部１２７の周辺に配置されている。この例で、壁部９２５および壁部９２６の厚みはほぼ同一である。図３の構造と比較すると、壁部９２６は壁部１２６よりも体積が小さい。壁部９２６と壁部１２６とが同じ材料で形成されており、かつ、副室９２２と副室１２２とが同体積であると仮定すると、壁部９２６は壁部１２６よりも熱容量が小さくなるので、壁部１２６よりも壁部９２６の方が温度上昇しやすいことになる。すなわち、主室９２１と副室９２２との温度差がつきにくい状況である。

主室９２１と副室９２２との温度差がつきにくいということは、アルカリ金属が副室９２２に溜まりにくい、すなわち、アルカリ金属が主室９２１の壁面に付着しやすいということである。すなわち、先に説明したような問題が発生しやすい。

これに対してガスセル１２においては、図３の構成と比較すると壁部１２６が厚い（すなわち副室の壁部が大きい）。これは、壁部１２６の放熱性が高まっていること、すなわち、壁部１２６が放熱部として機能していることを意味する。したがって、主室１２１と副室１２２の温度差がつきやすい、すなわち、副室１２２の温度が主室１２１の温度よりも低くなりやすい状況である。副室１２２の温度が低くなるということは、アルカリ金属が副室１２２に溜まりやすい、すなわち、アルカリ金属が主室１２１の壁面に付着しにくいということである。すなわち、先に説明したような問題が発生しにくい。

１−４．ガスセルの構造例
図４の例と比較して副室の放熱効果を高めるという観点からは、ガスセル１２の構造は図３で例示したものに限定されない。以下、ガスセル１２の具体的な構造をいくつか例示する。なお以下の図において主室および副室を破線で示す。

１−４−１．構造例１
図５は、ガスセル１２の構造例１に係る構造を示す模式図（斜視図）である。この例で、壁部１２６は、側面方向（ｚ方向）の厚さは壁部１２５とほぼ同じであるが、高さ方向（ｙ方向）の厚さは、壁部１２５よりも厚い。すなわちガスセル１２は直方体ではなく、主室１２１に相当する直方体（立方体）の上に、副室１２２に相当する長い突起部が形成された形状（すなわち、セル本体の上に突起部が形成された形状）を有している。なお、この図でも突起部（副室１２２を規定する壁部１２６）は誇張して大きく描いてある。また、この例では、突起部（壁部１２６）は、セル本体の上面の中心ではなく、中心からずれた位置に形成されている。

１−４−２．構造例２
図６は、ガスセル１２の構造例２に係る構造を示す模式図である。図５の例では副室１２２に相当する突起部が高さ方向にまっすぐ伸びているのに対し、この例では突起部が途中で横方向（ｚ方向）に折れ曲がっている。この例によれば、図５の構造と比較して、縦方向のサイズを縮小することができる。

１−４−３．構造例３
図７は、ガスセル１２の構造例３に係る構造を示す模式図である。この例で、壁部１２６は、突起部１１６１と、放熱部１１６２とを有する。突起部１１６１は、壁部１２５と同じ材料（例えばガラス）で形成されている。放熱部１１６２は、突起部１１６１よりも熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム、金、銀、または銅などの金属）で形成されている。突起部１１６１自体は、壁部１２５と同じ厚みの材料で形成されていたとしても、放熱部１１６２により壁部１２６全体としてみれば、放熱効率は高められている。なお、放熱部１１６２は、放熱性を高める観点から、より表面積の大きい形状を有していることが好ましい。例えば、放熱部１１６２の表面に凹凸を設けたり、孔を設けたりすることが好ましい。また、壁部１２６全体としての表面積Ｓ２の、副室１２２の体積Ｖ２に対する比率は、壁部１２５の表面積の主室１２１の体積Ｖ１に対する比率よりも大きいことが好ましい。すなわち、（Ｓ２／Ｖ２）＞（Ｓ１／Ｖ１）であることが好ましい。

１−４−４．構造例４
図８は、ガスセル１２の構造例４に係る構造を示す模式図である。この例で、壁部１２６は、内壁部１２６３および外壁部１２６４を有する。内壁部１２６３は、壁部１２５と同じ材料（例えばガラス）で形成されている。外壁部１２６４は、内壁部１２６３よりも熱伝導率の高い材料（例えば金属）で形成されている。外壁部１２６４は、内壁部１２６３の外周に形成されている。すなわち、この例は、図３の構造において、副室１２２の壁部に金属箔を巻いた構造を有している。金属箔は、例えば、シリコーン樹脂の接着剤を用いて内壁部の外周面に接着される。なお、この例では、セル本体の形状は直方体ではなく円柱である。また、外壁部１２６４は、内壁部１２６３の横方向の外周にのみ形成されている。すなわち、副室１２２の側面にのみ金属箔が巻かれてもおり、上面には金属箔が接着されていない。しかし、内壁部１２６３のうち、副室１２２の上面に相当する部分にも金属箔が接着されてもよい。

２．変形例
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。

図９は、ガスセルアレイの構造例を示す図である。上述の実施形態では単体のガスセル１２の構造を説明したが、複数のガスセル１２を１次元または２次元的に配置してガスセルアレイとして用いてもよい。この場合において、ガスセルアレイを構成するすべてのガスセル１２において副室１２２の向きを同一の方向に揃えておくと、ガスセルアレイの特定の一の面を冷却すればよいので、各ガスセル１２を効率的に加熱・冷却することができる。

ガスセル１２の形状または主室１２１の形状は直方体に限定されない。ガスセル１２または主室１２１は、例えば、円柱形、角柱（三角柱、四角柱、六角柱等）形、または球形を有していてもよい。

コーティング層１２１１は省略されてもよい。すなわち、主室１２１の内壁面はガラスであってもよい。

ガスセル１２の用途は、磁気測定装置に限定されない。原子発振器等、磁気測定装置以外の装置にガスセル１２が用いられてもよい。

１…磁場測定装置、１１…光照射部、１２…ガスセル、１３…偏光分離器、１４…受光部、１５…信号処理部、１６…表示部、１７…ヒーター、１８…制御部、１１１…光源、１１２…変換部、１４１…受光素子、１４２…受光素子、１２１…主室、１２２…副室、１２３…通気孔、１２５…壁部、１２６…壁部、１２７…壁部、１７１…開口部、１７２…開口部、９２…ガスセル、９２１…主室（第１室）、９２２…副室（第２室）、９２３…通気孔、９２５…壁部、９２６…壁部、９２７…壁部。

Claims (9)

1. 第１壁部の第１面により内部空間を規定される第１室と、
   第２壁部の第１面により規定され、前記第１室と繋がる第２室と、
   前記第１壁部の前記第１面とは異なる第２面に沿って設けられたヒーターと、
   を有し、
   前記第２壁部の前記第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、の間の距離は、前記第１壁部の前記第１面と、前記第２面と、の間の距離よりも大きい、
   ガスセル。
2. 前記第２壁部の熱容量は、前記第１壁部の熱容量よりも大きい、
   請求項１に記載のガスセル。
3. 前記第２壁部は、
   前記第１壁部と同じ構造材で形成された第１部分と、
   前記第１部分の他の面の少なくとも一部に設けられ、金属で形成された第２部分と、
   を有する、
   請求項１または２に記載のガスセル。
4. 前記第２壁部の前記第１面の表面積の前記第２室の体積に対する比率は、前記第１壁部の前記第１面の表面積の前記第１室の体積に対する比率よりも大きい、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガスセル。
5. セル本体と、
   前記セル本体において主室となる内部空間を規定する第１壁部と、
   アルカリ金属を溜める副室と、
   前記セル本体において前記主室と繋がった前記副室を規定する第２壁部と、
   前記第１壁部を覆い、前記アルカリ金属を気化させるためのヒーターと
   を有し、
   前記第２壁部は、前記第１壁部よりも厚い
   ガスセル。
6. 前記第２壁部の熱容量が前記第１壁部の熱容量よりも高い
   ことを特徴とする請求項５に記載のガスセル。
7. 前記第２壁部は、
   前記第１壁部と同じ構造材で形成された第１部分と、
   前記第１部分の外表面の少なくとも一部に設けられ、金属で形成された第２部分と
   を有する
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のガスセル。
8. 前記第２壁部の表面積の前記副室の体積に対する比率は、前記第１壁部の表面積の前記主室の体積に対する比率よりも大きい
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載のガスセル。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のガスセルと、
   前記ガスセルに光を出射する光源と、
   前記ガスセルを通過した光を検出する検出器と
   を有し、
   前記気化されたアルカリ金属は、磁場強度に応じて光の偏光面方位を変化させる
   磁気測定装置。

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